磁选机

高炉入炉原料的品质对高炉操作状况有很大的影响。在日本制铁的高炉中，烧结矿占入炉料的约75%。为了进一步追求高炉的高效率和低燃料比，需要提高烧结矿的品质，例如减少渣成分。

但是，烧结矿原料是天然资源，未来原料品质下降，即含铁量降低和渣成分上升是不可避免的。在资源品质劣化中，为了降低烧结矿的渣成分，需要大量使用通过选矿提高了铁品位的精矿。

选矿是先将含铁矿破碎到铁矿物和脉石可以解离成单体的粒度，再利用比重、磁性等各种性能进行选别的处理方法。尽管铁矿石嵌布粒度及铁精矿（亦称为精矿粉）品位的不同，会导致铁精矿粒度不同，但铁精矿均为微粉，对制粒不利，作为烧结原料使用时会受到限制，主要作为球团原料使用。

在烧结过程中，将原料填充到烧结机内，在烧成之前，进行制粒预处理，形成为准颗粒。精矿粉的大量使用导致在准颗粒中应成为核的颗粒（+1mm）减少和应成为附着粉的颗粒（-0.25mm）增加。因此，若制粒处理能力一定，制粒就会恶化（未附着粉率增加和准颗粒平均直径缩小），影响烧结机内原料层的透气性，降低生产率。

针对上述问题，日本提出了以烧结工艺应用精矿粉为目标的各种技术，包括HPS（Hybrid Pelletized Sinter）、MEBIOS（ Mosaic Embedding Iron Ore Sintering）法和SPExⅡ等，它们已实现了实际应用。

MEBIOS法是在由平均直径2-3mm的准颗粒构成的原料层中，配比粗大且致密的直径5-15mm的生球（以下称GB），在GB周围形成高空隙率的区域，以实现改善透气性的技术。日本制铁和歌山厂5号烧结机，引进了具有用高速搅拌混合机和盘式制粒机组成的E-P生产线的P型分开制粒法。该生产线可以处理全部原料的约20%，其中一半以上配精矿粉，实现MEBIOS法提出的粗大且致密GB的制造。

SPExⅡ是由着眼于粉矿中含有一定量微颗粒的基础研究而开发的技术。在制粒工序，将水添加到以粉矿为主的烧结原料中，用滚筒式搅拌机等转动制粒，将作用于矿石颗粒间的毛细管力作为驱动力，使颗粒彼此靠近，凝聚和致密，形成准颗粒。此时，完全浸渍和悬浮在水中浆料化的大小约10μm以下的铁矿石微颗粒，在制粒过程中与水一起移动，并有效地移动并配置在这些准颗粒之间，制粒后，在烧结机内进行烧成，水分蒸发时干燥固化，起到固体桥接作用，很好地发挥黏合剂效果。

在八幡制铁所的户畑厂3号烧结机，引进了一条SPExⅡ生产线，先将一部分铁矿石用辊压机干式破碎，形成微粒黏合剂后，与其他矿石共同制粒，然后，利用钢铁厂内的余热进行干燥处理，并制成坚固的制粒物，很好地改善了生产率。

本文研究了将微粒黏合剂技术用于MEBIOS法中，即在和歌山厂5号烧结机的P型分开制粒生产线，添加微粒黏合剂，进一步提高粗大、致密GB制造能力的技术。作为实验室规模的研究，关注了添加微粒黏合剂的准颗粒附着粉层的颗粒构成变化对制粒的影响，调查了精矿粉和微粒黏合剂混合物的拉伸附着力。接着，进行了模拟和歌山厂5号烧结机约50kg规模的烧结矿制造试验（烧结锅试验），研究了微粒黏合剂所需的添加量。在此基础上，作为连续制造和供给铁矿石微粒黏合剂的中试厂，在和歌山厂5号烧结机引进了立式湿式球磨机，进行了对制粒性和烧结矿生产率影响的长期评估。

2

基础研究（附着力评估）

在日本制铁，评估铁矿石制粒性的指标之一，是用垂直方向一侧拉伸试验法测定附着力。从表面形状和附着力可以评估制粒性。作为应用微粒黏合剂改善制粒性效果的评估，本文在精矿粉中添加了微粒黏合剂，调查了混合两种粒径不同颗粒时附着力的变化。

2.1 试验方法

制备了北美产的精矿粉（A矿）和澳大利亚产的豆矿（B矿）试样，见表1。用实验室规模的粉碎机将B矿干式破碎，得到的铁矿石作为微粒黏合剂B矿’。用激光衍射、散射法测量了A矿和B矿’的平均直径，分别为约500μm和4μm。颗粒外观显示，B矿’表面附着若干微细的颗粒，但两者均致密且平滑。

试样容器是直径约35.7mm（断面积10.0cm²），层高约30mm的圆柱形，由下部容器和上部容器组成，下部容器和上部容器的边界为断裂面。拉伸装置上部安装有弹簧和钢丝，卷取钢丝，施加拉伸载荷，显示断裂时的载荷值。按下列顺序测量附着力。

1）准备几个缩分为相同重量的试样；

2）对一个试样添加并混合规定的水分；

3）将调整水分含量后的试样装入容器，压密到层高30mm，形成填充层；

4）将填充试样后的容器设置在拉伸试验机中，用塞子固定下部容器；

5）逐渐施加垂直方向拉伸载荷，用上下容器分裂时的拉伸载荷值除以断面积，定为附着力；

6）变更水分含量，反复上述的测量，整理出水分含量与附着力的关系。此时，初始水分含量设定为3mass%，之后以1mass%为变化量上下重复操作，直到确认了附着力最大值为止。在A矿中添加5mass%、10mass%、20mass%和30mass% B矿’的条件下进行上述测量，得出添加微粒黏合剂对附着力的影响。

2.2 试验结果及讨论

从各试样的水分含量与附着力的关系看，附着力随着水分添加而上升，在某一水分含量显示最大值，其后转为降低。推测作用于粉体颗粒间的相互作用力中，随着水分含量上升而增加的是液体桥接力。在本试验中，随着水分含量的上升，液体桥接数增加，在某一水分含量显示峰值。之后，液体桥接合并，桥接力消失的同时，过剩水分带来润滑效果，导致附着力降低。

与A矿相比，B矿’的最大附着力上升了。

在A矿中添加B矿’的混合物中，发现了两个变化。第一是随着添加B矿’，最大附着力增加。第二是与A矿和B矿’单体相比，表示最大附着力的水分含量向低水分含量侧移动。在本试验中，混合10mass% B矿’时水分含量最低，水分含量为3% 时，显示最大附着力。

如上所述，每个试样显示最大附着力的水分含量不同，但在制粒中水分含量是可以控制的一个因素，所以只关注并提取各个最大附着力，整理相对A矿和B矿’混合比率的最大附着力和空隙率发现，随着B矿’的添加，空隙率降低，最大附着力呈二次函数性增加。

推测空隙率的降低是由于在A矿颗粒之间填充了B矿’颗粒，B矿’添加到30mass%开始降低。单独B矿’的空隙率高。Roller试验显示，表面力（附着力）对重力的影响随着粒径减小而增加，填充性恶化。

最大附着力的增加不是线性，而是二次函数性，推测是因为在B矿’的添加量少的范围，作为断裂起点的A矿颗粒间的接触点被B矿’替代，A矿间的触接点减少，可以大大增加附着力。

从上述结果预测，通过添加微粒黏合剂，准颗粒附着粉层的构成颗粒具有高附着力，成为易进行制粒的状态，制粒后的准颗粒强度也会提高。但是，用本试验验证的是在液体桥接力存在的条件下，即湿润状态的强度增加，不能直接判断是否有助于干燥后的准颗粒强度的增加。前田等人报道，关于铁矿石制粒物的湿润强度和干燥后强度的显现机制是，湿润强度控制液体桥接力，干燥后强度是直接添加黏土矿物，或者在使用脉石矿物中含有黏土矿物高岭石的铁矿石时提高。破碎黏土矿物含量多的矿石，作为微粒黏合剂，有助于提高干燥后的强度。

2.3 基础研究小结

在精矿粉中添加微粒黏合剂改善制粒效果的基础验证中，采用垂直方向一侧拉伸试验法研究附着力的变化，获得以下结果。

1）附着力随着水分含量变化，每个试样以特定的水分含量显示最大值；

2）粉体试样越细，最大附着力越高；

3）随着向精矿粉中添加微粒黏合剂，混合粉体层的附着力增加。

3

烧结过程模拟试验

在和歌山厂5号烧结机引进微粒黏合剂制造设备之前，用50kg规模模拟烧结过程的烧结锅试验，进行了与现有黏合剂生石灰并用的适量添加微粒黏合剂的研究。

3.1 试验方法

在和歌山厂5号烧结机引进了P型分开制粒法，有两个系统的制粒生产线，进行了模拟两条生产线的烧结锅试验。由高速搅拌混合机和盘式制粒机组成的E-P生产线，对23.5mass%的新原料进行制粒，将其余76.5mass%的新原料、返矿和碳材由滚筒式混合机组成的D-D生产线制粒，将两者合流装入烧结锅设备，进行烧成。

E-P生产线原料使用北美产精矿粉A矿、澳大利亚产豆矿系粉矿B矿、高炉粉尘（BF粉尘）和生石灰，与上节同样，将部分B矿粉碎作为微粒黏合剂B矿’添加。生石灰添加量模拟和歌山厂使用量的3种水平（条件1、2和3在将E-P生产线原料作为100%时，分别为3.5mass%，2.7mass%和1.8mass%），变化B矿’添加量的4种水平（条件X-0、1、2和3，同样将E-P生产线原料作为100%时，分别为0.0mass%，3.0mass%，5.0 mass%和7.0mass%），用总计12种条件进行了比较。D-D生产线的配比使用澳大利亚产和巴西产的多种品牌的粉矿、副原料、返矿和碳材。在添加B矿’的条件下，将D-D生产线配比的B矿部分粉碎，见表2。

E-P生产线的制粒是，原料中添加水分后，用高速搅拌混合机混合调湿1min，以1kg/min的速度连续投入到直径580mm的盘式制粒机进行制粒，回收排出的GB。D-D生产线的制粒是将原料一次全部投入滚筒式搅拌机，混合2min后，添加水分，制粒4min。然后，将E-P生产线的制粒物以规定的混合比加入滚筒式搅拌机，将两条生产线的制粒物混合15s，从搅拌机排出。最后，落下装入直径300mm、高500mm的烧结锅，用9.8kPa压力持续抽风，从上部用LPG 1min点火烧成。

关于制料物的评价，将E-P生产线制粒物、D-D生产线制粒物和两条生产线混合制粒物三种分别取样约500g，用105℃干燥2h以上，水分含量为0%，用筛分机进行15s筛分，计算出加权平均直径。

3.2 试验结果及讨论

生石灰（QL）和微粒黏合剂B矿’的添加量对E-P生产线制粒的影响有些波动，但GB平均直径随着B矿’添加率上升而增加，即使B矿’添加量相同，生石灰添加量多时，GB平均直径也呈增加的倾向。

在和歌山厂5号烧结机的E-P生产线，微粒黏合剂与基础研究不同，来自多种原料，除了本研究中新添加的B矿’之外，还包括作为常规黏合剂添加的生石灰、作为核配比的粉矿（本试验中的B矿）原本包含的微颗粒。假设在本试验中，上述黏合剂具有同等改善制粒的功能，将B矿’添加量+生石灰添加量+B矿中-10μm颗粒量，用各自的密度差校正后合计的值假定为黏合剂总添加量。

研究发现，随着黏合剂总添加量的增加，GB平均直径呈二次函数性增加。这与上一节的附着力评估中由于添加微粒黏合剂而使附着力开始急剧增加的区域相吻合。因此，至少在制粒阶段的湿润状态，微粒黏合剂不依据其种类填充到精矿粉的颗粒之间，与体积基准的添加量有关，说明有助于GB平均直径的增加。

关于烧结生产率，在添加5mass%以下B矿’的条件下，在成品收得率保持一定值的状态时，烧成速度上升，生产率也上升。但添加7mass%时，烧成速度进一步上升，而成品收得率反而下降。在3种水平的生石灰添加率的任意一种，也是生产率转为降低。但是，根据生石灰的添加率，添加7mass% B矿’时的生产率降低程度不同，生石灰添加率越少，成品收得率和生产率则大幅度降低。

根据生石灰添加率，添加7mass% B矿’时，GB平均直径是9.8-12.3mm，没有超过前言中所说的MEBIOS法的粗大制粒物的上限15mm。尽管如此，推测成品收得率大幅度降低的原因是GB烧成后强度不足，这是CaO含量和碳含量不足所致。川口等人报道关于配比粗大颗粒时的烧结行为，作为粗大颗粒配比马拉曼巴制粒球时，其烧结状况对成品收得率有很大影响，配比流动性强的低熔点组成（高CaO、高FeO）且含有高燃料碳时，成品收得率良好。川口等人研究马拉曼巴制粒球是推算配比6.2mass% -1mm石灰石的10-15mm的球，配比CaO量约3.5mass%。对此，本试验中成品收得率降低幅度特别大的条件3-3的GBCaO含量约1.8mass%，平均直径9.8mm，所以烧成后强度不足。

综上所述，因为常规黏合剂的生石灰包括CaO成分，所以在使GB粒径增加的同时，也可以保证烧成后强度。但是，进一步添加粉碎铁矿石而获得的微粒黏合剂，制造更粗大的GB时，希望有确保与GB粒径相应的烧成后强度的方法，或者控制可维持烧成后强度的GB粒径的黏合剂添加量。为此，和歌山厂5号烧结机E-P生产线决定对制造和添加小于7mass%B矿’的各种条件进行长期试验，引进了适应其粒度规格的破碎设备，决定进行实际烧结机的评价。

3.3 烧结锅试验

模拟和歌山厂5号烧结机的制粒流程，在E-P生产线，进行了添加微粒黏合剂的烧结锅试验，获得以下结果。

1）在E-P生产线制粒中，确认了通过添加微粒黏合剂，改善了制粒性。不论黏合剂颗粒的种类如何，GB平均直径都与按体积计算的添加量总量相关，并呈现出增加趋势；

2）烧结生产率在某一添加量显示峰值，E-P生产线添加7.0mass%的微粒黏合剂B矿’时，烧结生产率降低。

4

实机长期试验

在和歌山厂5号烧结机，对铁矿石微粒黏合剂制造、添加，改善制粒性的效果进行了长期评价。

4.1和歌山厂5号烧结机的特征

为了应对4号和5号高炉（2700m³）向新1号和2号高炉（3700m³）的转换所伴随的炉容增加，2008年和歌山厂5号烧结机进行了烧结设备的扩建。此时，是以用MEBIOS法制造粗大且致密制粒物为目标，引进了P型分开制粒法，如图1所示。

和歌山厂5号烧结机的E-P生产线的处理能力约150t/h（总原料的约20%，新原料约25%）。E-P生产线由5个原料槽构成，矿槽3个（标准粉矿1个、精矿粉2个），高炉粉尘槽1个，生石灰槽1个（生石灰专用的气流输送料斗）。粉矿和精矿粉的配比率目标为大于1/1到小于3/1。

剩余的占总原料约80%用滚筒式搅拌机（D-D生产线）处理。和歌山厂5号烧结机在一次、二次搅拌机之间为传送带连接。最终，在输送D-D生产线制粒后原料的传送带上与E-P生产线制粒后原料合流，多次转运装入料斗，经滚筒给料机排出，轻混合后装入烧结机内。

4.2 立式湿式球磨机的引进

以E-P生产线为对象，比较研究了连续制造和添加微粒黏合剂的破碎工艺，采用了立式湿式球磨机。不采用干式破碎法而采用湿式破碎法的理由是，在破碎过程中，通过与水的高速搅拌，微粒黏合剂可以有效地配比在精矿粉之间。此外，干式破碎的铁矿石微粒很难通过加水进行湿润，而且湿润的部分易局部凝固形成所谓的夹生块，为避免这个现象选择了湿式破碎。

立式湿式球磨机的基本构成以及破碎流程如图2所示。塔形本体的中心有螺杆，填充规定量的破碎介质耐磨钢球进行破碎。装入铁矿石和水，通过螺杆旋转搅拌，在压缩力和剪切力的作用下，铁矿石被破碎。在本体中被破碎的铁矿石浆料，经水槽重力分级和旋流器离心分级后，粗粒部分再次循环回本体内，细粒部分作为成品浆料供给下道工序——高速搅拌机。主要指标是，浆料粒度-10μm 达到60vol%以上，原料供给量小于7.3t/h，水分供给量小于9.6t/h，浆料浓度为40mass%-43mass%。

4.3 实机试验条件

最初，从不配比精矿粉的状态开始生产。配比新原料约13.3%的精矿粉，基准操作连续3天后，开始启动立式湿式球磨机，使破碎量和浓度保持约一天，逐步增加并调整到目标值，过渡到试验期。

基准期与试验期为相同的原料配比，在试验期，破碎一部分澳大利亚产豆矿B矿。破碎后的浆料用泵输送装入高速搅拌机，固定制粒水分含量，在基准期，将添加到高速搅拌机的水置换为浆料。试验时，破碎量新原料约0.5mass%，在E-P生产线相当于约2.1mass%。D-D生产线配比都是通常的粉矿、副原料和碳材等，具体见表3。

在试验中，E-P生产线（盘式制粒机出口）制粒物和D-D生产线（滚筒式搅拌机出口）制粒物两者合流，将装入烧结机之前的配比原料分别取样，评估了制粒状态。作为准粒度评估，制粒状态评估将采集的试样和缩分的制粒物用干燥机完全干燥（105℃保持2h以上）后，用筛分机短时间（12s）振动，分级为8.0mm、4.0mm、2.0mm、1.0mm和0.25mm。以往的研究表明，原料分级与料层透气性具有高度的相关性。将用上述操作分离的-0.25mm粉末作为未附着粉率（-0.25mm%）进行了评估。

4.4 试验结果及讨论

立式湿式球磨机运转24h后，浓度达到目标值约40mass%，此后试验期间的平均浓度是40.8mass%。此外，从试验期间取样浆料的激光衍射散射法测定，-10μm约71%，确认破碎到了目标粒度。

对制粒物进行了评估，确认了添加微粒黏合剂的制粒效果。从E-P生产线制粒物的研磨断面观察，在试验期间的制粒物的附着粉层内，精矿粉间的空隙率相对基准期减少，确认了这些空隙被黏合剂填充。此外，在截面未发现仅铁矿石微粒黏合剂本身凝固的数百微米以上的夹生块部分。以湿式破碎的浆料形态添加到高速搅拌机，并进行混合搅拌，推测黏合剂颗粒充分向精矿粉之间分散，判断湿式破碎法制造并供给的微粒黏合剂，在大量使用精矿粉时可以作为改善制粒性的有效方法。

从试验前不配比精矿粉期间到基准期，透气性和生产率降低。从基准期过渡到试验期，即通过添加微粒黏合剂，烧结生产率提高了2.4%。

5

结语

在和歌山厂5号烧结机的E-P生产线，引进了立式湿式球磨机，通过连续性制造和添加微粒黏合剂，获得以下结果。

1）确认了以湿式破碎的浆料的形态，连续添加铁矿石微粒黏合剂改善了制粒性；

2）通过添加铁矿石微粒黏合剂改善制粒性，用P型分开制粒法大量使用精矿粉时，进一步改善了生产率。

本文摘选自本报2021年第20期B10部分内容，若要详细了解更多相关行业和技术信息，请关注本报纸质报纸每期A版和B版内容，或者登陆本报手机APP客户端，或者本报网站新址：http://www.worldmetals.com.cn/电子报阅读全文。转载请注明出处。

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