陜西龍門鋼鐵有限責任公司（以下簡稱龍鋼公司）現(xiàn)有2座球團豎爐，年產(chǎn)球團180萬t，基本滿足高爐用料需求。為了穩(wěn)定高爐渣中鎂含量，選擇在燒結(jié)生產(chǎn)中大量配加鎂質(zhì)熔劑或使用高鎂鐵礦粉兩種途徑提高燒結(jié)礦鎂帶入量，但由此引發(fā)了燒結(jié)礦強度降低、返礦率增大等一系列問題，導致鐵前成本居高不下。大量研究發(fā)現(xiàn)，為降低燒結(jié)礦鎂含量，提升燒結(jié)礦產(chǎn)量和質(zhì)量，將一部分氧化鎂轉(zhuǎn)加至球團礦，可以在球團礦中形成鎂橄欖石和偏硅酸鎂等高熔點物質(zhì)，有效改善球團礦的冶金性能，但也會降低球團礦強度，增大球團返礦率，提高焙燒制度控制要求，加大生產(chǎn)操作難度。目前，我國鎂質(zhì)球團主要以鏈篦機–回轉(zhuǎn)窯為焙燒設(shè)備，相關(guān)工藝制度趨于成熟。然而，國內(nèi)尚存在大量豎爐，在國內(nèi)現(xiàn)有爐料結(jié)構(gòu)體系中，如何實現(xiàn)豎爐生產(chǎn)高品質(zhì)鎂質(zhì)球團具有重要的現(xiàn)實意義和應用價值。

近年來，龍鋼針對鎂質(zhì)球團生產(chǎn)進行了大量研究。試驗開展初期，向球團礦原料中配加白云石粉（18.50％MgO）或高鎂灰（29.34％MgO），一定程度上提高了球團的鎂含量，但由于白云石粉、高鎂灰的鎂含量低，所需配加量較大，并且粒度較粗，導致生球強度指標下滑，爐況惡化，無法高效生產(chǎn)。進入2020年后，龍鋼公司以高鎂含量的輕燒鎂粉為鎂質(zhì)添加劑，進行了嘗試性研究，明確了高鎂含量的輕燒鎂粉為鎂質(zhì)球團的合理添加劑，能夠保證球團具有較好的抗壓強度，且對球團礦品位影響較低。為進一步系統(tǒng)分析豎爐使用輕燒鎂粉對提鎂后球團礦質(zhì)量及冶金性能的變化規(guī)律，龍鋼在實驗室研究基礎(chǔ)上，基于現(xiàn)有原料條件，開展了豎爐生產(chǎn)鎂質(zhì)球團的工業(yè)試驗，力求達到高爐爐料綜合品位提高的目標，以期為豎爐焙燒球團企業(yè)生產(chǎn)鎂質(zhì)球團提供借鑒。

1.1 原料分析

鎂質(zhì)球團工業(yè)試驗生產(chǎn)期間配加的含鐵精礦由35％精礦A、20％精礦B、16％精礦C、29％精礦D組成，配加0.3％～0.6％的輕燒鎂粉和1.8％ 的膨潤土。所用膨潤土主要指標為：膠質(zhì)價6.3mL/g，蒙脫石質(zhì)量分數(shù)83.9％，膨脹容19.33mL/g，吸水率217％。表1為各種原料的化學成分及粒度組成。

1.2 生產(chǎn)階段

試驗基準期內(nèi)不配加輕燒鎂粉，球團鎂含量為0.69％。試驗期分為3個階段：第一階段配加0.3％的輕燒鎂粉，球團鎂含量控制在1.15％左右；第二階段配加0.40％的輕燒鎂粉，球團鎂含量控制在1.20％左右；第三階段配加0.6％的輕燒鎂粉，球團鎂含量控制在1.40％左右。

1.3 豎爐操作

豎爐操作參數(shù)指標如表2所示。

由表2可以看出，與基準期相比，煙罩溫度、烘干床溫度、燃燒室溫度均有所提高，其中，烘干床溫度提高30～70℃，燃燒室溫度提高10～40℃，煤氣流量提高約900m³/h。這主要是由于鎂質(zhì)球團礦焙燒對能量的要求更大，所以豎爐各部位的檢測溫度值均不同程度升高，且鎂含量越高，溫度變化越大。豎爐主要的熱量來源為煤氣燃燒，與基準期相比，鎂質(zhì)球團焙燒過程煤氣流量有所提高。生產(chǎn)現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，鎂質(zhì)球團焙燒時，豎爐烘干床上部存在爆裂聲，粉塵和返礦均增加，成品率略有降低。同時，在廢氣總量增加的情況下，燃燒室壓力有所提高，這說明爐內(nèi)透氣性變差，需要控制生球質(zhì)量，提高生球爆裂溫度，改善豎爐焙燒透氣性。

2.1 球團鎂含量對生球質(zhì)量的影響

表3為鎂含量對生球落下強度和抗壓強度的影響。配加輕燒鎂粉后，生球落下強度逐漸增大，但均在4～5次·個^-1。與基準期相比，水分略增大，約8.2％～8.3％。隨著氧化鎂含量提高，球團落下強度和抗壓強度均呈增大趨勢，這主要是因為配加的輕燒鎂粉粒度較小，生球內(nèi)部比較致密加水分后輕燒鎂粉中的MgO易形成，膠適狀當增的Mg(OH)₂，粘結(jié)力增強，提高了生球的落下強度。

2.2 球團鎂含量對成品球質(zhì)量的影響

2.2.1 抗壓強度

圖1為基準期和試驗期成品球抗壓強度的變化?？梢钥吹?，隨著試驗期球團鎂含量的升高，抗壓強度1500～2000N合格率逐漸升高，成品球的平均抗壓強度明顯增加。第三階段球團的平均抗壓強度達到3230N，比基準期提高了178N；抗壓強度1500N、180N和2000N合格率也分別提高6.2％、4.1％、6.5％。

2.2.2 還原性能

MgO含量對球團還原度的影響如圖2所示。可以看出，隨著球團中鎂含量的增加，成品球團礦的還原度指標逐漸提升，冶金性能改善。當氧化鎂含量低于1.0％時，還原度處于50％左右。隨著氧化鎂含量進一步增大，球團還原度快速增加，當氧化鎂含量達到1.4％時，還原度達到60％左右，之后趨于穩(wěn)定。球團還原性能增強的原因是MgO與鐵氧化物結(jié)合生成易還原的鐵酸鎂，并且Mg²⁺還可以取代Fe²⁺，抑制難還原的鐵橄欖石相的形成。

2.2.3 低溫還原粉化性能

圖3展示了MgO含量對球團低溫還原粉化性的影響?？梢钥闯?，球團的RDI+3.15隨MgO含量的增加逐漸增大，其原因可能是MgO在焙燒時彌散分布于鐵相中，抑制了Fe₂O₃的還原，同時Mg²⁺發(fā)揮著穩(wěn)定赤鐵礦晶型的作用，降低了球團礦在還原過程中由于晶型轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的內(nèi)應力。此外，MgO含量的增加阻礙了CaO與Fe₂O₃的反應，導致液相生成量減少，促進了Fe₂O₃結(jié)晶，球團的低溫還原粉化性得到提高。

2.2.4 膨脹指數(shù)

MgO含量對球團膨脹指數(shù)的影響如圖4所示。

由圖4可以看出，隨著球團礦中MgO含量由0.69％提升至1.67％，成品球團礦膨脹指數(shù)維持在8％～12％，擬合曲線顯示球團膨脹指數(shù)稍有下降，分析可能是MgO與鐵氧化物形成穩(wěn)定的FeO·MgO，降低了球團的膨脹率。

2.2.5 軟熔性能

表4是成品球軟熔性能試驗結(jié)果?？梢奙gO含量從0.95％升高至1.57％，成品球團礦T10、T40、Ts變化不大，Td呈升高趨勢，升高幅度達35℃，達到1355℃，低于燒結(jié)礦Td（1450℃）。

使用鎂質(zhì)球團前后進行模擬爐料結(jié)構(gòu)的軟熔性能試驗，結(jié)果見表5?？芍琓10、T40、Ts及Td變化不大，熔化區(qū)間基本持平，但軟化區(qū)間降低13℃，軟熔區(qū)間降低24℃。試驗證明使用鎂質(zhì)球團后，爐料軟熔性能有向好趨勢，試應到高爐內(nèi)，軟熔帶變窄，有利于降低煤氣上升阻力，改善料柱透氣性。

2.3 配加鎂質(zhì)球團礦對高爐冶煉的影響

通過球團礦提鎂，爐渣鎂鋁比提高了0.04，鐵水硫含量降低了0.004％，爐渣流動性得到改善，脫硫效率提高，如表6所示。

通過合理選擇鎂質(zhì)熔劑、調(diào)整熱工參數(shù)、強化過程管控，龍鋼配加輕燒鎂粉生產(chǎn)鎂質(zhì)球團礦的工業(yè)實踐獲得了成功。第三階段球團礦中鎂含量控制在1.4％左右，與基準期相比，單位原料成本上升0.66元/t，生產(chǎn)成本上升101.803萬元/a，球團礦提鎂后降低了燒結(jié)過程鎂質(zhì)熔劑、煤粉、石灰石等的使用量，燒結(jié)原燃料成本降低1.47元/t，燒結(jié)礦生產(chǎn)成本降低764.116萬元/a。

同時，因使用鎂質(zhì)球團礦，高爐焦比降低3.23kg/t，以目前焦炭價格2045元/t計算，高爐冶煉成本下降3302.675萬元/a。綜合各工序生產(chǎn)成本，龍鋼配用鎂質(zhì)球團工業(yè)生產(chǎn)節(jié)約煉鐵成本共計3964.988萬元/a。

（1）豎窯生產(chǎn)鎂質(zhì)球團過程中，選用輕燒鎂粉作為鎂質(zhì)添加劑，烘干床溫度提高30～70℃，燃燒室溫度提高10～40℃，煤氣流量提高約900m³/h。通過嚴格管控，可以生產(chǎn)滿足高爐需求的優(yōu)質(zhì)球團。

（2）隨著氧化鎂含量提高，球團落下強度和抗壓強度均呈增大趨勢。成品球團礦的還原度指標逐漸提升，冶金性能改善，同時平均抗壓強度和RDI+3.15明顯提高，膨脹指數(shù)相對穩(wěn)定，維持在8％～12％。

（3）MgO含量從0.95％升高至1.57％，成品球團礦T10、T40、Ts變化不大，Td呈升高趨勢，升高幅度達35℃，最高為1355℃。熔化區(qū)間基本持平，軟化區(qū)間降低13℃，軟熔區(qū)間降低24℃。

（4）龍鋼配加輕燒鎂粉生產(chǎn)球團礦，第三階段球團的鎂含量控制在1.4％左右，降低了燒結(jié)過程鎂質(zhì)熔劑、煤粉、石灰石等的使用量，降低高爐焦比3.23kg/t，綜合各工序生產(chǎn)成本，龍鋼配用鎂質(zhì)球團工業(yè)生產(chǎn)節(jié)約煉鐵成本3964.988萬元/a。