球团过程（四）

5 烧结矿和球团矿的质量检验

铁矿粉造块成品的质量技术要求是根据使用时的需要而拟定的，由于铁矿粉造块产品主要是供高炉冶炼作原料，因此检验指标和方法主要是根据高炉冶炼的要求制订的，有时也考虑直接还原和炼钢的要求。为全面地衡量造块成品的性能和质量，应从化学成分、冷态物理机械性能、热态及还原条件下的物理机械性能、冶金性能和矿相鉴定等方面加以检查。

   5.1 冷态物理机械性能

铁矿石及其粉矿造块制品应具有一定的冷态强度，其目的主要是承受运输和倒翻过程中的破坏作用，以便进入冶炼过程时仍能保持一定的粒度及强度。有时也用冷强度间接地表示热强度的大小。根据矿石经受的破坏作用的型态，冷强度用下列三种方法检验：

  （1）落下试验用以检验耐跌落性能。我国现行方法系将粒度 10—40mm 的烧结矿试样20±0.2kg，从 2m 高度落下 4 次，落击钢板厚度大于 20mm，落下产物筛分后取大于 10mm部分的百分数作为落下强度指标。一般要求大于 80﹪。

（2）耐压试验用以检验球团矿的抗压强度。此试验采用类似材料试验中压溃强度的测定方法。我国现行方法为取直径11.8—13.2mm 成品球 60 个，逐个在压力机上加压（压下速度不大于 10mm/min）以 60 个球破裂时的平均压力值为抗压强度指标。一般要求此值不小于2kN/球。某些试验标准还要求试验值不能大于一定离散度，以检查球团设备操作状况的好坏。

（3）转鼓试验以检验造块制品的耐磨和碰撞性能。它是最重要的冷强度检查，因它所检验的耐磨性能及形成粉末的倾向对高炉操作有重要影响。世界各国采用的方法尚不统一，但

已有国际标准（ISO），我国现在已实行国际标准的方法：转鼓内径 1000mm，宽 500mm，挡板 2 个，其高度为 50mm，转速为（25 ±1 ）r/min ，连续转 200 转。试验程序是：取粒度为 40—10mm的试样15±0.15kg入鼓，经200 转后筛分试样，以大于6.3， 6.3 —0.5 和小于 0.5mm 的重量计算出转鼓强度（T ）和抗磨强度（A）：

        T=（>6.3mm 的质量/试样质量）×100﹪

A=(<0.5mm 的质量/试样质量) ×100﹪

要求 T >78﹪,A <5﹪,误差规定为入鼓试样质量和转鼓后筛分出的三部分总质量之差不大于 1.5﹪,双试样允许绝对值差值△T ≤2﹪,△A ≤1﹪

5.2热态及还原条件下的物理机械性能

冶炼条件下矿石物理机械性能的检查除在一定温度下进行以外,有些试验还要求一定气氛,以模拟高炉中的还原气氛.冶炼条件下矿石可能由于两种因素而减弱强度:1）由于物理吸附水或化学结晶水的蒸发使矿石破裂；2）矿石结构发生变化，强度变弱或产生裂缝。

一般检查的项目有：

（1）热爆裂：矿块在加热过程中由于水分蒸发可能发生爆裂。如前面分析的生球干燥发生爆裂就属此种情况。某些澳大利亚矿在加热过程中也会发生爆裂。但是对这种性能目前尚无统一的检验方法。通常是把一定粒度冷块矿加入到预热到一定温度的容器中。按照爆裂成碎片的比例来衡量，或者按一定升温速度下的爆裂程度来检验。

   （2）还原热强度：铁矿石在还原过程中 400—600℃和 800—1000℃两个区间会产生爆裂或强度下降。在 400—600℃是因为 Fe₂O₃ 还原到 Fe₃O₄ 或 Fe₃O₄ 有晶格变化和 CO 的析碳反应，在铁矿石中形成裂缝，乃至粉化。在 800—1000℃则是因为矿石发生软熔。这样常采用低温还原粉化和荷重软化两种检验方法来测定和表示出上述两种强度变化。

低温还原粉化测定有静态和动态两种（表 2—5），经过国内外研究者对两种测定结果的对比分析，发现两组结果有很好的相关关系：

德国柯特曼       S=0.77D+22         γ=0.955

 中国北京科技大学（原北京钢铁学院）

                    S1=0.866D1+4.85       γ=0.997

其中   S，D——以大于 6.3mm 的百分数作为静态和动态还原强度指标；

S1， D1——以大于 3.0mm 的百分数作为静态和动态还原粉化指标。

因此，无论采用静态或动态都是可以的，ISO 推荐采用静态法，我国目前尚未标准化，静态和动态均在试用中，近来通过研究和讨论，大部分研究者和生产厂家也倾向于采用静态还原粉化指标。

（3）热胀性检验：某些矿石在加热后体积有膨胀，尤其是球团矿最为突出，某些球团矿的热还原膨胀可达原体积的 300﹪。一般认为体积膨胀达20﹪的球团矿就不宜在高炉或直接还原竖炉中使用，因为有可能造成悬料。我国球团矿的还原膨胀大多数在15﹪以下，只有少数球团矿因含 K、Na碱金属（例如包钢）还原膨胀率在40﹪以上 从而严重影响高炉操作。

矿石体积膨胀率 R_V 按下式计算

其中，V和V₀为膨胀后体积和原始体积。

由于体积膨胀率与煤气成分及还原程度有关，一般的检测方法都是用近似于高炉的煤气成分（φ﹤CO﹥ = 30﹪—40﹪，φ﹤N₂﹥=70﹪—60﹪）在升温过程中还原矿石，同时用减重法连续测定还原度与用排汞法测定体积变化，对照还原与体积膨胀的关系，得出最大膨胀率及其对应还原度。

5.3 冶金性能

5.3.1  还原性测定

    还原性是评价铁矿石质量的重要指标之一，还原性好的铁矿石能在高炉和非高炉冶炼中达到高生产率及低消耗。但是直到现在还很难模拟高炉条件进行还原试验，也很难应用还原试验数据推算高炉生产指标，不过通过还原性测定还是可以提供相对比较的数值。在目前广泛采用热天平减重法测定还原性时,其指标有两种表示方法：

还原度    R=﹛(W₀ —W_F )/W₁[0.43ω（Tfe）—0.112ω（FeO） ]} ×10⁴

还原速率  dR/dt ，﹪/min

式中   W₀——还原开始前试样质量，g；

W_F——还原结束时试样质量，g；

W₁——装入还原反应管的试样质量 ，g；

ω(Tfe)——还原前试样的全铁质量分数，﹪；

ωFeO——还原前试样的氧化亚铁质量分数，﹪。

我国目前采用在 900℃下用流量为 15L/min 的φ（CO）=30﹪，φ（N₂ ）=70﹪的混合气体还原矿样 180min 后测定出还原度，一般认为 R<60﹪为还原性差的矿石，R>80﹪为还原性好的矿石。

5.3.2   软化性测定

铁矿石不是纯物质的晶体，因此没有一定的熔点，它具有一定范围的软熔区间，在高炉炼铁生产中既要求铁矿石熔化温度高，因为这样可以保持较多的气—固相间的稳定操作；更要求软熔温度区间窄，因为这可以保持较窄的软熔带，有利于煤气运动。由于矿石软熔温度不固定，试验中常测定软化开始和终了温度。通常将矿石在荷重还原条件下收缩率3﹪—4﹪时的温度定为软化开始温度，收缩率为30﹪—40﹪时的温度定为软化终了温度。我国软化性能测定尚无统一标准，一般采用升温法，荷重在 50—100kPa之间，在φ（CO）=30﹪、 φ（N₂）=70﹪的气流中还原 150240min(或还原度到 80﹪)。

   5.3.3 熔滴性能测定

矿石软化结束后，炉料在高炉内继续往下运动而被进一步加热和还原，矿石开始熔融，在熔渣和金属达到自由流动并积聚成滴前，软熔层中透气性极差，煤气通过受阻，因此出现

很大的压力降。根据生产高炉的测定，软熔带的压力降约占高炉总压力降的60﹪。因此人们对矿石在模拟高炉冶炼条件下的熔滴过程进行研究，并测定其滴落开始和终了温度，以及测定过程中的压力降作为评价矿石性能的依据。表示矿石熔滴性能的指标及其测定方法尚未统一标准化。一般是将规定重量和粒度的矿样，或不经预还原，或经预还原到规定程度（达到高炉内矿石进入软熔带时的还原度），放入底部有孔的石墨坩埚内，试样上下均铺有一定厚度的焦炭以模拟软熔带中的焦窗。然后上面荷重 50—100Kpa，由下部通入规定成分和流量的还原性气体，并以一定的升温速度将温度升到 1500—1600℃进行试验测定。国内普遍采用压差陡升温度表示矿石开始熔化温度，第一滴液滴下落温度表示滴落温度，以开始熔化和开始滴下的温度差为熔滴温度区间，以最高压差 pmax 表明熔滴区的透气性状况。从高炉操作要求熔滴温度高一些，区间窄一些，△p_max—低一些为好。