一、前言
采用膨润土作粘结剂，由于膨润土中SiO2、Al2O3含量高，当其配比较高时，会影响球团矿品位，增加高炉渣量，不利于高炉利用系数的提高和焦比的降低。所以，降低球团生产中皂土用量，对提高球团矿品位、改善其冶金性能有着重要的作用。
首钢球团厂为链蓖机—回转窑—环冷机氧化球团生产工艺，生产原料以自产磁精矿粉为主，以钠化膨润土为粘结剂。近几年, 首钢球团厂通过不断完善球团工艺、提高原料质量，以及靠技术进步和加强管理等手段，皂土消耗量不断降低，技术指标在国内保持领先水平，球团矿品位也稳步提高。首钢球团厂与国内同行业主要技术指标对比见表1，2004年以来皂土消耗指标和球团矿品位见表2。但与国外先进水平相比，差距甚大（国外在10kg/t以内）。
选择性能更优的球团粘结剂，降低膨润土配比，是首钢球团厂在国内保持技术领先的体现，也是提高市场竞争能力的具体措施。为实现皂土消耗量12kg/t以下的目标，我们采取了两个措施，一是组织试验验新型复合皂土试验，二是不断完善现场工艺技术和设备。
二、试验研究
（一）试验原料
本试验所用铁精粉为首钢自产高品位磁铁矿粉；试验用粘结剂共三种，分别是MT复合皂土、AH复合皂土、首钢球团厂自产皂土；铁原料的化学成分及粒度组成列于表3和表4，三种粘结剂理化性能检验列于表5；
从表1和表2数据看，铁精矿粉粒度、品位、水分指标都符合试验要求。
从表3数据看，MT复合皂土与AHT复合皂土以及自产皂土理化指标差别较大,尤其是SiO2含量、胶质价、吸水率、膨胀容等指标。
（二）造球设备及方法
造球设备为Φ1000×150mm园盘造球机，球盘转速17rpm，球盘倾角47度，造球时间15min，人工打水。用10mm、15mm筛子筛出粒度小于10mm 、大于15mm 生球。取10—15mm合格生球。造球后对生球进行落下和抗压检测。落下高度0.5m，落在10mm厚的钢板上，以生球出现较大裂纹或破碎为止。抗压强度在电子天平上进行，用手压下，出现裂纹或破碎时计为生球抗压强度。
（三）爆裂温度测定及焙烧
爆裂温度测定是在焙烧杯中进行的，用液化石油气加热，调整鼓风速度和温度后，将准备好的无裂纹的30个生球装入篮内，将其放在爆裂炉上，在预先设定温度下持续6分钟后，将生球篮提出爆裂炉，检查有无爆裂。当生球不再爆裂时的上一次温度作为生球的爆裂温度。
球团焙烧炉内径φ80×320mm,装料厚度为350 mm。回转窑中心直管段内腔φ300×300mm，两端锥管φ300mm、φ150×350mm。内腔有一测温点，转速4～5r/min。以民用液化石油气为燃料，焙烧工艺参数见表6。
为使球团焙烧更接近于生产实际，将造好的生球装在吊篮内，投入链篦机，进行投篮试验，并记录相应的热工参数。
（四）试验结果
1、生球指标
首钢球团生产中，生球从造球盘出来,在进入链蓖机前，生球转运次数达7次。因此，造球试验以满足生球落下强度（>7次）为标准进行，结果见表8。
从表8试验指标看，MT复合皂土和自产皂土的生球指标都符合要求，AH复合皂土的抗压强度和爆裂温度指标均较低，试验过程发现，在300℃时AH复合皂土生球爆裂数达70%，300℃时生球爆裂数达100%，因而为未将AH复合皂土生球进行焙烧试验。
2、成品球指标检测
试验室焙烧和投篮试验成品球化学成分及强度检测结果见表9和表10：
3、成品球物理和冶金性能检测
高炉炼铁生产追求的是优质、低耗、高产的目标。而精料是高炉优质、低耗、高产的物质基础，国内外强化高炉冶炼，都把精料放在首位。经过长期的实践证明，只有搞好了精料的高炉才能取得先进的技术指标。因此,球团矿质量要求的项目不仅有化学成分,还有机械强度、还原性、软熔以及热膨胀性能等。表11列出了MT复合皂土投篮试验成品球团矿的物理和冶金性能检测结果，并与前期首钢球团厂生产现场球团矿冶金性能指标进行了比较。
三、试验结果分析与讨论
（一）成球性比较
在原料和操作相同条件下，配加MT复合皂土0.8%，通过对造球过程的观察，生球成球速度与配加自产皂土相当,比AH复合皂土成球快。但MT复合皂土亲水性更好，配加MT复合皂土的生球形状比其它两种皂土的生球更圆，生球表面水分较低。生球形状的规则性，将有利于提高链蓖机料层的透性球，增强生球干燥、预热和焙烧效果。
总体看, 配加MT复合皂土的成球性较好。
（二）生球质量
落下强度及爆裂温度是检验生球质量是否合格最主要的指标。从表8落下强度及爆裂温度检验结果看出，MT复合皂土配比0.8%时,生球抗压、落下次数均超过标准要求（抗压：10N/个、落下：7/次/0.5m）。爆裂温度350℃，也能满足生产要求。而自产皂土配比要达到1.4%，落下指标才合格。无论怎样改变配比，AH复合皂土爆裂温度指标均达不到300℃，不能满足生产需要。
综合比较生球落下次数、抗压强度、爆裂温度等指标，MT复合皂土的生球质量优于其他两种皂土。
（三）成品球质量
MT复合皂土0.8%配比成品球经焙烧后，抗压强度达到2565N和2315N,均超过2000N的标准要求。在原料精矿粉品位为68.16%时,成品球TFe品位达到66.03%和65.75%的较高水平。成品球的SiO2含量较低,分别为4.08%和4.38%，比生产氧化球低约0.5-0.9个百分点。成品球的Al2O3含量较低,分别为0.62%和0.66%，比生产氧化球低约0.2个百分点。成品球团矿全铁品位高，二氧化硅低，三氧化二铝低的特点，将对后道冶炼工序提高钢铁产量，降低消耗产生较好影响。
（四）成品球物理和冶金性能指标分析
高炉精料的中心内容是如何改善炉料的还原性和料柱的透气性。高炉冶炼对炉料冶金性能的要求主要包括以下几个方面：较高的冷态机械强度；粒度均匀、粉末低；低温粉化率低；软熔性能好及软熔区间窄；含铁品位高。入炉原料的冶金性能直接影响高炉的运行状况、冶炼强度、工艺参数、燃料消耗及综合经济效益。
软化熔滴性能是指矿石在还原气体作用下开始软化的温度与一直到熔化所包含的温度区间，其包括范围较广，矿石软化结束后，炉料在高炉内继续向下运动而被进一步加热和还原，矿石开始熔融，在熔渣和还原后金属铁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，因此出现很大压力降，根据生产高炉测定，软熔带压力降约占高炉总压力降的60％。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ΔPm表明熔滴区的透气状况。从高炉操作要求，矿石的这种软熔性能对高炉操作的影响很大，通常要求熔滴温度高一些，区间窄一些，ΔPm低一些，可以延长间接还原时间，提高煤气利用效率，提高透气性，对冶炼有利。
从表11冶金性能指标检测数据看，MT复合皂土投篮试验球团矿具有如下优点，已完全达到优质球团矿的要求。
①冷态机械强度高。抗压强度达到2315N,超过2000N的一级品标准要求（YB/T005-91）。
②还原度指数（RI）明显改善。RI=69.6%，超过YB/T005-91标准（RI≥65%） 4.6个百分点。
③软化、熔融温度高，区间窄。软化开始温度1035℃，软化温度区间130℃；开始熔融温度1380℃，熔滴温度区间从81℃；熔融状态最大压差值2528Pa；熔滴温度区间的减小，将有效提高高炉煤气利用系数，扩大间接还原，减少直接还原，降低焦比，改善高炉的透气性，提高冶炼强度，提高产量，有利于 高炉冶炼。
④还原粉化指数低。RD|-3.15 =2.55%，粉化指数的降低将增加高炉透气性和减少粉尘外排。
⑤还原膨胀指数RSI低。膨胀指数9.61%，低于YB/T005-91标准（RSI<15%）5.39个百分点。
（五） MT复合皂土理化性能分析
MT复合皂土配比低、成球性好、生球和成品球质量高、冶金性能好，追根溯源，与MT复合皂土中膨润土独有的物质特性、性能和结构有关。MT复合皂土与矿业公司皂土标准比，主要理化检验性能指标明显优于矿业标准比要求。
吸蓝量 根据吸蓝量概念定义，吸蓝量是指膨润土分散于水溶液中具有吸咐次甲基蓝的能力大小，可作为粗略估计膨润土中蒙脱石含量的一个指标。膨润土吸蓝量越高，蒙脱石含量越高。MT复合皂土的吸蓝量较自产皂土高8个点。
膨胀容 膨胀容是膨润土的水化性能，是分散性、亲水性、电荷性和膨胀性的综合表现。按常规分类方法，膨胀容高于15ml/g属于钠基土。膨胀容数值越高，其水化、分散、膨胀能力越强，MT复合皂土的膨胀容指标为自产皂土的二倍，因此MT复合皂土的水化性能优于自产皂土。
吸水率 吸水率的大小反映了膨润土吸水后所产生胶体的多少,也即粘结力的大小。另一方面，吸水率还返映了吸水速度的快慢，是球团用膨润土的重要指标，对球团生产很重要。一般认为，膨润土20min吸水率指标大于300，就算比较快了。原土的性质是影响吸水率和吸水速度的主要因素。MT复合皂土吸水速度较自产皂土快，即MT复合皂土粘结力比自产皂土强。
胶质价 与膨胀容一样，胶质价也是膨润土的水化性能指标，是鉴定膨润土矿石属型和估价膨润土质量的技术指标之一。胶质价显示试样颗粒分散与水化程度，是分散性、亲水性和膨胀性的综合表现，它的大小与膨润土矿的属型和蒙脱石含量密切相关，钠基比钙基、酸性膨润土的胶质价高，同一属型的膨润土，含蒙脱石愈多，胶质价愈高。MT复合皂土与自产皂土比较，MT复合皂土胶质价高165，进一步说明MT复合皂土水化性能较自产皂土强。
SiO2含量 从化验数据看，MT复合皂土SiO2含量比自产皂土低9.3%。SiO2含量的降低一方面改善粘结剂性能，另一方面将使成品球团矿中的SiO2含量减少，进而提高球团矿品位。
四、降低皂土消耗的其他技术措施
在组织新型高效复合皂土试验研究的同时,公司还实施了以强化技术管理为主的其他措施，主要有：
①完善一系列配料室的电子称（包括皂土称）计量设施，实现按成分配料，达到精准配料的要求。
②球团二系列造球盘加水方式进行改进。一方面将加水管移至下料点下方，实现“滴水成球，雾化长大”。另一方面，造球盘加冷水改为链篦机冷却水，提高造球物料温度。
③改进和完善造球技术状况。实现定量给料和定量加水。对皮带称定量给料自动调节进行攻关，水管安装流量表。
④稳定并改善矿粉水份和粒度。组织内部挖潜，制定稳定矿粉水份和矿粉粒度的措施。供球团矿粉水份控制在8.3%以下，供球团矿粉-200目粒度含量控制在82%以上。
⑤提高皂土质量。组织采购优质成品皂土货源，加大对皂土加工质量控制以及采购原土厂家评审、监督、检查力度，以保证钠化皂土的质量和供应。
⑥制定稳定供料措施，及时传递生产数据信息，按照大工业生产组织的要求，实现供球团矿粉质量和数量的稳定。
五、结论
通过对MT复合皂土的球团试验研究，结合首钢矿公司球团厂、选矿厂的生产特点，可以总结出以下几点结论：
①实验室研究表明，用MT复合皂土替代自产皂土技术上是可行的，可满足球团生产和高炉精料要求。为稳妥起见，应进行工业试验。
②用MT复合皂土替代自产皂土，皂土消耗可降到0.8%，比自产皂土消耗降低0.6%，球团矿铁品位提高幅度达0.5%以上，最高可达66%，球团矿抗压强度呈上升趋势，冶金性能将有较大改善。
③MT复合皂土吸水率指标较高，可适当降低精矿粉水分要求，对上道过滤工序降低消耗、提高选矿生产率有益。
④如保持成品球团矿质量标准（65.30%）不变, 配加MT复合皂土，可降低对原料精矿粉品位标准要求，提高上道选矿工序生产力。
参考文献:
[1] 刘福来．合理提高球团矿碱度，改善球团矿冶金性能。
[2] 刘新兵. 冶金球团用膨润土的性能指标评述。
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