邢振兴，程功金，杨   合，薛向欣

（东北大学冶金学院，辽宁省冶金资源循环科学重点实验室，辽宁沈阳   110819）

摘   要  为提高海砂矿在钢铁企业中作为炼铁原料的使用量，本文依据优化配矿的原则，利用海砂矿制备了氧化球团，并对球团矿的冷态性能和还原性能进行了检测分析。研究表明：随着海砂矿配加量的增加，成球性能变差，生球落下强度以及抗压强度急剧下降，生球水分几乎不随海砂矿配加量的增加而发生变化，但海砂矿成品球团抗压强度不断降低。成品球团还原膨胀指数以及还原膨胀后球团的抗压强度逐渐降低，海砂矿球团的还原度以及还原后球团的抗压强度也逐渐下降。 

关键词  海砂；氧化球团；抗压强度；还原性能 

1   引言 

近年来，随着我国钢铁工业的快速发展，带动了生铁和粗钢产量的连年增长，然而国内高品位铁矿石资源却日益枯竭。为缓解我国铁矿石原料资源短缺的困境，降低我国铁矿石的贸易依存度，减小对国外进口高品位铁精矿资源的依赖，对国内外钒钛矿资源的开发利用，便成为了国内外学者及钢铁冶金企业研究的重要课题[1]。 

海砂矿是一种由河流、波浪和海流冲刷作用形成的次生劣质钒钛磁铁矿资源[2-4]。世界各地储量丰富，易于采选，价格低廉，但因其含有钒钛难以选冶、原料特性复杂等因素，目前在钢铁工业上并未大规模使用[5-9]。

为此，本文根据优化配矿的原则，利用海砂矿配加成球性能优异的司家营矿进行高配比海砂矿球团的制备，并对球团矿的相关性能进行检测分析。 

2   试验方法 

2.1   试验原料 

在本实验研究所用的造球原料主要包括新西兰海砂、司家营、膨润土，其中膨润土作为造球所用的粘结剂由国内某钢铁企业提供。实验所用原料以及膨润土的化学成分如表 1、表 2 所示。 

2.2   试验设备 

高配比海砂矿氧化球团的制备过程中，所使用的造球设备为东北大学自主设计的圆盘造球机。球团矿的抗压强度采用数显全自动球团颗粒压力试验机，球团矿还原性能实验所使用的设备为东北大学自主研发的还原性能实验测定装置。 

2.3   试验方案 

高配比海砂矿氧化焙烧球团的制备可依据优化配矿的原则，具体试验方案如表 3 所示。海砂矿配比从 50%增加到 70%，同时协调司家营矿的配比，统一外配 1.5%的膨润土作为粘结剂。另外，制备海砂矿配比为 100%的氧化焙烧球团，作为对比试验检测球团的各项性能。

3   试验结果与分析 

3.1   生球冷态性能分析 

根据球团矿冷态性能的检测方法，对高配比海砂矿球团生球的落下强度、抗压强度以及生球水分进行检测，具体检测结果如表 4 所示。 

从表中数据分析可知，随着海砂矿配加量的增加，生球落下强度以及抗压强度急剧下降，当海砂矿配加量为 70%时，落下强度仅为 8.25 次/个球，抗压强度仅为 2.55N/个球，继续增加海砂矿配加量到 100%时，生球落下强度以及抗压强度几乎无法检测，生球水分几乎不随海砂矿配加量的增加而发生变化，说明生球强度的变化主要是受到海砂矿配加量的增加影响。这主要是因为海砂矿粗粒度、表面光滑、形状规则等因素影响，从而海砂矿配加量的增加不利于球团矿的制备。根据钢铁企业实际生产需求，建议海砂矿的配加量不应超过 50%。 

3.2   成品球团抗压强度分析 

高配比海砂矿成品球团抗压强度检测的方法主要是依据国标 GB/T  14201—1993《铁矿石球团抗压强度测定方法》进行检测分析，结果如图 1 所示为高配比海砂矿配加量对成品球团抗压强度的影响。 

分析图中数据可知，随着海砂矿配加量的增加，高配比海砂矿成品球团的抗压强度逐渐下降。当海砂矿配加量为 50%时，成品球团的抗压强度达到 3540N/个球；而当海砂矿配加量继续增加达到 70%时，成品球团的抗压强度下降到 2483N/个球，而全海砂矿成品球团的抗压强度 2358N/个球，均达到国家二级球团矿抗压强度要求的标准。 

成品球团抗压强度逐渐下降的原因主要是海砂矿为粗粒度砂矿，不利于球团内部颗粒的均匀分布，配加量过多将导致球团内部出现粗细粒度分布不均匀，孔隙度增加，不利于球团矿内部固结，从而降低球团的抗压强度。 

3.4   高配比海砂矿对球团还原性的影响 

实验对高配比海砂矿成品球团在 900℃还原 3h 后计算其还原度，并对还原后球团的抗压强度进行检测分析，结果如图 3 所示为高配比海砂矿对成品球团还原度以及还原后球团抗压强度的影响。 

根据图 3 分析可知，随着海砂矿配加量的增加，海砂矿球团的还原度逐渐下降，还原后球团的抗压强度也随之下降。当海砂矿配加量为 50%时，球团的还原度最高为 70.86%，还原后球团的抗压强度为 803N/个球；随着海砂矿配加量的继续增加，还原度和还原后球团的抗压强度逐渐降低，当海砂矿配加量为 100%时，还原度下降至 61.43%，而还原后球团的抗压强度急剧下降，仅为 172N/个球。因此，海砂矿配加量的增加，所制备成品球团的还原性将难以满足高炉炼铁原料使用的要求。 

主要原因是海砂矿为钒钛磁铁矿，受 Ti、V 等金属元素影响，形成还原性较差的 Fe Ti O3等，从而降低了球团矿的还原性能。还原后球团抗压强度的降低，主要是因为还原度降低，球团外层还原形成的金属铁壳变薄，球团的抗压强度因此随之降低。 

4   结论 

本文根据优化配矿的原则，通过提高海砂矿在氧化球团中的配比，并对其各项性能进行检测分析，探究了高配比海砂矿的添加对海砂矿球团冷态性能和还原性能影响的规律。主要得出以下结论： 

（1）随着海砂矿配加量的增加，成球性能变差，生球落下强度以及抗压强度急剧下降，生球水分几乎不随海砂矿配加量的增加而发生变化，说明生球强度的变化主要是受到海砂矿配加量的增加影响。 

（2）随着海砂矿配加量的不断增加，海砂矿成品球团抗压强度不断降低，但均达到国家二级球团矿抗压强度要求的标准。 

（3）随着海砂矿配加量的不断增加，成品球团的还原膨胀指数逐渐降低，还原膨胀后球团的抗压强度呈现出下降的趋势。 

（4）随着海砂矿配加量的增加，海砂矿球团的还原度逐渐下降，还原后球团的抗压强度也随之下降。 

致谢：特别感谢国家自然科学基金面上项目（51674084）和国家科技支撑计划项目（2015BAB19B02）对本课题研究经费的支持。感谢薛向欣教授对本论文中所涉及的实验方案和具体实验过程中提供的指导和帮助。 

5  参考文献 

[1]  高子先, MgO 对含铬钒钛磁铁矿球团抗压强度和冶金性能影响研究[D].  沈阳:  东北大学, 2017. 

[2]  吴舜华.  含钒钛海滨砂矿的合理利用途径[J].  烧结球团, 2011, 36(2): 35-40. 

[3]  刘依然,  张建良,  王振阳,  等.  海砂矿和高炉粉尘复合造块还原试验[J].  钢铁钒钛, 2015, 36(5): 87-91. 

[4]  郭新颖,  季爱兵,  田新琰.  钒钛海砂矿处理新工艺[J].  现代冶金, 2015, 43(1): 32-34. 

[5]  蔡幸福,  田铁磊.  马来西亚海砂的烧结性能研究[J].  烧结球团, 2013, 38(1): 6-8. 

[6]  Gibbs H S. The vanadium content of taranaki ironsand[D]. Wellington: Victoria University of Wellington, 1937. 

[7]  张亚鹏,  张建良,  王振阳,  等.  细磨海砂矿烧结特性及其对烧结矿质量影响机理[J].  工程科学学报, 2016, 38(4): 468-475. 

[8]  郭玉华,  徐洪军,  周继程,  等．新西兰海沙矿含碳球团成型、还原实验研究[J]．矿业工程，2010，30(6)：78-80． 

[9]  徐礼兵,  周明顺,  刘杰,  等.  新西兰海砂矿烧结性能研究[J].  矿业工程, 2015, (4):91-94. 

[10]  王兆才,  储满生,  唐珏,  等.  还原气氛和脉石成分对氧化球团还原膨胀的影响[J].  东北大学学报（自然科学版）, 2012, 33(1): 94-97.