含碳球團(tuán)可實(shí)現(xiàn)在1200~1300 ℃下的快速還原，所以含碳球團(tuán)技術(shù)在高爐、直接還原等工藝中備受關(guān)注。含碳球團(tuán)應(yīng)用于高爐中，必須使成品球的強(qiáng)度滿足要求。目前的研究中，大部分是采取壓力機(jī)壓制成塊，得到還原后強(qiáng)度為2500~3000 N的成品球[1]。本實(shí)驗(yàn)采用圓盤造球機(jī)造球，研究了不同礦粉粒度、不同配碳比、不同還原溫度等對(duì)含碳球團(tuán)強(qiáng)度及金屬化率的影響，為進(jìn)行進(jìn)步的實(shí)驗(yàn)研究提供了些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)所用的鐵精礦為馬鞍山和睦山礦，煤粉為馬鋼煉鐵廠高爐噴煤用無(wú)煙煤，粘結(jié)劑為水玻璃、膨潤(rùn)土及羧甲基纖維素鈉（CMC）。鐵精礦粉的化學(xué)成分（w/%）為：TFe 67.39；FeO 19.87；SiO2 2.19；GaO 0.41；S 0.10。無(wú)煙煤的成分（w/%）為：固定碳 75.69；灰分 12.09；揮發(fā)份 10.33；水份 1.89。

2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果討論

2.1造球?qū)嶒?yàn)

先將造球用鐵精礦粉烘干，篩分成4個(gè)等：＜0.074 mm， 0.074 mm～0.105 mm，0.105 mm～0.149 mm，＞0.149 mm。將礦粉、煤粉（＜0.149 mm 70%以上）及粘結(jié)劑按比例配料，混勻，然后在圓盤造球機(jī)中造球。造球過(guò)程中使用噴水壺間歇噴入定量的水，直至成球。取直徑在9~16 mm之間的濕球放到烘箱中烘干，得到本實(shí)驗(yàn)所需的生球，其編號(hào)及原料配比見(jiàn)表1，干球落下強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表2。表1 含碳球團(tuán)的原料配比

表2 含碳球團(tuán)生球的落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度

從表2可以看出，以水玻璃為粘結(jié)劑的含碳球團(tuán)落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都非常好，明顯優(yōu)于其它粘結(jié)劑；隨著碳氧摩爾比的增大，即隨著煤粉含量的增加，球團(tuán)抗壓強(qiáng)度逐漸減?。坏V粉粒度增大，球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度也隨著增大，但般情況下，原料的粒度越細(xì)，生球的抗壓強(qiáng)度有增高的趨勢(shì)。出現(xiàn)這種情況的原因是造球時(shí)間短，當(dāng)原料的黏性較大時(shí)，原料的粒度越細(xì)，越趨于均勻，但無(wú)大顆粒作骨架，反而得不到較好的果，強(qiáng)度有所下降。

按普通球團(tuán)工業(yè)生產(chǎn)的要求[2]，豎爐焙燒對(duì)生球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的要求分別是不小于1~2次/個(gè)和大于49 N/個(gè)。所以以水玻璃和膨潤(rùn)土作粘結(jié)劑的含碳球團(tuán)能滿足要求，而CMC和復(fù)合粘結(jié)劑造成的球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度還有定的差距。從表1復(fù)合粘結(jié)劑中CMC 的添加量來(lái)看，增大CMC 的含量，球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度變化不是很大，原因是增加的量很少，對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度影響不明顯

2.2還原實(shí)驗(yàn)

還原裝置采用臥式碳化硅電阻爐。將爐溫升到預(yù)定溫度后，先通N2將爐內(nèi)空氣排盡，再稱取定量的球團(tuán)（直徑在10～12 mm之間）放入爐膛中央，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中直通入1 L/min的N2作保護(hù)氣體，保溫段時(shí)間后，迅速取出并放到石墨坩堝中密封冷卻。將冷卻后的球團(tuán)進(jìn)行物理性能分析和化學(xué)分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3含碳球團(tuán)還原后試樣分析結(jié)果

將1#球團(tuán)做了1000，1100，1200 ℃3個(gè)溫度水平的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表3。溫度越高，球團(tuán)的金屬化率越高，球團(tuán)還原后的抗壓強(qiáng)度也越大。從顯微鏡下觀察，溫度越高，還原出的金屬鐵越多，這些金屬鐵相互形成連晶，所以球團(tuán)具有較高的強(qiáng)度。

從表3可以看出，采用水玻璃為粘結(jié)劑的含碳球團(tuán)，在相同的還原溫度和還原時(shí)間下，2#球團(tuán)還原后的抗壓強(qiáng)度，3#球團(tuán)差，說(shuō)明隨著含碳球團(tuán)碳氧摩爾比的增大，球團(tuán)還原后的抗壓強(qiáng)度減??；但2#球團(tuán)的金屬化率，3#，含碳球團(tuán)的金屬化率隨著碳氧摩爾比的增大而增大。

3#球團(tuán)金屬化率為69.9%，即其內(nèi)部還原出的鐵量很高，但強(qiáng)度很低，原因是其含碳量高，還原后球團(tuán)內(nèi)部產(chǎn)生的孔洞多，從而影響球團(tuán)整體強(qiáng)度。1#，4#，5#，6#球團(tuán)中礦粉的粒度是逐漸增大的，但從表3中看，其還原后的抗壓強(qiáng)度及金屬化率的變化無(wú)明顯規(guī)律，有待進(jìn)步研究。7#，8#，9#，10#是使用CMC、膨潤(rùn)土及其混合作粘結(jié)劑的含碳球團(tuán)，由表3中數(shù)據(jù)可以看出，CMC和膨潤(rùn)土混合的復(fù)合粘結(jié)劑所造的球團(tuán)，在還原后抗壓強(qiáng)度和金屬化率較其單種粘結(jié)劑有很大提高。但相比以水玻璃為粘結(jié)劑的含碳球團(tuán)，其抗壓強(qiáng)度及金屬化率還是很低。

3結(jié)論

（1）含碳球團(tuán)生球和成品球的抗壓強(qiáng)度均隨配碳比的增大而減小，但金屬化率隨著配碳比的增大而增大。

（2）隨著還原溫度的升高，含碳球團(tuán)還原后的抗壓強(qiáng)度增大，金屬化率增大。

（3）以水玻璃為粘結(jié)劑的含碳球團(tuán)，無(wú)論是抗壓強(qiáng)度還是金屬化率，都優(yōu)于其它粘結(jié)劑。