焙燒球團礦的目的在于固結,固結使它具有一定的機械強度,以滿足長途運輸和高爐冶煉的要求(球團礦應有一定的機械強度及良好的還原性,而此二者往往矛盾,即強度好者,還原性較差,反之亦相反,酸性球團礦尤為突出)。討論影響球團礦焙燒固結的因素,應以改善其冶金性質為目標。
(1)鐵精礦的礦物類型。生產球團礦常用的原料有磁鐵礦和赤鐵礦二種。就成球性而言,赤鐵礦優于磁鐵礦,就焙燒固結性能而言,則相反。磁鐵礦更易固結的原因有二:一為焙燒過程中,磁鐵礦發生氧化和晶變二為氧化放熱效應。赤鐵礦則全靠高溫下的再結晶,故要求更高的焙燒溫度。
鐵精礦中含有脈石,有的數量不多,但對焙燒固結有重要影響。脈石礦物品種很多,其對球團固結的影響機理,不外乎能否與鐵礦物反應,是否能成為液相,以及液相對鐵礦物的潤濕能力。
為了研究脈石的影響,以常見的石英和長石為例。石英熔點甚高,在氧化氣氛中,不與赤鐵礦反應。長石熔點較低,在焙燒溫度下成為液相,并對赤鐵礦潤濕性強,極易滲入鐵礦晶粒間隙,F取極純的赤鐵礦精礦(含SiO2僅0.15%)分,別配以不同數量的石英粉、長石粉,在空氣中以1250℃焙燒30分鐘,然后測定其強度,并在顯微鏡下觀察其結構,其結果見圖1.石英不參與反應,故對強度無明顯的影響,而長石熔融,滲入赤鐵礦晶粒之間,形成液相渣鍵,只要有2%,便對固結影響顯著。還原性實驗表明,石英對于球團礦的低溫(550℃)、中溫(900℃)還原性沒有影響,只惡化其高溫(1250℃)還原性。長石將孔隙堵塞,并且封閉了部分赤鐵礦表面,使球團礦的還原性全面降低。
鐵精礦粒度和粒度組成對于固結的影響,與對成球性的影響一致。粒度小,比表面積大,不僅有利于氣一固相反應,而且有利于固一固相反應,它使磁鐵礦氧化迅速,表面晶格缺陷較多,易于進行固相擴散反應。所以原料粒度細,球團礦強度高。此外粒度對氣孔率和氣孔大小有關,強度高的球團礦,其氣孔必然小而均勻。
(2)焙燒溫度的影響。焙燒溫度水平,對于球團礦固結影響大。一般認為溫度愈高,反應速度愈快,對磁鐵礦氧化反應如此,對赤鐵礦擴散、再結晶也如此。實際上,預熱溫度到達900°~1000℃以上,再提高溫度對加速磁鐵礦氧化作用不大。
赤鐵礦或磁鐵礦再結晶和晶粒長大的速度,主要決定于焙燒溫度。圖2是焙燒溫度對于球團礦抗壓強度的影響。由圖可見,在1000℃以下,球團礦的強度增長緩慢。只有更高的溫度。才能使其強度迅速提高。對不同的原料制成的球團礦,適宜的焙燒溫度各異。在圖2中,焙燒磁鐵礦球團的適宜溫度尚不及1200℃,這可能因為磁鐵礦氧化成亦鐵礦放熱反應,使球團礦內部溫度高于焙燒介質溫度。