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酸性球团矿还原膨胀率高，且软化温度、软熔区间等冶金性能较差，给高炉顺行带来不利影响。大多数炼铁厂使用酸性球团矿的比例较低(在20%左右)，但随着球团矿产量的增加和高炉精料需求量加大，球团矿在高炉炉料中的比例不断提高，这对烧结矿的碱度和MgO含量以及球团矿的质量和冶金性能提出了更高的要求。对于烧结矿，混合料中的MgO可以减少成品烧结矿中玻璃质的生成，有利于改善烧结矿的高温还原性，并提高烧结矿的软熔温度，但对于高铁低硅烧结来说，MgO对烧结矿强度有不利的影响。适当降低烧结矿中MgO含量，可以提高烧结矿的强度，减少成品烧结矿中5～10mm粒级所占比例[1-4]。对于球团矿，MgO可以改善球团矿的冶金性能[5-6]。所以，把烧结矿中的部分MgO
转移到球团中，通过球团矿加入高炉，不仅可以提高烧结矿的质量，而且能改善球团矿的冶金性能，从而提高综合炉料的性能。
含镁球团矿的焙烧温度控制比普通酸性球团矿要求高，难度大，而且不同的含镁熔剂对球团造球、焙烧及成品球质量有不同的影响。国内有文献研究了白云石、轻烧白云石、氧化镁粉、橄榄石等对球团性能的影响[7-10]，但其试验使用的矿粉SiO2质量分数都比较高，在4%以上。国外对熔剂型球团也进行了较多的研究[11-13]，但主要用熔剂是石灰石、橄榄石等，对不同含镁添加剂的系统比较和研究内容很少。本试验详细研究了不同MgO含量的白云石、蛇纹石、硼泥和镁质添加剂等4种含镁添加剂对SiO2质量分数为1.22%的高铁低硅矿粉球团的造球、焙烧和冶金性能的影响，并比较分析了不同含镁添加剂的优缺点。
1 试验方法及原料性能
1.1 试验研究方法
根据配料方案进行混料，在直径为800mm的圆盘造球机上进行造球，造球盘转速为21r/min，造球时间为10min。造球结束后筛取10～12.5mm粒级的生球测定其落下强度、抗压强度、水分和爆裂温度。生球爆裂温度的测定方法是：取20个生球放入吊篮内，把吊篮放入标定风速为1.8m/s的热风中，5min后拿出，观察是否有生球破裂，如果没有破裂，上调风温，重复以上程序，直到有10%生球爆裂为止，此温度作为生球爆裂温度。
生球焙烧试验分别在管式电炉和内径为Φ120mm、高度为400mm的焙烧杯内进行。焙烧试验后分析球团矿的抗压强度、化学成分和冶金性能。球团矿抗压强度测定按国标GB/T14201—93进行。还原度、还原膨胀率和低温还原粉化率指标按照国标GB/T13240～GB/T13242—91测定。
1.2 试验用原料的物化性能
试验用矿粉和含镁添加剂的化学成分如表1所示。试验用含铁原料是高品位磁铁矿粉，其质量分数为69.89%。SiO2的质量分数较低(1.22%)，其75μm以下粒级含量是88.75%。用于试验的含镁添加剂有白云石、蛇纹石、硼泥和镁质添加剂，其粒度均在75μm以下。几种含镁添加剂按照MgO含量从高到低的排序是镁质添加剂、硼泥、蛇纹石和白云石，其MgO的质量分数从66.66%到19.09%。表2是试验用膨润土的物理性能，其2h吸水率为477%，膨胀指数为17mL/2g。
2 试验结果及分析
2.1 含镁添加剂对矿粉造球及生球质量的影响
为了比较分析几种含镁添加剂对矿粉造球性能和生球质量的影响，在矿粉中分别加入质量分数为1%、2%和3%的不同含镁添加剂进行造球试验。膨润土的配比(质量分数)相同，均为1.5%。图1给出生球落下强度和抗压强度的比较结果。
由图1(a)可见，加入白云石、蛇纹石之后的生球，其落下强度均有所提高。例如，加入1%白云石时，生球平均落下强度达到6.3次/0.5m，比基准试验(不配含镁添加剂)生球平均落下强度提高了1次/0.5m。加入3%蛇纹石时，生球平均落下次数达到8.8次/0.5m，比基准试验(未加入含镁添加剂)生球落下强度提高了3次/0.5m。硼泥和镁质添加剂对生球落下强度影响不大。
由图1(b)可见，配加蛇纹石和硼泥的生球抗压强度比基准试验高。而配加白云石和镁质添加剂的生球抗压强度略有下降。
生球爆裂温度测定试验结果如表3所示。单一矿粉的生球爆裂温度在650℃以上。加入镁质添加剂的球团生球爆裂温度相对较高，与基准试验生球一致。加入1%和2%蛇纹石的生球爆裂温度也与基准试验结果一致。不过，当配比达到3%时，生球爆裂温度降低到650℃以下。白云石和硼泥对生球爆裂温度有不利影响，其生球爆裂温度在630℃以下。
2.2 含镁添加剂对球团焙烧强度的影响
为了分析不同含镁添加剂对球团焙烧强度的影响，首先用管式电炉对配加不同比例含镁添加剂的生球进行了焙烧试验。管式电炉的预热温度是950℃，预热时间是15min，焙烧温度分别是1240℃和1280℃，焙烧时间都是15min。试验结束后测定焙烧球的抗压强度。
图2(a)给出分别加入1%、2%和3%不同含镁添加剂的生球在1240℃焙烧后的抗压强度。可见，在1240℃时，配加蛇纹石、白云石和镁质添加剂的生球，随着其配比的提高，焙烧球的抗压强度降低。其中，加入蛇纹石和白云石的球团抗压强度下降较明显。这主要是因为蛇纹石和白云石含有大量的碳酸盐，焙烧过程要分解吸热，需要的焙烧温度高。加入硼泥的生球，随着其配比的增加，焙烧球的抗压强度提高。原因是硼泥含有低熔点物质B2O3，在较低温度下可以形成液相，从而提高了球团矿的焙烧强度。在1240℃的温度下，加入硼泥的球团矿抗压强度都超过2500N/个。由试验结果可见，在几种含镁添加剂中，硼泥对提高球团矿抗压强度最有利。
图2(b)给出1280℃下焙烧的不同配比球团矿的抗压强度。可见，在较高的焙烧温度下，加入蛇纹石、白云石和镁质添加剂时，随着其配比的增加，焙烧球的抗压强度下降。在1280℃的温度下，加入1%～3%蛇纹石的球团，其抗压强度都达到2500N/个以上，加入1%和2%镁质添加剂的球团，抗压强度也分别达到2785N/个和2578N/个，均能满足抗压强度要求。硼泥配比在1%和2%时，其球团矿抗压强度都很高，达到3200N/个以上。但硼泥配比达到3%时，球团矿抗压强度出现下滑的趋势，说明焙烧温度高时，其提高球团矿抗压强度的效果降低。这是因为硼泥配比高时产生的液相过多，反而会降低球团矿抗压强度。
图3(a)给出加入1%含镁添加剂的球团在1240和1280℃下焙烧后抗压强度的比较。可见，在1240和1280℃下，加入1%硼泥的球团，其抗压强度均高于基准试验即单一矿粉球团的抗压强度，说明这种添加剂可以改善球团的抗压强度。添加其余含镁添加剂的球团焙烧后抗压强度均低于基准试验。在1280℃下，加入1%白云石、蛇纹石和镁质添加剂的球团，抗压强度分别达到2813、3149和2785N/个，相对于1240℃时均有所提高，说明使用这3种含镁添加剂时需要提高球团焙烧温度才能提高其抗压强度。
图3(b)给出加入3%含镁添加剂的球团在1240和1280℃下焙烧后抗压强度的比较。在1240和1280℃下，加入3%硼泥的球团，抗压强度高于基准试验球团，尤其在1280℃下加入3%硼泥的球团，抗压强度非常高，达到3012N/个，比基准试验球团提高了511N/个。而加入3%白云石、蛇纹石和镁质添加剂的球团，在1240℃下焙烧时，焙烧球的抗压强度均低于基准试验，未能满足要求。当焙烧温度提高到1280℃时，加入蛇纹石的球团抗压强度达到2667N/个，而加入3%白云石和镁质添加剂的球团抗压强度仍未能满足2500N/个的要求。这说明如果使用配比3%以上的白云石或镁质添加剂需要采用更高的焙烧温度。
2.3 焙烧杯试验及球团矿冶金性能分析
在管式电炉试验的基础上，分别对加入2%白云石、蛇纹石、硼泥和镁质添加剂的球团进行焙烧杯模拟试验，膨润土配比均为1.5%。图4是焙烧杯试验的温度-时间曲线。焙烧杯试验过程包括鼓风干燥、抽风干燥、预热、焙烧、均热和冷却等模拟带式焙烧机的工艺过程，焙烧过程最高焙烧温度是1280℃，总焙烧时间是45min。
焙烧杯试验后分析了每个方案球团矿的抗压强度、化学成分和冶金性能。表4给出不同配比焙烧球团矿的抗压强度、还原度、还原膨胀率和低温还原粉化率的分析结果。表5是熔滴性能试验结果。其中：t10为软化开始温度；t40为软化结束温度；Δt1为软化温度区间；ts为熔融开始温度；ΔHs为熔融开始时炉料收缩值；td为滴落开始温度；Δt2为熔滴温度区间；ΔH为熔滴带厚度；S为熔滴性能总特性值。表6给出焙烧球团矿的化学成分。采用焙烧杯时的焙烧气氛比管式电炉好，且本次试验的焙烧时间较长，所以除了白云石之外其他几种含镁添加剂的球团矿抗压强度达到了3000N/个以上。
由试验结果可知，未加入含镁添加剂即单一矿粉焙烧的球团矿品位非常高，达到66.85%，SiO2质量分数也比较低，只有2.12%，但还原膨胀率非常高，达到67%，不能满足高炉入炉要求。在2%配比下，加入镁质添加剂的球团还原膨胀率最低，为14.6%，说明镁质添加剂对降低球团矿还原膨胀率的效果很明显，且其球团矿中SiO2质量分数只有2.17%，MgO质量分数是1.81%，对高炉降渣量和改善炉渣流动性非常有利。其次是蛇纹石，加入这种含镁添加剂的球团矿还原膨胀率是19.1%，达到了高炉入炉要求，相应球团矿中SiO2质量分数为2.95%，MgO质量分数为1.17%。加入质量分数2%硼泥的球团矿，还原膨胀率是20.81%，也基本能满足要求。加入质量分数2%白云石的球团矿的还原膨胀率则较高，不能满足高炉入炉要求。
由表4可见，除了添加硼泥以外，添加其他几种含镁添加剂的球团矿还原度都达到比较高的水平(70%左右)，这对高炉冶炼非常有利。由还原粉化率的检测结果可见，硼泥、镁质添加剂和蛇纹石可以改善该矿粉焙烧的球团矿低温还原粉化率。比较表5可见，加入质量分数2%镁质添加剂的球团矿熔滴性能指标相对最好，其软熔滴落过程的最高压差、软熔带厚度和熔滴特性值等指标最低；其次是加入蛇纹石的球团矿。这说明加入镁质添加剂、蛇纹石等可以改善球团矿的软熔滴落性能。加入质量分数2%硼泥时，球团矿中MgO的质量分数达到1.46%，但硼泥对球团矿熔滴性能有不利的影响。
在表6列出的几种含镁添加剂中，MgO质量分数最高的是镁质添加剂，其配比为2%时，球团矿中MgO的质量分数能达到1.81%。硼泥和蛇纹石的MgO的质量分数分别是49.31%和35.59%。白云石的MgO质量分数较低。所以，球团矿中MgO的质量分数要达到1.8%，需要添加质量分数2.8%的硼泥或3.5%的蛇纹石，白云石则需要添加7%。随着添加剂配比的增加，球团矿品位将明显下降。所以，选择MgO含量较高的添加剂对改善球团矿的冶金性能和减小对球团矿品位的影响都有利。
3 结论
1)试验采用的是低硅、高品位的磁铁矿粉，含镁添加剂为白云石、蛇纹石、硼泥和镁质添加剂，其MgO质量分数在19.09%～66.66%。MgO含量最高的是镁质添加剂，这种添加剂可以在相对低的配比下较大幅度地提高球团矿中MgO含量。
2)蛇纹石、白云石有利于改善生球落下强度和抗压强度，但随着其配比的增加，生球爆裂温度降低。镁质添加剂降低生球落下强度的幅度不大，但不会影响生球爆裂温度。硼泥则降低生球爆裂温度，有利于提高球团矿焙烧强度，尤其是可以有效降低球团矿焙烧温度。就白云石、蛇纹石和镁质添加剂而言，随着其配比的增加，球团矿抗压强度降低，所以需要1280℃以上的焙烧温度才能满足抗压强度的要求。
3)试验所用低硅矿粉在不添加其他含镁添加剂时，球团矿的还原膨胀率很高，不能满足高炉入炉要求。添加镁质添加剂、蛇纹石和硼泥有利于降低球团矿的还原膨胀率。添加量在2%时，球团矿的还原膨胀率基本能降至20%以下。白云石不能降低该矿粉球团矿的还原膨胀率。除硼泥以外，其他含镁添加剂都有利于改善球团矿还原度。镁质添加剂和蛇纹石还能改善球团的熔滴性能。
4)综合试验的结果可知，本试验用矿粉加入镁质添加剂比较适合生产低硅、高品位、冶金性能好的球团矿。采用这种方式可以将添加到烧结矿中的MgO转移到球团矿中，在改善高铁低硅烧结矿质量的同时，还能提高富MgO球团矿的冶金性能。
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