一种萤石球团落下强度的测试方法

高延强, 王 博, 骆仁智, 祁 巍, 赵留伟

(1.宁波钢铁有限公司, 宁波 315807;2.福建中检矿产品检验检测有限公司, 福州 350007)

在钢铁工业中，萤石被大量用作化铁、炼铁、炼钢的熔剂。目前，尚无其他材料能替代萤石。萤石的作用主要有降低冶炼温度，节省燃料消耗；降低炉渣黏度，增加炉渣流动性，以便于炉渣从金属中顺利排出等。萤石除具有降低难熔物质的熔点、促进流动、使炉渣很好分离等作用外，还能在冶炼过程中脱磷，增强金属的可锻性。近年来，高品位萤石原矿被大量开采，储量不断下降，市场上高品位萤石块矿价格不断攀升，使得玻璃、陶瓷、化工等行业纷纷改用高纯浮选萤石粉。但在冶金行业，受工艺条件限制，萤石粉作为粉料不能直接入炉，需添加黏结剂，通过搅拌、高压成形工艺，将萤石粉加工成球团，这是目前解决萤石粉替代萤石块矿的最佳途径之一[1]。

萤石球团的生产过程包括粉碎、混匀、黏结、压制成形等流程。萤石球团具有粒度均匀、成分均匀和可定制化等优点，在冶金行业得到了越来越多的应用[2]。在炼钢精炼生产过程中，萤石球团的上料和运输过程较为复杂，一般要经过汽车倒运、地下料仓存放，再经过多道皮带输送到精炼炉高位料仓，最后由高位振动给料机送入炼钢精炼炉。地下料仓与高位料仓的实际高度差约为60 m，高位振动给料机的振动及运输过程中的颠簸和碰撞对萤石球团的物理性能影响较大，尤其是对萤石球团落下强度的影响显著。

在运输过程中，萤石球团损耗增多，破碎率升高，不仅增加了球团的消耗量，还将严重影响炼钢厂的工作效率，产生的大量粉尘会对环境造成污染，严重危害作业人员的健康。为了保证萤石粉的落下强度，可通过增加压球机的压下量、合理使用黏结剂等措施，确保运输过程中其物理性能稳定。

目前，国内冶金行业关于检测落下强度的标准较少，还没有关于压球或球团类的落下强度检测标准[3]。固态块状物料的落下强度检测标准主要有GB/T 15459-2006《煤的落下强度测定方法》、GB/T 4511.2-1999《焦炭落下强度测定方法》和YB/T 4606-2017《烧结矿 落下强度的测定》。国外冶金行业检测落下强度的相关标准只有日本工业标准协会检验方法JIS M8711-2011 《铁矿石烧结矿 落下强度试验方法》和俄罗斯标准GOST 25471-1982《铁矿石、烧结矿和球团矿 坠落试验强度测定方法》。

笔者介绍了一种萤石球团落下强度的测试方法，其原理是将一定量的萤石球团从规定高处自由落下到规定厚度的钢板上，以粒度大于10 mm的萤石球团质量与原萤石球团质量的百分比表示落下强度。通过介绍该方法的试验设备和样品处理，讨论试验参数的选择依据，以期为规范冶金工业相关标准提供参考依据。

1 试验设备

试验设备为经过计量认证合格的电子秤、方孔筛、鼓风式干燥箱。电子秤用于称量试样质量，方孔筛用于筛分落下后的试样，鼓风式干燥箱用于试验前干燥试样。电子秤能准确称量20 kg以上的样品，感量为5 g；方孔筛孔径为50 mm和10 mm。鼓风式干燥箱可控温为(105±5) ℃，烘干时间为12 h。

2 样品处理

2.1 样品筛分

在炼钢生产工艺和设备条件下，萤石球团的粒度一般控制在10～50 mm，试验所用的萤石球团粒度为30 mm。

在球团类产品的运输过程中，受颠簸和碰撞影响，产品粒度会发生变化。因此，在处理落下样品之前，要对样品进行筛分。采用10 mm的方孔筛将粒度小于10 mm的样品去除。

2.2 样品烘干

试验前，对样品进行干燥处理，以保证样品检测状态的重现性。将样品平铺在盘中，平铺厚度不超过样品平均粒度的3倍，然后放入鼓风式干燥箱，温度设置为105 ℃，温度波动不超过±5 ℃。样品是否烘干会对试验结果产生影响，如表1所示，样品在未烘干条件下的落下强度测试结果偏大。

表1 样品在烘干与未烘干条件下落下强度的测试结果对比

3 试验装置与参数

落下试验装置选用易于操作的可控装置，落下高度为2 m，被撞击底板为厚度不低于10 mm的钢板。如图1所示，1为钢板台，2为倒料气缸，3为升降气缸，4为提升后的试料箱，5为卷扬机，6为提升前的试料箱，7为进料轨道，8为提升链轮，9为进料钢板框。

图1 落下强度测定装置结构与尺寸示意

国内外标准中关于落下强度测试的试验参数见表2，综合考虑设备的通用性，试验高度设置为2 m，试验次数为4次，样品质量为(20±0.2) kg。

表2 相关标准中规定的试验参数

4 试验过程及结果

将一定量的样品从2 m高度处自由落下至钢板上，设置4组试验，每组进行4次反复落下试验后，筛分出粒度大于10 mm的萤石球团，准确称量其质量，精确至5 g。

以粒度大于10 mm的萤石球团质量占原萤石球团质量的百分比表示落下强度，按式(1)计算。

(1)

式中：S1为落下强度，%；m1为试验后粒度大于10 mm的萤石球团质量，kg；m为原萤石球团质量，kg。

每组试验的最终结果取4次反复试验结果的算术平均值，精确度为0.1，落下强度的测试结果见表3。

表3 落下强度测试结果

4 结论

介绍了一种萤石球团落下强度的测试方法，其原理是将一定量的萤石球团从规定高处自由落下到规定厚度的钢板上，测试落下试验后粒度大于10 mm的萤石球团质量，并与原萤石球团质量进行百分比计算，从此表示落下强度。试验验证了通过该方法测得萤石球团的落下强度稳定且数据可靠。