本发明涉及一种降低钒钛磁铁球团矿还原粉化的方法与系统，属于钒钛磁铁矿冶金球团生产领域。
背景技术：
钒钛磁铁矿球团在冶炼还原过程中，都要发生不同程度的粉化，随着冶炼条件的变化，粉化程度差别较大，有的粉化较轻，有的粉化严重，严重的影响炉况顺行，降低冶炼效率，增加冶炼成本。因此，能否在球团生产阶段发现一种抑制和降低还原过程中粉化的技术，对钒钛磁铁矿资源的利用具有现实意义。
中国专利申请公布号CN 104060083 A公开了一种钒钛磁铁矿的烧结方法，其主要技术特征在于：按照烧结生产工艺，通过配料、一次和二次混合、布料、点火、进行钒钛磁铁矿烧结矿生产，供高炉使用。该工艺不足之处在于，其只是提供一种钒钛磁铁矿使用方法，按照烧结工艺来生产钒钛磁铁烧结矿，但没有采取预防措施解决冶炼还原过程中粉化的问题。
中国专利申请公布号CN 102485921 A公开了一种钒钛磁铁精矿的球团生产方法，使用高压辊磨机对钒钛磁铁矿进行辊磨，再与一定比例粘结剂均匀混合后造球，提高钒钛磁铁矿的成球率，降低膨润土用量，提高入炉矿品位。该工艺不足之处在于：采用球团工艺来处理钒钛磁铁矿，也是对钒钛磁铁矿原料进行了物理方式处理，作用发生在球团焙烧阶段，提高了入炉矿品位，但对球团矿在冶炼还原阶段的粉化现象没有预防措施。
中国专利申请公布号CN 104278143 A公开了一种抑制钒钛磁铁烧结矿低温粉化新型粘结剂，其主要技术特征在于：按照烧结工艺生产钒钛磁铁烧结矿，然后将新型添加剂按一定配比与水混合，喷洒在成品烧结矿上，来达到抑制钒钛磁铁烧结矿还原粉化的问题。该工艺的缺点在于，成品烧结矿喷洒水溶液，由于高温急冷，造成内部应力增加，会降低烧结矿的强度。
因此，亟待开发一种能够有效降低钒钛磁铁球团矿在冶炼还原过程中的粉化问题的新技术。
技术实现要素：
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种降低钒钛磁铁球团矿还原粉化的方法，该方法在球团矿生产过程中，利用造球工序中的加水环节，将硼酸与造球用水混合配置成所需浓度的硼酸水溶液，随着生球长大加水的过程，均匀地将硼酸水溶液喷洒到生球中，有效降低所制备的钒钛磁铁矿球团矿的还原粉化率。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种实施所述降低钒钛磁铁球团矿还原粉化方法的系统。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
本发明首先公开了一种降低钒钛磁铁球团矿还原粉化的方法，包括以下步骤：(1)将钒钛磁铁矿磨细，得到钒钛磁铁矿粉；(2)将钒钛磁铁矿粉与膨润土混匀，得到混合料；(3)将混合料进行造球，得到生球；其中在造球过程中加入硼酸水溶液作为球团造球用水；(4)将生球进行焙烧，即得钒钛磁铁矿球团矿。
其中，按照质量百分比计，步骤(3)所述硼酸水溶液的浓度为0.1-0.5％。
进一步，以钒钛磁铁矿粉和膨润土的总质量为100％计，步骤(3)所述硼酸水溶液的加入量为1-2％。
进一步，步骤(1)所述磨细为磨细至钒钛磁铁矿粉中粒度＜0.074mm的颗粒占60％-80％。
进一步，步骤(2)所述钒钛磁铁矿粉与膨润土的比例为：按照重量份计，钒钛磁铁矿粉95-99份、膨润土1-5份。
进一步，步骤(3)所述生球是直径10-18mm的圆球。
进一步，步骤(4)所述焙烧的温度为1150-1350℃。
本发明将硼酸与造球用水按照一定比例混合，配置成所需浓度的硼酸水溶液，然后利用球团矿造球工序中加水环节，将硼酸水溶液作为球团造球用水，在生球长大过程中均匀地喷洒硼酸水溶液，完成球团造球。本发明方法抑制钒钛磁铁球团矿还原粉化的理论基础为：硼是结晶化学稳定剂中典型的元素之一，在球团矿加热过程中，硼离子进入团粒玻璃相中，改善了玻璃相的力学和动力学性能，可增加球团矿的强度；同时，在球团矿加热过程中，含硼化合物增加了球团矿中的流动相，使球团矿表面气孔率减少，因而降低了低温粉化反应的速度，提高了球团矿冶炼还原过程中的冶金性能。本发明在造球过程中将硼酸加入球团内部，保证球团内外都具有硼酸，有效的降低球团焙烧后的粉化率。
本发明方法所制备的钒钛磁铁矿球团矿，按照国家标准GB/T13242-1991测定还原粉化率指标。测定结果表明，本发明处理后的>6.3mm部分比未添加硼酸的处理高出5.2-13.8％；>3.15mm部分提高2.3-8.3％；<0.5mm部分减少2.1-2.5％，本发明所制备的钒钛磁铁矿球团矿的还原粉化率显著降低。
本发明进一步公开了一种实施所述方法的系统，包括：磨细装置、混料装置、造球装置和焙烧装置。
其中，所述磨细装置设有钒钛磁铁矿进料口和钒钛磁铁矿粉出料口；所述混料装置设有钒钛磁铁矿粉进料口、膨润土进料口和混合料出料口；所述造球装置设有混合料进料口和生球出料口，所述造球装置还设有硼酸水溶液进料口，用于加入硼酸水溶液；所述焙烧装置设有生球进料口和钒钛磁铁矿球团矿出料口。
进一步的，所述磨细装置的钒钛磁铁矿粉出料口与所述混料装置的钒钛磁铁矿粉进料口相连；所述混料装置的混合料出料口与所述造球装置的混合料进料口相连；所述造球装置的生球出料口与所述焙烧装置的生球进料口相连。
本发明所述系统，钒钛磁铁矿经钒钛磁铁矿进料口进入磨细装置，将钒钛磁铁矿磨细，得到钒钛磁铁矿粉；钒钛磁铁矿粉经混料装置的钒钛磁铁矿粉进料口进入混料装置，膨润土经混料装置的膨润土进料口进入混料装置，钒钛磁铁矿粉与膨润土在混料装置中混合均匀，得到混合料；混合料经造球装置的混合料进料口进入造球装置进行造球，得到生球；其中，在造球过程中，先将硼酸与造球用水按照一定比例混合，配置成所需浓度的硼酸水溶液，放入到造球用水的加水箱中，利用球团矿生产造球工序加水环节，将硼酸水溶液作为球团造球用水，随着生球长大加水的过程，均匀地将硼酸水溶液喷洒到生球中；生球经焙烧装置的生球进料口进入焙烧装置进行焙烧，即得到钒钛磁铁矿球团矿。
本发明所述造球装置选自圆盘造球机或圆筒造球机。
本发明所述焙烧装置选自链篦机回转窑、带式焙烧机或竖炉。
本发明所述“相连”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。
本发明技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明在球团矿生产过程中，利用造球工序加水环节，将一定比例的硼酸与造球用水混合制成硼酸水溶液，随着生球长大加水的过程，均匀地将硼酸水溶液加入生球中，再完成整个球团生产过程。
本发明利用硼酸低熔点的特性，在球团矿焙烧加热过程中，降低液相形成温度，使团矿表面气孔率减少，降低了低温粉化反应的速度，从而改善钒钛磁铁球团矿冶炼还原过程中的冶金性能。
本发明方法简单，带入的杂质少，并且效果显著，球团矿冶金性能指标明显改善。
附图说明
图1为本发明实施降低钒钛磁铁球团矿还原粉化方法的系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但是应理解所述实施例仅是范例性的，不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改或替换均落入本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供了一种实施降低钒钛磁铁球团矿还原粉化方法的系统，包括：磨细装置1、混料装置2、造球装置3和焙烧装置4。
其中，磨细装置1设有钒钛磁铁矿进料口和钒钛磁铁矿粉出料口；混料装置2设有钒钛磁铁矿粉进料口、膨润土进料口和混合料出料口；造球装置3设有混合料进料口和生球出料口，造球装置3还设有硼酸水溶液进水口；焙烧装置4设有生球进料口和钒钛磁铁矿球团矿出料口。；
进一步的，磨细装置1的钒钛磁铁矿粉出料口与混料装置2的钒钛磁铁矿粉进料口相连；混料装置2的混合料出料口与造球装置3的混合料进料口相连；造球装置3的生球出料口与焙烧装置4的生球进料口相连。
作为本发明的一种实施方式，所述造球装置3选自圆盘造球机或圆筒造球机，所述硼酸水溶液进水口为圆盘造球机或圆筒造球机的加水箱的进水口；焙烧装置4选自链篦机回转窑、带式焙烧机或竖炉。
本发明所述系统，钒钛磁铁矿经钒钛磁铁矿进料口进入磨细装置1，将钒钛磁铁矿磨细，得到钒钛磁铁矿粉；钒钛磁铁矿粉经混料装置2的钒钛磁铁矿粉进料口进入混料装置2，膨润土经混料装置2的膨润土进料口进入混料装置2，钒钛磁铁矿粉与膨润土在混料装置2中混合均匀，得到混合料；混合料经造球装置3的混合料进料口进入造球装置3进行造球，得到生球；在造球过程中，先将硼酸与造球用水混合配置成所需浓度的硼酸水溶液，放入到造球用水的加水箱中，将硼酸水溶液作为球团造球用水，在生球长大过程中均匀地喷洒硼酸水溶液；生球经焙烧装置4的生球进料口进入焙烧装置4进行焙烧，即得到钒钛磁铁矿球团矿。
本发明所述“相连”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。
本发明所制备的钒钛磁铁矿球团矿还原粉化率的测定通用试验方法
1、供试材料
如下所述的实施例1-3所制备的钒钛磁铁矿球团矿。
2、试验方法
按国家标准《铁矿石低温粉化实验静态还原后使用冷转鼓的方法》GB/T13242-1991进行。将被测定试样放入反应管内，把反应管置入加热炉内进行升温，至200℃时通入N2进行保护。当温度升到500℃并稳定时，通入由CO、CO2、N2组成的还原气体进行静态还原。还原气体中三种气体的组成为CO 20％、CO2 20％、N2 60％，三种还原气体总流量为0.9m3/h，还原时间为1h，然后改通N2保护，将还原管从炉内取出冷却至常温。将试样从还原管内倒出，放入小转鼓机内转300转，时间为10min，然后用6.3mm、3.15mm、0.5mm方孔筛进行筛分，筛分后得到大于6.3mm、3.15mm和小于0.5mm的物料，还原筛分后的物料质量和转鼓前试样总质量之比的百分数即为球团矿还原粉化率。
实施例1
(1)将钒钛磁铁矿磨细，得到钒钛磁铁矿粉，其粒度要求小于0.074mm的比例在60％～80％之间；
(2)将钒钛磁铁矿粉与膨润土混匀，得到混合料；具体的配比为，钒钛磁铁矿粉95kg，膨润土5kg；
(3)将混合料在造球机上(圆盘造球机)制成生球，所述生球是直径10-18mm的圆球；其中，在造球过程中加入硼酸水溶液作为球团造球用水，硼酸水溶液浓度为0.1％(质量百分比)；硼酸水溶液的加入点为造球机的加水点，先将硼酸与水配制成所需浓度的硼酸水溶液，再将其加入到造球机的加水箱中，在生球长大过程中均匀地将硼酸水溶液加入生球中。以钒钛磁铁矿和膨润土的总质量为100％计，硼酸水溶液的加入量为1％。
(4)将钒钛磁铁矿球团在烧焙设备上(链篦机回转窑)进行焙烧，焙烧温度为1150℃，得到钒钛磁铁矿球团矿。
用此方法得到的球团矿，按照国家标准GB/T13242-1991测定还原粉化率指标。测定结果表明：与以水为钒钛磁铁矿球团矿造球用水相比，在本实施例中，以硼酸水溶液为钒钛磁铁矿球团矿的造球用水，其检测结果显示：大于6.3mm钒钛磁铁矿球团矿的还原粉化率提高5.2％；大于3.15mm钒钛磁铁矿球团矿提高还原粉化率2.3％；小于0.5mm钒钛磁铁矿球团矿还原粉化率减少2.1％。
实施例2
(1)将钒钛磁铁矿磨细，得到钒钛磁铁矿粉，其粒度要求小于0.074mm的比例在60％～80％之间；
(2)将钒钛磁铁矿粉与膨润土混匀，得到混合料；具体的配比为，钒钛磁铁矿粉99kg，膨润土1kg；
(3)将混合料在造球机上(圆筒造球机)制成生球，所述生球是直径10-18mm的圆球；其中，在造球过程中加入硼酸水溶液作为球团造球用水，硼酸水溶液浓度为0.25％(质量百分比)；硼酸水溶液的加入点为造球机的加水点，先将硼酸与水配制成所需浓度的硼酸水溶液，再将其加入到造球机的加水箱中，在生球长大过程中均匀地将硼酸水溶液加入生球中。以钒钛磁铁矿和膨润土的质量为100％计，硼酸水溶液的加入量为2％。
(4)将钒钛磁铁矿球团在烧焙设备上(带式焙烧机)进行焙烧，焙烧温度为1350℃，得到钒钛磁铁矿球团矿。
用此方法得到的球团矿，按照国家标准GB/T13242-1991测定还原粉化率指标。测定结果表明：与以水为钒钛磁铁矿球团矿造球用水相比，在本实施例中，以硼酸水溶液为钒钛磁铁矿球团矿的造球用水，其检测结果显示：大于6.3mm钒钛磁铁矿球团矿的还原粉化率提高8.8％；大于3.15mm钒钛磁铁矿球团矿提高还原粉化率4.3％；小于0.5mm钒钛磁铁矿球团矿还原粉化率减少2.3％。
实施例3
(1)将钒钛磁铁矿磨细，得到钒钛磁铁矿粉，其粒度要求小于0.074mm的比例在60％～80％之间；
(2)将钒钛磁铁矿粉与膨润土混匀，得到混合料；具体的配比为，钒钛磁铁矿粉97kg，膨润土3kg；
(3)将混合料在造球机上(圆筒造球机)制成生球，所述生球是直径10-18mm的圆球；其中，在造球过程中加入硼酸水溶液作为球团造球用水，硼酸水溶液浓度为0.5％(质量百分比)；硼酸的加入点为造球机的加水点，先将硼酸与水配制成所需浓度的硼酸水溶液，再将其加入到造球机的加水箱中，在生球长大过程中均匀地将硼酸水溶液加入生球中。以钒钛磁铁矿和膨润土的质量为100％计，硼酸水溶液的加入量为1.5％。
(4)将钒钛磁铁矿球团在烧焙设备上(竖炉)进行焙烧，焙烧温度为1250℃，得到钒钛磁铁矿球团矿。
用此方法得到的球团矿，按照国家标准GB/T13242-1991测定还原粉化率指标。测定结果表明：与以水为钒钛磁铁矿球团矿造球用水相比，在本实施例中，以硼酸水溶液为钒钛磁铁矿球团矿的造球用水，其检测结果显示：大于6.3mm钒钛磁铁矿球团矿的还原粉化率提高13.8％；大于3.15mm钒钛磁铁矿球团矿提高还原粉化率8.3％；小于0.5mm钒钛磁铁矿球团矿还原粉化率减少2.5％。
对比例
使用氯化钙代替硼酸：在钒钛磁铁球团矿表面喷洒浓度3％的氯化钙水溶液，其中氯化钙水溶液的加入量占钒钛磁铁球团矿总重量的4％，按照国家标准GB/T13242-1991测定还原粉化率指标；与以水为钒钛磁铁矿造球用水相比，在本实施例中，喷洒氯化钙水溶液为钒钛磁铁球团矿的造球用水，其检测结果显示：大于3.15mm钒钛磁铁球团矿的还原粉化率提高3.9％。