提高程潮球團(tuán)生球爆裂溫度的研究

焦淑芳 劉 曙 黃 雯 周曉軍

(武鋼資源集團(tuán)程潮礦業(yè)有限公司，湖北 鄂州 436051)

0 引言

程潮球團(tuán)廠鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線，生球水分8.5%～9.0%，料層高200～230 mm，鏈箅機(jī)中生球在鼓干段時(shí)間短，生球中物理水未完全脫除，進(jìn)去抽干段時(shí)，因生球爆裂溫度低(不足500 ℃)，部分生球在抽干段中易爆裂，因此增加回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)粉末量，導(dǎo)致回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈，而且會(huì)降低焙燒過程中成品球的抗壓強(qiáng)度，導(dǎo)致成品球質(zhì)量不合格。為提高生球的爆裂溫度，由程潮球團(tuán)廠與武漢科技大學(xué)共同參與研究，以程潮球團(tuán)廠的實(shí)際生產(chǎn)情況為基礎(chǔ)，圍繞幾方面展開試驗(yàn)研究，最終將生球的爆裂溫度提高到了600 ℃以上。

1 試驗(yàn)條件及方案

1.1 試驗(yàn)原料

1.1.1 膨潤土

程潮球團(tuán)廠目前使用的膨潤土有兩種，其物理性能如表1所示：

表1 膨潤土的性能指標(biāo)

1.1.2 有機(jī)粘結(jié)劑

有機(jī)粘結(jié)劑粘結(jié)強(qiáng)度高，能夠有效提高球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度和爆裂溫度。經(jīng)過一系列探索性試驗(yàn)，選擇了兩種有機(jī)粘結(jié)劑進(jìn)行試驗(yàn)，其物化性能如表2所示。

表2 有機(jī)粘結(jié)劑的物化性能(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

1.2 試驗(yàn)方案

1)A、B膨潤土試驗(yàn)，選取膨潤土種類，研究膨潤土用量與生球爆裂溫度的對應(yīng)關(guān)系，同時(shí)，進(jìn)行操作因素試驗(yàn)，確定造球時(shí)間和造球水分對生球爆裂溫度的對應(yīng)關(guān)系；

2)有機(jī)粘結(jié)劑I、II試驗(yàn)，選取合適有機(jī)粘結(jié)劑種類，研究不同配比與生球爆裂溫度的對應(yīng)關(guān)系；

3)同時(shí)配加膨潤土和有機(jī)粘結(jié)劑，研究不同配比的膨潤土與有機(jī)粘結(jié)劑與生球爆裂溫度的對應(yīng)關(guān)系。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 膨潤土條件試驗(yàn)

試驗(yàn)采用程潮鐵礦輥磨后的鐵精礦，控制造球水分為7.4%～7.8%，造球時(shí)間15分鐘，分別采用膨潤土A和膨潤土B，以配比0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%進(jìn)行試驗(yàn)，研究不同種類膨潤土的各個(gè)配比對球團(tuán)礦的影響。

2.1.1 膨潤土對生球強(qiáng)度的影響

如圖1所示，膨潤土配比增大，生球落下強(qiáng)度逐漸增大，生球抗壓強(qiáng)度卻先增大后減小。膨潤土A配比為2.5%，抗壓強(qiáng)度最高15.6 N，落下強(qiáng)度為4.4次。在相同膨潤土配比下，使用膨潤土A時(shí)，生球質(zhì)量指標(biāo)更優(yōu)。

圖1 膨潤土對生球強(qiáng)度的影響

2.1.2 膨潤土對爆裂溫度的影響

如圖2所示，生球爆裂溫度隨膨潤土比例增大而逐漸升高，當(dāng)膨潤土配比達(dá)到1.5%時(shí)，生球爆裂溫度可達(dá)到500 ℃以上，繼續(xù)提高配比，生球的爆裂溫度不再明顯提高。膨潤土片晶可以填充在干球毛細(xì)孔中或富集在礦粒接觸點(diǎn)上，形成膠泥連接橋，但是當(dāng)膨潤土過量時(shí)，多余的則與礦粒混雜在一起，因此生球爆裂溫度不會(huì)再升高[1]。在相同膨潤土配比下，使用膨潤土A時(shí)，生球爆裂溫度更高。

圖2 膨潤土對爆裂溫度的影響

2.1.3 膨潤土對成品球抗壓強(qiáng)度的影響

如圖3所示，膨潤土配比增加，成品球抗壓強(qiáng)度也隨之增大，當(dāng)膨潤土配比≥1.0%時(shí)，成品球抗壓強(qiáng)度≥2 500 N/個(gè)。隨著增加膨潤土B配比，成品球抗壓強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)有所增加，但增加的幅度沒有膨潤土A明顯，且在配比超過2.5%之后，抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)下降的趨勢。

圖3 膨潤土對成品抗壓強(qiáng)度的影響

綜上試驗(yàn)可知，同等條件下，膨潤土A對提高生球強(qiáng)度、爆裂溫度及成品球抗壓強(qiáng)度均優(yōu)于膨潤土B的效果。

2.2 操作條件試驗(yàn)

2.2.1 水分對球團(tuán)質(zhì)量的影響

固定膨潤土A配比 2.5%，球形成時(shí)間3分鐘，球團(tuán)密實(shí)時(shí)間3分鐘，小球長大時(shí)間15分鐘條件下，改變生球水分進(jìn)行造球試驗(yàn)，研究生球水分對球團(tuán)質(zhì)量的影響。

圖5 水分對爆裂溫度的影響

如圖4所示，水分由5.6%提高至9.0%時(shí)，生球落下強(qiáng)度由1.5次/0.5 m升高至5.3次/0.5 m，而抗壓強(qiáng)度升高至16 N/個(gè)后降低。當(dāng)生球水分含量少時(shí)毛吸力作用小，球落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均差，提高生球水分可增強(qiáng)生球塑性，增大生球落下強(qiáng)度，但生球水分過大，母球極易相互粘結(jié)或變形，降低生球成球性能，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度明顯降低[1]。

圖4 水分對生球強(qiáng)度的影響

如圖5所示，隨著水分增加生球的爆裂溫度逐漸降低，當(dāng)水分9.0%時(shí)，生球爆裂溫度降低到620 ℃左右。生球水分增大，干燥過程中水分受熱蒸發(fā)，生球內(nèi)部形成較大壓力使生球過早爆裂，導(dǎo)致生球爆裂溫度低[2]。綜合考慮水分對生球強(qiáng)度和爆裂溫度的影響，生球水分控制在7.0%～8.0%為最佳。

2.2.2 造球時(shí)間對球團(tuán)質(zhì)量的影響

固定膨潤土A配比2.5%、水分7.0%～8.0%球形成時(shí)間3分鐘，球團(tuán)密實(shí)時(shí)間3分鐘條件下，改變小球長大時(shí)間進(jìn)行造球試驗(yàn)，研究造球時(shí)間對球團(tuán)質(zhì)量的影響。

如圖6所示，造球時(shí)間從8分鐘增加至25分鐘，生球抗壓強(qiáng)度由11 N/個(gè)逐漸提高至17.5 N/個(gè)，生球落下強(qiáng)度先增加后減少，最佳為4.3次/0.5 m。隨著造球時(shí)間延長，物料在粘結(jié)劑的強(qiáng)粘結(jié)作用下，球粒間的機(jī)械作用增加使生球密實(shí)，但生球中吸附水會(huì)隨著滾動(dòng)時(shí)間增加而減少，因而會(huì)導(dǎo)致落下強(qiáng)度降低。

圖6 造球時(shí)間對生球強(qiáng)度的影響

如圖7所示，當(dāng)造球時(shí)間由8分鐘延長到15分鐘，生球爆裂溫度下降了50 ℃左右，而成品球的抗壓強(qiáng)度增加了500 N/個(gè)。生球隨著造球時(shí)間延長更加緊密，生球越密實(shí)，在干燥過程中更易產(chǎn)生過剩蒸氣使生球產(chǎn)生爆裂，從而導(dǎo)致生球爆裂溫度越低。而造球時(shí)間延長，球團(tuán)氧化焙燒時(shí)離子之間更易轉(zhuǎn)移，使成品球更加致密，提高成品球抗壓強(qiáng)度。綜合考慮，造球時(shí)間以12～15分鐘最佳。

圖7 造球時(shí)間對爆裂溫度及成品強(qiáng)度的影響

3 有機(jī)粘結(jié)劑試驗(yàn)

在探索試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，單配膨潤土?xí)r，在添加量很小的情況下，成品球的高溫冶金性能就非常好，但生球的強(qiáng)度較差，只有配比達(dá)到2.5%及以上時(shí)，生球的強(qiáng)度才能達(dá)到4.0次/0.5 m，為此，對兩種不同有機(jī)粘結(jié)劑I、II進(jìn)行了研究。

3.1 有機(jī)粘結(jié)劑對生球強(qiáng)度的影響

如圖8所示，隨著有機(jī)粘結(jié)劑I配比增加，生球表面光滑，生球抗壓強(qiáng)度增加。當(dāng)配比≥0.5%，生球抗壓強(qiáng)度降低，生球變得越來越不規(guī)則；當(dāng)配比為1.0%時(shí)，原料成團(tuán)速度太快，無法造出規(guī)則的球。有機(jī)粘結(jié)劑I增加鐵精礦表面親水性能，提高顆粒間的溶液粘結(jié)度，增強(qiáng)顆粒間的毛細(xì)力能和粘滯作用，從而提高生球抗壓強(qiáng)度和落下強(qiáng)度[2]。但當(dāng)超過一定用量時(shí)，生球塑性增強(qiáng)，使其抗壓強(qiáng)度下降。因此有機(jī)粘結(jié)劑I的添加量以0.4%為宜。如圖9所示，有機(jī)粘結(jié)劑II對生球強(qiáng)度的影響趨勢與有機(jī)粘結(jié)劑I相同，有機(jī)粘結(jié)劑Ⅱ添加量以0.05%為宜。

圖8 有機(jī)粘結(jié)劑I對生球強(qiáng)度的影響

圖9 有機(jī)粘結(jié)劑II對生球強(qiáng)度的影響

3.2 有機(jī)粘結(jié)劑對爆裂溫度的影響

如圖10所示，有機(jī)粘結(jié)劑I配比為0.15%時(shí)，生球爆裂溫度大于650 ℃，但隨著配比增加，生球爆裂溫度大幅下降。有機(jī)粘結(jié)劑Ⅱ配比從0.03%增加到0.1%時(shí)，爆裂溫度從635 ℃以降低到412 ℃。有機(jī)粘結(jié)劑使生球附著水量增加，而且有機(jī)粘結(jié)劑配比增大，生球附著水隨之增加，因而會(huì)降低生球爆裂溫度。

圖10 有機(jī)粘結(jié)劑對爆裂溫度的影響

3.3 有機(jī)粘結(jié)劑對成品球抗壓強(qiáng)度的影響

如圖11所示，增加有機(jī)粘結(jié)劑I配比，成品球抗壓強(qiáng)度大幅度下降，抗壓強(qiáng)度由從2 200 N/個(gè)下降至1 000 N/個(gè)，隨著有機(jī)粘結(jié)劑II配比增加，成品球抗壓強(qiáng)度先增加后減少，但是成品球抗壓強(qiáng)度均小于1 800 N/個(gè)。主要是由于球團(tuán)焙燒過程中有機(jī)粘結(jié)劑燃燒揮發(fā)后留下較多氣孔，導(dǎo)致球團(tuán)礦結(jié)構(gòu)不致密。

圖11 有機(jī)粘結(jié)劑對成品球強(qiáng)度的影響

4 膨潤土與有機(jī)粘結(jié)劑協(xié)同作用對球團(tuán)質(zhì)量的影響

由上述試驗(yàn)可知，單獨(dú)添加有機(jī)粘結(jié)劑，配比較小時(shí)，有助于提高生球的強(qiáng)度及爆裂溫度，但成品球抗壓強(qiáng)度比單配膨潤土?xí)r差，因此進(jìn)行膨潤土A和有機(jī)粘結(jié)劑混合試驗(yàn)，研究膨潤土和有機(jī)粘結(jié)劑最優(yōu)配比，結(jié)果見表3。

表3 膨潤土A與有機(jī)粘結(jié)劑協(xié)同作用對精礦球團(tuán)質(zhì)量的影響

如表3所示，添加1.5%膨潤土A 和0.05%有機(jī)粘結(jié)劑II 時(shí)，生球抗壓強(qiáng)度>10.0 N/個(gè)，落下強(qiáng)度>6次/0.5 m，爆裂溫度約630 ℃，成品球抗壓強(qiáng)度3 024 N/個(gè)，膨潤土與有機(jī)粘結(jié)劑配合使用，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，既提高生球質(zhì)量和爆裂溫度，也保證成品球抗壓強(qiáng)度也達(dá)到生產(chǎn)要求。

5 結(jié)語

1) 膨潤土試驗(yàn)結(jié)果顯示，在相同配比下，使用膨潤土A，生球強(qiáng)度、爆裂溫度等指標(biāo)更由于膨潤土B，因此膨潤土A的造球性能要優(yōu)于膨潤土B。

2) 操作條件試驗(yàn)結(jié)果顯示，最佳造球時(shí)間為12～15 分鐘，最佳造球水分為7.0%～8.0%。

3) 生球的強(qiáng)度隨著粘結(jié)劑配比的增加而增加，而后再增加其用量生球的抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)下降趨勢，爆裂溫度均隨著粘結(jié)劑的配比的增加明顯下降，且成品球的冶金性能相對于單配膨潤土?xí)r，有一定的差距。

4) 混合使用膨潤土和有機(jī)粘結(jié)劑，添加1.5%膨潤土A和0.05%有機(jī)粘結(jié)劑II時(shí)，生球抗壓強(qiáng)度>10.0 N/個(gè)，落下強(qiáng)度>6次/0.5 m，爆裂溫度約630 ℃，成品球抗壓強(qiáng)度3 024 N/個(gè)，既提高生球質(zhì)量和爆裂溫度，也保證成品球抗壓強(qiáng)度也達(dá)到生產(chǎn)要求。