利用干燥技术提升含碳烧结球团的强度

1、利用干燥技术提升含碳烧结球团的强度1 前言 利用转底炉直接还原的技术在国内很多钢铁企业已经普遍 应用，并且随着生产技术的不断革新， 越来越受到更多冶金企业 的关注。这种工艺流程在处理钢铁企业的废弃物方面存在很大的 优势，尤其是对含铅类物质的处理，更是有自己的独到之处。在 转底炉生产中含碳球团要经过运输、 布料、还原、出料工艺流程， 使得各方面性能指标达到最优， 要改善含碳球团的强度主要控制 好烘干以后环节，避免运输当中出现的破碎等问题，很多时候， 烧结球团的强度不高是导致成材率低下的主要原因， 所以提升烧 结球团的强度是技术革新的关键所在。2 实验2.1 原料中的粘结剂 粘结剂：实验使用粘结剂

2、为钙基含碳球团粘结剂，膨润土， 沥青。其中钙基含碳球团粘结剂主要成份为CaO膨润土产自安徽省繁昌县，沥青来自某炼焦厂。2.2 实验装置主要实验装置：1000mm®盘造球机一台，转速22.2r/min , 倾斜角45.2 ° , YHKC-2型球团强度测定仪一台，自制烘干设备 一套，如图 1 所示。2.3 实验方法2.3.1 实验原料配比实验采用两种原料配比，见表1配方B是在配方A基础上用 成球性较好的转炉泥代替成球性较差的机头灰。 钙基含碳球团粘 结剂和膨润土加入量均为 1.8%。将两种不同粘结剂分别加入表 2 中两种配方的原料中， 得到 4种不同的造球原料 A1, B1,

3、 A2, B2 （其中A1表示原料配方A 加1.8%膨润土，B1表示原料配方B加1.8%膨润土，A2表示原料 配方A加1.8%钙基碳球团粘结剂，B2表示原料配方B加1.8% 钙基含碳球团粘结剂）。2.3.2 生球制造及强度测定分别将4种原料混匀，在直径为1.0m圆盘造球机中加水进 行造球，造球时间控制在 30min，球团直径控制在12-14mm使 用YHKC-2型球团强度测定仪对生球进行抗压强度的测定。使生 球在0.5m高度自由落到厚度为10mm钢冈板上，对生球落下强度测 定。以上测定均取 10 次测定结果的平均值作为最终实验结果。2.3.3 生球烘干及干球强度测定使用球团自动烘干设备进行烘干

4、，风压控制在0.1MPa.取造好的生球 30个为一组放入图 1 所示烘干设备中烘干。选取 130， 180, 230C三种不同风温和1, 1.5 , 2m/s三种不同风速对每种 球团进行烘干，因此对每种球团进行 9 组不同烘干制度的实验， 每组烘干实验进行30min。烘干过程中可能出现球团爆裂情况， 烘干实验结束后将全部球团取出, 得出剩余完整球团个数, 计算 球团爆裂比，之后采取相同方法测定干球落下强度和抗压强度。2.3.4 复式造球法 本研究采用复式造球法研究不同造球方法对球团强度的影 响。复式造球法是自行研发的一种造球方法，主要流程：将造球 原料混匀后按质量比1: 4分为Y1、Y2两份，

5、取出其中Y1份配 加5%粉状沥青混匀待用，Y2份则配加1.8%新型含碳球团粘结剂 造球，控制母球长大速度，使其长到接近所需球团粒度，此时将 Y1 份原料放入球盘中继续造球，直到球团粒度达到所需大小。3 结果与分析3.1 不同种类尘泥对生球强度的影响 通过测量四种球团生球强度，由图 2 可以看出， B1 和 A1 相 比，使用膨润土作粘结剂条件下， 成球性较差的机头灰被换成成 球性较好的转炉泥，使得生球平均抗压强度由 6.86N 提高到 22.35N，生球平均落下强度由 2.9次/0.5m提高到12次/0.5m。 B2和A2相比，使用钙基碳球团粘结剂作粘结剂条件下，生球抗 压强度由19.83N提

6、高到54.28N，生球落下强度由8.0次/0.5m 提高到11.0次/0.5m。转炉泥具有粒度细、 比表面大和亲水性强， 在成球过程中因 易吸水而快速被水浸润， 固体颗粒之间迅速产生毛细力将固体颗 粒紧密连接在一起，所以球团内部致密，抗压和落下强度高，而 机头灰性质却正好相反。因此可以证明， 使用成球性较好的转炉泥代替成球性较差的 机头灰可以大幅提高生球抗压和落下强度。3.2 不同种类粘结剂对生球强度的影响 通过测量以上四种球团生球强度， 在图 2中可以看出， 使用 不同种类粘结剂所造出球的生球强度不同。A2和A1相比，在相同尘泥配方条件下， 使用钙基含碳球团粘结剂代替膨润土作为粘 结剂，生球

7、的抗压强度由 6.86N提高到19.83N,生球落下强度 由2.9次/0.5m提高到8.0次/0.5m。B2和B1相比，生球抗压强 度由22.35N提高到54.28N，生球落下强度由12.0次/0.5m降低 到11.0次/0.5m，落下强度值虽有所降低，但均满足实际生产要求。由于不同种类粘结剂对尘泥的粘结机理不同， 从而导致粘结 效果不同。 膨润土是以蒙脱石为主要成份的粘土矿物， 由两个硅 氧四面体夹一层铝氧八面体组成型晶体结构，一般结构式为 (Na, Ca) 0.33 (Al , Mg 2Si4O10 - nH2O由于膨润土晶胞 带有负电荷， 具有吸附阳离子的能力， 即在膨润土晶胞形成的层

8、状结构间存在Ca2+ Mg2+ Na+, K+等阳离子，此阳离子与膨润 土晶胞间仅存在静电作用，很不牢固，易被其它阳离子交换。钙 基含碳球团粘结剂主要成份为 CaO在遇水反应后仍能够与空气 中CO2反应生成CaCO3由于Ca2+含有两个单位正电荷，所以能 够与CO32-1以及其它阴离子产生更强静电吸附，Ca2+与 CO32之间吸附很牢固，不易被其它阳离子交换。因此可以证明钙基含碳球团粘结剂对球团产生更好的粘结作用，使生球抗压和落下强度保持较高水平。3.3 烘干制度对干球强度的影响 对比用 9种不同烘干制度， 测量各组实验球团的抗压和落下 强度如图 3 所示。从图3中可以看出，以膨润土为粘结剂造

9、出的球团A1和B1的抗压和落下强度受烘干制度影响很小，除B1的No.1因烘干过程全部爆裂无法测量外， 其它烘干制度下球团的落下和抗压强度 只是在小范围波动。而使用钙基含碳球团粘结剂的球团A2和B2的抗压和落下强度受烘干制度影响较大，例如A2和B2在No.8烘干制度下烘干得到的干球抗压和落下强度均大于其它组， 而在 No.2 和 No.6 烘干制度下球团强度却均不及其它组。影响烘干制度的因素主要是风温和风速， 风温和风速高则球 团会被迅速加热， 使得球团内部自由水迅速汽化并以水蒸气形式 逸出球团并被热风带走。 如果风温和风速过高， 则自由水在球团 内部剧烈汽化，此过程会增大尘泥颗粒之间因失水而形

10、成的孔 隙，对于A2和B2,自由水剧烈汽化还会破坏 CaCO：之间形成的 网状晶须，导致球团内部聚合力降低， 球团抗压和落下强度降低。 此外，加热干燥过程从球团表面开始，若风温风速过高，则球团 表层失水快速收缩， 而球团内部自由水汽化膨胀， 此时球团内部 产生向外的膨胀力，膨胀力过大会使球团发生爆裂，例如 B1 在 No.1 烘干制度下全部爆裂。但如果烘干风温和风速过低，则使 球团不能完全烘干，冷却后球团中自由水的存在破坏了 CaCO3形 成的网状晶须，导致球团强度降低，例如 No.6 烘干制度下球团 强度低于其他组。因此可以证明， 烘干制度对球团干燥后强度有很大影响， 在 保证球团完全烘干的基础上要尽量降低烘干温度和风速。 使用钙 基含碳球团粘结剂条件下， 通过调节烘干制度进行优化， 得出最 优烘干制度为No.8，即烘干风温180C，风速1.0m/s。4 结论综合以上实验，得到如下结论。(1 )使用成球性较好的转炉泥代替成球性较差的机头灰， 可以显著提高生球和干球的落下和抗压强度。(2) 选用钙基含碳球团粘结剂完全代替传统球团粘结剂膨 润土造球，配入量 1.8%，可显著提高生球和干球的落下和抗压 强度，降低生球在