含碳球团冷固结成型试验

时间：2022-04-14 02:59:32 来源：洛阳凯正环保工艺设备有限公司

冷固结含碳球团作为转底炉直接还原的原料主体 ,在转底炉生产环节中要经过运输、布料、还原、出料等过程 ,因此其各方面的性能影响着转底炉生产的顺畅和效率。本文以糖浆作为粘结剂, 钒钛磁铁矿和煤粉为原料,研究了不同粘结剂配比、成型压力和水分加入量下对含碳球团冷固结成型性能的影响。

一、试验

1.1　试验原料

试验用矿粉为钒钛磁铁矿精粉，煤的固定碳含量 82.04%, 挥发份 6.58%, 灰分 9.88%。矿粉与煤粉的粒度分布及堆密度见表 1。

表 1　煤粉与矿粉的粒度组成及堆密度

原料	粒度组成%						堆密度(g/ cm^-3)
原料	+0.4^mm	0.15-0.4^mm	0.125-0.15^mm	0.098-0.125^mm	0.074-0.098^mm	-0.074^mm	堆密度(g/ cm^-3)
矿粉	0.65	20.85	52.80	22.10	2.30	1.30	2.78
煤粉	21.65	23.25	15.20	17.85	12.70	9.90	0.97

1.2　研究方法

试验流程包括原料烘干、配料、混匀、造球、干燥、测试等几个环节。原料烘干温度选择 200 ℃,烘干时间选择 120^min。矿粉和煤粉的配比 (质量比 )是 :m(矿粉 ):m(煤粉 )=5∶1,原料混合均匀后按正交表加入一定比例粘结剂和蒸馏水, 搅拌均匀。混合均匀的原料采用对辊压球机进行冷固结成型, 并根据正交表设定成型压力。干燥后的球测定球团强度。

二、　结果与分析

1.1　试验设计与结果

含碳球团经过冷固结成型后, 放入干燥箱内进行烘干, 烘干条件选择 300 ℃, 烘干时间选择 30 min, 烘干后取 5个球测其抗压强度, 然后取平均值作为球团的抗压强度。根据正交试验原理, 因素水平设计见表2,试验结果见表 3。

表 2　正交试验因素水平

因素水平	粘结剂含量(因素 A)/%	成型压力(因素 B)/MPa	水分加入量(因素 C)/%
1	4	10	1
2	5	12	2
3	6	15	3
4	7	18	4

表 3　试验方案和结果

试验号	粘结剂含量 (因素 A)/%	成型压力 (因素 B)/MPa	水分加入量 (因素 C)/%	干球抗压强度 (P)/N
1	4	10	3	326
2	5	15	1	1631
3	6	12	2	1902
4	7	18	4	606
5	4	18	2	732
6	5	12	4	418
7	6	15	3	1776
8	7	10	1	838
9	4	12	1	473
10	5	18	3	2011
11	6	10	4	437
12	7	15	2	1082
13	4	15	4	417
14	5	10	2	1218
15	6	18	1	1876
16	7	12	3	737

对表 3试验结果进行分析 , 用 S_A1 表示因素 A取水平时相应的试验结果之和 , S_A2 表示因素 A取第二水平时相应的试验结果之和, S_A3 表示因素 A取第三水平时相应的试验结果之和 , S_A4 表示因素 A取第四水平时相应的试验结果之和 ,即:

S_A1 =P 1 +P 5 +P 9 +P 13

=326 +732 +473 +417 =1 948 (1)

S_A2 =P 2 +P 6 +P 10 +P 14

=1 631 +418 +2 011 +1 218 =5 278 (2)

S_A3 =P 3 +P 7 +P11+P 15

=1 902 +1 776 +437 +1 876 =5 991 (3)

S_A4 =P 4 +P 8 +P12+P 16

=606 +838 +1 082 +737 =3263 (4)

将 S_A1 、S_A2 、S_A3 、S_A4 分别除以 4得到 :

K_A1 =S_A1 /4 =487 (5)

K_A2 =S_A2 /4 =1320 (6)

K_A3 =S_A3 /4 =1498 (7)

K_A4 =S_A4 /4 =816 (8)

式 (5)～ (8)中K_A 表示成型压力和水分加入量处于综合平均意义下,添加粘结剂的量分别为 4%、5%、6%、7%时的成球抗压强度。对于因素 B和因素 C也用同样的方法计算,计算结果见表 4：

表 4　试验结果正交分析

项目	因素A	因素B	因素C
S1	1948	2819	4818
S2	5278	3530	4934
S3	5991	4906	4850
S4	3263	5225	1878
K1	487	705	1205
K2	1320	883	1234
K3	1498	1227	1213
K4	816	1306	470
R	1011	601	764

在正交试验中, 如果某水平因素对结果起主要影响 ,则在数量关系上应该表现为该因素各水平之下的指标综合平均值 K间相差较大, 反之, 如果各个 K间相差较小, 则说明该因素不是主要因素 , 根据表中 K值 ,计算出因素 A、B、C的极差分别为:

R _A =1 498 -487 =1 011 (9)

R _B =1 306 -705 =601 (10)

R _C =1 234 -470 =764 (11)

由式(9)～ (11)可见 A、B、C 3个因素当中 ,影响球团抗压强度的主要因素是 A粘结剂含量 , 其次是因素 C水分加入量,因素 B成型压力对球团的抗压强度影响相对较小。因此要想获得较高抗压强度的球团,首先是选择合适的粘结剂配比。

1.2　各因素对试验结果的影响

为了更清楚的描述各因素对成型后球团抗压强度的影响 ,用各因素分别与该因素下的综合平均抗压强度值做图,见图

从上图可以看出 ,各因素对冷固结球团的抗压强度影响各不相同 ,抗压强度随粘结剂加入量的增加先增加后减少 ;随成型压力增加的变化趋势是一直增加,但增加幅度越来越小 ;水分加入量在 3%以下时 ,对球团的抗压强度影响不大,继续增加水分加入量 ,球团的强度急剧下降。

综合表 2和图 1的分析可以确定水平组合是A3 B4 C2,即粘结剂含量为 6%,成型压力 18 MPa,水分加入量为 2%时的冷固结球团的抗压强度 , 在进行的 16次试验中没有包括此组合。因此, 继续进行A3 B4 C2水平组合试验, 试验获得的球团烘干后的平均抗压强度为 2723 N。该结果高于试验中的值,因此,是试验条件下的组合。

三、结论

(1)通过正交试验分析了粘结剂加入量、成型压力和水分加入量 3个因素对冷固结球团成球抗压强度的影响,试验结果表明粘结剂的加入量对球团的抗压强度影响 ,其次是水分加入量、成型压力。

(2)粘结剂对成型后球团抗压强度的影响是先增后减,在加入 6%的糖浆时,成型压力与成型后球团抗压强度的关系是随成型压力的增加 ,球团抗压强度不断增加;水分加入量不大时对球团强度影响也不大, 当含量超过 3%以后,球团强度随水分含量的增加急剧降低。

(3)用正交试验的方法获得组合 A3B4C2, 即粘结剂含量为 6%, 成型压力 18MPa, 水分加入量为2%。在该工艺条件下球团的平均抗压强度可以达到2 723 N。

含碳球团冷固结成型试验

一、试 验

二、 结果与分析

三、结 论

一、试验

二、　结果与分析

三、结论