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冷固結(jié)含碳球團(tuán)作為轉(zhuǎn)底爐直接還原的原料主體 ,在轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)環(huán)節(jié)中要經(jīng)過運(yùn)輸 、布料 、還原、出料等過程 ,因此其各方面的性能影響著轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)的順暢和效率。本文以糖漿作為粘結(jié)劑, 釩鈦磁鐵礦和煤粉為原料,研究了不同粘結(jié)劑配比、成型壓力和水分加入量下對(duì)含碳球團(tuán)冷固結(jié)成型性能的影響 。
1.1 試驗(yàn)原料
試驗(yàn)用礦粉為釩鈦磁鐵礦精粉，煤的固定碳含量 82.04%, 揮發(fā)份 6.58%, 灰 分 9.88%。礦粉與煤粉的粒度分布及堆密度見表 1。
表 1 煤粉與礦粉的粒度組成及堆密度
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原料 |
粒度組成% |
堆密度(g/ cm-3) |
|||||
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+0.4mm |
0.15-0.4mm |
0.125-0.15mm |
0.098-0.125mm |
0.074-0.098mm |
-0.074mm |
||
|
礦粉 |
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
試驗(yàn)流程包括原料烘干、配料、混勻、造球、干燥、測試等幾個(gè)環(huán)節(jié) 。原料烘干溫度選擇 200 ℃,烘干時(shí)間選擇 120 min。礦粉和煤粉的配比 (質(zhì)量比 )是 :m(礦粉 ):m(煤粉 )=5∶1,原料混合均勻后按正交表加入一定比例粘結(jié)劑和蒸餾水, 攪拌均勻 ?；旌暇鶆虻脑喜捎脤?duì)輥壓球機(jī)進(jìn)行冷固結(jié)成型, 并根據(jù)正交表設(shè)定成型壓力。干燥后的球測定球團(tuán)強(qiáng)度。
1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果
含碳球團(tuán)經(jīng)過冷固結(jié)成型后, 放入干燥箱內(nèi)進(jìn)行烘干, 烘干條件選擇 300 ℃, 烘干時(shí)間選擇 30 min, 烘干后取 5個(gè)球測其抗壓強(qiáng)度, 然后取平均值作為球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度 。根據(jù)正交試驗(yàn)原理, 因素水平設(shè)計(jì)見表2,試驗(yàn)結(jié)果見表 3。
表 2 正交試驗(yàn)因素水平
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因素水平 |
粘結(jié)劑含量(因素 A)/% |
成型壓力(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 試驗(yàn)方案和結(jié)果
|
試驗(yàn)號(hào) |
粘結(jié)劑含量 (因素 A)/% |
成型壓力 (因素 B)/MPa |
水分加入量 (因素 C)/% |
干球抗壓強(qiáng)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 |
對(duì)表 3試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析 , 用 SA1 表示因素 A取水平時(shí)相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果之和 , SA2 表示因素 A取第二水平時(shí)相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果之和, SA3 表示因素 A取第三水平時(shí)相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果之和 , SA4 表示因素 A取第四水平時(shí)相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果之和 ,即:
式 (5)～ (8)中K
A 表示成型壓力和水分加入量處于綜合平均意義下,添加粘結(jié)劑的量分別為 4%、5%、6%、7%時(shí)的成球抗壓強(qiáng)度 。對(duì)于因素 B和因素 C也用同樣的方法計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表 4：
表 4 試驗(yàn)結(jié)果正交分析
|
項(xiàng)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 |
|
K |
487 |
705 |
1205 |
|
K |
1320 |
883 |
1234 |
|
K |
1498 |
1227 |
1213 |
|
K |
816 |
1306 |
470 |
|
R |
1011 |
601 |
764 |
在正交試驗(yàn)中, 如果某水平因素對(duì)結(jié)果起主要影響 ,則在數(shù)量關(guān)系上應(yīng)該表現(xiàn)為該因素各水平之下的指標(biāo)綜合平均值 K間相差較大, 反之, 如果各個(gè) K間相差較小, 則說明該因素不是主要因素 , 根據(jù)表中 K值 ,計(jì)算出因素 A、B、C的極差分別為:
由式(9)～ (11)可見 A、B、C 3個(gè)因素當(dāng)中 ,影響球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的主要因素是 A粘結(jié)劑含量 , 其次是因素 C水分加入量,因素 B成型壓力對(duì)球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度影響相對(duì)較小。因此要想獲得較高抗壓強(qiáng)度的球團(tuán),首先是選擇合適的粘結(jié)劑配比。
1.2 各因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響
為了更清楚的描述各因素對(duì)成型后球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響 ,用各因素分別與該因素下的綜合平均抗壓強(qiáng)度值做圖,見圖
圖 1 粘結(jié)劑加入量、成型壓力和水分加入量對(duì)球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響
從圖 1可以看出 ,各因素對(duì)冷固結(jié)球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度影響各不相同 ,抗壓強(qiáng)度隨粘結(jié)劑加入量的增加先增加后減少 ;隨成型壓力增加的變化趨勢(shì)是一直增加,但增加幅度越來越小 ;水分加入量在 3%以下時(shí) ,對(duì)球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度影響不大,繼續(xù)增加水分加入量 ,球團(tuán)的強(qiáng)度急劇下降。
綜合表 2和圖 1的分析可以確定水平組合是A3 B4 C2,即粘結(jié)劑含量為 6%,成型壓力 18 MPa,水分加入量為 2%時(shí)的冷固結(jié)球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度 , 在進(jìn)行的 16次試驗(yàn)中沒有包括此組合 。因此, 繼續(xù)進(jìn)行A3 B4 C2水平組合試驗(yàn), 試驗(yàn)獲得的球團(tuán)烘干后的平均抗壓強(qiáng)度為 2723 N。該結(jié)果高于試驗(yàn)中的值,因此,是試驗(yàn)條件下的組合 。
(1)通過正交試驗(yàn)分析了粘結(jié)劑加入量、成型壓力和水分加入量 3個(gè)因素對(duì)冷固結(jié)球團(tuán)成球抗壓強(qiáng)度的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明粘結(jié)劑的加入量對(duì)球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度影響 ,其次是水分加入量 、成型壓力 。
(2)粘結(jié)劑對(duì)成型后球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響是先增后減,在加入 6%的糖漿時(shí),成型壓力與成型后球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的關(guān)系是隨成型壓力的增加 ,球團(tuán)抗壓強(qiáng)度不斷增加;水分加入量不大時(shí)對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度影響也不大, 當(dāng)含量超過 3%以后,球團(tuán)強(qiáng)度隨水分含量的增加急劇降低 。
(3)用正交試驗(yàn)的方法獲得組合 A3B4C2, 即粘結(jié)劑含量為 6%, 成型壓力 18MPa, 水分加入量為2%。在該工藝條件下球團(tuán)的平均抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到2 723 N。