实验设备
实验设备包括:JM10002型电子天平(精度0•1g);TYE-500B型手动压力测试机(Max=500kN);DNG-9036A型电热恒温鼓风干燥箱(温度范围50~300℃)。
实验方法
将高炉瓦斯灰和转炉污泥在120℃下烘干5小时,放入干燥器备用;按照计算配比称取冶金尘泥,添加粘结剂和水,混合均匀后放入模具中压制成型;成型后将一半压球放入鼓风干燥箱,在120℃下干燥1小时;分别对湿球和干球进行强度检测,压团成型的流程如图1所示。
试验结果与讨论
1.C/O值的确定
根据试验需要,以C/O为依据计算瓦斯灰和转炉污泥的配比。C/O的计算式如下：C/O=混合料中碳的物质的量混合料中铁氧化物和氧化锌所含氧的物质的量不同C/O值(配碳比)下球团强度的变化如图2所示。从图2可看出,随着C/O增加,湿、干压团的落下强度均明显减小,成型效果恶化。这是因为随配碳比增加,混合料中碳含量增加,由于碳的密度小,润湿性较差,与物料中其它成分啮合能力较差,因此随C/O值增加,混合料与粘结剂的混合、接触效果恶化,不利于成型。为了保证还原能够充分进行,并维持一定的还原性气氛,需要有一定的碳残留,C/O值选取1•2比较适宜。故实验中以C/O1•2作为成型实验的原料配比基础。
2.膨润土作粘结剂
在C/O=1•2的原料结构下,以膨润土作为粘结剂进行尘泥压团试验。膨润土用量、配水量和成型压力等参数对成型效果的影响如图3所示。从图3(a)可以看出,粘结剂用量对压团的力学性能影响很大。随着粘结剂用量增加,生球的落下强度增大,但膨润土用量超过4%以后,落下强度的增幅减慢。在膨润土用量达到了8%时,湿、干压团的落下强度也仅达到4•1次和3•5次,这与冶金尘泥含碳量大及活性不高有关。根据压团强度变化规律并考虑到粘结剂成本和压团含铁品位,在满足生压团强度的情况下,膨润土用量以4%为宜。从图3(b)可以看出,配水量的多少对于粘结剂在粉粒表面的迁移、运动起着重要作用。配水量过少,在成型过程中粘结剂无法快速、均匀地分配在粉粒表面,使得压团强度较低。当配水量达到10%后,粘结剂在物料间的分布大大改善,压团落下强度明显增加,此时再增加配水量对压团的力学性能改善不大,并且过多的水量会使压团与模具粘连,难以脱模。因此,配水量以10%为宜。 从图3(c)可以看出,成型压力也明显影响成型效果。压力过小,物料颗粒不能获得紧密排列,成型后的力学强度会受到影响;压力过大,则有可能无法脱模,而且会使排挤到球体外的粘结剂过多,同样不利于成型。当成型压力为75kN时,干、湿压团的力学性能均较理想;当压力增至90kN时,落下强度没有增加,甚至恶化。因此,成型压力以75kN为宜。
3.甲基纤维素作粘结剂
在C/O=1•2的原料结构下,以甲基纤维素作为粘结剂进行尘泥压团实验。甲基纤维素用量、配水量和成型压力等参数对成型效果的影响如图4所示。从图4可以看出,甲基纤维素作粘结剂的成型效果明显好于膨润土。甲基纤维素用量仅0•1%时,压团的落下强度已达到3次。随着用量的增加,落下强度也明显增加,当添加量为0•3%时,压团的落下强度达到比较满意的值。这与甲基纤维素为有机粘结剂,含有的亲水基团较多有关。湿球和干球的落下强度随着添加剂用量的增加而提高,在满足强度要求同时又节约粘结剂的条件下,甲基纤维素的配入量选取0•3%较为合理。使用甲基纤维素作粘结剂时,配水量和成型压力对压团成型效果的影响与使用膨润土时呈现出相同的规律,均在10%的配水量和75kN的成型压力时就可得到较满意的成型效果。
结论
1)高炉瓦斯灰和转炉污泥在成分上有一定的互补性,可以在不外配碳的情况下进行直接还原并除去锌等有害元素。高炉瓦斯灰的粒度明显细于转炉污泥,但这两种尘泥均含有较多的粗颗粒,特别是转炉污泥。2)随着C/O增加,湿、干压团的落下强度明显减小,成型效果恶化。C/O1•2时,可保证还原能够充分进行,并维持一定还原性气氛,故取C/O1•2作为尘泥原料配比较为合适。3)粘结剂种类对成型效果的影响很显著,有机粘结剂甲基纤维素的成型效果明显优于膨润土。甲基纤维素的适宜用量为0•3%,合适的成型压力和配水量为75kN和10%。4)在甲基纤维素用量0•3%、成型压力75kN、配水量10%的优化参数下,采用压团法所制备的金属化球团干球落下强度可达5次/球,能满足转底炉生产要求。在利用转底炉技术处理冶金尘泥的工业化生产中,可根据不同原料组成,在满足工艺设计要求的前提下选取适合的粘结剂用量及成型参数。（本文图、表略）
本文作者：唐岚 甘万贵 单位：武汉武钢金属资源公司研究中
