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 。

一、試 驗(yàn)

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

         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(cè)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(cè)定球團(tuán)強(qiáng)度。

二、　結(jié)果與分析

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(cè)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

表 3　試驗(yàn)方案和結(jié)果

對(duì)表 3試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析 , 用 S_A1 表示因素 A取水平時(shí)相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果之和 , S_A2 表示因素 A取第二水平時(shí)相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果之和, S_A3 表示因素 A取第三水平時(shí)相應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果之和 , S_A4 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:

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)

將 S_A1 、S _A2 、S _A3 、S _A4 分別除以 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

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:

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   

從上圖可以看出 ,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 。

三、結(jié) 論

(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 。