實驗設備

實驗設備包括:JM10002型電子天平(精度0•1g);TYE-500B型手動壓力測試機(Max=500kN);DNG-9036A型電熱恒溫鼓風干燥箱(溫度范圍50~300℃)。

實驗方法

將高爐瓦斯灰和轉爐污泥在120℃下烘干5小時,放入干燥器備用;按照計算配比稱取冶金塵泥,添加粘結劑和水,混合均勻后放入模具中壓制成型;成型后將一半壓球放入鼓風干燥箱,在120℃下干燥1小時;分別對濕球和干球進行強度檢測,壓團成型的流程如圖1所示。

試驗結果與討論

1.C/O值的確定

根據試驗需要,以C/O為依據計算瓦斯灰和轉爐污泥的配比。C/O的計算式如下：C/O=混合料中碳的物質的量混合料中鐵氧化物和氧化鋅所含氧的物質的量不同C/O值(配碳比)下球團強度的變化如圖2所示。從圖2可看出,隨著C/O增加,濕、干壓團的落下強度均明顯減小,成型效果惡化。這是因為隨配碳比增加,混合料中碳含量增加,由于碳的密度小,潤濕性較差,與物料中其它成分嚙合能力較差,因此隨C/O值增加,混合料與粘結劑的混合、接觸效果惡化,不利于成型。為了保證還原能夠充分進行,并維持一定的還原性氣氛,需要有一定的碳殘留,C/O值選取1•2比較適宜。故實驗中以C/O1•2作為成型實驗的原料配比基礎。

2.膨潤土作粘結劑

在C/O=1•2的原料結構下,以膨潤土作為粘結劑進行塵泥壓團試驗。膨潤土用量、配水量和成型壓力等參數對成型效果的影響如圖3所示。從圖3(a)可以看出,粘結劑用量對壓團的力學性能影響很大。隨著粘結劑用量增加,生球的落下強度增大,但膨潤土用量超過4%以后,落下強度的增幅減慢。在膨潤土用量達到了8%時,濕、干壓團的落下強度也僅達到4•1次和3•5次,這與冶金塵泥含碳量大及活性不高有關。根據壓團強度變化規律并考慮到粘結劑成本和壓團含鐵品位,在滿足生壓團強度的情況下,膨潤土用量以4%為宜。從圖3(b)可以看出,配水量的多少對于粘結劑在粉粒表面的遷移、運動起著重要作用。配水量過少,在成型過程中粘結劑無法快速、均勻地分配在粉粒表面,使得壓團強度較低。當配水量達到10%后,粘結劑在物料間的分布大大改善,壓團落下強度明顯增加,此時再增加配水量對壓團的力學性能改善不大,并且過多的水量會使壓團與模具粘連,難以脫模。因此,配水量以10%為宜。　從圖3(c)可以看出,成型壓力也明顯影響成型效果。壓力過小,物料顆粒不能獲得緊密排列,成型后的力學強度會受到影響;壓力過大,則有可能無法脫模,而且會使排擠到球體外的粘結劑過多,同樣不利于成型。當成型壓力為75kN時,干、濕壓團的力學性能均較理想;當壓力增至90kN時,落下強度沒有增加,甚至惡化。因此,成型壓力以75kN為宜。

3.甲基纖維素作粘結劑

在C/O=1•2的原料結構下,以甲基纖維素作為粘結劑進行塵泥壓團實驗。甲基纖維素用量、配水量和成型壓力等參數對成型效果的影響如圖4所示。從圖4可以看出,甲基纖維素作粘結劑的成型效果明顯好于膨潤土。甲基纖維素用量僅0•1%時,壓團的落下強度已達到3次。隨著用量的增加,落下強度也明顯增加,當添加量為0•3%時,壓團的落下強度達到比較滿意的值。這與甲基纖維素為有機粘結劑,含有的親水基團較多有關。濕球和干球的落下強度隨著添加劑用量的增加而提高,在滿足強度要求同時又節約粘結劑的條件下,甲基纖維素的配入量選取0•3%較為合理。使用甲基纖維素作粘結劑時,配水量和成型壓力對壓團成型效果的影響與使用膨潤土時呈現出相同的規律,均在10%的配水量和75kN的成型壓力時就可得到較滿意的成型效果。

結論

1)高爐瓦斯灰和轉爐污泥在成分上有一定的互補性,可以在不外配碳的情況下進行直接還原并除去鋅等有害元素。高爐瓦斯灰的粒度明顯細于轉爐污泥,但這兩種塵泥均含有較多的粗顆粒,特別是轉爐污泥。2)隨著C/O增加,濕、干壓團的落下強度明顯減小,成型效果惡化。C/O1•2時,可保證還原能夠充分進行,并維持一定還原性氣氛,故取C/O1•2作為塵泥原料配比較為合適。3)粘結劑種類對成型效果的影響很顯著,有機粘結劑甲基纖維素的成型效果明顯優于膨潤土。甲基纖維素的適宜用量為0•3%,合適的成型壓力和配水量為75kN和10%。4)在甲基纖維素用量0•3%、成型壓力75kN、配水量10%的優化參數下,采用壓團法所制備的金屬化球團干球落下強度可達5次/球,能滿足轉底爐生產要求。在利用轉底爐技術處理冶金塵泥的工業化生產中,可根據不同原料組成,在滿足工藝設計要求的前提下選取適合的粘結劑用量及成型參數。（本文圖、表略）

本文作者：唐嵐 甘萬貴 單位：武漢武鋼金屬資源公司研究中