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

原料	粒度組成%						堆密度(g/ cm-3)
	+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亯呵驒C(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。

        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

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	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:

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
K1	487	705	1205
K2	1320	883	1234
K3	1498	1227	1213
K4	816	1306	470
R	1011	601	764

在正交試驗(yàn)中, 如果某水平因素對結(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成型壓力對球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度影響相對較小。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　各因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響

為了更清楚的描述各因素對成型后球團(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球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響

從圖 1可以看出 ,各因素對冷固結(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。