新型有機粘結(jié)劑d在球團制備中的應(yīng)用

新型有機粘結(jié)劑d在球團制備中的應(yīng)用

結(jié)果表明，高堿度烤殖礦和酸性球團礦的制備是理想的烤箱結(jié)構(gòu)。提高入爐球團礦的鐵品位,對高爐實現(xiàn)高產(chǎn)、低耗意義重大。理論上,高爐入爐原料鐵品位提高1%,焦比降低2%,產(chǎn)量可提高3%。進一步穩(wěn)定球團礦質(zhì)量,提高球團礦品位,必須使用高品位、細粒度的鐵精礦。在相對穩(wěn)定的原料條件下,影響球團礦品位的主要因素是添加劑殘留在球團礦中的雜質(zhì)。球團中主要的添加劑是粘結(jié)劑。目前,國內(nèi)氧化球團廠普遍采用膨潤土作粘結(jié)劑,而膨潤土幾乎全部殘留在球團中,因而降低了球團品位。國內(nèi)膨潤土用量一般為1.5%~3.0%,甚至更高,只有少數(shù)在1.5%以下,因此,球團礦鐵品位的下降是不容忽視的。人們多年來致力于有機粘結(jié)劑的研究與開發(fā),其目的就是為了降低膨潤土用量,甚至取消膨潤土,利用有機粘結(jié)劑帶入雜質(zhì)少的特點,提高球團礦的鐵品位。從20世紀80年代起,國內(nèi)外就開始了有關(guān)有機粘結(jié)劑用于球團制備的研究。然而,盡管有機粘結(jié)劑的研究已歷時幾十年,但到目前為止,球團生產(chǎn)中占絕對支配地位的粘結(jié)劑仍然是膨潤土。而有機粘結(jié)劑則因種種原因至今未能獲得廣泛應(yīng)用,這些原因包括添加及混合問題、成球動力學問題、生球熱性能問題、球團焙燒問題、成本問題等。在此,本文作者采用新型有機粘結(jié)劑D進行完全和部分替代膨潤土的研究,主要從造球性能、用量、球團焙燒特性等方面來考察粘結(jié)劑D作為膨潤土替代品的可行性。1原料和方法的實驗1.1鐵精礦的化學組成實驗所用的含鐵原料為來自某廠生產(chǎn)現(xiàn)場的2種鐵精礦(用精礦A和精礦B表示),按現(xiàn)場生產(chǎn)實際配比(30%精礦A+70%精礦B,質(zhì)量分數(shù))配成混合料進行實驗。鐵精礦的化學組成和粒度組成見表1和表2?？梢?2種精礦都是磁鐵精礦,均含有少量的S,F,Na2O和K2O。精礦A的鐵品位較高,SiO2較低,且粒度較小;而精礦B的鐵品位較低,SiO2含量較高,且粒度較大。粘結(jié)劑有膨潤土和有機粘結(jié)劑D。膨潤土的化學組成和物理性能見表3和表4。有機粘結(jié)劑D是一種在具有多種支鏈結(jié)構(gòu)的高分子化合物上植入了大量的羧基和羥基基團的合成物質(zhì)。1.2生球檢測方法全部含鐵原料均經(jīng)過晾曬干使其水分低于適宜的混合料水分(水分控制在5%左右)。造球混合料采用人工配料和混勻,每次按比例稱取5kg含鐵混合料,配加按比例計算好的粘結(jié)劑。生球的制備是在圓盤造球機上進行的,造球機直徑為800mm,轉(zhuǎn)速為25r/min,傾角為49°。為了模擬生產(chǎn)實際情況,造球過程分為母球形成和母球長大和生球緊密3個階段。造球結(jié)束后,稱出500g測定生球水分,并取10~15mm的生球進行生球質(zhì)量檢測,檢測的項目有爆裂溫度、落下強度和抗壓強度。生球在120℃烘干,用于進行預熱及焙燒實驗。預熱、焙燒實驗在臥式管狀電爐中進行,電爐由爐膛直徑為50mm的1個鐵鉻鋁絲電阻爐和1個硅碳管電阻爐對接而成,前者作預熱用,后者作焙燒用。球團礦的抗壓強度在最大載荷為9.80665kN的智能球團壓力機上測定。2結(jié)果與討論2.1有機粘合劑d完全取代潤土2.1.1有機粘結(jié)劑d替代膨潤土造球為了考查有機粘結(jié)劑D完全替代膨潤土對造球的影響,對2種粘結(jié)劑分別進行了用量實驗。造球時間為10min,生球水分分別為各自的適宜水分(膨潤土生球中水分為7.8%左右,粘結(jié)劑D生球中水分為8.5%左右),結(jié)果如圖1和圖2所示。由圖1和圖2可知,對于實驗所用的混合精礦,生球的落下強度隨2種粘結(jié)劑用量的提高都提高得很快,說明該混合精礦具有較好的成球性能。膨潤土用量在1.0%時,生球落下強度達到3.4次/(0.5m),可滿足生產(chǎn)要求。這種膨潤土用量對于鐵精礦造球來說,幾乎達到了目前的最低水平,在這種條件下得出的替代粘結(jié)劑將具有很寬的適用范圍。用有機粘結(jié)劑D造球時,生球落下強度在其用量為0.25%時即可達到3.1次/(0.5m),用量為0.30%時則達到了3.6次/(0.5m)。這一實驗結(jié)果表明,粘結(jié)劑D用量為0.25%~0.30%即可達到膨潤土用量為1.0%時的生球強度。從造球的角度上考查粘結(jié)劑,除了生球的強度以外,還應(yīng)考查其對成球動力學和爆裂溫度的影響。2種粘結(jié)劑的造球時間均為10min,而且在所實驗的用量范圍內(nèi),粘結(jié)劑D具有與膨潤土一樣正常的運行軌跡和良好的分層、分區(qū)狀態(tài),表明用粘結(jié)劑D造球時在成球動力學上與膨潤土沒有明顯的差異。至于生球爆裂溫度,用1.0%膨潤土作粘結(jié)劑時為542℃,而用0.30%粘結(jié)劑D時為568℃,這一結(jié)果說明在獲得相近生球強度所需用量條件下,用有機粘結(jié)劑D替代膨潤土作粘結(jié)劑時不會導致爆裂溫度下降。因此,從造球的角度來看,有機粘結(jié)劑D用量為0.25%~0.30%時,在生球強度、成球動力學、生球爆裂溫度等方面都能達到膨潤土用量為1.0%時的效果。充分證明了有機粘結(jié)劑D替代膨潤土不會對鐵精礦造球產(chǎn)生不利影響。2.1.2差式體景土體的球團強度為了研究有機粘結(jié)劑D替代膨潤土可行性,還需要進一步進行球團焙燒實驗,以確定粘結(jié)劑D對球團焙燒特性的影響。圖3所示為在預熱溫度為950℃,預熱時間為10min,焙燒溫度為1250℃,焙燒時間為12min的條件下進行的有機粘結(jié)劑D的球團焙燒實驗。從圖3可以看出,在上述常規(guī)焙燒條件下,粘結(jié)劑D對球團的強度產(chǎn)生不利的影響。隨著有機粘結(jié)劑D用量的增加,球團的抗壓強度下降。不加粘結(jié)劑時球團強度接近3.0kN/個,而加入0.10%粘結(jié)劑D時,球團強度降至2.3kN/個左右,當粘結(jié)劑D用量增至0.30%時,成品球的抗壓強度更是下降至1.708kN/個,只能滿足中小型高爐的要求。因此,采用有機粘結(jié)劑D完全替代膨潤土時,成品球團的強度有待于進一步提高。有機粘結(jié)劑D在升溫過程中因發(fā)生氧化、分解等反應(yīng)而被燒損,使球內(nèi)本來由有機粘結(jié)劑D形成的連接構(gòu)架突然消失,而由預熱過程重新形成的微結(jié)晶連接又來不及形成,以至于在升溫過程中一度處于“零強度”狀態(tài)。這種處于“零強度”狀態(tài)的球在經(jīng)歷高溫過程時,很容易受熱應(yīng)力的作用而遭到結(jié)構(gòu)上破壞,因此,球團強度會因粘結(jié)劑D的加入及其用量的增加而下降。由于有機粘結(jié)劑D的燒損主要發(fā)生在預熱階段,因此,對成品球團強度的影響也主要是通過影響預熱過程和預熱球的性能所致。基于上述分析,在熱工制度方面,提高球團強度最重要的措施是調(diào)整預熱溫度,以控制粘結(jié)劑的燒損速度,并在兼顧球團氧化效果的前提下,使其燒損過程在球團熱應(yīng)力作用較弱的狀態(tài)下發(fā)生。為此,進行了預熱溫度條件實驗。實驗中粘結(jié)劑D的用量為0.30%,預熱時間為10min,焙燒溫度為1250℃,時間為12min,結(jié)果如圖4所示?？梢?成品球團強度只是在預熱溫度從860℃提高至890℃時略有提高,而當預熱溫度在890℃以上繼續(xù)升高時則有明顯的下降趨勢。因此,采用有機粘結(jié)劑D制備球團時,預熱溫度不宜過高。適宜的預熱溫度為860~890℃,此時成品球團強度為2.70~2.95kN/個,可以滿足各種高爐的生產(chǎn)要求。需要指出的是,在所實驗的溫度范圍內(nèi),預熱球的強度都很低。雖然預熱球的強度隨預熱溫度的升高呈略有提高的趨勢,但最高的也只有160N/個,而且此時的成品球強度已因預熱溫度過高降到較低水平。而在成品球強度達到最高時的預熱溫度下,預熱球強度只有108N/個。因此,有機粘結(jié)劑D完全替代膨潤土時,盡管可以獲得足夠大的成品球強度,但預熱球強度低的問題將使其適用性受到較大的制約。在成品球團強度滿足要求的前提下,預熱球強度的制約主要表現(xiàn)在球團生產(chǎn)工藝的選擇上。鏈篦機—回轉(zhuǎn)窯工藝對預熱球強度要求最高,需要承受裝料的沖擊和滾動的磨剝作用;豎爐工藝次之,需要承受料柱的壓力和爐料下行的磨剝作用;帶式機焙燒工藝則只需承受較低料柱的壓力,因而對預熱球強度要求不高。鑒于上述預熱球強度水平,有機粘結(jié)劑D完全替代膨潤土難以滿足對預熱球強度要求較高的鏈篦機—回轉(zhuǎn)窯及豎爐的工藝要求,只能用于對預熱球強度要求較小的帶式機焙燒工藝及小型豎爐的球團生產(chǎn)。2.2有機粘結(jié)劑d與膨潤土組合使用對實驗效果的影響為了克服有機粘結(jié)劑D預熱球強度低的問題,考慮在使用粘結(jié)劑D的同時保留一部分膨潤土,即實行部分替代,形成有機粘結(jié)劑D與膨潤土的組合粘結(jié)劑。表5所列為組合粘結(jié)劑的造球?qū)嶒灲Y(jié)果。由表5可知,組合粘結(jié)劑所獲得的生球都具有很好熱性能,爆裂溫度都在600℃以上。加入0.10%(相對于混合料)的粘結(jié)劑D時,膨潤土的用量降至0.50%,仍可滿足生球強度要求,達到3.3次/(0.5m)。結(jié)合圖1的結(jié)果可知,從造球效果來看,采用組合粘結(jié)劑時,對于所實驗的精礦混合料,用量為0.10%的粘結(jié)劑D可降低0.50%的膨潤土用量。而完全替代時,有機粘結(jié)劑D的用量需要0.25%~0.30%(替代用量為1.0%的膨潤土)。因此,有機粘結(jié)劑D與膨潤土組合使用的作用效果比單獨使用強,即從替代效率上講,部分替代要高于完全替代。圖5所示為對膨潤土用量為0.50%、有機粘結(jié)劑D用量為0.10%的組合粘結(jié)劑球團在預熱時間為10min,焙燒溫度為1250℃,焙燒時間為12min的條件下進行的焙燒實驗結(jié)果。由圖5可見,與完全替代相比,部分替代時球團的焙燒性能有很大的改善。預熱球強度隨預熱溫度升高明顯提高,且在所實驗預熱溫度范圍(860℃升高到950℃)內(nèi)均高于400N/個,達到了各種球團生產(chǎn)工藝的要求。至于成品球團強度,當預熱溫度在860~920℃范圍內(nèi)提高時略有提高,當預熱溫度超過920℃時有所下降。盡管如此,在860~950℃的溫度區(qū)間預熱時,成品球團強度變化幅度不大,為2.6~2.9kN/個,可以滿足高爐的生產(chǎn)要求。因此,保留一部分膨潤土,利用有機粘結(jié)劑D部分替代膨潤土,完全可以克服有機粘結(jié)劑球團焙燒性能上的不足,使預熱球和成品球團的強度都能滿足生產(chǎn)要求。這樣,既可降低膨潤土的用量,又可制備出符合工業(yè)要求的球團礦產(chǎn)品。2.3粘結(jié)劑球團燒殘效果眾所周知,高品位爐料是實現(xiàn)高爐高產(chǎn)、低耗的根本保障,也是冶金工作者長期追求的目標。球團界多年來致力于有機粘結(jié)劑的研究與開發(fā),其目的就是為了降低膨潤土用量,甚至取消膨潤土,利用有機粘結(jié)劑帶入雜質(zhì)少的特點,提高球團礦的鐵品位。因此,球團的鐵品位是驗證有機粘結(jié)劑優(yōu)越性的主要依據(jù)。表6所列為配加不同粘結(jié)劑方案的球團鐵品位分析結(jié)果,其中除了作為對比用的無粘結(jié)劑球團外,其他3種粘結(jié)劑方案球團在生球性能和成品球強度上都能滿足生產(chǎn)要求。不加粘結(jié)劑時,球團鐵品位為64.36%,而加1.0%的膨潤土時,球團鐵品位只有63.31%,降低了1.05%。加0.30%的有機粘結(jié)劑D完全替代膨潤土時,球團鐵品位為64.07%,比無粘結(jié)劑球團只低0.29%,卻比膨潤土球團提高0.76%。配加0.10%的粘結(jié)劑D和0.50%膨潤土進行部分替代時,球團鐵品位為63.74%,比膨潤土球團提高了0.43%。因此,采用有機粘結(jié)劑D替代膨潤土時,具有明顯提高球團鐵品位的效果,提高的幅度隨替代量不同而不同。為了說明有機粘結(jié)劑D提高球團鐵品位的機理,進行了燒殘實驗。稱取一定數(shù)量的粘結(jié)劑,放在瓷舟內(nèi),按照球團焙燒的熱工操作條件(950℃下10min,1250℃下10min)進行焙燒。由表7可知,粘結(jié)劑D的燒殘率遠遠低于膨潤土的燒殘率。經(jīng)過焙燒以后,粘結(jié)劑D的燒殘率只有12.23%,說明用該粘結(jié)劑制備球團時,在球團內(nèi)殘留量很少,并不明顯降低球團的鐵品位;而膨潤土的燒殘率高為93.53%,因而用于球團制備時,幾乎全部殘留在球團內(nèi),顯著降低了球團的品位。這一結(jié)果充分證實了有機粘結(jié)劑D替代膨潤土能提高球團鐵品位。3有機粘結(jié)劑d與膨潤土組合使用,將其作為聚a.有機粘結(jié)劑D是一種造球效果良好的粘結(jié)劑,用于完全替代膨潤土時,在其用量為0.25%~0.30%(質(zhì)量分數(shù))時即可獲得滿足要求的生球性能,落下強度大于3次/(0.5m),爆裂溫度在550℃以上。在球團焙燒中,可以獲得滿足要求的成品球團強度,但預熱球強度較低,不能用于對預熱球強度要求高的球團生產(chǎn)工藝,只能用于對預熱球強度要求低或無明確要求的球團生產(chǎn)工藝。b.有機粘結(jié)劑D與膨潤土組合使用,實行部分替代時,配加0.10%的有機粘結(jié)劑D可將膨潤土的用量降到0.50%,落下強度達到3.3次/(0.5m),爆裂溫度高于600℃。球團焙燒中,預熱球和成品球團強度均滿足生產(chǎn)要求,克服了有機