制粒小球的行为对烧结制粒过程的影响.pdf

第45卷第4期2023年8 月经验交流*77773777制粒小球的行为对烧结制粒过程的影响薛成大，徐佳锋，张海敬?，孟海燕（1山东泰威冶金材料制造有限公司，山东济南2 7 110 0;2 山东泰山钢铁集团有限公司，山东济南2 7 110 0）摘要：通过黏附粉和小球孔隙率对烧结制粒过程的影响进行分析，发现若要强化制粒过程，提高黏附粉的比表面积或降低黏附粉的粒径是重要的途径，另外，孔隙率对制粒过程影响较为复杂，需要合理配置不同粒级的产品的比例。关键词：制粒小球；制粒过程；黏附粉；孔隙率中图分类号：TF046文献标识码：B山东冶金Shandong Metallurgy文章编号：10 0 4-46 2 0(2 0 2 3)0 4-0 0 6 3-0 2Vol.45 No.4August 2023分布,这是由于在各种原燃物料中 0.7 mm的颗粒成为核颗粒的概率较大，0.2 mm的颗粒绝大多数为黏附粉，两者之间的为中间颗粒,因此,0.7 mm、0.2 m m 可作为3种颗粒的分界线。2制粒小球物化性质的差异制粒小球的粒度组成有一个共性，即不同粒级的制粒小球中含量最多为 0.5mm的粉末,其次为与制粒小球同粒级的颗粒和比制粒小球小一粒级的颗粒,这就使得 0.5mm的粉末在制粒小球中显得格外重要,其物理化学性质的变化对制粒过程影响极大。一般情况下，852.994.621.25 9.55 1.545.335854.124.791.229.341.545.533553.114.551.259.441.485.351353.484.641.199.521.485.30 5mm)中，Fe、SiO 的含量明显较多，而CaO和C的含量较少，这主要是由于大颗粒中其核颗粒主要是粗粒的铁矿石或脉石矿物，主要成分就是Fe和SiO2,这就导致其含量明显升高。而在其他细粒物料中,核颗粒多为较细的铁矿石、熔剂、固体燃料等，而且黏附粉的含量相对较大，从而使得以细粒为主的熔剂、固体燃料的化学成分相应升高。表2 各粒级小球的化学成分分%小球粒级/mmTFeSiO2Al.03CaoMgOC853.544.641.35 9.251.545.205853.454.751.259.371.545.233553.094.521.299.341.485.351353.364.31 1.199.431.485.45153.234.321.109.521.515.51混合料平均53.344.551.24 9.361.525.393不同因素对制粒过程的影响在制粒过程中,判定制粒效果的参数有平均粒径、形状系数、粒度组成、干粉脱粉率、孔隙率等,其中平均粒径和细粒级含量是影响烧结过程的重要参数，平均粒径过小，整体含粉率过大，导致烧结时料层的透气性不佳。63%2023年8 月3.1季黏附粉的影响黏附粉作为混合料的重要组成成分，其性质对制粒小球的平均粒径影响关系见图1。一平均粒径-1mm含量631 000黏附粉比表面积/（cmg）图1黏附粉比表面积对制粒效果的影响比表面积是指单位质量物料所具有的总面积，对于理想的非孔性物质只有外表面积，而对于多孔性物料还需要考虑孔洞内的面积，即内表面积。在实际生产中，尤其针对烧结混合料，属于多孔性物料,数值越大，表面积越大，物质的孔洞越多；另一方面，比表面积越大，也可表明物料的粒度越小。从图1中可以看出，黏附粉的比表面积越大，制粒后-1mm含量就越少，小球的平均粒径就越大，这是由于黏附粉比表面积升高后其表面孔洞增加，可吸附更多的游离水，水分子具有一定的黏性，更容易与其他颗粒结合形成更大的颗粒，这就导致微细粒含量下降，同时使得制粒小球的整体粒径升高。由此可知，要强化制粒过程，提高黏附粉的比表面积或降低黏附粉的粒径是重要的途径。3.2孔隙率的影响制粒小球的孔隙率是指在其堆积过程中孔隙体积与堆积总体积的比值，它是影响强化制粒和烧结指标的重要参数。孔隙率较大时,堆积颗粒彼此之间存在较大间隔，整个料层松软，透气性增大，不利于热量的利用；而孔隙率较小时，堆积料层密实，孔洞较少，透气性下降，恶化烧结指标。由于制粒小球的体积较小，堆积时相互挤压使孔隙小而多，进而使得游离水产生毛细现象进行填充，因此，假设孔隙全部充满游离水，其计算公式如下：8=1_PdPs1_100-0+=Pg式中：8 为孔隙率，%;pa为制粒小球的堆密度，kg/m;p.为制粒小球的视密度,kg/m；为制粒小球的含水率，%;p,为制粒小球的真密度，kg/m;pg为水密度,kg/m。一般认为，固体物质的孔隙率与空间利用率和填充率类似，即固体物质真实体积或孔隙体积与占有的空间体积的比值，孔隙率越大,空间利用率和填充率越小。通常情况下，制粒后小球的孔隙率40%50%,这也是物料的最适孔隙率，过大或过小64山东冶金都会影响物料的烧结指标。孔隙率是制粒小球堆积后的结果，因此，制粒小球的物理性质对孔隙率有极大的影响，尤其是制粒小球的粒度分布。图2中 3mm颗粒-3mm的小球对孔隙率的影响较为复杂，如图2 所示。当混合料中 3mm的物料含量较少且逐渐增加时,其孔隙率逐渐降低,这是由于大小颗粒之间产生了镶嵌堆积，即小颗粒填充在大颗粒之间，使得整体填充率上升，随着 3mm粒级含量的增加，小颗粒含量减少，镶嵌堆积作用减弱，孔隙率上升，当 3mm粒级达到8 0%以后，其孔隙率达到最高值并基本趋于稳定。混合料作为一个整体，不同粒级的制粒小球均匀分布,其相互作用下对孔隙率的影响是巨大的，为了研究这种作用，将整体物料进行筛分，分别以8mm、5m m、3m m 作为基准颗粒,然后配加50%的其他颗粒，其孔隙率的变化如图3。当以8mm为基准颗粒并配加50%的2 mm制粒小球时，其孔隙率达到最小值，随着配加粒级的增加,孔隙率逐渐增加，当配加粒级在6 mm左右时达到孔隙率的最高值,进而逐渐下降。以 3mm为基准颗粒时,其表现出的趋势与 8 mm类似,只是曲线略有左移。当以+5mm为基准颗粒时,其变化趋势较为复杂，分别在1.5、3、4.5mm处出现拐点。一 8 mm颗粒40-.-5mm颗粒-3 mm含量02配加粒级/mm图3不同粒级配加时的相互影响4孔隙率对制粒的影响机理为了进一步说明镶嵌堆积对孔隙率影响，假设制粒小球为规则的球形,相互堆积时（下转第6 6 页）14682023年8 月50/4030200图1110 x24h烘干后强度变化可知,加人草酸的磷酸浇注料用量增加，烧后强度微变小；加入柠檬酸的磷酸浇注料随用量增加，烧后耐压强度微增加；加人酒石酸的磷酸浇注料随用量增加，烧后耐压强度先降低后微增加，这是由于柠檬酸、酒石酸随加人量增加而保存性能提高，同时作为高铝水泥缓凝剂减缓浇注料的凝结而增加强度。302520150图2 10 0 0 烧后强度变化2.4存放期水分变化各试样12 0 2 h烘后，保存50 d,其水分含量见图3。以不加外加剂0 与加3种外加剂A、B、C山东冶金的料对比看，A、B、C 都有一定的促进高铝质磷酸盐A浇注料保存作用，且随着保存剂用量的增加，保存BC0.30.7外加剂加人量/%0.30.7外加剂加人量/%第45卷效果更为明显。相对看,草酸的保湿效果好。保湿性好则代表施工性能更好。121.5%/鲁业840图3存放期水分变化3结语综上所述，磷酸结合高铝质浇注料加人草酸具有保湿性好、施工性能优、凝固时间适宜的特点，对B最终材料质量影响较小，适宜加入量0.3%左右。.C实际生产过程中，草酸加人量应根据原料的变化情A况随时调整。参考文献：1.51 引张效峰，张军，韦祎，等.三种保存剂对磷酸结合高铝可塑料性能的影响J1.耐火材料,2 0 16,50（4)：30 4-30 6.2韩行禄.不定形耐火材料M.北京：冶金工业出版社，19 9 4.3丁钰，王秉军，刘开琪.草酸对磷酸盐结合可塑料物理性能的影响C/中国金属学会耐火材料分会.2 0 11全国不定形耐火材料学术会议论文集.上海：2 0 11.ABCABCABC00.3外加剂加人量/%0.71.5（上接第6 4页）紧密排列（相切）,其孔隙部分为3个小球中间的区域，见图4。假设制粒小球的直径为R,三角虚线的面积为V3R/4,而空白面积则为V3R/4-TR/8，其孔隙率近似等于两数比值，即9.36%。当该空白区域被某一内切小球占据，内切小球的最大直径r为（2 V3-3)R/6,近似为0.0 8 R,此时其孔隙率达到最小值，该值为8.37%，与未镶嵌小球时降低了0.9 9%。因此，当粗颗粒与小于其直径的0.0 8 倍的细颗粒配加时可明显降低孔隙率。但当粗颗粒与较大颗粒镶嵌(大球镶嵌)时,其孔隙率随着镶嵌颗粒的增大而降低，一般认为，当大颗粒直径是粗颗粒直径的1/2 2/3时达到孔隙率的最小值。因此，当制粒小球以粗颗粒5 8 mm为主且孔隙率较低时，可适当增加-1mm的粒级含量或降低2 4mm粒级含量。在优化配料过程中，制粒小球的行为是影响烧结质量的首要因素，而制粒小球的物理化学性质则通过配料的参数确定，因此，保障配料的稳定是制小球镶嵌图4镶嵌堆积原理粒小球稳定的前提。另外，制粒小球对烧结过程的影响是多方面的,包括自身的因素和潜在的操作因素，这就使得考虑制粒小球行为的同时需要结合现场实际情况，做到参数与操作的有机结合。5结语在生产中，为了优化制粒过程，需要做到如下几点：（1)保证多种原材料的均匀混合，切勿出现严重偏析的现象。（2)要想强化制粒过程，提高黏附粉的比表面积或降低黏附粉的粒径是重要的途径。(3)孔隙率对制粒过程影响较为复杂，需要合理配置不同粒级的产品的比例。大球镶嵌66