转炉除尘灰冷压块技术中有机粘结剂研究及其它工艺条件优化

转炉除尘灰冷压块技术中有机粘结剂研究及其它工艺条件优化 转炉除尘灰冷压块技术中有机粘结剂研究及其它工艺 条件优化 Study on Organic Binder Of Cold Briquetting Of Converter Dust And Optimization Of Process Conditions A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Master ’s Degree of Engineering By Zhao Zhi Supervised by Ass. Prof. Zhou Zhiming Specialty: Chemical Engineering&TechnologyCollege Of Chemistry & Chemical engineering of Chongqing University, Chongqing, China November 2012 中文摘 要 摘 要 为 了 使 转 炉 除 尘 灰 冷 压 球 团 能 满 足 转 炉 冷 却 剂 的 要 求 , 本文 对 除 尘 灰 理 化 性 能、粘结剂粘结性能以及冷压球成球工艺 条件进行了大量研究。 对除尘灰理化性能 研究表明: 对含活性较高 CaO 、MgO 的一次粗灰 在成 球前 需要用水消解,加水量为一次粗灰质量 的 20% ,密闭 4 小时。 对粘结剂粘结 的性能研究表明 在选择粘结剂 P 粘结剂时,存在最优 除尘灰配 比, 即在一次细灰: 一次粗灰 (消解) : 二次灰: 氧化铁皮为 20:10:35:35 的条件下, 粘结剂 P 添加量为 9% 时, 湿球落下强度为 6.2 次, 干球抗压强度为 788N , 成球率 为 77.6% ,干球粉碎率为 1.87% ; 在选择以粘结剂 M6%+ 粘结剂 P3% (浓度 5% ) 时, 除尘灰的配比可按厂里产生量即 一次细灰: 一次粗灰 ( 消解): 二 次灰: 氧化铁皮 为 50.08:12.52:12.4:25 ,此时,湿球落下强度为 12.2 次,干球抗压 强度为 1177N , 成球率为 80.24% ,干球粉碎率为 1.49% 。 对 冷 压 球 成 球 工 艺 条 件 的 研 究 表 明 氧 化 铁 皮 含 量 、 粘 结 剂 添 加 量 、 压 球 机 压 力、 外加氧化钙及含水量 对湿球落下强度影响程度的主次顺序为: 氧化铁皮含量 粘结剂添加量 压 球 机 压 力 外加氧化钙 含 水 量 , 最优水平为 氧 化 铁 皮 添 加 量 : 45% , 粘结剂添加量:11% , 压球机线比压:12MPa8t/cm , 外加氧化钙:0%, 含 水量:15% ; 氧化铁皮含量、 粘结剂添加量、 压球机压力、 外加氧化钙及含水量 对 成球率 影响程度的主次顺序为: 外加氧化钙 含水量 粘结剂添加量 氧化铁皮添加 量 压球机压力, 最优水 平为 外加氧化钙: 4% , 含水量: 15% , 粘结剂添加量: 11% , 氧化铁皮添加量:45% ,压球机线比压:3MPa1.56t/cm ;烘干温度 、烘干时间、 料层厚度 对干球抗压 强度影响程度的主次顺序 为: 烘干时间 烘干温 度 料层厚度, 最优水平为 烘干时间:180min ,干燥温度:160 ? ,料层厚度:50mm ; 氧化铁皮 含 量 、 粘 结 剂 添 加 量 、 压 球 机 压 力 、 外 加 氧 化 钙 及 含 水 量 对 干 球 抗 压 强 度 影响程 度的主次顺序为: 外加氧化钙 粘结剂添加量 氧化铁皮含量 含水量 压球机压力, 最 优 水 平 为 外 加 氧 化 钙 :0% , 粘 结 剂 添 加 量 :11% , 氧 化 铁 皮 添 加 量 :45% , 含 水量:11% , 压球机线 比压:3MPa1.56t/cm。 关 键词 :转炉冷却剂 , 冷压球团, 除尘灰,粘结剂I 重庆大 学硕 士学 位论 文 II 英文摘 要 ABSTRACT In order to make the converter dust pellets of cold briquetting to meet the requirements of the converter coolant, This article has undertaken extensive research of converter dust physical and chemical properties, adhesive bond performance of binder and process conditions of cold briquettingStudies on the dust physical and chemical properties shows that the first crude dust containing very huge CaO and MgO should be digested with water, the amount of adding water is 20% of the amount of first crude dust and the dust should be confined for four hoursStudies on the adhesive bond performance of binder shows that there is optimal ratio of dust while Binder P is chosen as binder , the optimal ratio of dust is that first thin dust: first crude dustslacking: twice dust: iron scale is 20:10:35:35, while the amount of Binder P is 9% of the amount of dust, the wet ball drop strength is 6.2 times, compressive strength of dry ball is 788N, the balling rate is 77.6%, crushing rate of dry ball is 1.87%; while binder M 6%+ Binder P 3% (concentration is 5% )is chosen as binder, the ratio of dust is first thin dust: first crude dustslacking: twice dust: iron scale is 50.08:12.52:12.4:25, that is the production ratio of factory, under this condition, the wet ball drop strength is 12.2 times, compressive strength of dry ball is 1177N, the balling rate is 80.24%, crushing rate of dry ball is 1.49%Studies on the process conditions of cold briquetting shows that the sequence of iron scale content, binder adding amount, ball press machine pressure, CaO adding amount and water content impact the wet ball drop strength is iron scale contentbinder adding amount ball press machine pressureCaO adding amount water content, the optimum process conditions is iron scale content:45%, binder adding amount:11%, ball press machine pressure:12MPa8t/cm, CaO adding amount:0%, water content:15%; the sequence of iron scale content, binder adding amount, ball press machine pressure, CaO adding amount and water content impact the balling rate is CaO adding amount water content binder adding amount iron scale content ball press machine pressure, the optimum process conditions is CaO adding amount:4%, water content:15%, binder adding amount:11%, iron scale content:45%, ball press machine pressure 3MPa1.56t/cm; the sequence of drying temperature, drying time, material thickness impact the compressive strength of dry ball is drying time drying temperature III 重庆大 学硕 士学 位论 文 material thickness, the optimum process conditions is drying time:180min, drying temperature: 160?, material thickness:50mm; the sequence of, , ball press machine pressure, CaO adding amount and water content impact the compressive strength of dry ball is CaO adding amount binder adding amount iron scale content water content ball press machine pressure, the optimum process conditions is CaO adding amount:0%, binder adding amount:11%, iron scale content:45%, water content:11%, ball press machine pressure: 3MPa1.56t/cm Keywords: Converter coolant, cold briquetting pellet, dust, binder IV 目 录 目 录 摘 要. I ABSTRACT. III 目 录 V 1 绪论. 1 1.1 钢铁厂除尘灰生产及 处理现状. 1 1.1.1 国内 钢铁 厂除 尘灰 生产现 状1 1.1.2 除尘 灰处 理现 状. 1 1.2 除尘灰作为炼钢冷却 剂的研究现状 2 1.3 常用除尘灰球团粘结 剂分类. 2 1.3.1 无机 粘结 剂2 1.3.2 有机 粘结 剂3 1.3.3 复合 粘结 剂4 1.4 研究目的及 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 . 4 1.4.1 研究 项目 的提 出. 4 1.4.2 研究 目标 5 1.4.3 研究 内容 5 2 有 机粘结 剂粘 结机理 7 2.1 粘结剂在铁矿表面的 键合作用. 7 2.2 有机粘结剂对铁矿表 面亲水性的影响7 2.3 有机粘结剂在颗粒间 的 “架桥 ”作用7 3 原 料理化 性能 及成球研 究方 法9 3.1 粉尘及粘结剂的特性 9 3.1.1 粉尘 成分 分析9 3.1.2 粉尘 的粒 度组 成. 9 3.2 冷压球原料粉尘比例. 10 3.3 压球试验的主要设备. 10 3.4 性能检测 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 13 3.4.1 落下 强度 检测 方法13 V 重庆大 学硕 士学 位论 文 3.4.2 抗压 强度 检测 方法14 3.4.3 破裂 率检 测方 法 14 3.5 试验步骤. 14 4 除 尘灰成 球性 能影响因 素研 究. 15 4.1 除尘灰成球初步试验. 15 4.2 干球破裂原因分析16 4.3 除尘灰配比对成球性 能的影响18 4.3.1 不消 解条 件下 除尘 灰配比 对成 球性 能的 影响 18 4.3.2 消解 条件 下除 尘灰 配比与 对成 球性 能的 影响 20 4.3.3 新取 粗灰 、二 次灰 与成球 性能 的关 系. 22 4.4 消解对除尘灰成球性 能的影响 26 4.4.1 消解 初步 探索 26 4.4.2 醋酸 消解. 27 4.4.3 一次 灰单 独消 解的 深度与 时间 的关 系. 28 4.4.4 消解 对除 尘灰 成球 性能的 影响 29 4.5 粘结剂对成球性能的 研究 31 4.5.1 常用 有机 粘结 剂的 选择. 31 4.5.2 常用 无机 及复 合粘 结剂. 35 4.5.3 其它 有机 粘结 剂研 究36 4.5.4 粘结 剂添 加剂 的影 响41 4.6 本章小结. 42 5 湿 球强度 影响 因素及规 律研 究. 45 5.1 正交实验设计 45 5.2 正交实验结果汇总46 5.3 正交实验结果分析47 5.3.1 各个 因素 对湿 球落 下强度 的影 响分 析. 47 5.3.2 各个 因素 对成 球率 的影响 分析 51 5.4 压力对湿球强度的影 响. 54 5.5 本章小结. 55 6 干 球强度 影响 因素及规 律研 究. 57 6.1 各个因素对干球强度 的影响 57 VI 目 录 6.2 自然干燥对干球强度 的影响60 6.3 加入返料对成球强度 的影响61 6.4 烘干条件对干球强度 的影响62 6.4.1 正交 试验 设计 及结 果汇总 62 6.4.2 正交 试验 结果 分析63 6.5 粗灰消解研究65 6.6 压力对干球强度影响 的单因素试验. 66 6.7 本章小结 67 7 结论69 致 谢. 71 参 考文 献. 73 附 录. 75 VII 重庆大 学硕 士学 位论 文 VIII 1 绪论 1 绪论 1.1 钢铁厂除尘灰生产及处理现状 1.1.1 国内 钢铁厂除 尘灰生产 现状 8 2011 年, 我国粗钢产量为 6.833×10 吨, 占世 界粗钢产量的 45.5% , 居世界第 [1] 一 。 从炼铁到轧线, 每一道工序都会有 除尘灰产生, 且大部分为含铁粉尘。 钢铁 7 企业 除尘灰 产生量为每吨钢 100~130Kg ,我 国 2011 年除尘灰产生 量约为 7×10 吨 。 由于 除 尘 灰 收 集 工 艺 和 收 集 部 位 的 不 同 使 得 除 尘 灰 的 成 分 、 粒 度 和 水 分 含 量 有 所 差 异 , 这 些 原 因 会 使 得 除尘灰 的 利 用 变 得 繁 琐 , 据 统 计 表 明 , 我 国 的 除尘灰 [2] 有效利用率不到 80% , 因此研究如何高效的利用钢铁 除尘灰是一项很有意义的课 题。 1.1.2 除尘灰处理现 状 研究中所用除尘灰为 转炉 LT 工艺产生的除尘 灰, 以下主要对 此除尘灰的处理 现状加以说明。 ? 热压块 法 热 压块法 是利 用粉 尘 在高 温 下的 塑性,用 高压辊压 机压 成块 , 然 后 在氮 气 密封 状 态 下 冷 却 后 输 送 到 转 炉 , 替 代 废 钢 和 矿 石 。 用 该 方 法 不 需 另 外 添 加 粘 结 剂 , 除 尘 灰 球团 的强 度也 很好, 由于是 在氮 气气 氛下输送,除 尘灰 球团 中的氧化钙没有与 空 气 中 的 水 分 接 触 , 避 免 了 氧 化 钙 与 水 反 应 消 解 而引起 球团 强 度 降 低 甚 至 破碎 的 问题, 该方法 是现在 LT 除尘灰 处 理应用最多的一种方法 。 但是, 用 该方法生产也 有 弊 端 , 需 要 在 高 温 并 且 隔 绝 空 气 的 条 件 下 操 作 , 对 工 艺 操 作 和 设 备 要 求 较 高 , 一次投资性大,且设备出现故障率高,目前很多厂家逐渐放弃使用该方法。 ? 类似转炉污泥的 压球方法 先 将 LT 粉尘加水使其 成为 泥状,再加入一定量的 粘结剂后通过辊压机将其压 球 , 然 后 通 过 烘 烤 、 烧 结 、 碳 酸 化 、 水 泥 养 护 或 长 时 间 自 然 堆 放 养 护 等 固 结 方 法 使 其 强 度 满 足 生 产 后 再 返 回 转 炉 作 为 添 加 剂 使 用 。 用该 方 法 解 决 了 除 尘 灰 球 团 破 裂的 问题,但 耗水 量加大 、 使用 场地 大生 产成本 加 大等 缺点 。目 前很少 有 厂家 使 用 该方法。 ? 返回烧结 向 LT 粉尘喷水 , 使其 扬尘情况减弱后 运至料场, 经自然冷却后作为烧结 的原 料使用。 虽然使用该方法不需要增加设备, 但 LT 除尘灰直接使用会 降低烧结质量 [3] 并且会加大二次污染 。 1 重庆大 学硕 士学 位论 文 ? 其它方法 目前也有学者 研究将 LT 除尘灰加工成铁红、 高纯铁粉、 等高附加值产品,从 而 利用其中的 有 用 成 分 。 但 这 些 想 法 只 是 处 于 研 究 阶 段 , 还 没 应 用 于 实 际 生 产 。 而且加工 LT 除尘灰会 使生产成本增加, 操作更加复杂。 使得其实际应用难上加难。 [4] 总的来说, 到现在为止还 没有简单 、成熟的 LT 除尘灰 处理技术 。 1.2 除尘灰作为炼钢冷却剂 的研究 现状 通 常 , 转 炉 炼 钢 会 产 生 大 量 富 余 热 量 , 为 了 能 达 到 终 点 温 度 , 需 要 加 入 冷 却 剂来 调 节 温 度 。 常 用 冷 却 剂 有 废 钢 、 生 铁 块 、 铁 矿 石 、 氧 化 铁 皮 、 球 团 矿 等 , 其 中主要为废钢、铁矿石。 关于 除 尘 灰 和 氧 化 铁 皮 做 成 球 团 矿 , 再 加 入 转 炉 作 为 冷 却 剂 的 可 行 性 , 国 外 已做过相 关研究, 但 需 要控制球团 添加量 , 当 球团添加量 小于 12% 不会对冶炼 产 [5] 生影响 。 1.3 常用除尘灰球团粘结剂分类 转炉除尘灰进入转炉利用的前提是将除尘灰压球。 压球过程中要添加粘结剂。 一般而言,粘结 剂需要满足下述 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 : 1 改善除尘灰成球性和 除尘灰颗粒 之间的分子粘结力; 2 提高生球、 干球机械强度, 即在荷重下的形变、 抗冲击和抗压、 耐磨 等强 度及热稳定性; 3 较低温度下可获得优质球团; 4 改善球团的冶金性能,且不含对环境有害的元素; 5 对后续工艺的影响小 6 来源广、成本低。 粘结剂种类很多,主要分无机粘结剂、有机粘结剂以及复合粘结剂。 1.3.1 无机粘结剂 [6] 无机粘结剂以水玻璃粘结性能最好 , 其次为 膨润土、 石灰等。 但 是 由于使用 水玻璃 作 为 粘 结 剂 会 带 来 大 量 杂 质 , 对 后 续 工 艺 的 影响 很 大 , 水 玻 璃 作 为 球 团 粘 结剂 现 在 已 经 很 少 使 用 。 目 前 我 国 球 团 用 无 机 粘 结 剂 主 要 为 膨 润 土 。 以下 就膨润 土的特性及应用利弊做进一步分析。 [7-10] 使用 膨润土作为粘结剂 , 可使强度明显提高 , 并且膨润土具有 很 好的控制 水分 的 能 力 。 加入 膨润土 后 , 混 合 料 的 粒 度 组 成 得 到 改 善 , 混合料 内 毛 细 管 径 变 小 , 毛 细 力 增 大 ; 再 者 膨 润 土 吸 水 后 呈 胶 体 颗 粒 , 填 充 除 尘 灰 颗 粒 之 间 , 增 加 了 颗粒之间的分子粘结力, 进一步提高球团强度 。 2 1 绪论 虽 然 膨 润 土 是 一 种 有 效 的 粘 结 剂 , 并 在 造 球 过 程 中 对 水 分 波 动 具 有 一 定 的 调 节 作 用 , 但 它 带 入 碱 金 属 和 其 它 有 害 杂 质 , 对 还 原 有 不 良 的 影 响 , 同 时 降 低 球 团 矿铁品位, 膨润土用量每增加一个百分点, 球团矿品位下降 0.66% 。 在追求高品质、 节能降耗的今天,它并不是一种理想的粘结剂。 因 此 , 球 团 界 多 年 来 致 力 于 降 低 膨 润 土 用 量 的 研 究 , 对 膨 润 土 进 行 了 改 性 研 究 , 例 如 钙 基 膨 润 土 焙 烧 活 化 改 性 、 钠 化 改 性 、 酸 活 化 改 性 , 锂 化 改 性 和 有 机 改 性。 田赋, 马先锋等对膨润土替代资源的开发, 找到了一种新型球团添加剂-RECT 土。 结果发现:RECT 不仅能满足工业生产对球团各质量指标的要求, 而且其添加 量只有膨 润土用量的 1/2 左右, 能有效减少因膨润土添加量大而导致球团品质下降 [11] 的影响,是一种不错的替代资源 , 但 是 仍 然会 引 入 杂 质 , 降 低 球 团品 质 , 因 此 专家提出了有机粘结剂。 1.3.2 有机粘结剂 有 机 粘 结 剂 分 为 两 大 类 , 为 天 然 有 机 粘 结 剂 和 合 成 有 机 粘 结 剂 。 天 然 有机 粘 结剂 主 要 有 蛋 白 类 、 淀 粉 类 、 天 然 橡 胶 类 、 天 然 树 脂 类 以 及 沥 青 类 。 合 成 有机粘 结 剂 主 要 有 树 脂 类 、 橡 胶 类 和 复 合 类 三 大 类 。 由 于 有 机 粘 结 剂 在 焙 烧 过 程 中 分 解 [12] 并燃烧,因此,添加有机粘结剂不会影响球团矿的铁品位 。 国 内 外 对 有 机 粘 结 剂 替 代 膨 润 土 作 为 球 团 粘 结 剂 进 行 了 大 量 研 究 , 证 实 采 用 [13-17] 有机粘结剂能生产出合格的生球, 并阐明了有机粘结剂改善生球质量的机理 。 中 南 大 学 在 有 机 粘 结 剂 研 究 方 面 有 重 要 的 进 展 , 利 用 羧 甲 基 淀 粉 钠 作 为 有 机 粘结剂,冷 压 球团干球抗压强度达 322.8N/个,落下强度为 16.18 次/m ,并对羧甲 基 淀 粉 钠 提 高 球 团 机 理 进 行 了 研 究 , 提 出 了 理 想 的 有 机 粘 结 剂 分 子 构 型 , 初步确 [18] 定了极性基团及亲水基团的选择依 据 。 杨永斌,黄桂香等通过对新型有机粘结剂 D 替代膨润土制备球团进行研究, 发现:采用有机粘结剂 D 可替代膨润土使用 ,用量为 0.25%-0.30% (质量分数) 时 , 即 可 获 得 满 足 生产 要求的 球 团 强 度 ,但 是 预 热 强 度 很 低 , 只 能 用 于 对 预 热 强 [19] 度不高的球团生产工艺 。 葛英勇,季荣等采用新型有机粘结剂 GPS 替 代或部分替代膨润土制备铁矿球 团。 研究结果 发现: 在混合使用 GPS 和膨润土后也能满足球团的强度, 并使球团的 [20] 品味提高了一个百分点 。 萍 乡 市 科 华 新 材 料 有 限 公 司 与 中 南 大 学 合 作 , 花 数 年 时 间 , 开 发 出 具 有 自 主 知识产权的 SHN 球团矿有机粘结剂。 在使用 SHN 有机粘结剂后,生球落下强度 达到 4 次, 干球抗压强度达到 300N , 在对球团强度要求不高的条件下可以使用此 [21] 粘结剂 。 3 重庆大 学硕 士学 位论 文 虽 然 使 用 有 机 粘 结 剂 存 在 抗 压 强 度 偏 低 等 缺 陷 , 但 由 于 它 可 以 提 高 球 团 矿 铁 品位,因此,有机粘结剂仍然是人们的研究热点 。 1.3.3 复合粘结剂 为了提高 球团 强度,减少生产成本, 有关学者提出了复合粘结剂的概念。 阴继翔 对 无 机 、 有 机 及 无 机 有 机 复 合 粘 结 剂 对 球 团 性 能 的 影 响 进 行 了 分 析 , 同时对粘结剂粒度与球团的性能的关系进行了研究 , 并指出了各类粘结剂的 利 弊 [22] 。 陈英 通 过 对 膨 润 土 、 有 机 粘 结 剂 及 无 机 有机 复 合 粘 结 剂 的 造 球 试 验 , 得出以 下结论: 在选 择合 适配比的膨 润土 和有 机粘结 剂 的情 况下 ,球 团的强 度也能 满足高 [23] 炉冶炼的要求 。 舒 明 勇 、 刘 光 辉 等 通过 宁 明 膨 润 土 进 行 钠 化 、 挤 压 、 有 机 促 进 剂 、 包 膜 等 工 艺生产出 有机包膜复合粘结剂, 使用此粘结剂所造球团各项 指标均达到生产要 求 [24] 。 郑银珠, 彭志坚通过对有机粘结剂 SN 与膨润土复合而成的粘结剂进行研究发 现 : 该 粘 结 剂 是 一 种 性 能 良 好 的 粘 结 剂 , 能 大 幅 度 的 地 提 高 球 团 强 度 。 使用该粘 [25] 结剂可降低膨润土 的用量,从而提高球团矿品位 。 [26] O. Sivrikaya, A.I. Arol 对 硼钙石 添加 有机 粘结 剂作 为复合 粘结 剂进 行了 研究 ,发现 通过 控制有 机粘 结剂 和硼 钙石 的添加 量, 干球 的抗 压强 度能达 到 500N/ 个。 1.4 研究目的及内容 1.4.1 研究项目 的提 出 根 据 对 转 炉 除 尘 灰 性 质 的 认 识 和 已 有 的 研 究 , 转 炉 除 尘 灰 是 转 炉 优 良 的 冷 却 剂, 但需要将其制成强度满足生产需要的球团。 转炉除尘灰是用 LT 法即干式工艺 收 集 而 得 , 在 收 集 过 程 中 未 与 大 量 水 接 触 即 转 炉 除 尘 灰 未 消 解 完 全 , 这 可 能 对 制 得的球的干球强度造成影响,因为转炉除尘灰中含有大量 CaO 、MgO ,他们都是 膨 胀 剂 , 在 湿 球 干 燥 过 程 中 可 能 与 水 反 应 发 生 膨 胀 而 影 响 球 团 强 度 , 导 致 干 球 强 度不高甚至破裂,这需要在研究过程中加以重视。 用 除 尘 灰 作 为 转 炉 冷 却 剂 的 核 心 也 是 难 点 的 问 题 在 于 寻 找 或 配 制 或 合 成 能 满 足 生 产 要 求 的 粘 结 剂 。 无 机 粘 结 剂 使 用 时 间 较 长 , 有 成 熟 的 使 用 经 验 , 而 且 我 国 有丰富的储藏,但无机粘结剂的加入会降低球团品位,膨润土配比每增 1 个百分 点, 球团品位降低 0.66% , 球团相应的 Si0 含 量也增加。Si0 是冶炼 造渣的有害成 2 2 分 , 在 保 证 一 定 的 炉 渣 碱 度 的 情 况 下 , 应 尽 可 能 减 少 其 入 炉 。 复 合 粘 结 剂 的 使 用 显 然 也 只 是 一 个 权 宜 之 计 , 因 为 它 仍 然 会 用 到 无 机 粘 结 剂 , 降 低 球 团 品 质 。 有 机 4 1 绪论 粘 结 剂 的 研 究 与 开 发 , 其 目 的 就 是 为 了 取 代 膨 润 土 , 从 而 提 高 球 团 矿 的 品 质 , 因 此研究中优先考虑有机粘结剂。 本 研 究 主 要 是 针 对 以 上 存 在 的 问 题 提 出 来 的 , 通 过 研 究 寻 找 到 用 于 除 尘 灰 冷 压 块 技 术 的 适 宜 有 机 粘 结 剂 , 找 出 冷 压 球 工 艺 条 件 和 部 分 因 素 对 成 球 性 能 影 响 规 律,通过调节这些影响条件,使球团性能满足工业生产需要。 1.4.2 研究目标 针对 重钢 提 供 的 炼 钢 除 尘 灰 , 通 过 理 论 分 析 和 样 本 试 验 , 确 定 除 尘 灰 球 团 作 为转炉冷却剂的关键参数 , 找出各个因素对成球性能的影响规律 : 1) 配料 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 (各 种除尘灰及氧化铁皮添加量) ;2 ) 成球工艺参 数 (粘结剂选型及添加量、 加水量、 消解时间、烘干温度与烘干时间等) 本研究预期目标如下: ? 成球率 ?80% ; ? 湿球落下强度 ?5 次/0.5m ? 干球抗压强度 ?800N/ 个球; ? 干球破裂率 ?5% 1.4.3 研究内容 除 尘 灰 冷 压 球 工 艺 技 术 主 要 研 究 影 响 冷 压 球 工 艺 效 果 的 因 素 : 压 球 机 压 力 ; 原 料 混 合 ; 原 料 成 份 、 粘 结 剂 对 冷 压 球 团 强 度 的 影 响 等 。 试 验 方 面 拟 从 以 下 几 个 方面着手: ? 除尘灰的研究 除尘灰的配比研究;除尘灰消解(主要是 CaO )的研究,CaO 是膨胀 剂,不 消解完全可能在烘干过程中发生膨胀影响球团强度。 ? 粘结剂冷压球团强度的影响; 不 同 粘 结 剂 单 独 对 成 球 性 能 的 影 响 ; 粘 结 剂 混 合 后 对 成 球 性 能 的 影 响 及 寻 找 粘结剂最佳混合比;粘结的添加方式及制作粘结剂的工艺。 ? 湿球强度影响因素及规律研究; 通过设计 试验找 出 CaO、压球 机线比 压、氧 化铁皮添 加量、 混合料 含水量对 湿球强度的影响规律并找出它们对冷压球强度影响的主要因素和次要因素。 ? 干球强度影响因素及规律研究; 1 干燥条件对冷压球团强度的影 响; 干燥时间、 物料层数 (平铺) 、 烟气温度对干燥效果的影响 (对强度的影响) 。 2 自然干燥对干球强度的影响; 压 球 后 把 球 均 匀 铺 开 , 每 隔 一 段 时 间 测 量 球 团 抗 压 强 度 , 找 出 抗 压 强 度 随 时 间的变化规律。 5 重庆大 学硕 士学 位论 文 3 加入返料对冷压球球团的影响; 因 为 每 次 压 球 过 程 都 会 有 废 料 产 生 , 这 些 废 料 重 新 加 入 配 料 后 压 球 会 对 冷 压 球强度产生影响。需要通过试验找出影响规律并用于指导实际生产。 6 2 有 机粘 结剂 粘结 机理 2 有 机粘 结剂粘结 机理 2.1 粘结剂在铁矿表面的键合作用 除尘 灰主要 成分是铁矿, 这里主要探讨有机粘结剂和铁矿表面的相互作 用力, 它们之间的作用力主要为氢键、化学键、配位键 。 ? 氢 键 。 有 机 粘 结 剂 一 般 是 含 有 多 种 活 性 基 团 的 有 机 高 分 子 ,其 链 架 结 构 及 活性基团中的 H 原子可和铁氧化物中电负性很高的 O 原子形成氢键, 铁氧化物提 供电子 对, 有机 粘结 剂 活性基 团包 括有-OH 等。此 外, 有机 粘结 剂 分子内 及分子 间 也会形成氢键, 如羟基之间。 氢键将 很大程 度上 增加粘结剂的胶接性 及粘滞性 , 有利于提高球团 的强度,氢键的相互作用能为 8-40kJ /mol 。 2+ 2+ ? 化学键。 有机粘结剂的极性基团和铁矿表面的 Fe 、Ca 会产生化 学吸附, 形成离子键 或共价键 , 有 机 粘 结 剂 和 除 尘 灰 之 间 会 紧 密 吸 附 在 一 起 , 化 学 键 相 互 作用能一般 大于 40kJ /mol 。 ? 配 位 键 。 有机 粘 结 剂 分 子 的 各 种 活 性 官 能 团 , 主 要 有 羧 基 、 羟 基 等 , 会 与 2+ 3+ 2+ 2+ 除尘灰 中 的 金 属 离 子Fe 、A1 、Ca ,Mg 等 及 金 属 氧 化 物Fe O 、Al O 等 3 4 2 3 之间发生配位反应 形成螯合物或配合物,这些螯合物或配合物很稳定 。 可见, 除 尘 灰 冷 压 球 时 , 粘 结 剂 在 铁 矿 表 面 的 键 合 作 用 是 提 高 球 团 强 度 的 基 [27] 础 。 2.2 有机 粘结剂对铁矿表面亲水性的影响 添 加 有 机 粘 结 剂 以 后 , 铁 矿 表 面 亲 水 性 会 明 显 提 高 , 表 面 张 力 增 大 。 研 究 表 o 明, 不添加粘结剂时, 磁铁精矿表面接触角为 46 , 当粘结剂浓度增加到一定浓度 o 后 , 接触角会变为 0 。 而接触角变小会使除尘灰 亲水性增强, 提高冷压球成球率, 同 时 也 会 增 加 除 尘 灰 颗 粒 间 的 粘 滞 作 用 能 和 毛 细 引 力 能 ,使 球 团 性 能 大 幅 度 提 高 [27] 。 2.3 有机 粘结剂在颗粒间的 ― 架桥 ‖ 作用 有 机 粘 结 剂 溶 于 水 后 , 会 形 成 一 种 很 粘 稠 的 溶 胶 , 经 混 合 后 会 均 匀 分 布 于 除 尘灰 颗 粒之 间,呈 ― 薄 膜状 ‖ 存在 。干 燥之 后 ,溶胶 脱水 而成连 续的 固相 ― 连接 桥 ‖ , [27] 会把除尘灰颗粒包裹起来,从而 使球团强度 得到进一步 的提高 。 7 重庆大 学硕 士学 位论 文 8 3 原 料理 化性 能及 成球 研 究方法 3 原料理化 性能 及 成球 研 究方法 3.1 粉尘及粘结剂的特性 3.1.1 粉尘成分分析 试 验 所 用 粉 尘 来 自 重 钢 炼 钢 厂 除 尘 灰 和 炼 铁 厂 除 尘 灰 , 粉 尘 的 化 学 成 份 由重 庆钢铁集团 钢铁研究院测得,具体数据如 表 3.1 所示。 表 3.1 粉尘 的化 学成 份 Table3.1 The chemical composition of the iron ore dust 分析成 分/% 名称 SiO Al O CaO MgO MnO TiO Tfe P S 2 2 3 2 一次细 灰 1.79 0.33 12.52 4.92 0.50 0.13 53.28 0.07 0.10 一次粗 灰 2.02 0.35 23.69 14.88 0.32 0.09 39.06 0.07 0.07二三次 灰 2.96 0.70 3.50 0.78 0.24 0.32 57.23 0.09 0.45出铁场 灰 2.59 0.60 1.45 0.35 0.17 0.25 59.96 0.07 0.36氧化铁 皮 0.46 0.00 0.55 0.08 0.00 0.00 74.17 0.02 0.01 续表 3.1 粉 尘的 化学 成份 Continued table 3.1 The chemical composition of the iron ore dust 分析成 分/% 粉尘 名称 K O Na O LOSS FeO C 产出比 2 2 一次细 灰 1.06 0.42 3.44 10.96 0.97 53.08 一次粗 灰 0.55 0.18 1.22 6.78 1.4 13.27 二三次 灰 0.59 0.19 9.19 10.42 9.47 13.15 出铁场 灰 0.33 0.09 8.92 9.97 9.3 20.50 氧化铁 皮 0.00 0.00 0.00 63.09 0.00 0.00 由表 3.1 可以看出:一次细灰和一次粗灰所含 CaO 和 MgO 的 量较 高 。 3.1.2 粉尘的粒度组 成 试验所用粉尘的粒度组成如表 3.2 所示。 9 重庆大 学硕 士学 位论 文 表 3.2 粉尘 的粒 度组 成(% ) Table 3.2 The size of the iron ore dust 0.6~ 0.4~ 0.3 ~ 0.07 ~ 0.05~ 0.03~ 平均 0.03 名称 0.8mm 0.8mm 0.6mm 0.4mm 0.3mm 0.07mm 0.05mm mm /mm 一次细 灰 1.20 0.40 1.20 0.40 24.25 12.02 35.27 25.25 0.049 一次粗 灰 0.58 0.48 0.67 0.29 23.25 62.82 10.18 1.73 0.067 二三次 灰 38.53 1.28 1.46 0.43 31.42 1.54 17.29 8.05 0.105 出铁厂 灰 26.70 8.82 2.67 0.40 22.98 21.93 2.18 14.32 0.093 氧化铁 皮 68.24 3.91 12.54 0.24 14.31 0.76 0.00 0.00 0.484 1 d x 说明平 均粒 径计 算公 式d, 式中 是平均 粒径 , 是质 量 百分数 , 在大 m i m x id pi d d pi pi 于 0.8mm 时, 取 0.8mm , 在小 于 0.03mm 时取 0.03mm,在 0.03mm 和 0.8mm 之间时 , 取筛的 中间 值, 在上 表中 分别取 :0.8 ,0.7 ,0.5 ,0.35 ,0.185 ,0.06 ,0.04 ,0.03mm 。 从表 3.2 可以看出一次细灰粒径低于 0.05mm 的颗粒占总量的 60.52% ,低于 0.07mm 的颗粒占总量的 72.54% , 由于粒径太 小, 同样质量的灰尘, 其 比表面更大, 表 面 能 也 大 , 其 中 的 碱 金 属 和 碱 土 金 属 氧 化 物 就 更 活 泼 , 对 粘 结 剂 的 选 择 和 用 量 都将是一个考验。 3.2 冷压球原料粉尘比例 根据试验所取粉尘的产生量, 确定原料各种粉尘所占比例的基础值如表 3.3 所 示。每次试验取粉尘 10Kg 。 表 3.3 原料 粉尘 所占 比例 Talbe 3.4 The proportion of the iron ore dust 名称 一次细 灰 一次粗 灰 二三次 灰 出铁场 灰 氧化铁 皮 质量/% 53.08 13.27 13.15 20.50 0~45 3.3 压球试验的主要设备 1 压球机 压球成型设备型式有多种,但在矿物原料成型中使用最广的是辊式压球机。 该 机 压 球 作 用 原 理 , 主 要 靠 两 个 相 向 转 动 的 辊 轮 , 使 流 入 两 辊 间 隙 的 混 合 料 受压成型 (如图 3.1 所示) 。 对物料产生的压力因该设备压料时间短而放低, 要保 10 3 原 料理 化性 能及 成球 研 究方法 证 压 球 效 果 可 减 小 两 辊 间 的 间 距 和 增 大 进 入 间 隙 混 合 料 密 度 , 即 增 大 压 缩 比 以 提 2 高压球产品强度。一般压球设备的压力为 1000~2500 N/cm ,若控制压辊转速和 2 增加两辊增压弹簧时,压力可增大至 3500 N/cm 以上。两辊辊面上 可开出型槽, 型 槽 数 目 和 大 小 根 据 需 要 设 计 , 其 产 品 可 为 卵 型 、 枕 型 或 椭 圆 型 , 单 个 团 块 重 可 变动于 40~50g 。设备 生产能力计算式为: q0.06 ?g ?m ?n kg/h 式中 g ―― 每个球团重 ,g ; m―― 辊面型槽数,个; n―― 压辊转速,r/min 一般为 8~10 r/min 。图 3.1 对辊 压球 机剖 面示 意 Fig 3.1 Profile of briquette machine 由图 3.1 可知, 为保证正常供料压团, 从 料箱中下料时. 首先要使料箱内有足 够的料量以造成料柱压力, 使型槽 A 处充满料量, 随压辊转动到 B 处 使物料初压, 若料柱压力不足,则型槽 B 处的料会被向上 挤回到加料箱内,这将导致球团密度 小 强 度 低 。 因 此 为 提 高 供 料 体 积 密 度 和 球 团 强 度 , 对 加 料 箱 上 采 用 预 压 混 合 料 装 置,也同时起到均匀供料的作用。在 C 处正式压球,压成的球团从 D 处卸出。 本次试验用的压球机为 DFGQJ-380B 高压 对辊压球机。压球机的技术参数见 表 3.4 所示。 11 重庆大 学硕 士学 位论 文 表 3.4 高压 对辊 压球 机技 术参数 Talbe 3.4 Technical parameters of briquette machine 项目 单位 参数 辊轮 Φ 380* 170 (直径* 宽度) mm 辊轮转 速 转/min 0-9 整球生 产能 力 t/h 0-1.5 总压力 吨 0-136 辊轮线 压力 t/cm 0-8 压球尺 寸 mm 18×25×32 主电机 功率 kw 30 主 机 由 变 频 器 控 制 调 速 电 机 提 供 动 力 , 经 皮 带 轮 、 圆 柱 齿 轮 减 速 机 , 通 过 棒 销 联 轴 器 传 至 主 动 轴 。 主 动 轴 与 被 动 轴 通 过 开 式 齿 轮 保 证 同 步 运 行 。 被 动 轴 承 座 后边装有液压装置,压球机的压力采用液压调节。 液 压 保 护 装 置 是 由 液 压 泵 将 高 压 油 打 入 液 压 缸 , 使 活 塞 产 生 轴 向 位 移 。 活 塞 杆 的 前 接 头 顶 在 轴 承 座 上 以 满 足 压 球 压 力 要 求 。 当 两 压 辊 之 间 进 料 过 多 或 进 入 金 属块时, 液压缸活塞杆受压过载, 液压泵会停机、 蓄能器对压力变化起缓冲作用、 溢 流 阀 开 启 回 油 、 活 塞 杆 移 位 使 压 辊 间 缝 隙 加 大 从 而 使 硬 物 通 过 压 辊 , 系 统 压 恢 复正常,可以保护压辊不损坏。本机可以根据压球密度的要求调整压力。图 3.2 高压 对辊 压球 机实 物照片 Fig 3.2 Physical picture of briquette machine 2 混料设备 混料采用滚筒式混料,混料设备的实物照片如图 3.3 所示。 3)粘结剂制备设备 粘结剂制备由搅拌器,电子万用炉,水浴锅组成组装如图 3.4 所示 12 3 原 料理 化性 能及 成球 研 究方法 图 3.3 混料 设