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2023
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Midrex 工艺中挤压压块 (BREX) 的金属化（1）
关键词:
来源：公司内部
1. 简介
使用氧化球团矿作为原料的小型钢厂的工艺包括生产金属化球团矿，然后用于生产直接还原铁（DRI）、在电弧炉中生产钢材、连续铸造、轧制。这些公司每年进口大量用于生产直接还原铁的铁矿石球团，在运输、储存、将球团矿装入金属化反应器以及排出金属化球团的过程中，会产生数万吨的含铁细料。颗粒细粉和 DRI 污泥通常成堆倾倒，电弧炉粉尘和氧化皮则出售给第三方。初步分析结果表明，以煤球形式回收此类材料将有助于生产更多的钢材，大量减少倾倒废物占用的面积。这些废物的利用产生额外的收入，超过直接销售废物的收入。
此前，我们研究了应用硬真空挤压 (SVE) 对炼铁和铁合金生产过程中产生的天然和人为细小材料进行造粒的可能性。本研究的主要目的是：(a) 开发具有成本效益的程序来回收氧化物材料、直接还原铁生产废物和电弧炉粉尘，以改善企业的环境状况；(b) 选择有效的粘结剂，以实现最高的压块金属化程度。
本文探讨了使用 SVE 来聚结上述材料的可能性，其冶金质量适合用作 DRI 反应器中的装料成分。
2. 材料和方法
在工业 Midrex 反应器中对挤压压块 (brex) 的实验性行为进行了全面测试。实验 brex 被放置在可渗透还原气体的可变形钢包内（图 1）。 这种输入方法可以充分模拟在反应器实际条件下 brex 的行为，包括周围传统炉料的机械压力。在该过程结束时，将这些包件从反应器中抽出，可以直观地确定brex的状况，并探索其化学成分和性质。
图 1. 向 Midrex 反应器输送挤压压块 (brex) 的可变形钢包
2.1. 原料
使用预制混合料，包括球团细粉（52.6%）、DRI 生产的金属化污泥（26.4%）、氧化铁皮（15.8%）和 EAF 粉尘（5.2%）。使用从 4 目（4.75 mm）到 325 目（45 μm）的湿筛进行粒度分析。图 2 给出了实验室规模的辊式破碎机研磨前后混合物的粒度分布。
图 2. 压块炉料的粒度分布，下部—原始混合； 上部——研磨后
表 1. 混合物的化学成分
| 化合物 | 球团细粉 | 氧化铁皮 | 污泥 | 电炉粉尘 |
|---|---|---|---|---|
| Fetot | 65.00 | 70.0 | 66.2 | 29.68 |
| SiO2 | 2.50 | 1.00 | 2.14 | 4.25 |
| CaO | 1.30 | 0.15 | 4.38 | 19.74 |
| MgO | 0.75 | 0.10 | 0.69 | 24.27 |
| Al2O3 | 0.95 | 0.25 | 0.83 | 1.32 |
| MnO | 0.10 | 1.20 | 0.16 | 0.96 |
| S | 0.015 | 0.015 | 0.01 | 0.13 |
| Na2O + K2 | 0.034 | – | 0.33 | 1.42 |
2.2. Brex生产实验
所有测试样品均使用 25 mm圆形造粒模具挤出。使用hobart实验室混合机来模拟进料与水的混合，并在挤压封口机的开口槽中进行挤压。实验室挤压机模拟了材料通过密封螺旋和模具进入真空室，然后最终挤出的过程。
实验室挤出机由两个腔室组成，两个腔室之间有一个密封模具。后腔室配有一个直径为 3 英寸的密封螺旋钻，将材料推入密封模具。第二腔室可处于真空状态。它还配备了一个直径为 3 英寸的螺旋钻，可通过造粒模具挤出材料。基于 PC 的数据系统监控并记录挤压数据。所有混合物在混合后立即挤出。表 2 列出了三种试验性brex的成分。
表 2. 实验性 brex 成分（%）
| 装料成分 | Brex #1 | Brex #2 | Brex #3 |
|---|---|---|---|
| 球团细粉 | 50.0 | 50.0 | 50.0 |
| 污泥 | 25.0 | 25.0 | 25.0 |
| 氧化铁皮 | 15.0 | 15.0 | 15.0 |
| 电炉粉尘 | 5.0 | 4.75 | 5.0 |
| 熟石灰 | 5.0 | - | - |
| 硅酸盐水泥 | - | 5.0 | - |
| 镁粘结剂 | - | - | 5.0 |
| 膨润土 | - | 0.25 | - |
以七水硫酸镁（MgSO4·7H2O）为主要原料合成了硫酸镁基粘结剂。当脱水无机盐转化为水合晶体形式时发生的形式变化是使用部分脱水硫酸镁在工业上作为粘合材料的基础。凝固过程在 3 分钟内开始，6 分钟内完成。
表3. 还原前实验brex的化学成分（%）
| 成分和氧化物 | Brex #1 | Brex #2 | Brex #3 |
|---|---|---|---|
| Fet | 62.47 | 61.30 | 62.61 |
| C | 1.49 | 1.40 | 1.05 |
| CaO | 9.24 | 8.41 | 4.30 |
| MgO | 3.61 | 3.07 | 6.24 |
| SiO2 | 2.45 | 4.91 | 2.76 |
| Al2O3 | 1.29 | 1.81 | 0.99 |
| TiO2 | 0.10 | 0.12 | 0.12 |
| V2O5 | 0.076 | 0.07 | 0.08 |
| MnO | 0.34 | 0.36 | 0.35 |
| P2O5 | 0.07 | 0.09 | 0.06 |
| S | 0.08 | 0.08 | 0.50 |
| Na2O + K2O | 0.19 | 0.93 | 0.83 |
| Cl | 0.04 | 0.03 | 0.02 |
| ZnO | 0.36 | 0.40 | 0.35 |
2.3. Brex 物理特性测试
使用带有密度测量附件的校准电子秤来确定brex密度。使用压缩测试仪测量样品强度，拉伸劈裂强度根据 ASTM（美国测试与材料协会）C1006-07，第 7.1 段测量。孔隙率根据 DIN（德国标准协会）51056 进行测量。水分含量使用水分天平进行测量。未加工 brex 的物理机械特性如表 4 所示。
表 4. 未加工的 brex 的物理机械特性
| 特性 | Brex #1 | Brex #2 | Brex #3 |
|---|---|---|---|
| 密度, g/cm3 | 3.5 | 3.48 | 3.66 |
| 抗压强度, N/mm2 | 4.8 | 11.1 | 4.4 |
| 劈裂抗拉强度, N/mm2 | 1.5 | 1.4 | 1.2 |
| 孔隙率 | 29.7 | 24.7 | 25.1 |
| 含水量, % | 8.4 | 8.4 | 8.6 |
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