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2022

含碳球团冷固结成型试验

关键词:

转底炉,冷固含碳球团

来源：公司内部

冷固结含碳球团作为转底炉直接还原的原料主体，在转底炉生产环节中要经过运输、布料、还原、出料等过程，因此其各方面的性能影响着转底炉生产的顺畅和效率。本文以糖浆作为粘结剂，钒钛磁铁矿和煤粉为原料，研究了不同粘结剂配比、成型压力和水分加入量下对含碳球团冷固结成型性能的影响。

1.含碳球团冷固结成型性能试验

1.1 试验原料

试验用矿粉为钒钛磁铁矿精粉，煤的固定碳含量82.04%，挥发份6.58%，灰分9.88%。矿粉与煤粉的粒度分布及堆密度见表1。

表 1　煤粉与矿粉的粒度组成及堆密度

1.2 研究方法

试验流程包括原料烘干、配料、混匀、造球、干燥、测试等几个环节。原料烘干温度选择200 ℃，烘干时间选择120 min。矿粉和煤粉的配比（质量比）是 :m（矿粉）:m（煤粉）=5∶1，原料混合均匀后按正交表加入一定比例粘结剂和蒸馏水，搅拌均匀。混合均匀的原料采用对辊压球机进行冷固结成型，并根据正交表设定成型压力。干燥后的球测定球团强度。

2. 含碳球团冷固结成型性能结果与分析

2.1 试验设计与结果

含碳球团经过冷固结成型后，放入干燥箱内进行烘干，烘干条件选择300 ℃，烘干时间选择30 min，烘干后取5个球测其抗压强度，然后取平均值作为球团的抗压强度。根据正交试验原理，因素水平设计见表2，试验结果见表 3。

表2　正交试验因素水平

因素水平	粘结剂含量(因素A)/%	成型压力(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 实验方案和结果

试验号	粘结剂含量 (因素A)/%	成型压力 (因素B)/MPa	水分加入量 (因素C)/%	干球抗压强度 (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

对表3试验结果进行分析，用SA1 表示因素A取第一水平时相应的试验结果之和，SA2 表示因素A取第二水平时相应的试验结果之和，SA3 表示因素A取第三水平时相应的试验结果之和，SA4 表示因素A取第四水平时相应的试验结果之和，即：

S_A1 = P1 + P5 + P9 + P13 = 326 + 732 + 473 + 417 = 1948 (1)

S_A2 = P2 + P6 + P10 + P14 = 1631 + 418 +2011 + 1218 = 5278 (2)

S_A3 = P3 + P7 + P11 + P15 = 1902 + 1776 + 437 + 1876 = 5991 (3)

S_A4 = P4 + P8 + P12 + P16 = 606 + 838 + 1082 +737 = 3263 (4)

将SA1、S A2、S A3、S A4分别除以4得到：

K_A1 = S_A1 /4 = 487 (5)

K_A2 = S_A2 /4 = 1320 (6)

K _A3 = S_A3 /4 = 1498 (7)

K _A4 = S_A4 /4 = 816 (8)

式 (5)～ (8)中K_A 表示成型压力和水分加入量处于综合平均意义下，添加粘结剂的量分别为4%、5%、6%、7% 时的成球抗压强度。对于因素B和因素C也用同样的方法计算，计算结果见表4：

表 4　试验结果正交分析

项目	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

在正交试验中，如果某水平因素对结果起主要影响，则在数量关系上应该表现为该因素各水平之下的指标综合平均值 K间相差较大，反之，如果各个K间相差较小，则说明该因素不是主要因素，根据表中K值，计算出因素 A、B、C的极差分别为：

R _A = 1498 - 487 = 1011 (9)

R _B = 1306 - 705 = 601 (10)

R _C = 1234 - 470 = 764 (11)

由式（9）~（11）可见 A、B、C 3个因素当中，影响球团抗压强度的主要因素是A粘结剂含量，其次是因素C水分加入量，因素B成型压力对球团的抗压强度影响相对较小。因此要想获得较高抗压强度的球团，首先是选择合适的粘结剂配比。

1.2 各因素对试验结果的影响

为了更清楚的描述各因素对成型后球团抗压强度的影响，用各因素分别与该因素下的综合平均抗压强度值做图，见图

图 1　粘结剂加入量、成型压力和水分加入量对球团抗压强度的影响

从图1可以看出，各因素对冷固结球团的抗压强度影响各不相同，抗压强度随粘结剂加入量的增加先增加后减少；随成型压力增加的变化趋势是一直增加，但增加幅度越来越小；水分加入量在3%以下时，对球团的抗压强度影响不大，继续增加水分加入量，球团的强度急剧下降。

综合表2和图1的分析可以确定最优水平组合是A3 B4 C2，即粘结剂含量为6%，成型压力18 MPa，水分加入量为2%时的冷固结球团的抗压强度最高，在进行的16次试验中没有包括此组合。因此，继续进行A3 B4 C2水平组合试验，试验获得的球团烘干后的平均抗压强度为2723 N。该结果高于试验中的最大值，因此，是试验条件下的最优组合。

3. 含碳球团冷固结成型性能结论

3.1 通过正交试验分析了粘结剂加入量、成型压力和水分加入量3个因素对冷固结球团成球抗压强度的影响，试验结果表明粘结剂的加入量对球团的抗压强度影响最大，其次是水分加入量、成型压力。

3.2 粘结剂对成型后球团抗压强度的影响是先增后减，在加入6%的糖浆时，成型压力与成型后球团抗压强度的关系是随成型压力的增加，球团抗压强度不断增加；水分加入量不大时对球团强度影响也不大，当含量超过3%以后，球团强度随水分含量的增加急剧降低。

3.3 用正交试验的方法获得最优组合A3 B4 C2，即粘结剂含量为6%，成型压力18MPa，水分加入量为2%。在该工艺条件下球团的平均抗压强度可以达到2723 N。

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含碳球团冷固结成型试验

来源：公司内部

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