28
2022
-
01
含碳球团冷固结成型试验
关键词:
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:
SA1 = P1 + P5 + P9 + P13 = 326 + 732 + 473 + 417 = 1948 (1)
SA2 = P2 + P6 + P10 + P14 = 1631 + 418 +2011 + 1218 = 5278 (2)
SA3 = P3 + P7 + P11 + P15 = 1902 + 1776 + 437 + 1876 = 5991 (3)
SA4 = 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:
A1 = SA1 /4 = 487 (5)
A2 = SA2 /4 = 1320 (6)
A3 = SA3 /4 = 1498 (7)
A4 = SA4 /4 = 816 (8)
式 (5)~ (8)中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 |
|
487 |
705 |
1205 |
|
1320 |
883 |
1234 |
|
1498 |
1227 |
1213 |
|
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。
相关新闻
2023-06-08
2023-06-01
2023-05-25
2023-05-18
2023-05-11
2023-05-04