复合型粘合剂万分及用量对球团矿冶金性能的影响
2004-08-09 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
最近一个时期，关于铁矿石球团矿中彩聚合材料的问题引起很大反响，原因在于钢铁生产厂家对球团矿铁含量的要求日益走高。此问题对用直接还原工艺炼铁的厂家所用原料的生产尤为紧迫，因为随后电炉炼钢的效率直接取决于金属化球团矿的含铁量。然而，从铁矿石球团矿各项综合性能指标来看，用聚合材料代替优质皂土的合理性还不那么显而易见。因此有人提出，吸收皂土和聚合物二者之所长，由皂土及聚合物复合构成的粘合剂是最有效的粘合剂。
但是，这种复合型粘合剂的配方乃取决于具体铁精矿的性能，而确认这种相互关系的尝试，目前尚无所闻。因此，本文目的在于研究这种复合粘合剂成分及用量对形成球团矿各项综合性能所起的作用，并在此基础上确定复合型粘合剂的最佳用量及成分。
基本原料为Muxlok铁精矿，其湿度为9.5%，含铁量为65.5%。混料时加入石灰石及复合粘剂。复合粘合剂的主要成分是哈卡斯皂土（水合悬浮液有效粘度为48MPa/s，膨胀指数为16ml/g），聚合物取不同添加量，分别占皂土用量的0.5%，1.0%及4.0%。作为具体研究对象的聚合材料分别采用ⅡB—3号以及Peridur-330及Floform2049，其配入生料的比率分别为0.1%，0.2%，0.3%及0.4%。
生球试样是在直径为0.8m试验室的盘式造球机上，在同等条件下生产的。选用12-14mm粒级球团矿进行了研究。各种试样的生球团都进行了抗压强度及可塑性试验。部分球团矿在120℃下干燥时还测定了其强度及孔隙率。剩下的生球试样则放入置于生球料层表面上的试样槽里在固定的温度—时间制度下作了热处理。对烧成的球团矿测定了它们的抗压强度及孔隙率。对一部分球团矿作了微观组织及矿物学分析。
此阶段聚合物配入比率为0.4%的研究结果表明，随着聚合物用量（V）在复合型粘合剂中所占比率的增加，生球、干球及烧成球的强度指标都呈现下降的趋势。这一点在V转为更高时尤为突出。而在V不是很高时（在1.0%-1.5%以下），强度指标并未下降，而且干球及烧成球的强度指标略有上升。而可塑性随着复合型粘合剂中聚合物比率的增高都有很大提高。
对聚合材料类型在以上表述的关系中所起使用进行了对比分析。根据分析可得出这样的结论，即采用聚合材料Floform-2049时球团强度损失程度最低。而ⅡB-3及Peridur-330的这种作用颇为相似，难分上下。在混合料中采用其它配入比率，即0.1%及0.25%时，也显示出同样关系性质。同时在聚合物配入比率更低时，球团矿的各项综合强度指标下滑。提高粘合剂中聚合物比率还能使烧成球团矿的强度得到提高，并因此提高球团矿的氧化率。在微观组织研究中发现试样孔隙组织变化规律是：首先是中、小气孔的比率增高。这样，就可将粘合剂中聚合物对球团矿综合质量指标产生良好作用的机理表述如下：
1、这种细孔性的形成是由于聚合物在热处理初期阶段炼尽而发生的。
2、添加聚合物有助于改变粘合剂悬浮液表面性能，因而有助于改变铁精矿颗粒相间相互作用能量，从而有助于悬浮液在颗粒上的更顺流散。这种条件一方面可强化随后的烧结过程，另一方面由于在预热区烧尽而形成球团太矿的发达的微观组织。而发达的微观组织可强化熔烧中的氧化过程，因而可以预期，能强化再后的冶炼过程。在下一研究阶段对这些规律作了分析。
上述方面的研究是在热力重量测定装置进行的。这种装置能够分析矿石材料在还原气体氛围里焙烧过程中的物质交换特征。每种试样还原时温度为600，700，800及900℃。同时测定了还原率与时间的关系以及试样的抗压强度。因为球团矿强度损失是会随还原率的增高变为极值，而且是在Fe203→Fe3O4相转变阶段变得最大，而在Fe3O4→FeO转变中较小，所以在还原率约为30%时，球团矿的强度最低。实际上这也是普遍的现象。在Muxlok铁矿石材料弹性变形范围内的温度上限，球团矿的强度损失最大，这时其温度为700℃。因此，正是在这种条件下进行球团矿强度损失试验的。
复合型粘合剂中聚合物配入比率为0.4%时不同试样的球团矿冶金性能研究结果表明，聚合物万分含量较高时，各项综合质量指标有下降趋势。但这些方面的问题必须作深入的研究。
在竖炉中还原时，球团矿除静荷载外还要随动荷载，因而很有可能破裂成小的碎块。这些碎块的大小直接影响生产运行的稳定性。因此，除强度损失外，厂家还十分关注球团矿破裂后形成的小球团碎块粒组组成的分析。为此，在对还原率达到27%—30%的球团作过抗压强度试验后将其小碎块作了筛分，并取>5及<5mm粒级的重量比例作为指标。
测定了还原的动力学关系、强度及破裂性质。分析结果表明，随着聚合物在便合型粘合剂中所占份额的升高，所研究的各项参数均有所上升。这证明在复合型粘结剂中添加聚合物在形成球团矿冶金性能中所起的积极作用。但就聚合特在数量上对所研究的各项指标的使用方面来说，则因聚合物类型的不同，其作用亦有所差别。比如，添加4%的Floform-2049能使还原速度常数增高30%，而添加ⅡB-3及Peridur-330时，此常数分别上升20%及15%。Floform-2049，ⅡB-3及Peridur-330能使局部（部分）还原后的球团矿强度分别提高20%，15%及5%。破裂球团小碎块粒级组成也因添入的聚合物类型不同而有变化。比如，在聚合物配用比率相同（4%）的条件下，添加Floform-2049时>5及<5mm粒级的比例为30%，而采用ⅡB-3及Peridur-330时的这一粒级的比例均为10%。因此，对球团矿综合冶金性能可以起最有效作用的是含Floform-2049的复合粘合剂，国产ⅡB-3号聚合物及进口的同档次聚合物Peridur-330二者所达到的效果实际相同。
因此，采用由优质皂土及俄产聚合物合成的复合型粘合剂是提高各种用途铁矿石球团矿冶金性能的根本出路，因为俄产的聚合物与进口的同类产品相比要便宜得多。
从球团矿各项综合质量特性来看（包括生球、干球及烧成球的强度指标），在ΓuxΓok的生产条件下，国产聚合物ⅡB-3的最佳配用比率为1.5%—3.0%。
但是，这种复合型粘合剂的配方乃取决于具体铁精矿的性能，而确认这种相互关系的尝试，目前尚无所闻。因此，本文目的在于研究这种复合粘合剂成分及用量对形成球团矿各项综合性能所起的作用，并在此基础上确定复合型粘合剂的最佳用量及成分。
基本原料为Muxlok铁精矿，其湿度为9.5%，含铁量为65.5%。混料时加入石灰石及复合粘剂。复合粘合剂的主要成分是哈卡斯皂土（水合悬浮液有效粘度为48MPa/s，膨胀指数为16ml/g），聚合物取不同添加量，分别占皂土用量的0.5%，1.0%及4.0%。作为具体研究对象的聚合材料分别采用ⅡB—3号以及Peridur-330及Floform2049，其配入生料的比率分别为0.1%，0.2%，0.3%及0.4%。
生球试样是在直径为0.8m试验室的盘式造球机上，在同等条件下生产的。选用12-14mm粒级球团矿进行了研究。各种试样的生球团都进行了抗压强度及可塑性试验。部分球团矿在120℃下干燥时还测定了其强度及孔隙率。剩下的生球试样则放入置于生球料层表面上的试样槽里在固定的温度—时间制度下作了热处理。对烧成的球团矿测定了它们的抗压强度及孔隙率。对一部分球团矿作了微观组织及矿物学分析。
此阶段聚合物配入比率为0.4%的研究结果表明，随着聚合物用量（V）在复合型粘合剂中所占比率的增加，生球、干球及烧成球的强度指标都呈现下降的趋势。这一点在V转为更高时尤为突出。而在V不是很高时（在1.0%-1.5%以下），强度指标并未下降，而且干球及烧成球的强度指标略有上升。而可塑性随着复合型粘合剂中聚合物比率的增高都有很大提高。
对聚合材料类型在以上表述的关系中所起使用进行了对比分析。根据分析可得出这样的结论，即采用聚合材料Floform-2049时球团强度损失程度最低。而ⅡB-3及Peridur-330的这种作用颇为相似，难分上下。在混合料中采用其它配入比率，即0.1%及0.25%时，也显示出同样关系性质。同时在聚合物配入比率更低时，球团矿的各项综合强度指标下滑。提高粘合剂中聚合物比率还能使烧成球团矿的强度得到提高，并因此提高球团矿的氧化率。在微观组织研究中发现试样孔隙组织变化规律是：首先是中、小气孔的比率增高。这样，就可将粘合剂中聚合物对球团矿综合质量指标产生良好作用的机理表述如下：
1、这种细孔性的形成是由于聚合物在热处理初期阶段炼尽而发生的。
2、添加聚合物有助于改变粘合剂悬浮液表面性能，因而有助于改变铁精矿颗粒相间相互作用能量，从而有助于悬浮液在颗粒上的更顺流散。这种条件一方面可强化随后的烧结过程，另一方面由于在预热区烧尽而形成球团太矿的发达的微观组织。而发达的微观组织可强化熔烧中的氧化过程，因而可以预期，能强化再后的冶炼过程。在下一研究阶段对这些规律作了分析。
上述方面的研究是在热力重量测定装置进行的。这种装置能够分析矿石材料在还原气体氛围里焙烧过程中的物质交换特征。每种试样还原时温度为600，700，800及900℃。同时测定了还原率与时间的关系以及试样的抗压强度。因为球团矿强度损失是会随还原率的增高变为极值，而且是在Fe203→Fe3O4相转变阶段变得最大，而在Fe3O4→FeO转变中较小，所以在还原率约为30%时，球团矿的强度最低。实际上这也是普遍的现象。在Muxlok铁矿石材料弹性变形范围内的温度上限，球团矿的强度损失最大，这时其温度为700℃。因此，正是在这种条件下进行球团矿强度损失试验的。
复合型粘合剂中聚合物配入比率为0.4%时不同试样的球团矿冶金性能研究结果表明，聚合物万分含量较高时，各项综合质量指标有下降趋势。但这些方面的问题必须作深入的研究。
在竖炉中还原时，球团矿除静荷载外还要随动荷载，因而很有可能破裂成小的碎块。这些碎块的大小直接影响生产运行的稳定性。因此，除强度损失外，厂家还十分关注球团矿破裂后形成的小球团碎块粒组组成的分析。为此，在对还原率达到27%—30%的球团作过抗压强度试验后将其小碎块作了筛分，并取>5及<5mm粒级的重量比例作为指标。
测定了还原的动力学关系、强度及破裂性质。分析结果表明，随着聚合物在便合型粘合剂中所占份额的升高，所研究的各项参数均有所上升。这证明在复合型粘结剂中添加聚合物在形成球团矿冶金性能中所起的积极作用。但就聚合特在数量上对所研究的各项指标的使用方面来说，则因聚合物类型的不同，其作用亦有所差别。比如，添加4%的Floform-2049能使还原速度常数增高30%，而添加ⅡB-3及Peridur-330时，此常数分别上升20%及15%。Floform-2049，ⅡB-3及Peridur-330能使局部（部分）还原后的球团矿强度分别提高20%，15%及5%。破裂球团小碎块粒级组成也因添入的聚合物类型不同而有变化。比如，在聚合物配用比率相同（4%）的条件下，添加Floform-2049时>5及<5mm粒级的比例为30%，而采用ⅡB-3及Peridur-330时的这一粒级的比例均为10%。因此，对球团矿综合冶金性能可以起最有效作用的是含Floform-2049的复合粘合剂，国产ⅡB-3号聚合物及进口的同档次聚合物Peridur-330二者所达到的效果实际相同。
因此，采用由优质皂土及俄产聚合物合成的复合型粘合剂是提高各种用途铁矿石球团矿冶金性能的根本出路，因为俄产的聚合物与进口的同类产品相比要便宜得多。
从球团矿各项综合质量特性来看（包括生球、干球及烧成球的强度指标），在ΓuxΓok的生产条件下，国产聚合物ⅡB-3的最佳配用比率为1.5%—3.0%。
