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2023

高爐螺旋壓球的適用性（2）

關(guān)鍵詞:

壓球 ,實(shí)驗(yàn)室壓球機(jī),高爐

來源：公司內(nèi)部

3. 結(jié)果
3.1. 強(qiáng)度測(cè)試
對(duì)七個(gè)長度為 67-81 mm的壓塊樣品進(jìn)行了抗碎強(qiáng)度測(cè)試。如表4所示，正常狀態(tài)下的平均壓碎強(qiáng)度為24.64 kg/cm。機(jī)械跌落強(qiáng)度試驗(yàn)所用的壓塊在試驗(yàn)后進(jìn)行了篩分，98.5%的壓塊尺寸大于5mm。經(jīng)過 25、50、100 和 200 轉(zhuǎn)（定義為尺寸超過 5 毫米的部分）檢驗(yàn)的壓塊碎片的耐磨強(qiáng)度分別為 93%、89%、80% 和 64%。耐磨強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見表5。

表 4. 機(jī)械破碎強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果的平均值 (AVG) 和標(biāo)準(zhǔn)偏差 (SD)

	長度 (mm)	受力 (kg)	強(qiáng)度 (kg/cm)	強(qiáng)度 (kg/cm²)
	77.0	183.0	23.8	196.3
	81.0	192.0	23.7	195.4
	75.0	184.0	24.5	202.1
	68.0	170.0	25.0	206.2
	73.0	189.0	25.9	213.6
	73.0	198.0	27.1	223.5
	67.0	151.0	22.5	185.6
AVG	73.4	181.0	24.6	203.2
SD	4.9	15.9	1.5	12.6

表 5. 在旋轉(zhuǎn)滾筒中進(jìn)行的磨損強(qiáng)度測(cè)試的結(jié)果

轉(zhuǎn)數(shù)	成分 (%)
轉(zhuǎn)數(shù)	>5 mm	>0.5 mm
25	93	95
50	89	90
100	80	82
200	64	69

3.2. 螺旋壓塊的還原實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn) A-F 期間出現(xiàn)的相對(duì)重量損失如圖 7 所示。實(shí)驗(yàn) A-D 和 F 期間螺旋壓塊和參考?jí)簤K的膨脹如圖 8 所示。

圖 7. 螺旋擠壓壓塊（實(shí)驗(yàn) A-D）、球團(tuán)（實(shí)驗(yàn) E）和參考?jí)簤K（實(shí)驗(yàn) F）的重量損失 (%)

圖 8. 螺旋壓塊（實(shí)驗(yàn) A-D）和參考?jí)簤K（實(shí)驗(yàn) F）的膨脹 (%)

根據(jù)圖 7 和圖 8，在實(shí)驗(yàn) A 和 B 期間，螺旋壓塊的重量損失似乎最為顯著，參考?jí)簤K更易膨脹。TGA 數(shù)據(jù)提供了有關(guān)質(zhì)量損失發(fā)生時(shí)間的更詳細(xì)信息。每個(gè)實(shí)驗(yàn)的重量隨時(shí)間變化的曲線以及溫度曲線如圖 9 所示。

圖 9. 在螺旋壓塊（實(shí)驗(yàn) A-D）、球團(tuán)（實(shí)驗(yàn) E）和參考?jí)簤K（實(shí)驗(yàn) F）的還原實(shí)驗(yàn)中，隨時(shí)間變化的重量變化 (%) 曲線

3.2.1. 不間斷還原實(shí)驗(yàn)
在不間斷的實(shí)驗(yàn)中（實(shí)驗(yàn)A和B），下面詳細(xì)介紹了所有還原階段。作為實(shí)驗(yàn)中的最后一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)式（3），方鐵礦被還原為金屬鐵。

從圖 7 中可以看出，實(shí)驗(yàn) A 和 B 的相對(duì)重量損失幾乎相等：分別為 37.0% 和 35.9%。圖 9 中所示的螺旋壓塊的重量損失曲線幾乎完全重疊。由此可以得出結(jié)論，盡管在40 分鐘等溫期期間重量略有下降，但是對(duì)重量變化的影響不大。因此，可以認(rèn)為煤塊中含有的鐵完全被還原（RD = 100%），其余的重量損失是由于煤氣化造成的。

在約1000℃時(shí)，在還原管蓋的玻璃上和樣品籃的桿上觀察到白色物質(zhì)沉淀。這顯然是鋅的排泄。如上所述，鋅的沸點(diǎn)很低，僅為 908 °C，其循環(huán)行為在高爐工藝中是一個(gè)令人討厭的問題。鋅很可能以化合物的形式存在，如氧化鋅（ZnO）。在使用的樣品中，只有鋅含量為 0.17 wt.-% 的螺旋壓塊才會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。其他樣品中的鋅含量要低得多。鋅可能以化合物的形式存在，例如氧化鋅 (ZnO)。在所使用的樣品中，這種現(xiàn)象僅發(fā)生在鋅含量為 0.17 wt.-% 的螺旋壓塊的情況下。其他樣品中的鋅含量明顯較低。

壓塊的膨脹很輕微，肉眼難以察覺，實(shí)驗(yàn) A 和實(shí)驗(yàn) B 的結(jié)果分別為 5.8% 和 10.7%。在還原試驗(yàn)過程中，盡管照相機(jī)一直在運(yùn)行，也無法檢測(cè)到膨脹的發(fā)生。由于溫度升高，壓塊并沒有膨脹，而是在籃子里滾動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)前后對(duì)壓塊樣品的外部尺寸進(jìn)行測(cè)量時(shí)，觀察到了輕微的變化。然而，圖 10 中的壓塊樣品在實(shí)驗(yàn) A 和 B 期間顯示出相似的開裂行為，表明在 1100 °C 的 40 分鐘等溫期間沒有發(fā)生明顯的開裂或其他外部變化。

Minerals 12 00868 g010 550

圖 10. 在 (a) 實(shí)驗(yàn) B 和 (b) 實(shí)驗(yàn) A（即等溫期為 40 分鐘的運(yùn)行）期間螺旋擠壓壓塊樣品中形成的裂紋

3.2.2. 間斷還原實(shí)驗(yàn)
在間斷的實(shí)驗(yàn) C 和 D 中，相對(duì)重量損失較低：分別為7.5% 和 1.8%。從重量損失來看，這些還原階段的還原速度非常緩慢，盡管螺旋壓塊的還原速度快于參照樣品。根據(jù)公式 (4)，在兩次實(shí)驗(yàn)中，赤鐵礦首先還原成磁鐵礦。

在實(shí)驗(yàn)C中，根據(jù)公式 (5)，磁鐵礦還原成了方鐵礦。

在實(shí)驗(yàn) C 和 D 期間觀察到的膨脹分別約為 1.2% 和 0.5%，非常微小，測(cè)量結(jié)果的差異可能是由于測(cè)量不準(zhǔn)確造成的，壓塊末端的不均勻形狀阻礙了測(cè)量。除了實(shí)驗(yàn)C中的壓塊輕微變色之外，沒有觀察到其他肉眼可見的變化。即，由于磁鐵礦還原成方鐵礦。

3.3. 參考樣品的還原實(shí)驗(yàn)
在實(shí)驗(yàn)E和F中，鐵礦石球團(tuán)和參考球團(tuán)的相對(duì)重量損失分別為13.0%和24.8%。從圖 9 可以看出，還原行為與螺旋壓塊不同。球團(tuán)在略低于 500 °C 時(shí)開始失重，這比其他樣品要晚。此時(shí)，可以認(rèn)為赤鐵礦還原成磁鐵礦。當(dāng)溫度接近 1100 °C 時(shí)，球團(tuán)反應(yīng)加強(qiáng)。實(shí)驗(yàn) A–D 和 F 開始時(shí)發(fā)生的重量損失將在第 4 節(jié)中進(jìn)行更詳細(xì)的討論。根據(jù)實(shí)驗(yàn) E 中的重量損失，利用公式 (1) 和表 2 所示的球團(tuán)化學(xué)分析計(jì)算出鐵礦石球團(tuán)的 RD，RD為45.3%。在球團(tuán)中未觀察到裂紋。

與螺旋壓塊相比，參考?jí)簤K在等溫期間損失的重量相對(duì)較多，但總體重量損失較小。碳含量低于螺旋壓塊中的碳含量，因此樣品顯然沒有完全還原。重量損失在 950 °C 以上最大。圖 11 顯示了參考團(tuán)塊的膨脹行為，最顯著的膨脹發(fā)生在 1000 °C 以上，與螺旋壓塊的情況相比，膨脹率更高：23.7%，但沒有觀察到開裂現(xiàn)象。

Minerals 12 00868 g011 550