微波加熱干燥對焙燒后轉爐泥球團性能的影響

　　摘要為了研究微波加熱干燥對焙燒后轉爐泥球團冶金性能的影響，在實驗室條件下，研究相同焙燒條件下，微波與常規加熱干燥對轉爐泥球團強度的影響差異。結果表明，微波預熱干燥條件下，焙燒后球團強度隨著時間的延長，呈現先減小后增大的趨勢，干燥時間在15min時，球團抗壓強度及落下強度均為最低，分別為335N，8.7/個;常規加熱條件下，焙燒后球團抗壓強度隨著干燥時間延長有逐漸增大的趨勢。干燥時間在120min時，球團抗壓強度最高為597.5N。在同樣焙燒條件下，當焙燒后球團強度達到602.5N的時，微波加熱干燥時間只需25min;而常規加熱下，焙燒后球團抗壓強度達到597.5N時，干燥時間長達120min。

　　關鍵詞球團,微波加熱,抗壓強度,轉爐泥

　　相關論文投稿刊物：《河北冶金》是河北省冶金行業唯一的一份向國內外公開發行的正式期刊，辦刊宗旨：建科技交流平臺，助冶金行業發展;主要報道內容：地質、采礦、選礦、焦化、耐火材料、煉鐵、煉鋼、軋鋼、金屬材料、理化檢驗、冶金機械、冶金能源環境等，與冶金工業生產和科研相關的新成果以及生產過程中采用的新工藝、新設備等。

　　前言轉爐塵泥是鋼鐵生產流程中的一類廢棄物，一般含有TFe，CaO，MgO，C等可再利用資源，若不加以回收利用，不僅造成資源的極大浪費，而且嚴重污染環境[1]。球團法是處理轉爐塵泥的方法之一，球團過程中物料的物理性質(密度、孔隙率、形狀、粒度、機械強度等)會發生一系列變化并促進物料性能的改善[2，3]，因此球團法在轉爐泥處理回收中得到了迅速的發展。預熱干燥是轉爐泥球團制備的重要工藝流程之一[4]。

　　其所采用的主要加熱方式是常規加熱，然而常規加熱卻存在著加熱時間長，能量損失大，產生廢氣多等缺點。微波加熱作為工業上的一種熱處理技術，可對球團內外一起加熱，同時升溫，有效避免了球團干燥過程中“冷中心”的問題，具有熱量損耗少、加熱速度快、能量利用率高等優點。

　　微波加熱在球團焙燒階段相關研究較多。胡兵、黃成柱等人研究了氧化球團微波煤基直接還原過程微觀機制，研究結果表明:微波加熱在氧化球團煤基直接還原過程中不僅體現了快速加熱和體積加熱等熱效應，而且在一定程度上具有“非熱效應”[5-9]。然而，微波加熱在球團預熱干燥中應用的相關研究較少。干燥是轉爐泥球團生產中能耗的主要來源之一，同時對球團冶金性能產生重要影響。選擇合理加熱方式對球團冶金性能及對降低能耗具有重要意義。本文在實驗室條件下，研究微波預熱干燥對焙燒后轉爐泥球團的強度的影響，以期為微波在球團預熱干燥中的應用提供理論依據。

　　1試驗原料、設備及方法

　　1.1試驗原料

　　轉爐泥:取某鋼鐵廠轉爐回收的轉爐泥;石灰:取自當地的石灰;膨潤土:取自某鋼鐵廠分析檢驗室。

　　1.2主要儀器及設備

　　焙燒設備:洛陽市西格瑪儀器有限公司生產的SXIC-V1型氣氛數顯箱式爐。江蘇常熟雙杰測試儀器廠生產的JJ300型電子天平，江蘇南通金石實驗儀器有限公司制造的SD101-2電熱鼓風干燥箱。微波爐:合肥榮事達三洋電器股份有限公司生產的EM-2012MSI�？箟簭姸葯z測儀器:無錫市德佳意試驗儀器有限公司生產的DYE-300S微機控制抗折抗壓試驗機。

　　1.3試驗方法

　　轉爐泥自然干燥后成塊，進行破碎處理，通過篩分處理，選出符合粒度要求的粒子，按照一定的配比，加入石灰及膨潤土進行充分混合，壓制成直徑為12～14mm的球團，將球團分別放入微波爐及常規干燥箱設備進行干燥，設置不同的干燥時間，干燥后放入焙燒爐中進行焙燒。

　　取出球團后測定其抗壓強度和落下強度。落下強度測定方法:每組試驗取十顆顆粒均勻的球團填料，將其從1m高度自由落下，當球團填料破碎時停止，取十個球團填料的落下次數的平均值作為落下強度指標[10-12]。

　　2結果與討論

　　2.1微波加熱干燥時間對球團抗壓強度的影響

　　微波加熱干燥條件下，隨著干燥時間的延長，球團的抗壓強度呈先減小后增大的趨勢，加熱時間為15min時球團強度最低，球團抗壓強度只有335N。這是由于球團分子內部含有正負電荷，在微波場下，球團分子發生高頻往復運動，相互摩擦而迅速升溫，并產生熱應力。

　　球團分子初期是通過黏結劑(石灰及膨潤土)結合為球團狀，球團內部分子與分子結合處存在空隙，在熱應力作用下空隙變大，加之水分在微波加熱下，快速升溫汽化，球團內部壓力變大，導致了球團內部結合形態結構發生變化，因此球團強度逐漸降低。當加熱時間為15min時，熱應力及水分汽化壓力綜合作用力顯著增強，部分球團表面開始出現炸裂現象，導致球團分子間結合力極大降低，所以此時球團強度最低。隨著加熱時間延長，球團水分逐漸減少，水汽化產生的壓力變小，溫度的快速上升，高溫致使部分氧化鐵開始還原，產生部分鐵離子，并有部分鐵酸鎂的生成。球團內部逐漸形成較為致密的鐵層，球團分子間結合力變強，因此球團抗壓強度在15min后逐漸提高。當加熱時間為25min時，出現多個球團炸裂現象。

　　常規加熱條件下，加熱前60min球團抗壓強度變化不大，隨著加熱時間的延長，球團抗壓強度有增大的趨勢，當干燥時間為120min時，球團強度達到597.5N。可見，在球團抗壓強度達到602.5N，微波加熱時間只需25min，在球團強度達到597.5N時，常規加熱則需要120min。在球團抗壓強度達到相同水平的情況下，微波干燥時間明顯比常規加熱所用的時間短，這是由于微波加熱可對球團內外一起加熱，同時升溫，熱量損耗少，加熱速度快，可以快速對球團進行干燥并且產生局部高溫;常規加熱下，熱量是通過球團外表面逐漸向球團內部傳導，傳熱慢，效率低，因此同等條件下需要較長的干燥時間。

　　2.2微波加熱干燥對球團落下強度的影響

　　微波加熱干燥條件下，隨著干燥時間的延長，球團的落下強度呈先減小后增大的趨勢，加熱時間為15min時球團落下強度最低，落下強度只有8.25次/個。這是由于微波加熱條件下，球團內部偶極分子發生高頻往復運動，溫度迅速上升并產生熱應力，導致了球團初期通過黏結劑形成的結合狀態發生改變，破壞了球團內部較穩定結構，因此球團落下強度逐漸降低，當加熱時間超過15min后，微波加熱產生的高溫致氧化鐵開始部分還原，并伴隨部分鐵酸鎂的形成。球團分子間新的結合結構逐漸形成，因此球團落下強度呈逐漸增大的趨勢。常規加熱干燥條件下，球團落下強度呈先增大后減小的趨勢，當干燥時間為60min時，球團的落下強度最大為:30.75次/個。

　　分析認為常規加熱下，熱量通過熱傳導由球團表面向球團內部逐步傳導，傳熱速度慢，球團內部及表面水分逐步汽化，因此此階段內球團落下強度隨干燥時間延長而變大。當干燥時間超過60min后，球團內部及表面水分汽化趨于平衡態，繼續加熱，球團落下強度呈減小的趨勢。對比常規加熱，雖然微波加熱條件下球團落下強度較低，但干燥時間更短，并且可以滿足工業上的生產強度要求。

　　2.3微波強度對球團抗壓強度的影響

　　在相同干燥時間及焙燒條件下，弱微波強度干燥的球團的抗壓強度比在強微波干燥的球團的抗壓強度高，最高強度可達1190N。強微波強度干燥下，球團最高強度只有530N。這是由于在相同干燥時間下，微波強度提高，球團內部溫度急劇升高，內部偶極分子高頻往復運動更加劇烈，在球團內部還沒還原出部分鐵及鐵酸鎂前，球團初期通過黏結劑形成的結合狀態受到破壞的程度更為嚴重，甚至有的球團發生炸裂，因此微波強度大反而使球團強度變低。

　　3結語

　　(1)微波加熱在轉爐泥球團干燥過程中不僅體現加熱速度快，而且焙燒后的球團能滿足強度的要求。同等試驗條件下，當焙燒后球團強度達到602.5N的時，微波加熱干燥時間只需25min;而常規加熱下，焙燒后球團抗壓強度達到597.5N時，干燥時間則需要120min。

　　(2)微波加熱在轉爐泥球團干燥過程中，隨著干燥時間的延長，球團出現表面顆粒脫落甚至炸裂現象，這是由于微波加熱是通過球團內部偶極分子高頻往復運動造成的。

　　(3)微波加熱時間及強度對焙燒后球團強度有重要影響，過長的干燥時間和過高的微波強度對于球團強度和能耗均產生不利影響，選擇合理干燥時間和微波強度是提高球團強度的重要手段。

　　(4)球團干燥中合理采用微波進行加熱對提高企業生產效率及節能降耗具有重要意義。

　　參考文獻

　　[1]毛瑞，張建良，劉征建，等.鋼鐵廠含鐵塵泥球團自還原實驗研究[J].東北大學學報(自然科學版)，2015，36(6):791-795.

　　[2]李洋，韓濤，趙華.球團配加煉鋼除塵灰粘結劑工業試驗[J].河北冶金，2018，275(11):10-12.

　　[3]張麗穎，陳金，李俊國，等.泥綜合利用技術現狀與應用前景[J].河北冶金，2016，244(4):16-21.

　　[4]雷浩洪，呂凱輝.污泥球團在轉爐煉鋼中的應用[J].中國冶金，2017，25(1):8-11.

　　[5]田仕右，林志強.球團豎爐配加赤鐵礦試驗及對比分析[J].中國冶金，2018，28(9):41-45.

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