微波加熱干燥對焙燒后轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guī)加熱干燥對轉(zhuǎn)爐泥球團強度的影響差異。結(jié)果表明，微波預(yù)熱干燥條件下，焙燒后球團強度隨著時間的延長，呈現(xiàn)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(guī)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(dāng)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(guī)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(guān)鍵詞球團,微波加熱,抗壓強度,轉(zhuǎn)爐泥

　　相關(guān)論文投稿刊物：《河北冶金》是河北省冶金行業(yè)唯一的一份向國內(nèi)外公開發(fā)行的正式期刊，辦刊宗旨：建科技交流平臺，助冶金行業(yè)發(fā)展;主要報道內(nèi)容：地質(zhì)、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(huán)境等，與冶金工業(yè)生產(chǎn)和科研相關(guān)的新成果以及生產(chǎn)過程中采用的新工藝、新設(shè)備等。

　　前言轉(zhuǎn)爐塵泥是鋼鐵生產(chǎn)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(huán)境[1]。球團法是處理轉(zhuǎn)爐塵泥的方法之一，球團過程中物料的物理性質(zhì)(密度、孔隙率、形狀、粒度、機械強度等)會發(fā)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(zhuǎn)爐泥處理回收中得到了迅速的發(fā)展。預(yù)熱干燥是轉(zhuǎn)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(guī)加熱，然而常規(guī)加熱卻存在著加熱時間長，能量損失大，產(chǎn)生廢氣多等缺點。微波加熱作為工業(yè)上的一種熱處理技術(shù)，可對球團內(nèi)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(yōu)點。

　　微波加熱在球團焙燒階段相關(guān)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(jié)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(xiàn)了快速加熱和體積加熱等熱效應(yīng)，而且在一定程度上具有“非熱效應(yīng)”[5-9]。然而，微波加熱在球團預(yù)熱干燥中應(yīng)用的相關(guān)研究較少。干燥是轉(zhuǎn)爐泥球團生產(chǎn)中能耗的主要來源之一，同時對球團冶金性能產(chǎn)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(yù)熱干燥對焙燒后轉(zhuǎn)爐泥球團的強度的影響，以期為微波在球團預(yù)熱干燥中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

　　1試驗原料、設(shè)備及方法

　　1.1試驗原料

　　轉(zhuǎn)爐泥:取某鋼鐵廠轉(zhuǎn)爐回收的轉(zhuǎn)爐泥;石灰:取自當(dāng)?shù)氐氖��?膨潤土:取自某鋼鐵廠分析檢驗室。

　　1.2主要儀器及設(shè)備

　　焙燒設(shè)備:洛陽市西格瑪儀器有限公司生產(chǎn)的SXIC-V1型氣氛數(shù)顯箱式爐。江蘇常熟雙杰測試儀器廠生產(chǎn)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(fēng)干燥箱。微波爐:合肥榮事達三洋電器股份有限公司生產(chǎn)的EM-2012MSI。抗壓強度檢測儀器:無錫市德佳意試驗儀器有限公司生產(chǎn)的DYE-300S微機控制抗折抗壓試驗機。

　　1.3試驗方法

　　轉(zhuǎn)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(guī)干燥箱設(shè)備進行干燥，設(shè)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(dāng)球團填料破碎時停止，取十個球團填料的落下次數(shù)的平均值作為落下強度指標[10-12]。

　　2結(jié)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(nèi)部含有正負電荷，在微波場下，球團分子發(fā)生高頻往復(fù)運動，相互摩擦而迅速升溫，并產(chǎn)生熱應(yīng)力。

　　球團分子初期是通過黏結(jié)劑(石灰及膨潤土)結(jié)合為球團狀，球團內(nèi)部分子與分子結(jié)合處存在空隙，在熱應(yīng)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(nèi)部壓力變大，導(dǎo)致了球團內(nèi)部結(jié)合形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，因此球團強度逐漸降低。當(dāng)加熱時間為15min時，熱應(yīng)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(xiàn)炸裂現(xiàn)象，導(dǎo)致球團分子間結(jié)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(chǎn)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(chǎn)生部分鐵離子，并有部分鐵酸鎂的生成。球團內(nèi)部逐漸形成較為致密的鐵層，球團分子間結(jié)合力變強，因此球團抗壓強度在15min后逐漸提高。當(dāng)加熱時間為25min時，出現(xiàn)多個球團炸裂現(xiàn)象。

　　常規(guī)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(dāng)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(guī)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(guī)加熱所用的時間短，這是由于微波加熱可對球團內(nèi)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(chǎn)生局部高溫;常規(guī)加熱下，熱量是通過球團外表面逐漸向球團內(nèi)部傳導(dǎo)，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(nèi)部偶極分子發(fā)生高頻往復(fù)運動，溫度迅速上升并產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致了球團初期通過黏結(jié)劑形成的結(jié)合狀態(tài)發(fā)生改變，破壞了球團內(nèi)部較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此球團落下強度逐漸降低，當(dāng)加熱時間超過15min后，微波加熱產(chǎn)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(jié)合結(jié)構(gòu)逐漸形成，因此球團落下強度呈逐漸增大的趨勢。常規(guī)加熱干燥條件下，球團落下強度呈先增大后減小的趨勢，當(dāng)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(guī)加熱下，熱量通過熱傳導(dǎo)由球團表面向球團內(nèi)部逐步傳導(dǎo)，傳熱速度慢，球團內(nèi)部及表面水分逐步汽化，因此此階段內(nèi)球團落下強度隨干燥時間延長而變大。當(dāng)干燥時間超過60min后，球團內(nèi)部及表面水分汽化趨于平衡態(tài)，繼續(xù)加熱，球團落下強度呈減小的趨勢。對比常規(guī)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(yè)上的生產(chǎn)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(nèi)部溫度急劇升高，內(nèi)部偶極分子高頻往復(fù)運動更加劇烈，在球團內(nèi)部還沒還原出部分鐵及鐵酸鎂前，球團初期通過黏結(jié)劑形成的結(jié)合狀態(tài)受到破壞的程度更為嚴重，甚至有的球團發(fā)生炸裂，因此微波強度大反而使球團強度變低。

　　3結(jié)語

　　(1)微波加熱在轉(zhuǎn)爐泥球團干燥過程中不僅體現(xiàn)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(dāng)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(guī)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(zhuǎn)爐泥球團干燥過程中，隨著干燥時間的延長，球團出現(xiàn)表面顆粒脫落甚至炸裂現(xiàn)象，這是由于微波加熱是通過球團內(nèi)部偶極分子高頻往復(fù)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(chǎn)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(yè)生產(chǎn)效率及節(jié)能降耗具有重要意義。

　　參考文獻

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