微波加熱干燥對(duì)焙燒后轉(zhuǎn)爐泥球團(tuán)性能的影響

　　摘要為了研究微波加熱干燥對(duì)焙燒后轉(zhuǎn)爐泥球團(tuán)冶金性能的影響，在實(shí)驗(yàn)室條件下，研究相同焙燒條件下，微波與常規(guī)加熱干燥對(duì)轉(zhuǎn)爐泥球團(tuán)強(qiáng)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(tuán)強(qiáng)度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，干燥時(shí)間在15min時(shí)，球團(tuán)抗壓強(qiáng)度及落下強(qiáng)度均為最低，分別為335N，8.7/個(gè);常規(guī)加熱條件下，焙燒后球團(tuán)抗壓強(qiáng)度隨著干燥時(shí)間延長(zhǎng)有逐漸增大的趨勢(shì)。干燥時(shí)間在120min時(shí)，球團(tuán)抗壓強(qiáng)度最高為597.5N。在同樣焙燒條件下，當(dāng)焙燒后球團(tuán)強(qiáng)度達(dá)到602.5N的時(shí)，微波加熱干燥時(shí)間只需25min;而常規(guī)加熱下，焙燒后球團(tuán)抗壓強(qiáng)度達(dá)到597.5N時(shí)，干燥時(shí)間長(zhǎng)達(dá)120min。

　　關(guān)鍵詞球團(tuán),微波加熱,抗壓強(qiáng)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(guó)內(nèi)外公開發(fā)行的正式期刊，辦刊宗旨：建科技交流平臺(tái)，助冶金行業(yè)發(fā)展;主要報(bào)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(yàn)、冶金機(jī)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(fèi)，而且嚴(yán)重污染環(huán)境[1]。球團(tuán)法是處理轉(zhuǎn)爐塵泥的方法之一，球團(tuán)過程中物料的物理性質(zhì)(密度、孔隙率、形狀、粒度、機(jī)械強(qiáng)度等)會(huì)發(fā)生一系列變化并促進(jìn)物料性能的改善[2，3]，因此球團(tuán)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(tuán)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(shí)間長(zhǎng)，能量損失大，產(chǎn)生廢氣多等缺點(diǎn)。微波加熱作為工業(yè)上的一種熱處理技術(shù)，可對(duì)球團(tuán)內(nèi)外一起加熱，同時(shí)升溫，有效避免了球團(tuán)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(diǎn)。

　　微波加熱在球團(tuán)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(tuán)微波煤基直接還原過程微觀機(jī)制，研究結(jié)果表明:微波加熱在氧化球團(tuán)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(tuán)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(tuán)生產(chǎn)中能耗的主要來源之一，同時(shí)對(duì)球團(tuán)冶金性能產(chǎn)生重要影響。選擇合理加熱方式對(duì)球團(tuán)冶金性能及對(duì)降低能耗具有重要意義。本文在實(shí)驗(yàn)室條件下，研究微波預(yù)熱干燥對(duì)焙燒后轉(zhuǎn)爐泥球團(tuán)的強(qiáng)度的影響，以期為微波在球團(tuán)預(yù)熱干燥中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

　　1試驗(yàn)原料、設(shè)備及方法

　　1.1試驗(yàn)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(rùn)土:取自某鋼鐵廠分析檢驗(yàn)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(cè)試儀器廠生產(chǎn)的JJ300型電子天平，江蘇南通金石實(shí)驗(yàn)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(dá)三洋電器股份有限公司生產(chǎn)的EM-2012MSI。抗壓強(qiáng)度檢測(cè)儀器:無錫市德佳意試驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)的DYE-300S微機(jī)控制抗折抗壓試驗(yàn)機(jī)。

　　1.3試驗(yàn)方法

　　轉(zhuǎn)爐泥自然干燥后成塊，進(jìn)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(rùn)土進(jìn)行充分混合，壓制成直徑為12～14mm的球團(tuán)，將球團(tuán)分別放入微波爐及常規(guī)干燥箱設(shè)備進(jìn)行干燥，設(shè)置不同的干燥時(shí)間，干燥后放入焙燒爐中進(jìn)行焙燒。

　　取出球團(tuán)后測(cè)定其抗壓強(qiáng)度和落下強(qiáng)度。落下強(qiáng)度測(cè)定方法:每組試驗(yàn)取十顆顆粒均勻的球團(tuán)填料，將其從1m高度自由落下，當(dāng)球團(tuán)填料破碎時(shí)停止，取十個(gè)球團(tuán)填料的落下次數(shù)的平均值作為落下強(qiáng)度指標(biāo)[10-12]。

　　2結(jié)果與討論

　　2.1微波加熱干燥時(shí)間對(duì)球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響

　　微波加熱干燥條件下，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度呈先減小后增大的趨勢(shì)，加熱時(shí)間為15min時(shí)球團(tuán)強(qiáng)度最低，球團(tuán)抗壓強(qiáng)度只有335N。這是由于球團(tuán)分子內(nèi)部含有正負(fù)電荷，在微波場(chǎng)下，球團(tuán)分子發(fā)生高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，相互摩擦而迅速升溫，并產(chǎn)生熱應(yīng)力。

　　球團(tuán)分子初期是通過黏結(jié)劑(石灰及膨潤(rùn)土)結(jié)合為球團(tuán)狀，球團(tuán)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(tuán)內(nèi)部壓力變大，導(dǎo)致了球團(tuán)內(nèi)部結(jié)合形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，因此球團(tuán)強(qiáng)度逐漸降低。當(dāng)加熱時(shí)間為15min時(shí)，熱應(yīng)力及水分汽化壓力綜合作用力顯著增強(qiáng)，部分球團(tuán)表面開始出現(xiàn)炸裂現(xiàn)象，導(dǎo)致球團(tuán)分子間結(jié)合力極大降低，所以此時(shí)球團(tuán)強(qiáng)度最低。隨著加熱時(shí)間延長(zhǎng)，球團(tuán)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(tuán)內(nèi)部逐漸形成較為致密的鐵層，球團(tuán)分子間結(jié)合力變強(qiáng)，因此球團(tuán)抗壓強(qiáng)度在15min后逐漸提高。當(dāng)加熱時(shí)間為25min時(shí)，出現(xiàn)多個(gè)球團(tuán)炸裂現(xiàn)象。

　　常規(guī)加熱條件下，加熱前60min球團(tuán)抗壓強(qiáng)度變化不大，隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，球團(tuán)抗壓強(qiáng)度有增大的趨勢(shì)，當(dāng)干燥時(shí)間為120min時(shí)，球團(tuán)強(qiáng)度達(dá)到597.5N�？梢�，在球團(tuán)抗壓強(qiáng)度達(dá)到602.5N，微波加熱時(shí)間只需25min，在球團(tuán)強(qiáng)度達(dá)到597.5N時(shí)，常規(guī)加熱則需要120min。在球團(tuán)抗壓強(qiáng)度達(dá)到相同水平的情況下，微波干燥時(shí)間明顯比常規(guī)加熱所用的時(shí)間短，這是由于微波加熱可對(duì)球團(tuán)內(nèi)外一起加熱，同時(shí)升溫，熱量損耗少，加熱速度快，可以快速對(duì)球團(tuán)進(jìn)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(tuán)外表面逐漸向球團(tuán)內(nèi)部傳導(dǎo)，傳熱慢，效率低，因此同等條件下需要較長(zhǎng)的干燥時(shí)間。

　　2.2微波加熱干燥對(duì)球團(tuán)落下強(qiáng)度的影響

　　微波加熱干燥條件下，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，球團(tuán)的落下強(qiáng)度呈先減小后增大的趨勢(shì)，加熱時(shí)間為15min時(shí)球團(tuán)落下強(qiáng)度最低，落下強(qiáng)度只有8.25次/個(gè)。這是由于微波加熱條件下，球團(tuán)內(nèi)部偶極分子發(fā)生高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)，溫度迅速上升并產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致了球團(tuán)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(tuán)內(nèi)部較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此球團(tuán)落下強(qiáng)度逐漸降低，當(dāng)加熱時(shí)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(tuán)分子間新的結(jié)合結(jié)構(gòu)逐漸形成，因此球團(tuán)落下強(qiáng)度呈逐漸增大的趨勢(shì)。常規(guī)加熱干燥條件下，球團(tuán)落下強(qiáng)度呈先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)干燥時(shí)間為60min時(shí)，球團(tuán)的落下強(qiáng)度最大為:30.75次/個(gè)。

　　分析認(rèn)為常規(guī)加熱下，熱量通過熱傳導(dǎo)由球團(tuán)表面向球團(tuán)內(nèi)部逐步傳導(dǎo)，傳熱速度慢，球團(tuán)內(nèi)部及表面水分逐步汽化，因此此階段內(nèi)球團(tuán)落下強(qiáng)度隨干燥時(shí)間延長(zhǎng)而變大。當(dāng)干燥時(shí)間超過60min后，球團(tuán)內(nèi)部及表面水分汽化趨于平衡態(tài)，繼續(xù)加熱，球團(tuán)落下強(qiáng)度呈減小的趨勢(shì)。對(duì)比常規(guī)加熱，雖然微波加熱條件下球團(tuán)落下強(qiáng)度較低，但干燥時(shí)間更短，并且可以滿足工業(yè)上的生產(chǎn)強(qiáng)度要求。

　　2.3微波強(qiáng)度對(duì)球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的影響

　　在相同干燥時(shí)間及焙燒條件下，弱微波強(qiáng)度干燥的球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度比在強(qiáng)微波干燥的球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度高，最高強(qiáng)度可達(dá)1190N。強(qiáng)微波強(qiáng)度干燥下，球團(tuán)最高強(qiáng)度只有530N。這是由于在相同干燥時(shí)間下，微波強(qiáng)度提高，球團(tuán)內(nèi)部溫度急劇升高，內(nèi)部偶極分子高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)更加劇烈，在球團(tuán)內(nèi)部還沒還原出部分鐵及鐵酸鎂前，球團(tuán)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(yán)重，甚至有的球團(tuán)發(fā)生炸裂，因此微波強(qiáng)度大反而使球團(tuán)強(qiáng)度變低。

　　3結(jié)語

　　(1)微波加熱在轉(zhuǎn)爐泥球團(tuán)干燥過程中不僅體現(xiàn)加熱速度快，而且焙燒后的球團(tuán)能滿足強(qiáng)度的要求。同等試驗(yàn)條件下，當(dāng)焙燒后球團(tuán)強(qiáng)度達(dá)到602.5N的時(shí)，微波加熱干燥時(shí)間只需25min;而常規(guī)加熱下，焙燒后球團(tuán)抗壓強(qiáng)度達(dá)到597.5N時(shí)，干燥時(shí)間則需要120min。

　　(2)微波加熱在轉(zhuǎn)爐泥球團(tuán)干燥過程中，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，球團(tuán)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(tuán)內(nèi)部偶極分子高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)造成的。

　　(3)微波加熱時(shí)間及強(qiáng)度對(duì)焙燒后球團(tuán)強(qiáng)度有重要影響，過長(zhǎng)的干燥時(shí)間和過高的微波強(qiáng)度對(duì)于球團(tuán)強(qiáng)度和能耗均產(chǎn)生不利影響，選擇合理干燥時(shí)間和微波強(qiáng)度是提高球團(tuán)強(qiáng)度的重要手段。

　　(4)球團(tuán)干燥中合理采用微波進(jìn)行加熱對(duì)提高企業(yè)生產(chǎn)效率及節(jié)能降耗具有重要意義。

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