周 林

（山鋼股份萊蕪分公司技術(shù)中心，山東 濟(jì)南271104）

1 前 言

燒結(jié)混合料制粒的目的是以燒結(jié)返礦及粗大礦石顆粒為形核粒子，在水分的作用下潤(rùn)濕粘附細(xì)粉，在滾動(dòng)碰撞中不斷密實(shí)、長(zhǎng)大，最終獲得具有一定粒度范圍、較好強(qiáng)度小球的混合料,從而改善燒結(jié)料層的透氣性，提高燒結(jié)礦產(chǎn)量和質(zhì)量。水分在制粒過(guò)程中形成橋液，起到粘結(jié)作用。一般來(lái)說(shuō)，隨著物料含水量的增加，粉體顆粒間的水分存在狀態(tài)可以分作3 個(gè)類(lèi)型，即結(jié)合水、毛細(xì)水以及重力水。結(jié)合水對(duì)顆粒粘結(jié)成球有一定影響；毛細(xì)水引起顆粒間的毛細(xì)管引力，對(duì)制粒成球速度和顆粒強(qiáng)度有利；當(dāng)含水量超過(guò)顆粒間最大毛細(xì)水含量時(shí)，即為重力水，會(huì)惡化顆粒制粒效果。要獲得較好的制粒效果，顆粒間的水分應(yīng)為毛細(xì)水，因此保證混合料具有適宜水分是制粒的關(guān)鍵。目前，適宜的制粒水分主要是通過(guò)制粒試驗(yàn)來(lái)確定，然而燒結(jié)生產(chǎn)原料變換頻繁，這種工作量大、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)的方法難以應(yīng)對(duì)燒結(jié)原料的變化，一些燒結(jié)車(chē)間還處于依靠操作人員的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷混合料水分的適宜性，明顯缺乏準(zhǔn)確性及合理性；因此研究一種能夠準(zhǔn)確、快速和簡(jiǎn)便預(yù)測(cè)燒結(jié)混合料制粒適宜水分的方法具有十分重要的意義。

2 試驗(yàn)研究方法

混合料制粒過(guò)程的適宜含水量是與物料的吸水性質(zhì)相關(guān)的［1］。原料吸水能力受到化學(xué)成分、粒度組成等參數(shù)的影響不易測(cè)定和量化。一個(gè)有效表征物料吸水特性的參數(shù)，對(duì)制粒過(guò)程的加水操作有較大的指導(dǎo)意義。濕容量是物料吸水過(guò)程的重要參數(shù)，其定義為單位質(zhì)量的烘干物料在一定溫度和壓力下所能容納的最大水量。測(cè)試濕容量的基本原理是確保試樣管與水接觸過(guò)程中所受浮力與表面張力相抵消的條件下，讓試樣管中處于自然堆積狀態(tài)的物料依靠顆粒間的毛細(xì)作用力不斷地吸附水分，直至顆粒吸水飽和，物料增重百分比即為濕容量。已有研究表明，混合料濕容量越大，其制粒過(guò)程中所需的適宜加水量也較大［2］。

試驗(yàn)首先配出濕容量差異化的9種混勻礦，見(jiàn)表1。根據(jù)表2的配比配加熔劑、焦粉、返礦以及生石灰等燒結(jié)物料進(jìn)行人工混合，改變混合料含水量在混料機(jī)上制粒5 min。制粒完成后進(jìn)行取樣，分別用于混合料水分和粒度組成的測(cè)定，制粒后混合料粒度篩析采用套篩分級(jí)成＋8 mm、3～8 mm、1～3 mm和-1 mm 四個(gè)粒級(jí)。同時(shí)檢測(cè)制粒后混合料的透氣性，方法是通過(guò)檢測(cè)氣體通過(guò)混合料料層的壓力降ΔP，壓力降ΔP 大，說(shuō)明混合料料層透氣性差。以混合料料層透氣性作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定混合料制粒的適宜含水量。通過(guò)測(cè)定混合料的濕容量，分析制粒效果指標(biāo)確定適宜含水量，通過(guò)研究混合料濕容量與混合料適宜水分的關(guān)系，得到燒結(jié)混合料適宜制粒水分的預(yù)測(cè)模型。

3 燒結(jié)混合料制粒水分尋優(yōu)試驗(yàn)

1#混合料制粒后制粒效果評(píng)價(jià)指標(biāo)如表3 所示，1#混合料制粒含水量為6.5%時(shí)，3～8 mm 顆粒含量已達(dá)到67.17%，＜3 mm 顆粒含量為11.44%；當(dāng)含水量增加到7.1%時(shí)，＜3 mm 降至8.41%，＞8 mm粒度的顆粒增加，抽風(fēng)負(fù)壓此時(shí)最低；繼續(xù)增大水分至7.3%時(shí)，＜3 mm顆粒含量繼續(xù)降低，但是3～8 mm顆粒也降低，＞8 mm粒度的顆粒大量增加，此時(shí)抽風(fēng)負(fù)壓增大，料層透氣性惡化。

混合料顆粒平均粒度隨含水量的增加呈上升趨勢(shì)，這表明在固定工藝條件下顆粒粒度隨含水量的增大而增大，如圖1所示。分析混合料制粒的結(jié)果可知有一最佳含水量使得燒結(jié)生料層的透氣性最好。依據(jù)料層透氣性可知1#混合料適宜制粒含水量為7.1%，對(duì)應(yīng)粒度組成＞3 mm 為90.7%，1～3 mm為8.41%，＜1 mm為0.90%.

表1 9種混勻料物化特性

表2 混合料配比

表3 1#混合料制粒效果指標(biāo)

圖1 1#混合料制粒效果

4 構(gòu)建混合料制粒適宜水分預(yù)測(cè)模型

按照同樣的方法對(duì)其他8 組燒結(jié)混合料進(jìn)行制粒水分尋優(yōu)試驗(yàn)，得到9組混合料制粒適宜水分及制粒效果參數(shù)如表4所示。

由表4可知，9組混合料在各自適宜含水量下，抽風(fēng)壓力最大值是8#在8.4%的含水量下取到（9.7 kPa），最小值是2#在7.1%含水量下取得（8.1 kPa）；3～8 mm粒級(jí)含量最大值是8#配比在9.1%的含水量下取到（70.62%），3～8 mm 粒級(jí)含量最小值為6#在9.0%含水量下取得（44.38%）。9組在化學(xué)成分、粒度組成等物化性質(zhì)有一定差異的混合料，其制粒適宜含水量在6.6%～10.1%范圍內(nèi)。綜合制粒效果各個(gè)參數(shù)，當(dāng)混合料濕容量越小，制粒所需含水量越少，3～8 mm粒級(jí)較高，抽風(fēng)負(fù)壓越小，料層透氣性越好。

表4 適宜制粒水分和制粒效果參數(shù)表

研究混合料濕容量與制粒適宜含水量的關(guān)系，如圖2 所示?？梢?jiàn)濕容量與適宜含水量之間存在較好的線(xiàn)性關(guān)系，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性擬合可以得到兩者的關(guān)系表達(dá)式為：

式中：Y為混合料制粒最佳含水量；X為該混合料的濕容量；二者相關(guān)系數(shù)R2=0.988。

圖2 混合料適宜制粒水分與濕容量的關(guān)系

可以認(rèn)為混合料濕容量對(duì)制粒適宜水分有很大影響，可以用于預(yù)測(cè)制粒適宜水分。

5 混合料制粒適宜制粒水分預(yù)測(cè)模型應(yīng)用

選取萊鋼股份燒結(jié)1#燒結(jié)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證混合料制粒適宜水分預(yù)測(cè)模型的有效性。首先測(cè)試生產(chǎn)所用燒結(jié)混合料的濕容量的大小，然后通過(guò)燒結(jié)大煙道風(fēng)箱負(fù)壓確定最佳水分，經(jīng)過(guò)一周時(shí)間內(nèi)的測(cè)量，當(dāng)燒結(jié)機(jī)大煙道2#風(fēng)箱負(fù)壓最小時(shí)對(duì)應(yīng)的水分就是混合料適宜制粒水分，經(jīng)過(guò)混合料制粒適宜水分預(yù)測(cè)模型計(jì)算適宜制粒水分，再與現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)量的混合料制粒后水分進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證預(yù)測(cè)模型的有效性。表5為驗(yàn)證周期內(nèi)1#燒結(jié)機(jī)2#風(fēng)箱負(fù)壓統(tǒng)計(jì)表。

表5 1#燒結(jié)機(jī)2#風(fēng)箱負(fù)壓統(tǒng)計(jì)

如圖3 所示，在混合料水分為8.8%時(shí)，風(fēng)箱負(fù)壓最低，此時(shí)可以認(rèn)為混合料水分為適宜水分。此批混合料濕容量測(cè)量值為22.1%，帶入混合料制粒適宜水分預(yù)測(cè)模型Y＝-0.797＋0.430 1X 計(jì)算，可以得到適宜制粒水分為8.7%，與實(shí)際測(cè)得值相差0.1%，在水分控制要求±0.2%范圍內(nèi)，可以看出采用上述模型能獲得良好的預(yù)測(cè)效果，說(shuō)明該模型具有普遍性。

圖3 1#燒結(jié)機(jī)2#風(fēng)箱負(fù)壓

6 結(jié) 論

6.1 燒結(jié)混合料制粒后平均粒徑隨著制粒水分的增加而變大，細(xì)粒徑顆粒減少；料層透氣性隨著水分的增加先大幅變好，到達(dá)最優(yōu)后會(huì)有所下降。

6.2 以混合料層透氣性達(dá)到最優(yōu)的水分點(diǎn)，作為混合料制粒適宜水分的判斷依據(jù)。

6.3 燒結(jié)混合料濕容量與混合料制粒適宜水分有十分顯著的線(xiàn)性關(guān)系，可以根據(jù)濕容量預(yù)測(cè)燒結(jié)混合料適宜水分構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，模型為：Y＝-0.797＋0.430 1X。

6.4 根據(jù)萊鋼股份燒結(jié)生產(chǎn)料層透氣性與水分的對(duì)比研究，測(cè)量此批混合料濕容量，帶入預(yù)測(cè)模型計(jì)算，與實(shí)際測(cè)得值相差0.1%，在水分控制要求±0.2%范圍內(nèi)，可以看出采用上述模型能獲得良好的預(yù)測(cè)效果，能滿(mǎn)足燒結(jié)生產(chǎn)的要求。