微波加热干燥对焙烧后转炉泥球团性能的影响

　　摘要为了研究微波加热干燥对焙烧后转炉泥球团冶金性能的影响，在实验室条件下，研究相同焙烧条件下，微波与常规加热干燥对转炉泥球团强度的影响差异。结果表明，微波预热干燥条件下，焙烧后球团强度随着时间的延长，呈现先减小后增大的趋势，干燥时间在15min时，球团抗压强度及落下强度均为最低，分别为335N，8.7/个;常规加热条件下，焙烧后球团抗压强度随着干燥时间延长有逐渐增大的趋势。干燥时间在120min时，球团抗压强度最高为597.5N。在同样焙烧条件下，当焙烧后球团强度达到602.5N的时，微波加热干燥时间只需25min;而常规加热下，焙烧后球团抗压强度达到597.5N时，干燥时间长达120min。

　　关键词球团,微波加热,抗压强度,转炉泥

　　相关论文投稿刊物：《河北冶金》是河北省冶金行业唯一的一份向国内外公开发行的正式期刊，办刊宗旨：建科技交流平台，助冶金行业发展;主要报道内容：地质、采矿、选矿、焦化、耐火材料、炼铁、炼钢、轧钢、金属材料、理化检验、冶金机械、冶金能源环境等，与冶金工业生产和科研相关的新成果以及生产过程中采用的新工艺、新设备等。

　　前言转炉尘泥是钢铁生产流程中的一类废弃物，一般含有TFe，CaO，MgO，C等可再利用资源，若不加以回收利用，不仅造成资源的极大浪费，而且严重污染环境[1]。球团法是处理转炉尘泥的方法之一，球团过程中物料的物理性质(密度、孔隙率、形状、粒度、机械强度等)会发生一系列变化并促进物料性能的改善[2，3]，因此球团法在转炉泥处理回收中得到了迅速的发展。预热干燥是转炉泥球团制备的重要工艺流程之一[4]。

　　其所采用的主要加热方式是常规加热，然而常规加热却存在着加热时间长，能量损失大，产生废气多等缺点。微波加热作为工业上的一种热处理技术，可对球团内外一起加热，同时升温，有效避免了球团干燥过程中“冷中心”的问题，具有热量损耗少、加热速度快、能量利用率高等优点。

　　微波加热在球团焙烧阶段相关研究较多。胡兵、黄成柱等人研究了氧化球团微波煤基直接还原过程微观机制，研究结果表明:微波加热在氧化球团煤基直接还原过程中不仅体现了快速加热和体积加热等热效应，而且在一定程度上具有“非热效应”[5-9]。然而，微波加热在球团预热干燥中应用的相关研究较少。干燥是转炉泥球团生产中能耗的主要来源之一，同时对球团冶金性能产生重要影响。选择合理加热方式对球团冶金性能及对降低能耗具有重要意义。本文在实验室条件下，研究微波预热干燥对焙烧后转炉泥球团的强度的影响，以期为微波在球团预热干燥中的应用提供理论依据。

　　1试验原料、设备及方法

　　1.1试验原料

　　转炉泥:取某钢铁厂转炉回收的转炉泥;石灰:取自当地的石灰;膨润土:取自某钢铁厂分析检验室。

　　1.2主要仪器及设备

　　焙烧设备:洛阳市西格玛仪器有限公司生产的SXIC-V1型气氛数显箱式炉。江苏常熟双杰测试仪器厂生产的JJ300型电子天平，江苏南通金石实验仪器有限公司制造的SD101-2电热鼓风干燥箱。微波炉:合肥荣事达三洋电器股份有限公司生产的EM-2012MSI。抗压强度检测仪器:无锡市德佳意试验仪器有限公司生产的DYE-300S微机控制抗折抗压试验机。

　　1.3试验方法

　　转炉泥自然干燥后成块，进行破碎处理，通过筛分处理，选出符合粒度要求的粒子，按照一定的配比，加入石灰及膨润土进行充分混合，压制成直径为12～14mm的球团，将球团分别放入微波炉及常规干燥箱设备进行干燥，设置不同的干燥时间，干燥后放入焙烧炉中进行焙烧。

　　取出球团后测定其抗压强度和落下强度。落下强度测定方法:每组试验取十颗颗粒均匀的球团填料，将其从1m高度自由落下，当球团填料破碎时停止，取十个球团填料的落下次数的平均值作为落下强度指标[10-12]。

　　2结果与讨论

　　2.1微波加热干燥时间对球团抗压强度的影响

　　微波加热干燥条件下，随着干燥时间的延长，球团的抗压强度呈先减小后增大的趋势，加热时间为15min时球团强度最低，球团抗压强度只有335N。这是由于球团分子内部含有正负电荷，在微波场下，球团分子发生高频往复运动，相互摩擦而迅速升温，并产生热应力。

　　球团分子初期是通过黏结剂(石灰及膨润土)结合为球团状，球团内部分子与分子结合处存在空隙，在热应力作用下空隙变大，加之水分在微波加热下，快速升温汽化，球团内部压力变大，导致了球团内部结合形态结构发生变化，因此球团强度逐渐降低。当加热时间为15min时，热应力及水分汽化压力综合作用力显著增强，部分球团表面开始出现炸裂现象，导致球团分子间结合力极大降低，所以此时球团强度最低。随着加热时间延长，球团水分逐渐减少，水汽化产生的压力变小，温度的快速上升，高温致使部分氧化铁开始还原，产生部分铁离子，并有部分铁酸镁的生成。球团内部逐渐形成较为致密的铁层，球团分子间结合力变强，因此球团抗压强度在15min后逐渐提高。当加热时间为25min时，出现多个球团炸裂现象。

　　常规加热条件下，加热前60min球团抗压强度变化不大，随着加热时间的延长，球团抗压强度有增大的趋势，当干燥时间为120min时，球团强度达到597.5N。可见，在球团抗压强度达到602.5N，微波加热时间只需25min，在球团强度达到597.5N时，常规加热则需要120min。在球团抗压强度达到相同水平的情况下，微波干燥时间明显比常规加热所用的时间短，这是由于微波加热可对球团内外一起加热，同时升温，热量损耗少，加热速度快，可以快速对球团进行干燥并且产生局部高温;常规加热下，热量是通过球团外表面逐渐向球团内部传导，传热慢，效率低，因此同等条件下需要较长的干燥时间。

　　2.2微波加热干燥对球团落下强度的影响

　　微波加热干燥条件下，随着干燥时间的延长，球团的落下强度呈先减小后增大的趋势，加热时间为15min时球团落下强度最低，落下强度只有8.25次/个。这是由于微波加热条件下，球团内部偶极分子发生高频往复运动，温度迅速上升并产生热应力，导致了球团初期通过黏结剂形成的结合状态发生改变，破坏了球团内部较稳定结构，因此球团落下强度逐渐降低，当加热时间超过15min后，微波加热产生的高温致氧化铁开始部分还原，并伴随部分铁酸镁的形成。球团分子间新的结合结构逐渐形成，因此球团落下强度呈逐渐增大的趋势。常规加热干燥条件下，球团落下强度呈先增大后减小的趋势，当干燥时间为60min时，球团的落下强度最大为:30.75次/个。

　　分析认为常规加热下，热量通过热传导由球团表面向球团内部逐步传导，传热速度慢，球团内部及表面水分逐步汽化，因此此阶段内球团落下强度随干燥时间延长而变大。当干燥时间超过60min后，球团内部及表面水分汽化趋于平衡态，继续加热，球团落下强度呈减小的趋势。对比常规加热，虽然微波加热条件下球团落下强度较低，但干燥时间更短，并且可以满足工业上的生产强度要求。

　　2.3微波强度对球团抗压强度的影响

　　在相同干燥时间及焙烧条件下，弱微波强度干燥的球团的抗压强度比在强微波干燥的球团的抗压强度高，最高强度可达1190N。强微波强度干燥下，球团最高强度只有530N。这是由于在相同干燥时间下，微波强度提高，球团内部温度急剧升高，内部偶极分子高频往复运动更加剧烈，在球团内部还没还原出部分铁及铁酸镁前，球团初期通过黏结剂形成的结合状态受到破坏的程度更为严重，甚至有的球团发生炸裂，因此微波强度大反而使球团强度变低。

　　3结语

　　(1)微波加热在转炉泥球团干燥过程中不仅体现加热速度快，而且焙烧后的球团能满足强度的要求。同等试验条件下，当焙烧后球团强度达到602.5N的时，微波加热干燥时间只需25min;而常规加热下，焙烧后球团抗压强度达到597.5N时，干燥时间则需要120min。

　　(2)微波加热在转炉泥球团干燥过程中，随着干燥时间的延长，球团出现表面颗粒脱落甚至炸裂现象，这是由于微波加热是通过球团内部偶极分子高频往复运动造成的。

　　(3)微波加热时间及强度对焙烧后球团强度有重要影响，过长的干燥时间和过高的微波强度对于球团强度和能耗均产生不利影响，选择合理干燥时间和微波强度是提高球团强度的重要手段。

　　(4)球团干燥中合理采用微波进行加热对提高企业生产效率及节能降耗具有重要意义。

　　参考文献

　　[1]毛瑞，张建良，刘征建，等.钢铁厂含铁尘泥球团自还原实验研究[J].东北大学学报(自然科学版)，2015，36(6):791-795.

　　[2]李洋，韩涛，赵华.球团配加炼钢除尘灰粘结剂工业试验[J].河北冶金，2018，275(11):10-12.

　　[3]张丽颖，陈金，李俊国，等.泥综合利用技术现状与应用前景[J].河北冶金，2016，244(4):16-21.

　　[4]雷浩洪，吕凯辉.污泥球团在转炉炼钢中的应用[J].中国冶金，2017，25(1):8-11.

　　[5]田仕右，林志强.球团竖炉配加赤铁矿试验及对比分析[J].中国冶金，2018，28(9):41-45.

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