一種螢石球團(tuán)落下強(qiáng)度的測(cè)試方法

高延強(qiáng), 王 博, 駱仁智, 祁 巍, 趙留偉

(1.寧波鋼鐵有限公司, 寧波 315807;2.福建中檢礦產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測(cè)有限公司, 福州 350007)

在鋼鐵工業(yè)中，螢石被大量用作化鐵、煉鐵、煉鋼的熔劑。目前，尚無其他材料能替代螢石。螢石的作用主要有降低冶煉溫度，節(jié)省燃料消耗；降低爐渣黏度，增加爐渣流動(dòng)性，以便于爐渣從金屬中順利排出等。螢石除具有降低難熔物質(zhì)的熔點(diǎn)、促進(jìn)流動(dòng)、使?fàn)t渣很好分離等作用外，還能在冶煉過程中脫磷，增強(qiáng)金屬的可鍛性。近年來，高品位螢石原礦被大量開采，儲(chǔ)量不斷下降，市場(chǎng)上高品位螢石塊礦價(jià)格不斷攀升，使得玻璃、陶瓷、化工等行業(yè)紛紛改用高純浮選螢石粉。但在冶金行業(yè)，受工藝條件限制，螢石粉作為粉料不能直接入爐，需添加黏結(jié)劑，通過攪拌、高壓成形工藝，將螢石粉加工成球團(tuán)，這是目前解決螢石粉替代螢石塊礦的最佳途徑之一[1]。

螢石球團(tuán)的生產(chǎn)過程包括粉碎、混勻、黏結(jié)、壓制成形等流程。螢石球團(tuán)具有粒度均勻、成分均勻和可定制化等優(yōu)點(diǎn)，在冶金行業(yè)得到了越來越多的應(yīng)用[2]。在煉鋼精煉生產(chǎn)過程中，螢石球團(tuán)的上料和運(yùn)輸過程較為復(fù)雜，一般要經(jīng)過汽車倒運(yùn)、地下料倉存放，再經(jīng)過多道皮帶輸送到精煉爐高位料倉，最后由高位振動(dòng)給料機(jī)送入煉鋼精煉爐。地下料倉與高位料倉的實(shí)際高度差約為60 m，高位振動(dòng)給料機(jī)的振動(dòng)及運(yùn)輸過程中的顛簸和碰撞對(duì)螢石球團(tuán)的物理性能影響較大，尤其是對(duì)螢石球團(tuán)落下強(qiáng)度的影響顯著。

在運(yùn)輸過程中，螢石球團(tuán)損耗增多，破碎率升高，不僅增加了球團(tuán)的消耗量，還將嚴(yán)重影響煉鋼廠的工作效率，產(chǎn)生的大量粉塵會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，嚴(yán)重危害作業(yè)人員的健康。為了保證螢石粉的落下強(qiáng)度，可通過增加壓球機(jī)的壓下量、合理使用黏結(jié)劑等措施，確保運(yùn)輸過程中其物理性能穩(wěn)定。

目前，國(guó)內(nèi)冶金行業(yè)關(guān)于檢測(cè)落下強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)較少，還沒有關(guān)于壓球或球團(tuán)類的落下強(qiáng)度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)[3]。固態(tài)塊狀物料的落下強(qiáng)度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T 15459-2006《煤的落下強(qiáng)度測(cè)定方法》、GB/T 4511.2-1999《焦炭落下強(qiáng)度測(cè)定方法》和YB/T 4606-2017《燒結(jié)礦 落下強(qiáng)度的測(cè)定》。國(guó)外冶金行業(yè)檢測(cè)落下強(qiáng)度的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)只有日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)檢驗(yàn)方法JIS M8711-2011 《鐵礦石燒結(jié)礦 落下強(qiáng)度試驗(yàn)方法》和俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)GOST 25471-1982《鐵礦石、燒結(jié)礦和球團(tuán)礦 墜落試驗(yàn)強(qiáng)度測(cè)定方法》。

筆者介紹了一種螢石球團(tuán)落下強(qiáng)度的測(cè)試方法，其原理是將一定量的螢石球團(tuán)從規(guī)定高處自由落下到規(guī)定厚度的鋼板上，以粒度大于10 mm的螢石球團(tuán)質(zhì)量與原螢石球團(tuán)質(zhì)量的百分比表示落下強(qiáng)度。通過介紹該方法的試驗(yàn)設(shè)備和樣品處理，討論試驗(yàn)參數(shù)的選擇依據(jù)，以期為規(guī)范冶金工業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備為經(jīng)過計(jì)量認(rèn)證合格的電子秤、方孔篩、鼓風(fēng)式干燥箱。電子秤用于稱量試樣質(zhì)量，方孔篩用于篩分落下后的試樣，鼓風(fēng)式干燥箱用于試驗(yàn)前干燥試樣。電子秤能準(zhǔn)確稱量20 kg以上的樣品，感量為5 g；方孔篩孔徑為50 mm和10 mm。鼓風(fēng)式干燥箱可控溫為(105±5) ℃，烘干時(shí)間為12 h。

2 樣品處理

2.1 樣品篩分

在煉鋼生產(chǎn)工藝和設(shè)備條件下，螢石球團(tuán)的粒度一般控制在10～50 mm，試驗(yàn)所用的螢石球團(tuán)粒度為30 mm。

在球團(tuán)類產(chǎn)品的運(yùn)輸過程中，受顛簸和碰撞影響，產(chǎn)品粒度會(huì)發(fā)生變化。因此，在處理落下樣品之前，要對(duì)樣品進(jìn)行篩分。采用10 mm的方孔篩將粒度小于10 mm的樣品去除。

2.2 樣品烘干

試驗(yàn)前，對(duì)樣品進(jìn)行干燥處理，以保證樣品檢測(cè)狀態(tài)的重現(xiàn)性。將樣品平鋪在盤中，平鋪厚度不超過樣品平均粒度的3倍，然后放入鼓風(fēng)式干燥箱，溫度設(shè)置為105 ℃，溫度波動(dòng)不超過±5 ℃。樣品是否烘干會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，如表1所示，樣品在未烘干條件下的落下強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果偏大。

表1 樣品在烘干與未烘干條件下落下強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果對(duì)比

3 試驗(yàn)裝置與參數(shù)

落下試驗(yàn)裝置選用易于操作的可控裝置，落下高度為2 m，被撞擊底板為厚度不低于10 mm的鋼板。如圖1所示，1為鋼板臺(tái)，2為倒料氣缸，3為升降氣缸，4為提升后的試料箱，5為卷揚(yáng)機(jī)，6為提升前的試料箱，7為進(jìn)料軌道，8為提升鏈輪，9為進(jìn)料鋼板框。

圖1 落下強(qiáng)度測(cè)定裝置結(jié)構(gòu)與尺寸示意

國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于落下強(qiáng)度測(cè)試的試驗(yàn)參數(shù)見表2，綜合考慮設(shè)備的通用性，試驗(yàn)高度設(shè)置為2 m，試驗(yàn)次數(shù)為4次，樣品質(zhì)量為(20±0.2) kg。

表2 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)參數(shù)

4 試驗(yàn)過程及結(jié)果

將一定量的樣品從2 m高度處自由落下至鋼板上，設(shè)置4組試驗(yàn)，每組進(jìn)行4次反復(fù)落下試驗(yàn)后，篩分出粒度大于10 mm的螢石球團(tuán)，準(zhǔn)確稱量其質(zhì)量，精確至5 g。

以粒度大于10 mm的螢石球團(tuán)質(zhì)量占原螢石球團(tuán)質(zhì)量的百分比表示落下強(qiáng)度，按式(1)計(jì)算。

(1)

式中：S1為落下強(qiáng)度，%；m1為試驗(yàn)后粒度大于10 mm的螢石球團(tuán)質(zhì)量，kg；m為原螢石球團(tuán)質(zhì)量，kg。

每組試驗(yàn)的最終結(jié)果取4次反復(fù)試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值，精確度為0.1，落下強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 落下強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)論

介紹了一種螢石球團(tuán)落下強(qiáng)度的測(cè)試方法，其原理是將一定量的螢石球團(tuán)從規(guī)定高處自由落下到規(guī)定厚度的鋼板上，測(cè)試落下試驗(yàn)后粒度大于10 mm的螢石球團(tuán)質(zhì)量，并與原螢石球團(tuán)質(zhì)量進(jìn)行百分比計(jì)算，從此表示落下強(qiáng)度。試驗(yàn)驗(yàn)證了通過該方法測(cè)得螢石球團(tuán)的落下強(qiáng)度穩(wěn)定且數(shù)據(jù)可靠。