【doc】竖炉型含碳球团有机粘结剂的选择与应用

【doc】竖炉型含碳球团有机粘结剂的选择与应用 竖炉型含碳球团有机粘结剂的选择与应用 25毒6襄烧结球团2000年l1月SINTERINGANDPELLETIZING29 z 竖炉型含碳球团有机粘结剂的选择与应用 业?曾加庆 太原理工大学材料科学与学院)(钢铁研究总院工艺所) 摘要对竖炉型含碳球团有机枯结剂进行丁选择研究.对其冶金性能进行丁比较.并 提 出了几种适用于竖炉型古碳球团的有机粘结剂 关键饲兰兰曼芝毫1 1前言 含碳球团属煤基还原性球团],是直接i原 和熔融还原的关键原料.用于含碳球团成球圊结 的粘结剂,按化学性质可分为无机类粘结剂和有 机类粘结剂.无机类粘结剂水玻璃最佳],其 次为膨润土,波特兰水泥,石灰等但由于水玻璃 含硅量较高,配加量又相对较大,将造成冶炼过程 中渣量增大,操作指标下降.故近年来有转向使 用有机粘结剂的趋势.有机粘结剂有煤焦油,沥 青,淀粉,腐植酸,木质素,磺酸盐,聚乙烯醇,聚醋 酸乙烯,聚氨酯等.煤焦油与沥青是较好的粘结 剂,但资源有限,又是其他化工的原料,限制了它 在含碳球团方面的应用;其他有机粘结剂,不是粘 结性能不理想,就是价格太高,有的还污染环境, 不宜在规模生产中应用.因此,寻找不含硫,磷, 硅,且不污染环境的高性能有机粘结剂,就成为 竖炉型含碳球团加工技术的关键.近年来,随着化 学工业和非焦冶金技术的发展,国内外对球团矿 有机粘结剂进行了广泛的研究,取得了丰富的研 究和应用成果. 2有机粘结剂的研究与应用 在有机粘结荆的研究与应用方面,国际上领 ,瑞士,德国,荷兰及法 先的国家有美国,日本 国.我国随着经济的发展和科技进步,有机粘结剂 也越来越受到重视,预计ZOO0年,我国粘结剂产 收稿日期2000—08—2l联系』,:胨津{100081) 山西太原理工大学材料科学与工程学院 弋}料 市竹眭.崤内誊l 量将超过200万t,品种有2500余种.有机粘结 (接)剂按组分分类可分为九个大类0]其中,环氧 树脂,酚醛,聚氨脂类,水基胶粘剂等已在冶金工 业中得到应用. 根据我国开发的COSRI二步法熔融还原工 艺对含碳球团冶金性能的要求,理想的有机粘结 剂应是:(1)低温下粘结强度高;(2)高温下能与 煤粉形成网状碳链,提高含碳球团的强度;(3)不 含S,P,Si等元素;(4)不污染环境;(5)使用方 便;(6)价格相对较低廉 3竖炉型含碳球团有机粘结剂的选择 3.1酚醛树脂 酚醛树脂可以溶液,熔体,固体,粉末等形式 存在它具有下特点:(1)在捏合过程中粘结性 好;(2)受压性好(制品的体积密度高);(3)硬化 后强度高;(4)含碳量高;(5)与煤焦油,沥青相 比,有毒物质较少. 高镁高碱度含碳球团可使用酚醛树脂作粘 结结合剂.虽然含碳球团原料以Fe0为主,但 是Fe.0及其产物FeO,Fe与MgO在成矿性上 有相容性,与碳浸润如果成分配比合适,温度控 制得当,酚醛树脂是一种比较好的粘结剂 3.2聚乙烯醇粘结剂(PolyVinylAlcoho1)~-q 该聚合物又简写为PVA,其粘结强度高,易 增塑,可熔于水,是世界上广泛采用的大体积合 成聚合物.它可用作纺织品的胶料,胶合剂,纸涂 层的粘接剂和乳胶稳定剂,同时也是型煤的粘结 剂.能否用于含碳球团,主要要考虑配加量和价格 因素 烧结球团第25卷 3.3羧甲基纤维素钠 羧甲基纤维素钠是一种高效无毒,无臭,无味 的高分子粘结剂,是荷兰恩卡公司的正式产品, 注册商品名称:佩利多(Peridur)lL5].羧甲基纤维 素钠在我国上海,广州等地也有生产.羧甲基纤维 素钠的聚台主体为纤维素的衍生物,以多糖葡萄 糖分子形式存在.该产品不含S,P等杂质,粘结 效果高于膨滑土,用量小,仅为膨润土的l/5,1/ 10. 羧甲基纤维素钠又简称为CMC—Na,分子 量为242.16,取代度(DS)?0.45.我国的CMC — .它既可配制成水溶性 Na质量列于1嘲 胶粘剂,也可作为水溶性胶粘剂的增稠剂. 裘1我国CMC--Na质量标准 项目特高枯度高括度中f}}度 外j晓 牯度(2水踣I唛)Pa-s 钠含量, 值 干燥减量, 氯化物(el一)/ 重童属(FhI/ 铁(Fe)/ 砷(As)/ 白色或傲黄色纤维耽糟末 1ZOO8OO~IZOO3OO,呻0 5,85B5,B.55,85 60,8.5B.0,8,560—8.5 Glo.oG10.oG100 G1.8G1.8?1.8 ?0..a2Gn002?仉?2 Go.1143?O.043Go043 ?oOoozGo0002?00002 目前已有巴西和瑞典等国采用佩利多作为赤 铁矿粉和磁铁矿粉的有机粘结剂,进行直接还原 球团矿的生产.美国米诺尔卡球团广亦采用佩利 多和膨润土两种粘结剂进行了生产球团矿试验和 高炉冶炼试验]试验得出,配加佩利多的球团 矿具有良好的还原性.尽管机械强度比配加膨润 土的球团矿略有降低,但在高炉操作方面没有出 现明显的问题.虽然球团中没有配加煤粉,但从 此种粘结剂的化学成分和结构分析,它与煤之间 的润湿性比较好,在高温下可形成碳网,是能够 提高含碳球团强度的 李洪熙等也用该粘结剂进行过球团试验研 究[8_.试验所用含铁原料为密云铁精矿,粒度为小 于0.074mm占90水7.8后,在直径 800mm,边高150mm,倾角49.,转速为200r/rain 的圆盘造球机中造球15rain.生球干燥采用电热 干燥箱,以?120?的温度干燥4h.试验结果见表 2.表2表明.添加该有机粘结剂制备的生,干球, 各项指标优良. 表2糍甲基纤维素钠有机粘结剂的造殍试驻结果 项日指标 粘结剂用量/ 生球抗压强度/N一个 生球落下强度/攻-m 干球抗压强度/N?十 干肆落下强度/吠?m 攥裂温度/C O40 2180 6.67 322.80 l618 820 3.4羧甲基淀粉粘结剂(Carboxy.methyl Starch)B] 羧甲基淀粉简称为CMS,属羧甲基醚类,是 水溶性阴离子高分子化合物.它以成本低廉的淀 粉为原料,与氢氧化钠水溶液或醇溶液进行碱化 反应,再与一氯乙酸反应,经干燥制得白色,无毒, 无味的固体粉末.其物理性质和化学性质与羧甲 基纤维素钠相近似.羧甲基淀粉具有良好的粘结 性,分散性,乳化性,增稠性和吸湿性,其理化性 质见表3 表3糍甲基淀粉的理化性质 项目性质 外观 牯度(254-5C.2术蒋维)/ mPa?s 溶解性曛 DH值(1求博雅) 氰岔量cNf)/ 术分/% 重金属(Pb)/ 砷/ 白色或黄色固体粉末 3OO~650(中粘度) 650~1OO0(高枯度) 在塞温下,,4,3O小时由全部 缓慢溶解于水中,溶解后{葭体呈 无色透明或略带j羹黄色. 70485 <35 <10O <0.0OO01 <0.0003 羧甲基淀粉可直接用于配制水溶性胶粘剂或 用作增稠剂还可用于型煤制造,也是可供含碳球 团选择的粘结剂. 3.5泥炭 泥炭亦称泥炭土,草木炭,草炭等加拿大用 泥炭作镜铁精矿的粘结剂生产碱度为0.8,1.3 的熔剂性球团矿.添加泥炭可以部分或全部取代 膨润土明显改善球团矿的膨胀性和还原性. 泥炭能提高球团矿的孔酸度,改善还原性和 减小膨胀率.利用泥炭的发热值,还可以节约热 2000年第6期陈漳等:竖炉型合碳球团有机粘结剂的选择与应用31 能加拿大北部的魁北克(Quebec)铁矿曾作过试 验,用泥炭作粘结剂生产碱度t3:(CaO+ MgO,)/~Si02+AI2O3)为0.8,1.1,1.3的球 团矿加拿大的泥炭含水为6,7O.组成成 分见表4.泥炭的添加量为1.5,3.0,制成直 径为10,15ram的生球.生球的抗压强度,干球 抗压强度和落下强度等指标均满足工艺要求,而 配加膨润土的球团则较差.将生球在1235~l3l5 c温度下焙烧.焙烧后的球团矿孔隙度为32.7 , 34.7,抗压强度为2097~2597N/个,还原度 大大改善. 当用泥炭作粘结剂时,需要加少量(O.1)的 NaOH,以便获褥更好的成球性.初步认为,NaOH 能使泥炭表面性质由疏水性变为亲水性. 3.6乙酰丙酸 乙酰丙酸的化学名称是7一酮基乙酰丙酸 (CH.一c0一cH:一cH一cOOH),为无色固体, 在34?下熔化.它易溶于水,也易溶于乙醇和醚 中.其性状不仅表现出酮基的性质,而且也表现出 酸的性质.乙酰丙酸能大大提高干燥后试样的常 温耐压强度.加入乙酰丙酸可以提高球团矿的致 密度,可用作含碳球团的粘结剂 3.7甲基纤维素 甲基纤维素主要用于粘结金属粉末,如牯结 铁粉,不锈钢粉.也可作为含碳球团的粘结剂.牯 结剂包括主牯结剂和添加剂,主牯结剂为甲基纤 维素及其水溶液,添加剂为甘油,石蜡乳液和硬脂 酸乳液.它也可选作含碳球团的粘结剂 3.8无酚树脂有机粘结接合剂 该粘结剂不含酚醛树脂,它是酚醛树脂的"绿 色"替代产品,主要用于耐火材料行业,价格比酚 醛树脂要高在含碳球团的应用中要考虑成本因 素. 4应用前景 从目前球团生产工艺的发展方向来看,有机 粘结剂的应用已成为研究的重点.在含碳球团研 究试验方面,国内外近年也有报道,并且所采用粘 结剂有向有机一无机复合粘结剂的方向发展的趋 势.有机一无机复合粘结剂+强化剂(添加剂)+ 催化剂+冷压工艺是今后竖炉含碳球团的研究方 向. 参考文献 1马兴亚.汪琦,姜茂发.含碳球团还原技术现状.烧结球团. 1999.24【3124,27 2杜挺,杜昆.含碳球团一赣浴熔融还原莹关键技术的应用基 础研究.金属.1997.33(71t718,727 3贺曼罗.我国瞳结剂及其应用技术的发展.拈结.1999.(1):19 , 23 4王风森聚乙烯醇拈结剂.国外耐火材料.1998,<11):6,10 8张一敏球团理论与工艺北京:暗金工业出版社.1997 6李子东,李广宁.于敏实用胶粘剂原材料手册北京=目防工 业出版杜.1999 7梁华山译甩有机牯结剂生产高炉球团矿的冶炼效果.烧龉 球团.1987,12<6):65,7s 8李宏熙.姜涛,邱冠周铁矿球团有机牯结剂的分子掏型及选 择判据中南工k大学,ZOO0.31(1):17,20 STUDYANDCHoICEoFoRGANICBINDERFoRIRoNoRE PELLETSCoNTAININGCARBoN ChenJineta1. AbstractThestudyhasbeenconductedtochooseorganicbindersoftheironorepelletscontain ing carbonandcomparedtheirmetallurgicalfeatures.Somekindsoftheorganicbindersarepropo sedascan— didateoftheironorepelletscontainingcarbon. Keywordsshaftfurnace,pelletscontainingcarbon,organicbinder