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至今为止,铁矿粉制粒工艺在烧结生产中的作用从传统的均匀成分、调整粒度转变为准颗粒的结构设计与准颗粒粒度级配的调控。目前的制粒工序承担了更多使命,确保烧结工序能够在实现高效优质的生产前提下灵活经济地使用各种含铁资源。研究传统制粒工艺的强化手段、开发制粒新工艺是提升烧结工艺与强化烧结生产的重要课题。本课题以多个烧结配料方案为研究对象,在实验室条件下开展了一系列的制粒实验,揭示了制粒过程中颗粒粒度的演变规律,并分析了原料性质、加水量等因素与制粒后颗粒粒度、料层透气性之间的关系。运用离散元素法对准颗粒的堆积行为进行了数值模拟,探讨了准颗粒级配变化对堆积床层孔隙率的影响规律,并与实验结果进行了比较。本论文的主要结论有:①水对铁矿粉的润湿角(θ)是矿粉中针铁矿体积分数(φG)的函数:()Gq=arccos 0.33j+0.22。φG与矿粉的形貌指数SMI和孔体积Vpore有显著的多元线性关系:G0.266*0.769*(10*ml/g)Porej=SMI+V。②预润湿制粒工艺显著地促进了被预润湿颗粒的优先成球行为,进而调整了准颗粒的粒度组成。在相同含水量下预润湿制粒可以在传统制粒的基础上提高料层透气性指数(JPU)达122%以上。相比于传统制粒,预润湿制粒(预润湿为65%)对准颗粒中W+3和W+3,-7两项粒度指标的提升幅度均在15%以上。过高润湿度会造成特别粗大准颗粒(>8mm)含量的猛增,这不利于料层透气性的改善和烧结反应的正常进行。③铁矿粉制粒过程中颗粒的粒度组成可用分形数学模型来描述。最佳制粒准颗粒的粒度分形模型如下所示:1.46W1.34W IF 1 IF 2Y(d D),Y(d D) C C SFC DD- -<= ′< = ′ -或式中CSF的取值范围为3.17到4.57;CIF-1的取值范围为5.07到6.90,CIF-2的取值范围为7.94到12.48。原料粒度组成和制粒含水量在很大程度上决定了混合料的最终制粒效果。借助粒度组成的分形模型,以混合料颗粒的分形维数Df(raw)、最大粒径Dmax(raw)以及制粒含水量WMC为自变量,对准颗粒中W+3(granule)和分形维数Df(granule)可以建立如下的多元回归模型:( ) ( ) ( )23 max adjgranule 37.488 7.878 raw 0.259 9.778, R 0.78 f MCW D D raw W+= - - + =( ) ( ) ( )2max adj2.318 0.27 0.059- 0.294, R 0.838 f f MCD granule = +D raw +D raw W =在相对误差为10%时,回归模型对W+3(granule)和Df(granule)的预测命中率均大于85%。这表明分形理论可应用到混合料制粒准颗粒的粒度调控过程中,进而改善料层的透气性。以原料粒度级配和制粒含水量为输入参数的BP神经网络也可以对制粒结果有较好的预测效果。但相比多元回归模型,这种模型显然要复杂许多。④不同级配条件下准颗粒堆积行为的数值仿真研究表明:(a)混合料制粒效果逐渐改善的过程也是准颗粒堆积空隙率逐渐增大的过程。料层透气性指数(JPU)与模拟空隙率(ε)的定量关系式为:2JPU 507.98 144.62,R 0.99adj=′e->;(b)对刚性且服从分形分布的准颗粒群,当其分形维数(Df(granule))在0.2到2.0之间变化时,数值模拟得到的堆积空隙率(ε)满足:0.5140 0.0665()fe=-′D granule。本课题的研究成果对改善混合料的制粒效果有重要的应用价值。课题的研究结论可用于指导烧结混合料制粒准颗粒的粒度调控,实现生料层透气性的进一步提高。