·268 北京科技大学学报 2002年第3期 3分析与讨论 图5所示的模式识别分析，其中，浅灰色区 域为“坏点”区，深灰色区域为“好点”区.“好点” 影响球团强度的因素很多，如：矿物表面的 和“坏点”明显分开，从而找到了目标优化区.这 润湿性、矿物及结合剂的粒度和混匀程度、结合 样对于给定的球团生产工艺参数，可以利用模 剂的性能和添加量，以及烘干、焙烧烧结制度 式识别结果预报球团强度；也可利用模式逆映 等.传统的球团结合剂为膨润土湿球中膨润土 射确定适宜的球团工艺参数.对图5中点A,B, 颗粒和铁矿粉颗粒间存在公共水化膜，并通过 C,D,E,F,G,H,I,J,K和L进行了模式逆映射， 阳离子“键”或“桥”的作用使球团获得一定强 各点对应的参数如表2所示.结合表2和图5可 度.低温干燥后，由于水分的排出，球团的强度 以看出，随着温度的升高，模式识别分析映射区 取决于颗粒间分子引力等.加人膨润土可减少 由“坏区”进入“好区”，即球团强度升高；随着 体系的气孔率和降低其平均粒度，从而既可 温度进一步升高到约1100K时，试验结果由“好 提高颗粒间的作用力，又可抑制水分的排出， 区”进入“坏区”即球团强度下降.这与图14 增加颗粒间的毛细力及减少球团在干燥过程中 的试验结果完全吻合，但是，当烧结温度升高至 爆裂. 1300K以上时，则又进入“好区”，这完全符合 但是，膨润土主要含有SO2和AlO.加人 球团矿高温焙烧时强度变化的基本规律.对部 膨润土后，不仅降低了球团的含铁量，而且明显 分试样进行了高温培烧试验，发现球团强度在 增加炼钢炉渣及造渣剂用量，用生石灰部分代 焙烧温度达到1273K时又明显增加，当焙烧温 替膨润土不仅减少SO,等脉石成分的加入，而 度达到1473K时，球团强度可达2kN/个，这与 且生石灰本身是炼钢生产中主要的造渣剂. 模式识别分析结果完全一致 生石灰又称CaO,与水作用生成Ca(OH)z, 根据模式识别和逆映射的结果可知，适宜 Ca(OH2胶体颗粒具有很强的粘结能力.生石灰 的球团生产工艺参数为：培烧温度为800-900K; 加入球团混合料中，在造球前应充分消化.生石 聚丙烯酰胺为00.1%；羧甲基纤维素为0.1% 灰首先在表面消化，并随着颗粒内部CaO的消 0.2%;生石灰为2%一3%；膨润土为3%4% 化而使颗粒间的水层变薄，固体颗粒互相靠近， 从而产生足够大的分子粘附力.以生石灰代替 表2转炉污泥球团的模式识别逆映射参数 Table 2 Parameters of inverse projection of pattern recog- 膨润土可以提高生球的强度、生球经受急速加 nition for sludge pellet 热的强度、球团的含铁量及有利于铁酸钙的生 结合剂质量分数% 成.在较低温度区域，有机结合剂对球团强度有 No T/K Al A2 BI B2 重要作用.有机结合剂部分代替膨润土，可降低 % 94 0.018 0.26 1.95 3.43 结合剂用量，并提高生球强度，抑制生球爆裂及 B 425 0.0049 0.19 2.79 3.79 降低球团中氧化硅含量.但有机结合剂分解温 756 0.00050.11 2.16 3.42 度低，价格昂贵，用量太少，不易操作 0 982 0.00140.10 2.05 4.11 E 11400.018 0.044 2.34 4.19 本试验所用的有机结合剂A1和A2分别为 1436 0.25 0.034 2.38 4.12 聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素配加适量外加剂复 G 281 0.26 0.00021.72 4.05 合而成.聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素均是水溶 女 510 0.15 0.016 2.06 4.11 性聚合物.有机结合剂通常是有机高分子化合 691 0.089 0.076 1.63 3.63 物的金属盐，其侧链含有羟基(O)、羧基（一 893 0.016 0.12 2.23 3.23 K 1057 COOH和氨基（一NH)等极性和非极性基团，溶 0.0002 0.19 2.00 3.87 L 1065 0.0032032 3.67 4.46 于水后能降低其表面张力，在混合料的毛细管 内形成溶液，在液一固界面产生物理吸附.在混 随着温度上升，在磁铁矿表面生成赤铁矿 合料受热干燥阶段，由于水分子与有机结合剂 微晶，并使各颗粒结合，从而提高球团强度.结 间形成较强的氢键等化学键力，蒸发速度较慢 合剂中氧化钙在较高温度下可与氧化铁作用. 由于水份的缓慢蒸发，颗粒进一步靠拢，结合剂 873K时已开始发现铁酸钙的生成.随着焙烧温 分子在矿石颗粒表面的分布密度增大，增强了 度的增加，球团中的氧化亚铁含量逐步下降.分 颗粒间的结合力 析结果如表3所示.一 · 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 分析与讨论 影 响球 团强度 的 因素很多 ， 如 矿物表面 的 润湿性 、 矿物及结合剂 的粒度和混匀程度 、 结合 剂 的性能和 添加 量 ， 以及烘干 、 焙烧烧结制度 等 传统 的球 团结合剂 为膨润 土 湿球 中膨润 土 颗粒和 铁矿粉颗粒 间存在公共水化膜 ， 并通 过 阳离子 “ 键 ” 或 “ 桥 ” 的作用使球 团获得一定强 度 低温干 燥后 ， 由于水分 的排 出 ， 球 团 的强度 取决于 颗粒间分子 引力等 加人膨润 土可 减少 体 系 的气 孔 率 和 降低 其平均 粒度 ， 从 而 既 可 提高颗粒间 的作用 力 ， 又 可 抑 制水分 的排 出 ， 增加 颗粒间的毛 细力及减少球 团在干燥过程 中 爆裂 但是 ， 膨润 土 主要含有 和 加人 膨润 土后 ， 不仅降低 了球 团的含铁量 ， 而且 明显 增加炼钢炉 渣 及造渣剂用量 用 生石灰部分代 替膨 润土 不仅减少 等脉石成分 的加人 ， 而 民生 石 灰本身是炼钢生 产 中主要 的造渣剂 生 石灰又 称 ， 与水作用生成 ， 胶体颗粒具有很 强 的粘结能力 生 石灰 加入球团混 合料 中 ， 在造球前应充分消化 生石 灰首先在表面 消化 ， 并随着颗粒 内部 的消 化而使颗粒间的水层 变薄 ， 固体颗粒互相靠近 ， 从 而产生 足 够大 的 分子粘附力 以生 石灰代替 膨润 土 可 以 提 高生 球 的强 度 、 生 球经 受急速加 热 的强 度 、 球 团 的含铁量及 有 利 于铁 酸钙 的生 成 在较低温度 区域 ， 有机结合剂对球 团强度有 重要作用 有机结合剂 部分代替膨润 土 ， 可 降低 结合剂用 量 ， 并提高生球强度 ， 抑制生球爆裂及 降低球 团 中氧化硅含量 但有机结合剂 分解温 度 低 ， 价格 昂贵 ， 用 量太少 ， 不 易操作 本试验所用 的有机结合剂 和 分别为 聚丙烯酞胺和 梭 甲基纤维素配加适量外加剂复 合而成 聚丙 烯酞胺和 梭 甲基纤维素均是水溶 性 聚合物 有机结合剂通 常是有机高分子化合 物 的金属盐 ， 其侧链含 有 经基 一 、 竣基 一 和 氨基卜月冈 等极性和 非极性基 团 ， 溶 于 水后 能降低其表面 张力 ， 在混合料 的毛 细 管 内形成溶液 ， 在液一固界面产生 物理吸 附 在混 合料受热干 燥 阶段 ， 由于水分子 与有机结合剂 间形成较强 的氢键等化学键力 ， 蒸发速度较慢 由于水份 的缓慢蒸发 ， 颗粒进一步靠拢 ， 结合剂 分子在矿石颗粒表面 的分布密度增 大 ， 增 强 了 颗粒间 的结合力 图 所示 的模式识别分析 ， 其 中 ， 浅灰 色区 域为 “ 坏点 ” 区 ， 深灰色区域为 “ 好点 ” 区 “ 好点 ” 和 “ 坏点 ” 明显分开 ， 从而找到 了 目标优化 区 这 样对于 给定的球 团生产工艺参数 ， 可 以利用模 式识别结果预报球 团强度 也可 利用 模式逆映 射确定适宜的球 团工 艺参数 对 图 中点 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 和 进行 了模式逆映射 ， 各点对应 的参数如表 所示 结合表 和 图 可 以看 出 ， 随着温度 的升高 ， 模式识别分析映射 区 由 “ 坏 区 ” 进人 “ 好 区 ” ， 即球 团强度升高 随着 温度进一步升高到约 时 ， 试验结果 由 “ 好 区 ” 进人 “ 坏 区 ” 即球 团强 度下 降 这 与图 一 的试验结果完全吻合 但是 ， 当烧结温度 升高至 以上 时 ， 则又 进 人 “ 好 区 ” ， 这完全符合 球 团矿高温焙烧时强 度变化 的基本规律 对部 分试样进行 了高温 焙烧试验 ， 发现球 团强 度在 焙烧温度达 到 时 又 明 显 增加 ， 当焙烧温 度达 到 时 ， 球 团强度可 达 个 ， 这 一 与 模式识别分析结果 完全一 致 根据模式识别和 逆 映射 的结果 可 知 ， 适宜 的球 团生 产工艺参数为 焙烧温度为 一 聚丙烯酞胺 为 一 梭 甲基纤维素为 生石灰为 一 膨润 土 为 一 表 转炉 污 泥球团 的模式识别 逆映射参数 结合剂质量分数 ︵日，了 随着温度上 升 ， 在磁铁矿表 面生成 赤铁矿 微 晶 ， 并使各颗粒结合 ， 从而提高球 团强 度 结 合剂 中氧化钙在较高温度下 可 与氧化铁作用 时 已开始发现铁酸钙 的生成 随着焙烧温 度 的增加 ， 球 团 中的氧化亚铁含量逐步下降 分 析结果如表 所示