何 凱，田苗苗，周江峰，陳 強(qiáng)，楊雙平，周新文，卜春陽，安 耿

(1.金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西 西安 710077) (2.陜西省建筑職工大學(xué)，陜西 西安 710068) (3.陜西盛華冶化有限公司技術(shù)中心，陜西 漢中 723300) (4.西安建筑科技大學(xué)，陜西 西安 710055)

0 引 言

金屬鉬廣泛應(yīng)用于宇航及火箭的耐高溫部件[1]、核工業(yè)的抗沖蝕包殼材料、電子行業(yè)的電極和柵極、石油化工行業(yè)的催化劑[2-4]、顏料及粘結(jié)劑、機(jī)械減摩領(lǐng)域中的固體潤滑劑以及應(yīng)用于藍(lán)寶石行業(yè)中的鉬坩堝等，而其大量應(yīng)用卻是在鋼鐵冶煉行業(yè)，約占80%[5]。復(fù)合氧化鉬塊作為鋼鐵冶煉行業(yè)中一種新型的添加劑，其大規(guī)?；瘧?yīng)用前景廣闊[6]。

現(xiàn)行的復(fù)合氧化鉬塊成型加工是在機(jī)械式壓塊機(jī)、液壓式壓塊機(jī)或?qū)亯呵驒C(jī)上完成的。機(jī)械式壓塊機(jī)的成型工藝是在制備復(fù)合氧化鉬塊成型工藝中，由于凸模是瞬時沖擊物料，模具型腔內(nèi)的物料成型塊沒有保壓時間，成型復(fù)合氧化鉬塊的內(nèi)應(yīng)力較大，容易開裂，降低了成型復(fù)合氧化鉬塊的成品率。液壓式壓塊機(jī)在制備復(fù)合氧化鉬塊成型工藝中，由于凸模速度可控，消除了物料壓制過程中粉料的噴濺，減少了物料浪費(fèi)，控制系統(tǒng)可對壓制成型的物料塊設(shè)置保壓時間，提高了壓塊的成型率。對輥壓球機(jī)的成型原理是將攪拌混合好的氧化鉬粉料擠壓入一對相對旋轉(zhuǎn)的輥輪中間，依靠兩個輥輪表面模具相接觸的線壓力作用下成型，輥輪繼續(xù)滾動，成型氧化鉬塊在自身重力作用下掉入輸送帶，完成卸料。對輥壓球機(jī)壓球成型效率高，速度快，適合于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

1 物料基本性質(zhì)

三氧化鉬為白色或蒼黃色、透明斜方晶體，密度4.692 g/cm3，熔點(diǎn)795 ℃，沸點(diǎn)1 155 ℃(升華)，加熱時變黃色，冷時即復(fù)原，即使在低于熔點(diǎn)情況下，600 ℃也有明顯的升華現(xiàn)象，不溶于水，能溶于氨水和強(qiáng)堿[7]。而氧化鈣為白色或帶灰色塊狀或顆粒，相對密度3.32～3.35 g/cm3，熔點(diǎn)2 572 ℃，沸點(diǎn)2 850 ℃，易從空氣中吸收二氧化碳及水分，與水反應(yīng)生成氫氧化鈣(Ca(OH)2)并產(chǎn)生大量熱，有腐蝕性，溶于酸類、甘油和蔗糖溶液。

復(fù)合氧化鉬塊成型試驗(yàn)所用MoO3、CaO均為粉末狀，MoO3為多膛爐生產(chǎn)的高純?nèi)趸f，批號為2015-703B，CaO為AR級分析純，各原料的粒度和純度如表1所示，各原料的化學(xué)成分如表2、表3所示。

表1 試驗(yàn)所用物料的粒度和純度

表2 原料三氧化鉬化學(xué)成分

表3 輔料氧化鈣化學(xué)成分

2 成型工藝試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)所用設(shè)備包括混料設(shè)備、壓塊設(shè)備及烘干設(shè)備?；炝显O(shè)備為SWH-10型三維運(yùn)動混合機(jī)。該混合機(jī)由機(jī)座、調(diào)速電機(jī)、運(yùn)動軸、回轉(zhuǎn)連桿及筒體組成，裝料的筒體在主動軸的帶動下做平移及搖滾等復(fù)合運(yùn)動，促使物料沿著筒體作環(huán)向、徑向和軸向的三向復(fù)合運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)混合物料的相互流動擴(kuò)散，以達(dá)到高均勻度混合的目的，具有混合時間短、效率高的優(yōu)點(diǎn)。該設(shè)備料筒容積為10 L，最大裝料質(zhì)量為7 kg，主軸轉(zhuǎn)速0～22 r/min，電機(jī)功率0.18 kW。所選用的壓塊設(shè)備為YJ32-160B型液壓裝置，其具有獨(dú)立的動力機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，改造后的控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)手動、半自動及自動3種操作方式，公稱壓力為1 600 kN，橫梁行程為560 mm，電機(jī)功率為15 kW。圖1為其改造后的控制系統(tǒng)面板。烘干設(shè)備為101-2型電熱鼓風(fēng)干燥箱。

圖1 壓塊機(jī)控制系統(tǒng)面板

2.2 試驗(yàn)方法

將原料MoO3粉末、輔料CaO以及粘結(jié)劑H2O按不同組分和比例混合均勻，經(jīng)混料工藝、壓制成型工藝及烘干工藝，來探索復(fù)合氧化鉬塊產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)是否滿足煉鋼用氧化鉬塊產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。

首先將原料MoO3及輔料CaO按比例置于SWH-10型三維運(yùn)動混合機(jī)裝料筒體內(nèi)，旋轉(zhuǎn)主軸轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至20 r/min，混料8 h，再將混合好的物料放入攪拌盆中，一邊噴入粘結(jié)劑水一邊攪拌，直至混合物料和水分混合均勻。不同組分的混合物料和粘結(jié)劑配比及試驗(yàn)參數(shù)見表4。

然后設(shè)定YJ32-160B型液壓式壓塊機(jī)壓制參數(shù)，將混合均勻的復(fù)合氧化鉬原料通過漏斗進(jìn)料裝置加入到多孔粉末擠壓成型模具的料槽中，保持混合物料與料槽上平面平齊，凸模在上壓力的作用下向下運(yùn)動，當(dāng)凸模上的壓制柱體下表面與混合物料剛接觸時，開始復(fù)合氧化鉬塊的成型加工，設(shè)計(jì)好壓制柱體的下行高度，其中下行高度由混合原料的松裝密度、復(fù)合氧化鉬塊的壓實(shí)密度及料槽尺寸綜合確定，當(dāng)壓制柱體壓縮混合物料的下行距離達(dá)到設(shè)計(jì)好的下行高度時，保壓1～30 s后泄壓，然后再從凹模的退料槽中抽出滑動墊塊，壓制柱體繼續(xù)向下移動，直到復(fù)合氧化鉬塊從料槽中完全推出，垂直掉入退料槽內(nèi)，然后凸模在上升力的作用下從料槽中退出，恢復(fù)到模具原點(diǎn)，取出加工成型的復(fù)合氧化鉬塊。

最后將壓制成型的復(fù)合氧化鉬塊產(chǎn)品，置于北京科偉永興儀器有限公司生產(chǎn)的101-2型電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，設(shè)定升溫速率10 ℃/min，干燥溫度為220 ℃，保溫時間2 h，完成氧化鉬塊產(chǎn)品的烘干。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

對經(jīng)混料、壓制成型及烘干制備出的復(fù)合氧化鉬塊產(chǎn)品分別進(jìn)行密度測試、強(qiáng)度測試及水分檢測，結(jié)果如表5所示。

表4 不同組分混合物料配比及試驗(yàn)參數(shù)

表5 不同組分復(fù)合氧化鉬塊產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)

由表5可知，采用液壓式壓塊機(jī)制備出的復(fù)合氧化鉬塊產(chǎn)品，其單塊質(zhì)量在30～100 g之間，產(chǎn)品密度均大于2.6 g/ cm3，產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度均大于3.3 Mp，距離硬質(zhì)地面1 m自由落體掉落地面不破碎，產(chǎn)品水分含量均不高于0.5%，按照現(xiàn)有的氧化鉬塊產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)YB/T5129-2012的要求，產(chǎn)品比重需大于2.5 g/ cm3，水分含量不高于0.5%，產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足煉鋼用氧化鉬塊標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3.1 壓制力、密度與強(qiáng)度

選取1#復(fù)合氧化鉬粉末作為研究對象，分別在100 kN、400 kN以及700 kN壓制力作用下，按照上述的壓塊成型及烘干工藝制備壓塊產(chǎn)品，其壓制力、密度和強(qiáng)度的參數(shù)如圖2、圖3所示。由圖可知，復(fù)合氧化鉬塊產(chǎn)品的密度隨壓制力的增大而呈曲線形式上升并逐漸趨于緩和，其強(qiáng)度隨壓制力的增加先呈緩慢上升趨勢后急速下降，強(qiáng)度上升的原因是由于壓制力的增加提高了粉末之間粘合力，從而提高了壓塊的破碎強(qiáng)度，而強(qiáng)度下降的原因是由于壓制力過大，導(dǎo)致壓塊內(nèi)部內(nèi)應(yīng)力增加，從而出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，降低自身強(qiáng)度。

圖2 壓制力與密度關(guān)系圖

圖3 壓制力與強(qiáng)度關(guān)系圖

2.3.2 保壓時間、密度與強(qiáng)度

選取1#復(fù)合氧化鉬粉末作為研究對象，分別在1 s和30 s的保壓時間下，在壓制力為100 kN的恒力下，按照液壓壓塊成型及烘干工藝制備壓塊產(chǎn)品，其保壓時間、密度和強(qiáng)度的參數(shù)如圖4、圖5所示。由圖可知，復(fù)合氧化鉬塊在壓制成型制備過程中，其保壓時間對單塊的密度影響不大。從圖4中可知，在復(fù)合氧化鉬塊制備工藝條件相同的情況下， 1 s保壓時間和30 s保壓時間制備出的單塊平均密度只相差0.03 g/cm3，不同保壓時間下，單塊保壓密度在同一數(shù)值范圍內(nèi)波動；其保壓時間對單塊的強(qiáng)度有影響。從圖5可知，在復(fù)合氧化鉬塊制備工藝條件相同的情況下，1 s保壓時間和30 s保壓時間制備出的單塊平均強(qiáng)度相差接近2 Mp，而單塊保壓強(qiáng)度曲線30 s的數(shù)值在1 s的數(shù)值之上，也可以說保壓時間長的強(qiáng)度大于保壓時間短的強(qiáng)度，保壓時間越長越有助于復(fù)合氧化鉬塊的成型。

2.4 試驗(yàn)結(jié)論

液壓式壓塊機(jī)制備復(fù)合氧化鉬塊產(chǎn)品，其單塊質(zhì)量在30～100 g之間，產(chǎn)品密度大于2.6 g/cm3，產(chǎn)品抗壓強(qiáng)度大于3.3 Mp，距離硬質(zhì)地面2 m自由落體掉落地面不破碎，產(chǎn)品水分含量低于0.24%，完全滿足氧化鉬塊產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)YB/T5129-2102要求，符合鋼廠煉鋼添加劑產(chǎn)品規(guī)范。制備復(fù)合氧化鉬塊產(chǎn)品，壓制力在100 kN時，壓塊各項(xiàng)指標(biāo)可以滿足標(biāo)準(zhǔn)YB/T5129-2012要求，隨著壓制力的增加，壓塊密度變大，壓塊強(qiáng)度先增加后降低，保壓時間和壓塊密度關(guān)系不大，但隨著保壓時間的延長，壓塊強(qiáng)度明顯增加。

圖4 保壓時間與密度關(guān)系

圖5 保壓時間與強(qiáng)度關(guān)系

3 工業(yè)化成型試驗(yàn)

3.1 工業(yè)化成型方法

圖6為復(fù)合氧化鉬壓塊產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)示意圖。其工藝過程為分別將原料氧化鉬粉末和輔助物料氧化鈣抑制劑從不同的進(jìn)料倉加入到高速混料器中，原料和輔料的加料量可通過星型卸料器控制，同時噴入霧狀粘結(jié)劑，待物料和粘結(jié)劑完全混合均勻后，通過輸料管道進(jìn)入旋壓進(jìn)料倉，在螺旋進(jìn)料裝置的擠壓作用下混合物料經(jīng)過高壓對輥壓球機(jī)的壓制成型和振動篩分機(jī)的過濾，將成型的復(fù)合氧化鉬塊送入網(wǎng)帶式加熱爐中烘干以去除水分，碎小的物料顆粒再次加入到旋壓進(jìn)料倉內(nèi)二次擠壓成型，以提高金屬鉬的回收率，完成復(fù)合氧化鉬壓塊產(chǎn)品的生產(chǎn)。

按照復(fù)合氧化鉬塊工業(yè)化生產(chǎn)工藝流程，確定其工藝技術(shù)路線如下。(1)混料工藝：原料氧化鉬粉末和輔料消石灰粉末、碳化硅粉、碳粉、硅鐵粉等采用固-固混合，在三維運(yùn)動混料機(jī)、V型混料機(jī)或者臥式自動化強(qiáng)力混料機(jī)等設(shè)備上實(shí)施。(2)壓球成型工藝：根據(jù)不同混合物料的特點(diǎn)，加入2%～8%的粘結(jié)劑，攪拌均勻。將混合好的物料置于15～30 Mp的高壓對輥壓球機(jī)進(jìn)行壓制。(3)脫水烘干工藝：烘干溫度設(shè)定在150～200 ℃，烘干時間根據(jù)復(fù)合氧化鉬塊的大小和厚度設(shè)定，烘干裝置選擇網(wǎng)帶式加熱爐或熱風(fēng)干燥爐以脫除壓球中的水分。

圖6 復(fù)合氧化鉬壓塊產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)示意圖

3.2 工業(yè)化成型設(shè)備

3.2.1 工業(yè)化混料

復(fù)合氧化鉬塊在規(guī)?；a(chǎn)過程中，混料工藝階段選擇的設(shè)備是洛陽中原礦山機(jī)械制造有限公司研發(fā)加工出的臥式強(qiáng)力混合機(jī)，該設(shè)備由電機(jī)、減速裝置、進(jìn)料孔、出料孔、筒體、旋轉(zhuǎn)支架及混料刀具組成，其工作原理是電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)支架上的雙螺旋混料刀具旋轉(zhuǎn)，將混合物料在筒體范圍內(nèi)進(jìn)行翻動，內(nèi)螺旋刀具將物料由中間推向兩側(cè)，外螺旋刀具將物料由兩側(cè)推向中心，來回翻混的物料又在雙螺旋刀具的轉(zhuǎn)動下，沿徑向移動變化，從而形成了對流混合，因此物料在很短時間內(nèi)就能混合均勻。

3.2.2 工業(yè)化壓塊成型

復(fù)合氧化鉬塊規(guī)?；瘔簤K成型工藝階段選擇的設(shè)備是洛陽中原礦山機(jī)械制造有限公司研發(fā)的高壓對輥壓球機(jī)。該設(shè)備由電機(jī)、傳動減速裝置、旋壓進(jìn)料裝置、輥坯模具、圓柱擠壓輥及液壓系統(tǒng)組成，其工作原理是電機(jī)帶動兩個相向且同步轉(zhuǎn)動的擠壓輥，一個為固定輥，一個為轉(zhuǎn)動輥，混合物料由上方的預(yù)壓螺旋進(jìn)料裝置壓入，再被壓輥連續(xù)地代入輥間模具型槽，受高壓作用后，混合物料自粘結(jié)成密實(shí)的橢球形從機(jī)下輸送帶排出。

3.2.3 工業(yè)化烘干除水

復(fù)合氧化鉬塊規(guī)?；娓沙に囯A段選擇的設(shè)備是網(wǎng)帶式烘干爐。該設(shè)備由電機(jī)、傳動減速裝置、網(wǎng)帶送料機(jī)構(gòu)、加熱爐體、抽風(fēng)系統(tǒng)組成，其工作原理是將欲烘干物料塊放置在網(wǎng)帶進(jìn)料口上，在送料機(jī)構(gòu)運(yùn)動下，使得物料塊傳送至加熱爐體內(nèi)，物料中的水分在高溫下蒸發(fā)出來，由抽風(fēng)系統(tǒng)帶走，當(dāng)水分干燥后，網(wǎng)帶恰好將物料從入口輸送到出口，落入物料回收區(qū)。

復(fù)合氧化鉬塊工業(yè)化烘干除水工藝過程：將經(jīng)高壓壓球機(jī)壓制成型的1#復(fù)合氧化鉬塊，放入網(wǎng)帶式烘干爐的入口，待加熱區(qū)溫度穩(wěn)定在180 ℃時，設(shè)定網(wǎng)帶移動速度20 mm/min，啟動電機(jī)，1#氧化鉬壓塊經(jīng)過加熱區(qū)域的干燥去水處理，落入物料回收區(qū)，其烘干后產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)如表9所示，滿足煉鋼用復(fù)合氧化鉬塊產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。

表6 混合機(jī)技術(shù)參數(shù)

表7 壓球機(jī)技術(shù)參數(shù)

表8 烘干爐技術(shù)參數(shù)

表9 工業(yè)化生產(chǎn)復(fù)合氧化鉬塊技術(shù)指標(biāo)

4 結(jié) 論

(1)通過對液壓式壓塊機(jī)制備小批量復(fù)合氧化鉬塊產(chǎn)品的工藝探索，驗(yàn)證了該種產(chǎn)品按照原料混合、壓制成型及脫水烘干生產(chǎn)工藝制備的可行性，經(jīng)過對產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)檢測，制備出了此生產(chǎn)工藝下滿足標(biāo)準(zhǔn)YB/T5129-2012的復(fù)合氧化鉬塊產(chǎn)品。

(2)在混合物料粒度、粘結(jié)劑等條件不變的情況下，對復(fù)合氧化鉬塊產(chǎn)品的強(qiáng)度和密度指標(biāo)分別與成型過程中壓制力、保壓時間進(jìn)行詳細(xì)的研究和分析可知，壓塊密度隨壓制力的增加而提高，強(qiáng)度隨壓制力的增加呈先升后降的趨勢，壓塊強(qiáng)度隨保壓時間的延長而增加，而對密度影響不大，同時給工業(yè)化生產(chǎn)提供了準(zhǔn)確的技術(shù)參數(shù)。

(3)借鑒小批量化生產(chǎn)的工藝和技術(shù)參數(shù)，對復(fù)合氧化鉬塊產(chǎn)品進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)試驗(yàn)，能夠制備出每小時在噸位級以上的產(chǎn)量，并對工業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)品作了抽樣檢測，得出產(chǎn)品的密度不小于2.6 g/cm3，冷壓破碎強(qiáng)度不小于493 N，水分含量不高于0.16%，壓塊產(chǎn)品從2 m高度自由落體掉在硬質(zhì)地面不破碎，滿足氧化鉬塊產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。