鄭子恩

（長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410000）

隨著環(huán)保態(tài)勢(shì)的日趨嚴(yán)格，金屬錳的高效利用越來(lái)越受重視，錳元素添加劑作為電解金屬錳在鋼鐵行業(yè)中更好的替代品，有著良好的前景。錳元素添加劑相比于電解金屬錳而言，其形狀規(guī)則、質(zhì)量大小均稱(chēng)，在添加到鋼水中時(shí)，可以避免金屬錳在重新熔煉過(guò)程產(chǎn)生的煙塵和出鐵澆鑄過(guò)程的煙塵污染［1］。運(yùn)用于鋼鐵制造，錳元素添加劑所產(chǎn)產(chǎn)品純度和雜質(zhì)的含量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金屬錳片［2］，由于錳元素添加劑如錳枕、錳桃、錳球等產(chǎn)品與傳統(tǒng)的電解金屬錳片相比，擁有許多優(yōu)良的物理性能及錳收得率優(yōu)勢(shì)，已逐漸取代電解金屬錳片和錳錠，得到廣泛使用。

本試驗(yàn)研究旨在研究新型錳元素添加劑錳球生產(chǎn)工藝，并獲得最佳工藝參數(shù)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)試劑

電解錳、沾粘劑（水玻璃：模數(shù)為3.51、波美度35）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

主要試驗(yàn)設(shè)備見(jiàn)表1，自制壓球裝置如圖1所示。

表1 試驗(yàn)設(shè)備一覽表

將裝置設(shè)計(jì)為兩個(gè)圓柱形的圓桿加上一個(gè)圓筒，主要目的在于一方面可以保證設(shè)備的壓力值（10 MPa），另一方面能將壓好的錳球完好無(wú)損地從裝置里取出，并且能夠滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)于錳球的尺寸要求。裝置的使用需要注意以下事項(xiàng)：加入裝置的錳粉必須不少于30 g，否則壓球裝置壓出來(lái)的錳粉將不易成型；其次用千斤頂壓球時(shí)，不能讓操作手柄對(duì)著自己，否則容易出現(xiàn)危險(xiǎn)；當(dāng)壓球完成后，需要將筒套上下兩桿取出，將上面的長(zhǎng)桿置于筒體下端，繼續(xù)用千斤頂壓出錳球，否則壓好的錳球?qū)?huì)變形。

1.3 樣品制備

1.3.1 錳粉的制備

取10 kg金屬錳片置入對(duì)輥破碎機(jī)內(nèi)，進(jìn)行破碎，收集破碎后的錳粉；分別用10目、20目、30目和40目的篩子對(duì)破碎后的錳粉進(jìn)行篩分，分別篩分出10～20目、20～30目、30～40目和40～50目錳粉各2 kg，放入密封袋中保存。

1.3.2 錳球的制備

稱(chēng)取200 g的錳粉，將稱(chēng)取好的錳粉與沾粘劑按一定質(zhì)量比例混合，混合均勻后，稱(chēng)取30 g上述混合料加入壓球裝置。將壓球裝置中間套環(huán)固定于中間后，放置于千斤頂上，開(kāi)始?jí)呵?，直至壓?qiáng)為10 MPa為止。千斤頂壓制到位后，靜置1 min后取下壓球裝置，加上底座，放置于千斤頂上，壓出圓筒套環(huán)中的錳球。

重復(fù)上述操作，壓制出5個(gè)錳球?yàn)橐唤M。將壓好的錳球立即放置于密封袋中，寫(xiě)好編號(hào)等待烘烤。將壓制完成的錳球送至烘箱，調(diào)節(jié)溫度，烘干一定時(shí)間后，取出錳球，待其自然冷卻。

1.4 樣品檢測(cè)

采用錳球從1.5 m高度掉落不破碎的要求來(lái)對(duì)試驗(yàn)中的錳球進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)果及討論

2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)［3］

試驗(yàn)因子：錳粉的目數(shù)、沾粘劑的質(zhì)量比、烘烤溫度以及烘烤時(shí)間。

各因素梯度設(shè)計(jì)：為控制Si含量，沾粘劑的最大用量不能超過(guò)4%，故從4%開(kāi)始往下設(shè)置濃度梯度；在設(shè)計(jì)錳粉目數(shù)時(shí)，通過(guò)查到文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)40目往上的錳粉已對(duì)錳球的壓制影響不大，故最大設(shè)置40目～50目的范圍；在設(shè)計(jì)烘烤溫度和烘烤時(shí)間時(shí)均參考了目前已工業(yè)化的工藝，將烘烤溫度設(shè)置在170～200℃，將烘烤時(shí)間設(shè)置在1～4 h。正交試驗(yàn)中四個(gè)因素對(duì)應(yīng)的水平值（1、2、3、4）分別如下：

沾粘劑用量A1-A4（質(zhì)量百分比）：2.5%、3%、3.5%、4%；錳粉目數(shù)B1-B4：10～20目、20～30目、30～40目、40～50目；烘烤溫度C1-C4：170℃、180℃、190℃、200℃；烘烤時(shí)間D1-D4：1 h、2 h、3 h、4 h。

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2，錳球最大落地高度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

表3 錳球最大落地高度統(tǒng)計(jì)表

2.2 極值分析

正交試驗(yàn)極值分析見(jiàn)表4。

表4 正交試驗(yàn)極值分析表

通過(guò)對(duì)比極差R值大小可知，R沾粘劑＞R烘烤溫度＞R錳粉目數(shù)＞R烘烤時(shí)間，從而主要因素到次要因素為：沾粘劑用量＞烘烤溫度＞錳粉目數(shù)＞烘烤時(shí)間。根據(jù)正交表的綜合可比性，并由上述計(jì)算及趨勢(shì)圖可分析得出以下結(jié)論：最優(yōu)組合為沾粘劑4%；錳粉20目；烘烤溫度180℃；烘烤時(shí)間4 h，錳球的落地高度最大的最佳水平組合為：A4B2C2D4

3 結(jié) 論

本試驗(yàn)在閱讀參考大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，做了以下方面的研究：通過(guò)正交試驗(yàn)來(lái)研究了影響錳球生產(chǎn)工藝中的四個(gè)因素；通過(guò)各種試驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定了壓制好的錳球中的各個(gè)元素的含量。得出結(jié)論如下：

通過(guò)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)將四個(gè)因素的探究分為16組試驗(yàn)進(jìn)行分析，在試驗(yàn)過(guò)程中設(shè)計(jì)了小型錳球壓制工具來(lái)達(dá)到試驗(yàn)要求的壓制壓力；并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了極差分析，根據(jù)極值的大小，分析出了影響錳球粘接效果的因素依次為：粘接劑用量、烘烤溫度、錳粉目數(shù)以及烘烤時(shí)間。錳球生產(chǎn)的最佳水平組合：20目的錳粉、4%的粘接劑用量、180℃的烘烤溫度和4 h的烘烤時(shí)間。