《工程科学学报》录用稿，htps:/doi.org/10.13374/i,issn2095-9389.2021.06.30.003©北京科技大学2020 工程科学学报DO: 新型复合粘结剂提高生球质量的作用机理及 构效关系研究 雷杰)，汪名赫”，周江虹)，孙社生)，龙红明)四 1)安徽工业大学治金工程学院，安微马鞍山2430322)马鞍山钢铁股份有限公司制造部，安徽马鞍山243000 ☒通信作者，E-mail:龙红明，yaflhm@l26.com 摘要降低膨润土用量是提高球团品位、实现节能减排的有效途径之一。基于新型高效复合粘结剂，通 过生球制备、线性拟合分析、生球力学特征分析等手段研究了复合粘结剂对生球质量的影响规律及与重要 指标的构效关系，阐明了复合粘结剂提高生球质量的作用机理。结果表明：配比为2%膨润土+0.028%有 机粘结剂的复合粘结剂球团，落下强度达到6.2次(0.5m、抗压强度达到4.5NP、爆裂温度达到 542℃，与2.0%膨润土球团相比，生球质量相近，但膨润士消耗减少40%基于构效关系分析，有机粘结 剂对生球落下强度、爆裂温度作用显著，膨润土对干球强度影响瘦大，有机粘结剂通过增强颗粒的亲水性、 毛细力和黏性力强化了生球落下强度，干燥时在表层形成少量孔隙 有利于球团内水分的排出，提高了生 球爆裂温度，干燥后以固态连接桥的形式强化干球强度，但是孔隙的位点和尺寸可能会降低干球强度，因 此，对干球强度起决定性作用的是膨润土，有机粘结刹对球强度的影响呈现多面性。 关键词球团：复合粘结剂：生球质量：作用机理构效送 分类号TF521.6 Research on the mechanism and structure-activity relationship of new composite binder to improve the quality of green pellets LEI Jie,WANG Min Jianghong SUN Shesheng)LONG Hongming School of Metallurg ineering,Anhui University of Technology,Ma'anshan,Anhui 243002,China 2) Manufacturing Dep rtment,Ma'anshan Iron and Steel Co.Ltd.,Ma'anshan,Anhui 243000,China ☒Correspo g autho nail:LONG Hongming,yaflhm@126.com Abstract Reducing the consumption of bentonite is one of the effective ways to improve the grade of pellets and realize energy saving and emission reduction.Based on the new high-efficiency composite binder,the effect of composite binder on the quality of green pellets and the structure-activity relationship with important indexes were studied by means of green pellets preparation,linear fitting analysis and green pellet mechanical characteristics analysis,and the mechanism of the composite binder to improve the green pellets quality was expounded.The results show that the composite binder pellet with a ratio of 1.2%bentonite and 0.028%organic binder has a drop number of 6.2 times(0.5m),green crushing strength of 14.5 N.p,and shock temperature of 542C.Compared with the pellet with 2.0%bentonite,the mass of green pellets is similar,but the bentonite consumption is reduced by 40%.Based on the analysis of structure-activity relationship,the organic binder has a significant effect on the
工程科学学报 DOI: 新型复合粘结剂提高生球质量的作用机理及 构效关系研究 雷 杰 1)，汪名赫 1)，周江虹 2)，孙社生 2)，龙红明 1) 1) 安徽工业大学冶金工程学院，安徽 马鞍山 243032 2) 马鞍山钢铁股份有限公司制造部，安徽 马鞍山 243000 通信作者，E-mail: 龙红明，yaflhm@126.com 摘 要 降低膨润土用量是提高球团品位、实现节能减排的有效途径之一。基于新型高效复合粘结剂，通 过生球制备、线性拟合分析、生球力学特征分析等手段研究了复合粘结剂对生球质量的影响规律及与重要 指标的构效关系，阐明了复合粘结剂提高生球质量的作用机理。结果表明：配比为 1.2%膨润土+0.028%有 机粘结剂的复合粘结剂球团，落下强度达到 6.2 次·(0.5m)-1、抗压强度达到 14.5 N·P-1、爆裂温度达到 542℃，与 2.0%膨润土球团相比，生球质量相近，但膨润土消耗减少 40%；基于构效关系分析，有机粘结 剂对生球落下强度、爆裂温度作用显著，膨润土对干球强度影响更大；有机粘结剂通过增强颗粒的亲水性、 毛细力和黏性力强化了生球落下强度，干燥时在表层形成少量孔隙，有利于球团内水分的排出，提高了生 球爆裂温度，干燥后以固态连接桥的形式强化干球强度，但是孔隙的位点和尺寸可能会降低干球强度，因 此，对干球强度起决定性作用的是膨润土，有机粘结剂对干球强度的影响呈现多面性。 关键词 球团；复合粘结剂；生球质量；作用机理；构效关系 分类号 TF521.6 Research on the mechanism and structure-activity relationship of new composite binder to improve the quality of green pellets LEI Jie1), WANG Minghe1), ZHOU Jianghong2), SUN Shesheng2), LONG Hongming1) 1) School of Metallurgical Engineering, Anhui University of Technology, Ma’anshan, Anhui 243002, China; 2) Manufacturing Department, Ma’anshan Iron and Steel Co. Ltd., Ma’anshan, Anhui 243000 , China Corresponding author, E-mail: LONG Hongming, yaflhm@126.com Abstract Reducing the consumption of bentonite is one of the effective ways to improve the grade of pellets and realize energy saving and emission reduction. Based on the new high-efficiency composite binder, the effect of composite binder on the quality of green pellets and the structure-activity relationship with important indexes were studied by means of green pellets preparation, linear fitting analysis and green pellet mechanical characteristics analysis, and the mechanism of the composite binder to improve the green pellets quality was expounded. The results show that the composite binder pellet with a ratio of 1.2% bentonite and 0.028% organic binder has a drop number of 6.2 times ·(0.5m)-1, green crushing strength of 14.5 N· p-1, and shock temperature of 542 . Compared ℃ with the pellet with 2.0% bentonite, the mass of green pellets is similar, but the bentonite consumption is reduced by 40%. Based on the analysis of structure-activity relationship, the organic binder has a significant effect on the 《工程科学学报》录用稿，https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.06.30.003 ©北京科技大学 2020 录用稿件，非最终出版稿
工程科学学报 DOI: drop number and shock temperature of the green pellets,and the bentonite has a greater effect on the dry crushing strength.The organic binder strengthens the drop number of the pellets by enhancing the hydrophilicity,capillary force and viscosity,and forms a small amount of pores on the surface layer during drying,which is beneficial to the discharge of water in the pellets,and improves the shock temperature of the pellets.After drying,the organic binder strengthens the strength of the pellets in the form of solid connection bridge,but the site and size of the pores may reduce dry crushing strength.Therefore,bentonite plays a decisive role in the strength of dry pellets, and the influence of organic binder on the strength of dry pellets is multifaceted. KEY WORDS Pellet;Compound Binder;The Quality of Green Pellet;Mechanism of Action;Structure-activity Relationship “碳中和，零排放”概念的提出，对高炉炉料结构优化提出了更多要乘入球团矿作为 优质的高炉炉料，其工序能耗、NO,、SO2及二噁英排放量都远低于烧结矿心同时具有粒度 均匀、冷态强度高、铁品位高、治金性能好等优点。膨润士作为主要的球团粘结剂，能 大幅改善原料成球性、提高球团质量阿。但膨润土中的SO2、A2O等脉石成分，几乎全部 残留在球团内，进而降低球团矿品位，增加燃料比和渣量-1。目脉我国膨润土用量大多 在15kgt以上，而国外膨润士消耗量为5~10kgt。据统计，每减少1.0%的膨润土用量， 将提高球团品位0.6%，降低燃料比1.2%9川。因此， 降低膨润士用量是提高球团铁品位、 实现节能减排的有效途径之一。 以有机粘结剂替代部分膨润土是降低膨润土用量的有效方法之一。国内外学者关于复 合粘结剂的开发应用开展了大量研究：中南大学邱冠周2首次提出有机粘结剂X-P-K理 想模型，为开发有机粘结剂提供了理论依据， 姜涛杨永斌14等以有机粘结剂替代膨润 土制备球团，但生产实践表明，采用有机黏结剂完全替代膨润土，不仅会大幅增加球团生 产成本，还会导致成品球团强度下降，无法满足高炉生产要求。因此，兼具膨润土和有机 粘结剂优点的膨润土基复合球团粘结剂的开发，成为球团工艺及低碳炼铁技术发展的重要 方向518。 本文研究了新型复合粘结剂对生球质量的影响规律，基于“构效关系”思想，确定了 膨润土及有机粘结剂用量与生球各性能指标的相关程度和数学模型：通过对生球碰撞破碎 的力学特征分析，结合“构效关系”模型，研究了复合粘结剂强化生球质量的作用机理， 为复合粘结剂降低膨润 优化生球性能的工业化应用提供理论指导和技术支撑。 1原料及研究方法 1.1原料性能 本实验基于某企业球团生产原料结构55%A精+25%B精+20%Z精，所涉及的3种铁精 矿的化学成分、粒度组成、比表面积、成球性等指标如表1所示。3种铁精矿皆为铁品位 大于65%的磁铁精矿，其中A精和Z精的SiO2含量较高，烧损较低，B精的SiO2含量相对 较低，但CaO、Mg0和S含量相对较高，烧损偏高。3种铁精矿的-74um粒级含量均大于 90%,比表面积在1400~1600cm2g之间，其中B精最细，-74m和-45m比例分别为 99.50%和94.80%，综合而言，原料粒度较优但比表面积不高：3种铁精矿的静态成球指数 都在中等以上，其中用量最大的A精为中等成球性，对混合料成球性造成不利影响。 实验采用的膨润土的物化性能如表2所示，膨润土吸蓝量偏低，2h吸水率和膨胀指数 较好。有机粘结剂P高温培烧后的灰分成分如表3所示，有机粘结剂P经高温焙烧后残留 灰分的主要成分为Na、S、Ca、K等，其中Na0含量为88.4%，K0含量仅为0.024%，考 虑到粘结剂的灰分含量为2.1%，而有机粘结剂P的添加量仅为膨润土的1/50~130，有利于
工程科学学报 DOI: drop number and shock temperature of the green pellets, and the bentonite has a greater effect on the dry crushing strength. The organic binder strengthens the drop number of the pellets by enhancing the hydrophilicity, capillary force and viscosity, and forms a small amount of pores on the surface layer during drying, which is beneficial to the discharge of water in the pellets, and improves the shock temperature of the pellets. After drying, the organic binder strengthens the strength of the pellets in the form of solid connection bridge, but the site and size of the pores may reduce dry crushing strength. Therefore, bentonite plays a decisive role in the strength of dry pellets, and the influence of organic binder on the strength of dry pellets is multifaceted. KEY WORDS Pellet; Compound Binder; The Quality of Green Pellet; Mechanism of Action; Structure-activity Relationship “碳中和，零排放”概念的提出，对高炉炉料结构优化提出了更多要求[1]。球团矿作为 优质的高炉炉料，其工序能耗、NOx、SO2及二噁英排放量都远低于烧结矿，同时具有粒度 均匀、冷态强度高、铁品位高、冶金性能好等优点[2-5]。膨润土作为主要的球团粘结剂，能 大幅改善原料成球性、提高球团质量[6]。但膨润土中的 SiO2、Al2O3等脉石成分，几乎全部 残留在球团内，进而降低球团矿品位，增加燃料比和渣量[7-8]。目前，我国膨润土用量大多 在 15 kg·t-1以上，而国外膨润土消耗量为 5~10 kg·t-1。据统计，每减少 1.0%的膨润土用量， 将提高球团品位 0.6%，降低燃料比 1.2%[9-11]。因此，降低膨润土用量是提高球团铁品位、 实现节能减排的有效途径之一。 以有机粘结剂替代部分膨润土是降低膨润土用量的有效方法之一。国内外学者关于复 合粘结剂的开发应用开展了大量研究：中南大学邱冠周[12-13]首次提出有机粘结剂 X-P-K 理 想模型，为开发有机粘结剂提供了理论依据，姜涛、杨永斌[13-14]等以有机粘结剂替代膨润 土制备球团，但生产实践表明，采用有机粘结剂完全替代膨润土，不仅会大幅增加球团生 产成本，还会导致成品球团强度下降，无法满足高炉生产要求。因此，兼具膨润土和有机 粘结剂优点的膨润土基复合球团粘结剂的开发，成为球团工艺及低碳炼铁技术发展的重要 方向[15-18]。 本文研究了新型复合粘结剂对生球质量的影响规律，基于“构效关系”思想，确定了 膨润土及有机粘结剂用量与生球各性能指标的相关程度和数学模型；通过对生球碰撞破碎 的力学特征分析，结合“构效关系”模型，研究了复合粘结剂强化生球质量的作用机理， 为复合粘结剂降低膨润土消耗、优化生球性能的工业化应用提供理论指导和技术支撑。 1 原料及研究方法 1.1 原料性能 本实验基于某企业球团生产原料结构 55%A 精+25%B 精+20%Z 精，所涉及的 3 种铁精 矿的化学成分、粒度组成、比表面积、成球性等指标如表 1 所示。3 种铁精矿皆为铁品位 大于 65%的磁铁精矿，其中 A 精和 Z 精的 SiO2含量较高，烧损较低，B 精的 SiO2含量相对 较低，但 CaO、MgO 和 S 含量相对较高，烧损偏高。3 种铁精矿的-74 μm 粒级含量均大于 90%，比表面积在 1400~1600 cm2 ·g -1之间，其中 B 精最细，-74 μm 和-45 μm 比例分别为 99.50%和 94.80%，综合而言，原料粒度较优但比表面积不高；3 种铁精矿的静态成球指数 都在中等以上，其中用量最大的 A 精为中等成球性，对混合料成球性造成不利影响。 实验采用的膨润土的物化性能如表 2 所示，膨润土吸蓝量偏低，2h 吸水率和膨胀指数 较好。有机粘结剂 P 高温焙烧后的灰分成分如表 3 所示，有机粘结剂 P 经高温焙烧后残留 灰分的主要成分为 Na、S、Ca、K 等，其中 Na2O 含量为 88.4%，K2O 含量仅为 0.024%，考 虑到粘结剂的灰分含量为 2.1%，而有机粘结剂 P 的添加量仅为膨润土的 1/50~1/30，有利于 录用稿件，非最终出版稿
工程科学学报 DOI: 高炉碱负荷的降低。 表1铁精矿的主要化学成分及静态成球指数 Table 1 Main chemical compositions and static pelletization index of iron-containing raw materials Specific surface Static LOI Chemical composition/wt.% 74um45μm area/ pelletizatio Iron 1% /% (cm.g ore Mg TFe FeO SiO2 Al2O3 Cao 65.124.8 007 0.01 4.95 1.66 0.40 0.54 94.0 5 408 Medium 9 0.74 65.4 25.8 0.20 0.10 B 3.76 0.63 1.02 1.62 466 Excellent 6 3 0 65.726.5 0.05 0.01 Z 6.57 0.84 0.30 0.48 80.3 1568 Good 5 0 *LOI is burning loss. 表2膨润土的物化性能 Table 2 Physical and chemical properties of bentonite Methylene blue adsorbed/ Water absorption, Swelling coefficient/ Colloid index/(ml 15g) (g100g) (2h)V% (ml-g) 21.69 496 25 580 表有机粘结剂P灰分化学成分(wt%) Table 3 Chemical composition of organic binder P ash (wt.%) Na2O CaO SiO CI MgO AlO:K2O 88.4 10.06/八0.382 0.366 0.277 0.214 0.1680.024 1.2实验方法 实验过程生要炮括混合料润磨预处理、生球制备及性能检测3个部分。将3种铁精矿、 膨润土、煮结剂接照比例混匀，在p300mm×4O0mm的润磨机中润磨30min,润磨水分 7.5%,海磨机填充率20%，润磨后取出混合料造球。生球制备在p1000mm、边高200mm 圆盘造球机中进行，倾角45°47°可调，转速23rmin,造球时间l5min,生球水分控制在 8.0%~9.0%,造球过程采用人工加料、加水，2min制备母球、l0min母球长大到目标尺寸， 经3min随盘转动紧密后，取直径12.5~16mm的合格球团，按照标准方法检测生球水分、 抗压强度、落下强度、爆裂温度及干球强度等指标。 2实验结果与分析 2.1藏润土配比对生球质量的形响 膨润土配比对生球质量的影响规律如图1所示。随着膨润土用量的增加，生球落下强 度和干球强度显著升高，生球爆裂温度有小幅提升。膨润土用量对生球抗压强度没有表现 出规律性，但各工况的抗压强度都可以满足生产要求。仅当膨润土配比在2.0%时，生球质
工程科学学报 DOI: 高炉碱负荷的降低。 表 1 铁精矿的主要化学成分及静态成球指数 Table 1 Main chemical compositions and static pelletization index of iron-containing raw materials Iron ore Chemical composition / wt. % LOI * - 74μm / % - 45μm / % Specific surface area/ （cm2 ·g- 1） Static pelletizatio n TFe FeO SiO2 Al2O3 CaO Mg O S P A 65.1 5 24.8 9 4.95 1.66 0.40 0.54 0.07 7 0.01 2 - 0.74 94.0 78.8 1408 Medium B 65.4 6 25.8 3 3.76 0.63 1.02 1.62 0.20 0 0.10 0 - 1.91 99.5 94.8 1466 Excellent Z 65.7 5 26.5 0 6.57 0.84 0.30 0.48 0.05 4 0.01 4 - 0.47 93.6 80.3 1568 Good *LOI is burning loss. 表 2 膨润土的物化性能 Table 2 Physical and chemical properties of bentonite Methylene blue adsorbed/ (g∙100g-1) Water absorption (2h)/ % Swelling coefficient/ (ml·g-1) Colloid index/ (ml·15g-1) 21.69 496 25 580 表 3 有机粘结剂 P 灰分化学成分（wt.%） Table 3 Chemical composition of organic binder P ash (wt.%) Na2O SOx CaO SiO2 Cl MgO Al2O3 K2O 88.4 10.06 0.382 0.366 0.277 0.214 0.168 0.024 1.2 实验方法 实验过程主要包括混合料润磨预处理、生球制备及性能检测 3 个部分。将 3 种铁精矿、 膨润土、粘结剂按照比例混匀，在 φ300 mm×400 mm 的润磨机中润磨 30 min，润磨水分 7.5%，润磨机填充率 20%，润磨后取出混合料造球。生球制备在 φ1000 mm、边高 200 mm 圆盘造球机中进行，倾角 45°~47°可调，转速 23 r/min，造球时间 15 min，生球水分控制在 8.0%~9.0%，造球过程采用人工加料、加水，2 min 制备母球、10 min 母球长大到目标尺寸， 经 3 min 随盘转动紧密后，取直径 12.5~16 mm 的合格球团，按照标准方法检测生球水分、 抗压强度、落下强度、爆裂温度及干球强度等指标。 2 实验结果与分析 2.1 膨润土配比对生球质量的影响 膨润土配比对生球质量的影响规律如图 1 所示。随着膨润土用量的增加，生球落下强 度和干球强度显著升高，生球爆裂温度有小幅提升。膨润土用量对生球抗压强度没有表现 出规律性，但各工况的抗压强度都可以满足生产要求。仅当膨润土配比在 2.0%时，生球质 录用稿件，非最终出版稿
工程科学学报DO: 量才能满足生产要求，此时生球落下强度6.3次(0.5m',爆裂温度530℃。由此可见，膨 润土主要对生球的落下强度、爆裂温度和干球强度产生影响，对生球抗压强度几乎没有影 响。 15 50 140 40 10 120 20 100号 -Drop numb t 。Shock te 90 ◆-Dry'crush ing strength 1.2 1.4 1.6 18 2.0 Mass fraction of bentonite / 图1膨润士土用量对生球质量的影响 Fig.1 Influence of bentonite dosage on the quality of greer 2.2复合粘结剂配比对生球质量的形响 将膨润土和粘结剂P按照不同比例混合均匀，制备复合粘结剂，不同配比复合粘结剂 对生球质量的影响如表4所示，膨润土和粘结剂P的用量对子生球的落下强度、爆裂温度 和干球强度都有不同程度的影响，而对于生球抗压强度设有体现出规律性：随着粘结剂P 用量的增加，落下强度和干球强度有较大幅度提升，爆裂温度小幅增加。膨润土添加量在 1.1%~1.4%时，生球落下强度是限制性环节，在3,5次(0.5m以下。随着粘结剂P不同比 例的配入，生球质量逐渐达到或超过膨润土添加量0%时水平，例如膨润土+P配比分别 为1.2%+0.028%、1.3%+0.024%、1.4%+0,016%等况，降低膨润土消耗30%~40%。 表4复合粘结剂用量对生球质量的影响 Table 4 Influence of compound binder dosage on the quality of green pellets Bentonit Drop number/ Green crushing Shock Dry crushing Moisture P/% e/% time.(0.5m) strength/N.P temperature/C strength/N.P /% 0.020 3.9 11.0 535 82.3 8.4 0.030 11.3 550 81.8 8.4 11 0.040 11.9 560 90.7 8.8 0.050 11.6 540 89.5 8.6 0.020 14.6 535 59.0 8.1 0.024 5.8 13.8 530 57.1 85 0.028 6.2 14.5 542 66.0 8.3 0s032 6.6 13.9 554 73.9 8.6 0.06 4.1 133 540 65.2 87 0.020 5.9 12.2 546 72.3 8.6 1.3 0.024 6.4 11.7 549 63.3 87 0.028 7.0 13.6 555 73.1 85 0.008 4.1 12.1 520 88.4 8.6 0.012 5.2 11.2 535 107.3 8.8 1.4 0.016 6.9 12.8 528 98.3 8.7 0.020 7.8 13.8 530 108.1 9.0
工程科学学报 DOI: 量才能满足生产要求，此时生球落下强度 6.3 次·(0.5m)-1，爆裂温度 530℃。由此可见，膨 润土主要对生球的落下强度、爆裂温度和干球强度产生影响，对生球抗压强度几乎没有影 响。 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 0 1 2 3 4 5 6 7 Drop number /(time·(0.5m) -1 Mass fraction of bentonite / % Drop number Green crushing strength Shock temperature Dry crushing strength 10 11 12 13 14 15 Green crushing strength / (N·P -1 ) 480 490 500 510 520 530 540 550 Shock temperature/ ℃ 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Dry crushing strength/ (N·P -1 ) 图 1 膨润土用量对生球质量的影响 Fig.1 Influence of bentonite dosage on the quality of green pellets 2.2 复合粘结剂配比对生球质量的影响 将膨润土和粘结剂 P 按照不同比例混合均匀，制备复合粘结剂，不同配比复合粘结剂 对生球质量的影响如表 4 所示，膨润土和粘结剂 P 的用量对于生球的落下强度、爆裂温度 和干球强度都有不同程度的影响，而对于生球抗压强度没有体现出规律性：随着粘结剂 P 用量的增加，落下强度和干球强度有较大幅度提升，爆裂温度小幅增加。膨润土添加量在 1.1%~1.4%时，生球落下强度是限制性环节，在 3.5 次·(0.5m)-1以下。随着粘结剂 P 不同比 例的配入，生球质量逐渐达到或超过膨润土添加量 2.0%时水平，例如膨润土+P 配比分别 为 1.2%+0.028%、1.3%+0.024%、1.4%+0.016%等工况，降低膨润土消耗 30%~40%。 表 4 复合粘结剂用量对生球质量的影响 Table 4 Influence of compound binder dosage on the quality of green pellets Bentonit e / % P / % Drop number/ time·(0.5m)-1 Green crushing strength/ N·P-1 Shock temperature/ ℃ Dry crushing strength/ N·P-1 Moisture / % 1.1 0.020 3.9 11.0 535 82.3 8.4 0.030 4.7 11.3 550 81.8 8.4 0.040 5.1 11.9 560 90.7 8.8 0.050 5.8 11.6 540 89.5 8.6 1.2 0.020 4.8 14.6 535 59.0 8.1 0.024 5.8 13.8 530 57.1 8.5 0.028 6.2 14.5 542 66.0 8.3 0.032 6.6 13.9 554 73.9 8.6 1.3 0.016 4.1 13.3 540 65.2 8.7 0.020 5.9 12.2 546 72.3 8.6 0.024 6.4 11.7 549 63.3 8.7 0.028 7.0 13.6 555 73.1 8.5 1.4 0.008 4.1 12.1 520 88.4 8.6 0.012 5.2 11.2 535 107.3 8.8 0.016 6.9 12.8 528 98.3 8.7 0.020 7.8 13.8 530 108.1 9.0 录用稿件，非最终出版稿
工程科学学报DO: 2.3复合粘结剂球团杓效关系 表4展示了膨润土和粘结剂对生球质量的双重作用关系，单种粘结剂与生球各指标间 的影响规律难以直观分析。通过探索单种粘结剂对生球各个关键性能指标间的交互作用关 系，对于分析复合粘结剂强化生球质量机理，建立粘结剂添加量和生球质量预测模型有重 要意义。本文研究了膨润土和有机粘结剂添加量与生球关键指标间的构效关系。 统计次数为21次，自变量为有机粘结剂P配比、膨润土配比：因变量为落下强度、抗 压强度、爆裂温度、干球强度。得到多元线性回归方程。 落下强度回归方程：=100.121x+5.715x2-4.06 抗压强度回归方程：=-19.321x-0.345x+13.65 爆裂温度回归方程：3=1094.929x+10.778x2+499.049 千球强度回归方程：y=292.412x+91.502x40.301 式中，、2、y、4:落下强度（次(0.5m))、抗压强度(NPX 温度（℃）、 干球强度(NP);x1:P配比(%)，2：膨润土配比(%)，0s≤.( <x2<2.0。 表5回归方程显著性和拟合度 Table 5 Significance and fitness of the regression equation Green crushing Shock Dry crushing Factor Drop number strength temperature strength Significance of variance P 0.0004 0.55 0.006 0.008 Significant correlation Very significant Significant Significant R2 0.882 0,433 0.713 0.588 回归方程的显著性和拟合度如表5所示。粮锯湿著性水平划分920，有机粘结剂P配 比、膨润土配比与落下次数存在极显著相关性，与爆裂温度、干球强度存在显著相关性， 与抗压强度无相关性。落下强度和爆裂温度所建立的回归模型拟合度较高，具有良好的参 考性：干球强度所建立的回归模型拟合度较低，没有高程度的参考性。有机粘结剂P、膨 润土的标准化回归系数如表6所示。通过比较标准化回归系数的绝对值大小，可以判断出 有机粘结剂P对生球落下强度爆裂温度作用显著，膨润土对干球强度影响更大。 表6标准化回归系数 Table 6 Standardized regression coefficient Factor Drop number Shock temperature Dry crushing strength 0.905 0.851 0.190 entonite 0.734 0.206 0.843 3复合粘结剂提高生球质量机理分析 3.1改普落下强废机理分析 生球落下过程可以分为加载和卸载两个阶段：如图2所示，生球从0.5高度自由 落下与不发生形变的钢板碰撞，与钢板接触瞬间速度达到最大值'，称为加载阶段，以 接触点为圆心由外向内形成“损伤圆”，球团内部颗粒发生相对滑移，产生微裂纹：随后 生球在时间t内由'逐渐减速为O,将全部动量转化为冲量，球团内部微裂纹继续发展成 裂纹，称为卸载阶段，如公式(1)所示。 (F-G)t=mVmox-mV, (1) 式中，F为钢板对生球施加的反向作用力，G为重力，1为生球从'减速至0所用的 时间，m为生球质量，V,为时间1时的速度，V=O
工程科学学报 DOI: 2.3 复合粘结剂球团构效关系 表 4 展示了膨润土和粘结剂对生球质量的双重作用关系，单种粘结剂与生球各指标间 的影响规律难以直观分析。通过探索单种粘结剂对生球各个关键性能指标间的交互作用关 系，对于分析复合粘结剂强化生球质量机理，建立粘结剂添加量和生球质量预测模型有重 要意义。本文研究了膨润土和有机粘结剂添加量与生球关键指标间的构效关系。 统计次数为 21 次，自变量为有机粘结剂 P 配比、膨润土配比；因变量为落下强度、抗 压强度、爆裂温度、干球强度。得到多元线性回归方程。 落下强度回归方程：y1=100.121x1+5.715x2-4.06 抗压强度回归方程：y2=-19.321x1-0.345x2+13.65 爆裂温度回归方程：y3=1094.929x1+10.778x2+499.049 干球强度回归方程：y4=292.412x1+91.502x2-40.301 式中，y1、y2、y3、y4：落下强度（次·(0.5m)-1）、抗压强度（N·P -1）、爆裂温度（℃）、 干球强度（N·P -1）；x1：P 配比（%），x2：膨润土配比（%），0≤x1≤0.05，0.7＜x2≤2.0。 表 5 回归方程显著性和拟合度 Table 5 Significance and fitness of the regression equation Factor Drop number Green crushing strength Shock temperature Dry crushing strength Significance of variance P 0.0004 0.551 0.006 0.008 Significant correlation Very significant Not relevant Significant Significant R 2 0.882 0.433 0.713 0.588 回归方程的显著性和拟合度如表 5 所示。根据显著性水平划分[19-20]，有机粘结剂 P 配 比、膨润土配比与落下次数存在极显著相关性，与爆裂温度、干球强度存在显著相关性， 与抗压强度无相关性。落下强度和爆裂温度所建立的回归模型拟合度较高，具有良好的参 考性；干球强度所建立的回归模型拟合度较低，没有高程度的参考性。有机粘结剂 P、膨 润土的标准化回归系数如表 6 所示。通过比较标准化回归系数的绝对值大小，可以判断出 有机粘结剂 P 对生球落下强度、爆裂温度作用显著，膨润土对干球强度影响更大。 表 6 标准化回归系数 Table 6 Standardized regression coefficient Factor Drop number Shock temperature Dry crushing strength P 0.905 0.851 0.190 Bentonite 0.734 0.206 0.843 3 复合粘结剂提高生球质量机理分析 3.1 改善落下强度机理分析 生球落下过程可以分为加载和卸载两个阶段[21]：如图 2 所示，生球从 0.5 m 高度自由 落下与不发生形变的钢板碰撞，与钢板接触瞬间速度达到最大值 Vmax，称为加载阶段，以 接触点为圆心由外向内形成“损伤圆”，球团内部颗粒发生相对滑移，产生微裂纹；随后 生球在时间 t 内由 Vmax逐渐减速为 0，将全部动量转化为冲量，球团内部微裂纹继续发展成 裂纹，称为卸载阶段，如公式（1）所示。 max ( ) F G t mV mV t （1） 式中，F 为钢板对生球施加的反向作用力，G 为重力，t 为生球从 Vmax减速至 0 所用的 时间，m 为生球质量，Vt为时间 t 时的速度，Vt=0。 录用稿件，非最终出版稿