三氧化二釩干法輥壓造粒工藝
三氧化二釩是一種呈灰黑色、有金屬光澤的結(jié)晶粉末，具有剛玉結(jié)構(gòu)的六方晶體，其熔點(diǎn)＞2000 ℃ 。在用鋁熱法和電鋁熱法冶煉釩鐵合金和釩鋁合金時(shí)，先將部分三氧化二釩和鋁粉的混合物布在爐內(nèi)，點(diǎn)火后，從冶煉爐上方分批加入由三氧化二釩、鋁粒和鐵屑等組成的爐料，冶煉過程中，反應(yīng)溫度 可達(dá)到2000～3000℃ ，在高溫條件下發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，并形成大量的上升爐氣。如果采用低密度的粉狀氧化釩作原料將會不可避免的導(dǎo)致較嚴(yán)重的氣、料飛揚(yáng)，溢出爐氣的夾帶將造成昂貴氧化釩的冶煉損失。要想實(shí)現(xiàn)釩合金冶煉過程中高的釩回收率，提高原料氧化釩的密度是極為必要的。
針對 V2O3的特性，采用干法輥壓造粒已是粉體三氧化二釩消除細(xì)粉料并形成較大密度顆粒的唯一經(jīng)濟(jì)有效的方法。原料粉狀V2O3堆密度為0.6～1.2g/cm3，粒度d( 0.5)=30.176μm。經(jīng)干法輥壓造粒后成品粒度 0.5～6cm，堆密度2～2.1g/cm3。
干法造粒特點(diǎn)為:
物料經(jīng)強(qiáng)制壓縮成型，無需任何添加劑，產(chǎn)品純度得到保證; 干粉直接造粒，無需后續(xù)干燥過程、更有利于現(xiàn)有生產(chǎn)流程的銜接和改造; 顆粒強(qiáng)度高，堆密度的提高較其它造粒方式都更為顯著; 適應(yīng)原料范圍廣，顆粒強(qiáng)度可根據(jù)不同物料自由調(diào)整; 可控制環(huán)境污染，減少粉體浪費(fèi)和包裝成本，提高產(chǎn)品運(yùn)輸能力。
粉體從料斗連續(xù)喂入輥壓機(jī)，由液壓系統(tǒng)給動輥施壓，粉體開始與軋輥接觸于A1A2:水平面，在這一點(diǎn)粉體開始受到磨輥表面摩擦力的驅(qū)動。單顆粒破碎物料迅速向下運(yùn)動，粉體在垂直方向被加速，當(dāng)物料達(dá)到平面B1B2處時(shí)，輥隙變小，壓力更大，開始了料層粉碎階段，此處物料的垂直速度等于軋輥表面速度的垂直分量，當(dāng)物料被軋輥壓縮直至C1C2平面處時(shí)，間隙最小，壓坯密度達(dá)到******值，此處壓縮后的壓坯以軋輥圓周速度通過C1C2平面，由于壓坯的壓縮反彈特性，壓坯會在水平方向反彈，最后物料通過D1D2平面以接近輥面圓周線速度呈密實(shí)板塊排出機(jī)外。
物料在輥壓機(jī)內(nèi)，大體上經(jīng)歷“滑移一層壓粉碎一結(jié)團(tuán)”三個(gè)交互作用過程，依據(jù)此過程，將整個(gè)作用腔分為三個(gè)區(qū):第一個(gè)區(qū)域?yàn)榛茀^(qū);第二個(gè)區(qū)域?yàn)閴毫^(qū);第三個(gè)區(qū)域?yàn)榉磸梾^(qū)。再將壓力區(qū)細(xì)分為兩個(gè)階段:第一階段為料層粉碎階段;第二階段為結(jié)團(tuán)階段。
一、滑移區(qū)分析
在喂料機(jī)的上方預(yù)壓、軋輥擠壓力和兩輥表面摩擦力的
共同作用下，連續(xù)地進(jìn)入破碎腔，物料充填至兩擠壓輥的上方，料層是由許多不規(guī)則的礦物顆粒組成的松散集合體，具有較高的孔隙度。當(dāng)開始加載時(shí)，載荷一般是。0~30MPa，顆粒由于受到外力的作用，各種粒徑的顆粒隨著壓力的增大不斷改變自身的狀態(tài)和位置，位移的方式包括顆粒之間的相互靠近、分離、滑動或轉(zhuǎn)移，顆粒移位后，相互之間便彼此充填空隙和重新排列，使得物料層的接觸區(qū)增加，密實(shí)度提高，這一階段物料對輥?zhàn)赢a(chǎn)生的壓力相對很小。由于物料與擠壓輥面線速度的差異和擠壓空間的變化，物料沿輥面會產(chǎn)生相對滑動，對輥面會有一定程度的磨損，磨損形式主要是由于物料與輥面相對滑動而引起的溝犁磨損。
二、壓力區(qū)分析
1、料層變形粉碎階段
物料層被密實(shí)后，物料顆粒變小，密度上升，物料顆粒之間也相互作用，顆粒破碎事件不斷發(fā)生，物料與輥面之間開始出現(xiàn)線接觸。此階段的壓力大致在30MPa到50MPa之間，而且載荷上升速度加快，位移量則相對緩慢增加，載荷上升幅度大于位移變形量的上升幅度，這是由于壓力已經(jīng)超過被密實(shí)礦物顆粒的顆粒強(qiáng)度，礦物顆粒開始發(fā)生破裂。被壓碎的顆粒產(chǎn)生細(xì)粒或細(xì)粉充填在其附近的空隙中，使得顆粒之間，以及料層與壓輥之間的接觸面積增大，壓力傳遞加快，礦物顆粒內(nèi)部的微裂紋就是在這一階段形成的。
這一階段物料與輥面的線速度差異逐漸減小，認(rèn)為物料垂直速度等于輥?zhàn)泳€速度的垂直分量，且在任一水平層面內(nèi)物料的質(zhì)量是相等的。假設(shè)在這個(gè)區(qū)物料與輥面之間沒有相對滑動，物料只產(chǎn)生水平方向的變形，磨輥溝犁磨損減輕，在高擠壓力的作用下，物料對擠壓輥面的磨損形式轉(zhuǎn)換為塑性變形或剝落磨損。輥面及內(nèi)部一定深處產(chǎn)生壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過輥面材料的疲勞強(qiáng)度時(shí)，輥面就形成裂紋。
2、結(jié)團(tuán)階段
隨著壓應(yīng)力的繼續(xù)增加，物料變形量很小，最后趨近于零，壓力開始傳遞到物料床的內(nèi)部，顆粒粉碎并產(chǎn)生微裂紋，料層在高壓應(yīng)力下被緊密壓實(shí)形成板塊。此階段的壓力大致在50MPa到230MPa之間。物料的******密度和******壓力發(fā)生在兩輥?zhàn)又行倪B線處，這一階段稱之為“結(jié)團(tuán)階段”。
3、反彈區(qū)分析
即輥?zhàn)幼钚￠g隙S處以下區(qū)段，在輥面上沒有了作用力，物料開始恢復(fù)膨脹。反彈區(qū)大小用恢復(fù)膨脹角/表示，這個(gè)區(qū)的大小取決于在擠壓過程中儲存的彈性應(yīng)力的大小。在反彈區(qū)內(nèi)，任一層面內(nèi)的垂直速度都與壓力區(qū)末端邊界上的速度相等。反彈區(qū)的恢復(fù)角Y一般為3°~9°。
粉體經(jīng)過輥壓后相對密度大幅度增加，單位質(zhì)量的粉體所占體積明顯減小，說明輥壓過程中粉體經(jīng)歷了顆粒靠攏和重排、顆粒間空隙減少并伴隨氣體逸出、顆粒變形使彼此接觸面積增大等一系列過程，由于顆粒在輥壓力作用下發(fā)生變形甚至破裂，最終互相咬合、聯(lián)結(jié)，形成具有一定強(qiáng)度的壓實(shí)的團(tuán)塊。
為了得高堆密度、高抗壓強(qiáng)度的粒狀V2O3，輥壓過程中采用 低轉(zhuǎn)速、窄寬度 、大喂料預(yù)脫氣的工藝。成型后的板塊V2O3經(jīng)破碎整粒后進(jìn)入振動篩，篩選分級，篩上的顆粒就是成品高密度氧化釩，而篩下粉末用輸送設(shè)備送回料倉，再次造粒。篩上氧化釩密度可達(dá)到2～2.1g/cm3，堆密度增加顯著;
結(jié)論
1、 粉狀三氧化二釩采用干法輥壓造粒工藝，可以獲得堆密度較高的產(chǎn)品。
2、為了得到高堆密度、高抗壓強(qiáng)度的粒狀V2O3，造粒過程中采用低轉(zhuǎn)速、窄寬度 、大喂料預(yù)脫氣的工藝，并施加6MPa的油缸壓力，粉狀的V2O3堆密度由 0.6～1.2 g/cm3提高到2～2.1g/cm3，密度增加顯著。
3、使用粉劑三氧化二釩時(shí)，釩合金產(chǎn)品收率為89%～92% ; 造粒后，高密度氧化釩以較好的抗氣流作用和較好的爐料接觸反應(yīng)性能，可使釩合金產(chǎn)品收率提高到94%～97% ，且采用高堆密度氧化釩冶煉釩鐵有利于釩鐵晶體品質(zhì)的提高
