高密度顆粒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、有金屬光澤的結晶粉末，具有剛玉結構的六方晶體，其熔點＞ 2000 ℃  。在用鋁熱法和電鋁熱法冶煉釩鐵合金和釩鋁合金時，先將部分三氧化二釩和鋁粉的混合物布在爐內，點火后，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，反應溫度 可達 到 2 000 ～ 3 000℃ ，在高溫條件下發(fā)生強烈的化學反應，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致較嚴重的氣、料飛揚，溢出爐氣的夾帶將造成昂貴氧化釩的冶煉損失。要想實現(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粉料并形成較大密度顆粒的經濟有效的方法。原料粉狀 V2O3堆密度為0.6 ～1.2 g/cm3，粒度d( 0.5) = 30.176 μm。經干法輥壓造粒后成品粒度 0.5 ～ 6cm，堆密度2 ～2.1g/cm3。

干法造粒特點為: 物料經強制壓縮成型，無需任何添加劑，產品純度得到保證; 干粉直接造粒，無需后續(xù)干燥過程、更有利于現(xiàn)有生產流程的銜接和改造; 顆粒強度高，堆密度的提高較其它造粒方式都更為顯著; 適應原料范圍廣，顆粒強度可根據(jù)不同物料自由調整; 可控制環(huán)境污染，減少粉體浪費和包裝成本，提高產品運輸能力。輥壓機工作原理，如圖所示，粉體從料斗連續(xù)喂入輥壓機，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，在這一點粉體開始受到磨輥表面摩擦力的驅動。單顆粒破碎物料迅速向下運動，粉體在垂直方向被加速，當物料達到平面B1B2處時，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，當物料被軋輥壓縮直至C1C2平面處時，間隙最小，壓坯密度達到值，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，物料通過D1D2平面以接近輥面圓周線速度呈密實板塊排出機外。

物料在輥壓機內，大體上經歷“滑移一層壓粉碎一結團”三個交互作用過程，依據(jù)此過程，將整個作用腔分為三個區(qū):個區(qū)域為滑移區(qū);第二個區(qū)域為壓力區(qū);第三個區(qū)域為反彈區(qū)。再將壓力區(qū)細分為兩個階段:階段為料層粉碎階段;第二階段為結團階段。

1)滑移區(qū)分析

在喂料機的上方預壓、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。當開始加載時，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，密實度提高，這一階段物料對輥子產生的壓力相對很小。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。

2)壓力區(qū)分析

（1)料層變形粉碎階段 如圖中的B1B2E2E1區(qū)域，物料層被密實后，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，這是由于壓力已經超過被密實礦物顆粒的顆粒強度，礦物顆粒開始

發(fā)生破裂。被壓碎的顆粒產生細粒或細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，認為物料垂直速度等于輥子線速度的垂直分量，且在任一水平層面內物料的質量是相等的。假設在這個區(qū)物料與輥面之間沒有相對滑動，物料只產生水平方向的變形，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換為塑性變形或剝落磨損。輥面及內部一定深處產生壓應力和拉應力，當應力超過輥面材料的疲勞強度時，輥面就形成裂紋。

（2)結團階段，隨著壓應力的繼續(xù)增加，物料變形量很小，趨近于零，壓力開始傳遞到物料床的內部，顆粒粉碎并產生微裂紋，料層在高壓應力下被緊密壓實形成板塊。此階段的壓力大致在50MPa到230MPa之間。物料的密度和壓力發(fā)生在兩輥子中心連線處，這一階段稱之為“結團階段”。   

3)反彈區(qū)分析，即輥子最小間隙S處以下區(qū)段，在輥面上沒有了作用力，物料開始恢復膨脹。反彈區(qū)大小用恢復膨脹角/表示，這個區(qū)的大小取決于在擠壓過程中儲存的彈性應力的大小。在反彈區(qū)內，任一層面內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)的恢復角Y一般為3°~9°。 粉體經過輥壓后相對密度大幅度增加，單位質量的粉體所占體積明顯減小，說明輥壓過程中粉體經歷了顆?？繑n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，形成具有一定強度的壓實的團塊。

為了得高堆密度、高抗壓強度的粒狀 V2O3，輥壓過程中采用 低轉速、窄寬度 、大喂料預脫氣的工藝。成型后的板塊 V2O3經破碎整粒后進入振動篩，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備送回料倉，再次造粒。篩上氧化釩密度可達到 2 ～2 .1 g / cm3，堆密度增加顯著。

結論

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品。

2)為了得到高堆密度、高抗壓強度的粒狀 V2O3，造粒過程中采用低轉速、窄寬度 、大喂料預脫氣的工藝，并施加6MPa的油缸壓力，粉狀的V2O3堆密度由 0.6 ～ 1.2g /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，釩合金產品收率為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性能，可使釩合金產品收率提高到 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的提高。