球团理论与工艺 Theories and Processes of Pelletizing 华 嵩 2014-4,铁原料预配料,中和混匀,配料,圆筒干燥,造球,干燥预热,焙烧,冷却,制煤,卸船机,宝钢原料码头,堆料机,取料机,取料机,配料室的圆盘给料机,圆盘造球机,圆筒造球机,圆盘造球机盘面,烧结机,烧结机台车,烧结主厂房,烧结大烟道,竖炉,链篦机-回转窑,环冷机,高炉,转炉,0 概述 (Brief Introduction),0.1 造块（Agglomeration） 1）定义(Definition)： 将粉状物料经过一定的加工，变成在机械性能和冶化性能 可满足下一步加工工序要求的人造块状物料的过程 产品称人造块矿、人造富矿或熟料(Agglomerate),2）特点(Characteristics)： ① 粒度增大（粉状、细粒 变成 粗粒、块状)-size enlargement ② 机械（性能）强度改善-improvement in mechanical strength ③ 冶金、化学性能得到改善（grade, detrimental impurities and reducibility） 3）分类(Classification ) ： 按固结机理分为— 烧结法（sintering） 球团法（pelletizing） 压团法（briquetting）,生球,预热球,焙烧球,成品球,铁精粉,膨润土,0.1.1 烧结法（sintering） 1）定义(Definition): 粉状物料（粉矿或精矿）进行高温加热，在不完全熔化的条件下粘结成块的方法。
产品为烧结矿（sinter） 酸性烧结矿（R1.6） 2）特点(Properties): ① 烧结所需热量由配入混合料内的焦粉与通入料层中过剩空气反应燃烧而提供: heat comes from the combustion of coke breeze in sinter bed with air sucked through. ② 烧结矿主要靠高温下产生的液相冷却时粘结而成，扩散粘结仅起次要作用: liquid phases play roles in bonding ③ 烧结矿形状多孔、不规则: porous and irregular shape sinter,0.1.2 球团法（pelletizing） 1)定义：细磨物料经加水润湿，在专门的造球设备 上滚动而成球（生球），生球再经高温焙 烧固结成成品球产品称为球团矿（pellets） 2）特点 ① 球团焙烧所需热量主要由球团外部外部气体或固体燃料 燃烧提供 ② 球团法固结主要靠固相固结起作用，液相粘结相少 ③ 球团矿粒度均匀，强度高、还原性好,0.1.3 压团法(Briquetting) 1)定义：粉状物料在一定外压力作用下，使之在模 具中受压，形成具有一定形状和尺寸的团 块的过程。
产品称为团块（briquettes） 2）特点 ① 团块强度主要由添加的粘结剂或粉状物料本身具有的 粘结物保持 ② 成型后团块（生团块）一般还需要某种固结过程，而化 学组成和矿物组成基本上保持原矿特性,0.1.4 球团分类,＊根据球团矿固结温度和气氛的差异 ： 氧化球团矿 冷固球团矿 金属化球团矿 ＊根据球团矿的碱度 酸性球团矿 熔剂性球团矿(添加熔剂）,0.1.5 铁矿氧化球团生产方式,竖炉法 带式焙烧机法 链篦机一回转窑法 酸性球团矿烧结机焙烧新工艺,,0.2 其它有关概念 1）炉料 (burden,charge)：凡供冶炼用的原料 (natural lump ores,agglomerates,coke and fluxes） 2）生料（green materials）： 未经高温处理的直接供冶炼用的炉料-lump ores, cold bonded pellets 3）熟料（agglomerated materials)： 在入炉前经高温处理的供冶炼用的炉料 4）熟料比（the ratio of agglomerated materials)： 入炉冶炼的含铁原料中，熟料所占重量百分比 要提高大型高炉冶炼的综合效益，前提是提高入炉原料的熟料比,废钢,电炉,连铸,电炉炼钢短流程,传统流程或短流程,球团都是工艺流程中不可缺少的一个重要环节,0.3 球团的重要性,0.3.1 高炉生产对入炉原料的基本要求,★品位高、杂质少、化学成分稳定：高炉入炉原料含铁品位 每增加1%，焦比降低2%，产量提高3% ★强度好、粉末少、粒度均匀 ：入炉矿中小于5毫米的粉末每 减少10%，可使高炉增产6-8%；6-50毫米的每增加10%，焦比可降 低l.8% ★易还原、低温还原粉化少、高温性能好：入炉原料的还原 度提高10%，焦比可降低8～9%。
入炉原料中氧化亚铁含量降低 1%，焦比降低1%,第一 技术角度上对球团炉料的需求,0.3.2 生产球团矿优势,1）铁品位高、有害元素少 通过选矿一球团工艺，就可大部分或部分除去原料中有害元素，这就既保证了冶炼产品质量，又起到了保护冶炼设备的作用 2）生产球团矿能扩大炼铁原料来源 钢铁企业或化工企业中有大量的副产物，如高炉炉尘、轧钢皮、铸铁屑、炼钢炉渣以及硫酸渣等,可以将这些“废弃物”进行分选或直接加入到球团矿生产的原料中 3）生产球团矿能扩大冶炼燃料的来源 逐步使用丰富的无烟煤粉部分或全部替代气体燃料或液体燃料,0.3.3 高炉炉料结构要求, 高碱度烧结矿具有冷态强度高和高温还原性能好等优点 ,但属于碱性炉料 天然块矿和氧化球团矿是常用的酸性炉料, 天然块矿是一种生料,且资源日渐减少,热爆性能远比球团矿高 氧化球团矿是高炉冶炼的“顺气丸”:具有铁品位高、有害元素少、粒度组成均匀、冷态强度高及无热爆现象特点，在合理炉料结构下对高炉冶炼是十分有利的,*沙钢曾配到70%pellets,高碱度烧结矿与氧化球团矿搭配使用的炉料结构对高炉 增产节焦、降低生产成本取得明显效果,欧盟高炉炼铁时球团矿的用量在1996年就普遍达到20%以上, 最高达70% 瑞典的SSAB 厂为了实现精品战略,高炉采用几乎100%的球团矿, 高炉利用系数达3.15t/ (m3·d),综合燃料比457kg/t,渣量仅为146 kg/t 国内的高炉炉料结构中, 球团矿用量也呈现出上升趋势, 沙钢配用了70 %的球团矿,而截止2006年底,我国球团矿产量约为8000 万t/a 以上,仅占炉料比例的15%,进口球团矿在2000万吨/年左右.,第二 市场角度对球团炉料的需求,球团生产的发展(Development of pellet production),Processes: Shaft furnace Grate kiln Straight grate,Productivity: 国内： 70% shaft furnace 24million tons 24% grate kiln 15 million tons 6% straight grate 3.25 million tons 国外： 26.17% grate kiln 8060万吨 66.43% straight grate 2.05亿吨 7.4% shaft furnace 2300万吨,0.4 球团工艺发展现状及前景 (Present Situation and Prospect of Pelletizing),0.4.2 国内球团法发展史,1）研究：1958年中南大学（原中南矿冶学院）等高校开始球团实验，1959年在鞍钢开展隧道窑工业试验。
武钢将烧结机改为带式焙烧机 2）竖炉：1968年第一座8m2竖炉在济钢建成，截止２００３年有６３座竖炉在生产 ３）带式焙烧机：仅有两台，包钢（１９７３年日本引进，162m2,110万吨/年）；鞍钢（１９８９年，澳大利亚引进，321.6m2，200万吨/年） ４）链箅机-回转窑：发展较晚，78年在沈阳立新铁矿链篦机(1.8x20.5m),回转窑(2.5x24m)试验装置，承德、南京和首钢相继改造，９０年代前才４条生产线，目前超100万吨/年有２8条以上．,原料性能分析(实验室) 1. 铁精粉性能研究 1)化学成分分析 2) 粒度组成 3)比表面积分析: 布莱恩法（透气性法）； 4) 颗粒形貌分析; 5) 堆密度、真密度和孔隙率； 6) 铁精粉堆积角; 7) 最大分子水、最大毛细水, 成球性指数； 8)表面亲水性； 9) 原矿矿相分析； 10) 磨矿功指数 2. 膨润土性能 1)化学分析 2)物理性能:吸蓝量, 胶质介, 吸水率, 膨胀容, 蒙脱石含量, pH 值, 粒度组成 (＜200目, ＜325目),第一章 原料准备,铁矿球团的原料主有两大类： 一种是含铁原料 另一种是粘结剂和添加剂,燃料三种: 气体燃料 液体燃料 固体燃料 磁铁矿球团焙烧过程中所需热量部分由磁铁矿氧化放 热提供、部分由燃料燃烧提供；赤铁矿则全部由燃料 燃烧提供,,1.1 原料性能及技术要求,一、对进厂原料的质量要求,铁精矿品位不低于64-65%，TFe波动范围一般要求小于±0.5% （在我国现行的标准中，球团矿铁品位(TFe)65%才属一等品） 精矿的粒度和比表面积一般是在1500～1900cm2/g，小于0.074mm的含量85% 精矿最佳水分一般比适宜的生球水分低1-2%，水分的波动不应超过其最佳水分值的±0.2% 精矿的软化开始温度与软化温度区间的波动范围是1250～1370℃,精矿的化学成分、水分、粒度及表面亲水性等是决定造球与球团焙烧条件和成品球团质量的主要特性,1）对含铁原料的质量要求：,2）对粘结剂的质量要求 ：,粘结剂种类：膨润土、消石灰、白垩、酒糟、淀粉等 膨润土便宜，效果好，是最主要的球团用粘结剂 国外膨润土的用量一般为精矿量的0.5～0.8%，国内一般设计球团厂的膨润土添加量为2%， 膨润土的主要参数包括：蒙脱石含量、吸水率、膨胀容、阳离子吸附及交换量、胶质价、-0.074mm粒级含量及水份,表1 球团矿用膨润土质量标准,3）对熔剂的质量要求 ：,球团矿的生产中，根据炼铁生产需要，可添加碱性或酸性熔剂，常用的熔剂有石灰石、白云石、蛇纹石、橄榄石或上述熔剂的焙烧产品(如轻烧白云石)等。
对熔剂质量总的要求是：有效成份含量高，硫、磷等有害杂质少，粒度和水分适宜,碱性氧化物（CaO+MgO）的含量要高 石灰石的CaO含量一般为50～54%；白云石的CaO+MgO含量一般为42～45% 硫、磷等杂质含量要低 含S一般为0.01～0.08%，P为0.01～0.03% 粒度和水分适宜 生产熔剂性球团时，石灰石粒度应当与精矿粒度一致并应保证焙烧过程中石灰石与精矿所含铁氧化物和脉石组分互相作用，同时还应考虑脉石中的CaO含量；石灰石、白云石或菱镁石进厂时水分不要超过3%,4）对燃料的质量要求 ：,球团焙烧所使用的燃料包括气体燃料、液体燃料和固体燃料 竖炉和带式机使用发生炉煤气、高炉煤气 链篦机一回转窑使用重油或无烟煤粉,表2 发生炉煤气用煤的质量要求,表3 链篦机一回转窑法用固体燃料质量指标（美国）,表4 重油质量标准,表5 冶炼不同铁种的高炉煤气成分与热值,表6 钢铁企业自用焦炉煤气质量指标（g•m-3）,*热值基本在16000KJ/m3以上,二、含铁矿石,1.1 原料性能及技术要求,用于造球的含铁原料绝大部分是铁精矿，可分为磁铁 矿、赤铁矿和褐铁矿精矿， 二次含铁原料，如转炉污泥、硫酸渣分选后的精矿,磁铁矿,磁铁矿石是未风化和未氧化的变质沉积矿床中或岩浆地区交代矿床中的主要含铁矿物。
这种矿石的含铁量从铁英岩的20～50%到岩浆矿的65%不等 为了衡量磁量铁矿的氧化程度，通常以全铁（TFe）与FeO的比值（2.7，3.5）来区分比值越大，说明铁矿石的氧化程度越高 一般开采出来的磁铁矿石含铁量为30～60%，当含铁量大于45%，粒度大。