丁贺的球团矿的制备和性能测定

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1、球团矿的制备和性能测定窗体顶端窗体底端球团矿的制备和性能测定一、 国内外球团矿的发展球团矿是一种优良的高炉炼铁原料,我国的铁矿资源本适合生产球团矿,但 是由于历史的原因,却走上了细精矿烧结的道路,上世纪 80 年代中期宝山钢铁 公司的 1 号高炉投产,改变了我国传统的细精矿烧结工艺,其后随着钢铁工业快 速的发展,国产精矿不能满足需求,进口粉矿逐年增加,目前就全国范围而言, 细精矿在烧结配料中已经不占主导地位。球团矿在我国高炉炉料中的比例逐年升 高,进入 21 世纪,链篦机一回转窑工艺发展迅速,2007 年球团矿的产量可以达 到 l 亿吨左右,加上进口的球团矿大约 13 亿吨,在全国高炉炉料中的

2、比重平 均 16左右,在可以预见的将来,烧结矿依然是我国高炉的主要原料,球团矿必将持续发展。各钢铁厂的情况不同和矿源不同决定了其不同的高炉炉料结构。日本、韩国 高炉以烧结矿为主, 因为其主要铁料是国际上购买的粉矿, 适宜生产烧结矿。 北 美高炉以球团矿为主, 因为其矿源多为细精矿, 适宜生产球团矿。 欧盟由于环保 要求, 烧结厂的生产和建设受到了严格的限制, 为了进一步改善高炉炼铁指标, 充分发挥球团矿在高炉炼铁中优越的冶金性能, 因而以球团矿为主。 欧美高炉球团矿使用比例一般都较高, 个别的高炉达 100 %。其中一部分高 炉使用熔剂型球团矿, 如加拿大 Algoma7 号高炉熔剂球团矿比例

3、达 99 % , 墨西 哥 AHMSA 公司 Monclova 厂 5 号高炉熔剂球团矿比例为 93 % , 美国 AKSteel 公 司 Ashland1KY 厂 Amanda 高炉熔剂球团矿比例为 90 %以上; 另一部分高炉以酸 性球团矿为主, 配比一般在 70 %以上。欧洲高炉中, 瑞典、英国和德国的部分 高炉球团矿的比例很高。 亚洲国家的高炉一般以烧结矿为主, 高达 70 %左右。日本高炉炉料结构的 特点是烧结矿比例高且一直比较平稳,而球团矿比例自 1979 年以来一直在下降, 块矿比一直在上升。高炉炉料中高碱度烧结矿比例维持在 71%76.% , 用 量一直比较平稳。球团矿比例自

4、20 世纪 70 年代初至 1979 年达到了高峰, 为 14 % , 此后逐年下降至现在的 10 %以下。典型的如新日铁 4 号高炉的炉料结构, 烧结矿占 70 % ,球团矿占 10 % , 和歌山 4 号高炉使用 75 %80 %的烧结矿, 巴 西块矿占 20 %。只有神户制钢神户厂于 1998 年由于烧结机老化停止生产才开始 在高炉中采用高比例球团矿的炉料结构,球团矿配比达 70 %以上。韩国浦项光 阳厂的高炉炉料结构中烧结矿为 74 %,球团矿为 11%。 我国因各钢铁厂情况不同, 高炉使用球团矿的比例很不相同。宝钢高炉的 铁料来源与日本大多数高炉相似, 所以其炉料结构也与日本大多数高

5、炉相似, 烧结矿 74.15 % ,球团矿8% , 块矿 17 %。二、球团矿生产技术 (一)、 粉矿造球 1、细磨物料成球机理 加水湿润矿粉是使矿粉成球的基本条件。水在矿粉中存在有四种形态:吸附 水、薄膜水毛细水和重力水 吸附水:细磨矿粉表面由于具有过剩能量,并通常带有电荷因此可以吸附 吸附水 具有极性的水分子而中和表面的电荷结果在颗粒表面形成一吸附水层,这层水 叫吸附水一般亲水性强和粒度细的物料对分子水的吸附能力也强。吸附水层虽 然很薄,但其作用力很大,它不能在颗粒表面自由移动。这是使生球具有足够强 度的原因之一。薄膜水: 在吸附水周围形成薄膜,薄膜水的形成是由于形 薄膜水:进一步湿润物料

6、时, 成吸附水后剩下的末被平衡掉的分子力的作用,因此薄膜水和颗粒表面的结合 力,比吸附水和颗粒表面的结合力弱得多。在分子力的作用下,薄膜水有从 1 个颗粒表面迁移至另一颗粒表面的能力。亲水性强的物料具有较厚的薄膜水 吸附水和薄膜水合起来组成分子结合水,它在外力作用下和颗粒一起变形, 并且分子水膜使粒彼此集合。当矿粉含水量达到最大分子结合水后,成球过程才 明显地开始。 物料湿润程度超过其最大分子结合水时,矿粉中形成毛细水,这时为水所充填的 矿粉间的空隙可视为大量的毛细管 毛细水和矿粉间结合强度决定于毛细压力的 大小,它用下式表示: h2cos/gr 式中 h毛细管中液而的高度,(即毛细压的大小)

7、,厘米; 液体的表面张力,达因厘米: r毛细管平均半径,厘米; 液体密度,克厘米; 湿润角,度; g重力加速度,压米秒 由式可见,液体表面张力愈大,物料亲水性愈强,(即湿润角 越小),液 体密度愈小、毛细管直径愈小(颗粒细和接触紧密)时毛细力越大,愈易成球,这 是造成生球强度的主要因素之一物料颗粒在毛细水的毛细压力作用下,被拉向水滴中心,形成小球,毛细水 起主导作用,这就是矿粉成当物料完全被水饱和时,还存在着重力水,它在自身 重力作用下发生迁移。此时的含水总量亦称为全水量重力水对造球不利,易引 起生球强度降低和变形 铁矿粉加水混合后用滚动方式成型,成球过程分为三个阶段:形成母球;母 球长大和长

8、大后的母球进一步紧密。 形成母球: A 颗粒表面形成水膜; 温 B 形成母球 母球形成过程可分为: 矿粉被温润, 润矿粉彼此相接触,由于液体表面张力作用形成液铤;C矿粉在造球机内运动。 使含有一个或数个矿粒的各个小水珠相互结合, 形成了最初的硫松的料团, 物 D 料继续加水,使疏松科团内孔隙逐渐为水所填充直至全部充满 5E水尚未均匀 的裹住整个料团 ZF在外力作用下,科团内过多的毛细水被挤到表面,使水裹 住整个料团,形成团球(造球核心)。 母球长大:在母球形成之后,紧接着就是它的长大而母球表面上的水靠毛 母球长大 细力的作用将周围的矿粉聚到母球的表面,使母球长大这种滚动压紧,从母球 中挤出水分

9、到表面, 再依靠毛细力聚集周围矿粉的过程重复多次致使母球逐渐长 大但这种靠毛细力结合的生球强度是不大的,还必须经过密结阶段 球的毛细力理论。 长大后的母球进一步紧密: 长大后的母球进一步紧密 在波动等外力作用下, 使长大的生球变得更密实, 排除毛细水,使毛细管直径更小毛细力增大,生球强度提高。当毛细水全部徘 出。颗粒内靠吸附水结合时,生球强度最大如果喷水过多,生球表面过湿,不 仅影响毛细水排出,使强度降低,同时还会产生生球互相粘结现象 2、对生球的质量要求 为了保证焙烧过程的顺利进行和球团的质量,要求生球有均匀的粒度、较 高的机械强度(抗压和落下强度)和高的热稳定性以及合适的水份 生球粒度一般

10、为 1015 毫米,粒度过大不仅使造球机生产能力降低,而且 对强化焙烧过程及高炉冶炼也是不利的。 抗压强度(即荷重试验生球开始碎裂时所负荷的重量),一般要求不小于 152o 公斤球采用竖炉法进行焙烧时,为了保证生球承受料柱压力而 不破碎,要求生球有更高的抗压强度 落下强度,一般要求从 o5 米(有的为 1 米)高处落于钢板上不碎的次数大于 4 次。若落下强度不够,生球在运输过程中大量破碎,产生粉末,会严重恶化焙烧 过程。 生球合适水份是保证获得质量好的生球的重要条件,其值决定于原料条件,要 通过试验来确定,一般为 9 一 12 生球热稳定性通常用生球的“破裂温度”来表示 它是生球在加热干燥时发

11、 生破裂的温度。提高生球的破裂温度对强化生球的干燥过程有很大意义。破裂温 度愈高愈有利于加速干燥过程 3、影响造球过程的因素 1)原料性质 原料性质 原料的亲水性、孔隙度和颗粒形状是影响滚动成球的重要因素。矿粉亲水性 强弱顺序:褐铁矿最大,赤铁矿次之,磁铁矿最差脉石对铁矿物的亲水性也有 很大影响,甚至可以改变上述顺序。亲水性强的矿粉比亲水性弱的容易成球。2)原料粒度 原料粒度 原料粒度愈小,组成愈不均匀,生球长大愈快,强度越好。 根据成球理论可知:粒度愈小,比表面愈大,毛细管愈小;粒度组成不均匀,矿 粉颗粒愈易形成密集的堆集体。这些都能增强分子力、内摩擦力和毛细力,使生 球强度提高因此,物料粒

12、度不仅要细,而且粗细粒比例要合适。 造球附加物的粒度对造球也有很大影响附加剂粒度过粗将分布不均(因为附加 物用量都比较少),因此,要求附加物也应具有一定的细度如皂土200 目的 应占 70以上。3)原料湿度 原料湿度 原料的湿度对造球影响很大用来造球的物料含水量不应过大,否则生球大 小不均,容易变形和相互粘结,这和生球含水量过大有同样问题 原料水分不足也不能获得优质生球, 同时成球缓慢, 影响设备生产能力的提高。 因此要求原料和生球有合适的水分,并尽量缩小其波动范围(一般要求 05)生球含水量因原料性质而异,磁、赤铁矿的生球适宜含水量为 810,褐铁矿为 2025。并且原料粒度愈细和加入粘结剂

13、,能使适宜水份 升高 为了获得适宜的生球含水量,应控制原料的原始水分,使其较合适水分低 23为好 4)添加剂的影响 添加剂的影响 添加剂对改善物料的成球性,提高生球强度起着重要作用,因此得到生产的 广泛应用添加剂,一方面能提高造球物料的亲水性和增加比表面积,另一方面 可提高物料颗粒间的粘结力和内摩擦力,提高生球强度一般,凡是表面分散性 大,难溶、亲水性好,具有天然胶结性能的物质均可做为添加剂如皂土 (AI203.4si02.H20+nH20),消石灰(Ca(OH)2)和石灰石(CaCO3)等。 消石灰是一种亲水性很好,并具有天然胶结能力的添加剂加入消石灰可以 提高物料粘结力,提高生球强度和破裂

14、温度,使生球质量明显提高但消石灰不 能过多的使用, 不然由于物料堆比重减小 ,空隙度增加, 使毛细水排除速度减慢, 成球速度降低。对消石灰含水量也要控制,水份过少,污染环境,过大混合不均 匀,造球效果差一般要求其含水量为 18 土 2。 石灰石也是亲水性物质,表面组糙,因此添加石灰石粉能增加颗粒内的排列紧密 程度及其内摩擦阻力;但石灰石不像消石灰那样明显地降低物料的比重,可见二 者应配合使用对造球更为有利另外,Ca(OH):和 CaCO;也是生产自熔性和高 碱度球团的必需物质实践表明,添加 5CaO,能使生球破裂温度从 175 提高 到 350。 皂土又名为膨润土,是一种高度分散的粘土胶粒,亲

15、水性强它的比表面积比一 般粘土大 7 倍,在水中泡胀能吸收 700的水它是一种效果好的添加剂,加入 0.2505即可提高生球强度 40 一 60,干燥破裂温度可以从 175提高到 456500但皂土与消石灰相比价格较贵,又影响球团品位不宜过量使用 生石灰也是一种粘性强的物料,特别是当原料水份过大时,使用生石灰可降 低水分,改善造球过程 5)工艺操作对成球的影响(简) 工艺操作对成球的影响( 工艺操作对成球的影响 球团生产目前多用园盘造球机下面所讨论的影响因素都是针对园盘造球机而 言的 A)加水和加料方法 B)造球机的转速和倾角 C)园盘边高和容积充满率 D)底料和刮板 E)造球时间 F)生球尺寸 G)物料和工作面温度 (二)、生球干燥 生球在焙烧前需干燥脱水,以防焙烧时迅速加热到高温,产生破碎,恶化焙 烧过程和产品质量 相中水气压时表面水不断蒸发,被废气带走,此时生球内外产生湿度差。 在这种湿差作用下,内部水分不断向外扩散,使整个生球湿度不断降低因此, 加热气愈干燥(蒸汽分压愈小)、温度愈高,气流速度愈大,则干燥的速度愈快。 随着生球水分的脱除,生球产生不均匀收缩由于表面水去除多,收缩量大于平 均值,产生拉力;而中心收缩量小于平均值,产生压力当表面的拉应力超过其 极限抗压强度时,则产生裂纹,使生球强度降低,甚至碎裂因此,干燥速度愈 快,愈易引起生球的破裂,这

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