球团矿生产原理和工艺

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1、第三章球团矿生产原理和工艺 球团生产的意义和特点 球团矿是细磨铁精矿或其它含铁粉料造块的又一方法。它是将精矿粉、熔剂（有时还有粘结剂和燃料）的混合物，在造球机中滚成直径815mm（用于炼钢还要大些）的生球，然后干燥、焙烧，固结成型，成为具有良好冶金性质的优良含铁原料，供给钢铁冶炼需要。球团生产的意义和特点 1912年瑞典A.G.安德逊（Andson）首先提出球团 问题。 1948年美国在小高炉上冶炼球团试验成功，本世纪 50年代在世界发展起来，形成工业生产规模， 6070年代发展很快。 1957年世界球团生产能力为1000万吨， 1972年为13600万吨，1978年达26000万吨，1985

2、 年约38000万吨。 我国只生产酸性球团，年生产能力在1300万吨以上 ，1999年实际生产球团矿1224万吨，仅占高炉炉 料的7左右，缺口须从国外进口。烧结与球团的区别烧结和球团都是粉矿造块的方法。但它们的生产工艺和固结成块的基本原理却有很大区别，在高炉上冶炼的效果也有各自的特点。烧结与球团的区别主要表现在以下几方面：烧结与球团的区别1富矿短缺，必须不断扩大贫矿资源的利用，而选矿技术的进步可经济地选出高品位细磨铁精矿， 其粒度从-200网目（小于0.074mm）进一步减少到 -325网目（小于0.044mm）。这种过细精矿不益于烧结，透气性不好，影响烧结矿产量和质量的提高 ，而用球团方法处

3、理却很适宜，因为过细精矿易于 成球，粒度愈细，成球性愈好，球团强度愈高。烧结与球团的区别2成品矿的形状不同：烧结矿是形状不规则的多 孔质块矿，而球团矿是形状规则的1025mm的球 球团矿较烧结矿粒度均匀，微气孔多，还原性好， 强度高，且易于贮存，有利于强化高炉生产。 3适于球团法处理的原料已从磁铁矿扩展到赤铁 矿、褐铁矿以及各种含铁粉尘，化工硫酸渣等；从 产品来看，不仅能制造常规氧化球团，还可以生产 还原球团、金属化球团等；同时球团方法适用于有 色金属的回收，有利于开展综合利用。烧结与球团的区别4）固结成块的机理不同：烧结矿是靠液相固结的，为了保证烧结矿的强度， 要求产生一定数量的液相，因此混

4、合料中必须有燃 料，为烧结过程提供热源。而球团矿主要是依靠矿 粉颗粒的高温再结晶固结的，不需要产生液相，热 量由焙烧炉内的燃料燃烧提供，混合料中不加燃料 。烧结与球团的区别5）生产工艺不同：烧结料的混合与造球是在混合机内同时进行的，成 球不完全，混合料中仍然含有相当数量未成球的小 颗粒。而球团矿生产工艺中必须有专门的造球工序 和设备，将全部混合料造成1025mm的球，小于 10mm的小球要筛出重新造球。 水分在造球过程中的作用 水分是使细磨物料成球的基本因素。没有水分的千料是不能成球的，只有加水润湿后才能使矿粉滚动 成球。 水分在细磨物料中以如下四种形态存在，各种形态 的水分在造球过程中的作用

5、也有所不同。 1）吸附水; 2）薄膜水; 3）毛细水; 4）重力水水分在造球过程中的作用 1）吸附水（强结合水）： 造球物料不仅粒度极细，比表面积大，而且颗粒表 面带有电荷，因此，在静电引力作用下具有偶极结 构的水分子被吸附在固体颗粒的表面形成吸附水层 。吸附水层的厚度在0.0020.008m之间。由于吸 附水和矿粒之间是靠分子吸引力结合的，因此被牢 牢吸附在颗粒表面，不能自由转移，只有在烘干时 才能变为蒸汽。因此，仅有吸附水，物料尚不能成 球。水分在造球过程中起什么作用？ 2）薄膜水（弱结合水）： 物料进一步被湿润，则在吸附水的外围形成薄膜水 。它是由形成吸附水以后剩余的未被平衡的分子力 所

6、吸引的分子水层。薄膜水距离颗粒表面较远，所 受的吸引力较小，因此水分子具有一定的活动性， 当两个矿粉颗粒靠近时，薄膜水可以从水层较厚的 颗粒表面向水层较薄的颗粒表面迁移。如图232 所示，具有不同厚度薄膜水的A、B两个矿粒相接触 时，接触点M处的水分子离A近些，因此被拉向A。水分在造球过程中起什么作用？ 吸附水和薄膜水合起来组成分子结合水，或称水化 膜。分子结合水由于受静电力和分子力的作用，水 分子排列紧密，具有很大粘滞性，使相邻的矿粉颗 粒不容易发生相对移动，并且当矿粉颗粒相距很近 时，可以形成公共的水化膜（如图232中ef阴影 部分），使颗粒彼此粘结，这就是细磨物料成球后 具有一定机械强度

7、的原因。各类物料的最大分子结 合水量列于表212。 物料达到最大分子结合水以后，在外力作用下表现 出可塑性，这时成球过程才能开始。水分在造球过程中起什么作用？ 3）毛细水： 当物料润湿到超过最大分子结合水时，水分开始充 填在物料颗粒之间的空隙中，形成毛细水。毛细水 是靠永的表面张力形成的，在矿粉颗粒的空隙中形 成弯曲的液面，产生毛细压力。在毛细压力和外力 的作用下，水滴周围的矿粉颗粒被拉向水滴的中心 ，形成小球。因此，物料的亲水性越强，颗粒越细 ，排列越紧密，毛细力的作用越大，成球速度也越 快。各类铁矿石及常用的添加物的最大毛细含水量 也列在表212中。成球过程中毛细水起主导作用 ，只有当物料

8、润湿到形成毛细水时，成球过程才有 较快的发展。水分在造球过程中起什么作用？ 4）重力水： 当矿粉完全被水饱和时，还存在重力水。它是在重 力和压力差的作用下能移动的自由水。由于重力总 是向下的，因此重力水总是向下运动。由于重力水 对矿粒有浮力作用，故对成球不利。所以，只有当 水分处于毛细水含量范围以内时，对矿粉成球才有 实际意义。 重力水和毛细水合称为自由水。而吸附水、薄膜水 、毛细水和重力水的总和称为全水量。 生球焙烧之前必须进行干燥 生球焙烧之前必须进行干燥处理，这对提高球团矿 的产量和质量都有十分重要的意义。未经干燥的生 球直接焙烧，在预热和点火时，由于加热过急，水 分蒸发过快，发生生球爆

9、裂现象一部分球团粉化 ，恶化料层透气性，焙烧时间延长，球团质量下降 ，废品率增加。所以生球干燥是整个球团矿生产过 程中非常重要的一环。应予充分重视。生球焙烧之前必须进行干燥 干燥是一个缓慢的汽化脱水过程，即在一定的升温 条件下，水分自生球的内部向外扩散并从表面汽化 脱去的过程。 生球的干燥由两个环节组成：生球表面水分的汽化 和生球内部水分向外扩散。当生球表面水分的蒸汽 压力大于周围干燥介质中的蒸汽分压时，生球表面 水分开始汽化。显然，蒸发面积大，干燥介质的温 度高，气流速度快，则表面汽化作用加快。生球焙烧之前必须进行干燥 生球内部的水分迁移服从导湿定律，包括导湿和 热导湿现象。导湿现象是由于生

10、球表面的汽化作用 使内部与表面之间产生湿度差，水分由较湿的内部 向较干的表面迁移而引起的。热导湿现象是导湿现 象的逆过程，是由于生球导热性不良使内部和表面 之间产生温度差，促使热端（表面）水分向冷端（ 内部）迁移而引起的。显然，热导湿现象的存在减 缓了生球的干燥过程。 经过一段时间的加热后。生球的内外温度趋于平 衡，此时生球的干燥主要受导湿现象的支配，内部 水分不断向表面迁移，表面水分不断汽化，直到表 面蒸汽压力与介质中的水气分压相等为止，至此干 燥过程结束。生球的破裂温度 生球在干燥过程中随着水分的蒸发体积收缩。因干 燥过程是从表面向内部扩展的，所以内外体积收缩 的程度不同，表面层的体积收缩

11、大于内部，于是表 面层受拉力，与拉力成45角的方向上又受剪力，内 部则受压力。当生球表面所受拉力和剪应力超过其 抗拉强度和抗剪强度极限时，生球就要破裂。这种 生球的破裂现象， 根据物料特性和升温速度的不同在不同的温度下发 生。升温过程中生球发生破裂的温度叫做生球的破 裂温度。 生球的破裂温度 1）为了提高下部球层的温度，采用先鼓风后抽风 的干燥措施，对提高生球热稳定性也是很有效的。 2）在生球料中加入亲水性好的添加物，以提高生 球的破裂温度，加速干燥过程。例如，加入0.5的 皂土后，生球破裂温度由175提高到450500 ；而加入1皂土和8石灰石的混合添加剂后，可 提高到700。 3）采用薄层

12、干燥，减少水气在球层下部冷凝的程 度，以提高生球的破裂温度。 生球质量的检验指标 生球质量对成品球团矿质量的影响很大，因此对生 球质量提出了严格的要求。检验生球质量，有以下 几项指标： 1）粒度组成：用筛分法筛出如下各级别的粒度 组成：20mm；2010mm；10mm；10 20mm级别的粒度越多越好。 2）抗压强度：用天平法测出生球破裂时所加的 压力，取五个球的平均值作为生球的抗压强度指标 。要求生球抗压强度指标不小于1.52.0kg/个球。生球质量的检验指标3）落下强度：将单个生球从0.5m高处落到钢板上，反复跌落，直到生球破坏为止的落下次数，作 为生球的落下强度指标。测定时取10个球的平

13、均值 。要求落下强度不小于4次。4）生球的破裂温度：将生球放入预先升温的管 式炉中，从100开始加热，每升高25以后恒温 5min，到生球开裂时的温度作为破裂温度。要求不 低于350。 生球焙烧固结成球团矿的原理 生球经过干燥以后，虽然强度有所提高，但远不能 满足高炉冶炼的需要。为了使球团矿具有良好的冶 炼性能，必须进行焙烧。在焙烧过程中，根据生球 的矿物组成和焙烧制度的不同，生球内部的矿粒之 间发生不同的固结反应。对不加熔剂的磁铁矿生球 ，在氧化气氛和中性气氛中焙烧时， 磁铁矿颗粒之间发生四种固结形式： 生球焙烧固结成球团矿的原理 1）Fe2O3的微晶键连接： 磁铁矿生球在氧化气氛中焙烧时，

14、当加热到200 300就开始氧化形成Fe2O3微晶。由于新生的 Fe2O3微晶中原子迁移能力较强，在各个颗粒的接 触面上长大成“连接桥”（又称Fe2O3微晶键），使 颗粒互相连接起来（图233a）。在900以下焙 烧时，这种连接形式使球团矿具有一定的强度。但 由于温度低，Fe2O3微晶长大有限，因此仅靠这种 形式连接起来的球团矿强度是不够高的，例如一个 直径为16mm的球在900焙烧后只能承受15 45kg的压力。这是磁铁矿生球低温氧化焙烧的固结 特性。 生球焙烧固结成球团矿的原理生球焙烧固结成球团矿的原理 2）Fe2O3的再结晶： 当磁铁矿生球在氧化性气氛下继续加热到1000 1300时，磁

15、铁矿可全部转变成赤铁矿，而由磁铁 矿氧化形成的Fe2O3微晶开始再结晶，使一个个相 互隔开的微晶长大成连成一片的赤铁矿晶体（图2 33b），使球团矿具有很高的氧化度和强度。例 如，一个直径25mm的磁铁矿生球在12001300 下焙烧后，强度达到400kg/个球以上。生球焙烧固结成球团矿的原理 3）磁铁矿晶粒的再结晶： 磁铁矿生球在中性或还原性气氛下焙烧，当温度超 过900时，生球中的磁铁矿颗粒被保留下来发生 再结晶与晶粒长大，使颗粒互相连接起来（图2 33，C）。试验研究表明，磁铁矿晶粒再结晶的速 度比磁铁矿氧化形成的Fe2O3晶粒再结晶的速度慢 ，并且以磁铁矿再结晶的形式固结的球团矿强度低

16、 于Fe2O3再结晶的球团矿强度。因此，生产中应尽 量避免磁铁矿再结晶的固结形式。生球焙烧固结成球团矿的原理 4）渣相固结： 磁铁矿生球在还原性或中性气氛中焙烧时，Fe3O4 可与SiO2作用生成低熔点的2FeOSiO2液和，以渣 相固结的形式把生球中的颗粒粘结起来（图233 ，d）。由于2FeOSiO2在高炉冶炼中难还原，并 且它在冷凝时又很难结晶，常成玻璃质，性脆，强 度低，因此它不是良好的固结形式。为了避免这种 固结形式的出现，必须在不超过1300的氧化气氛 下焙烧，使Fe3O4完全氧化，并防止Fe2O3在高温下 分解形成 Fe3O4，而与SiO2作用生成2FeOSiO2渣 相。生球焙烧固结成球团矿的原理 当生球中含有CaO，在强氧化性气氛和1300以 下焙烧时，CaO可与Fe2O3作用生成CaOFe2O3粘 结相