球团成球原理及生球质量检验.doc

球团成球原理及生球质量检验球团成球原理及生球质量检验(pelletizing process and green ball quality inspection)球团矿靠滚动成型。被水润湿的矿粉在滚动过程中靠毛细引力、分子引力、摩擦力等作用形成一定粒度的生球，并使生球具有一定强度。生球的粒度、水分、机械强度和热稳定性等影响下一步焙烧作业，并关系到球团矿成品的产量和质量。生球强度理论 干燥的矿粉一般都具有亲水性，在颗粒表面分子力作用下，水分子被吸附在矿粒表面。由于分子引力的作用，在吸附水外层又形成一层薄膜水，薄膜水内层靠近颗 粒，受其吸力作用较强，称强结合水，它与吸附水称为最大分子水，可使粉料成形，但仍不具塑性。薄膜水的外层更接近于自由水，可以在外力作用下发生塑性变 形。当矿粉被水润湿其量超过薄膜水时，在颗粒间出现毛细水，开始为触点态，使颗粒连接起来(图1a)；进一步润湿时则呈蜂窝态，在水的 表面张力及外力作用下，颗粒靠拢(图1b)；继续润湿出现饱和态毛细水，使颗粒之间产生最大的毛细力。毛细引力的大小可由下式表示： (1)式中y为水的表面张力，Nm；s为矿粉的比表面积，m2kg；为液体密度，kgm3；为气孔率。矿粉粒度愈细，s则愈大，愈小，则产生的毛细引力愈大。图2示 出毛细水的充填率对生球强度的影响，当饱和态毛细水出现时，水的充填率达到O8O9 时，毛细引力最大，球团的抗压强度最高；当触点态毛细水出现时，水的充填率很低(为0.4以下)，毛细引力下降、抗压强度下降(根据计算只有最大毛细引力 时抗压强度的35)。当水的充填率达到1时，即过饱和时，则球团表面便产生水膜，此时毛细引力已不存在，球团抗压强度也很弱了。生球的抗压强度主要决定 于颗粒之间气一液相的表面张力所引起的毛细引力。其他静电吸力、范德华力的影响都是很小的。但有人认为分子力的作用不可忽视。生球成球过程 矿粉成球过程首先是矿粉成核，然后生球长大，生球进一步密实。这些过程在生产中发生于同一造球机中。矿粉成核 矿粉颗粒被水润湿到一定程度，依靠毛细水的作用，使多个颗粒连接起来成为松散的集合体。在机械外力作用下，此颗粒集合体内部颗粒重新排列，进一步密集，形 成比较坚实稳定、粒度较均匀的小球，称为母球，这是成核期生球成球的第1步。母球形成表示颗粒聚合在力学上的一个稳定形状，但它内部包含固体、液体和气体 3个相。它的稳定性取决于矿粉的粒度、粒度组成以及颗粒的形状和亲水性。生球长大 母球在滚动过程中彼此碰撞，使内部颗粒间的毛细管收缩，其中毛细水由蜂窝状变为饱和状，一部分水被挤到母球表面。此时母球以3种机理长大：(1)聚合机理，母球水分较高，而且塑性较好，它们相互结合在一起，使母球迅速长大(图3a)；(2)成层机 理，表面含水较高的母球在滚动中不断粘结新加入的物料颗粒，使母球长大(图3b)；(3)磨 剥转移机理，在生球滚动过程中有少数由于强度不够或水分低而形成碎片，粘附于另一球上(图3c)。生球长大过程中，这3个机理都存在，以何种机理为主，决 定于原料的性质及造球的工艺条件。生球进一步密实 当母球长大到要求的尺寸时，停止加水润湿，生球在造球机内继续滚动。由于机械外力的作用，物料颗粒相互靠近，毛细管直径缩小。颗粒间的毛细引力、分子作用力以及摩擦阻力综合作用，使生球具有很高的机械强度。影响成球的因素 原料的自然性质、粒度及粒度组成、水分、添加物、造球工艺等因素都影响成球的作业，进一步影响生球的质量。原料的自然性质 颗粒表面的亲水性及颗粒形状的影响最大。颗粒表面亲水性愈高，薄膜水及毛细水含量愈高，成球就愈好。表1列出不同矿粉及黏结剂的最大分子水及毛细水的含量。物料的成球性可用成球指数K来表示。 k=Wf/(Wm-wf)式中Wf为生球的最大分子水含量，；Wm为生球的毛细水含量，。K=0.20.35的物料属弱成球性，K=0.350.60属中等成球性，K=0.60.8属良好成球性，K0.8属优等成球性。从表可知，褐铁矿成球性最优，磁铁矿成球性属中等。 原料的粒度及粒度组成 原料的粒度小，比表面积大，成球性好。原料具有合适的粒度组成可使颗粒排列紧密，毛细管平均直径小，颗粒之间结合力大。各种原料都有其合适的粒度，磁铁矿 粉粒度上限应不大于0.2mm，其中一74m的粉粒应多于70，比表面积要求达到2000cm2g，若达不到时应当再磨。粒度过细，水在颗粒之间的迁移速度下降，成球速度降低，同时磨矿成本上升。原料水分 对不同原料有不同的适宜成球水分。磁铁矿粉成球水分一般要求810，此时生球的成球率高，强度也高。水分过低，成球速度慢，生产率降低，且由于洒水 不匀，生球脆弱；水分过高，生球粒度不均匀，且相互粘结，形成大球。如果入厂原料含水高，必须在造球前进行烘干。在正常生产条件下，维持原料含水略低于生 球的适宜成球水分，为造球作业补加水分留有余地。黏结剂的影响 为了改善物料的成球性，在矿粉中配加黏结剂。常用的有膨润土、消石灰及有机黏结剂。膨润土能改善矿粉的成球性，提高生球的强度和爆裂温度。在生球原料中配 加0.61.0的膨润土便有明显作用。消石灰有很强的亲水性和天然黏结力，能改善物料的成球性。消石灰密度小，配加量不宜过多，否则影响成球速度。 有机黏结剂其黏结力比膨润土强，且不含杂质，它是一种很有前途的球团黏结剂。造球工艺的影响 为保证生球的粒度及强度合乎要求，又使造球机达到最大生产率，造球作业的加水和加料方式、造球机的工艺参数和造球时间均为重要因素。(1)加水和加料方式。大部分水应成滴状加在“成核区”的物料流上，此时在水滴周围由于毛细 引力的作用和机械力的作用，散料很快成为母球。另外，少量水则以喷雾状加在“生球长大区”的母球表面上，促使母球迅速长大。在“生球密实区”禁止加水，以 防止生球强度的降低和生球的粘连。原料分别加在“成核区”及“生球长大区”。(2)圆盘造球机的工艺参数。造球机盘面倾角一定时，造球机盘面周边要有适当的线速度，一般 在1.02.0ms。线速度过小，物料上升不到圆盘直径的顶点，影响球盘的利用率及造球机的产量，同时生球所得到的动能低，达不到必要的密实；若线 速度过大，造成盘心空料，各粒级不能分开，不易形成母球。造球机盘面的倾角(a)一般在45。50。当线 速度一定时，造球机盘面的倾角就有定值(a)。若aa盘内物料带不到成核区，造成圆 盘有效工作面积缩小。圆盘的充填率一般在1020内变动，单位给料量一定时，充填率大，成球时间长，生球粒度大，机械强度好。但充填率过大，则生产 率下降。刮板位置要适当，保持适当的底料厚度，以免物料在盘底粘结过多，刮板还起疏导料流作用，使“成核区”及“生球长大区”分开，以便控制生球的成长。(3)造球时间。根据成品球团的粒度、原料成球的难易及原料颗粒粗细而定。延长造球时间对生球的抗压强度及落下强度都有利，但产量下降。生球质量要求及检验方法 生球质量决定焙烧工序能否顺利进行及成品球团矿的质量。生球应具有适宜而均匀的粒度、足够的抗压及落下强度、良好的抗热冲击性。生球的粒度 直接决定成品球团矿的粒度。为改善球团矿在高炉内的还原过程，球团矿的粒度都较过去的小，多数在915mm。生球粒度变小，有利于提高造球机的生产能力，降低干燥温度，延长干燥炉箅的寿命，使粒度更加均匀。生球抗压强度 衡量生球承受运输过程及料层内的各种压力负荷的能力。通常采用1020个直径相等(一般为11.813.2mm)的生球，在压下速度不大于 10mmmin的压力机上进行检验。测定各生球压裂时的压力值，取其平均值及标准偏差作为生球抗压强度及偏差范围。使用带式焙烧机及链箅机回转窑生产球 团时，要求单个生球抗压强度在10N以上，竖炉则要求在20N以上。生球落下强度 衡量生球在运输过程中落下时抗冲击的能力。通常采用一定数量直径相等的生球，自50cm高处进行落下检验。测定各生球出现明显裂纹或破裂的落下次数，取其 平均值及标准偏差，作为生球的落下强度及偏差范围。当生球在生产过程中运转次数少于3次时，落下强度至少为3次，竖炉生产要求落下强度大于5次。生球的爆裂温度 生球在干燥时受到快速加热，水分剧烈蒸发而产生内应力，导致生球爆裂或剥落，影响