炼铁原料课件7球团矿(改).ppt

球团矿生产 7 1球团概述1 定义 将准备好的原料 细磨铁精矿或其它细磨粉状物料 粘结剂 或熔剂 或添加剂 或固体燃料等 按一定的比例配料 混匀 在造球机上经滚动而制成一定尺寸的生球 然后采用干燥 焙烧或其它方法使其发生一系列的物理 化学变化而硬化固结 成为具有一定物理 化学性能的球团矿 这一过程叫做铁精矿球团2 特点 球团焙烧所需热量主要由球团外部之气体或固体燃料燃烧提供 球团法固结主要靠固相固结起作用 液相粘结少 球团矿粒度均匀 强度高 还原性好 7 1 1球团分类根据球团矿固结温度和气氛的差异分 氧化球团矿冷固球团矿金属化球团矿根据球团矿碱度分 酸性球团矿自熔剂性球团矿 7 1 2铁矿氧化球团生产方式竖炉法带式焙烧机法链箅机 回转窑法 7 1 3高炉生产对入炉原料的基本要求 品位高 杂质少 化学成分稳定入炉原料品位每增加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FeO含量降低1 焦比降低1 7 1 4生产球团矿优势1 铁品位高 有害元素少通过选矿 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 7 1 5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差 氧化球团矿是高炉冶炼的 顺气丸 品位高 有害元素少 粒度组成均匀 冷态强度高 无热爆现象在合理炉料结构下对高炉冶炼是十分有利的 合适的炉料结构 高碱度烧结矿 酸性球团矿较好的粒度组成 粒度大小均匀机械强度高 抗压强度2500N 个更好的还原性 RI烧结矿65 75 球团矿RI70 80 更高的铁品位 65 67 球团矿 53 58 烧结矿国内合理的炉料结构 35 20 球团矿 60 70 烧结矿 5 10 块矿 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146kg t 国内的高炉炉料结构中 球团矿用量也呈现出上升趋势 7 1 6球团工艺发展现状及前景工艺 竖炉链箅机一回转窑带式焙烧机产量 2003年 国内 竖炉2400万吨 年70 链篦机 回转窑1500万吨 年24 带式焙烧机325万吨 年6 国外 竖炉2300万吨 年7 40 链篦机 回转窑8060万吨 年26 17 带式焙烧机20500万吨 年66 43 7 2造球理论7 2 1水分在细磨物料中的形态及其作用细磨物料的表面特性 分散度大比表面积大1500 1900cm2 g比表面能大 表面分子受力不均衡 在表面的空间形成电场 表面吸附其他分子而荷电晶格缺陷严重 根据水分在细磨物料中的形态 分为 吸附水薄膜水毛细水重力水 A 吸附水的特性及作用1 吸附水的形成 同时放出润湿热颗粒表面与第一层水分子 靠颗粒表面离子和水偶极分子之间的静电吸引第一层水分子定向排列颗粒表面则是水分子的正 负 极 又补充静电引力第一层水分子与第二层水分子 靠颗粒表面的电场力靠分子间的范德华力 2 吸附水的特性 靠静电引力和分子间的范德华力形成 吸附水层的厚度随矿物成分 矿物亲水性 相对水蒸气压的不同而变化亲水性强 吸附水层厚度大相对水蒸气压升高 吸附水层的厚度增大相对水蒸气压达100 时的吸附水量 最大 称为最大吸附水 牢固地保持在颗粒上 定向排列密度大于1没有溶解盐类的能力不结冰不导电不能迁移 须加热成蒸汽才能去除 3 吸附水作用若物料层中仅有吸附水 则成球没有开始 只有达到最大吸附水后转入薄膜水 成球才开始 吸附水主要润湿矿粒表面 为薄膜水 毛细水发展创造条件 B 薄膜水的特性及作用1 薄膜水的形成固体颗粒表面达到最大吸附水层后 还有未被平衡掉的范德华力 即颗粒表面的电场引力 吸附水内层的分子引力 再进一步润湿颗粒时 在吸附水周围就形成薄膜水 2 薄膜水特性 与颗粒表面的结合力比吸附水弱得多 水分子定向排列较差 较松弛 溶解溶质能力较弱 平均密度1 25g cm3冰点 4 薄膜水因受电分子引力的吸引 具有比普通水更大的粘滞性 相邻且等径的颗粒甲 乙 当甲的薄膜水较乙的薄膜水厚 交界处的公共薄膜水距离甲的中心较距离乙的中心远时 薄膜水移向乙 该过程进行到甲 乙的水膜厚度相等为止 迁移速度非常缓慢 当甲 乙间的距离小于甲 乙电分子半径之和时 公共薄膜水同时受到甲 乙分子引力的作用 而具有更大的粘滞性 颗粒间距越小 薄膜水的粘滞性就越大 颗粒就越不易相对移动 生球强度就越高 3 分子结合水及作用 定义 最大吸附水 薄膜水 分子结合水受矿种 粒度 亲水性的影响致密Fe3O4最大分子结合水最小疏松mFe2O3 nH2O最大分子结合水最大膨润土比表面积最大 亲水性最好 其分子结合水最大消石灰次之 分子结合水作用细磨物料含水达到最大分子结合水后 就能在外力作用下表现出塑性性能 成球过程才明显开始 C 毛细水的特性及作用1 毛细水形成原因当含水超过最大分子结合水时 靠水的表面张力 即毛细压力 在颗粒形成的毛细管中保持的一种水分毛细水在毛细压力和能引起毛细管形状 尺寸改变的外力作用下发生迁移2 影响毛细压力的因素毛细管压力计算公式 水的表面张力 接触角 表面特性 毛细管直径 粒度及组成毛细压力大 生球强度高 3 毛细水的作用造球过程中 毛细水产生的毛细力起主导作用当物料润湿到毛细水阶段 物料的成球过程才获得应有的发展因为毛细水将水滴周围的颗粒拉向水滴中心 而形成了小球4 毛细水的分类触点态毛细水蜂窝态毛细水饱和态毛细水 D 重力水的特性及其作用1 重力水的形成当料层中含水超过最大毛细水之后 多余的水分不能被毛细管所持有 受重力支配 水分沿矿粒间隙向下移动 这部分水就是重力水2 重力水的作用重力水在成球过程中是有害的 使生球粘结 变形 强度降低 7 2 2细磨物料的成球过程连续造球 分三个阶段1 成核阶段 加水润湿到在颗粒表面裹上一层水膜 水量 吸附水 薄膜水 A 颗粒彼此接触 两颗粒间便形成液体连接桥 水膜的表面张力作用 从而颗粒连在一起 B 含两颗粒的小水珠或含数颗粒的小水珠相互结合 形成最初的聚集体 液体充填率仅20 左右 各个颗粒靠液体连接桥呈网状地 疏松地保持在一起 C 在机械力作用和增加水分的情况下 聚集体的颗粒重新排列 部分孔隙被水充填 液体倾向融合 由蜂窝状的毛细水构成连续的水网 聚集体的孔隙体积变小 形成坚实稳定的球核 D 2 球核长大阶段 已成球核的颗粒在机械力的作用下彼此靠拢 蜂窝态毛细水逐渐过度到饱和态毛细水 毛细管水 所有孔隙被水充满 在球核表面孔隙中形成弯液面 由毛细力将颗粒保持在一起 E 继续滚动 球核进一步被压密 引起毛细管形状和尺寸的改变 使过剩的毛细水被挤到球核表面上来而裹住球核 F 在继续滚动中就粘上一层润湿程度较低的物料 使核长大 多次重复 直到球中颗粒间的摩擦力比压密作用力大时为止 为使球继续长大 必须往球的表面喷水 充分润湿表面和加料 3 生球紧密阶段 生球长大到符合要求后 停止加水加料 让从生球中挤出来的水分被未充分润湿的物料层所吸收 利用造球机所产生的滚动 搓动作用 使生球内的颗粒有选择地 按最大接触面积进行排列 生球内颗粒被进一步压紧 密度最大 颗粒间距最小 并有可能使某些颗粒的薄膜水层相互接触 这样薄膜水能沿颗粒表面迁移 使几个颗粒同时被一薄膜水层所包围 生球中各颗粒靠分子力 内摩擦阻力 毛细力相互结合起来这些力越大 生球的强度就越高三个阶段都在同一造球机中完成 各个阶段很难明显划分 每个阶段具有决定意义的作用是 成核阶段 润湿长大阶段 机械作用和润湿紧密阶段 机械作用 7 2 3影响矿粉成球的因素 天然性质颗粒的形状颗粒亲水性粒度 粒度分布结构状态比表面积孔隙率 料原料湿度给料量及给料方法 种类粘结剂用量圆盘倾角圆盘直径机圆盘边高圆盘刮板圆盘转速充填系数加水地点 面积水水的性质水的状态水的多少 7 2 3 1原料性质的影响 原料天然性质的影响A 表面的亲水性接触角 润湿角 在固 液 气三相接触面处 气液界面张力与固液界面张力在液相中所夹之角 小 颗粒表面亲水性愈强 颗粒易于被润湿颗粒薄膜水 毛细水含量愈高 毛细力愈强 成球性愈好生球强度愈高常见矿物亲水性 褐铁矿 赤铁矿 磁铁矿硫酸盐 碳酸盐 云母 亲水性差 膨润土 消石灰 佩利多等亲水性强 B 颗粒形状 颗粒形状 决定了生球中颗粒间接触表面积的大小颗粒接触表面积越大 生球强度就越高针状 片状 表面粗糙的颗粒 具有较大的接触面积 成球性好矩形 多角形 且表面光滑的颗粒 具有较小的接触面积 成球性差 铁矿物晶体颗粒形状大致有 球状立方体状针状片状由极细颗粒组成的聚合体 不同形状颗粒制成的生球强度 针状 片状 立方体 球状 磁铁矿 亲水性差 颗粒表面光滑 多呈矩形 多角形 成球性最差赤铁矿 褐铁矿 亲水性很强 颗粒呈片状 针状 成球性最好 原料粒度 粒度组成 比表面积的影响 粒度小 粒度组成不均匀的物料 成球性好 生球长大快 生球强度高 粒度细小的矿粉 比表面积大小颗粒嵌入大颗粒间的空隙中 颗粒排列紧密 毛细管直径小提高了毛细水的迁移速度 增强了颗粒间的分子力 毛细力 内摩擦力 粒度要求磁铁矿 0 0 2mm100 0 0 074mm 80 赤铁矿 0 0 074mm 70 若入厂原料粒度较粗 可进行细磨 或添加粘结剂来改善造球 粒度并非愈细愈好 因为 增加磨矿电耗 增加成本 造成毛细管过小 降低毛细水迁移速度 减慢成球速度 延长造球时间 评定原料的细度 用0 0 045mm粒级的含量来评定 不是很准确 比表面积表明颗粒大小反映粒度组成反映颗粒形状评定原料的细度 用比表面积来评定 更好评定细粒矿石的造球性能 用比表面积来评定 更可靠 原料水分的影响A 适宜水分 应通过试验确定一般 磁铁矿 赤铁矿 8 10 褐铁矿 14 18 原料水分应比适宜水分稍低 圆盘造球机低0 5 B 对成球的影响 若干物料造球 矿尘飞扬 劳动条件恶劣生球长大速度慢 结构脆弱 若原料水分不足 母球长大慢 结构不稳定 生球很难长大但 可在造球时补充水分 造球初期 矿粒间空隙因毛细水不足而被空气填充颗粒间接触不紧密 结合力减弱 生球强度差 若物料过湿 母球容易相互粘结或变形 使生球粒度不均匀 过湿的物料 过湿的生球容易粘在造球机上 使操作发生困难轻者破坏母球的正常轨迹重者使母球失去滚动能力 使造球过程无法进行 过湿的生球 强度小 塑性大 易变形运输和干燥时相互粘结 影响透气性和产 质量 添加物的影响A 目的改善物料成球性提高生球强度提高生球热稳定性B 常见添加物 a 消石灰Ca OH 2用量 3 5 粒度 应小于1mm特性 粒度小 比表面积大 亲水性好 为胶体天然胶结能力好 成球性优等改善生球内水的pH值添加了消石灰的物料 其造球效果 比表面积明显增加 生球分子力 毛细力提高 从而生球落下强度提高 且效果更明显 消石灰增加了生球的塑性 生球抗压强度提高消石灰用量过多 使成球速度降低 物料堆积密度变小 挤压力小 使得毛细水迁移缓慢 b 佩利多 有机高效粘结剂 佩利多 由纤维素基天然高分子聚合物经过化学变形而成主要组成部分为 含有大量羟基和羧基的长链分子佩利多 松散的白色粉末 不含SiO2 易溶于水在焙烧时被烧掉 不降低球团品位 球团孔隙率 还原性佩利多溶于水形成粘性溶液包裹在颗粒表面造球中颗粒接触时 呈 薄膜状 连接键 使生球具有较高的强度佩利多的用量仅为膨润土的0 1 0 2 c 石灰石粉亲水性物料颗粒表面粗糙添加石灰石粉 不像消石灰那样显著降低物料的堆积密度可紧密颗粒可增大内摩擦力提高生球强度生产自熔性球团矿 石灰石与消石灰配合使用 对造球更为有利石灰石粒度要求 0 0 074mm 80 d 膨润土 皂土 国外用量0 5 0 7 国内用量2 3 膨润土具有 很高的分散性很大的比表面积很强的亲水性很强的胶体性质膨润土在水中泡涨 最多能吸收600 700 的水分膨润土属于含水的铝硅酸盐物质 理论化学式为Al2 Si4O10 OH 2 添加少量膨润土于精矿中 可起到以下作用 允许物料有较宽的水分波动范围调节造球原料水分稳定造球操作改善造球物料的粒度组成显著改善成球性提高生球抗压 落下强度提高生球爆裂温度提高生球干燥速度缩短生球干燥时间 膨润土主要成分为SiO2 高达60 用量要适宜 一般0 5 1 0 原因 用量过多 降低生球长大速度降低产量降低球团矿品位降低球团还原性国内现状 膨润土质量差精矿粒度粗 成球性差 且水分高 难操作导致膨润土用量过大 一般在2 3 膨润土粒度要求 0 0 074mm 99 7 2 3 2圆盘造球机的影响 倾角 一般45 50 圆盘的倾角 由原料的动休止角 0确定 倾角 动休止角 0 若倾角 动休止角 0物料不可能提升到一定的高度 达不到良好的造球目的若倾角 动休止角 0物料就处于静止状态破坏了生球的运动轨迹 造球过程不可能进行 边高 180mm600 650mm 边高随直径 物料而定直径 边高也相应 直径 倾角不变 边高则取决于物料物料粒度细 粘度大 边高就应低些物料粒度粗 粘度小 边高就应高些 充填率 一般10 20 充填率决定于圆盘的倾角 边高 倾角越小 边高越高 则充填率越大 给料量一定时 倾角小充填率越大 则造球时间越长 生球的强度越好边高高但 充填率过大 造球机生产率下降 转速式中D 直径 倾角若转速过高 由于惯性力的作用 则物料贴在盘边 与盘底一起转动 物料也不会产生滚动若转速过低 物料保持在一个相对静止的位置 不产生滚动或者 物料上升不到一定高度 使盘面利用率低 圆盘刮板使盘内保持一定厚度的 疏松的底料刮到整个盘面和周边 清理盘面 保证造球机不堆积料设置刮板的要求减少对造球机的磨损和阻力控制料的运动轨迹 成球速度 生球强度不干扰母球的运动轨迹最大限度地增加圆盘的有效工作面 7 2 3 3加水加料方法加水遵循 滴水成球 雾水长大 无水紧密 的原则加料遵循 球核形成区少加 球核长大区多加 生球紧密区不加 的原则 7 3生球的干燥和焙烧固结7 3 1生球的干燥生球不进行干燥的弊端 未干燥生球 具有一定的可塑性挤压易产生塑性变形 裂纹不干燥去预热的生球 高温水分剧烈蒸发 不能承受预热段温度应力 爆裂高温水分剧烈蒸发 阻碍Fe3O4的氧化硫化物的氧化 球层透气性 焙烧速度 设备生产率 成品球质量的均匀性 成品球还原性 成品球强度 成品球含硫量 热耗 生球干燥的目的 使球团能安全承受预热段的温度应力 球层透气性 焙烧速度 设备生产率 成品球质量 成品球质量的均匀性 成品球还原性 成品球强度 成品球含硫量 热耗 破裂温度 生球干燥时结构遭破坏时的初始温度裂纹温度 生球干燥时表面开始产生裂纹的初始温度爆裂温度 生球干燥时炸裂散开时的初始温度生球结构破坏形式有两种 表面出现裂纹整个生球炸裂散开 干燥过程中生球强度的变化 随着干燥过程进行 毛细水减少 毛细管收缩 毛细力增加 生球的抗压强度逐渐提高 到在颗粒触点处仅剩下单独彼此衔接的水环 即触点态毛细水时 球出现最高强度 到毛细水消失 毛细粘结力也失去 球的强度下降 在失去 薄膜水中 弱结合水瞬间 颗粒间收缩靠拢 颗粒间分子力 内摩擦力增加 球的抗压强度又提高 但落下强度有所降低 生球干燥后的强度与造球原料的性质 粒度组成有关细精矿并含有胶体颗粒的生球 胶体颗粒分散度大 填充在细粒之间 形成直径小而分布均匀的毛细管 干燥后生球体积收缩 颗粒紧密靠拢接触 内摩擦力增加 生球结构坚固 可达很高的抗压强度未加粘结剂的精矿或粗粒矿粉所造的生球 干燥后失去毛细力 强度降低 生球干燥破裂的原因 干燥过程中 生球表里产生湿度差 引起表里收缩不均表面湿度小 收缩大 且表面收缩 平均收缩 表面受拉 在受拉45 方向受剪中心湿度大 收缩小 且中心收缩 平均收缩 里面受压 收缩不超过一定的限度 生球产生圆锥形毛细管 水分由中心移向表面加速 干燥加速 生球内粒子紧密 强度增加 不均匀收缩过大 生球表层所受的拉应力 剪应力 生球表层的极限抗拉 抗剪强度生球便产生裂纹 干燥过程中生球爆裂的原因干燥的最后阶段 降速干燥阶段 由表面汽化控制转为内部扩散控制的阶段 水分不断减少 生球表 里湿度差减少水分从里 表的扩散速度 表层水分汽化速度表层温度升高 热量向里传递 水分蒸发 汽化 面向球内推进 水分在球内部汽化 产生蒸汽 通过干壳中毛细管扩散到表面 然后进入到干燥介质中 生球内部只剩下与颗粒结合力非常强的薄膜水 吸附水 若供热过多 球内产生的蒸汽就越多若蒸汽不能及时扩散到生球表面 就会使球内蒸汽的压力增加球内蒸汽压力 干壳的径向 切向抗拉强度 球产生爆裂蒸发面越靠近球中心 蒸汽向外扩散的阻力就越大 过剩蒸汽压就越多 球爆裂的可能性就越大 影响生球干燥的因素生球干燥须不破裂 既在破裂温度以下进行 气流方面 流向温度流速湿度球层方面 球层厚度生球尺寸生球初始水分生球孔隙度 形成生球的原料粒度组成 造球时间 形成生球的原料种类粘结剂设备方面 设备面积 干燥面积 移动速度 干燥时间 7 3 2球团矿的焙烧固结机理目的 生球干燥后 干球抗压强度只有80 100N 个 满足不了运输和高炉冶炼要求 2500N 个 提高球团矿的强度有许多方法 95 通过焙烧固结 5 通过低温固结常用设备 竖炉带式焙烧机链箅机 回转窑 冷却机 球团矿焙烧过程干燥过程200 400 水分蒸发部分结晶水分解 排除 预热过程900 1000 水分进一步排除磁铁矿氧化碳酸盐分解硫化物分解 氧化 脱硫反应 某些固相反应发生焙烧过程1200 1300 磁铁矿氧化 继续碳酸盐分解 继续硫化物分解 氧化 脱硫反应 继续固相反应铁氧化物结晶 再结晶 晶粒长大 固相反应产物低熔点化合物熔化 形成液相球团矿体积收缩 结构致密化 均热过程温度略低于焙烧温度 并保持一定时间球团矿内部的晶体长大 并尽可能发育完整矿物组成均匀化消除部分内应力冷却过程1000 下降到100 200 冷却到运输皮带可以承受的温度余留的Fe3O4充分氧化成Fe2O3 7 3 2 1球团预热预热阶段的温度范围300 1000 结晶水分解水分进一步排除磁铁矿氧化碳酸盐分解硫化物分解 氧化 脱硫反应 某些固相反应发生 Fe3O4球团的氧化机理氧化是从球表面开始的 形成赤铁矿外壳 磁铁矿核的双层结构氧穿透球壳向内扩散 使内部进行氧化氧化速度随温度升高而增加但是 必须严格控制升温速度 以保持球壳有适当的透气性 升温过快 球团未完全氧化之前就发生再结晶 球壳变得致密 900 时 磁铁矿发生再结晶 或形成液相 因此 必须控制球团氧化的最佳温度 升温速度 磁铁矿的氧化从200 开始 至1000 结束 分为两个连续阶段进行 4Fe3O4 O2 200 6 Fe2O3 磁性赤铁矿 但不稳定 立方晶系立方晶系0 838nm0 832nm化学过程占优势低温只能生成 Fe2O3 Fe2O3 400 Fe2O3立方晶系斜方晶系 晶型改变 有磁性无磁性0 832nm0 542nm 体积收缩 Fe2O3在较高温度下重新排列 且O2 可能穿过表层直接扩散 进行氧化晶格重新排列时 Fe2 及Fe3 有较大的移动但晶型转变占优势 Fe3O4氧化对球团强度的影响氧化过程中 球团抗压强度持续增大 在1100 时 单球抗压强度达1100N原因 较低温度下 矿石颗粒及晶体的棱边 表面已生成赤铁矿初晶相互接触的颗粒其初晶扩散 形成初期键桥促进球团强度提高球团有时出现同心裂纹 同心裂纹产生在赤铁矿外壳与磁铁矿核之间原因 当温度过高时 外壳致密 氧难以扩散进去 磁铁矿核再结晶液相冷却 收缩离开外壳 出现同心裂纹磁铁矿氧化放热 球核温度高于球表面 若氧化速度过快 球核将过烧甚至熔化 磁铁矿充分氧化对球团固结的意义 立方晶系的Fe3O4氧化成斜方晶系的Fe2O3 晶格发生变化 新生晶体表面原子具有较高的迁移能力 有利于在相邻颗粒间形成晶桥 Fe3O4氧化为Fe2O3的反应为放热反应 放出的热量几乎相当于焙烧球团矿总热量的一半 充分氧化有利于节能 若磁铁矿氧化不充分 磁铁矿核进入下一工序处于1250 1300 高温环境中焙烧 更不利于自身氧化并与SiO2反应 生成低熔点化合物在球内部出现液相 冷却时收缩出现同心裂纹 导致强度 还原性降低 7 3 2 2球团焙烧的固结机理球团矿固结 靠固相固结 固体质点扩散反应形成连接桥 颈 液相粘结起辅助作用 液相量5 7 分类 高温下单元系颗粒通过固相扩散形成晶粒聚集体高温下多元系颗粒通过固体扩散形成低熔点化合物或固溶体这些过程发生在低于其熔化温度的情况下 产生的液相不多 固相固结 球团内的矿粒在低于其熔点的温度下的互相粘结并使颗粒之间连接强度增大高温下 晶格内的质点获得一定能量 克服晶格中质点的引力 在晶格内部扩散温度再高 质点可扩散到晶格表面 进而到与之相邻晶格内颗粒间便产生粘结生球中的精矿具有极高的分散性 严重的晶格缺陷 极大的表面能当达到某一温度后 便呈现出强烈的扩散位移其结果是 使晶格缺陷逐渐得到校正微小的晶体粉末聚集成较大的 活性较低的 较稳定的晶体颗粒 液相固结 铁精矿本身均含有脉石 有时还要加入添加剂焙烧时 这些物质间发生固相反应 生成低熔点化合物或固溶体进而出现液相 7 3 2 3铁矿球团固结的形式A 磁铁矿球团固结形式 Fe2O3微晶键连接Fe3O4 Fe2O3 800 时表面全氧化 新生Fe2O3晶体中原子扩散能力强 产生内 外扩散 在颗粒间形成连接桥 微晶 但赤铁矿晶体保持原有细小晶粒微晶键连接使球团强度有所 但仍较低 1250 1700N kg Fe2O3再结晶连接 是铁精矿氧化球团矿固相固结的主要形式 是Fe2O3微晶键固结形式的发展 预热到1000 时 有95 的Fe3O4氧化成Fe2O3并形成微晶键 在最佳焙烧制度下 一方面 残存Fe3O4继续氧化 另一方面 Fe2O3晶粒扩散 产生再结晶和聚晶长大 颗粒之间孔隙变圆 孔隙率 球体积收缩 球内各颗粒连接成一个致密的整体 球团强度大大提高 4000N 个 Fe3O4再结晶 在中性气氛或氧化不完全时 球团内的Fe3O4在900 开始发生再结晶 使球团各颗粒连接 Fe3O4再结晶速度比Fe2O3再结晶慢 因此以Fe3O4再结晶的球团矿强度比Fe2O3再结晶的要低 渣键连接球团中含一定量的SiO2 在中性气氛或弱氧化气氛中焙烧的情况下在氧化不完全的情况下在1000 时生成2FeO SiO2 焙烧温度 1350 即使在氧化气氛中 Fe2O3高温分解 同样生成2FeO SiO2上述液相冷凝 把球团矿固结起来 这种固结称为渣键固结 液相固结 生产自熔性球团矿时 氧化性气氛中产生的主要是铁酸钙系 有利球团矿固结氧化不完全时则为钙铁橄榄石液相 对球团矿固结不利 固结方式的比较 Fe2O3再结晶最理想球团矿强度高 还原性好 Fe2O3微晶键连接 强度低强度满足不了运输及高炉冶炼要求在焙烧不均匀时出现 Fe3O4再结晶强度较好但生成了难还原的硅酸铁 钙铁橄榄石等渣相球团矿还原性 液相粘结中 2FeO SiO2难结晶 冷凝易形成脆性的玻璃相 球团矿强度但在熔剂性球团矿中 CaO Fe2O3系粘结相不仅 强度 而且还原性好 B 赤铁矿球团固结形式 较纯的赤铁精矿球团矿 晶粒长大 高温再结晶 酸性球团矿 1200 时 颗粒 球团矿结构均保持其原有形态 颗粒靠近但无任何连接 1300 时 颗粒 晶粒 明显长大 小晶粒间形成初期连接桥 1350 时 发生再结晶 球团强度达最大 1350 时 Fe2O3便开始分解 生成Fe3O4和O2 造成球团矿强度下降 添加含CaO物料生产自熔性球团矿低熔点铁酸钙体系的化合物低熔点铁酸钙体系的共熔混合物焙烧过程中产生铁酸钙液相 7 3 2 4影响球团焙烧过程的因素精矿粒度球生球含碳生球含硫生球尺寸气氛性质加热速度气焙烧温度高温呆时冷却制度 1 加热速度合适值57 min 120 min 升温过快 磁铁矿氧化不完全 球团矿产生双层结构 影响球团矿的强度表层 Fe2O3 中心 Fe3O42FeO SiO2 在已氧化成赤铁矿 未氧化的磁铁矿之间产生同心裂纹升温速度过快 球团内外造成较大温差 而产生不同的膨胀 也会产生裂纹加热速度与球团矿强度的关系 升温速度减慢 球的强度上升 升温过慢 生产率下降 含MgO磁铁矿球团的焙烧 须快速加热快速加热 使Mg2 在磁铁矿未完全氧化之前扩散到磁铁矿晶格中 形成MgO Fe2O3 Mg2 的扩散速度 磁铁矿氧化速度Mg2 的扩散速度 Fe2 Fe3 的扩散速度慢速加热 较多的MgO进入渣相 2 高温保持时间焙烧时必须在最适宜的温度下保持一定的时间 各种物理化学反应 晶粒长大和再结晶需一定的时间才能完成 高温保持时间过短 所获得的球团矿强度低高温保持时间过长 可能引起球团矿熔化粘结 降低球团矿质量和设备生产率高温保持超过一定的时间后 其强度保持一定值而不再升高 3 焙烧温度的影响1 非熔剂性球团矿高品位非熔剂性球团焙烧温度的峰值较高 跟熔剂性球团焙烧温度的峰值比较 其主要靠氧化铁固相固结 磁铁矿球团磁铁矿球团在氧化性气氛中焙烧 温度对它的影响见图曲线形状球团矿强度决定于最终温度在某一温度下球团保持一定的时间后 球团强度达到某种程度 以后不再提高高品位磁铁矿球团的焙烧温度选1250 1300 磁铁矿氧化能促进质点扩散粘结 故磁铁矿球团在较低的温度下就开始固结 赤铁矿球团赤铁矿球团的焙烧温度 磁铁矿球团的焙烧温度赤铁矿球团的焙烧温度选1300 1350 赤铁矿晶格中的质点在较高温度下才扩散 才发生晶粒长大和再结晶固结焙烧温度若过高赤铁矿会显著分解球团矿会熔化 总结可提高球团矿的强度尽可能选择较高的焙烧温度可缩短焙烧时间可增加生产率球团矿的熔点但温度不能超过赤铁矿的显著分解温度可延长高温焙烧设备的寿命尽可能选择较低的焙烧温度可减少高温焙烧设备的消耗可降低燃料 电力的消耗可减少投资但温度不能低于生球中各颗粒之间形成牢固连接的温度2 熔剂性球团矿 含CaO的熔剂性球团矿含CaO的熔剂性球团焙烧温度的峰值较低 须仔细控制 跟非熔剂性球团焙烧温度的峰值比较 随焙烧温度增加 液相量迅速增加若球团内温度不均匀 则一些区域中液相量太多 影响球团矿的强度另一些区域中液相量太少使孔隙分布不均匀当焙烧温度 1200 时 产生CaO 2Fe2O3 温度愈高 CaO 2Fe2O3就愈多 含MgO的熔剂性球团矿含MgO的熔剂性球团的焙烧温度 含CaO的熔剂性球团的焙烧温度铁酸镁的形成比铁酸钙的形成要困难铁酸镁渣相的熔点也比较高 4 冷却制度1 冷却目的避免劳动条件恶劣避免运输 储存困难避免设备先期磨损更有效地利用废气热能 节省燃料750 800 废气返回均热带或作带式焙烧机 回转窑的二次助燃风300 350 废气可作为干燥带的热介质或一次助燃风2 冷却制度确定 球团矿总孔隙率随冷却速度的增加而增加 球团矿强度随球团冷却的最终温度降低而升高 球团矿在空气中冷却的强度 球团矿在水中冷却的强度 球团矿强度随冷却速度增加而下降 5 焙烧气氛1 焙烧气氛分类根据燃烧产物中含O2决定 1 0 还原性气氛1 0 1 5 中性气氛1 5 4 弱氧化性气氛4 8 正常氧化性气氛 8 强氧化性气氛2 对球团矿质量的影响 磁铁矿球团 在氧化气氛中焙烧 焙烧效果好 成品球强度大 还原度高 所获得的Fe2O3 其原子扩散速度大 有利于粒子间固相固结和再结晶 Fe3O4氧化成Fe2O3后 其质点迁移活化能比未氧化的Fe3O4小 如果焙烧熔剂性球团矿 则形成铁酸钙固结 在中性或还原性气氛中焙烧 焙烧效果差Fe3O4原子扩散速度慢 再结晶不完全 靠硅酸铁或钙铁硅酸盐来固结 赤铁矿球团只要不在还原性气氛中焙烧 其它各种气氛对它的强度影响不大 褐铁矿球团在氮气 水蒸气 二氧化碳气氛中焙烧均能获得较高的强度 但随着O2增加 球团强度反而降低 6 燃料燃烧 生球含碳 一般采用煤气 重油 煤粉燃烧得到的高温气体作为热源 气氛性质 气流速度 加热速度 焙烧温度易控制 少数用无烟煤 焦粉混在精矿中作为燃料焙烧球团 在操作上是比较难控制的 措施 将煤粉与精矿一道细磨 加强混匀 尽量避免煤粉集中 煤粉对球团矿的固结不利 更对磁铁矿球团的影响最大 妨碍磁铁矿的氧化 煤粉着火前 600 800 气体容易穿过球的表层进入球内 使磁铁矿氧化 但氧化通常不超过50 煤粉着火后 球层中的温度急剧升高 但磁铁矿的氧化反而减慢 通过球层中的氧基本消耗在煤的燃烧上 温度高于1000 时 和煤直接接触的先前被氧化而形成的Fe2O3反而被煤还原成FeO Fe3O4 若精矿中含有较多的SiO2 则会形成2FeO SiO2 引起球团表面熔化 使球内部的Fe3O4停止氧化 留在生球内部的Fe3O4随着SiO2含量的不同 或形成Fe3O4再结晶连接 或与SiO2作用形成渣相连接 煤粉烧尽时 气体中的氧又会使生球表层中的Fe3O4重新氧化成Fe2O3 在球团表层的颗粒之间产生Fe2O3再结晶固结补充 熔剂性球团焙烧时 煤粉燃烧的还原性气氛对产生铁酸钙液相固结非常不利 磁铁矿难完全氧化 焦粉作为燃料 除了着火温度比煤粉高外 同样在燃烧时会妨碍磁铁矿的氧化 7 生球尺寸热能的消耗生球尺寸对设备的生产能力 都有重要的影响产品的强度1 大球单位热耗 小球单位热耗 小球有利于热能的利用 单位热能消耗量 kJ kg 1废气带走的单位热能量 kJ kg 18mm球175836016mm球 23458502 直径与球团矿冷抗压强度的关系曲线1 古登纳 华尔顿的研究结果单球冷抗压强度与球径的关系曲线关系式注 球团矿的抗压强度测量有不真实的情况曲线2 单球冷抗压强度 球的截面积与球径的关系曲线3 球团直径与转鼓指数 TI 和抗磨强度 AI 的关系 d 8 12mm时 TI 94 AI 5 d 12mm或d 8mm时TI AI 满足不了生产要求结论 球团矿的直径有最佳值球径太小 由于比表面积大 相互剥磨厉害 所以转鼓强度差球径太大 由于焙烧固结不好 氧化不完全 所以转鼓强度也差 4 球团直径与焙烧时间 冷却时间的关系d 10mm时 t焙最短d 12mm时 t冷最短综合焙烧和冷却时间看 d 11mm较好球径较大的 比表面积下降 则冷却速度慢 冷却时间长球径很小的 气流阻力增大 冷却时间也长综上所述 适宜的生球粒度以8 12mm为宜 不小于8 9mm 不大于16mm 8 精矿粒度 原料粒度愈细 球团矿强度就愈好 原料粒度愈细 球内颗粒间接触点就愈多 有利于质点扩散和粘结 但 原料粒度过细 生球破裂温度降低 影响生球干燥速度 9 精矿含硫球团的氧化硫对抗压强度有相当大的影响固结速度 硫对球团氧化的影响 硫会妨碍磁铁矿的氧化 硫首先氧化 氧与硫的亲和力 氧与铁的亲和力 阻碍了空气向球内扩散产生的SO2向外逸出使磁铁矿表面氧的浓度降低影响球团内部氧化 球团出现层状结构 表面是赤铁矿 内部是磁铁矿和渣相 渣相熔融收缩离开外壳 在核心 外壳间形成空腔 降低了球的强度 随着球团中硫含量的增加 球团矿的强度 氧化度都显著下降 7 4球团矿的矿物组成与显微结构和烧结矿相比 球团矿的矿物组成较简单 含铁原料品位高 杂质少 混合料组成简单 一般一种铁精矿 少量粘结剂 自熔性球团矿添加少量熔剂 焙烧过程的物化反应简单 高温氧化 再结晶 1 酸性球团矿1 矿物组成95 以上为赤铁矿 少量磁铁矿独立的石英颗粒 SiO2 Fe2O3在氧化气氛不反应 液相极少 硅酸盐 2 结构 氧化完全时 Fe2O3经过再结晶 晶粒长大连成一片气孔不规则 多为连通气孔 全气孔率和开口气孔率差别不大强度高 还原性良好 Fe3O4精矿生产的球团氧化不完全时 组成呈三层而不同a 表层 氧化充分 赤铁矿经过再结晶 晶粒长大连接成片 少量未熔化的脉石 少量熔化了的硅酸盐夹在赤铁矿晶粒之间b 中间过渡层 主要矿物仍为Fe2O3 赤铁矿连晶之间被硅酸铁 玻璃质硅酸盐充填仍有未被氧化的磁铁矿c 中心磁铁矿层 残余Fe3O4重结晶 并被硅酸铁和玻璃质硅酸盐液相粘结多为圆形大气孔中心液相较多 冷却时体积收缩 形成同心裂纹 即球团矿成双层夹裂纹结构 外壳 Fe2O3为主 多孔 核心 以Fe3O4和硅酸盐液相为主 中间 为裂缝 2 自熔性球团矿1 矿物组成赤铁矿 大量 铁酸钙 数量随R变化 硅酸钙 少量 铁酸镁MgO Fe2O3 实为镁铁矿 Mg Fe O Fe2O3 因为FeO可置换MgO 钙铁橄榄石液相量较多2 结构 焙烧温度较低 高温保持时间较短时 赤铁矿连晶局部为铁酸钙 由固体扩散生成 焙烧温度较高 高温保持时间较长时 赤铁矿和铁酸钙的交织结构圆形大气孔 影响球团矿矿物组成和显微结构的因素原料的种类原料的组成 配比 焙烧工艺条件 焙烧气氛 焙烧温度 高温保持时间 7 5球团工艺过程球团法与烧结法相比的特点 1 对原料要求严格 品种单一 原料适宜比表面积1500 1900cm2 g 0 074mm85 以上 水分低于适宜的造球水分 Fe品位高 60 以上 低SiO22 生球结构致密 在高温焙烧前应干燥 预热 以防热爆裂3 球团矿形状一致 粒度均匀 料层透气性好 宜选用低负压风机 带式焙烧机或链篦机 回转窑 4 大多数球团原料中不含固体燃料 所需热量由液体或气体燃料燃烧提供 且可循环使用 生产工艺原则流程1 原料接受 贮存 准备2 配料3 混合 干燥4 润磨5 造球 筛分6 布料7 干燥 预热 焙烧 均热 冷却8 筛分 5mm成品部分8 15mm铺底料 5mm返回再磨或送往烧结 或