烧结工艺第四章课件

1、第四章 球团矿原理 第一节 球团原燃料 第二节 铁矿粉造球 第三节 球团矿焙烧固结 第四节 球团矿和烧结矿的比较 第五节 高炉合理的炉料结构 第一节 球团原燃料 1、含铁原料 和烧结基本相同，只是粒度更细一些。包括天然铁矿石和铁矿石精矿、二次含铁原料（硫酸渣、浸出处理残渣、厂内含铁尘泥（转炉尘、高炉尘、电炉尘、炼钢炼铁污泥）、厂内含铁废渣（钢渣、轧钢皮屑）等）2、粘结剂和添加剂1）粘结剂无机粘结剂：主要是含钙、铝和硅等元素，例如膨润土、水玻璃、消石灰、水泥、白云石等； 膨润土：主成分主成分蒙脱石（Al（SiO4.O10）(OH)2）.nH2O；具有层状结构、阳离子吸附交换能力和很强的水化能力。

2、 作用：改善生球特别是干球的强度，如提高落下强度，造球过程起调节水分作用，提高生球爆裂温度。 确定膨润土的技术条件技术条件为：蒙脱石含量至少大于60%，粒度小于0.074mm的大于98%，水分小于10%。膨润土的加入会降低球团矿的品位，因此寻找有机粘结剂。有机粘结剂：沥青类：煤焦油、沥青； 植物类：淀粉、糖浆、木质磺酸盐类等 特点：用量小、带入的有害杂质少，环境污染小等优点 常用：羧甲基纤维素钠（用量为膨润土的1/10）、海藻酸钠（用量为膨润土的1/2.5）、聚丙烯酰胺、复合有机粘结剂等2、粘结剂和添加剂添加剂 目的：改善球团的化学成分，尤其是造渣成分 种类：石灰石和消石灰 石灰石：目的目的调

3、节碱度；磨细，比表面积约为2500-4000cm2/g，一般干磨方式； 消石灰：生石灰加水消化而成，即使粘结剂，又是碱性添加剂（双重作用）。 3、燃料 气体、液体和固体。要求总的原则总的原则是价廉质优，来源广泛，易于调节，发热值高，有害杂质（硫、挥发分、酸性脉石等）含量低。1）气体燃料 焦炉煤气：发热值1674717584kJ/m3；高炉煤气：发热值35594605kJ/m3 混合煤气（焦炉+高炉）：发热值5024112560kJ/m； 天然气：甲烷，发热值最高3349437681kJ/m32）固体燃料 碎焦：具有固定碳高、挥发分少、灰分及硫分较低的优点。发热值约33494kJ/kg; 无烟煤

4、：要求固定碳高、灰分少，灰分中的酸性脉石少等。固体燃料来源广，使用安全，但需专门设有准备过程。3）液体燃料：重油（运输便利，操作不方便） 第二节 铁矿粉造球一、成球机理1、水在矿粉中的状态： 吸附水： 薄膜水： 毛细水： 重力水：原因：原因：新表面具有过剩能量。特点：具有固体的性质，表面自由能把水紧紧吸附柱，不能在颗粒表面自由移动。 特点：在吸附水表面依附在球周围，结合力要差一些，可以在颗粒表面迁移。 矿粉中超过分子水后才能形成，起作用的是毛细力。矿粉成球过程是在毛细力的作用下，矿粉颗粒被拉向水滴中心，形成小球。毛细水在矿粉成球中起主导作用，实际上是毛细力的作用。 可自由流动的水，对造球不利。

5、 吸附水和薄膜水组成分子结合水，矿粉含水量达到最大分子结合水后，成球才明显开始。2、影响毛细力的因素： 1）液体表面张力大。张力大，毛细力大，（水的表面张力一般固定，但水的一些性能可以改变它，例如：磁化水） 2）物料亲水性强、液体密度小、 3）毛细管直径小，毛细力大有利。这与矿粉的粒度有关，矿粉越细，毛细管直径越小，矿粉成球容易。（对于球团，希望越细越好）3、成球分为三个过程： 1）形成母球：矿粉润湿（形成吸附水和薄膜水），在机械力的作用下形成细小的毛细管。主要是水的润湿。 2）母球长大：（在机械力的作用下，）毛细管形状和尺寸改变，过剩毛细水挤到母球的表面上，粘结上润湿程度比较低的矿粉。润湿和

6、机械力同时作用。 3）母球压实：停止加水润湿，在机械力的作用下，水分被挤出。挤出的水分被未充分润湿的矿粉吸收。主要是机械力的作用。 三个过程在造球机内一起完成4、不同物料长大的方式 由物料亲水性质决定，亲水性好的以聚结方式长大（石灰石粉），差的以成层方式长大（石英粉），铁精粉介于两者之间，主要由造球工艺制度和含水量决定。 二、生球的质量要求： 1）粒度：均匀粒度，10-16mm 单一粒度的孔隙最大，有大有小则孔隙小，如果能做到单一粒度最好；粒度的控制则通过调整圆盘造球机边高，边高大，粒度大 2）抗压强度：15-20 N/个球。 3）落下强度：0.5m高自由落下大于4次。 目的是模拟皮带倒运过程

7、，一般倒3-4次。测定时取10个球的平均值。 4）比较高的（热抗震性）爆裂温度：生球在极热的条件下开裂和爆裂的最低温度 定义10%的球团爆裂为爆裂温度，工业生产中10%的爆裂不允许，普遍认为爆裂温度600以上。 5）好的耐磨性：尤其是对于链篦机回转窑和竖炉焙烧工艺。 三、造球方法1、圆筒造球机1）物料的运动状态 滚动状态：造球机转速处于最佳时。 瀑布状态：转速比较大时。 封闭环形状态：转速更大时。 2）工艺参数 长度与直径之比：随原料特性不同而变化，根据原料的呈球形及对生球的力度与强度的要求来选用，一般在2.5-3.5。 转速：理性的转速，应该保证造球物料和球粒在圆筒内有最强烈最强烈的滚动，并

8、且在物料处于滚动状态下把物料提升到尽可能高的高度。一般在8-16r/min。2）工艺参数 倾角：其他条件不变的条件下，倾角越小，胜球在内停留时间越长，产量降低。一般在6度左右。 給料量：越大，停留时间越短，产量越大，胜球强度会下降。原因：圆筒造球机的填充率小，占总体积的5%左右。 刮刀：作用：将黏附在筒壁上的混合料刮落。 固定刮刀和活动刮刀两种。 填充率：最佳的填充率35%，最大允许值为1015%3）加水方式 在圆筒中间喷洒雾状水、（生球紧密阶段的主要目的是为了提高生球的机械强度）故后部都不加水；尽量避免将水喷洒在筒壁上而导致筒壁大量粘料。4）圆筒造球机的优缺点 优点：结构简单、设备可靠、运转

9、平稳、维护工作量小、单机产量大、劳动效率高等优点。 缺点：圆筒利用面积小，仅为40%；设备重、电耗高、投资大；无分级作用，排出的生球粒度不够均匀；产品必需筛分。 2、圆盘造球机1）工作特点 自动分级：圆盘中物料能按其本身颗粒大小有规律的运动，有各自的轨道。粒度大的，靠近盘边，小的远离盘边。 圆盘倾角口可以调节：可根据造球物料性质和圆盘转速进行调解。 过小物料形成一个不动的粉料层，无法造球；过大物料对盘底的压力减小，物料的提升高度降低，盘面不能充分利用，产量下降。 2）圆盘造球机的构造及特性3）使用和操作 工作区域：母球区、长大去、成球区、排球区 粉料在母球区受水的毛细力和机械力作用，聚集成母球

10、；母球在长大区受机械力、水的表面张力和毛细力作用，连续滚动，使细润的表面不断黏附粉料而长大；长大了的母球在成球区，主要受杰谢里和生球间相互挤压、搓揉作用，是毛细管形状和尺寸不断改变，被进一步压密，多余的水别挤到表面，使生球的孔隙率变小，强度提高，形成符合要求的生球（紧密区）；生球在离心力作用项，被溢出盘外。 衬板（盘底上，一层与物料杰出的底板。极易磨损，经常更换。延长衬板的使用期限，是提高造球机作业率的关键） a.钢板衬板，表面光滑，生球强度较高，不易粘料，但磨损严重、钢材耗量大； b.料衬，即盘底行上一层鱼鳞网板或小圆钢，高能工作时物料填充其中，形成料衬。优点：保护底盘，一层不厚的底料对加速

11、造球有利，但球盘严重粘料和刮刀的快速磨损严重、生球质量有所下降（料衬表面错草，物料和料衬之间的摩擦力增加，阻碍生球滚动和滑动）； c.橡胶衬板，易粘料（此衬板易吸水，使物料黏附盘底和盘边）； d.陶瓷衬板，我国发明，需砌筑，光滑、耐磨性好、有一定的抗冲击性能。但表面光滑似镜，不能将料球带到圆盘的顶部，不利于球的滚动，成球困难。 e.含油尼龙衬板，耐磨、抗冲击，不粘料，质量轻，同样条件下，可提高产量和质量。 加水 要求适宜的造球水分和生球水分产量、质量最佳。3种加水方式： 第一种，造球前预先将物料的水分调整至生球的适宜值；特点：形成母球容易，但长大慢，产量低） 第二种，先将一部分物料加水成过湿物

12、料，造球时再添加部分干料；特点：过湿的物料市区松散性，使造球过程不好控制） 第三种，造球前物料含水量低于生球水分适宜值，不足的在造球盘内补加。（常用）（适宜的造球水分比适宜的生球水分低00.5%） 加水量和生球质量的关系： 适宜时，阔的最佳的造球效果和生球质量； 低于适宜值，成球速度减慢，生球粒度偏小，出球率低；高于适宜值，成球速度加快，产量提高，但生球强度下降。调解给水量，可控制产量和生球质量。 加料 保证物料疏松，有足够的給料面，尤其在母球形成去和长大区料量要适宜。給料过多，出球量增多，粒度变小，强度降低；给料过少，相反。 生产中，往往同时调节给水量和給料量。生产中，往往同时调节给水量和給

13、料量。 （美国、加拿大等国多采用圆筒造球机；日本、德国和中国多采用圆盘造球机。）4）工艺参数 圆盘造球机的直径：直径大，造球面积大，碰撞机会多，强度和产量提高。 转速（用圆周速度表示）：小， 离心力小，物料提升不到圆盘的顶点，造成母球区“空料”，盘面的利用率降；另一方面由于母球上升的高度不大和积蓄的动能少，当母球向下滚动时得不到必要的紧密，生球强度低。大，离心力过大，盘内的物料被甩到盘边，造成盘心“空料”，使物料和母球不能按粒度分开，甚至造成母球的形成过程停止。 适宜周速为：1.02.0m/s 倾角 倾角与周速有关，倾角大，要求有较大的周速；当小于适宜倾角时，物料的滚动性能变坏，盘内的物料会全

14、甩到盘边，造成盘心“空料”，滚动成型条件恶化；当大于适宜倾角时，盘内的物料带不到母球形成区，造成有效工作面积缩小。 在一定范围内（4550度）适当的增大倾角，可以提高生球的滚动速度和向下滚落的动力。 边高和填充率：适宜 圆盘的直径和造球物料的性质有关。边高过边高过高高，由于填充率大，使合格粒度的生球不易排出，生球变得过大；另一方面使物料在盘内的运动轨迹受到破坏，生球不能很好的滚动和分级，达不到高生产率；边高过低边高过低，生球很快从球盘中排出，不可能获得粒度均匀而强度高的生球。 边高愈大，倾角愈小，则填充率就愈大边高愈大，倾角愈小，则填充率就愈大 刮刀的位置：固定和活动两种3、圆锥造球机 介于圆

15、盘和圆筒造球机之间。两种：圆盘形圆锥造球机和挤压立式圆锥造球机。四、影响造球过程的因素1）原料性能： 亲水性强易成球，褐铁矿最强，磁铁矿最差。 孔隙度大易成球。（孔隙度大，吸水性强，易形成毛细粒） 颗粒形状：针状和片状好，球状差。（例如，海砂、河砂最难成球；各种除尘灰不易成球）2) 原料粒度：粒度小，比表面积大，组成不均匀易成球，小于200目。3)原料湿度： 含水量大，生球大小不均匀，相互粘结，适宜的含水量。 矿粉的水分应低于造球适宜的水分，否则烘干。（因此，不宜用浮选矿粉）4)添加剂 膨润土：加入量一般为0.5%至1.5%，实际3%左右； 消石灰、石灰石、生石灰、有机添加剂。5)工艺参数和操

16、作因素的影响五、润磨机 特点：润态方式研磨和处理半干、半湿物料； 作用：铁精矿通过细磨，提高了细度，-200 目粒级含量可提高812%，改变了表面形状，表面活可提高，成球性能好，球团强度提高。 实例分析：济钢：经润磨，200目含量提高8%，黏结剂配比由润磨前的4.1%降低到后的2.8%，混合料的成球性能和生球强度也得到显著提高，竖炉烟气含尘量降低，生产环境得到改善。另外，由于采用润磨，可在物料中适当配加污泥、氧化铁皮等。第三节第三节 球团矿焙烧固结球团矿焙烧固结生球的焙烧：即在低于混合物料熔点的温度下进行高温固结，使生球发生收缩而且致密化，从而使之具有足够高机械强度和良好的冶金性能（还原性，膨

17、胀指数河软化特性等），以便保证高路冶炼的工艺要求。一、球团焙烧过程二、生球干燥三、焙烧固结机理四、影响球团焙烧固结的因素五、球团的特性及在高炉的行为主要内容一、球团焙烧过程 干燥预热焙烧均热冷却 物理过程：例如水分蒸发、矿物软化及冷却 化学过程：水化物、碳酸盐、硫化物和氧化物的分解及氧化和成矿作用等。二、生球干燥 1、目的：造球后水分含量一般在7.59.0， 高的能到9.5，干燥目的是提高强度，防止破裂。 破裂的原因是不均匀收缩。二、生球干燥 2、机理：物料和一定温度和湿度的气体介质相接处时，将水分排出的过程。 干燥过程由表面水汽化表面水汽化和内部水扩大散到表面内部水扩大散到表面的两个过程组成

18、（动力学角度考虑），速度要适宜，防止生球破裂。 干燥速度有计算公式，但多数是定性公式。 干燥时生球的最低强度应该能承受球层的压力和干燥介质穿过球层的压力。3、影响干燥的因素 球层厚度：球层越高，宜碎。 生球尺寸：缩小生球尺寸有利于干燥过程。 生球孔隙度：大，有利于干燥，内部蒸汽可以良好扩散； 生球的初始湿度与物质组成：初始湿度越大，生球的破裂温度降低限制了在较高介质湿度和较高流速中干燥的可能性，干燥时间越长。 干燥介质的温度：干燥介质的最高温度受生球破受生球破裂温度裂温度的限制。介质温度越高，干燥时间愈短。 干燥介质的流速：流速大，干燥时间短 4、减小生球干燥破裂的措施 1）逐步升温的干燥方法

19、 2）鼓风和抽风联合干燥作业 3）加入添加剂，提高破裂温度，加速干燥过程：配加膨润土 4）薄层干燥 5）铺底料干燥 6）部分干燥法 7）分层干燥三、焙烧固结机理1、固结反应的实质和原动力 实质：球团内的矿粒在低于其熔点的温度下互相粘结，并使颗粒之间连接强度增大。在高温下，晶格内的指点在获得一定能量是，可以克服晶格中质点的引力，而在晶格内部进行扩散。一点温度高到质点的扩散不仅限于晶格内，而且可以扩散到晶格的表面，并进而扩散到与之相邻的晶格内时，颗粒之间便产生粘结。 原动力：系统自由能的降低。 2、磁铁矿球团焙烧的固结机理 1）微晶键连接：氧化气氛，低温（900左右）条件下，焙烧磁铁矿球团时，表面

20、首先产生Fe2O3微晶、长大、连接。 2）Fe2O3再结晶：Fe3O4生球在强氧化性气氛中继续加热到1100以上时，Fe3O4完全氧化，并发生Fe2O3微晶再结晶和晶粒长大。 3）Fe3O4再结晶：Fe3O4生球在中性或强还原性气氛中焙烧，当温度高于900时，生球中Fe3O4晶粒发生再结晶和晶粒长大。（仅靠Fe3O4再结晶需要更高的焙烧温度，而且比Fe2O3再结晶的球团矿强度低，因此生产中尽量避免） 4）渣键连接： （1）高温且有SiO2 存在，则在还原或弱氧化性气氛中焙烧，高于1100时，发生反应： Fe2O3+SiO2+CO=2FeOSiO2+CO2 2FeO+SiO2=2FeOSiO22

21、FeOSiO2在高炉内难还原，应避免此种固结方式 （2）铁酸钙或硅酸钙液相的生成。 CaO和Fe2O3生成CaOFe2O3，还原性和强度都好3、赤铁矿球团焙烧再固结机理 原生赤铁矿再结晶：900开始在结晶，1300以上赤铁矿经历明显长大，但1350以上，Fe2O3将热分解。生产Fe2O3球团应严格控制温度12701300，并保证氧化或中性气氛。 Fe3O4再结晶：在弱还原或还原气氛中，Fe2O3 还原成Fe3O4后再结晶，球团强度差。 渣键连接：四、影响球团焙烧固结的因素1）造球原料性能 磁铁矿氧化 放热，（有利于温场均匀）焙烧温度（指控制温度，而不是内部温度）比较低，能耗低。（注：球团矿Fe

22、O在2%以下，而烧结矿在10%左右） 石英在氧化性气氛中不影响赤铁矿球团固结，在中性或还原性气氛中会形成液相。 长石熔点低，可降低焙烧温度，利于液相粘结。 皂土有利于球团固结，形成液相。 消石灰和石灰石会使球团矿的焙烧温度区间变窄，易出现渣相粘结 2）精矿粒度和粒度组成 粒度细，比表面积大，氧化快而完全，有利于球团造球和焙烧。 孔隙度低，有利于焙烧 粒度大小不一，有利于焙烧3）焙烧温度 球团的焙烧制度应保证在最大生产率和最适宜的气液燃料消耗量下，达到尽可能高的氧化、固结和脱硫。 提高焙烧温度有利球团固结，但最高温度不能超过Fe2O3大量分解的温度。一般为1200至1300，不低于1150，不高

23、于1350，1250最好。 4）升温速度和高温下保持时间 球团焙烧的加热速度为120-57的范围内波动。比高温下保持时间对球团的影响更大。升温速度过快，球团强度下降，热应力大 高温下保持时间要足够，因为再结晶和液相生产都需要时间，保持10分钟以上。但时间过长，球团易熔化和粘结，影响生产效率。 最适宜的升温速度和保持时间有实验决定。 5）焙烧气体介质特性： 磁铁矿：氧化性气氛最好，（可形成赤铁矿氧化再结晶）；中性和还原性气氛球团矿强度低，还原性差。 赤铁矿：氧化性或中性气氛中进行焙烧；不能在还原性气氛中进行焙烧。（赤铁矿的还原能力极强） 气氛根据废气中的O2含量划分： O28%，强氧化性气氛；O

24、2=48%，正常氧化性气氛。 O2=1.54%，弱氧化性气氛；O2=1.54%，弱氧化性气氛。 O2=11.5 % ，中性气氛；O21%，还原性气氛。6）球团矿尺寸： 尺寸小，有利氧化过程进行的完全彻底；尺寸大氧化过程进行得慢而不完全。 球团氧化完成所需的时间与球团的直径的平方成正比。（球团尺寸不能过大） 生球尺寸在对赤铁矿球团的焙烧影响更大，无内部热量。7）燃料性质 使用液体或气体燃料时，加热速度、焙烧温度、废气速度和废气中氧含量宜调节，与固体燃料相比，可得到好的焙烧效果。 使用煤粉的危害：在600800煤粉着火以前，氧容易穿过煤层进入生球并使磁铁矿氧化。但此时温度不高，氧化不足50%。煤粉

25、着火后，每份消耗了大部分的氧，导致球团氧化变慢。此时，由于加热不均，因以开裂等。在大于1000时，煤的燃烧能力极强，铁氧化物与煤接触的地方，反而被还原。当煤燃尽失，气体中有李阳的数量增多，又氧化，总之反应的不均匀，性能差。 固体燃料的加工：加强细磨，加强混匀等。8）冷却：球团直径越小，冷却速度越快。 冷却速度是决定球团强度的重要因素。 过快，将增加球团破坏的温度应力。 一般，在100/min的速度冷却到尽可能低的温度，然后在自然冷却。五、球团的特性及其在高炉中的行为 球团矿应具有良好的热性能：热强度和还原性1）膨胀：用还原膨胀度指数表示：正常膨胀2025%；异常膨胀2540% 合格球团在20%,优质球团1214% 球团膨胀的原因： 膨胀小于20% 异常膨胀 Fe