球团矿开题报告

1、 硕士学位论文开题报告论文题目：包钢不同工艺球团性能的优化研究 学 号：201102103姓 名： 廖 凯 专 业 名 称：钢 铁 冶 金 指 导 教 师：邬虎林 2012年12月28日内蒙古科技大学硕士论文开题报告申请表姓 名廖凯学号201102103导师姓名邬虎林职 称教授级高工专 业钢铁冶金年 级2年级课题名称包钢不同工艺球团性能的优化研究关 键 词球团 工艺 优化开题报告申请： 本人已经完成研究生课程的学习，获得34个学分。本学期，在导师的指导下，完成了选题。题目为包钢不同工艺球团性能的优化研究。经过研究国内外进展，总结资料。得出我国球团目前矿质量相对落后的结论，主要是一下两个个方面：

2、1）含铁品位低，国际上高炉用球团矿铁品位一般为65%（我国目前定为64%）。2）冷态性能不佳国际上传统的高炉用球团矿抗压强度2500N/P；转鼓指数90%。进口的优质球团矿其含粉率一般不超过1.5%；FeO含量不超过1%；球团外形规则均匀。我国球团矿往往因为原料质量和生球质量低，焙烧热工制度未优化，造成成品球机械强度较差，含粉率高、FeO含量高、粒度的均匀差、形状不规则。因此根据包钢的资源情况和工艺参数提出1）造好球2）先进的热工制度3）经济合理的铁料配比。从以上3点来研究不同工艺球团性能变化规律。试验室基于自产矿还原膨胀率高的现实，通过配加蒙古精矿探索球团矿性能变化规律。并对焙烧条件中性能变

3、化规律及其影响因素进行研究，得到最高焙烧温度和最低焙烧温度，确定出实际生产中与各工艺相匹配的热工制度和不同配矿方案的优劣，从而为包钢的球团生产提供一种可靠的研究手段和理论依据。 研究生签字 年 月 日 导师意见： 签字 年 月 日 学院意见： 签字 年 月 日研究生学院审核意见： 盖章 年 月 日 文 献 总 结 及 选 题 报 告研究方向钢铁冶金学 号201102103姓名廖凯指导教师邬虎林论文题目包钢不同工艺球团性能的优化研究关 键 词球团 工艺 优化主要内容：1.根据目前640万吨球团产能的原料情况，完善不同球团工艺的铁料配置。2.根据不同的球团矿生产工艺和来料供应，研究经济合适的铁料配

4、比。3合理的高炉炉料结构模式研究。4工业应用研究。组织单位报告日期评议意见：主要评定教师签字：导师意见： 签字：学院主管领导意见： 签字：I目 录1文献综述11.1 高炉炉料结构发展现状11.2球团矿概述21.2.1球团矿的概念21.2.2 球团矿工艺的发展31.2.3 球团矿在钢铁生产中的作用41.3 球团矿焙烧61.3.1 球团矿焙烧方法61.3.2球团矿的固结机理91.3.3 影响球团矿焙烧固结的因素101.4包钢球团矿生产121.4.1包钢含氟铁精矿的特性121.4.2球团焙烧过程氟和硫的脱除142选题的背景和意义142.1选题背景142.2选题意义163研究方案及进度安排163.1研

5、究内容163.2研究方案163.2.1原料条件163.2.2研究路线173.3进度安排18参考文献191文献综述1.1 高炉炉料结构发展现状在现代工业化的炼铁生产中，无论是广泛采用的高炉炼铁工艺、还是直接还原炼铁工艺或熔融还原炼铁工艺，其含铁原料必须使用一定规格的块状炉料，主要包括块矿、烧结矿和球团矿，也包括少部分符合入炉要求的原矿。早期的炼铁炉料采用块矿，随着炼铁技术的进步和铁矿资源的制约，细颗粒铁矿资源越来越多地应用于炼铁生产，铁矿粉造块成为钢铁生产流程中的重要环节。   而且随着世界钢铁产量的连年攀升，现代钢铁联合企业的可持续发展越来越受到原料因素的严重制约，特别是近

6、几年来铁矿石的价格的成倍上涨及高位震荡，使得铁前降本成为钢铁企业必须首要考虑的问题。而炼铁系统的能耗占钢铁生产总能耗的70%以上（有的高达74%）。因而，合理的炉料结构和精料仍然是今天炼铁工作者重要的工作核心1-4。配加酸性炉料的高碱度烧结矿炉料结构模式得到了世界各钢厂的普遍认可，各国根据各自资源条件、经济技术水平、技术条件等现实情况，发展着各自的烧结矿、球团矿等高炉炉料。鉴于细精矿特色矿源，北美长久以来一直使用酸性氧化球团配以大量炉内熔剂进行高炉炼铁生产，但这种模式的操作指标十分落后，难以适应当下冶炼现状，现正广泛推广超高碱度烧结矿配以原有的酸性氧化球团的炉料结构。欧盟高标准的环保要求严格限

7、制了本地区烧结厂的生产和建设，但高炉炼铁指标仍需要进一步改善，这就使得在高炉炼铁中具有优越冶金性能的球团矿成为首选炉料。如上所述球团矿已经成为国外高炉炼铁炉料结构的主体，无论是熔剂型球团还是酸性球团在炉料配比中都占有很高的比例。如墨西AHMSA公司Monclova厂5号高炉熔剂球团矿比例为93%，美国AK Steel 公司 AshlandKY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，如西欧诸国高炉炼铁酸性球团的配比一般在70%以上5,6。世界产钢大国主要聚集在亚洲地区，无独有偶各产钢大国均铁矿资源不足或几乎没有铁矿资源7，均需从澳洲或南美等地进口矿石。以粉矿

8、为主的进口矿无疑使烧结矿成为亚洲高炉炼铁炉料结构的主体，部分地区甚至高达70%左右。烧结矿在日本炉料结构中的比例一直都比较高且配比水平比较平（71.3%76.9%），但球团矿比例达到14%的高峰后呈现逐年下降趋势，目前已在10%以下了。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%；只有神户制钢厂由于烧结机老化报废后，才开始改变炉料结构采用高比例的球团矿，其配比达70%以上。韩国高炉炉料结构与日本相似均，以烧结矿为主球团矿为辅，如浦项光阳厂的高炉炉料结构中烧结矿为74%，球团矿为 11.84%。中国幅员辽阔钢铁企业众多

9、，各钢铁生产厂的炉料来源、结构迥异，高炉炉料球团矿配比各不相同。其中宝钢高炉的炉料来源和炉料结构与日、韩差别不大，该企业的炉料配比为：烧结矿74.5%，球团矿8.5%，块矿17%。从世界高炉炉料结构的现状来看，随着原料条件的变化，球团矿的产量及其入炉比例正在不断增加。发展球团矿生产是铁矿资源紧缺的必然趋势，也是高炉炉料结构合理化的需要，有着十分广阔的发展前景。1.2球团矿概述球团矿作为良好的高炉炉料，具有品位高、强度好、粒度均匀等优点。酸性球团矿与高碱度烧结矿搭配可以减少高炉渣量，构成合理的高炉炉料结构，使高炉炼铁达到增产节焦，提高经济效益 8。1.2.1球团矿的概念烧结和团矿是两种人造富矿的

10、生产方式。其中根据加工机理的不同，团矿又有压团和球团之分。粒度较粗的富矿粉宜采用烧结方式造块，而粒度极细的铁精矿则适宜团矿生产。外加一定的机械压力使铁精矿具有一定的物理外形，再通过高温焙烧进一步提高其机械强度、热稳定性以满足高炉冶炼的性能要求，这样的造块方式称为压团。然而由于压团的生产效率低下，且物理性能也不利于高炉冶炼，所以这种生产方式被逐渐淘汰，取而代之的是球团人造富矿。球团，指的是铁精矿粉依靠滚动成球，再经过高温焙烧使其具有足够的机械强度进而保证良好的冶金性能和满足长途运输、存储的需要。其成品的粒度十分均匀稳定。而且球团的固结机理不同于烧结机理，它对原料的SiO2含量没有严格的要求，可以

11、使用品位很高的铁精矿，极大的开阔了高炉渣量降低的空间；另外物料在球团过程中，其密度、孔隙度、形状大小和机械强度等物理性质都发生了改变，更重要的是在该过程中其化学组成、还原性、膨胀性、高温还原软化性、低温还原、熔融性等化学性质也发生了改变，这使得物料的冶金性能得到极大的提升9,10。此外，球团的基本应用除了利用精矿和粉矿制成球状为高炉提供冶炼原料外，还可用于生产直接还原的金属化球团矿，这在综合利用回收有用金属方面有着极为乐观的前景。球团矿的分类方式很多。例如以固结温度和气氛的不同来分类，球团矿可分为高温固结型（氧化焙烧球团矿，金属化球团矿等）和常温固结型（一般称为冷固球团）；又如按照球团矿的碱度

12、来划分，一般分为酸性球团矿和熔剂性球团矿。就当下钢铁企业的生产现状而言，酸性球团矿占据主导地位，它与烧结矿一起己经成为铁精矿造块的主要产品，为现代高炉提供高品质的炉料。另外含MgO酸性球团矿或熔剂性球团矿配合烧结矿是一种正在发展、很有前途的新兴炉料结构11，12 。1.2.2 球团矿工艺的发展由于高品位铁矿资源的日益短缺，贫铁矿资源就逐渐受到了重视。其经过选矿工艺后产生了大量小于 0.074mm（-200m）的铁精粉。烧结工艺若使用这么细的铁精粉进行造块，生产中料层透气性变差，产量明显下降，烧结作业环境严重恶化，而且成品烧结矿强度差，含粉率、FeO 含量、还原粉化指数均超出烧结矿质量标准范围1

13、3。为了合理的利用这种铁精粉，1912 年瑞典人安德逊就提出了用精矿粉生产球团，当时这种造块方法实用价值并不大，未引起人们的重视5。上世纪 30 年代初美、德、苏联等国先后开始对铁精矿球团人工富矿方式进行深入研究，特别是二战后期（19441946 年期间）美国发布了一系列很有价值的研究成果，自此世界上许多国家都认识到这一研究方向的重要性，纷纷进行实验研究，这进一步推动了球团理论、实践的蓬勃发展。瑞典于1947年建成了日产球团矿7t的试验设置14，随1950至1952年建成投产日产200t 的工厂。高炉冶炼试验证明球团矿具有良好的冶金性能，故此美国于 50 年代初开始了大型球团矿厂的建设，194

14、7 年美国伊利矿业公司建成投产了世界上第一座用于工业生产的球团竖炉。鉴于竖炉设备简单的特点，在 1955 年以前它成为焙烧球团矿的主要设备，但随着球团冶炼工艺的成熟、普及应用，球团需求量日益增加，而竖炉生产能力小的缺陷严重限制了它的使用，因此在1955年后竖炉逐渐被生产能力更大的带式焙烧机所取代退出了工业生产现场的历史舞台15。现在带式焙烧机和链篦机回转窑是球团生产的主要工艺设备。世界上最早生产的就是酸性球团矿。迄今为止，它仍在全世界球团矿生产中占主导地位。球团工艺发展以来，为进一步提高球团质量，高炉工作者做了很多的研究，并达到了预期的效果。例如，在球团配料中添加 1%左右的膨润土或有机粘结剂

15、改善成球性；配加焦粉提高气孔度和降低热耗；配加 MgO 提高各项冶金性能；增加润磨工艺改善铁精粉粒度；完善各种生产工艺提高生产效率等16。随着人们对球团的生产工艺和使用过程的认识不断深入，球团综合质量不断提高，同时随着高炉炉料结构的优化，球团矿的需求量也呈逐年递增的趋势。1.2.3 球团矿在钢铁生产中的作用与烧结矿相比，球团矿作为高炉炉料更具有优越性。球团工业生产不仅使钢铁企业最大限度地满足了冶炼的要求，而且极大地强化了冶炼过程，已成为当今世界钢铁工业中不可或缺的重要组成部分。生产实践证明，球团的作用主要表现在以下几个方面17-19：1）含铁品位高，冶金性能良好。用于球团生产的铁料是经细磨和精

16、选的细精矿，有害杂质含量极少，含铁品位远高于生产烧结矿的粉矿。资源条件和选矿工艺极大地影响着铁矿粉的含铁品位，球团矿生产需要的铁料必须是高品位的。球团矿铁品位高，国外球团矿的品位都在65%以上，国内球团矿含铁品位也在62%64%，高于烧结矿，有利于提高综合入炉品位，对减少渣量起着根本性的作用。根据经验：入炉料铁品位提高1%，高炉渣量减少30kg/t铁水，焦比下降0.8%-1.2%，产量增加1.2%-1.6%，增加喷煤量15kg/t。这一效果对我国这样一个产铁大国来说是十分惊人的，对企业的经济效益也是十分可观的。高品位入炉料有利于改善冶炼的各项技术经济指标，例如降低渣量、显著降低燃料比等，它已成

17、为入炉料质量指标十分强调的新概念。球团矿粒度均匀，一般在8mm-16mm，其中8mm-12mm的占85%以上，优于其它入炉矿。有利于改善高炉上部料层的透气性及还原气流分布的均匀和合理性，有利于发展间接还原，提高煤气利用率，降低能耗。铁矿物在高温氧化性气氛下，再结晶焙烧固结得到的球团矿，含铁矿物为赤铁矿，FeO的含量很低，一般可达1.0%以下，远低于精矿烧结9%-11%的水平。不仅对铁矿石在高炉内的间接还原十分有利，对降低焦比也十分有利。包钢球团矿的二级品FeO 含量2%，一级品FeO 含量1%，减少高炉内直接还原，具有更好的冶金性能。球团矿转鼓指数要求88%，小于5mm的粉末比例一般不超过3%

18、，最好达到不超过1.5%。这对获得优良的冶炼指标十分重要。粉末是十分有害的东西，对炉、窑的冶金工艺操作，粉末量增加必然会给炉（窑）况带来不利的影响，极易诱发各种事故，对企业的设备作业率、产品的产量和质量指标造成严重、甚至是恶劣的影响，必须将其含量降到最低的程度。使用铁精矿进行烧结，高炉槽下的烧结矿中，粉末量有的高达20%以上，不但对高炉炼铁造成严重的影响，而且大量的返矿返回烧结，造成烧结生产有效产量的大幅下降和能量的极大浪费。1）球团矿的强度较高不易产生粉末，改善高炉透气，也适于长途运输且能贮存较长时间，因而可以商品化；球团矿不仅可以供高炉使用，也是直接还原生产和 COREX 熔融还原生产最重

19、要的炉料。 2）充分利用铁矿资源，改善物料冶炼性能，去除有害杂质。贫矿经选矿流程后获得的高品位铁精矿粉，烧结工艺不能使用粒度细的铁精粉，可以改用球团工艺，改善原料粒度制成球团供高炉使用，充分利用了铁矿资源避免浪费。其次，某些铁矿资源含有高二氧化碳或结晶水，从经济角度考虑也不能直接作为高炉炉料进行冶炼。将其破碎、细磨、筛分后造球，可以除去结晶水和挥发成分，提高入炉原料的品位。再有，铁矿企业开采的铁矿石常常会还有不利于高炉生产的有害杂质 S、P、As、Cu、Pb、Zn、Na、K 等。当这些杂质的含量超过某一值时，即使天然块矿铁品位高，也不能直接入炉，否则会对高炉和后续生产造成极大的影响。比如碱金属

20、 Na、K 等，进入高炉后会产生碱金属循环，导致高炉炉内结瘤，严重影响高炉生产和使用寿命。而 S、P、As、Cu 等则会进入铁水，最终对钢材性能产生破坏。通过选矿球团矿工艺，就可以大部分或部分除去这些有害元素，既保证了冶炼产品质量，又起到了保护冶炼设备的作用，同时，在生产球团矿的过程中，还可以采用各种方法将这些有害元素回收，加工成具有更高价值的副产品。3）充分利用二次含铁原料。钢铁生产是一系列工艺流程的连续作业，几乎每个工艺都会有大量的副产物，如除尘过程的炉尘、炼钢产生的炉渣、轧钢出现的轧钢皮、铸造剩下的粉屑等等。它们有个共同的特点就是含铁品位高，若丢弃不仅浪费资源也污染环境，但因粒度或其他原

21、因又不能直接入炉。采用球团工艺，加入造块过程或对其处理后单独成型，再次利用这些二次含铁原料，变废为宝，还可以降低球团的能耗，节约生产成本，实现钢铁工业可持续发展20。4）加工费低，节能环保。钢铁生产的能耗70%左右在炼铁及铁前工序，燃耗更是如此。影响高炉能耗高低的70%的因素是在“精料”。“精料”原则中的重要一点是采用球团矿，实现合理炉料结构，这是降低炼铁能耗最重要的技术措施之一。一般情况下，球团生产的工序能耗比烧结要低。实际生产中，较好的烧结工序能耗指标为 6070kg·t-1，而球团工序能耗一般仅为 3050kg·t-1，尤其是球团采用磁铁矿生产时，差别更明显。究其原因

22、，从整个工艺流程来说，球团工艺较烧结工艺流程短，使用能源的种类也多，建设成本低，也不用建在高炉附近，有利于减少城市污染，发展成商品球团，提高附加值。从具体操作步骤来说，球团工艺混料无需配碳量，成品球团也不用进行破碎处理，而且整个焙烧过程都没有暴露在大气中，灰尘散发少，投入的除尘设备就少，能耗损失也少。所以，球团矿的总体加工费要低于烧结矿的加工费，平均生产 1t 球团矿的能耗大约仅是生产同样烧结矿的一半。1.3 球团矿焙烧为了使球团矿具有良好的冶金性能，球团需要进行焙烧，焙烧过程中，根据球团内的矿物组成与焙烧制度的不同，则发生着不同的固结反应。1.3.1 球团矿焙烧方法球团矿发展到现在，其生产方

23、式主要有三种，分别是球团竖炉法、带式焙烧机法和链篦机回转窑法。1）竖炉法竖炉是最早生产球团矿的设备，如图1所示。同高炉一样，它是遵循逆流原理工作。生球从竖炉炉顶装入，在炉内匀速连续下降。同时燃料在燃烧室燃烧，产生的气体从喷火口进入竖炉，气流自下而上运动，与下降的生球相遇进行热交换，完成焙烧固结。生球继续下降，在炉内下部冷却段冷却后排出竖炉。整个过程，生球干燥、预热、焙烧、冷却一气呵成，经筛分后，由皮带送到料仓，再进入高炉。现代竖炉经过改进，在顶部设有烘干床，炉内中间设有导风墙，使竖炉的焙烧条件有了很大的改善。一般竖炉是矩形断面，少部分是圆形断面。 图1 竖炉生产示意图竖炉具有设备简单，基建投资

24、小，建设周期短，相对成本低，操作简单，且可以利用高炉煤气的优点，从而在球团生产中的很长时间内一直占有统治地位。但竖炉单炉生产产量低，能耗高，球团质量差，只适用于磁精粉球团焙烧，适合中、小型钢铁企业，也成为了现代竖炉发展的瓶颈。随着高炉大型化的发展，绝大多数国家球团生产都淘汰了竖炉法，中国由于历史原因仍继续使用竖炉法生产球团21。2）带式焙烧机法带式焙烧机是目前使用最广的焙烧设备，其生产过程如图2所示。从结构外观来看，带式焙烧机与带式烧结机有些相似，可以说是受带式烧结机的启示发展起来的，但在生产过程中两者却完全不同。带式烧结机的焙烧自上而下依靠自动蓄热作用进行，而带式焙烧机完全是外部供热，由机长

25、方向自左向右依次经过干燥、预热、焙烧、均热和冷却，成品球团矿排出。带式焙烧机的特点是使用了铺底料和铺边料，提高了球团质量；采用鼓风干燥和抽风相结合的过程，提高球团矿的质量；利用焙烧和冷却产生的热废气干燥、预热和助燃，降低单位成品热耗；排出的废气仅是含水高，无污染；适用于各种不同原料球团矿的焙烧；相对成本是三种焙烧工艺最高的。 图2带式焙烧机生产示意图3）链篦机回转窑法在最近几年，链篦机回转窑法得到了很大的发展，其生产过程见图3。它是由链篦机、回转窑和冷却机三大系统组成的焙烧工艺。造好的生球经布料器进入链篦干燥和预热，随后由皮带送入回转窑内，滚动下降。一般回转窑的倾角为 5°左右，窑头

26、有喷嘴，燃料燃烧的热气由此进入回转窑，与下降的球团逆向运动，相遇进行一系列的反应。当球团矿移动到窑头时，焙烧过程结束，落到冷却机上冷却降温，筛选后进入高炉。与前两种焙烧工艺相比，链篦机回转窑法的球团焙烧过程分开进行，每个部分都可以根据情况进行调整；链篦机上只进行干燥预热，故不需要铺底料；球团矿在回转窑内是翻滚运动，受热均匀，反应充分，焙烧强度高质量好；可以根据生产要求来变化窑内气氛，生产多种产品，如有氧化球团、金属化球团等；但如果生产操作不当，高温带产生过多的液相，容易“结圈”。图3链篦机回转窑生产示意图球团矿的焙烧工艺不同，生产的球团矿质量也存在着差异。瑞典 LKAB 公司对三种高炉球团生产

27、设备生产的球团矿的冶金性能进行比较，结果见表122。从表中可以看出，球团矿的化学成分和还原特性，三种焙烧工艺几乎没有差别，但其常温机械强度和低温还原粉化率，都是链篦机回转窑生产的球团矿性能最好。综合比较球团生产还是链篦机回转窑最有发展优势。表1三种焙烧工艺球团矿的冶金性能焙烧工艺TFe/%SiO2/%R40RSI/%RDI+6.3/%RDI-0.5/%抗压强度/N·个-1T/%竖炉 66.23.80.515906254892带式焙烧机66.33.70.715953245094链篦机回转窑65.94.10.6159512477951.3.2球团矿的固结机理对球团矿的焙烧固结机理，国内外

28、专家从不同角度进行了研究，但都不够深入至今未能形成统一理论。磁铁精矿粉是球团矿焙烧主要使用的铁精粉。一般认为磁铁矿的固结机理主要是Fe2O3再结晶固结23-26。在氧化气氛中，焙烧温度的升至200时，磁铁精矿粉的球团矿表面 Fe3O4氧化为Fe2O3晶体，形成“连接桥”或称Fe2O3“微晶键”。Fe2O3晶体细小，强度较差。随着温度的上升，Fe2O3的原子获得了足够的能量克服周围的束缚力进行扩散，并扩散能力逐渐增强。当扩散发生在相互接触的矿粒接触面时，促使Fe2O3晶体再长大，相互连接起来。300后，扩散迅速，由外往里发展。到800时，球团矿表面已经形成致密的外壳，强度提高。加热到900，Fe

29、2O3微晶键可以长大进行再结晶。1000时 Fe3O4几乎完全氧化成Fe2O3晶体。在最佳焙烧温度继续焙烧，再结晶得到充分发展使强度增强其次，球团矿中的 SiO2在未完全氧化时会生成低熔点的硅酸盐，高温时成为液相，包围未氧化的矿物颗粒。若发生在表面，则容易造成球团之间的粘结。因此，球团焙烧中常抑制液相的出现，要求均匀分布并小于 5%27,28。球团矿在中性或弱还原性气氛中焙烧，温度高于 950时，Fe3O4会发生再结晶和长大。这要比氧化成的Fe2O3再结晶生长速度慢，并且强度也差。赤铁精矿粉的球团矿的焙烧机理普遍认为是在氧化气氛下的900时赤铁精矿粉的晶粒开始再结晶，1300时Fe2O3再结晶

30、才开始明显增长，形成一定强度。但这种再结晶键远不如氧化后的Fe2O3再结晶强度高29。温度再升高1350后，这种原生的赤铁矿将发生分解，强度下降。还有人认为在还原或弱还原气氛下，赤铁精矿粉的球团矿是在 1300时赤铁矿分解为磁铁矿，然后再结晶和长大完成固结。降温冷却后，磁铁矿再氧化赤铁矿再结晶连接固结。无论是那种固结机理，赤铁矿与磁铁矿相比，氧化焙烧所需温度高，消耗的热量也多，强度差。采用褐铁精粉矿焙烧球团，则是先发生分解，形成赤铁矿，之后的焙烧固结就和赤铁精粉矿焙烧的球团一样了。由此可以看出，对球团生产而言，磁铁矿是最佳生产原料。随着铁矿石资源的紧缺，粒度细、品味高的磁铁矿越来越少，很难再满

31、足球团生产的需求。充分利用资源，在磁铁精矿粉中配加少量的赤铁精矿粉，很多研究者和厂家研究试验证明可行30-33。1.3.3 影响球团矿焙烧固结的因素影响球团焙烧过程的因素较多，有生球的质量和粒度、含硫量、焙烧制度、气氛特性、燃料燃烧、孔隙率等34,35。主要影响因素有：1）生球质量生球是球团焙烧的前一环节，也是球团焙烧的基础条件。它要经历高温下的一系列的变化、运输及下降时的碰撞。因而，生球要有一定的强度和热稳定性，破裂温度要高。2）生球粒度生球粒度对球团的氧化和固结有一定的影响。生球适宜粒度是916mm，尺寸过大，焙烧时固结反应慢难以进行完全，故而焙烧时间长。尤其是赤铁矿球团焙烧，其固结时不氧

32、化不放热，全部热量均需外部提供，粒度过大容易出现夹生球。研究结果表明：球团的氧化和还原时间与球团直径的平方成正比。其次，精矿粉的粒度越小，比表面积越大，有利于氧化固结的进行。且随着精矿粉中-15m含量的增加，Fe2O3再结晶程度加深，球团矿成品的抗压强度提高。同时，精矿粉粒度越小，球中孔隙尺寸就越小，在其他条件相同时，球团的强度就越高36-39。3）焙烧温度制度焙烧温度制度是影响球团矿焙烧的重要因素，包括焙烧过程中各阶段的温度和停留时间，升温速度和冷却速度等。（1）焙烧温度一般认为，球团矿焙烧会在 800到 1100预热后，继续升温达到焙烧温度进行固结。低温时，焙烧依靠原子的扩散。随着温度的提

33、高，扩散速度增加，有利于颗粒间物质的迁移和固结，但是只有当温度达到相当 2/3 熔点时，原子才有明显的活动性。若焙烧温度偏低，固结反应进行缓慢，球团矿强度差。若焙烧温度高，则消耗大量的资源，成本高。焙烧温度对球团焙烧过程影响较大，从提高质量和产量的角度出发，应尽可能选择较高温度：从设备条件、设备使用寿命、燃料与电力消耗角度考虑出发，应尽可能选择较低的焙烧温度。实际选择焙烧温度通常应兼顾上述两个方面，选取适宜的焙烧温度。（2）加热速度球团焙烧时的加热速度，对球团的氧化过程、常温强度乃至还原后的强度均产生较大的影响。加热速度过快球团矿氧化反应进行不完全，球团内外产生膨胀差异引起裂纹；加热速度慢球团

34、矿产量低。适宜的加热速度由实验确定可以从 57120·min-1的范围内波动40。（3）焙烧时间球团焙烧时间对球团的氧化、固结有着直接的影响。球团矿在焙烧达到最佳焙烧温度时，还需要一定的焙烧时间来确保球团从外到里的氧化和再结晶进行完全。但也不宜过长，以免出现球团粘结现象得不偿失。通常，在较高的焙烧温度下，焙烧时间可以相应的缩短些。（4）冷却速度为方便运输和贮存，球团焙烧后需要进行冷却。冷却时，速度过快增加球内的温度应力，引起粘结链破坏，使球团强度迅速下降；速度慢则不利于球团生产。其次，球团的大小也与冷却速度有关，显然球团直径小的冷却快。研究表明与球团直径D-1.4成正比，冷却速度为7

35、080·min-1时球团强度较为适宜40。4）焙烧气氛根据球团固结机理，在不同的焙烧气氛下，焙烧的球团矿存在着差异。气体介质的特性可按燃烧产物的含氧量确定：气氛中氧含量>8%为强氧化气氛，氧含量0%8%为正常氧化气氛，氧含量1.5%4%为弱氧化气氛，氧含量1%1.5%为中性气氛，氧含量< 1%为还原性气氛。生产中可以通过调节空气过剩系数来控制气氛。氧化性气氛下，对磁铁矿球团焙烧有利，其赤铁矿再结晶固结情况可达到最好。中性或弱还原气氛下，磁铁矿中易形成渣相，影响球团抗压强度。而焙烧气氛的变化对赤铁矿的焙烧没什么影响。5）燃料性质燃料的种类和燃烧条件决定了对球团矿强度有重要影

36、响的焙烧气氛，从而影响球团固结。使用液体或气体燃料时，由于加热速度、焙烧温度、废气速度和废气中氧含量等易于调节，焙烧可控制在氧化气氛中进行。固体燃料由于本身的局限性很容易造成局部还原气氛，不利于焙烧过程中的氧化和赤铁矿的再结晶，也不利于铁酸钙固结。因此，与固体燃料相比，液体和气体燃料可得到较好的焙烧效果。但在我国固体燃料居多，应注重开发利用固体燃料。6）添加物和脉石成分球团生产中的添加物有膨润土、生石灰、消石灰、石灰石、氯化钙溶液或纸浆等。适宜的添加物含量可以改善生球质量，有利于焙烧时形成一定的低熔点渣相，提高球团矿的强度。但添加物过多，使矿粉颗粒互相隔离，反而妨碍了赤铁矿的再结晶和结晶长大的

37、连接作用。脉石成分多是 SiO2、Al2O3和少量的 MgO。研究表明41-44，SiO2高需要配加多的CaO，焙烧温度过高时产生液相，对球团焙烧固结不利；Al2O3含量升高，孔隙率上升，球团矿的抗压强度下降，FeO 降低；MgO 含量增加，产生的物质熔点较高，焙烧时不易产生液相，球团矿的软化和熔化温度有所上升，低温还原粉化率、膨胀率均下降，高温还原度得到改善。1.4包钢球团矿生产包钢在球团矿生产过程中，为控制成本，在加大使用自产矿方面做过大量工作，但是白云鄂博铁矿用于球团工艺存在着球团矿还原膨胀率高的缺点，所以，包钢的球团生产一直都受到还原膨胀率高的困扰。1.4.1包钢含氟铁精矿的特性白云鄂

38、博铁矿一个重要的特征是矿相中有含氟矿物，因此将白云鄂博矿选出的铁精矿统称含氟铁精矿。由于白云鄂博矿体本身矿石种类繁多，成分十分复杂，选矿技术又不断发展和演变，所以至今不能列出一种精矿来代表整个含氟精矿。此处只能选择几种当前用于球团生产或试验的精矿，仅就氟含量做简要论述。原料名称TFeFeOCaOSiO2MgOF SKa2ONa2O Ig新再磨精矿66.928.50.62.830.800.1590.070.120.162.99巴润磁精矿66.523.251.421.180.810.250.2580.1280.2352.24巴润磁精矿*65.6516.501.601.570.740.1300.08

39、30.150.08209年试验取样新再磨磁精矿*66.1028.150.803.040.820.0540.1060.120.1709年试验取样蒙古精矿68.4925.460.6761.300.6460.0550.2340.0500.0521.36澳矿60.980.920.273.870.200.040.035.57表2球团原料化学成分随着白云鄂博铁矿选矿技术的不断发展，含氟精矿的化学成分也在不断变化，但却有着共同的特点。首先是化学组成的复杂，对冶炼有害的杂质，如氟、钾、钠、磷、硫等元素的含量都比较高，其中氟、硫、钾、钠等对球团工艺过程、环境污染及球团矿的质量等均有不利影响。其次都含有相当高的钙

40、、镁等碱土金属，属于半自熔性矿石。和一般的石英型铁精矿相比，上述这些组分对球团生产工艺和球团矿性能的影响是弊多利少。含氟精矿比一般矿石烧损高，在焙烧过程中会增加工艺废气量、增加热消耗，这对球团生产也是一个不利因素。含氟铁精矿球团焙烧的最大特点是不宜采用过高的温度，也不宜在高温下焙烧时间过长，否则将会使熔体过分发展，致使球团强度降低。随着含氟精矿铁品位升高，含氟量降低，这一特点熔趋于缓和。生产中含氧球团常用的焙烧温度在1250以下。并且可以采用比较快的机速。国内外的研究均证实，白云鄂博铁矿用于球团工艺存在着还原膨胀率高的缺点。沈茂森等人通过研究，发现球团矿还原膨胀率高是由于挥发份产生的部分气孔由

41、于气体压力而破裂和外界连通，形成开气孔，挥发份被排出; 部分气孔在气体压力下仍没有破裂，将挥发份保留其中，形成了闭气孔。这就是白云鄂博铁矿使球团矿气孔率提高的原因。闭气孔中的挥发份在球团矿高温还原时，会再次产生较高的膨胀压力，气孔壁在遭到还原气体的破坏时破裂，其中的挥发份膨胀释放，引起了球团矿的还原膨胀。这种膨胀和传统意义上的还原膨胀叠加就常常会导致球团矿的恶性膨胀41。由此可见，还原膨胀率高是巴润精矿在球团生产时的固有特性，要改变巴润精矿的这种特性比较困难。矿浆管道输送的巴润精矿粒度较细，-200目达到90%以上，比较适合造球。但其造球方面的优势远远抵消不了其还原膨胀率高的劣势，所以，综合考

42、虑，巴润精矿不是生产球团矿的理想矿种。仅从巴润精矿粒度细就说巴润精矿适合生产球团矿是片面的，容易误导生产。球团矿的还原膨胀率与巴润精矿的配比呈显著的正相关。球团生产配加巴润精矿时，其配比应控制在30%以内41。1.4.2球团焙烧过程氟和硫的脱除球团焙烧过程，包括900-1100的预热阶段和1200以上的焙烧阶段。其特点是，气流速度快，氧化气氛强，并含有水蒸气。这些条件都有利于氟和硫的脱除。有研究表明，氟在900以上开始大量脱除，温度越高，脱除量越大，自然空气和加水蒸气的气流脱氟率差别很大，尤其在高温下，加水蒸气比干空气脱氟量高一倍以上。包钢从以往在带式焙烧机实践得出碱度对脱氟率影响较大，碱度越

43、高，脱氟率和脱硫率越低。在带式焙烧过程中脱硫率是相当高的，但随着碱度的增加脱硫率也有所降低。2选题的背景和意义2.1选题背景2010年，包钢使用了蒙古国铁矿石100万吨，蒙古国铁矿原矿品位52%，包钢经再磨再选之后生产出铁精矿64万吨，品位可以达到68%。11年7月份，包钢选矿厂蒙古矿原矿处理量达到81.83万吨，生产球团用蒙古矿精矿57.77万吨，为公司降本增效、合理利用资源做出了贡献。12年包钢引进200万吨蒙古矿全部用于球团生产，而包钢将于随后几年逐渐加大到每年从蒙古进口蒙古矿600万吨的水平。为包钢新体系提供稳定的原料供应。通过表2，蒙古精矿的硫含量较高，这也是球团过程中不得不考虑的问

44、题。炼铁和钢铁生产若要获得节能减排的效果，必须以球团矿具有高质量为基础，并非使用任何球团矿均可得到节能减排的效果。球团矿质量差，可能其效果还会适得其反，只有高质量球团矿才能起到好的效果。因而我们在提倡、确定生产及使用球团矿时，为了能够达到我们的要求和期望值，真正起到改善冶炼、节能、降耗、减排的目的，对球团矿质量必须要有严格的质量要求。不能简单认为只要生产或使用球团矿作为含铁炉料即可，这是一个重要的科学观念。对照国外球团矿的先进水平，我国球团矿质量落后主要体现在以下几个方面：1）含铁品位低国际上高炉用球团矿铁品位一般为65%（我国目前定为64%）。同时SiO2含量要在2.0%-3.0%。为达到这

45、一质量指标必须严格控制入厂铁精矿的品位，一般应在66.5%以上。对国产铁精矿必须实行细磨精选。同时应选用优质粘结剂，严格控制膨润土的加入量。坚持实现不超过1%的目标，争取达到0.8%。国外一般为0.6%-0.8%。对膨润土的质量和配加量应是球团厂极为重视的技术条件，不能轻视和掉以轻心。同时不能单一强调价格因素，否则必然导致占小便宜而吃大亏的结果。膨润土用量增加，使球团铁品位下降所造成的损失，不但影响到球团矿的质量和价值，还会严重影响到高炉的节能和效益。2）冷态性能不佳国际上传统的高炉用球团矿抗压强度2500N/P；转鼓指数90%。进口的优质球团矿其含粉率一般不超过1.5%；FeO含量不超过1%

46、；球团外形规则均匀。我国球团矿往往因为原料质量和生球质量低，焙烧热工制度未优化，造成成品球机械强度较差，含粉率高、FeO含量高、粒度的均匀差、形状不规则。竖炉球团由于设备和工艺问题，其质量的均匀性更是重要问题。要解决上述问题必须采取以下措施：1）造好球造球即铁精矿粉成型，是球团矿生产的主要环节，也是保证球团焙烧质量的基础性条件和球团矿生产的一大核心技术。要达到造好球的目的，必须保证铁精矿的粒度、粒度组成、比表面积、合适的水分、高质量的膨润土和其它添加料，以及良好的混匀效果。对于不同的矿种，其要求虽然有所不同，但一般来讲铁精矿的细度必须达到小于0.074mm占90%以上；比表面积也应在1800c

47、m2/g以上，最好为2000cm2/g-2200cm2/g。同时要严格控制合适的造球水分。造球操作人员的操作水平也会起到关键性的作用。生球质量要求：生球强度不应低于五次，最好在八次以上。生球的爆裂温度应保证在450以上，这和膨润土性能的好坏有关，因而一定要选用优质的膨润土，这是一个十分重要的因素。生球质量的优劣决定着整个球团矿生产工艺过程的成败和生产技术经济指标的好坏。球团矿的质量检测有一套科学的方法、严格的装备和制度。例如采样的代表性、操作的规范性等。另外，抗压强度决不是最高和最低的平均值，同时对球团的粒度组成也有要求等等。对各种数据的测定和数据处理及计算都应严格遵循计算规则，必须改变粗放式

48、的习惯，克服浮跨，强调实事求是的科学精神。2）先进的热工制度先进的热工制度不但能保证合理的升温速度、气体流速和流量、焙烧气氛和较高的焙烧温度。同时可以使生球不会产生爆裂、加热和氧化均匀，最终获得最好的成品球的质量。先进的热工制度必须以性能优越的设备质量来保证，比如耐高温、低漏风、长寿命、安全可靠性等。先进的热工制度不但对产品质量有保证，而且也是球团矿生产工艺达到节能的最重要的技术。3）严格的质量检验制度和正确的各项指标测定及计算方法，实行真正的科学管理2.2选题意义针对包钢自2010年以来，随着钢铁市场原燃料价格的上涨和高位震荡，包钢面临降低生铁成本的紧迫形势，2010年开始逐渐加大自产精矿的

49、产量，尤其是巴润矿业公司的两个选场生产的巴润氧化矿和磁精矿，随着矿浆管道的建成投产，其输送的巴润磁精矿预计达到330万吨，加上原有主东矿450万吨，巴润矿业公司小选厂120万吨氧化精矿，共计自产铁精矿为900万吨，2012年进口蒙古矿200万吨，随后几年包钢计划将蒙古矿进口水平将达到每年600万吨。随着包钢新体系带式球团生产能力为400万吨，需铁料400万吨。若自产矿配比为30%，则新体系球团矿需自产矿的量为120万吨。包钢现在厂区内有带式球团焙烧机年产120万吨，4座竖炉160万吨产。根据再磨设备在包钢内，所以可以多配加再磨精料。西区链篦机-回转窑年产球团120万吨，固阳链篦机-回转窑年产2

50、40万吨，需要大量的铁料。由于包钢自产精矿的特殊性，尤其是在球团中大量配加会导致球团矿还原膨胀的上升。结合蒙古精矿的价格便宜、品位高、含硫高等特点，如何配加蒙古精矿，如何改善球团矿性能，优化工艺参数也成为包钢亟待解决的问题。试验室基于研究还原膨胀率高的现实，通过配加蒙古精矿探索球团矿性能变化的规律。并对焙烧条件中强度变化规律及其影响因素进行研究，得到最高焙烧温度和最低焙烧温度，确定出实际生产中与各工艺相匹配的热工制度和不同配矿方案的优劣，从而为包钢的球团生产提供一种可靠的研究手段和理论依据。3研究方案及进度安排3.1研究内容1根据目前640万吨球团产能的原料情况，完善不同球团工艺的铁料配置。2

51、根据不同的球团矿生产工艺和来料供应，研究经济合适的铁料配比。3硫含量对球团矿质量指标的影响研究，尤其是蒙古矿在球团工艺的应用研究。4合理的高炉炉料结构模式研究。5工业应用研究。3.2研究方案3.2.1原料条件本次实验采用的精矿粉全部取自包钢球团厂生产实际现场，化学成分如下表3。为控制还原膨胀率在20%以内，据包钢实验所取得成果，巴润精矿使用比例定为30%不变，剩下70%的铁料为蒙古精矿，再以5%为步长逐渐降低蒙古精矿比例到0，同时新再磨精矿由0相应地增大到70%。表3球团原料化学成分原料名称TFeFeOCaOSiO2MgOFSKa2ONa2OIg新再磨精矿66.928.50.62.830.80

52、0.1590.070.120.162.99巴润磁精矿66.523.251.421.180.810.250.2580.1280.2352.24蒙古精矿68.4925.460.6761.300.6460.0550.2340.0500.0521.363.2.2研究路线1、成球性和连晶性试验判断成球性的主要指标是成球后的抗压强度和在规定时间内的成球直径大小。铁矿粉的连晶性试验，通过比较同一焙烧条件下，不同配比的铁精矿粉连晶性的强弱，来判断不同配比条件下所生产球团矿的强度。2、生球质量的研究探索铁料组成，矿粉湿度，混合料的粒度及粒度组成和膨润土添加量对生球质量的影响，优化造球工艺。对不同铁料配比生产的球

53、团进行质量检测，包括生球粒度，生球落下强度，生球抗压强度，生球爆裂温度和耐磨性检测。3、焙烧条件的研究主要包括常温抗压强度与焙烧温度关系的研究，确定最低焙烧温度，最高被烧温度，保证球团矿在运输和入炉时的强度，降低含粉率。常温抗压强度与焙烧时间关系的研究，确定适宜的焙烧时间，降低能耗和成本。常温抗压强度和还原后强度与加热速度关系的研究，常温抗压强度与冷却速度关系的研究。4、球团矿质量检验及高温冶金性能在调整完最佳工艺参数及配比后继续检验成品球团矿的抗压强度，转鼓强度，还原强度，低温粉化指数，还原膨胀指数，荷重软化温度及熔滴特性。5、进一步提高球团矿强度的措施球团矿强度的获得与球团矿生产的原料性能

54、、造球及焙烧工艺参数是密切相关。结合试验结果和对球团矿的破损机理进行理论分析，提出进一步提高球团矿强度的措施。6、工业应用研究根据资源状况和工艺参数结合试验结果，为三种包钢工艺球团生产选择合适的原料配比，造球参数，热工制度。研究成球直径对竖炉焙烧均匀性的影响。3.3进度安排本论文研究的起止年限为2012年10月至2014年6月，具体进度安排为：2012年1012月：研究国内外进展，总结资料。2013年24月：铁料连晶性试验的研究2013年57月：焙烧条件的研究2013年89月：球团矿质量检验及高温冶金性能2013年1012月：进一步提高球团矿强度的措施2014年13月：工业应用研究2014年4

55、5撰写硕士学位论文2014年6月：参加硕士学位论文答辩 第二章原料性能与研究方法2.1原料物化性能2.1.1原料化学成分2.1.2原料粒度2.1.3添加剂2.1.4铁精矿成球性指数K 包括堆密度 真密度 孔密度 安息角 比表面积2.15铁矿预处理研究根据生球检验及以上成球性指数结果确定是否进行膨润土、球磨，润磨时间对生球质量的影响研究，并可进一步研究球磨，润磨时间对粒度、比表面积、和形貌的改善情况。2.2不同种类MgO含量分别对球团培烧特性的影响（考虑高MgO含量的镁质粘结剂添加剂对铁精矿和镁质粘结剂一起进行润磨预处理后，能改善MgO球团矿预热焙烧性能。混合料采用润磨预处理后，球团预热温度能降低80，焙烧温度至少能降低30