球团理论与工艺-7+8+9(正)课件.ppt

1、7.1 金属化球团矿金属化球团矿 7.1.1 概述概述 金属化球团矿金属化球团矿是将生球或经氧化焙烧后的球团矿，在还原装是将生球或经氧化焙烧后的球团矿，在还原装置中用还原剂（固体和气体）进行预还原，除去铁矿石中铁氧置中用还原剂（固体和气体）进行预还原，除去铁矿石中铁氧化物的含氧量，从而可得到有一部分或绝大部分氧化铁转变为化物的含氧量，从而可得到有一部分或绝大部分氧化铁转变为金属铁的球团矿。金属铁的球团矿。一般用于炼铁的原料，多为金属化程度较低（一般用于炼铁的原料，多为金属化程度较低（2050%）和）和酸性脉石较高的球团矿。酸性脉石较高的球团矿。若作为电炉炼钢的原料，金属化程度一般较高（若作为电

2、炉炼钢的原料，金属化程度一般较高（7090%以以上），且酸性脉石要求愈少愈好。上），且酸性脉石要求愈少愈好。7.1 金属化球团矿金属化球团矿 7.1.1 概述概述金属铁增加金属铁增加10%，焦比降低，焦比降低5-6%，生产率提高，生产率提高5-9%。7.1 金属化球团矿金属化球团矿 7.1.2 金属化球团矿还原机理金属化球团矿还原机理 氧化球团矿的还原是氧化球团矿的还原是逐段逐段呈带状呈带状发展的。发展的。逐段是氧化铁与还原剂作用时，还原经过逐段是氧化铁与还原剂作用时，还原经过 Fe2O3Fe3O4FeOFe（570以上）以上）或或Fe2O3Fe3O4Fe（570以下）等阶段完成。以下）等阶段

3、完成。呈带状是还原时，每个上列氧化物相形成包围价数比较高呈带状是还原时，每个上列氧化物相形成包围价数比较高的氧化铁，而中心是未还原的最高价氧化铁（的氧化铁，而中心是未还原的最高价氧化铁（Fe2O3或或Fe3O4），），最外层是金属铁。最外层是金属铁。（1）金属化球团矿还原过程）金属化球团矿还原过程 7.1.3 金属化球团生产工艺金属化球团生产工艺（1）回转窑法）回转窑法 含铁原料采用含铁原料采用块矿或氧化性块矿或氧化性球团矿球团矿 含铁原料为粉含铁原料为粉矿或精矿矿或精矿 7.1.3 金属化球团生产工艺金属化球团生产工艺（1）回转窑法）回转窑法 任何还原剂在回转任何还原剂在回转窑内，也是产生热

4、量窑内，也是产生热量的主要来源。的主要来源。要求固体还原剂灰要求固体还原剂灰分熔点高、含硫量低。分熔点高、含硫量低。无烟煤作还原剂时，必须添加天然气或重油作辅助燃料来提高无烟煤作还原剂时，必须添加天然气或重油作辅助燃料来提高窑内温度；窑内温度；烟煤和褐煤等高挥发分还原剂，因可产生大量可燃气体，无须烟煤和褐煤等高挥发分还原剂，因可产生大量可燃气体，无须加辅助燃料，但因有一部分可燃气体在没有完全燃烧以前就排出加辅助燃料，但因有一部分可燃气体在没有完全燃烧以前就排出窑外，故使热量消耗要比无烟煤使用时高。窑外，故使热量消耗要比无烟煤使用时高。褐煤能得到最高的金属化程度，而无烟煤得到的产品强度最好。褐煤

5、能得到最高的金属化程度，而无烟煤得到的产品强度最好。回转窑法对矿石粒度的要求，由其还原性而定。块矿平均粒回转窑法对矿石粒度的要求，由其还原性而定。块矿平均粒度为度为515mm（易还原的可达（易还原的可达20mm），球团矿的粒度约），球团矿的粒度约515mm。回转窑内最高温度限制回转窑内最高温度限制在在1100左右左右。7.1.3 金属化球团生产工艺金属化球团生产工艺（1）回转窑法）回转窑法 7.1.3 金属化球团生产工艺金属化球团生产工艺（2）竖炉法（）竖炉法（“Midrex”法）法）还原剂主要是天然还原剂主要是天然气，最终产品的金属气，最终产品的金属化程度可达化程度可达95左右，左右，多作炼

6、钢用原料。多作炼钢用原料。竖炉分作两部分，上部进行预还原，温度保持在竖炉分作两部分，上部进行预还原，温度保持在8001200之间，时间约为之间，时间约为1.2h左右。下部通入冷惰性气体进行循环冷却，左右。下部通入冷惰性气体进行循环冷却，可使产品冷却到可使产品冷却到85。7.1.3 金属化球团生产工艺金属化球团生产工艺（3）竖罐法（）竖罐法（“HYL”法）法）生产过程为间歇式，生产过程为间歇式，非连续性生产，采用四非连续性生产，采用四个罐交替进行反应，依个罐交替进行反应，依次轮流进行次轮流进行主还原，主还原，次还原（部分还原），次还原（部分还原），冷却和冷却和装卸料等四装卸料等四个阶段。个阶段。

7、每一个反应器每一阶段需要每一个反应器每一阶段需要3h，整个循环的总时间为，整个循环的总时间为12h。7.1.3 金属化球团生产工艺金属化球团生产工艺（4）带式机法（）带式机法（D-LM法）法）固体还原剂与铁矿石共同配料细磨后造球，然后给到带式机上进行干固体还原剂与铁矿石共同配料细磨后造球，然后给到带式机上进行干燥和还原焙烧，总共时间不到燥和还原焙烧，总共时间不到12min。也可以将已固结的氧化性球团矿进行还原焙烧，还原剂多用气体。但也可以将已固结的氧化性球团矿进行还原焙烧，还原剂多用气体。但这种方法由于还原焙烧时间短，故最终产品的金属化程度很低，一般仅这种方法由于还原焙烧时间短，故最终产品的金

8、属化程度很低，一般仅有有1850左右，这种产品通常只能用作炼铁原料。左右，这种产品通常只能用作炼铁原料。球团矿利用循环热废气进行干燥，预热和还原则用燃烧重油所产生的球团矿利用循环热废气进行干燥，预热和还原则用燃烧重油所产生的热量进行，金属化产品用水冷却。热量进行，金属化产品用水冷却。无论配入何种还原剂，都必须使预热区和还原区气氛中的氧含无论配入何种还原剂，都必须使预热区和还原区气氛中的氧含量不得超过量不得超过23和和5，以便获得金属化程度较高的产品。，以便获得金属化程度较高的产品。7.2 水硬性球团矿水硬性球团矿 采用硅酸盐水泥（或无石膏的水泥熟料）、矿渣水泥、火山采用硅酸盐水泥（或无石膏的水

9、泥熟料）、矿渣水泥、火山灰、硅藻土和蛋白石等灰、硅藻土和蛋白石等水硬性材料水硬性材料，均可作为球团矿固结的粘，均可作为球团矿固结的粘结剂而得到水硬性球团矿，由于不经高温焙烧固结，故又称为结剂而得到水硬性球团矿，由于不经高温焙烧固结，故又称为冷固球团。冷固球团。水硬性球团矿不需要高温处理，因此生产设备和工艺过程较水硬性球团矿不需要高温处理，因此生产设备和工艺过程较为简单。不适宜处理含硫、砷较高的一类矿石。为简单。不适宜处理含硫、砷较高的一类矿石。7.3 碳酸化固结球团矿碳酸化固结球团矿 7.3.1 基本原理基本原理 将配入石灰的铁矿粉球团置于含将配入石灰的铁矿粉球团置于含CO2的气流中，球团中的

10、的气流中，球团中的CaO在有水存在的情况下生成在有水存在的情况下生成Ca(OH)2，再从通过的气体介质，再从通过的气体介质中吸收中吸收CO2生成生成CaCO3，同时在有水和，同时在有水和CO2共同存在的条件下，共同存在的条件下，球团表面生成的球团表面生成的CaCO3薄膜被溶解生成溶解度较大的薄膜被溶解生成溶解度较大的Ca(HCO3)2，它溶于水向球团内部扩散渗透并与球内部的，它溶于水向球团内部扩散渗透并与球内部的Ca(OH)2生成生成CaCO3，因而将球团固结。，因而将球团固结。7.3 碳酸化固结球团矿碳酸化固结球团矿 7.3.3 生产工艺生产工艺 可生产铁精矿可生产铁精矿+消石灰消石灰的溶剂

11、性球团矿，也可添的溶剂性球团矿，也可添加燃料。加燃料。可采用造球或压球成型。可采用造球或压球成型。由于由于CaCO3分解的逆过程使球团热强度不分解的逆过程使球团热强度不理想，因此该方法未得到发展。理想，因此该方法未得到发展。8.1 主要工艺参数的测量方法及装置主要工艺参数的测量方法及装置 8.1.1电子秤电子秤 准确而迅速地测量料场、球团厂生产过程的各项工艺参数是准确而迅速地测量料场、球团厂生产过程的各项工艺参数是实现自动控制的前提。实现自动控制的前提。精度精度0.5-1.0%皮带秤皮带秤冲击秤冲击秤漏斗秤漏斗秤 8.1 主要工艺参数的测量方法及装置主要工艺参数的测量方法及装置 8.1.2温度

12、测量装置温度测量装置 热电偶热电偶:两种不同成分的两种不同成分的导体两端连接成回路，如两导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路连接端温度不同，则在回路内产生热电流，即热电效应。内产生热电流，即热电效应。红外测温仪红外测温仪：将测量目标的：将测量目标的红外辐射能量聚焦在光电探测红外辐射能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号，器上并转变为相应的电信号，再经换算转变为温度值。再经换算转变为温度值。8.1 主要工艺参数的测量方法及装置主要工艺参数的测量方法及装置 8.1.3球团厂原料粒度的检测球团厂原料粒度的检测 比表面积或激光衍射比表面积或激光衍射 8.1 主要工艺参数的测量方法及装置

13、主要工艺参数的测量方法及装置 8.1.4生球和成品球团粒度自动检测装置生球和成品球团粒度自动检测装置 磁感应脉磁感应脉冲或筛分冲或筛分 8.1 主要工艺参数的测量方法及装置主要工艺参数的测量方法及装置 8.1.5自动取样、制样和自动取样、制样和X-射线荧光分析装置射线荧光分析装置 8.2 料场自动控制料场自动控制 8.3 球团生产过程自动控制球团生产过程自动控制 8.3.1配料自动控制配料自动控制8.3 球团生产过程自动控制球团生产过程自动控制 8.3.2磨矿自动控制磨矿自动控制8.3 球团生产过程自动控制球团生产过程自动控制 8.3.3竖炉自动控制竖炉自动控制8.3 球团生产过程自动控制球团

14、生产过程自动控制 8.3.6链篦机链篦机-回转窑的自动控制回转窑的自动控制料层厚度控制料层厚度控制预热温度控制预热温度控制焙烧温度控制焙烧温度控制8.4 数学模型数学模型描述生产过程的一个或几个数学式。描述生产过程的一个或几个数学式。建立数学模型的途径：建立数学模型的途径：理论分析理论分析+机理研究；机理研究；试验研究试验研究+统计分析；统计分析；生产积累生产积累+回归分析。回归分析。建立数学模型的步骤：建立数学模型的步骤：模型准备；模型准备；模型假设；模型假设；模型构成；模型构成；模型求模型求解；解；模型分析模型分析 9.1 生球质量标准及检验方法生球质量标准及检验方法 9.1.1生球粒度生

15、球粒度 10-16mm的粒级含量最低不少于的粒级含量最低不少于85%。-6mm的粒级含量最高不超过的粒级含量最高不超过5%。+16mm的粒级含量最高不超过的粒级含量最高不超过5%。在在10-16mm的粒级含量中，的粒级含量中，10-12mm粒级含量应占粒级含量应占45%以上。以上。球团粒度的平均直径不应超过球团粒度的平均直径不应超过12.5mm。生球粒度多利用筛分方法测定生球粒度多利用筛分方法测定 9.1 生球质量标准及检验方法生球质量标准及检验方法 9.1.2生球抗压强度生球抗压强度（1）带式焙烧机和链篦机）带式焙烧机和链篦机-回转窑：回转窑：湿球抗压强度：湿球抗压强度：8.82N/个球；个

16、球；干球：干球：带式焙烧机带式焙烧机球团球团35.28N/个球，个球，链篦机链篦机-回转窑球团回转窑球团 44.1N/个球。个球。（2）竖炉：）竖炉：湿球抗压强度湿球抗压强度 9.8N/个球个球，干球抗压强度干球抗压强度 49.0N/个球个球。9.1 生球质量标准及检验方法生球质量标准及检验方法 9.1.3生球落下强度生球落下强度 落下高度为落下高度为500mm，落到，落到10mm厚的钢板上，规定到它出现厚的钢板上，规定到它出现裂缝或破裂成块时落下的次数为落下强度指标（包括出现裂缝裂缝或破裂成块时落下的次数为落下强度指标（包括出现裂缝或破裂的这一次在内），取其算术平均值（单位：次或破裂的这一次

17、在内），取其算术平均值（单位：次/个球）。个球）。生球的落下强度要求与转运次数有关生球的落下强度要求与转运次数有关：一般要求的生球落下强度，湿球：不小于一般要求的生球落下强度，湿球：不小于3-5次次/个球个球；干球：；干球：不小于不小于1-2次次/个球。个球。9.1 生球质量标准及检验方法生球质量标准及检验方法 9.1.4生球破裂温度生球破裂温度 焙烧设备焙烧设备竖炉竖炉带式焙烧机带式焙烧机链篦机链篦机-回转窑回转窑爆裂温度爆裂温度（V=1.8m/s）550400350 将生球将生球(大约大约10-20个个)装在容器里，然后以一定的气流速度装在容器里，然后以一定的气流速度(工业条件时的气流速度

18、工业条件时的气流速度)向容器内球团层吹热风向容器内球团层吹热风5min。试验起始温度试验起始温度450，根据试验中生球的情况，可以用增，根据试验中生球的情况，可以用增高或降低介质温度高或降低介质温度(25)的方法进行试验。的方法进行试验。破裂温度用试验球团有破裂温度用试验球团有10出现裂纹时的温度来表示。出现裂纹时的温度来表示。9.3 成品质量检验方法成品质量检验方法 9.3.1冷强度冷强度 （1）落下试验）落下试验 一定质量的球团矿，自一定质量的球团矿，自1.5-2.0m高度自由落在厚度为高度自由落在厚度为25mm的的铁板上，测量经落下后球团矿中大于铁板上，测量经落下后球团矿中大于10mm粒

19、级的含量。粒级的含量。实际生产中意义不大。实际生产中意义不大。（2）转鼓试验）转鼓试验 转鼓内径转鼓内径1000mm、宽、宽500mm，鼓内侧有两，鼓内侧有两个对称的提升板个对称的提升板(50505)。可缩小转鼓宽度可缩小转鼓宽度(1/2或或l/5)，同时按比例减少，同时按比例减少装料量装料量(7.5kg或或3kg)。取粒度为取粒度为6.3-40mm球团矿球团矿(150.15)kg放入转鼓内，以放入转鼓内，以25r/min的转速，共转的转速，共转200转，然后将鼓内球团取出摇筛分级。转，然后将鼓内球团取出摇筛分级。9.3.1冷强度冷强度（2）转鼓试验）转鼓试验转鼓指数：转鼓指数：+6.3mm9

20、0%磨损指数：磨损指数：-0.5mm2000N/个，小高炉个，小高炉1500N/个个 9.3.2还原性还原性 还原性是模拟炉料自高炉上部进入高温区的条件，用还原还原性是模拟炉料自高炉上部进入高温区的条件，用还原气体从球团矿中排除与铁结合氧的难易程度的一种度量。气体从球团矿中排除与铁结合氧的难易程度的一种度量。用用CO和和N2组成的还原气体，在组成的还原气体，在900下等温还原球团矿，下等温还原球团矿，以还原以还原180min后的球团矿的失氧量计算铁矿石还原度后的球团矿的失氧量计算铁矿石还原度(RI)。还原度：还原度：60-65%9.3.3孔隙率孔隙率%100)rr1(%100rrr01010开

21、口气孔愈多则愈利于还原。开口气孔愈多则愈利于还原。孔隙率通常受熔化程度的影响，孔隙率通常受熔化程度的影响，球团矿应保证不发生过熔并呈微球团矿应保证不发生过熔并呈微孔结构。孔结构。石蜡法石蜡法 孔隙率：孔隙率：20-30%9.3.4高温软化及熔融特性高温软化及熔融特性 将合格粒度的球团矿装入坩埚内，用标准法压紧。以将合格粒度的球团矿装入坩埚内，用标准法压紧。以50mm直径的硅碳棒作压杆，荷重为直径的硅碳棒作压杆，荷重为2kg/cm2。在通氮条件下加热到在通氮条件下加热到800，然后缓慢升温至，然后缓慢升温至1350。规定收缩率规定收缩率3及及25作为球团软化的开始及软化终点作为球团软化的开始及软

22、化终点温度的收缩率。温度的收缩率。（1）荷重软化温度）荷重软化温度 球团矿球团矿a：较低的软化温度及：较低的软化温度及较宽的软化区间；较宽的软化区间；球团矿球团矿b：软化温度较高且软：软化温度较高且软化区间窄。化区间窄。9.3.4高温软化及熔融特性高温软化及熔融特性 当炉料从软化带进入熔融状态时，试验温度仅为当炉料从软化带进入熔融状态时，试验温度仅为1050(或或1100)，已不能真正反应高炉下部炉料的特性。，已不能真正反应高炉下部炉料的特性。要求在更高温度要求在更高温度(15001600)下，测定熔化特性与熔融下，测定熔化特性与熔融滴落特性。滴落特性。球团渣铁开始滴落时的温度称为滴落温度。球

23、团渣铁开始滴落时的温度称为滴落温度。（2）熔融滴落温度）熔融滴落温度 9.3.5还原状态下物理特性测定还原状态下物理特性测定（1）还原粉化）还原粉化（2）还原膨胀性能）还原膨胀性能 球团矿进入高炉炉身上部在球团矿进入高炉炉身上部在500600区间，由于受气流冲区间，由于受气流冲击及击及Fe2O3Fe3O4FeO还原过程发生晶形变化，导致其粉化，还原过程发生晶形变化，导致其粉化，直接影响炉内气流分布和炉料顺行。直接影响炉内气流分布和炉料顺行。低温还原粉化率（低温还原粉化率（500600）高温还原粉化率（高温还原粉化率（9001000）+6.3mm；+3.15mm；-0.5mm还原过程前后球团矿体积的变化。还原过程前后球团矿体积的变化。还原膨胀率：还原膨胀率：20%，优质球团，优质球团12%