1、章章球团矿生产原理和工艺球团矿生产原理和工艺球团生产的意义和特点球团生产的意义和特点 球团矿是细磨铁精矿或其它含铁粉料造块的球团矿是细磨铁精矿或其它含铁粉料造块的又一又一方法方法。 它是将精矿粉、熔剂（有时还有粘结剂和燃料）它是将精矿粉、熔剂（有时还有粘结剂和燃料）的混合物，在造球机中滚成直径的混合物，在造球机中滚成直径815mm（用于炼（用于炼钢还要大些）的钢还要大些）的生球，然后干燥、焙烧，固结成型生球，然后干燥、焙烧，固结成型，成为具有良好冶金性质的优良含铁原料，供给钢铁成为具有良好冶金性质的优良含铁原料，供给钢铁冶炼需要。冶炼需要。球团生产的意义和特点球团生产的意义和特点 1912年瑞
2、典年瑞典A.G.安德逊（安德逊（Andson）首先提出球团）首先提出球团问题。问题。1948年美国在小高炉上冶炼球团试验成功，本世纪年美国在小高炉上冶炼球团试验成功，本世纪50年代在世界发展起来，形成工业生产规模，年代在世界发展起来，形成工业生产规模，6070年代发展很快。年代发展很快。1957年世界球团生产能力为年世界球团生产能力为1000万吨，万吨，1972年为年为13600万吨，万吨，1978年达年达26000万吨，万吨，1985年约年约38000万吨。万吨。我国只生产酸性球团，年生产能力在我国只生产酸性球团，年生产能力在1300万吨以上，万吨以上，1999年实际生产球团矿年实际生产球团
3、矿1224万吨，仅占高炉炉料万吨，仅占高炉炉料的的7左右，缺口须从国外进口。左右，缺口须从国外进口。烧结与球团的区别烧结与球团的区别 烧结和球团都是粉矿造块的方法。但它们的生烧结和球团都是粉矿造块的方法。但它们的生产工艺和固结成块的基本原理却有很大区别，在高产工艺和固结成块的基本原理却有很大区别，在高炉上冶炼的效果也有各自的特点。烧结与球团的区炉上冶炼的效果也有各自的特点。烧结与球团的区别主要表现在以下几方面：别主要表现在以下几方面：烧结与球团的区别烧结与球团的区别1富矿短缺，必须不断扩大贫矿资源的利用，而富矿短缺，必须不断扩大贫矿资源的利用，而选矿技术的进步可经济地选出高品位细磨铁精矿，选矿
4、技术的进步可经济地选出高品位细磨铁精矿，其粒度从其粒度从-200网目（小于网目（小于0.074mm）进一步减少到）进一步减少到-325网目（小于网目（小于0.044mm）。这种过细精矿不益于）。这种过细精矿不益于烧结，透气性不好，影响烧结矿产量和质量的提高，烧结，透气性不好，影响烧结矿产量和质量的提高，而用球团方法处理却很适宜，因为过细精矿易于成而用球团方法处理却很适宜，因为过细精矿易于成球，球，粒度愈细，成球性愈好，球团强度愈高粒度愈细，成球性愈好，球团强度愈高。烧结与球团的区别烧结与球团的区别2成品矿的形状不同：烧结矿是形状不规则的多成品矿的形状不同：烧结矿是形状不规则的多孔质块矿，而球团
5、矿是形状规则的孔质块矿，而球团矿是形状规则的1025mm的球的球球团矿较烧结矿粒度均匀，微气孔多，还原性好，球团矿较烧结矿粒度均匀，微气孔多，还原性好，强度高，且易于贮存，有利于强化高炉生产。强度高，且易于贮存，有利于强化高炉生产。3适于球团法处理的原料已从磁铁矿扩展到赤铁适于球团法处理的原料已从磁铁矿扩展到赤铁矿、褐铁矿以及各种含铁粉尘，化工硫酸渣等；从矿、褐铁矿以及各种含铁粉尘，化工硫酸渣等；从产品来看，不仅能制造常规氧化球团，还可以生产产品来看，不仅能制造常规氧化球团，还可以生产还原球团、金属化球团等；同时球团方法适用于有还原球团、金属化球团等；同时球团方法适用于有色金属的回收，有利于开
6、展综合利用。色金属的回收，有利于开展综合利用。烧结与球团的区别烧结与球团的区别4）固结成块的机理不同固结成块的机理不同：烧结矿是靠液相固结的，为了保证烧结矿的强度，烧结矿是靠液相固结的，为了保证烧结矿的强度，要求产生一定数量的液相，因此混合料中必须有燃要求产生一定数量的液相，因此混合料中必须有燃料，为烧结过程提供热源。而球团矿主要是依靠矿料，为烧结过程提供热源。而球团矿主要是依靠矿粉颗粒的高温再结晶固结的，不需要产生液相，热粉颗粒的高温再结晶固结的，不需要产生液相，热量由焙烧炉内的燃料燃烧提供，混合料中不加燃料。量由焙烧炉内的燃料燃烧提供，混合料中不加燃料。烧结与球团的区别烧结与球团的区别5）
7、生产工艺不同）生产工艺不同：烧结料的混合与造球是在混合机内同时进行的，成烧结料的混合与造球是在混合机内同时进行的，成球不完全，混合料中仍然含有相当数量未成球的小球不完全，混合料中仍然含有相当数量未成球的小颗粒。而球团矿生产工艺中必须有专门的造球工序颗粒。而球团矿生产工艺中必须有专门的造球工序和设备，将全部混合料造成和设备，将全部混合料造成1025mm的球，小于的球，小于10mm的小球要筛出重新造球。的小球要筛出重新造球。 水分在造球过程中的作用水分在造球过程中的作用 水分是使细磨物料成球的基本因素。没有水分的千水分是使细磨物料成球的基本因素。没有水分的千料是不能成球的，只有加水润湿后才能使矿粉
8、滚动料是不能成球的，只有加水润湿后才能使矿粉滚动成球。成球。 水分在细磨物料中以如下四种形态存在，各种形态水分在细磨物料中以如下四种形态存在，各种形态的水分在造球过程中的作用也有所不同。的水分在造球过程中的作用也有所不同。 1）吸附水）吸附水; 2）薄膜水）薄膜水; 3）毛细水）毛细水; 4）重力水）重力水水分在造球过程中的作用水分在造球过程中的作用 1）吸附水（强结合水）：）吸附水（强结合水）： 造球物料不仅粒度极细，比表面积大，而且颗粒表造球物料不仅粒度极细，比表面积大，而且颗粒表面带有电荷，因此，在静电引力作用下具有偶极结面带有电荷，因此，在静电引力作用下具有偶极结构的水分子被吸附在固体
9、颗粒的表面形成吸附水层。构的水分子被吸附在固体颗粒的表面形成吸附水层。吸附水层的厚度在吸附水层的厚度在0.0020.008m之间。由于吸之间。由于吸附水和矿粒之间是靠分子吸引力结合的，因此被牢附水和矿粒之间是靠分子吸引力结合的，因此被牢牢吸附在颗粒表面，不能自由转移，只有在烘干时牢吸附在颗粒表面，不能自由转移，只有在烘干时才能变为蒸汽。因此，仅有吸附水，物料尚不能成才能变为蒸汽。因此，仅有吸附水，物料尚不能成球。球。水分在造球过程中起什么作用？水分在造球过程中起什么作用？ 2）薄膜水（弱结合水）：）薄膜水（弱结合水）： 物料进一步被湿润，则在吸附水的外围形成薄膜水。物料进一步被湿润，则在吸附水
10、的外围形成薄膜水。它是由形成吸附水以后剩余的未被平衡的分子力所它是由形成吸附水以后剩余的未被平衡的分子力所吸引的分子水层。薄膜水距离颗粒表面较远，所受吸引的分子水层。薄膜水距离颗粒表面较远，所受的吸引力较小，因此水分子具有一定的活动性，当的吸引力较小，因此水分子具有一定的活动性，当两个矿粉颗粒靠近时，薄膜水可以从水层较厚的颗两个矿粉颗粒靠近时，薄膜水可以从水层较厚的颗粒表面向水层较薄的颗粒表面迁移。如图粒表面向水层较薄的颗粒表面迁移。如图232所所示，具有不同厚度薄膜水的示，具有不同厚度薄膜水的A、B两个矿粒相接触两个矿粒相接触时，接触点时，接触点M处的水分子离处的水分子离A近些，因此被拉向近
11、些，因此被拉向A。水分在造球过程中起什么作用？水分在造球过程中起什么作用？ 吸附水和薄膜水合起来组成分子结合水，或称水化吸附水和薄膜水合起来组成分子结合水，或称水化膜。分子结合水由于受静电力和分子力的作用，水膜。分子结合水由于受静电力和分子力的作用，水分子排列紧密，具有很大粘滞性，使相邻的矿粉颗分子排列紧密，具有很大粘滞性，使相邻的矿粉颗粒不容易发生相对移动，并且当矿粉颗粒相距很近粒不容易发生相对移动，并且当矿粉颗粒相距很近时，可以形成公共的水化膜（如图时，可以形成公共的水化膜（如图232中中ef阴影阴影部分），使颗粒彼此粘结，这就是细磨物料成球后部分），使颗粒彼此粘结，这就是细磨物料成球后具
12、有一定机械强度的原因。各类物料的最大分子结具有一定机械强度的原因。各类物料的最大分子结合水量列于表合水量列于表212。 物料达到最大分子结合水以后，在外力作用下表现物料达到最大分子结合水以后，在外力作用下表现出可塑性，这时成球过程才能开始。出可塑性，这时成球过程才能开始。水分在造球过程中起什么作用？水分在造球过程中起什么作用？ 3）毛细水）毛细水： 当物料润湿到超过最大分子结合水时，水分开始充当物料润湿到超过最大分子结合水时，水分开始充填在物料颗粒之间的空隙中，形成毛细水。毛细水填在物料颗粒之间的空隙中，形成毛细水。毛细水是靠永的表面张力形成的，在矿粉颗粒的空隙中形是靠永的表面张力形成的，在矿
13、粉颗粒的空隙中形成弯曲的液面，产生毛细压力。在毛细压力和外力成弯曲的液面，产生毛细压力。在毛细压力和外力的作用下，水滴周围的矿粉颗粒被拉向水滴的中心，的作用下，水滴周围的矿粉颗粒被拉向水滴的中心，形成小球。因此，物料的亲水性越强，颗粒越细，形成小球。因此，物料的亲水性越强，颗粒越细，排列越紧密，毛细力的作用越大，成球速度也越快。排列越紧密，毛细力的作用越大，成球速度也越快。各类铁矿石及常用的添加物的最大毛细含水量也列各类铁矿石及常用的添加物的最大毛细含水量也列在表在表212中。成球过程中毛细水起主导作用，只中。成球过程中毛细水起主导作用，只有当物料润湿到形成毛细水时，成球过程才有较快有当物料润
14、湿到形成毛细水时，成球过程才有较快的发展。的发展。水分在造球过程中起什么作用？水分在造球过程中起什么作用？ 4）重力水）重力水： 当矿粉完全被水饱和时，还存在重力水。它是在重当矿粉完全被水饱和时，还存在重力水。它是在重力和压力差的作用下能移动的自由水。由于重力总力和压力差的作用下能移动的自由水。由于重力总是向下的，因此重力水总是向下运动。由于重力水是向下的，因此重力水总是向下运动。由于重力水对矿粒有浮力作用，故对成球不利。所以，只有当对矿粒有浮力作用，故对成球不利。所以，只有当水分处于毛细水含量范围以内时，对矿粉成球才有水分处于毛细水含量范围以内时，对矿粉成球才有实际意义。实际意义。 重力水和
15、毛细水合称为自由水。而吸附水、薄膜水、重力水和毛细水合称为自由水。而吸附水、薄膜水、毛细水和重力水的总和称为全水量。毛细水和重力水的总和称为全水量。 生球焙烧之前必须进行干燥生球焙烧之前必须进行干燥 生球焙烧之前必须进行干燥处理，这对提高球团矿生球焙烧之前必须进行干燥处理，这对提高球团矿的产量和质量都有十分重要的意义。未经干燥的生的产量和质量都有十分重要的意义。未经干燥的生球直接焙烧，在预热和点火时，由于球直接焙烧，在预热和点火时，由于加热过急，水加热过急，水分蒸发过快，发生生球爆裂现象分蒸发过快，发生生球爆裂现象一部分球团粉化，一部分球团粉化，恶化料层透气性，焙烧时间延长，球团质量下降，恶化
16、料层透气性，焙烧时间延长，球团质量下降，废品率增加。所以生球干燥是整个球团矿生产过程废品率增加。所以生球干燥是整个球团矿生产过程中非常重要的一环。应予充分重视。中非常重要的一环。应予充分重视。生球焙烧之前必须进行干燥生球焙烧之前必须进行干燥 干燥是一个缓慢的汽化脱水过程，即在一定的升温干燥是一个缓慢的汽化脱水过程，即在一定的升温条件下，水分自生球的内部向外扩散并从表面汽化条件下，水分自生球的内部向外扩散并从表面汽化脱去的过程。脱去的过程。 生球的干燥由两个环节组成：生球生球的干燥由两个环节组成：生球表面水分的汽化表面水分的汽化和生球内部水分向外扩散和生球内部水分向外扩散。当生球表面水分的蒸汽。
17、当生球表面水分的蒸汽压力大于周围干燥介质中的蒸汽分压时，生球表面压力大于周围干燥介质中的蒸汽分压时，生球表面水分开始汽化。显然，蒸发面积大，干燥介质的温水分开始汽化。显然，蒸发面积大，干燥介质的温度高，气流速度快，则表面汽化作用加快。度高，气流速度快，则表面汽化作用加快。生球焙烧之前必须进行干燥生球焙烧之前必须进行干燥 生球内部的水分迁移服从生球内部的水分迁移服从导湿定律导湿定律，包括导湿和，包括导湿和热导湿现象。导湿现象是由于生球表面的汽化作用热导湿现象。导湿现象是由于生球表面的汽化作用使内部与表面之间产生湿度差，水分由较湿的内部使内部与表面之间产生湿度差，水分由较湿的内部向较干的表面迁移而
18、引起的。向较干的表面迁移而引起的。热导湿现象热导湿现象是导湿现是导湿现象的逆过程，是由于生球导热性不良使内部和表面象的逆过程，是由于生球导热性不良使内部和表面之间产生温度差，促使热端（表面）水分向冷端之间产生温度差，促使热端（表面）水分向冷端（内部）迁移而引起的。显然，热导湿现象的存在（内部）迁移而引起的。显然，热导湿现象的存在减缓了生球的干燥过程。减缓了生球的干燥过程。 经过一段时间的加热后。生球的内外温度趋于平经过一段时间的加热后。生球的内外温度趋于平衡，此时生球的干燥主要受导湿现象的支配，内部衡，此时生球的干燥主要受导湿现象的支配，内部水分不断向表面迁移，表面水分不断汽化，直到表水分不断
19、向表面迁移，表面水分不断汽化，直到表面蒸汽压力与介质中的水气分压相等为止，至此干面蒸汽压力与介质中的水气分压相等为止，至此干燥过程结束。燥过程结束。生球的破裂温度生球的破裂温度 生球在干燥过程中随着水分的蒸发体积收缩。因干生球在干燥过程中随着水分的蒸发体积收缩。因干燥过程是从表面向内部扩展的，所以内外体积收缩燥过程是从表面向内部扩展的，所以内外体积收缩的程度不同，表面层的体积收缩大于内部，于是表的程度不同，表面层的体积收缩大于内部，于是表面层受拉力，与拉力成面层受拉力，与拉力成45角的方向上又受剪力，角的方向上又受剪力，内部则受压力。当生球表面所受拉力和剪应力超过内部则受压力。当生球表面所受拉
20、力和剪应力超过其抗拉强度和抗剪强度极限时，生球就要破裂。这其抗拉强度和抗剪强度极限时，生球就要破裂。这种生球的破裂现象，种生球的破裂现象， 根据物料特性和升温速度的不同在不同的温度下发根据物料特性和升温速度的不同在不同的温度下发生。升温过程中生球发生破裂的温度叫做生球的破生。升温过程中生球发生破裂的温度叫做生球的破裂温度。裂温度。 生球的破裂温度生球的破裂温度 1）为了提高下部球层的温度，采用先鼓风后抽风）为了提高下部球层的温度，采用先鼓风后抽风的干燥措施，对提高生球热稳定性也是很有效的。的干燥措施，对提高生球热稳定性也是很有效的。 2）在生球料中加入亲水性好的添加物，以提高生）在生球料中加入
21、亲水性好的添加物，以提高生球的破裂温度，加速干燥过程。例如，加入球的破裂温度，加速干燥过程。例如，加入0.5的的皂土后，生球破裂温度由皂土后，生球破裂温度由175提高到提高到450500；而加入而加入1皂土和皂土和8石灰石的混合添加剂后，可提石灰石的混合添加剂后，可提高到高到700。 3）采用薄层干燥，减少水气在球层下部冷凝的程）采用薄层干燥，减少水气在球层下部冷凝的程度，以提高生球的破裂温度。度，以提高生球的破裂温度。 生球质量的检验指标生球质量的检验指标 生球质量对成品球团矿质量的影响很大，因此对生生球质量对成品球团矿质量的影响很大，因此对生球质量提出了严格的要求。检验生球质量，有以下球质
22、量提出了严格的要求。检验生球质量，有以下几项指标：几项指标： 1）粒度组成）粒度组成：用筛分法筛出如下各级别的粒度：用筛分法筛出如下各级别的粒度组成：组成：20mm；2010mm；10mm；1020mm级别的粒度越多越好。级别的粒度越多越好。 2）抗压强度）抗压强度：用天平法测出生球破裂时所加的：用天平法测出生球破裂时所加的压力，取五个球的平均值作为生球的抗压强度指标。压力，取五个球的平均值作为生球的抗压强度指标。要求生球抗压强度指标不小于要求生球抗压强度指标不小于1.52.0kg/个球。个球。生球质量的检验指标生球质量的检验指标 3）落下强度）落下强度：将单个生球从：将单个生球从0.5m高处
23、落到钢高处落到钢板上，反复跌落，直到生球破坏为止的落下次数，板上，反复跌落，直到生球破坏为止的落下次数，作为生球的落下强度指标。测定时取作为生球的落下强度指标。测定时取10个球的平均个球的平均值。要求落下强度不小于值。要求落下强度不小于4次。次。 4）生球的破裂温度）生球的破裂温度：将生球放入预先升温的管：将生球放入预先升温的管式炉中，从式炉中，从100开始加热，每升高开始加热，每升高25以后恒温以后恒温5min，到生球开裂时的温度作为破裂温度。要求不，到生球开裂时的温度作为破裂温度。要求不低于低于350。 生球焙烧固结成球团矿的原理生球焙烧固结成球团矿的原理 生球经过干燥以后，虽然强度有所提
24、高，但远不能生球经过干燥以后，虽然强度有所提高，但远不能满足高炉冶炼的需要。满足高炉冶炼的需要。为了使球团矿具有良好的冶为了使球团矿具有良好的冶炼性能，必须进行焙烧。炼性能，必须进行焙烧。在焙烧过程中，根据生球在焙烧过程中，根据生球的矿物组成和焙烧制度的不同，生球内部的矿粒之的矿物组成和焙烧制度的不同，生球内部的矿粒之间发生不同的固结反应。对不加熔剂的磁铁矿生球，间发生不同的固结反应。对不加熔剂的磁铁矿生球，在氧化气氛和中性气氛中焙烧时，在氧化气氛和中性气氛中焙烧时， 磁铁矿颗粒之间发生四种固结形式：磁铁矿颗粒之间发生四种固结形式： 生球焙烧固结成球团矿的原理生球焙烧固结成球团矿的原理 1）F
25、e2O3的微晶键连接的微晶键连接： 磁铁矿生球在氧化气氛中焙烧时，当加热到磁铁矿生球在氧化气氛中焙烧时，当加热到200300就开始氧化形成就开始氧化形成Fe2O3微晶。由于新生的微晶。由于新生的Fe2O3微晶中原子迁移能力较强，在各个颗粒的接微晶中原子迁移能力较强，在各个颗粒的接触面上长大成触面上长大成“连接桥连接桥”（又称（又称Fe2O3微晶键），微晶键），使颗粒互相连接起来（图使颗粒互相连接起来（图233a）。在）。在900以下以下焙烧时，这种连接形式使球团矿具有一定的强度。焙烧时，这种连接形式使球团矿具有一定的强度。但由于温度低，但由于温度低，Fe2O3微晶长大有限，因此仅靠这微晶长大有
26、限，因此仅靠这种形式连接起来的球团矿强度是不够高的，例如一种形式连接起来的球团矿强度是不够高的，例如一个直径为个直径为16mm的球在的球在900焙烧后只能承受焙烧后只能承受1545kg的压力。这是磁铁矿生球低温氧化焙烧的固结的压力。这是磁铁矿生球低温氧化焙烧的固结特性。特性。 生球焙烧固结成球团矿的原理生球焙烧固结成球团矿的原理生球焙烧固结成球团矿的原理生球焙烧固结成球团矿的原理 2）Fe2O3的再结晶的再结晶： 当磁铁矿生球在氧化性气氛下继续加热到当磁铁矿生球在氧化性气氛下继续加热到10001300时，磁铁矿可全部转变成赤铁矿，而由磁铁时，磁铁矿可全部转变成赤铁矿，而由磁铁矿氧化形成的矿氧化
27、形成的Fe2O3微晶开始再结晶，使一个个相微晶开始再结晶，使一个个相互隔开的微晶长大成连成一片的赤铁矿晶体（图互隔开的微晶长大成连成一片的赤铁矿晶体（图233b），使球团矿具有很高的氧化度和强度。例），使球团矿具有很高的氧化度和强度。例如，一个直径如，一个直径25mm的磁铁矿生球在的磁铁矿生球在12001300下焙烧后，强度达到下焙烧后，强度达到400kg/个球以上。个球以上。生球焙烧固结成球团矿的原理生球焙烧固结成球团矿的原理 3）磁铁矿晶粒的再结晶）磁铁矿晶粒的再结晶： 磁铁矿生球在中性或还原性气氛下焙烧，当温度超磁铁矿生球在中性或还原性气氛下焙烧，当温度超过过900时，生球中的磁铁矿颗粒
28、被保留下来发生时，生球中的磁铁矿颗粒被保留下来发生再结晶与晶粒长大，使颗粒互相连接起来（图再结晶与晶粒长大，使颗粒互相连接起来（图233，C）。试验研究表明，磁铁矿晶粒再结晶的速）。试验研究表明，磁铁矿晶粒再结晶的速度比磁铁矿氧化形成的度比磁铁矿氧化形成的Fe2O3晶粒再结晶的速度慢，晶粒再结晶的速度慢，并且以磁铁矿再结晶的形式固结的球团矿强度低于并且以磁铁矿再结晶的形式固结的球团矿强度低于Fe2O3再结晶的球团矿强度。因此，生产中应尽量再结晶的球团矿强度。因此，生产中应尽量避免磁铁矿再结晶的固结形式。避免磁铁矿再结晶的固结形式。生球焙烧固结成球团矿的原理生球焙烧固结成球团矿的原理 4）渣相固
29、结）渣相固结： 磁铁矿生球在还原性或中性气氛中焙烧时，磁铁矿生球在还原性或中性气氛中焙烧时，Fe3O4可与可与SiO2作用生成低熔点的作用生成低熔点的2FeOSiO2液和，以渣液和，以渣相固结的形式把生球中的颗粒粘结起来（图相固结的形式把生球中的颗粒粘结起来（图233，d）。由于）。由于2FeOSiO2在高炉冶炼中难还原，并且在高炉冶炼中难还原，并且它在冷凝时又很难结晶，常成玻璃质，性脆，强度它在冷凝时又很难结晶，常成玻璃质，性脆，强度低，因此它不是良好的固结形式。为了避免这种固低，因此它不是良好的固结形式。为了避免这种固结形式的出现，必须在不超过结形式的出现，必须在不超过1300的氧化气氛下
30、的氧化气氛下焙烧，使焙烧，使Fe3O4完全氧化，并防止完全氧化，并防止Fe2O3在高温下分在高温下分解形成解形成 Fe3O4，而与，而与SiO2作用生成作用生成2FeOSiO2渣相。渣相。生球焙烧固结成球团矿的原理生球焙烧固结成球团矿的原理 当生球中含有当生球中含有CaO，在强氧化性气氛和，在强氧化性气氛和1300以以下焙烧时，下焙烧时，CaO可与可与Fe2O3作用生成作用生成CaOFe2O3粘粘结相。因为这种矿物的还原性和强度都比较好，所结相。因为这种矿物的还原性和强度都比较好，所以在渣相固结中它是一种较好的固结形式。以在渣相固结中它是一种较好的固结形式。 以上几种固结形式在焙烧过程中同时发
31、生，而随着以上几种固结形式在焙烧过程中同时发生，而随着焙烧条件和生球比学成分的不同，其中的某一种形焙烧条件和生球比学成分的不同，其中的某一种形式占优势。式占优势。生球焙烧固结成球团矿的原理生球焙烧固结成球团矿的原理 由以上分析可知，在上述几种固结形式中，以赤铁由以上分析可知，在上述几种固结形式中，以赤铁矿晶粒再结晶的固结形式最好。在生产自熔性球团矿晶粒再结晶的固结形式最好。在生产自熔性球团矿时，应创造形成铁酸钙渣相的条件。为此必须控矿时，应创造形成铁酸钙渣相的条件。为此必须控制好焙烧的温度和气氛。制好焙烧的温度和气氛。 关于赤铁矿球团的固结形式，目前尚有不同看法，关于赤铁矿球团的固结形式，目前
32、尚有不同看法，有待进一步研究。一般认为，较纯的赤铁矿球团在有待进一步研究。一般认为，较纯的赤铁矿球团在氧化气氛中焙烧时，是一种简单的氧化气氛中焙烧时，是一种简单的Fe2O3的再结晶的再结晶过程；在还原气氛中焙烧时，是还原形成的过程；在还原气氛中焙烧时，是还原形成的Fe3O4的再结晶和晶粒的长大过程。的再结晶和晶粒的长大过程。SiO2含量较多或用赤含量较多或用赤铁矿粉生产自熔性球团时，则出现铁矿粉生产自熔性球团时，则出现2FeOSiO2或或CaOFe2O3渣相固结。渣相固结。影响球团矿的焙烧过程的主要因素影响球团矿的焙烧过程的主要因素 1）焙烧温度）焙烧温度： 温度对球团焙烧过程有巨大影响。焙烧
33、温度对磁铁矿生球的温度对球团焙烧过程有巨大影响。焙烧温度对磁铁矿生球的氧化速度和氧化完全程度的影响如图氧化速度和氧化完全程度的影响如图2-34所示。焙烧温度对所示。焙烧温度对磁铁矿球团强度的影响如图磁铁矿球团强度的影响如图2-35所示。由图可见，焙烧温度所示。由图可见，焙烧温度愈高，生球的氧化程度愈完全；球团矿的强度，也是在达到愈高，生球的氧化程度愈完全；球团矿的强度，也是在达到一定焙烧温度后才有明显提高。因此，从提高产量和质量的一定焙烧温度后才有明显提高。因此，从提高产量和质量的角度出发，应尽可能选择较高的焙烧温度，以保证固结反应角度出发，应尽可能选择较高的焙烧温度，以保证固结反应能充分进行
34、。但是，焙烧温度的提高受软化温度的限制而能充分进行。但是，焙烧温度的提高受软化温度的限制而且高温焙烧对降低能耗和延长设备寿命也是不利的。未加熔且高温焙烧对降低能耗和延长设备寿命也是不利的。未加熔剂的磁铁矿生球，焙烧温度可达剂的磁铁矿生球，焙烧温度可达1300，而熔剂性球团矿，而熔剂性球团矿适宜的焙烧温度一般介于适宜的焙烧温度一般介于11501250之间。对赤铁矿来之间。对赤铁矿来说，上限不超过说，上限不超过Fe2O3的分解温度，即不超过的分解温度，即不超过1350，下限，下限要满足要满足CaOFe2O3生成和熔融的条件，即不低于生成和熔融的条件，即不低于12001250。影响球团矿的焙烧过程的
35、主要因素影响球团矿的焙烧过程的主要因素 2）加热速度和冷却）加热速度和冷却： 在焙烧过程中，加热速度过快会造成下列不良后果：在焙烧过程中，加热速度过快会造成下列不良后果： 对生球加热速度过快会使氧化和再结晶进行得对生球加热速度过快会使氧化和再结晶进行得不完全，导致球团矿强度下降。不完全，导致球团矿强度下降。 加热速度过快时，由于表层和内部的结构不同加热速度过快时，由于表层和内部的结构不同固结不均匀，内外层之间容易产生裂纹。固结不均匀，内外层之间容易产生裂纹。 加热速度过快时，因球团内外巨大的温度差，加热速度过快时，因球团内外巨大的温度差，而产生不同的膨胀，导致球团矿碎裂。而产生不同的膨胀，导致
36、球团矿碎裂。 影响球团矿的焙烧过程的主要因素影响球团矿的焙烧过程的主要因素 总之加热速度过快，会使球团矿的强度下降。总之加热速度过快，会使球团矿的强度下降。比如，从室温加热到比如，从室温加热到1150，当加热速度为，当加热速度为26min时，球团矿的抗压强度为时，球团矿的抗压强度为133kg球；当加热球；当加热速度提高到速度提高到115min时，抗压强度下降到时，抗压强度下降到105kg球。球。 为了便于运输和贮存，均热后的球团要进行冷为了便于运输和贮存，均热后的球团要进行冷却。但冷却速度过快，球团内部会产生温度应力，却。但冷却速度过快，球团内部会产生温度应力，使球团强度降低。另外，在冷却时，
37、球团中的使球团强度降低。另外，在冷却时，球团中的Fe2O3和和FeO可被抽入的空气氧化，使球团矿的氧可被抽入的空气氧化，使球团矿的氧化度提高。化度提高。影响球团矿的焙烧过程的主要因素影响球团矿的焙烧过程的主要因素 3）高温保持时间）高温保持时间： 生球焙烧时，必须在适宜的焙烧温度下保持一定时生球焙烧时，必须在适宜的焙烧温度下保持一定时间，以保证氧化和再结晶过程进行得较完全，内外间，以保证氧化和再结晶过程进行得较完全，内外温度均匀，获得较高的球团强度。但在高温下停留温度均匀，获得较高的球团强度。但在高温下停留时间过长，会引起球团的熔化和粘结，同时降低生时间过长，会引起球团的熔化和粘结，同时降低生
38、产率。在较高的焙烧温度下，由于各种反应进行较产率。在较高的焙烧温度下，由于各种反应进行较快，高温保持时间可以短一些，较低的焙烧温度下快，高温保持时间可以短一些，较低的焙烧温度下保持时间应该长一些。如某厂磁选精矿的生球，当保持时间应该长一些。如某厂磁选精矿的生球，当焙烧温度为焙烧温度为1150时保持时间时保持时间10min最好，而最好，而1200时，时，5min最好。最好。影响球团矿的焙烧过程的主要因素影响球团矿的焙烧过程的主要因素 4）燃烧气氛的影响）燃烧气氛的影响： 燃烧气氛对小球的氧化利用固结有很大影响。燃烧气氛是根燃烧气氛对小球的氧化利用固结有很大影响。燃烧气氛是根据燃烧产物中的含氧量决
39、定的：据燃烧产物中的含氧量决定的： 含氧量含氧量8 氧化气氛氧化气氛 含氧量含氧量48正常氧化气氛正常氧化气氛 含氧量含氧量1.54 弱氧化气氛弱氧化气氛 含氧量含氧量11.5 中性气氛中性气氛 含氧量含氧量l 还原气氛还原气氛 在氧化气氛中焙烧，可以获得强度和还原性都很好的赤铁在氧化气氛中焙烧，可以获得强度和还原性都很好的赤铁矿再结晶固结球团矿，而在中性或还原性气氛中焙烧时，获矿再结晶固结球团矿，而在中性或还原性气氛中焙烧时，获得得Fe3O4再结晶或渣相固结的球团矿。后者的强度和还原性再结晶或渣相固结的球团矿。后者的强度和还原性均不如前者。因此，焙烧过程中，中性和还原性气氛是应尽均不如前者。
40、因此，焙烧过程中，中性和还原性气氛是应尽量避免的。量避免的。影响球团矿的焙烧过程的主要因素影响球团矿的焙烧过程的主要因素 5）燃料种类的影响）燃料种类的影响： 球团焙烧时，气体、液体和固体燃料都可以使用。球团焙烧时，气体、液体和固体燃料都可以使用。所用燃料的种类对焙烧过程有不同的影响。用气体所用燃料的种类对焙烧过程有不同的影响。用气体或液体燃料时，由于加热速度、焙烧温度、燃烧气或液体燃料时，由于加热速度、焙烧温度、燃烧气氛、废气速度都比较容易调节，使焙烧可以严格控氛、废气速度都比较容易调节，使焙烧可以严格控制在氧化气氛中进行，获得较好的焙烧效果。用固制在氧化气氛中进行，获得较好的焙烧效果。用固
41、体燃料（即煤粉或焦粉）时，上述各参数都难以准体燃料（即煤粉或焦粉）时，上述各参数都难以准确调节，容易产生还原气氛，温度不均匀，有些地确调节，容易产生还原气氛，温度不均匀，有些地方过熔而另一些地方固结不完全，球团的产量和质方过熔而另一些地方固结不完全，球团的产量和质量都受很大的影响。因此，由于气体和液体燃料的量都受很大的影响。因此，由于气体和液体燃料的供应困难而必须使用固体燃料时，应采取相应的补供应困难而必须使用固体燃料时，应采取相应的补救措施，如提高燃料的磨细度和混匀度等。救措施，如提高燃料的磨细度和混匀度等。影响球团矿的焙烧过程的主要因素影响球团矿的焙烧过程的主要因素 6）点火制度的影响）点
42、火制度的影响： 采用固体燃料焙烧球团时，为了使表层生球采用固体燃料焙烧球团时，为了使表层生球表面的煤粉着火，必须进行点火作业，因而表面的煤粉着火，必须进行点火作业，因而点火温度和点火时间对球团矿质量有一定影点火温度和点火时间对球团矿质量有一定影响。温度过高引起表层球团粘结，降低透气响。温度过高引起表层球团粘结，降低透气性，焙烧不均匀；温度太低则表层球团焙烧性，焙烧不均匀；温度太低则表层球团焙烧不好。点火时间取决于高温保持时间和点火不好。点火时间取决于高温保持时间和点火温度。试验表明，点火温度为温度。试验表明，点火温度为1170时，点时，点火时间需要火时间需要5min。影响球团矿的焙烧过程的主要
43、因素影响球团矿的焙烧过程的主要因素 7）熔剂添加物和脉石成分的影响）熔剂添加物和脉石成分的影响： 在氧化性气氛中焙烧磁铁矿或赤铁矿加熔剂的球团在氧化性气氛中焙烧磁铁矿或赤铁矿加熔剂的球团时，时，CaO的作用都是生成低熔点铁酸钙液相，使球的作用都是生成低熔点铁酸钙液相，使球团强度得到改善。但加入的团强度得到改善。但加入的CaO过多；液相生成量过多；液相生成量多时，球团矿会产生过熔而粘结成大块，破坏了正多时，球团矿会产生过熔而粘结成大块，破坏了正常的焙烧。而且大量的熔剂添加物使矿料颗粒互相常的焙烧。而且大量的熔剂添加物使矿料颗粒互相隔离，妨碍赤铁矿再结晶和长大；并使焙烧后的球隔离，妨碍赤铁矿再结晶
44、和长大；并使焙烧后的球团矿游离团矿游离CaO增多，在冷却过程中吸水消化膨胀，增多，在冷却过程中吸水消化膨胀，从而降低球团矿强度。因此，品位低、从而降低球团矿强度。因此，品位低、SiO2含量高含量高的精矿粉不宜生产熔剂性球团矿。的精矿粉不宜生产熔剂性球团矿。影响球团矿的焙烧过程的主要因素影响球团矿的焙烧过程的主要因素 另外，石灰石粒度大小对焙烧质量的影响也很大，另外，石灰石粒度大小对焙烧质量的影响也很大，为使石灰石在焙烧过程中能完全分解和发生矿化作为使石灰石在焙烧过程中能完全分解和发生矿化作用。不残留游离用。不残留游离CaO，石灰石粒度越小越好，一般，石灰石粒度越小越好，一般控制在控制在1mm以
45、下。以下。 8）生球尺寸的影响：生球尺寸影响传热和氧气）生球尺寸的影响：生球尺寸影响传热和氧气向内扩散的时间。在带式焙烧机上气流速度快和焙向内扩散的时间。在带式焙烧机上气流速度快和焙烧时间短的条件下，生球尺寸过大，不仅热量利用烧时间短的条件下，生球尺寸过大，不仅热量利用不好，而且造成内外巨大的温差和内部氧化和固结不好，而且造成内外巨大的温差和内部氧化和固结不完全，产生焙烧不均匀的现象。生球尺寸一般不不完全，产生焙烧不均匀的现象。生球尺寸一般不超过超过1015mm。平炉用球团的尺寸可以达到。平炉用球团的尺寸可以达到2530mm。 球团矿的还原膨胀球团矿的还原膨胀 球团矿的还原膨胀是还原条件下，当
46、球团矿的还原膨胀是还原条件下，当Fe2O3还原成还原成Fe3O4时由于晶格转变引起的体积膨胀，以及浮氏时由于晶格转变引起的体积膨胀，以及浮氏体还原成金属铁时由于出现体还原成金属铁时由于出现“铁胡须铁胡须”而引起的体而引起的体积异常膨胀。它可使球团破裂产生粉化，大大降低积异常膨胀。它可使球团破裂产生粉化，大大降低了球团矿的热强度，给高炉操作带来极为不利的影了球团矿的热强度，给高炉操作带来极为不利的影响。目前解决这一问题的措施有以下几项：响。目前解决这一问题的措施有以下几项：球团矿的还原膨胀球团矿的还原膨胀 1）适当提高球团矿中的）适当提高球团矿中的SiO2含量含量： 含含SiO2较多的球团旷有利
47、于形成较多的渣相，一定较多的球团旷有利于形成较多的渣相，一定程度上可以抑制球团矿的膨胀和铁晶须的成长。例程度上可以抑制球团矿的膨胀和铁晶须的成长。例如含如含SiO2别为别为4和和89的两种球团矿，在的两种球团矿，在600还原时，前者强度由还原时，前者强度由260kg球下降到球下降到62kg球。球。而后者仍保持而后者仍保持260kg球。球。球团矿的还原膨胀球团矿的还原膨胀 2）确定球团矿的适当碱度）确定球团矿的适当碱度： 球团矿中球团矿中CaO的存在和它的分布状态对球团矿的还的存在和它的分布状态对球团矿的还原膨胀有很大影响。试验表明，用含原膨胀有很大影响。试验表明，用含SiO2 010的矿石生产
48、碱度为的矿石生产碱度为01.5的球团矿时，碱度的球团矿时，碱度0.30.4时膨胀最大。碱度提高到时膨胀最大。碱度提高到0.70.8时，膨胀率大时，膨胀率大大降低。各种不同成分的球团旷，都有一个膨胀最大降低。各种不同成分的球团旷，都有一个膨胀最大的碱度范围，必须经试验确定热强度最好的适宜大的碱度范围，必须经试验确定热强度最好的适宜碱度。碱度。球团矿的还原膨胀球团矿的还原膨胀 3）提高球团矿的焙烧温度：）提高球团矿的焙烧温度： 试验证明，在不发生表面过熔的情况下。适当提高试验证明，在不发生表面过熔的情况下。适当提高焙烧温度，不仅可以提高球团矿的冷强度，而且可焙烧温度，不仅可以提高球团矿的冷强度，而
49、且可以提高热强度。这是由于高温可以增强渣相固结，以提高热强度。这是由于高温可以增强渣相固结，有利于有利于CaO的扩散，达到均匀分布，从而改善赤铁的扩散，达到均匀分布，从而改善赤铁矿的结晶条件，抑制还原膨胀。矿的结晶条件，抑制还原膨胀。 检验球团矿质量的指标检验球团矿质量的指标 1）抗压强度）抗压强度：在试压机上：测定单个球受压破裂：在试压机上：测定单个球受压破裂时所加的压力，取时所加的压力，取5个球的平均值作球团矿的抗压个球的平均值作球团矿的抗压强度指标。抗压强度达到强度指标。抗压强度达到100200kg球，即可球，即可满足高炉冶炼的要求。满足高炉冶炼的要求。 2）落下强度）落下强度：取：取I
50、kg球团矿试样，从球团矿试样，从1.5m处落到处落到钢板上，反复落下钢板上，反复落下3次，然后测出小于次，然后测出小于5mm部分所部分所占的百分比作为落下强度指标。落下强度不应大于占的百分比作为落下强度指标。落下强度不应大于15。 3）转鼓指数）转鼓指数：在直径：在直径500mm，宽，宽250mm的转鼓的转鼓内，装入内，装入1kg试样，以试样，以25rmin的速度旋转的速度旋转4min后，后，测定小于测定小于5mm部分所占百分比作转鼓指数指标。要部分所占百分比作转鼓指数指标。要求不应大于求不应大于25。检验球团矿质量的指标检验球团矿质量的指标 4）还原性）还原性：测定球团矿的还原性指标有两种方
