造球理论与工艺

YPM造球理论与工艺造球理论与工艺培训制作：华嵩2014-4YPM造球理论与工艺球团生产的基本工艺过程含铁原料配料混合添加剂造球水生球筛分返料干燥预热焙烧均热冷却筛分成品球团矿返矿煤粉高炉冶炼YPM造球理论与工艺造球（balling）又叫滚动成型，是细磨物料在造球设备中被水润湿并在机械力及毛细力作用下的连续过程。生球质量与：造球工艺过程、原料的物理化学性质和准备方法等有关。各种物料的成球性能取决于：①物料表面性质；②与水的亲和能力。YPM造球理论与工艺一、物料的表面性质1.1液体的表面性质液体的表面层、表面能和表面张力液面下厚度约等于分子作用半径的一层液体，叫表面层。不平衡力场表面层内分子比液体内部所具有的更大的位能，称作表面能。YPM造球理论与工艺（1）液体的表面层、表面能和表面张力不平衡力场液体具有尽可能缩小其表面的趋势，液体表面就好像一拉紧了的弹性膜，处在沿着表面的使表面有收缩倾向的张力作用下，这种力称作表面张力。LfYPM造球理论与工艺1.2液体和固体的作用（1）润湿现象在液体和固体接触处，液体表面的切面和固体表面所成的角称为接触角。完全润湿润湿不润湿完全不润湿YPM造球理论与工艺（2）毛细现象浸润液体在毛细管里升高的现象和不浸润液体在毛细管里降低的现象，叫做毛细现象。管径小于2mm的管子叫毛细管。ghRP2附YPM造球理论与工艺1.3细磨物料的表面特性细磨物料特点：分散度和比表面积较大较大表面能表面电性荷负电：方解石、石英、膨润土、金属、金属硫化物等荷正电：氢氧化铁、氢氧化铝YPM造球理论与工艺二、水分在细磨物料中的形态及作用2.1水分子的构造与性质水分子具有偶极子构造可与具有某种电荷的其他物体相缔合形成瞬时复合体造球过程中水的形态吸附水、薄膜水、毛细水YPM造球理论与工艺2.2吸附水的特性及作用在静电引力作用下被吸附在固体颗粒的表面的水分子叫做吸附水。吸附水被牢牢吸附在颗粒表面，不能自由转移，只有在烘干时才能变为蒸汽。仅有吸附水，物料尚不能成球。YPM造球理论与工艺2.3薄膜水的特性及作用薄膜水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；分为强结合水和弱结合水。最大分子水=吸附水+强结合水。YPM造球理论与工艺2.4毛细水的特性及作用当物料润湿到超过薄膜水时，水分开始充填在物料颗粒之间的空隙中，形成毛细水。毛细水是靠水的表面张力形成的，在矿粉颗粒的空隙中形成弯曲的液面，产生毛细压力。YPM造球理论与工艺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，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。成球过程中毛细水起主导作用。YPM造球理论与工艺2.5重力水的特性及作用由于重力总是向下的，因此重力水总是向下运动。由于重力水对矿粒有浮力作用，故对成球不利。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。所以，只有当水分处于毛细水含量范围以内时，对矿粉成球才有实际意义。YPM造球理论与工艺2.6四种形态水的作用吸附水：是无效水，呈固态水性质；薄膜水：增加球团机械强度，呈粘滞性；可提高生球强度，可使物料呈现塑性；毛细水：起主导作用，使颗粒成核；重力水：饱和水，对成球不利。YPM造球理论与工艺三、成球过程3.1成球机理生球的强度靠自然力将矿粒维持在一起，决定着矿粒的尺寸、表面电荷、结晶构造、添加剂等。主要的自然力是毛细压力。影响成球的力：自然力和机械力。还需借助机械力使润湿颗粒接触，即在造球设备中，以滚动、转动、挤压等方式使物料作机械运动而形成生球。YPM造球理论与工艺3.2成球阶段包括：成核阶段、过渡阶段和长大阶段。为形成母球，必须创造条件，造成毛细水含量较高的颗粒集合体，这可以用两种方法来达到：一是对物料进行不均匀的点滴润湿；二是利用机械外力作用于粉料的个别部分，使其颗粒之间接触紧密，形成更细的毛细管。YPM造球理论与工艺过渡阶段：母球彼此碰撞，饱和毛细水使空隙逐渐减小，形成毛细管连接。润湿/毛细力和机械力起主导作用小球密度增加，仍具较大塑性，粒度范围宽。长大阶段：①间断造球以成核和聚结机理为主导；②连续造球以成层机理为主。机械力起主导作用YPM造球理论与工艺四、造球机圆盘造球机YPM造球理论与工艺4.1圆盘造球机盘上装有喷水管及刮料板等装置。细磨物料加进盘内被水湿润后，不断翻滚形成料粒→母球→大料球，大料球位于表面和圆盘的边缘。因此，当总给料量大于圆盘的填充量时，大颗粒的合格生球即自盘内排出。YPM造球理论与工艺特点：不同粒径的球粒分别沿各自不同的轨道运行，按大小分级，排出尺寸合格的生球。所需料量相当于排出的生球量。YPM造球理论与工艺五、影响造球的因素5.1原料影响精矿成球的因素很多，概括起来，可分为两类，一是原料的性质，二是造球工艺条件。（1）原料的自然性质造球原料的自然性质中，以颗粒表面的亲水性、颗粒形状，对其成球性影响最大。颗粒表面亲水性愈高，固相与液相界面的接触角愈小，颗粒容易被水润湿，薄膜水和毛细水含量高，毛细水的迁移速度也高，从而成球性好。铁矿石亲水性（从弱到强）：磁铁矿赤铁矿菱铁矿褐铁矿YPM造球理论与工艺（2）原料的水分原料水分对于成球影响很大。对于不同的原料，生球有不同的适宜水分。①若原料含水过低，虽然在造球时可以洒水补充，但成球速度慢，生产率降低，而且往往由于洒水不均匀，使生球脆弱。②如果原料含水过高，会给造球带来极大困难，使生球粒度不均匀，相互粘结、形成大块。在这种情况下，必须将原料预先干燥，降低其水分。在正常生产条件下，需经常维持原料水分略低于生球的适宜水分。YPM造球理论与工艺（3）原料的粒度与粒度组成原料具有适宜的粒度组成，可使颗粒排列紧密，毛细管平均直径缩小，颗粒之间的结合力增大。-0.074mm≥80%-90%，-0.044mm≥60%-80%，比表面积1500-1900cm2/g粒度过细的不利影响：毛细管直径愈小，水在颗粒间的迁移速度下降，从而使成球速度降低。YPM造球理论与工艺（4）添加剂的影响在造球原料中配加某些添加剂，可以改善物料的成球性。1）改善物料的亲水性和比表面积；2）改善物料颗粒间的连结，增加生球机械强度。YPM造球理论与工艺5.2工艺条件造球工艺对成球的影响可以概括为操作与设备两方面。（1）加水方法造球物料的水分应控制在略低于适宜造球的水分，造球时补加少量水，以控制母球的形成和生球的长大。大部分补加水以滴状加在“成球区”的料流上，使散状精矿粉较快地形成母球，少部分的水以雾状加到“长球区”的母球表面上，促使母球迅速长大，而在“紧密区”不加水，以防表面过湿的球遇水发生粘结，以及水过量而降低强度。工艺操作YPM造球理论与工艺（1）加水方法工艺操作滴水成球，雾水长大，无水紧密YPM造球理论与工艺（2）加料方法加料的方式必须兼顾生成母球和母球长大，要防止形成过多的母球。原料加在“成核区”和“长球区”。这样，在造球机转动过程中有一部分未参加造球的散料就会被带至“紧密区”，吸收生球表面的多余水分。在保证生球达到要求尺寸的前提下，应使母球的生成速度与生球的长大速度达到平衡。YPM造球理论与工艺（3）成球时间滚动成球的时间，与对球团矿粒度的要求，以及原料成球的难易有关。球团矿的粒度大，要较长的造球时间；原料成球性差，造球时间也会延长。一般的规律是：延长造球时间，有利于提高生球的强度，特别对于粒度很细的原料，更须要较长的造球时间，才能使生球具有更高的强度。造球的大部分时间是用在母球长大阶段。YPM造球理论与工艺5.3设备影响（1）倾角固定时，造球盘的速度可在一定范围内调节，以造球盘的周边切线速度计，经常保持在1.0～2.0m/s之间。YPM造球理论与工艺（2）周速过小，物料上升不到圆盘的上部区域，一方面造球盘的面积得不到充分利用，另一方面生球在盘内滚动获得的位能低，因而滚动时动能小，球与球相互碰撞得机械作用力小，因而成球慢，生球的强度低。（3）周速过大，由于离心力作用，物料抛向边缘，跟随造球盘旋转，中心出现无料区，滚动成球的作用受到破坏，甚至无法成球。造球盘的倾角较大时，要求较高的圆周速度，使盘内物料滚动次数增加，有利于提高生球的产量和增加它的强度。YPM造球理论与工艺（4）造球盘的边高边高影响造球盘的充填率（10%~20%），造球机的边高大，倾角小，在给料不变的条件下，物料在造球盘中停留时间长，有利于提高生球的强度。料粗、粘性小时，边高适当增加；料细、粘性大时，边高适当降低。YPM造球理论与工艺（5）刮料板的位置也很重要，它将粘在造球盘上的物料刮下，保持适当的底料厚度，避免粘料过多，加重驱动马达的负荷。此外刮料板还起疏导料流的作用，使成核区和长大区分开，以便于控制生球的成长。刮板位置应不破坏料流运动轨迹，保证制粒分区为宜。