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第六章球团矿生产6.1球团概述球团化定义:将准备好的原料(细磨铁精矿或其它细磨粉状物料、粘结剂、或熔剂、或添加剂、或固体燃料等)按一定的比例配料、混匀,在造球机上经滚动而制成一定尺寸的生球,然后采用干燥、焙烧或其它方法使其发生一系列的物理、化学变化而硬化固结,成为具有一定物理、化学性能的球团矿,这一过程叫做铁精矿球团化。6.1.1球团矿生产的意义与特点A.随着铁矿资源的不断开采,富矿短缺,必须不断扩大贫矿资源的利用,在选矿过程中产出的一部分过细精矿(粒度-200目~-325目),若用于烧结,透气性不好,影响烧结矿产量和质量的提高,因此用球团方法很适宜,因为过细精矿易于成球,粒度越细,成球性越好,球团强度越高。B.球团矿是形状规则8~16mm的球团,其比烧结矿粒度均匀,微气孔多,还原性好,常温强度好,易于储存,有利于强化高炉生产。•C.其原料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;可以制造常规氧化球团,还可以生产还原球团、金属化球团等。•D.球团矿主要依靠矿粉颗粒的高温结晶固结的,不需要产生液相,热量由焙烧炉内燃料提供,混合料中不加燃料。•球团生产工艺已成为当今世界钢铁工业中不可或缺的组成部分。••球团矿生产工艺流程图见P153图6-1。为稳定球团矿的化学成分及有利于造球,所用原料应混匀;•添加添加剂(皂土、生石灰、石灰石等)要破碎到要求的粒度,精矿粉粒度粗时,要细磨到适合于造球的粒度;•矿粉过湿还需要干燥处理。准备及配合好的混合料,要在混合机中加水润湿和混匀,再经造球机滚动成适宜尺寸的生球,并筛除粉末。•合格的生球通过布料器布于焙烧设备上依次进行干燥、预热和高温焙烧固结,然后冷却至150℃以下,筛除小于5mm粉末,分出5~10mm铺底料(带式焙烧机焙烧时),得到具有足够常温强度和良好冶金性能的成品球团矿。6.1.2高炉生产对入炉原料的基本要求★品位高、杂质少、化学成分稳定入炉原料品位每增加1%,焦比降低2%,产量提高3%★强度好、粉末少、粒度均匀入炉矿中小于5毫米的粉末每减少10%,可使高炉增产6~8%6~50毫米的每增加10%,焦比可降低l.8%★易还原、低温还原粉化少、高温性能好入炉原料的还原度提高10%,焦比可降低8~9%入炉原料中FeO含量降低1%,焦比降低1%6.1.3生产球团矿优势1)铁品位高、有害元素少通过选矿——球团工艺,就可大部分或部分除去原料中有害元素,这就既保证了冶炼产品质量,又起到了保护冶炼设备的作用。2)生产球团矿能扩大炼铁原料来源钢铁企业或化工企业中有大量的副产物,如高炉炉尘、轧钢皮、铸铁屑、炼钢炉渣以及硫酸渣等,可以将这些“废弃物”进行分选或直接加入到球团生产的原料中。3)生产球团矿能扩大冶炼燃料的来源逐步使用丰富的无烟煤粉部分或全部替代气体燃料或液体燃料。6.1.4高炉炉料结构★高碱度烧结矿具有冷强度高和高温还原性能好等优点,但属于碱性炉料★天然块矿和氧化球团矿是常用的酸性炉料★天然块矿是一种生料,且资源日渐减少,热爆性能远比球团矿差★氧化球团矿是高炉冶炼的“顺气丸”品位高、有害元素少、粒度组成均匀、冷态强度高、无热爆现象,在合理炉料结构下对高炉冶炼是十分有利的。合适的炉料结构:高碱度烧结矿+酸性球团矿较好的粒度组成:粒度大小均匀机械强度高:抗压强度2500N/个更好的还原性:烧结矿RI65~75%,球团矿RI70~80%更高的铁品位:65~67%球团矿;53~58%烧结矿国内合理的炉料结构:35~20%球团矿+60~70%烧结矿+5~10%块矿高碱度烧结矿与氧化球团矿搭配使用的炉料结构对高炉增产节焦、降低生产成本取得明显效果◆欧盟高炉炼铁时球团矿的用量在1996年就普遍达到20%以上,最高达70%;瑞典的SSAB厂为了实现精品战略,高炉采用几乎100%的球团矿;高炉利用系数达3.15t/(m3·d),综合燃料比457kg/t,渣量仅为146kg/t◆国内的高炉炉料结构中,球团矿用量也呈现出上升趋势.6.1.5球团工艺发展现状及前景工艺:竖炉链箅机一回转窑带式焙烧机产量(2003年)国内:竖炉2400万吨/年70%链篦机——回转窑1500万吨/年24%带式焙烧机325万吨/年6%国外:竖炉2300万吨/年7.40%链篦机——回转窑8060万吨/年26.17%带式焙烧机20500万吨/年66.43%6.2造球理论细磨物料的成球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。由于毛细压力、颗粒间摩擦力及分子引力等使生球具有一定的机械强度。6.2.1细磨物料的表面特性及水的形态细磨物料的表面特性:分散度大;比表面积大1500~1900cm2/g比表面能大、表面分子受力不均衡、在表面的空间形成电场、表面吸附其他分子而荷电。而水具有偶极构造,在电场作用下发生极化,因此被极化的水分子和水化离子与细磨物料之间因静电引力而相互吸引。•造球矿粉表面形成吸附水膜,它由吸附水和薄膜水组成,称为分子结合水,在外力作用下与颗粒一起变形,这种分子水膜能使颗粒彼此黏结,它是矿粉成球后具有一定机械强度的原因之一。大量研究表明,铁矿粉加水成球是在颗粒之间出现毛细水后开始的。•当细磨物料继续被润湿到超过薄膜水时,物料层形成毛细水。它是电分子引力作用范围以外的水分。毛细水的形成是由于表面张力作用所致。细粒矿物层中存在着很多大小不一的连通的微小孔隙,组成错综复杂的通道,当水与这些矿物接触后,引起毛细作用。毛细水的分类:触点状毛细水:仅仅存在于颗粒接触点周围的水(P154图6-2)。蜂窝状毛细水:当矿粒层中出现触点状毛细水后,继续增加水分便会出现蜂窝状毛细水。饱和状毛细水:当料层孔隙完全被水充满时,则出现饱和毛细水,即毛细水达到最大含量。在成球过程中,毛细水起主导作用,当物料润湿到毛细水阶段时,成球过程才明显发展,成球速度取决于毛细水的迁移速度,表面亲水性物料毛细水迁移速度较疏水性物料快。6.2.2细磨物料的成球过程细磨物料造球有连续造球和批料造球两种工艺,大致分为三个阶段:成核阶段;球核长大和生球紧密阶段1)成核阶段①加水润湿到在颗粒表面裹上一层水膜(水量>吸附水+薄膜水)(A)②颗粒彼此接触,两颗粒之间便形成液体连接桥(水膜的表面张力作用),从而颗粒连在一起(B)③矿石颗粒在造球机内通过运动,含两颗粒的小水珠或含数颗粒的小水珠相互结合,形成最初的聚集体(液体充填率仅20%左右),各个颗粒靠液体连接桥呈网状地、疏松地保持在一起(C)④在机械力作用和增加水分的情况下,聚集体的颗粒重新排列,部分孔隙被水充填,液体倾向融合,由蜂窝状的毛细水构成连续的水网,聚集体的孔隙体积变小,形成坚实稳定的球核,又称母球(D)2)球核长大阶段①已成球核的颗粒在机械力的作用下彼此靠拢,蜂窝态毛细水逐渐过度到饱和态毛细水(毛细管水),所有孔隙被水充满(在球核表面孔隙中形成弯液面,由毛细力将颗粒保持在一起)。(E)②继续滚动,球核进一步被压密,引起毛细管形状和尺寸的改变,使过剩的毛细水被挤到球核表面上来而裹住球核(F),在继续滚动中就粘上一层润湿程度较低的物料,使核长大(多次重复),直到球中颗粒间的摩擦力比机械压密作用力大时为止。③为使球继续长大,必须往球的表面喷水、充分润湿表面和加料,球主要以成层方式长大。3)生球紧密阶段①生球长大到符合要求后,停止加水加料,让从生球中挤出来的水分被未充分润湿的物料层所吸收。②利用造球机所产生的滚动、搓动作用,使生球内的颗粒有选择地、按最大接触面积进行排列,生球内颗粒被进一步压紧(密度最大,颗粒间距最小)。并有可能使某些颗粒的薄膜水层相互接触,这样薄膜水能沿颗粒表面迁移,使几个颗粒同时被一薄膜水层所包围。③生球中各颗粒靠分子力、内摩擦阻力、毛细力相互结合起来这些作用力越大,生球的强度就越高。三个阶段都在同一造球机中完成,各个阶段很难明显划分。每个阶段具有决定意义的作用是:成核阶段——加水润湿直到毛细力形成长大阶段——机械滚动作用和毛细效应紧密阶段——机械滚动作用6.2.3影响矿粉成球的因素6.2.3.1原料性质的影响①原料天然性质的影响A.表面的亲水性接触角(润湿角)θ:在固—液—气三相接触面处,气液界面张力与固液界面张力在液相中所夹之角。θ小,颗粒表面亲水性愈强,颗粒易于被润湿,颗粒薄膜水、毛细水含量愈高,毛细力愈强,成球性愈好,生球强度愈高。常见矿物亲水性:褐铁矿>赤铁矿>磁铁矿硫酸盐、碳酸盐>云母(亲水性差)膨润土、消石灰等亲水性强B.颗粒形状◆颗粒形状,决定了生球中颗粒间接触表面积的大小,颗粒接触表面积越大,生球强度就越高。针状、片状、表面粗糙的颗粒,具有较大的接触面积,成球性好;矩形、多角形、且表面光滑的颗粒,具有较小的接触面积,成球性差。磁铁矿:亲水性差,颗粒表面光滑,多呈矩形、多角形,成球性最差;褐铁矿:亲水性很强,颗粒呈片状、针状,成球性最好;②原料粒度、粒度组成、比表面积的影响●粒度小,粒度组成不均匀的物料:成球性好,生球长大快,生球强度高∵粒度细小的矿粉,比表面积大小颗粒嵌入大颗粒间的空隙中,颗粒排列紧密,毛细管直径小提高了毛细水的迁移速度,增强了颗粒间的分子力、毛细力、内摩擦力●粒度要求磁铁矿:0~0.2mm100%0~0.074mm>80%赤铁矿:0~0.074mm>70%●若入厂原料粒度较粗,可进行细磨,或添加粘结剂来改善造球●粒度并非愈细愈好,因为:——增加磨矿电耗——增加成本——造成毛细管过小,降低毛细水迁移速度,减慢成球速度,延长造球时间。③原料水分的影响A.适宜水分——应通过试验确定一般:磁铁矿、赤铁矿:8~10%褐铁矿:14~18%原料水分应比适宜水分稍低(圆盘造球机约低0.5%左右)B.对成球的影响①若干物料造球——矿尘飞扬,劳动条件恶劣生球长大速度慢,结构脆弱②若原料水分不足——母球长大慢,结构不稳定;生球很难长大但:可在造球时补充水分。∵造球初期,矿粒间空隙因毛细水不足而被空气填充颗粒间接触不紧密,结合力减弱,生球强度差③若物料过湿——◆母球容易相互粘结或变形,使生球粒度不均匀◆过湿的物料、过湿的生球容易粘在造球机上,使操作发生困难轻者破坏母球的正常轨迹;重者使母球失去滚动能力,使造球过程无法进行◆过湿的生球,强度小,塑性大,易变形运输和干燥时相互粘结,影响透气性和产量、质量④添加物的影响A.目的改善物料成球性提高生球强度提高生球热稳定性B.常见添加物:消石灰、石灰石和皂土等a.消石灰Ca(OH)2用量:3~5%粒度:应小于1mm特性:粒度小,比表面积大,亲水性好,为胶体天然胶结能力好,成球性优等改善生球内水的pH值添加了消石灰的物料,其造球效果:◆比表面积明显增加◆生球分子力、毛细力提高,从而生球落下强度提高,且效果更明显∵消石灰增加了生球的塑性,生球抗压强度提高消石灰用量过多,使成球速度降低:∵物料堆积密度变小,挤压力小,使得毛细水迁移缓慢b.石灰石粉亲水性物料颗粒表面粗糙添加石灰石粉,不像消石灰那样显著降低物料的堆积密度可紧密颗粒可增大内摩擦力提高生球强度生产熔剂性球团矿,石灰石与消石灰配合使用,对造球更为有利石灰石粒度要求:-200目>80%c.膨润土(皂土)它属于含水的铝硅酸盐物质,化学式为Al2(Si4O10)(OH)2膨润土具有:很高的分散性很大的比表面积很强的亲水性很强的胶体性质膨润土在水中泡涨,最多能吸收600~700%的水分。可以改善成球性,提高生球强度,缩短干燥时间膨润土主要成分为SiO2(高达60%),故不能添加过多。用量要适宜(一般0.6~1.0%)原因:用量过多,降低生球长大速度降低产量降低球团矿品位降低球团还原性国内现状:膨润土质量差精矿粒度粗,成球性差,且水分高,难操作导致膨润土用量过大,一般在2~3%膨润土粒度要求:0~0.074mm>99%6.2.3.2圆盘造球机的影响①倾角(一般45~50°)圆盘的倾角α由原料的动休止角Ф0确定(倾角α>动休止角Ф0)若倾角α>>动休止角Ф0物料不可能提升到一定的高度,达不到良好的造球目的若倾角α<动休止角Ф0物料处于静止状态破坏了生球的运动轨迹,造球过程不可能
本文标题:第6章球团矿生产
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