铁矿石球团法

铁矿石球团法

铁矿石球团法(pelletizing of iron ores)

铁矿石造块方法之一。将各种铁精矿或磨细的天然矿配以水和球团黏结剂做成生球，再经高温或低温焙烧制成球团矿。球团矿具有含铁品位高、粒度均匀、还原性能好、机械强度高、耐贮存等特性。

简史1912年瑞典人安德森(A．G．Anderson)开始研究利用铁精矿生产球团矿的方法，并取得了专利。1913年布莱克尔斯贝尔格(C．A．Brackelsberg)取得了德国专利。他提出将粉矿加水或黏结剂混合，造球，然后在一定温度下焙烧固结，并于1926年在克虏伯公司莱茵豪森钢铁厂建造了一座日产能力为120t的球团试验厂。第二次世界大战期间，美国由于富矿储量几近枯竭，遂开始开发密萨比(Mesabi)矿区。该矿区的矿系贫铁矿，含铁量只有30％，即常说的铁燧岩。这种铁燧岩质地坚硬，且嵌布粒度很细，通过细磨精选，获得了小于0．044mm(325目)粒级在85％以上的铁精矿。此种细精矿，由于降低了烧结混合料的透气性，不能进行烧结。1943年明尼苏达大学矿山实验站开展了铁燧岩精矿球团工艺的研究，并在1944年发表了第一批研究结果。瑞典钢铁研究院于1946年成立了一个应用铁精矿的委员会，建立了数座小型工业性球团厂，这些厂所生产的球团矿是专门供给威伯格(Wiberg)法直接还原用的。美国于1948年进行了年产20万t的工业试验，获得了成功。并于1955年在里塞夫矿山

公司建成了一座大型带式机焙烧球团厂，在伊利矿山公司建成了一座大型竖炉焙烧球团厂，合计年产球团矿能力1200万t。由于球团矿工艺特别适用于细精矿，且球团矿的质量好，从60年代后，球团矿的生产，得到了迅速发展。

中国球团矿的试验研究工作，开始于20世纪50年代初。最初鞍山钢铁公司和本溪钢铁公司在铁精矿中配入2％～3％的消石灰作为黏结剂，加入一定数量的水分，经混合、压块，送入隧道窑中焙烧，得到方团矿。1958年鞍山钢铁公司通过试验，将方团矿改造为隧道窑焙烧球团矿，以后本溪钢铁公司、包头钢铁公司也相继建成了隧道窑，生产球团矿。1968年济南钢铁厂和杭州钢铁厂，建成了具有中国特色的，设有干燥床和导风墙的8m竖炉，生产球团矿。从此在中、小企业竖炉焙烧球团法有了较大发展。1970年武汉钢铁公司建成了两台135 m2的带式球团焙烧机。后因工艺及材质不合理而停止生产。1973年和1989年包头钢铁公司和鞍山钢铁公司先后建成162m2及321．6m2带式球团焙烧机。1982年承德钢铁厂建成了一台内径为3m、长30m、年产球团矿20万t的链篦机——回转窑。从此，三种主要生产球团矿的设备，在中国都有了较大的发展。1990年中国球团矿的产量已占高炉入炉原料的6％以上。

随着钢铁工业的发展，细精矿的产量显著增加，而球团法可将细精矿或细粒粉矿造成粒度均匀、产量高、强度好的人造富矿，直接入炉；

通过氧化焙烧，可将H2O、CO2 、S等挥发脱除，减少有害元素对高炉生产的影响；此外，球团法可加入各种不同的添加剂，改变球团矿的矿物组成。所以从1960年以来球团矿的产量一直保持上升趋势。球团矿在高炉炉料中的比例，也逐渐增加。

球团矿固结机理在300～800℃的温度下，磁铁矿被氧化，生成Fe2O3 微晶。新生成的Fe2O3 微晶具有高度的迁移能力，促使微晶长大形成连接桥(又称Fe2O3 微晶键)，将生球中各颗粒互相粘结起来。但这种微晶的长大非常有限，所以此时球团强度不高，只有当生球在强氧化性气氛中，加热到1000～1300℃时，Fe2O3 的微晶才能够再结晶，长成相互紧密连成一片的赤铁矿晶体，这时球团强度达到最高；若加热温度高于1300℃时，则由于下列反应，而使颗粒之间的固结作用减弱，球团矿强度下降：

3Fe2O3 ====2Fe3O4+ 1/2O2

Fe2O3====2FeO +1/2O2

所以，磁铁矿球团在强氧化性气氛及1100～1300℃的焙烧温度下，其颗粒之间形成晶桥，微晶长大，以及发生再结晶，是球团矿固结的基本形式。但在焙烧过程中，精矿中的脉石矿物以及配加的各种添加剂(如皂土、}消石灰、白云石等)，有的熔化成液态渣相，有的与铁矿

物反应形成硅酸盐、铁酸钙等低熔点的矿物，这些渣相均有助于球团矿的固结。

在赤铁矿球团焙烧过程中，球团矿的强度也是通过晶粒长大和再结晶来提高的。但这是一个比较困难的过程。晶体的长大只有在1200℃以上时才能观测到。在此温度下，矿石颗粒及球团结构，都一直保持其原有形态。各颗粒虽彼此靠近，但无任何连接，只有在1300℃时，赤铁矿颗粒才结晶，过程进行非常缓慢。若要使赤铁矿内形成足够的键桥，则需在最佳焙烧温度下，焙烧较长的时间。这就影响了球团焙烧设备的产率。如果焙烧温度过高(高于1300～1350℃)，则会引起Fe2O3 的分解，导致球团矿强度下降。

工艺流程球团矿的生产是一个多工序的连续过程，一般需要经过配料、混合、造球、布料及焙烧等工序。前两道工序是将生产球团矿的各种原料，包括各种不同性质的铁精矿、粉矿、炉尘、皂土、消石灰等，按要求的比例进行混配获得具有均匀的化学成分的混合料；后三道工序则是制成生球后经焙烧成球团矿的过程。

配料一般使用圆盘给料机。它是由转动圆盘(直径有1m、2m 不等)、套筒、调节排料量的刀闸及传动机构所组成。当圆盘转动时，料仓内的物料在压力的作用下，向出口一方移动，经闸刀或刮刀卸到皮带运输机上。通过调节圆盘给料机的转速、排料闸门的大小或刮刀

的位置，并把它们与电子皮带秤相联合，及时调节下料量，使其在一定时间内，从料仓中放出一定数量的物料，以保证获得预定成分的混合料。对于一些粒度很细，用量较少的添加剂，如皂土、消石灰、炉尘等，也可使用螺旋给料机或槽式振动给料机，以准确控制其配比较少的下料量。

混合常用的设备为圆筒混合机。它由钢板焊成的圆筒、固定在圆筒上的钢箍、支持圆筒的托辊、防止圆筒纵向运动的定向轮、以及钢质齿环和电动机等部分组成。混合机是由电动机(经减速机)、齿轮将动力传给固定在圆筒上的齿环，使圆筒转动的。也有可使用胶轮摩擦传动。圆筒混合机安装成一定的倾角，物料从给料端加入，圆筒转动时，物料被带到一定的高度后抛下，如此反复，物料成螺旋形运动而被混合，最后从卸料端排出。圆筒混合机的直径与长度根据产量的需要，可选用各种不同的规格。除圆筒混合机外，还有双轴搅拌机、轮式混合机以及强力混合机等。

造球制成生球的过程。造球设备主要有圆筒造球机、圆盘造球机和圆锥造球机3种。

(1)圆筒造球机。在球团生产的最初年代，它是惟一的造球设备。圆筒造球机的长度通常大于直径的2～3倍，倾角为2～5度，单机产量大，运转较平稳。但由于造出的球团粒度不均匀，必须经过筛分，因