球团矿的制备和性能测定

球团矿的制备和性能测定

一、国内外球团矿的发展

球团矿是一种优良的高炉炼铁原料，我国的铁矿资源本适合生产球团矿，但是由于历史的原因，却走上了细精矿烧结的道路，上世纪80年代中期宝山钢铁公司的1号高炉投产，改变了我国传统的细精矿烧结工艺，其后随着钢铁工业快速的发展，国产精矿不能满足需求，进口粉矿逐年增加，目前就全国范围而言，细精矿在烧结配料中已经不占主导地位。球团矿在我国高炉炉料中的比例逐年升高，进入21世纪，链篦机一回转窑工艺发展迅速，2007年球团矿的产量可以达到l亿吨左右，加上进口的球团矿大约1．3亿吨，在全国高炉炉料中的比重平均16％左右，在可以预见的将来，烧结矿依然是我国高炉的主要原料，球团矿必将持续发展。

各钢铁厂的情况不同和矿源不同决定了其不同的高炉炉料结构。日本、韩国高炉以烧结矿为主, 因为其主要铁料是国际上购买的粉矿, 适宜生产烧结矿。北美高炉以球团矿为主, 因为其矿源多为细精矿, 适宜生产球团矿。欧盟由于环保要求, 烧结厂的生产和建设受到了严格的限制, 为了进一步改善高炉炼铁指标, 充分发挥球团矿在高炉炼铁中优越的冶金性能, 因而以球团矿为主。

欧美高炉球团矿使用比例一般都较高, 个别的高炉达100 %。其中一部分高炉使用熔剂型球团矿, 如加拿大Algoma7 号高炉熔剂球团矿比例达99 % , 墨西哥AHMSA 公司Monclova 厂5 号高炉熔剂球团矿比例为93 % , 美国AKSteel 公司Ashland1KY厂Amanda 高炉熔剂球团矿比例为90 %以上; 另一部分高炉以酸性球团矿为主, 配比一般在70 %以上。欧洲高炉中, 瑞典、英国和德国的部分高炉球团矿的比例很高。

亚洲国家的高炉一般以烧结矿为主, 高达70 %左右。日本高炉炉料结构的特点是烧结矿比例高且一直比较平稳,而球团矿比例自1979 年以来一直在下降, 块矿比一直在上升。高炉炉料中高碱度烧结矿比例维持在7113 %～7619 % , 用量一直比较平稳。球团矿比例自20 世纪70 年代初至1979 年达到了高峰, 为14 % , 此后逐年下降至现在的10 %以下。典型的如新日铁4 号高炉的炉料结构, 烧结矿占70 % , 球团矿占10 % , 和歌山4 号高炉使用75 %～80 %的烧结矿, 巴西块矿占20 %。只有神户制钢神户厂于1998 年由于烧结机老化停止生产才开始在高炉中采用高比例球团矿的炉料结构, 球团矿配比达70 %以上。韩国浦项光阳厂的高炉炉料结构中烧结矿为74 %, 球团矿为11184 %。

我国因各钢铁厂情况不同, 高炉使用球团矿的比例很不相同。宝钢高炉的铁料来源与日本大多数高炉相似, 所以其炉料结构也与日本大多数高炉相似, 烧结矿7415 % , 球团矿815 % , 块矿17 %。

二、球团矿生产技术

(一)、粉矿造球

1、细磨物料成球机理

加水湿润矿粉是使矿粉成球的基本条件。水在矿粉中存在有四种形态：吸附水、薄膜水毛细水和重力水．

吸附水：细磨矿粉表面由于具有过剩能量，并通常带有电荷．因此可以吸附具有极性的水分子而中和表面的电荷．结果在颗粒表面形成一吸附水层，这层水叫吸附水．一般亲水性强和粒度细的物料对分子水的吸附能力也强。吸附水层虽然很薄，但其作用力很大，它不能在颗粒表面自由移动。这是使生球具有足够强度的原因之一。

薄膜水:进一步湿润物料时，在吸附水周围形成薄膜,薄膜水的形成是由于形成吸附水后剩下的末被平衡掉的分子力的作用，因此薄膜水和颗粒表面的结合力，比吸附水和颗粒表面的结合力弱得多。在分子力的作用下，薄膜水有从1个颗粒表面迁移至另一颗粒表面的能力。亲水性强的物料具有较厚的薄膜水．

吸附水和薄膜水合起来组成分子结合水，它在外力作用下和颗粒一起变形，并且分子水膜使粒彼此集合。当矿粉含水量达到最大分子结合水后，成球过程才明显地开始。

物料湿润程度超过其最大分子结合水时,矿粉中形成毛细水，这时为水所充填的矿粉间的空隙可视为大量的毛细管．毛细水和矿粉间结合强度决定于毛细压力的大小，它用下式表示：

h＝2αcosθ/ρgr

式中 h——毛细管中液而的高度，(即毛细压的大小)，厘米；

α ——液体的表面张力，达因／厘米：

r——毛细管平均半径，厘米；

ρ——液体密度，克／厘米’；

θ ——湿润角，度；

g——重力加速度，压米／秒．

由式可见，液体表面张力愈大，物料亲水性愈强，(即湿润角θ越小)，液体密度愈小、毛细管直径愈小(颗粒细和接触紧密)时毛细力越大，愈易成球，这是造成生球强度的主要因素之一．

物料颗粒在毛细水的毛细压力作用下，被拉向水滴中心，形成小球，毛细水起主导作用，这就是矿粉成当物料完全被水饱和时，还存在着重力水，它在

自身重力作用下发生迁移。此时的含水总量亦称为全水量．重力水对造球不利，易引起生球强度降低和变形．

铁矿粉加水混合后用滚动方式成型，成球过程分为三个阶段：形成母球；母球长大和长大后的母球进一步紧密。

形成母球：母球形成过程可分为：A．矿粉被温润，颗粒表面形成水膜；B．温润矿粉彼此相接触，由于液体表面张力作用形成液铤;C．矿粉在造球机内运动。使含有一个或数个矿粒的各个小水珠相互结合，形成了最初的硫松的料团，D．物料继续加水，使疏松科团内孔隙逐渐为水所填充直至全部充满5E．水尚未均匀的裹住整个料团ZF．在外力作用下，科团内过多的毛细水被挤到表面，使水裹住整个料团，形成团球(造球核心)。

母球长大：在母球形成之后，紧接着就是它的长大．而母球表面上的水靠毛细力的作用将周围的矿粉聚到母球的表面，使母球长大．这种滚动压紧，从母球中挤出水分到表面，再依靠毛细力聚集周围矿粉的过程重复多次致使母球逐渐长大．但这种靠毛细力结合的生球强度是不大的，还必须经过密结阶段．

球的毛细力理论。

长大后的母球进一步紧密：在波动等外力作用下，使长大的生球变得更密实，排除毛细水，使毛细管直径更小．毛细力增大，生球强度提高。当毛细水全部徘出。颗粒内靠吸附水结合时，生球强度最大．如果喷水过多，生球表面过湿，不仅影响毛细水排出，使强度降低，同时还会产生生球互相粘结现象．

2、对生球的质量要求

为了保证焙烧过程的顺利进行和球团的质量，要求生球有均匀的粒度、较高的机械强度(抗压和落下强度)和高的热稳定性以及合适的水份．

生球粒度一般为10—15毫米，粒度过大不仅使造球机生产能力降低，而且对强化焙烧过程及高炉冶炼也是不利的。

抗压强度(即荷重试验生球开始碎裂时所负荷的重量)，一般要求不小于1．5—2．o公斤／球．采用竖炉法进行焙烧时，为了保证生球承受料柱压力而不破碎，要求生球有更高的抗压强度．

落下强度，一般要求从o．5米(有的为1米)高处落于钢板上不碎的次数大于4次。若落下强度不够，生球在运输过程中大量破碎，产生粉末，会严重恶化焙烧过程。

生球合适水份是保证获得质量好的生球的重要条件，其值决定于原料条件，要通过试验来确定，一般为9一12％．