球团矿的制备及性能测试

实验2 球团矿的制备及性能测试一、球团矿的发展现状与趋势精料和合理的炉料结构一直是国内炼铁界努力探索的课题。

球团矿作为良好的高炉炉料，不仅具有品位高、强度好、易还原、粒度均匀等优点，而且酸性球团矿与高碱度烧结矿搭配，可以构成高炉合理的炉料结构，使得高炉达到增产节焦、提高经济效益的目的，因而近年来国内炼铁球团矿产量和用量大幅增加，不仅中小型高炉普遍使用，大型高炉如马钢2500M3高炉、昆钢2000 M3高炉、宝钢、攀钢等也加大了球团矿的配料比例。

大力发展球团矿已成为有关权威机构、学术会议以及生产厂家关注的焦点和共识，国内目前已形成一股球团矿“热”。

1、球团矿具有规则的形状、均匀的粒度、高的强度（抗压和抗磨），能进一步改善高炉的透气性和炉内煤气的均匀分布;球团矿FeO含量低，有较好的还原性（充分焙烧后，有发达的微孔）更有利于高炉内还原反应的进行。

因此，球团矿在我国高炉操作者的心目中称之为“顺气丸”，其冶金性能好，非其它熟料所能比。

2、国内大量的理论研究和生产实践表明，高碱度烧结矿与酸性炉料搭配有一个合适的配比。

大型高炉采用75% ~70%碱度为1.85左右的烧结矿与25% ~ 30%的酸性球团矿是合理的炉料结构。

当酸性球团配入比例为25% ~ 30%时，其在炉内软熔区间的最大压差值最小，也就是按此比例搭配效果最佳。

3、在上述合适的范围内，在高炉正常运行情况下，球团矿入炉配比的高低是由其质量决定的。

高质量的球团矿应具有的指标为：TFe≥65%; FeO≤1.0%; SiO2≤3.0%; S≤0.04%; 球团矿粒度8—16mm占95%以上；转鼓指数（ISO）≥96%，抗压强度≥2500N/个球。

目前，我国冶金企业生产的球团矿，特别是竖炉球团矿与高质量球团矿及进口球团矿相比，普遍存在着相当的差距。

纵观国内外先进高炉炼铁经验，在原料供应可能的情况下，合理的炉料结构发展趋势是：a）高炉少吃或不吃生料；b）增加高炉球团矿的用量；c）减少烧结矿的用量（即提高烧结矿的品位，应当相应提高烧结矿的碱度，否则烧结矿的强度、冶金性能将会有较大的下降。

而碱度提高后为了满足高炉渣碱度的平衡，必将减少烧结矿的用量）二、球团矿与烧结矿冶金性能的比较目前国内普遍认为球团矿比烧结矿在冶金性能上有以下优点：（1）粒度小而均匀，有利于高炉料柱透气性的改善和气流的均匀分布。

通常球团粒度在8~16mm的占90%~95%以上。

这一点即使整粒最好的烧结矿也难以相比。

（2）冷度强度（抗压和抗磨）高。

在运输、装卸和贮存时产生粉末少。

（3）铁粉高和堆密度大，有利于增加高炉料柱的有效重量，提高产量和降低焦比。

（4）还原性好，改善煤气化学能的利用。

测定表明，在用低二氧化硅的优质原料时，球团矿与烧结矿的还原性相差不大，而使用二氧化硅较高的优质原料时，球团的还原性由于烧结矿。

三、球团矿的生产球团矿的生产工艺主要有以下三种：竖炉法、带式焙烧机法和链蓖机一回转窑法。

1、竖炉球团法现今有两种主要炉型。

一种炉型的特点是高炉身、无外部冷却器, 另一种是矮炉身,带单独的球团冷却器和热交换器。

看来, 为了便于连续排出冷却的成品球团, 设单独的冷却器是需要的。

同时, 要求最高加热线以下的炉身高度应能保证球团焙烧质量均一。

为了达到最佳炉况, 竖炉应设计具有适中的高度, 并带有外部冷却器。

炉壁倾斜度做了重大改变, 并且为改善炉内球团的分布状况, 做了改进。

竖炉结构不断地在进行一些小改小革, 不过, 上述儿点是自竖炉法采用以来的主要改进。

竖炉的生产能力提高了, 这自不必说, 但上述是竖炉的重要结构改革。

在第二代、第三代竖炉期间, 关于竖炉的许多因素都清楚了, 如为保持最佳炉况所需的长宽比与最大宽度。

这些年来, 单炉产量由25 万吨/ 年增大到50万吨/年。

竖炉法主要是为处理磁铁精矿而提出来的, 通过研完使用各种不同精矿之后认为;精矿的磁铁含量要尽量保持高些。

在一定条件下, 配入少量赤铁矿是可以容许的, 但是,在任何 清况下, 精矿内的二价铁含量都应高于20%。

目前,世界竖炉球团总生产能力估计为2650 万吨/ 年2、带式焙烧机球团法对于带式焙烧机法来说, 最重要的一项进展可能就是带式机有效面积的增大, ,而仍旧保持鼓风干燥、,抽风干燥、抽风预热、抽风焙烧和鼓风冷却各工艺段的作用, 同时设计保持较高的工艺供热流的辅助设备。

第一台工业性带式焙烧机的有效面积约为92.9平方米, 第二代带式机的有效面积就增大到185.9平方米。

现在, 有一个带式焙烧机球团厂, 其有效面积为469平方米。

现正在巴西建厂的一台大型带式焙烧机, 有效面积达到699平方米, 并且还在筹划制造一些更大的带式焙烧机。

如果按带式焙烧机焙烧磁铁精矿每平方米日产269 吨球团的话, 那么现在单机设计能力便由过去的3000吨/ 台日增大到18000吨/台日；如果按330天作业制计算, 单机能力约达到600万吨/ 年。

目前, 世界带式焙烧机球团厂总生产能力约为15900 万吨/年。

在带式焙烧机发展的前几年, 花了很大力量研究确定鼓风干燥段与抽风干燥段的最佳比例关系。

就是在今天, 这一点对于设计高料层操作的带式焙烧机来说, 仍是十分重要的。

随着带式焙烧机生产能力的增大, 机体以及篦条和其它辅助设备的结钩材抖的选择, 是极为重要的。

在最初设计带式焙烧机时, 预计带式焙烧机灼平均温变会比生产烧结矿时低些。

这确实是一个错误。

事实上，带式焙烧机的平均温度要比烧结时所达到的温度高得多。

并且未过很久就已肯定；在这两种工艺过程之间, 很少甚至没有类似之处。

所以, 最初为试验设备选用的材料, 在研究工作完成之前就废掉不用了。

还没有等到第二代和第三代带式焙烧机的出现, 当时选用的设备材料就已经达到与今天所用的材料相同的水平。

不管选用哪一种球团方法, 回收热量已经是发展球团技术的一项重要课题。

在带式焙烧机上, 设备结构的改进, 耐火材料的选择, 以及工艺过程的改善, 都强调利用回收热量并防止热量损失。

球团设备的机械特性明显改善, 保持了球团厂设备的作业率。

把全部有机计算在内, 一个正常球团厂的设备作业率约为96~97%。

另外, 象多辊布抖器这种设备, 现在已经发展成为带式焙烧机的规定组成部分。

多辊布料器原来设计是用在2 米宽的带式焙烧机上的, 现在己经用到6 米宽的带式机上, 而且这种布料器现在还用到链篦机一回转窑系统上。

多辊布料器使布给到机上的生球质量获得两个方面的重要改善。

第一, 布料辊调到适当的间隙, 可使布到机上的生球直到最后一刻都在经受筛分, 因此保证生球布料干净, 不带碎粉。

第二, 布到机上的全部生球滚成相同形状, 又改善了生球质量。

这两个作用使料层具有最佳透气性。

在焙烧磁铁矿时, 多辊布料器可使反应热量均匀, 最终生产出均质焙烧球团。

上述特点适合于所有各种球团方法。

多辊布料器的作用使得可以达到连续的最佳工艺条件。

多辊布料器筛出了生球从造球上段到焙烧机这段运输过程中产生的碎粉, 减少了焙烧系统内的粉尘负荷和风机的磨损。

结果, 使风机作业率有了很大差别, 以前, 作业率一般为85% , 现在至少为97%。

不仅作业率提高了, 而且更换风机的费用也大大降低。

现在这一主要设备的备品维持费用也是最低水平的。

近些年来, 向焙烧机提供热源的燃烧器有了改进。

现在, 在带式焙烧机上采用吸引式烧咀利用从焙烧系统回收的显热, 这已成为标准操作方式。

根据球团厂厂址的不同, 带式焙烧机一般采用的燃抖有天燃气或者6号燃油。

由子天燃气与燃油缺乏,目前，正在研究用煤作燃料。

3、链蓖机一回转窑法与带式焙烧机法的情况相同, 链篦机一回转窑的重大进展, 也是设备规格的增大。

第一套工业性链蓖机一回转窑是用赤铁精矿作原料的, 设计能力为33万吨一年。

目前, 处理同类原料的链蓖机一回转窑球团厂, 单套机组的生产能力可超过400万吨/年。

如果焙烧磁铁矿，则同一套设备的产量会大大超过这一数字。

目前, 世界链蓖机一回转窑球团厂总生产能力估计约为9700万吨/年。

四、球团矿冶金性能的影响因素(1)铁精矿的矿物类型。

生产球团矿常用的原料有磁铁矿和赤铁矿二种。

就成球性而言，赤铁矿优于磁铁矿，就焙烧固结性能而言，则相反。

磁铁矿更易固结的原因有二：一为焙烧过程中，磁铁矿发生氧化和晶变二为氧化放热效应。

赤铁矿则全靠高温下的再结晶，故要求更高的焙烧温度。

铁精矿中含有脉石，有的数量不多，但对焙烧固结有重要影响。

脉石矿物品种很多，其对球团固结的影响机理，不外乎能否与铁矿物反应，是否能成为液相，以及液相对铁矿物的润湿能力。

为了研究脉石的影响，以常见的石英和长石为例。

石英熔点甚高，在氧化气氛中，不与赤铁矿反应。

长石熔点较低，在焙烧温度下成为液相，并对赤铁矿润湿性强，极易渗入铁矿晶粒间隙。

现取极纯的赤铁矿精矿(含SiO2仅0.15%)分,别配以不同数量的石英粉、长石粉，在空气中以1250℃焙烧30分钟，然后测定其强度，并在显微镜下观察其结构，其结果见图1.石英不参与反应，故对强度无明显的影响，而长石熔融，渗入赤铁矿晶粒之间，形成液相渣键，只要有2%，便对固结影响显著。

还原性实验表明，石英对于球团矿的低温(550℃)、中温(900℃)还原性没有影响，只恶化其高温(1250℃)还原性。

长石将孔隙堵塞，并且封闭了部分赤铁矿表面，使球团矿的还原性全面降低。

铁精矿粒度和粒度组成对于固结的影响，与对成球性的影响一致。

粒度小，比表面积大，不仅有利于气一固相反应，而且有利于固一固相反应，它使磁铁矿氧化迅速，表面晶格缺陷较多，易于进行固相扩散反应。

所以原料粒度细，球团矿强度高。

此外粒度对气孔率和气孔大小有关，强度高的球团矿，其气孔必然小而均匀。

(2)焙烧温度的影响。

焙烧温度水平，对于球团矿固结影响最大。

一般认为温度愈高，反应速度愈快，对磁铁矿氧化反应如此，对赤铁矿扩散、再结晶也如此。

实际上，预热温度到达900°～1000℃以上，再提高温度对加速磁铁矿氧化作用不大。

赤铁矿或磁铁矿再结晶和晶粒长大的速度，主要决定于焙烧温度。

图2是焙烧温度对于球团矿抗压强度的影响。

由图可见，在1000℃以下，球团矿的强度增长缓慢。

只有更高的温度。

才能使其强度迅速提高。

对不同的原料制成的球团矿，适宜的焙烧温度各异。

在图2中，焙烧磁铁矿球团的适宜温度尚不及1200℃,这可能因为磁铁矿氧化成亦铁矿放热反应，使球团矿内部温度高于焙烧介质温度。

(3)加热速度的影响。

焙烧球团矿时，加热速度可以在120℃/分至57℃/分范围内变动。

对不同原料，要通过实验探求适宜的加热速度。

升温过快会使磁铁矿球团中心得不到充分氧化，升温过慢使设备生产率降低。

此外，球团矿导热性不良，升温过快使沿半径方向温差升高，因膨胀差异而产生裂纹，降低了球团矿的强度。