球團(tuán)成球原理及生球質(zhì)量檢驗(yàn).doc

1、球團(tuán)成球原理及生球質(zhì)量檢驗(yàn)球團(tuán)成球原理及生球質(zhì)量檢驗(yàn)(pelletizingprocessandgreenballqualityinspection)球團(tuán)礦靠滾動成型。被水潤濕的礦粉在滾動過程中靠毛細(xì)引力、分子引力、摩擦力等作用形成一定粒度的生球，并使生球具有一定強(qiáng)度。生球的粒度、水分、機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性等影響下一步焙燒作業(yè)，并關(guān)系到球團(tuán)礦成品的產(chǎn)量和質(zhì)量。生球強(qiáng)度理論 干燥的礦粉一般都具有親水性，在顆粒表面分子力作用下，水分子被吸附在礦粒表面。由于分子引力的作用，在吸附水外層又形成一層薄膜水，薄膜水內(nèi)層靠近顆 粒，受其吸力作用較強(qiáng)，稱強(qiáng)結(jié)合水，它與吸附水稱為最大分子水，可使粉料成形，但仍不具

2、塑性。薄膜水的外層更接近于自由水，可以在外力作用下發(fā)生塑性變形。當(dāng)?shù)V粉被水潤濕其量超過薄膜水時(shí)， 在顆粒間出現(xiàn)毛細(xì)水， 開始為觸點(diǎn)態(tài)，使顆粒連接起來 ( 圖 1a) ；進(jìn)一步潤濕時(shí)則呈蜂窩態(tài)，在水的表面張力及外力作用下，顆?？繑n ( 圖 1b) ；繼續(xù)潤濕出現(xiàn)飽和態(tài)毛細(xì)水，使顆粒之間產(chǎn)生最大的毛細(xì)力。毛細(xì)引力的大小可由下式表示：(1)式中 y 為水的表面張力，23N m； s 為礦粉的比表面積， m kg； 為液體密度， kgm； 為氣孔率。礦粉粒度愈細(xì)，s 則愈大， 愈小，則產(chǎn)生的毛細(xì)引力愈大。圖2 示出毛細(xì)水的充填率對生球強(qiáng)度的影響，當(dāng)飽和態(tài)毛細(xì)水出現(xiàn)時(shí)，水的充填率達(dá)到 O8O9 時(shí)，毛細(xì)

3、引力最大， 球團(tuán)的抗壓強(qiáng)度最高； 當(dāng)觸點(diǎn)態(tài)毛細(xì)水出現(xiàn)時(shí)， 水的充填率很低 ( 為 0.4 以下 ) ，毛細(xì)引力下降、 抗壓強(qiáng)度下降 ( 根據(jù)計(jì)算只有最大毛細(xì)引力 時(shí)抗壓強(qiáng)度的 35) 。當(dāng)水的充填率達(dá)到 1 時(shí)，即過飽和時(shí)，則球團(tuán)表面便產(chǎn)生水膜，此時(shí)毛細(xì)引力已不存在，球團(tuán)抗壓強(qiáng)度也很弱了。 生球的抗壓強(qiáng)度主要決定 于顆粒之間氣一液相的表面張力所引起的毛細(xì)引力。其他靜電吸力、范德華力的影響都是很小的。但有人認(rèn)為分子力的作用不可忽視。生球成球過程 礦粉成球過程首先是礦粉成核， 然后生球長大， 生球進(jìn)一步密實(shí)。這些過程在生產(chǎn)中發(fā)生于同一造球機(jī)中。礦粉成核礦粉顆粒被水潤濕到一定程度，依靠毛細(xì)水的作用，

4、 使多個(gè)顆粒連接起來成為松散的集合體。在機(jī)械外力作用下，此顆粒集合體內(nèi)部顆粒重新排列，進(jìn)一步密集，形 成比較堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定、粒度較均勻的小球，稱為母球，這是成核期生球成球的第1 步。母球形成表示顆粒聚合在力學(xué)上的一個(gè)穩(wěn)定形狀，但它內(nèi)部包含固體、液體和氣體3 個(gè)相。它的穩(wěn)定性取決于礦粉的粒度、粒度組成以及顆粒的形狀和親水性。生球長大母球在滾動過程中彼此碰撞， 使內(nèi)部顆粒間的毛細(xì)管收縮，其中毛細(xì)水由蜂窩狀變?yōu)轱柡蜖睿徊糠炙粩D到母球表面。此時(shí)母球以3 種機(jī)理長大： (1)聚合機(jī)理，母球水分較高，而且塑性較好，它們相互結(jié)合在一起，使母球迅速長大( 圖 3a) ；(2) 成層機(jī)理，表面含水較高的母球在滾動

5、中不斷粘結(jié)新加入的物料顆粒， 使母球長大 ( 圖 3b) ；(3)磨 剝轉(zhuǎn)移機(jī)理，在生球滾動過程中有少數(shù)由于強(qiáng)度不夠或水分低而形成碎片， 粘附于另一球上( 圖 3c) 。生球長大過程中，這 3 個(gè)機(jī)理都存在，以何種機(jī)理為主，決 定于原料的性質(zhì)及造球的工藝條件。生球進(jìn)一步密實(shí) 當(dāng)母球長大到要求的尺寸時(shí)， 停止加水潤濕， 生球在造球機(jī)內(nèi)繼續(xù)滾動。由于機(jī)械外力的作用，物料顆粒相互靠近，毛細(xì)管直徑縮小。顆粒間的毛細(xì)引力、分子作用力以及摩擦阻力綜合作用，使生球具有很高的機(jī)械強(qiáng)度。影響成球的因素 原料的自然性質(zhì)、粒度及粒度組成、水分、添加物、造球工藝等因素都影響成球的作業(yè)，進(jìn)一步影響生球的質(zhì)量。原料的自然

6、性質(zhì) 顆粒表面的親水性及顆粒形狀的影響最大。 顆粒表面親水性愈高，薄膜水及毛細(xì)水含量愈高，成球就愈好。表 1 列出不同礦粉及黏結(jié)劑的最大分子水及毛細(xì)水的含量。物料的成球性可用成球指數(shù) K 來表示。k=Wf /(Wm-wf )式中 Wf為生球的最大分子水含量，； Wm為生球的毛細(xì)水含量，。 K=0.20.35 的物料屬弱成球性， K=0.350.60 屬中等成球性， K=0.6 0.8 屬良好成球性， K0.8 屬優(yōu)等成球性。從表可知，褐鐵礦成球性最優(yōu)，磁鐵礦成球性屬中等。原料的粒度及粒度組成 原料的粒度小，比表面積大，成球性好。原料具有合適的粒度組成可使顆粒排列緊密，毛細(xì)管平均直徑小，顆粒之間

7、結(jié)合力大。各種原料都有其合適的粒度，磁鐵礦粉粒度上限應(yīng)不大于0.2mm，其中一 74 m的粉粒應(yīng)多于70，比表面積要求2達(dá)到 2000cmg，若達(dá)不到時(shí)應(yīng)當(dāng)再磨。粒度過細(xì)，水在顆粒之間的遷移速度下降，成球速度降低，同時(shí)磨礦成本上升。原料水分對不同原料有不同的適宜成球水分。磁鐵礦粉成球水分一般要求8 10，此時(shí)生球的成球率高，強(qiáng)度也高。水分過低，成球速度慢，生產(chǎn)率降低，且由于灑水 不勻，生球脆弱；水分過高，生球粒度不均勻，且相互粘結(jié)，形成大球。如果入廠原料含水高，必須在造球前進(jìn)行烘干。在正常生產(chǎn)條件下，維持原料含水略低于生 球的適宜成球水分，為造球作業(yè)補(bǔ)加水分留有余地。黏結(jié)劑的影響 為了改善物料

8、的成球性， 在礦粉中配加黏結(jié)劑。 常用的有膨潤土、消石灰及有機(jī)黏結(jié)劑。膨潤土能改善礦粉的成球性，提高生球的強(qiáng)度和爆裂溫度。在生球原料中配加 0.6 1.0 的膨潤土便有明顯作用。消石灰有很強(qiáng)的親水性和天然黏結(jié)力，能改善物料的成球性。消石灰密度小，配加量不宜過多，否則影響成球速度。 有機(jī)黏結(jié)劑其黏結(jié)力比膨潤土強(qiáng)，且不含雜質(zhì)，它是一種很有前途的球團(tuán)黏結(jié)劑。造球工藝的影響為保證生球的粒度及強(qiáng)度合乎要求， 又使造球機(jī)達(dá)到最大生產(chǎn)率，造球作業(yè)的加水和加料方式、造球機(jī)的工藝參數(shù)和造球時(shí)間均為重要因素。(1) 加水和加料方式。 大部分水應(yīng)成滴狀加在“成核區(qū)”的物料流上， 此時(shí)在水滴周圍由于毛細(xì) 引力的作用和

9、機(jī)械力的作用，散料很快成為母球。另外，少量水則以噴霧狀加在“生球長大區(qū)”的母球表面上，促使母球迅速長大。在“生球密實(shí)區(qū)”禁止加水，以 防止生球強(qiáng)度的降低和生球的粘連。原料分別加在“成核區(qū)”及“生球長大區(qū)”。(2) 圓盤造球機(jī)的工藝參數(shù)。 造球機(jī)盤面傾角一定時(shí)， 造球機(jī)盤面周邊要有適當(dāng)?shù)木€速度，一般 在 1.0 2.0m s。線速度過小，物料上升不到圓盤直徑的頂點(diǎn)，影響球盤的利用率及造球機(jī)的產(chǎn)量，同時(shí)生球所得到的動能低，達(dá)不到必要的密實(shí)；若線速度過大，造成盤心空料，各粒級不能分開，不易形成母球。造球機(jī)盤面的傾角。(a) 一般在 4550 當(dāng)線 速度一定時(shí)，造球機(jī)盤面的傾角就有定值(a ) 。若

10、aa盤內(nèi)物料帶不到成核區(qū)，造成圓 盤有效工作面積縮小。 圓盤的充填率一般在 1020內(nèi)變動，單位給料量一定時(shí)，充填率大，成球時(shí)間長，生球粒度大，機(jī)械強(qiáng)度好。但充填率過大，則生產(chǎn) 率下降。刮板位置要適當(dāng)，保持適當(dāng)?shù)牡琢虾穸?，以免物料在盤底粘結(jié)過多，刮板還起疏導(dǎo)料流作用，使“成核區(qū)”及“生球長大區(qū)”分開，以便控制生球的成長。(3) 造球時(shí)間。根據(jù)成品球團(tuán)的粒度、原料成球的難易及原料顆粒粗細(xì)而定。延長造球時(shí)間對生球的抗壓強(qiáng)度及落下強(qiáng)度都有利，但產(chǎn)量下降。生球質(zhì)量要求及檢驗(yàn)方法 生球質(zhì)量決定焙燒工序能否順利進(jìn)行及成品球團(tuán)礦的質(zhì)量。生球應(yīng)具有適宜而均勻的粒度、足夠的抗壓及落下強(qiáng)度、良好的抗熱沖擊性。生球

11、的粒度 直接決定成品球團(tuán)礦的粒度。 為改善球團(tuán)礦在高爐內(nèi)的還原過程，球團(tuán)礦的粒度都較過去的小，多數(shù)在 915mm。生球粒度變小，有利于提高造球機(jī)的生產(chǎn)能力，降低干燥溫度，延長干燥爐箅的壽命，使粒度更加均勻。生球抗壓強(qiáng)度衡量生球承受運(yùn)輸過程及料層內(nèi)的各種壓力負(fù)荷的能力。通常采用 1020 個(gè)直徑相等 ( 一般為 11.8 13.2mm)的生球，在壓下速度不大于 10mm min 的壓力機(jī)上進(jìn)行檢驗(yàn)。測定各生球壓裂時(shí)的壓力值，取其平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差作為生球抗壓強(qiáng)度及偏差范圍。使用帶式焙燒機(jī)及鏈箅機(jī)回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)球團(tuán)時(shí)，要求單個(gè)生球抗壓強(qiáng)度在10N以上，豎爐則要求在20N以上。生球落下強(qiáng)度衡量生球在運(yùn)輸過程中落下時(shí)抗沖擊的能力。通常采用一定數(shù)量直徑相等的生球，自 50cm高處進(jìn)行落下檢驗(yàn)。測定各生球出現(xiàn)明顯裂紋或破裂的落下次數(shù)，取其 平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差， 作為生球的落下強(qiáng)度及偏差范圍。 當(dāng)生球在生產(chǎn)過程中運(yùn)轉(zhuǎn)次數(shù)少于 3 次時(shí)，落下強(qiáng)度至少為 3 次，豎爐生產(chǎn)要求落下強(qiáng)度大于 5 次。生球的爆裂溫度 生球在干燥時(shí)受到快速加熱，水分劇烈蒸發(fā)而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致生球爆裂或剝落，影響