球团矿生产工艺解读课件.ppt

2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术1,2、球团矿生产工艺,2.1 球团原料及准备2.2 造球作业2.3 球团焙烧工艺,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术2,什么是球团矿？,球团生产是使用不适宜烧结的精矿粉和其他含铁粉料造块的一种方法。把细磨铁精矿粉或其他含铁粉料添加少量添加剂混合后，在加水润湿的条件下，通过造球机滚动成球，再经过干燥焙烧，固结成为具有一定强度和冶金性能的球型含铁原料。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术3,球团矿生产工艺流程框图,原料准备,焙烧,加水,产品处理,混料,配料,造球,焙烧过程：干燥预热焙烧均热冷却,成品球团矿,焙烧设备：竖炉；链篦机-回转窑；带式焙烧机,冷却破碎筛分,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术4,烧结矿生产与球团矿生产的区别,烧结和球团都是粉矿造块的方法。但它们的生产工艺和固结成块的基本原理却有很大区别，在高炉上冶炼的效果也有各自的特点。烧结与球团的区别主要表现在以下几方面：,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术5,烧结与球团的区别,1、矿粉粒度不同 富矿短缺，必须不断扩大贫矿资源的利用，而选矿技术的进步可经济地选出高品位细磨铁精矿，其粒度从-200网目（小于0.074mm）进一步减少到-325网目（小于0.044mm）。这种过细精矿不益于烧结，透气性不好，影响烧结矿产量和质量的提高，而用球团方法处理却很适宜，因为过细精矿易于成球，粒度愈细，成球性愈好，球团强度愈高。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术6,2成品矿的形状不同：烧结矿是形状不规则的多孔质块矿，而球团矿是形状规则的1025mm的球，球团矿较烧结矿粒度均匀，微气孔多，还原性好，强度高，且易于贮存，有利于强化高炉生产。3适于球团法处理的原料已扩大 从磁铁矿扩展到赤铁矿、褐铁矿以及各种含铁粉尘，化工硫酸渣等；从产品来看，不仅能制造常规氧化球团，还可以生产还原球团、金属化球团等；同时球团方法适用于有色金属的回收，有利于开展综合利用。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术7,4、固结成块的机理不同：烧结矿是靠液相固结的，为了保证烧结矿的强度，要求产生一定数量的液相，因此混合料中必须有燃料，为烧结过程提供热源。而球团矿主要是依靠矿粉颗粒的高温再结晶固结的，不需要产生液相，热量由焙烧炉内的燃料燃烧提供，混合料中不加燃料。5、生产工艺不同：烧结料的混合与造球是在混合机内同时进行的，成球不完全，混合料中仍然含有相当数量未成球的小颗粒。而球团矿生产工艺中必须有专门的造球工序和设备，将全部混合料造成1025mm的球，小于10mm的小球要筛出重新造球。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术8,球团生产工艺概述,球团生产是使用不适宜烧结的精矿粉和其他含铁粉料造块的一种方法。球团法是由瑞典的于1913年取得国内专利的。但正式采用是在1943年，美国开采一种低品位磁铁矿铁隧石，精选出来的矿粉粒度很细，难以烧结，才开始球团生产和用于高炉的试验。50年代中期开始工业规模生产。由于各国天然富矿资源缺乏，必须扩大对贫矿资源的利用，正是球团工艺为细磨精矿造块开拓了新路，而且球团矿粒度均匀，还原性和强度好、微气孔多，故发展迅速，全世界1980年初年产已达3亿t，其中北美占一半以上。烧结和球团有各自的优点互为补充，今天不少工厂为高炉提供烧结矿和球团矿组成的综合炉料。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术9,球团生产步骤,球团生产大致分三步：(1)将细磨精矿粉、熔剂（添加剂）、燃料(1%2%，有时也可不加)和黏结剂(如皂土等约0.5%，有时也可不加)等原料进行配料与混合；(2)在造球机上加适当的水，滚成1015mm的生球（即造球）；(3)生球在高温焙烧机上进行高温焙烧，焙烧好的球团矿经冷却、破碎、筛分得到成品球团矿。有关工艺流程见图,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术10,球团矿生产的工艺流程,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术11,2.1 球团原料及准备,2.1.1 含铁原料一、铁矿石精矿 1、粒度:适合造球的精矿90%。2、水分:一般磁铁矿和赤铁矿适宜的水分为7.5 10.5。3、化学成分:全铁含量波动0.5，SiO2含量波动0.3。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术12,2.1 球团原料及准备,二、其他含铁原料包括：黄铁矿烧渣、轧钢皮、转炉炉尘、高炉炉尘等。原料进厂后需加工处理，主要有再磨、干燥、中和等。再磨可分为干磨和湿磨两种。5.1.2 粘结剂与添加剂一、粘结剂球团生产使用的粘结剂有：膨润土Al2(Si4O10)(OH)2、消石灰、石灰石、和水泥等。氧化固结球团常用膨润土、消石灰两种。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术13,2.1 球团原料及准备,膨润土的作用：能提高生球强度、调剂原料水分、稳定造球作业，提高物料的成核率和降低生球长大速度，使生球粒度小而且均匀。同时膨润土还能够提高生球的热稳定性，既提高了生球的爆裂温度和生球干燥速度，缩短了干燥时间，又可提高干球强度和成品球团矿的强度。二、添加剂目的：改善球团矿的化学成分，特别是其造渣成分，提高球团矿的冶金性能，降低还原粉化率和还原膨胀率等。常用的添加剂有消石灰、石灰石和白云石等钙镁化合物。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术14,2.2 造球作业,2.2.1 配料与混合一、配料1、配料的目的：获得化学成分和物理性质稳定，冶金性能符合高炉冶炼要求的球团矿，并使混合料具有良好的成球性能和生球焙烧性能。2、配料形式通常为集中配料。集中配料是把各种原料全部集中到配料室，分别贮存在各种配料槽内，然后根据配料比进行配料。3、配料的方法为容量法和质量法，常用的为质量配比法。也有采用 射线分析仪对混合料作快速分析，按原料化学成分配料的方法。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术15,2.2 造球作业,二、混合：混合作业大都采用圆筒混合机或轮式混合机的一次混合流程。国外有的厂采用连续式混磨机。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术16,2.2 造球作业,2.2.2 造球圆盘造球机工艺 圆盘造球机是目前国内外广泛使用的造球设备。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术17,2.2 造球作业,铁矿粉的成球过程铁矿粉加水造球过程可分为三个阶段，母球形成，母球长大，生球密实。这3个阶段是靠加水润湿和机械滚动作用力来完成的。需要指出的是以上三个阶段通常是在同一造球机中一起完成的，在造球过程中很难截然分开。第一阶段具有决定意义的是润湿，第二阶段除了润湿作用以外，机械作用也有着重要影响，而在第三阶段，机械作用成为决定性因素。造球加水原则：滴水成球；雾水长大；无水密实。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术18,2.3 球团焙烧工艺,一、焙烧过程焙烧设备：竖炉、带式焙烧机、链篦式-回转窑三种。焙烧过程分为干燥、预热、焙烧、均热和冷却五个过程。干燥：200600，主要反应：蒸发生球水分。干燥过程中要预防裂纹和爆裂。预热：9001000，水分蒸发完全。主要反应：磁铁矿氧化为赤铁矿，碳酸盐分解，硫化物和氧化分解以及固相反应。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术19,焙烧：12001300，磁铁矿粉在氧化气氛下焙烧，9001100；赤铁矿在氧化气氛下焙烧，1300；磁铁矿粉在还原气氛下焙烧，1300；主要反应：铁氧化物的结晶和再结晶，晶粒长大，形成晶桥，固相反应形成低熔点化合物或共晶的熔化，形成部分液相，体积收缩，组织致密化。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术20,均热：温度略低于焙烧温度，保持一段时间，使晶粒进一步长大，提高晶桥强度，使球团组织均匀化，消除内部应力。冷却：从1000以上冷却到运输皮带可以承受的温度。冷却介质为空气。球团矿强度变化 生球抗压强度:1-2kg/球 干燥后生球抗压强度:8-10 kg/球 焙烧后球团的抗压强度：200kg/球,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术21,球团矿焙烧的五个阶段,干燥、预热、焙烧、均热、冷却,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术22,二、球团的焙烧固结机理,磁铁矿球团的焙烧固结方式（磁铁精矿是生产球团的主要原料）Fe2O3微晶键连接（晶桥连接）磁铁矿氧化形成赤铁矿微晶键以及微晶长大和再结晶。磁铁矿在200下便开始氧化，从颗粒的表层开始，由Fe3O4转变为Fe2O3，生成的Fe2O3微晶在相邻的颗粒接触处形成“晶桥”，新生的Fe2O3微晶具有高度的迁移能力，促使它们结合在一起，形成微晶键，又叫“晶桥”（图a）。当温度升到600时，只要氧化气氛充分，新生的晶键已有定的强度，使球团矿一形成硬壳。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术23,温度继续升高，在高温下保持一段时问，氧化从球团矿表层向内部推进，就一个颗粒而言，氧化向中心扩展，直到全部氧化成赤铁矿。在高温下，赤铁矿微晶长大并重新结晶，使颗粒结合成牢固的整体（图b)。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术24,Fe3O4的再结晶与晶粒长大在缺乏氧气的地方温度达到一定的水平时，磁铁矿颗粒也能够通过扩散产生Fe3O4晶键连接，然后在更高的温度下，发生Fe3O4的再结晶和晶粒长大使磁铁矿颗粒固结成一个整体，见图(c)液相固结如果生产酸性球团矿，在强氧化气氛中，可能产生的液相为低熔点的脉石矿物或添加剂皂土等。在中性或弱还原性气氛中焙烧，则磁铁矿与脉石中SiO2反应，产生FeO-SiO2液相。两颗矿粒被液相粘结起来（如图d）。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术25,赤铁矿球团的焙烧固结方式：,Fe2O3再结晶 较纯的赤铁精矿球团在氧化气氛中焙烧时，赤铁矿晶粒在900开始再结晶，随着温度的升高，晶粒逐渐长大，球团强度将提高。但这是一种简单的再结晶过程，比磁铁矿球团固结要困难。因为与磁铁矿球团焙烧固结相比，赤铁矿在氧化气氛中不会氧化，不能放热，不发生晶型转变，其原子的活动能力也比氧化新生成的赤铁矿弱。赤铁矿球团的焙烧温度都控制在1300左右。Fe3O4再结晶在还原性气氛中焙烧赤铁矿生球时，Fe2O3将还原成Fe3O4和FeO，加热到900后，产生Fe3O4再结晶使球团固结。液相固结用赤铁矿粉生产熔剂性球团矿时，氧化气氛下，当焙烧温度达到600以后，就有铁酸钙等低熔点固相产物生成，温度升高到1300 左右时，这些低熔点物质相继熔化，使矿粉颗粒润湿，在球团冷却时将其固结起来。(SiO2含量较多或用赤铁矿粉生产自熔性球团时，则出现2FeOSiO2或CaOFe2O3液相固结。),2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术26,三种焙烧球团方法,竖炉:一般为810m2优点是结构简单，热效率高，缺点是温度控制难，局部温度易过高而易结块，料层高易使球团破损，故单炉规模很难大型化，适合中小企业。带式焙烧机:能调整加热焙烧制度，对原料适应性强、生球在高温焙烧带停留时间较带式焙烧机长，有助于获得高强度产品，生产的球团矿质量好和粒度均匀。但因台车和箅条在高温运行，需要耐热钢制造。它是大型球团厂的主要焙烧设备。缺点是投资费用大。链篦机-回转窑:优点是质量均匀、节能、生产能力较大；缺点是易结圈、投资大。目前链箅机回转窑的球团矿占总产量的比例日益增多。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术27,1、竖炉,竖炉的规格用炉口断面积来表示。炉口断面大部分呈矩形。我国多数竖炉为48m2，炉口宽度不超过 1.8m，长度为宽度的33.25倍。一座8m2竖炉的年产量为12万t。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术28,竖炉工作原理图,球团竖炉是一种按逆流原则工作的热交换设备。生球由布料机均匀地从炉口装入炉内并以均匀的速度连续下降。用煤气或重油作燃料，在燃烧室内充分燃烧。温度达到1150-1250的热气体从喷火口进入炉内，达到自下而上与生球进行热交换。通过燃烧室进入的空气量约为焙烧所需全部空气量的35%，其余的空气从下部鼓入，使球团冷却的同时空气被加热到高温，进入焙烧区域。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术29,1、竖炉,干燥和预热过程中防爆国外竖炉生球从上往下运动，与预热带上升的热废气发生热交换进行干燥无专门的干燥设备。生球下降到离料面 120一150mm深度处，相当于经过了46分钟的停留时间，大部分 已经干燥，并开始预热，磁铁矿开始氧化。当炉料下降到500mm时，便达到最佳焙烧温度，l350 左右。我国竖炉干燥采用屋脊形干燥床，生球厚度约150400mm。预 热带上升的热废气和从导风墙出来的热废气在干燥床的下面混合，其混合废气的温度为550一750。穿过干燥床与干燥床顶部向下滑的生球进行热交换，使生球干燥。生球在干燥床上经过56分钟后基本上完成干燥过程。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术30,1、竖炉,竖炉的特点：由于竖炉单炉产量小，对原料适应性差，不能满足现代高炉对熟料的要求。因此在应用和发展上受到限制。然而由于设备比较简单，投资少和生产能力有限，对于焙烧磁精矿，规模较小的球团厂仍具有一定的优势。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术31,2、带式焙烧机,带式焙烧机的结构与带式烧结机基本相同，台车上的料球依次经过干燥、预热、焙烧、均热和冷却各段，形成成品球团矿。各段的长度根据原料条件有所不同，大致比例为：干燥段占总长度的1833，预热、焙烧和均热段共占3035，冷却段为3343。各段的温度是，干燥段为不高于800，预热段为不超过1100，焙烧段为1250左右。带式焙烧机的供料方式和供热方式与带式烧结机不同。供料采用多辊布料器，为了防止台车被高温气流烧蚀，设有铺边料和铺底料供应系统。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术32,2、带式焙烧机,带式焙烧机可以用固体燃料、气体燃料和液体燃料作为热源。全部采用固体燃料时，将固体燃料粉末滚附在生球表面，经点火燃烧，供给焙烧所需要的热量。采用气体或液体燃料时，燃料在台车上部的机罩内燃烧。产生的高温废气被抽风机抽过料层进行焙烧。也可以在采用气体或液体燃料的同时，在生球表面滚附少量固体燃料。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术33,带式焙烧机工作原理图,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术34,带式焙烧机的主要特点,（1）生球料层较薄，既可避免料层压力负荷过大，又可保持料层的均匀透气性。（2）工艺气流以及料层透气性所产生的任何波动只影响到一部分料层。随着台车水平移动，这些波动可很快消除。（3）风箱的分配方式以及风箱同台车可以密封，这就使得能够适当地划分成不同温度、气流流量和流向的各个工艺分段。（4）可以往料层上部炉罩内引入不同温度的工艺气流和大气。（5）可以采用各种不同的燃料和不同形式的烧嘴，因此，燃料种类的选择有很大的灵活性。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术35,带式焙烧机的主要特点,（6）工艺参数有一定变动范围，可以在保证球团矿良好质量的前提下针对各种各样矿石的球团提供最佳焙烧条件。（7）积极回流利用焙烧球团的显热，球团焙烧耗热量较低。（8）通过制造大型带式焙烧机，可以使单机球团产量较高。我国最大鞍钢：320m2,年产200万吨；国外1000m2,年产600-800万吨,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术36,3、链篦机-回转窑,链篦机一回转窑由链篦机、回转窑和冷却机联合组成。链篦机安装在衬有耐火砖的室内，分为干燥室和预热室两部分，蓖条下面有风箱，生球经多辊布料器布在链蓖机上，球层厚度大约为130200mm，随同篦条向前移动。在干燥室，生球被从预热室抽过来的250450的废气干燥，然后进入预热室，被从回转窑出来的10001100氧化性废气加热，发生部分氧化和再结晶，具有一定的强度，再进入回转窑焙烧。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术37,3、链篦机-回转窑,回转窑为一长圆筒，用钢板焊成，内有225230mm的耐火砖衬，倾角5，生产时球团充满率为6-8左右。随着窑体的旋转，球团在窑内滚动，并向排料端移动。烧嘴在排料端，可使用气体或液体燃料，也可以用固体燃料。燃烧废气与球团成逆向运动由进料端排入预热室。窑内温度可达到13001350，由于回转窑内的球团是在滚动状态下焙烧的，所以受热均匀，焙烧效果良好。从回转窑排出的热球团矿卸人冷却机进行冷却后（一般为鼓风冷却），温度降到150以下。被加热的空气送入窑内作为燃料燃烧的二次空气，或送入链篦机干燥段，用来干燥生球，可以回收7080的热量。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术38,链篦机回转窑示意图,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术39,链篦机回转窑工作原理图,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术40,3、链篦机-回转窑,链篦机回转窑焙烧球团的优点是：（1）生产能力大，耗电量低；（2）热量利用率高，总能耗低；（3）干燥、预热和焙烧可分别进行控制，温度和气氛容易调节；（4）生球在窑内受热均匀，在高温区停留时间较长。所以球团矿质量好、强度高；（5）不需要高级耐热合金钢；（6）可以处理各种不同的原料的生球。存在的问题是，操作不当容易结圈，影响设备作业率；另外，基建费较高。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术41,三种主要焙烧方法的比较,（1）对原料的适应性和要求竖炉炉内温度较难控制，对原料的适应性较差，多用于焙烧磁铁球团矿。竖炉要求生球具有较高的强度和较宽的软化温度范围。对软化温度范围较窄的熔剂性球团矿，竖炉焙烧还存在一定困难。链箅机一回转窑的温度易于控制，加热又均匀，故对原料适应性最强，可焙烧各种不同性质的原料。带式焙烧机与回转窑相近。链箅机和带式焙烧机上，生球处于相对静止状态，干燥方式既可为抽风，也可为鼓风，故对生球强度和水分的要求不像竖炉那样严格。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术42,三种主要焙烧方法的比较,（2）生产操作和球团矿质量竖炉球团矿质量易于波动。带式焙烧机设备集中，操作、维护和管理方便，焙烧周期短，焙烧制度易调节，但沿球层高度方向也存在质量不均的问题。链箅机一回转窑加热更加均匀。焙烧时间比带式焙烧机要长，球团矿质量好。不过，若生球质量差，预热强度不够好，粉末多或窑内温度控制不当时，易产生“结圈”现象，焙烧熔剂性球团时更突出一些，维修也较困难。,2023年1月22日星期日,王瑞祥,烧结球团生产技术43,三种主要焙烧方法的比较,（3）生产能力和运行费用竖炉因受结构限制，单机生产能力小，年产球团矿50万吨左右，但生产耗电少，运行费用低。带式焙烧机生产能力最大，链箅机一回转窑次之。目前这两种设备的最大单机生产能力分别达竖炉的8-10倍以上，而且还在向更大型化发展。带式焙烧机因供风系统动力消耗高，生产费用最高，链箅机一回转窑次之。带式焙烧机和链箅机回转窑适用于大型球团厂，竖炉适用于中小球团厂。特别是改造后的竖炉，生产操作、热能利用和球团质量方面都有很大改善，因而仍具有较强的生命力，它可以满足1000m3级及其以下各类高炉配加球团矿的需要。人造富矿的优点人造富矿的优点含铁品位高、还原性好、强度合适、软熔温度高、碱度高、有害杂质少。,