氧化球团基础理论.ppt
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1、球团理论与工艺,主讲:,第一篇 概论,第一章 球团的概念第二章 球团方法分类第三章 烧结矿和球团矿的比较第四章 球团矿目前的发展,球团是人造块状原料的一种方法,是一个将粉状物料变成物理和化学组成能够满足下一步加工要求的过程,第一章球团的概念,一.造块方法分为三类:烧结,球团和压团,二、球团和压团比较,球团和压团相比较具有以下优点:1.适应大规模生产,生产成本低.2.粒度均匀.3.孔隙度高,还原性好.冷强度高,不易于破碎.,第二章 方法分类,三.烧结矿和球团矿比较,原料条件,冶金性能,冶金效果,烧结矿:粒度相对较粗,用球团代替块矿冶炼时,能大幅度提高高炉产量,降低焦比,改善煤气利用率。,球团矿比
2、烧结矿在冶金性能有以下优点:粒度小而均匀,有利于高炉料柱的改善和气流分布。冷态强度高(抗压和抗磨)。铁份高堆密度大,有利于增加高炉料柱的有效重量,增产节焦。还原性好,有利于改善煤气化学能的利用,球团矿:粒度要求细,一般-200目不小于70%,目前全国钢铁行列正加大发展球团矿的速度,2003年全国球团矿的产量己突破3000万吨,明年将再增加58%的生产能力。,四 球团矿目前的发展,第一节 成球的理论基础第二节 生球的干燥机理第三节 球团矿焙烧的理论基础,第二章球团的原理与工艺,2.1 成球的理论基础,成球是将细磨物料加水润湿,在机械力和毛细力的作用下滚动而生成一定粒度的生球叫造球。,造球的原料都
3、是细磨物料及比表面积大,一般造球物料的比表面积15001900cm2/g,具有较大的表面能。,当干燥物个体粒子与水接触时,在电场范围内水分值和干燥颗粒的电荷结合,颗粒表面的过剩能量,放出能量,在颗粒表面形成吸附水。,一、水分在细磨物料中的作用及其形态 1细磨物料中的表面特性 1.1.什么叫成球:1.2.细磨物料表面特征:1.3.吸附水的特性:,1.4.薄膜水的作用:,1.5.毛细水的特性:,当物料继续被润湿,超过分子结合水分时,物料层中出现毛细水,毛细水的形成是靠表面引力的作用,视物料的亲水性而定。当细磨物料的润湿到毛细力阶段时,将水滴周围的颗粒拉向中心,形成小球。,当固体颗粒表面达到最大的吸
4、附水层后,在吸附水周围就形成薄膜水,吸附水和薄膜水组成分子结合力,在外力的作用下,水膜使颗粒与此粘结,这就是细磨物成球后具有强度的原因。,2.细磨物料成球过程:2.1.连续造球过程的三个阶段:,2.1.1.成核阶段:,连续造球大致分为三个阶段及成核阶段、球核长大阶段、生球紧密阶段。,当细磨物料达到最大分子结合水份时,继续加水,在颗粒表面形成水膜,在水膜张力的作用下,颗粒粘结在一起,在机械力的作用和增加水分的情况下,部分空隙的水填充形成连续的水网,当空隙变小,就形成坚实的球核,这个球核就叫母球。,2.1.2.球核长大阶段:,球核(又叫母球)在机械力的作用下,使颗粒彼此靠拢,毛细水使颗粒保持在一起
5、,在滚动过程中,球核被压实,过剩的毛细水被挤在球的表面,过湿的球核在滚动过程中,很容易粘上一层湿度较低的物料,使母球长大。所以,要使母球连续长大,必须连续往球的表面混水,球以成层方式长大。,3.生球紧密阶段:生球长大到粒度符合要求时,就进入紧密阶段,要使生球紧密,必须给予机械压力,此时,应停止加水,让生球中挤出来的多余水,被未被润湿的物料接收。在造球机所产生的滚动和搓动作用下,生球内的颗粒被进一步压实,薄膜水迁移到表面,生球中各颗粒靠毛细水、分子水结合在一起,形成较大的机械强度。,1.原料的性质对成球的影响:,亲水性,二、影响细磨物料成球的因素,原料的性质中,对成球过程有影响的是物料的亲水性和
6、颗粒的形状。,铁矿石的亲水性顺序如下:磁铁矿赤铁矿菱铁矿褐铁矿为了改善成球性,往往填加一些亲水性物质,如:膨润土、消石灰等。,亲水性是指固体颗粒被水润湿的难易程度,通常用接触角来表示。=0完全润湿,90能润湿,90不能润湿,=180完全不润湿。,物料的形状,物料的粒度越细,颗粒的接触表面积越大,生球的强度越高。各种矿物其颗粒形状不同所制出的生球强度是不同,所以针状和片状比立方体和圆体所制成的生球强度更好。,2.粘结剂对成球的影响:,原料的湿度对造球影响很大,若物料太干,劳动环境恶劣,生球长不大;若原料过湿母球易粘结在一起,容易粘在造球机上,使操作困难。此外过湿的生球强度小、塑性大、易变形。,原
7、料的湿度,造球物料填加粘结剂的目的在于改善其成球性和提高生球内的颗粒粘结力,从而提高生球的强度及热稳定性。铁矿石造球的粘结剂主要有:消石灰、膨润土和佩利多。,2.1.粘结剂对成球的主要影响:,、粘结剂均为亲水性好、比表面积大的物质,它们的加入可改善物料的亲水性和比表面积。、粘结剂具有较强的粘结力,可改善物料的连接状况,增大生球的强度。,膨润土,膨润土是一种优质的球团粘结剂,它不仅可以提高生球的落下强度,而且在造球时可调节物料的水分,最为重要的是可以提高生球的爆裂温度。被称为中国球团界的一大贡献。,膨润土主要特性:膨润土主要成分是蒙脱石,蒙脱石主要特性如下:、层状结构;、具有阳粒子交换性;、具有
8、极强的水化性。,3.1.圆盘的倾角与边高圆盘造球机的倾角一般为:4550,3.造球机工艺参数对成球的影响:,造球机的边高是造球机的直径而定,直径越大边高就越大,当直径和倾角都不变时,边高与物料的性质有关,物料越粗、粘度小,盘边高就越高,反之,则低一些。,3.2.圆盘的转速,圆盘造球机的倾角越大,为了提高生球上升的高度,必须提高转速。为了使物料处于良好的滚动状态,造球机有一个最好的转速。,3.3.圆盘造球机的刮板,刮板为了使造球盘保持一定的低料厚度或清理盘面,造球机内必须设置刮板。此外刮板还能控制球料的运动。提高造球机的生产效率和生球强度。,刮板设置原则:、刮板数量应尽量少,以减少造球机的阻力和
9、对盘面的磨损。、有利于增加圆盘的工作面,不能干扰母球长大,只有当母球的形成速度超过长大速度,则应设置刮板,使母球加速长大,小母球在刮板下面通过。、应有一块刮板通过圆盘中心,避免中心集料。、应有一块刮板靠近一边,刮去周边粘料。,3.4.球的大小:,球团矿粒度要求为916。生球尺寸越小生产效率越高,尺寸大,造球时间则长,因而造球机生产效率低。对于生球强度,尺寸小的球比尺寸大的球好。,1、爆裂温度,一、生球的干燥,2.2 生球的干燥机理,爆裂温度是生球干燥时,结构遭到破坏的温度,一般为(400450),结构破坏有两种形式:一种是表面裂纹,另一种是炸裂散开。因此,干燥过程中,应建立适宜的干燥制度,避免
10、这种现象出现。,生球的干燥是在预热焙烧之前的一道工序,其目的使经干燥的球团,能安全承受预热阶段的应力。通常情况下,填有粘结剂的生球含水分较多,温度过高,易导致生球结构破坏,另一方面,会出现生球爆裂。,2、生球干燥的机理:生球干燥过程主要有表面气化和内部扩散。,3、干燥过程的生球的行为,3.1.干燥过程的生球的强度变化,爆裂温度是生球干燥时,结构遭到破坏的温度,一般为(400450),结构破坏有两种形式:一种是表面裂纹,另一种是炸裂散开。因此,干燥过程中,应建立适宜的干燥制度,避免这种现象出现。,生球主要靠毛细力的作用粘结在一起,随干燥过程的进行,水分减少,毛细管收缩,分子粘结力加强,球的强度增
11、加。,3.2.干燥过程爆裂的原因:,3.3.提高爆裂温度的途径:,表面裂纹:随干燥过程进行,生球表里产生温差,从而引起表里的收缩不均匀,中心收缩大,表里收缩小,从而引起表面裂纹。,爆裂:生球干燥由于水分在球内气化,蒸汽通过毛细管扩散到表面,如果供热过多,球内产生的蒸汽就过多,当球内蒸汽压力超过球团表面的抗拉强度时,球就产生爆裂。,为使生球在干燥中不产生爆裂,可采用较低干燥温度和介质流速、降低干燥速度,但干燥速度太低,使干燥时间长、生产效率低,为此在球团工艺设计上,采用提高爆裂温度的措施来强化干燥过程。主要途径有:,填加膨润土等粘结剂,提高爆裂温度。,逐步提高干燥介质的温度和气流速度。,采用抽风
12、和鼓风相结合的干燥工艺。,4、影响生球干燥的因素:,介质的温度高、流速大,则球的干燥速度快,但有一定的限度,否则会引起爆裂,具体值的设定应根据物料特性来设定。,初始湿度越大,水分多生球爆裂温度降低,干燥时间也越长。,生球干燥必须以不发生爆裂为前提,影响干燥速度的因素有:、干燥介质的速度、干燥介质的温度与流速、生球的物料组成与初始湿度,、生球的尺寸与球层的高度。,4.1.干燥介质的温度及速度:,4.2.生球的初始湿度与物料组成的影响:,物料粒度越细,生球越致密,生球爆裂温度就越低。,4.3.球层高度:,球层越厚,水汽冷凝越严重,从而降低了下层生球的爆裂温度,宜采取薄层干燥。但料层太薄,又降低了生
13、产效率。一般不超过300mm。,1.1球团预热:,球团的预热温度为9001000,在预热阶段的反应主要为磁铁矿转变为赤铁矿,发生铁氧化物的结晶和再结晶过程。,一、球团焙烧过程的概述,1、概述:球团焙烧过程可分为干燥、预热、焙烧、均热、冷却5个阶段。,2.3 球团矿焙烧的理论基础,1.2磁铁矿的氧化机理:,球团矿的焙烧主要在氧化气氛中进行,分为两个过程:、氧化阶段及其产物。、结晶重新排列。,4Fe3O4+O26-Fe2O3,-Fe2O3-Fe2O3,200,400,1.3.球团硫的脱除:,球团矿焙烧时在强氧化气氛下进行,对脱硫有利。焙烧过程中一般脱硫率达90%以上。,2、铁矿球团固结的形式:,磁
14、铁矿的固结形式:、Fe2O3微晶界面积;、Fe2O3再结晶面积;、Fe3O4再结晶固结;、渣界面积。,赤铁球团矿的固结形式:主要有晶粒长大和高温再结晶。一般温度超过1300才开始结晶。,3、影响铁精矿、球团矿的焙烧的因素:,3.1.焙烧温度的影响:,、磁铁矿焙烧温度一般在12001500;、赤铁矿焙烧温度一般在1300 1350;从提高产量和质量的角度说,应尽量提高温度,但从设备和动力消耗的角度说,焙烧温度应尽量低,在实际选择中,应兼顾两方面,一般以颗粒形成牢固的粘结为限。,.球团矿的焙烧的质量要求:,无层状结构。断面均衡,充分氧化。强度好,还原性強。,冷却制度是决定球团强度的重要因素,冷却越
15、快,强度越低,一般强度控制在100/min,风冷一般比水冷强度要好,所以,一般不允许水冷。,3.2.加热速度:,加热速度过快,会使磁铁矿氧化不完全,产生双层结构(同心裂纹),降低球团强度,这是由于球团内外温差大,产生不同的膨胀造成,一般加热温度在57120/min,最终应根据实验确定。,3.3.焙烧气氛的影响:氧化气氛,焙烧气氛根据含氧量而定:含氧8%强氧化气氛;含氧4%8%正常氧化气氛;含氧1.5%4%弱氧化气氛;含氧1%1.5%中性气氛;含氧1%还原气氛。,磁铁矿在氧化气氛强的情况下焙烧能得到较好的强度。,赤铁矿焙烧气氛只要不是还原气氛,其它气氛对球的强度影响不大。,3.4.冷却制度的影响
16、:,3.5.精矿粒度的影响:,生球原料粒度越细,所获得的成品球团强度就越好。因为,粒度细球内颗粒接触点就越多,所以能提高球团矿强度。但是,粒度太细会降低爆裂温度,影响干燥速度。,3.6.精矿含硫量的影响:,由于硫与氧的亲和力比铁大,所以,常常是硫先被氧化,降低了磁铁矿表面氧的浓度,所以造成了空腔和起层,降低了球团矿的强度。,第一节 概述第二节 竖炉法焙烧球团第三节 带式焙烧机法焙烧球团第四节 链蓖机回转窑法焙烧球团,第三章球团的生产工艺,一、球团矿的焙烧方法主要有三种:、竖炉法;、带式焙烧机法;、链蓖机回转窑法。,3.1 概述,二、工艺流程:,三、三种球团生产方法的比较:,3.2 竖炉法焙烧球
17、团,一、概述:,竖炉是用来焙烧球团的最早的设备,具有结构简单,材质无特殊要求,投资少,操作维修方便,最早由美国Illie公司发明,但竖炉单炉产量少,对原料适应性差,本身的料仓式结构使球团矿下料不均匀,因而发展受到了限制。国外已基本淘汰。,中国从60年代末引进,济钢和杭钢最早建设,通过不断完善工艺和设备,形成了自己独特的技术,超过了国外的水平,其8m2单炉产量已突破50万吨,中国竖炉主要技术特点有:炉内有导风墙、干燥床,采用低真空度的风机和热值的高炉煤气,低温焙烧操作。,济钢,杭钢,济钢发明的导风墙技术作为专利出口到了美国。,杭钢发明的膨润土做球团粘结剂技术推动了竖炉球团生产的飞跃。与导风墙技术
18、并称为中国竖炉技术的两大发明。,二、竖炉的结构:,布料机,干燥床,导风墙,燃烧室,破碎辊,冷却器,废气,生球,高炉煤气,助燃空气,一次冷却风,二次冷却风,成品球,三、带式焙烧机:,四、链蓖机回转窑工艺过程:,1、概述:,链蓖机回转窑最早用于水泥生产中,1960年美国最早用于球团生产,在全世界得到迅速推广,该法的其生产能力目前已达到占整个球团产量的60%,已成为球团工艺的主要生产方法。我国大型链蓖机回转窑在首钢球团厂获得成功,目前在全国已得到迅速推广,现已建成4条100万吨以上的球团厂,在建的7条。鞍钢已建成240万吨的球团生产线。,链蓖机回转窑是一个联合机组。主要包括链蓖机、回转窑、环冷机三大
19、主体设备。其工艺特点是干燥、预热、冷却分别在三大设备上进行。,一.工艺简述 4.1 配料与干燥 用抓斗机造堆并将原料抓至原料准备室内的配料矿槽进行配料,设置6个铁精矿矿槽,2个膨润土矿槽根据攀钢资源情况,配料槽设计分别贮存干燥前及干燥后的精矿和膨润土,再由胶带机送至润磨室,干燥机能力按全干燥选定。为保证混合料水分控制在8.0%左右,选用一台规格为3.6x24 m干燥机,可满足生产要求。精矿干燥热风炉以高炉煤气为燃料,进口烟气温度700,出口废气温度120,从干燥机排出的废气经除尘净化后排放。,4.2润磨和混合 根据国内各球团厂生产实际,选用混合料润磨工艺。混合料经过润磨处理后,物料粒度变细,-
20、200目增加10%其中一部分超细微粒对造球性能有很大的提高。改善物料表面特性,比表面积增大。混合料通过润磨后大大提高物料的混合程度。本次设计选用3台润磨机,台时产量50t。矿槽内物料经2000mm变频调速圆盘给料机及胶带机给入润磨机,胶带机上均设电子秤。另1个矿槽为旁路系统,由2500mm变频调速圆盘给料机及一条B=800胶带机将物料送至润磨机出料胶带机上,在该胶带机上设一台B=800胶带混合机,以便将未润磨的物料加以混合。润磨及混合后的物料用胶带运输机运至造球室。,4.3 筛分布料采用辊式筛分机进行生球筛分。采用辊式布料机和宽胶带机进行联合布料,生球料层厚度为200mm。,4.4 造球系统:
21、造球是球团工艺中一个十分重要环节,生球质量好坏直接影响球团焙烧工艺正常进行和成品球质量,充分考虑影响造球的诸多因素,如给料量、加水方式、自动控制水平等。造球系统包括混合料矿槽、胶带运输机、圆盘给料、造球机、生球筛分、大球破碎机等。造球系统生产:混合料由胶带机运至造球室混合料仓,混合料仓均有上下料位显示,仓下设备采用调速圆盘给料机及皮带秤,造球机的给料量可按设定值自动控制。造球机转速可调,倾角可调。在造球过程中添加0.51.0%的水,以使混合料水分为造球最佳值。实践证明造球过程中加适量的水利于成球。每台造球机对应一台辊式筛分机,筛出-8 mm及+16 mm不合格生球。生球返料经胶带机给至润磨机,
22、处理后返回重新造球。,4.5 链篦机系统该系统包括摆动皮带、宽皮带、辊式筛分布料机、链篦机、抽风除尘系统和返料收集系统。(1)布料系统:造球机产出的生球经辊式筛分机筛除-8 mm和+16 mm粒级后,由B=1200mm摆动胶带机布到B=4000mm宽胶带机上,再由宽胶带机布到辊式筛分布料机上,筛出-5 mm粒级后均匀布到链篦机篦床上。链篦机受料端篦板上方设有自动测料位装置,通过自动调节链篦机运行速度来保证链篦机规定料厚。生球料层厚度约200 mm。辊式筛分布料机筛出的-5 mm不合格小球运到造球系统返料胶带机上,再经润磨后返回造球。,(2)生球干燥与预热系统 生球干燥与预热在链箅机上完成。干燥
23、预热分为鼓风干燥段、抽风干燥段、预热段。1、鼓风干燥生球在鼓风干燥段内用180250的干燥气流进行干燥,去除生球附着水,同时可以避免下部生球过湿。鼓风干燥用热气流来自环冷机第三冷却段通过风机和管路系统送往鼓风干燥段。管道上设有冷风阀,兑入部分冷风,以使鼓风干燥风温度控制在180250。以保护链箅机风箱恒压。鼓风干燥段设2个风箱,每个风箱长3m,总长6 m。鼓风干燥时间约3.57min。生球的湿料层起着烟尘过滤作用,从料层出来带有水分的热废气,通过链箅机上部烟囱排向大气,排出废气含尘80mg/m3。,2、抽风干燥抽风干燥段采用来自预热II段近400回收热废气对料层进行干燥,使生球脱水、干燥,并可
24、以承受预热I段700以上温度。设一台主抽风机,从风箱抽出的热废气,经主电除尘器除尘后由主抽风机再经烟囱排入大气。抽风干燥段长9m,3个风箱,抽风干燥时间约5.36min。,3 预热I段在预热I段700以上热气流通过料层使生球继续干燥,并开始氧化,以保证球团在预热II段可以承受1000以上高温。预热I段主要热源为来自环冷机二冷段热废气,并补充部分来自预热II段1050热气流,这股热气流通过预热I段与预热II段烟罩间隔墙孔导入。来自环冷机二冷段热废气通过管路直接进入预热I段烟罩.预热I段热废气通过风箱两侧汇集总管与抽风干燥段热废气一起,通过主电除尘器、主抽风机和烟囱排放。,4.主抽风系统来自链箅机
25、预热I段和抽风干燥段风箱热废气,汇集后,经主电除尘器、主抽风机、烟道通过烟囱外排。主电除尘器为150m2,三电场,烟气流速为1.11m/s.除尘器下灰尘由螺旋输送机输送到设在链箅机室的贮灰仓里,再用仓式泵气力输送到配料室除尘灰矿仓里。主抽风机正常风量为6010 4m 3/h,负压5kPa,通过主电除尘器,主抽风机和烟囱排出废烟气,排放浓度100mg/m3,烟囱高度80m。,5.返料系统链箅机鼓风干燥段与抽风干燥段散料及链箅机灰箱排出的灰尘通过散料胶带机运至润磨室处理。链箅机预热段散料采用拉链机运输,与链箅机头部及回转窑窑尾散料一起通过溜槽进入斗式提升机,再返回回转窑。,(3)、焙烧系统该系统包
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