炼铁原料课件球团矿(改)-PPT

含铁量高65%左右，波动范围为±0.
层进入混合料，而保证台车上烧结混合料 球团生产要求含铁原料粒度细，一般-325目粒级大于70%以上（或者-200目粒级大于90%以上），水份一般小于10%。
配料采用先进的重量法，就是圆盘给料机加电子皮带称进行配料。
中的燃料从上而下一直延续下去，才能像 焙烧过程通常可分为干燥、预热、焙烧、均热、冷却（球团带冷机尾部图）5个阶段，最后经由齿辊破碎机破碎可能粘结的大块后排出
学反应，最终成为烧结矿。烧结过程是在 厂的瓦斯灰、瓦斯泥。
经过破碎后的小块烧结矿一般进入到下道工序—冷却，也有的厂在破碎后经过垫矿筛将小于5mm粉末筛出来反回重新混合、烧结，而
烧结机台车上进行的，但和烧结机密切配 大于5mm的烧结矿才进冷却机。
烧结过程所用的设备叫烧结机，主要是带式烧结机，还有一种步进式平面烧结机。
。
上面说的最终生成烧结矿。烧结过程所用 配料因其原料种类少，一般2—3种，故工艺简单，一般采用圆盘给料机和皮带秤按预定配比控制。
烧结生产的第一道工序是配料，即根据烧结矿质量标准，把各种原燃料按照相应比例搭配在一起。
从各地源源不断运来的原燃料卸载在这里，经短暂整理后又要连续运送至烧结、球团、炼铁各生产厂。
由于生成烧结矿时是高温反应，造成烧 结矿成整块台车状，这就需要用单辊破碎 机将其破碎成小块烧结矿。
经过破碎后的小块烧结矿一般进入到下道 工序—冷却，也有的厂在破碎后经过垫矿 筛将小于5mm粉末筛出来反回重新混合、 烧结，而大于5mm的烧结矿才进冷却机。
冷却工序的作用就是将处于高温下的烧结 矿冷却到150oC以下，冷却设备常用的是带 式冷却机（和烧结机结构型式差不多）和 环式冷却机，也有采用机上冷却方法，如 前面所提的步进式平面烧结机。

（1）赤铁矿 又称红矿,它是无水氧化铁矿石，其化学式为Fe2O3，理论含铁量为
70%。
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赤铁矿（主要成分Fe2O3）
磁铁矿（主要成分Fe3O4）
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特点： 1）自然界储量最多，含铁量一般为50%~60%； 2）S 、 P低，质软、易碎、易还原； 3）赤铁矿具有半金属光泽，仅有弱磁性，脉石多为硅酸盐。
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40mm
富矿 破碎筛分
混匀 焙烧 10mm
过筛
天然块矿 高 炉
贫矿 破碎筛分磨细 选矿 精矿粉 混匀 造块 人造富矿
图2－1 铁矿石处理流程
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3、铁矿粉混匀 钢铁企业采购的矿粉来自不同产地、不同时间，成分波动相当大。铁
矿粉混匀的目的是均匀同一种铁矿粉或不同种类铁矿粉之间的化学成分 和粒度组成得到混匀矿。
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（2）脉石 铁矿石中除铁氧化物外，其余成分称为脉石，主要包括：
•酸性氧化物SiO2； •碱性氧化物CaO及MgO； •中性氧化物Al2O3、TiO2。
铁矿石中主要含酸性和中性氧化物。 冶炼中为了改善炉渣冶金性能，常要消耗相当数量的石灰石(CaCO3)等碱性 氧化物。所有含有碱性脉石的矿物相对价值要高.
铁矿粉混匀设施主要有：一次料场、预混料槽、二次料场等。
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中国某钢铁公司一次原料场
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炼铁原料场取料机在作业
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二次料场堆料作业
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二次料场堆料作业
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二次料场取料作业
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2.1.2 熔剂 1、熔剂的作用
（1）与矿石中的脉石、焦炭灰分作用生成低熔点化合物，改善炉 渣的冶金性能；
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2.2.1.1 铁矿粉烧结意义 作为充填床式反应器的高炉，要求入炉矿石的粒度大于5mm

炉内压力： 250KPa左右 天然气能耗：
10.2~11t/GJ 炉料在整个炉内停 留时间：10h左右
还原区温度： 850℃左右
金属化率：＞92%
H 2 C O 1
C4 H 1/22 O催 化 剂 CO 2H 2
C4 H C2 O 催 化 剂 2CO 2H 2
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2.2 HYL-III（Energiron）法工艺
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2.2 HYL-III（Energiron）法工艺
C4 H H 2 O 催 化 3剂 2H CO
炉内压力：600KPa 天然气能耗：
10~11.3t/GJ 炉料在整个炉内停留
时间：大于10h 还原区温度：
900~960℃ 金属化率：＞91%
H 2 C＞ O 2
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2.3 HYL-ZR法工艺
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2.5 CODIR煤基回转窑法工艺
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与气基竖炉相比其他DRI生产工艺的缺陷
➢隧道窑法存在单窑产量小，能耗高，产品质量稳定性差和 环境污染严重等。
➢ 回转窑法是煤基直接还原的主要方法，但存在易结圈、 产品易在氧化、能耗高、单机产能小、操作控制难度大、 生产稳定性差和对原料要求苛刻等致命问题。
➢反应条件与高炉上部间接还原区相似，是一个不出现融化 现象的还原冶炼过程。炉料（球团和天然块矿等）与煤气相 向运动，下降的炉料逐渐被被煤气加热还原。
➢该法的竖炉为圆筒形，分为上下两部分。上部分为预热、 还原带，下部分为冷却带。还原得到的DRI经冷却到50℃后 排出，防止氧化。
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2.1 Midrex（米德兰）法工艺
含量低，利于炼优质钢
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一 直接还原炼铁简介
3、缺点 ① 对原料要求高，要优质高品位矿 ② 需要廉价和丰富的能源 4、发展的原因 ①有些地区严重缺乏焦煤,不能发展高炉——转炉工艺, 但

球团矿的原料
以及粘结剂和添加剂
添加剂改善球团矿的化学成分，特别是球 团矿的造渣性能和球团矿的冶金性能且能 降低还原粉化率和还原膨胀率 常用的添加剂：消石灰、白云石和石灰等 钙镁化合物
球团矿焙烧团结机理
带式焙烧机图示
焙烧温度的选择
• 焙烧温度的选择和控制是竖和产量。关于赤 铁矿球团的焙烧温度,许多书刊中都 指出,必须将球团加热到1300摄氏度 或更高的温度才能使球团固结。
焙烧炉图示
球团生产步骤
球团矿生产工艺流程图
烧结矿和球团矿的区别
烧结后的球团矿
带式焙烧机球团工艺
带式焙烧工艺可以说是受带式烧结机的启示而发展起 来的。 带式焙烧机从外形上看，和烧结机十分相似，但在设 备结构上存在很大的区别。如，台车的结构和支架 的承力，风箱的分布和密封的要求．上部炉罩的设 置和密封，风流的走向（不像烧结机那样是单一的 抽风，而是既有抽风又有鼓风），布料方式，成品 的排出和台车运行速度等，都不相同，特别是本体 的材质更是完全不同。
球团矿的焙烧
冶金122班 第三组 汪聪聪 邱志辉 王志欢 邓波 李锦彪
球团矿的定义
球团是人造块状原料的一种方法，是—个将粉状物料 变成物理性能相化学组成能够满足下—步加工要求 的过程。球团过程中，物料不仅由于滚动成球相粒 于密集而发生物理性质，如密度、扎隙率、形状、 大小相机械强度等变化、更重要的是发生了化学和 物理化学性质，如化学组成、还原性、膨胀性、高 温还原软化性、低温还原软化性、熔融性等变比， 使物料的冶金性能得到改善。 球团的基本任务除 利用精矿和粉矿制成球状冶炼原料外，还可生产用 于直接还原的金属化球团矿以及将其应用于综合利 用回收有用金属。

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2.1.1.1 几个基本概念
1 矿物(Minerals)：地壳中具有均一内部结构、化学 组成及一定物理、化学性质的天然化合物或自然 元素称为矿物。其中能够为人类利用的称为有用 矿物。
2 矿石(Ore)：在现代的技术经济条件下，能以工业 规模从中提取金属、金属化合物或其它产品的矿 物称为矿石。
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铁矿石处理工艺流程
矿石(ore)→破碎(crush)→筛分 (screen)→富矿(high-grade ore)→混匀(mix)→高炉；
矿石→破碎→筛分→贫矿 (lean ore)→磨矿 (grinding)→筛分→选矿 →造块→人造富矿→高炉
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分解反应： 结晶水的分解：褐铁矿（mFe2O3·nH2O） 高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O) 熔剂分解：CaCO3=CaO+CO2(750℃以上) MgCO3=MgO+CO2(720℃)
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烧结过程的主要反应
还原与再氧化反应：Fe、Mn等
靠近燃料颗粒处：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2; Fe3O4+CO=3FeO+CO2;
高炉冶炼是连续生产过程，必须尽可能为其提 供数量充足、品味高、强度好、粒度均匀粉末 少、有害杂质少及性能稳定的原料。
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铁矿石
磁铁矿（Fe3O4）-magnettie 赤铁矿（Fe2O3）-hematite
褐铁矿（mFe2O3·nH2O）-limonite 菱铁矿（FeCO3）-siderite

摆动
索状
毛细
泥浆
生球生成过程
母球生成：
点状水粘结粉矿颗粒形成含水很高的母球。
母球长大：
母球在滚动过程中，在毛细水的作用下，矿粉颗粒被 拉紧，毛细管变细，将毛细水挤出到球表面，粘结更 多的矿粉，使母球长大。这时在母球表面喷洒水分时 会加快母球的成长。
生球的密实：
生球长大到一定尺寸后，停止加水，此时球团在滚动 和毛细水作用下，颗粒进一步靠近，颗粒内部的空隙 变小，毛细力作用增大，生球进一步密实，毛细水进 一步被挤到球表面，粘上矿粉直至内部毛细水被全部 挤出，达到最大的生球强度。
粒度对爆裂温度的影响
生球爆裂的试验结果
皂土、生球水分对爆裂的影响
结晶水与爆裂温度的关系
原料底 水含量 与落下 强度及 爆裂温 度的关
系
球团矿固结机理
磁铁矿氧化固结机理
赤铁矿氧化微晶的生成 赤铁矿微晶的再结晶 赤铁矿晶体的长大
赤铁矿氧化固结机理
赤铁矿的再结晶 晶体长大
球团矿的液相粘结
铁酸钙粘结相 硅酸盐粘结
薄膜水：
在结合水外部由于残余的颗粒表面能形成的水膜，能够在不同颗粒表 面迁移。
结合水和薄膜水是维持生球强度的要素之一。 毛细水：
• 存在与矿石颗粒缝隙中的水，通过毛细力拉紧矿粉颗粒，是粉矿成球 的主要动力。
重力水：
• 超过结合水、薄膜水和矿石颗粒空隙能够容许的最大毛细水的总量后 的水，破坏生球。
生球生成机理1
历史：
球团矿工的始于1919年，由瑞典开发。 1946年在美国实现了球团矿的竖炉的工业性生产。
产生原因：
美国为了利用含铁只有35%的低品位铁燧岩，将其粉碎到-44μm达 到90%以上进行磁选，获得了高品位精矿。但这种精矿不能烧结， 所以采用了球团工艺。

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2023/10/22
球团矿生产工艺
• 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。
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球团矿生产工艺
㈡赤铁矿球团的焙烧固结方式：
• ① 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。
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。
• 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10～25mm的球，小于10mm 的小球要筛出重新造球。

吸附水 薄膜水 毛细水 重力水
A. 吸附水的特性及作用 1）吸附水的形成——同时放出润湿热 颗粒表面与第一层水分子：
靠颗粒表面离子和水偶极分子之间的静电吸引
第一层水分子定向排列 颗粒表面则是水分子的正（负）极，又补充静电引力
第一层水分子与第二层水分子： 靠颗粒表面的电场力 靠分子间的范德华力
2）吸附水的特性
球团矿生产
7.1 球团概述 1）定义：
将准备好的原料（细磨铁精矿或其它细磨粉状物料、粘结 剂、或熔剂、或添加剂、或固体燃料等）按一定的比例配料、 混匀，在造球机上经滚动而制成一定尺寸的生球，然后采用 干燥、焙烧或其它方法使其发生一系列的物理、化学变化而 硬化固结，成为具有一定物理、化学性能的球团矿，这一过 程叫做铁精矿球团
⑤当甲、乙间的距离小于甲、乙电分子半径之和时，公共薄膜 水同时受到甲、乙分子引力的作用，而具有更大的粘滞性。
颗粒间距越小，薄膜水的粘滞性就越大，颗粒就越不易相对 移动，生球强度就越高。
3）分子结合水及作用 ① 定义：最大吸附水 ＋ 薄膜水
② 分子结合水受矿种、粒度、亲水性的影响
致密Fe3O4 最大分子结合水最小 疏松mFe2O3•nH2O最大分子结合水最大 膨润土比表面积最大，亲水性最好，其分子结合
7.1.3 高炉生产对入炉原料的基本要求
★品位高、杂质少、化学成分稳定
入炉原料品位每增加1%，焦比降低2%，产量提高3%
★强度好、粉末少、粒度均匀
入炉矿中小于5毫米的粉末每减少10%，可使高炉增产6~8% 6~50毫米的每增加10%，焦比可降低l.8%
★易还原、低温还原粉化少、高温性能好
入炉原料的还原度提高10%，焦比可降低8～9% 入炉原料中FeO含量降低1%，焦比降低1%

①加水润湿到在颗粒表面裹上一层水膜 （ 水量＞吸附水+薄膜水 ） (A) ②颗粒彼此接触，两颗粒间便形成液体连接桥（水膜的表面张力作 用），从而颗粒连在一起(B) ③含两颗粒的小水珠或含数颗粒的小水珠相互结合，形成最初的聚 集体（液体充填率仅20%左右） 各个颗粒靠液体连接桥呈网状地、疏松地保持在一起 (C) ④在机械力作用和增加水分的情况下，聚集体的颗粒重新排列， 部分孔隙被水充填，液体倾向融合，由蜂窝状的毛细水构成连续 的水网，聚集体的孔隙体积变小，形成坚实稳定的球核 (D)
●粒度并非愈细愈好，因为： ——增加磨矿电耗 ——增加成本 ——造成毛细管过小，降低毛细水迁移速度，减慢成球速度，延长造球时间 ●评定原料的细度——→用0~0.045mm粒级的含量来评定，不是很准确 ●比表面积 表明颗粒大小 反映粒度组成 反映颗粒形状
评定原料的细度——→用比表面积来评定，更好 评定细粒矿石的造球性能——→用比表面积来评定，更可靠
③ 原料水分的影响 A. 适宜水分——应通过试验确定
一般： 磁铁矿、赤铁矿：8～10% 褐铁矿： 14～18%
原料水分应比适宜水分稍低 （圆盘造 球机低0.5%±）
B. 对成球的影响 ①若干物料造球——
矿尘飞扬，劳动条件恶劣 生球长大速度慢，结构脆弱
②若原料水分不足——母球长大慢，结构不稳定；生球很难长 大 但：可在造球时补充水分 ∵造球初期，矿粒间空隙因毛细水不足而被空气填充 颗粒间接触不紧密，结合力减弱，生球强度差
7.1.1 球团分类
根据球团矿固结温度和气氛的差异分 ：
氧化球团矿
冷固球团矿 金属化球团矿
根据球团矿碱度分： 酸性球团矿 自熔剂性球团矿
7.1.2 铁矿氧化球团生产方式 竖炉法
带式焙烧机法

• 竖炉。 • 带式焙烧机。 • 链篦机 － 回转窑。
球团矿竖炉
• 以炉口的面积代表竖 炉的规格，多数为 8 m2。
• 生产率较低，产品质 量不均匀。用煤气、 油作燃料。
• 投资省、建设快，中 国人发明了导风墙－ 烘干床。
球团矿带式焙烧机
• 生产规模大。 • 对原料适应性强。 • 必须用煤气或油作燃
• 吸水率：大于400 ％（24小时）。 • 粒度： －200网目大于90％。 • 水分： 小于10％。
要不要润磨或高压辊磨？
• 作用：增加细颗粒，提高比表面积，产 生新的表面，有利于造球。
• 问题：增加投资，提高运行成本，使球 团矿的成本升高。
采用什么样的造球机？
• 圆盘造球机：生球粒度均匀，占地面积 较小，用工人较多。
瑞典 SSAB 的高炉指标
容 积 利用系数 燃料比
m3
t/ m3d kg/ t
2400
2.50
459
渣量 Kg/ t
170
100有利于节能和环境保护， 我国的铁矿资源适合生产球团矿。
将国产铁精矿尽量转化为球团矿是重 要的钢铁工业节能措施。
球团矿是怎样制成的？
• 配料（铁精矿 ＋ 膨润土） • 混合 • 造球（圆盘或圆筒造球机） • 焙烧（干燥、预热、焙烧） • 冷却
对于铁精矿的质量要求
• 含铁品位：不应低于65 ％。 • 粒度： －200网目不低于80 %。 • 比表面积：大于1200 cm2/g。 • 水分： 6 － 7％。
对于膨润土的质量要求
误差
-17.38
% 0.39 38.46 1.31 15.20 24.42 23.89 -6.54
球团矿在高炉中的应用
• 球团矿是高炉炼铁的重要原料。 • 球团矿在高炉炉料中的配比各异。