现代冶金工艺学

冶金工程专业课现代冶金工艺学钢铁冶金 —炼铁负责：朱苗勇 主讲：魏 国 东北大学钢铁冶金研究所20132013-08第二章 高炉炼铁原料3 1 2 3 3 4 铁矿石 燃料和熔剂 烧结矿 球团矿12.4 球团矿一、球团矿生产的目的<200目≈60～95% 选矿精矿 破碎筛下粉 烧结矿 含铁粉尘 细磨铁精矿或其它含铁粉料造块的方法。

精矿粉、熔剂、粘结剂混合，先滚成生球，经干燥、焙烧，固结成 型。

2球团矿 球：8～16mm2.4 球团矿一、球团矿生产的目的1. 粒度小且均匀。

有利于改善高炉料柱透气性； 2. 冷态强度高，产生的粉末少； 3. 品位高、堆比重大。

有利于提高产量和降低焦比； 4. 还原性好。

有利于改善煤气化学能的利用，降低焦比； 5. 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。

具有良好冶金性能。

32.4 球团矿一、球团矿生产的目的v 1948年美国在小高炉上冶炼球团试验成功，60~70年代迅速推广。

v 2005年以后全国球团矿产量迅速增长： 6296920410201142.4 球团矿一、球团矿生产的目的几种典型球团矿球团矿名称 巴 西 C V R D球 团 矿 巴 西 S A M A R C O球 团 矿 瑞 典 L K A B球 团 矿 加 拿 大 Q CM球 团 矿 印 度 K I O L C球 团 矿 国内球团矿 TFe % SiO2 %65.87 65.40 67.50 66.00 65.00 62.462.46 2.50 0.95 2.10 3.50 6.5852.4 球团矿二、球团矿质量指标生球：Green ball 1）粒度均匀；～10mm 2）抗压强度：在压力机上，测定单个球受压破裂时所加的压力，取10 个球的平均值作生球抗压强度。

抗压强度>9.8N。

3）落下强度：取10个生球，从0.5m处落到钢板上，反复落下，直至出 现裂纹或破裂。

以平均数作为生球落下强度指标，落下强度>4次。

4） 生球爆裂温度 ：生球干燥时受水分蒸发和 加热产生应力，产生破裂 式剥落。

与原料性质有关，愈高愈好。

生球 放入预 先 升温 的 管式 炉 中 ， 从 100℃开始加热 ， 每升 高 25℃ 以 后恒温 5min，到生球开裂时的温度为破裂温度。

要求不低于350℃。

62.4 球团矿二、球团矿质量指标熟球：pellet1）抗压强度：测定单个球受压破裂时所加的压力，取10个球的平均值作球 团矿的抗压强度指标。

抗压强度>2500N／球。

2 ） 转鼓 指数：在直 径 500mm ， 宽 250mm 的 转鼓 内 ， 装 入 1kg 试 样 ，以 25r／min的速度旋转8min后，>6.3mm百分比转鼓指数指标，<0.5mm 百分作抗磨指数。

3 ） 低 温 还原粉化 ：在 500℃ 、 15L/min 气 体流 量 （ 2:2:6 ） 条件 下 ， 取 0.5kg球团矿试样还原1h。

同烧结矿。

RDI+6.3，RDI+3.1572.4 球团矿二、球团矿质量指标熟球：pellet4).还原膨胀性 v 还原条件下，当Fe2O3还原成Fe3O4时由于晶格转变引起的体积膨胀； v 浮氏体还原成金属铁时由于出现“铁胡须”而引起的体积异常膨胀。

v 球团破裂产生粉化，大大降低了球团矿的热强度，给高炉操作带来极为 不利的影响。

v 900℃还原1小时，膨胀率<15%。

82.4 球团矿二、球团矿质量指标熟球：pellet5）还原性： v 还原度（RI）:考察还原一定时间后所达到的脱氧程度，以质量百分数表 示。

其数值大小表明从铁矿石中排除与铁相结合的氧的难易程度。

92.4 球团矿二、球团矿质量指标 高质量球团矿：Ø Ø Ø Ø Ø TFe≥65% ，SiO2≤3.0% ，FeO≤1.0%，S≤0.04%； 球团矿粒度8—16mm占95%以上； 转鼓指数（DI）≥96%； 抗压强度≥2500N/个球 ； 良好冶金性能（还原性RI、还原膨胀性RSI、软熔性能等）。

102.4 球团矿三、球团矿生产112.4 球团矿三、球团矿生产 造球 精矿粉 熔剂 粘结剂 干燥 竖炉 圆盘造球机 筒式造球机 链箅机—回转窑 带式机焙烧机12焙烧2.4 球团矿三、球团矿生产 1 造球铁矿粉加水混合后以滚动成球： 1. 形成母球； 2. 母球长大； 3. 长大的母球进一步紧密。

13142.4 球团矿三、球团矿生产 1 造球水分是使细磨物料成球的基本因素。

干料不能成球，只有加水润 湿后才能使矿粉滚动成球。

各种形态的水分在造球过程中作用不同：1）吸附水; 2）薄膜水; 3）毛细水; 4）重力水152.4 球团矿1）吸附水（强结合水）： v 造球物料不仅粒度极细，比表面积大，在静电引力作用下水分子 被吸附在固体颗粒的表面；形成吸附水层。

吸附水吸附在颗粒表 面，不能自由转移。

因此，仅有吸附水，物料尚不能成球。

2）薄膜水（弱结合水）： v 物料进一步被湿润，吸附水的外围形成薄膜水。

当两个矿粉颗粒 靠近时，薄膜水可以从水层较厚的颗粒表面向水层较薄的颗粒表 面迁移。

水分子因此被拉向矿粉。

162.4 球团矿3）毛细水： v 水分 充填 在 物 料 颗 粒 之 间 的 空隙 中 ， 形 成 毛 细 水 ，产生 毛 细 压 力。

v 在 毛细 压力 和外力 的作 用下 ，水 滴周围 的矿粉颗 粒被拉向水滴的 中心，形成小球。

v 物料的亲水性越强、颗粒越细，毛细力的作用越大，成球越快。

4）重力水： v矿粉被水饱和时，存在重力水。

重力水向下运动，故对成球不利。

v重力水和毛细水合称为自由水。

172.4 球团矿三、球团矿生产 1 造球v 毛细水含量较高的颗粒集合体形成母球： v 颗粒在造球机内继续滚动，往颗粒表面喷雾化水， 颗粒长大； v 生球长大到符合要求尺寸，停止润湿；继续滚动， 挤出的多余水分为未充分润湿的粉料所吸收，增加 颗粒的机械强度。

182.4 球团矿三、球团矿生产 1 造球影响造球的因素a.水分 b.原料 c.设备 适宜造球的湿度：一般赤铁 矿和磁铁矿粉为8％～10％ ，褐铁矿粉要高一些。

d.造球工艺参数192.4 球团矿三、球团矿生产 1 造球影响造球的因素a.水分 b.原料 c.设备 d.造球工艺参数 Ø 精 矿：亲水性高，颗粒表面接触角小，容 易润湿，毛细水高，迁移速度快，成球好。

Ø 添加剂：作为 ：作为铁矿造球的添加物，要求亲水 性好、比表面积大、分散度高、粘结性强、 成球性指数高。

Ø 常用：膨润土202.4 球团矿三、球团矿生产 1 造球影响造球的因素a.水分 b.原料 c.设备 d.造球工艺参数 膨润土：主要成分蒙脱石，是一种具有膨胀性，呈层 状结构的含水硅铝酸盐。

v v v v 提高生球的抗压强度和落下强度； 稳定造球过程（水分范围宽）； 强化生球干燥过程的有效措施 ； 提高生球的破裂温度。

212.4 球团矿三、球团矿生产 1 造球影响造球的因素a.水分 b.原料 c.设备 d.造球工艺参数倾角，边高，转速，充填率v 自动分级，生球颗粒均匀。

v 不易自动控制；对原料要求高。

222.4 球团矿三、球团矿生产 1 造球影响造球的因素a.水分 b.原料 c.设备 d.造球工艺参数v 生产能力大，容易自动控制和 闭环操作。

v 对原料要求低。

v 生球的粒级差别大。

2324252.4 球团矿三、球团矿生产 2 干燥和焙烧262.4 球团矿三、球团矿生产 2 干燥和焙烧 v 干燥：生球直接焙烧，由于加热过急，水分蒸发过快，生球发生爆裂。

球团质量下降， 废品率增加。

v 生球的干燥：蒸发面积大，干燥介质的温度 高，气流速度快，则表面汽化作用加快。

减少爆裂措施： 1）加入亲水性好的添加物。

例如加0.5％皂土，某生球破裂温度由 175℃提高到450～500℃。

2）薄层干燥，减少水气在球层下部冷凝的程度。

272.4 球团矿三、球团矿生产 2 干燥和焙烧v生球经过干燥，强度远不能满足高炉冶炼的需要。

焙烧！ v根据矿物组成和焙烧制度，发生不同的固结反应。

v对不加熔剂的磁铁矿，在氧化气氛焙烧时，磁铁矿颗粒之间 有多种固结形式。

282.4 球团矿三、球团矿生产 2 干燥和焙烧 a. 晶桥联结1）Fe2O3微晶键连接： v磁 铁矿 在 氧 化气 氛 形 成 Fe2O3 微 晶 。

新 生的 Fe2O3 微 晶 中 原 子迁移能力较强，在颗粒的接触面上长大成“连接桥”，颗粒互 相连接起来。

v在900℃以下焙烧时，微晶长大有限，球团矿强度不够。

v例如直径为16mm的球在900℃焙烧后抗压强度15～45kg。

292.4 球团矿三、球团矿生产 2 干燥和焙烧 a. 晶桥联结2）Fe2O3再结晶： v继续加热到1000～1300℃时，由磁铁矿氧化形成的Fe2O3微 晶开始再结晶，长大连成一片赤铁矿晶体，使球团矿具有很高 的氧化度和强度。

v例如 直 径 25mm 的 磁 铁矿生球 在 1200 ～ 1300℃下 焙烧 后 ， 强度达到400kg/个球以上。

302.4 球团矿三、球团矿生产 2 干燥和焙烧 a. 晶桥联结3）磁铁矿晶粒的再结晶： v磁铁矿在中性或还原性气氛下焙烧，温度超过900℃时，生 球中的磁铁矿发生再结晶与晶粒长大，颗粒互相连接起来。

v研究表明，磁铁矿晶粒再结晶速度比Fe2O3晶粒慢，并且以 磁铁矿再结晶固结强度低于Fe2O3再结晶的球团矿强度。

312.4 球团矿三、球团矿生产 2 干燥和焙烧 b.固相烧结• 固相烧结固结。

当温度提高到1l00℃时，生球颗粒之间发 生固相烧结作用。

• 生球颗粒之间开始由于固相扩散而形成渣化联结颈，而后 由于球团空隙减少，密度增加而增大强度。

322.4 球团矿三、球团矿生产 2 干燥和焙烧 c.渣相固结v磁铁矿还原性或中性气氛中焙烧时，Fe3O4可与SiO2生成低 熔点的2FeO·SiO2液相，以渣相固结的形式粘结。

v2FeO·SiO2难还原，冷凝时常成玻璃质，强度低。

避免这种 固结形式须在氧化气氛下焙烧，使Fe3O4完全氧化。

332.4 球团矿三、球团矿生产 2 干燥和焙烧342.4 球团矿三、球团矿生产 2 干燥和焙烧关于赤铁矿球团的固结形式： v 一 般 认 为 ， 赤 铁矿球团 在 氧 化气 氛 中 焙烧 时 ， 是 Fe2O3 的 再 结晶过程。

v SiO2 含 量 较 多 或 用 赤 铁 矿 生 产 自 熔 性 球 团 时 ， 则 出 现 2FeO·SiO2或CaO·Fe2O3渣相固结。