生球是指用于分析铁及其合金(生铁、铸铁、球铁、合金铸铁)碳、硫、锰、磷、硅、铜、镍、铬、钼等元素含量的球体。工作过程全自动操作,彻底消除了人为误差,测量准确。
简介
全世界范围内,欧美等国铁
矿石的入选比为83%-93%,而我国高达95%以上的铁矿石需进行预先选矿,因此,人造块矿产量及高炉燃料率呈逐年上升趋势。铁矿资源的变化,人造块矿的优越性,极大的促进了球团技术的不断发展。
球团法是将细磨精矿制成能满足冶炼要求的块状物料的一个加工过程。其过程为:将准备好的原料(细磨精矿或其他细磨粉状物料,添加剂或粘结剂等),按一定的比例经过配料、混匀,在造球机上经滚动而制成一定尺寸的生球,然后采用干燥和焙烧或其他方法使其发生一系列的物理化学变化而硬化固结。这一过程就叫做球团过程,这种方法称为球团法。它所得到的产品称之为球团矿。
造球基本原理
造球是细磨物料在造球设备中被水湿润,借助机械力的作用而滚动成球的过程。在工业生产中,湿料连续加到造球机中,母球在造球机中不断的滚动而被压密,引起毛细管形状和尺寸的改变,从而使过剩的毛细水被迁移到母球表面,潮湿的母球在滚动中很容易粘上一层润湿程度较低的湿料。再压密,表面又粘上一层湿料,如此反复多次,母球不断长大,一直到母球中的摩擦力比滚动时的机械压密作用大为止,如果要使母球继续长大,必须人为地使母球的表面过分润湿,即向母球表面喷水,母球长大应满足以下三个条件:
(1)机械外力的作用,使母球滚动粘附料层和压密;
(2)有润湿程度较低的物料,能粘附在过湿的母球表面;
(3)母球表面必须有过湿层,必要时可通过喷水实现。
不同性质的物料,生球长大的方式不一样,一般由物料亲水性来决定,亲水性好的物料以聚结长大,亲水性差的物料以成层方式长大。如石英粉以成层长大为主,石灰石粉以聚结长大为主,而铁精矿粉介于两者之间,即可聚结长大,又可以成层长大,主要受造球工艺制度和含水量决定。
当母球以成层方式长大时,由于各个母球获得物料的机会基本相等,所以生球的粒度较均匀。在连续造球过程中,当物料的水分增高和生球塑性增大,聚结长大的比例将会增加,生球的尺寸将会变大。母球长大到符合要求尺寸的生球后进入紧密阶段,该阶段是生球增加和获得最终机械强度所必须的。此时,在造球机的机械力作用下产生的滚动和搓动力,使生球内的颗粒被进一步压紧,球团强度得到提高,水分降低,密度增加,最终成为合格生球。
原料对造球过程的影响
原料的天然性质
在原料的天然性质中,对造球过程起主要作用的是颗粒表面的亲水性和形状。
颗粒表面亲水性愈高,其矿粒被水润湿的能力就愈大,毛细水作用就愈强,毛细水的迁移能力就愈块。这些性质决定物料的良好成球性。根据测定结果,铁矿石的亲水性依下列顺序递增:
磁铁矿——赤铁矿——菱铁矿——褐铁矿。
脉石对铁矿物的亲水性有较大影响,甚至可以改变上述顺序。石英、云母属于成球性较差的脉石矿物,,当铁矿石中含有较多的石英或云母时,其成球性下降。当铁矿石中含有诸如粘土质或蒙脱石之类的矿物时,由于这些矿物具有良好的亲水性,而常常起到改善铁矿物成球形的作用。
物料颗粒形状不同,将影响所制得的生球强度不同。自然界中存在的氧化铁,其晶体大致呈球状、立方体状、针状,这些不同形状的颗粒往往能造成生球强度的极大差异。
原料湿度
水分对成球的影响较大,水分不足的原料造球时,生球很难长大。若采用水分过多的原料造球尽管初始成球速度较快,但易造成母球相互粘结变形,导致生球粒度分布不均匀。此外,过湿的物料和过湿的母球,易粘结在造球机上,造成操作发生困难,轻者破坏母球的正常运行轨道,严重者使母球失去滚动能力甚至造成造球机负荷过重而引起断轴和烧坏马达等事故。
造球所要求的适宜湿度其波动范围较窄,约为±0.5%。一般情况下,褐铁矿的适宜造球湿度较之赤铁矿和磁铁矿高。最佳造球原料的湿度,应略低于适宜值,对不足部分应在造球过程中补加。
通常由选矿厂供给的精矿,水分往往超过造球湿度的适宜值,因此,实际生产中,往往采用机械干燥法和添加干燥组分来排除和减少多余水分,以保证造球物料的湿度要求。
原料的粒度和粒度组成
原料粒度愈小并具有合适的粒度组成,则颗粒间排列愈紧密,毛细管的平均直径亦愈小,分子粘结力亦将愈强。生球强度随生球的孔隙率的减少而提高,或随造球物料的比表面积的增加而提高。
对于造球而言,不仅要求细粒级含量占有一定比例外,在粒度组成中,对粒度上限亦须控制,否则不仅生球强度差,并且在造球时颗粒易发生偏析。
经湿磨的物料,其粒度愈细,在造球中水分迁移的速度亦愈慢,就需要较长的造球时间,这是不利的一方面。但由于细度对于生球的强度具有决定性的作用。因此,造球物料仍须要求适当细磨。
添加剂对成球的影响
在造球原料中加入某些添加物,可改善物料的成球性,其原因有两个方面:
第一:添加物均为亲水性好、比表面积大的物质,它们的加入可以改善物料的亲水性和比表面积;
第二:添加物所具有的较强粘结力,可改善物料颗粒间的粘结状况,起着颗粒间分子的传递作用。其粘结能力越大,生球的机械强度越大。
工艺条件对造球过程的影响
要保证生球的粒度、强度等符合要求,以及使造球机达到最大生产率,在很大程度上取决于造球方法和造球的操作条件。
1.加料方法。一般来讲给料量越大则生球粒度越小,强度越低。加料方法,要符合“即易形成母球,又能使母球迅速长大和紧密”的原则。为此,必须把原料分别加在“成球区”和“长球区”。这样,在造球机转动过程中有一部分未参加造球的散料就会被带至“紧密区”,吸收生球表面多余的水分。
2.加水方法。原料水分的变化对造球的影响,在不超过极限值的范围内水分越大,成球越快;水分越小,成球越慢。磁铁矿造球的适宜水分为:7.5%~8.5%,造球前的原料水分应低于适宜的生球水分。造球过程中的加水方法:滴水成球,雾水长大,无水紧密。加水位置:必须符合“即易形成母球,又能使母球迅速长大和紧密”的原则,为了实现生球粒度和强度的最佳操作,加水点设在球盘上方,范围偏大。
3.膨润土的使用。配比过大,生球粒度变小,造球机产量降低,加水量增加,且加水困难;同时还会引起生球不圆和变形,降低生球的爆裂温度和品位。配比过小,生球强度难以保证。
4.造球时间。滚动成球所需的时间,视成品球的尺寸、原料成球的难易和原料颗粒的粗细而定。成品球的尺寸要求大,则造球时间长;原料成球性差,则造球时间长。细粒物料要达到生球内颗粒填充均匀也须延长造球时间。总体上来讲,延长造球时间对提高生球强度是有好处的,但降低了产量。同时,造球时间还与原料粒度有关,物粒过粗或过细,所需造球时间均较长,产量降低。
5.生球尺寸。生球的尺寸在很大程度上决定了造球机的生产率和生球的强度。尺寸小,生产率高,尺寸大,造球时间长生,产率越低,落下强度也越低;但尺寸过小,抗压强度就越低;因此,合理的生球粒度既是提高生球产量的需要,也是提高生球强度的需要。
6.稳定返矿及返灰的操作。返矿应与精矿均匀配加,尽量避免返矿单独进入混匀料仓,进矿过程中注意均匀配加返灰,以保证物料造球时的均匀,避免形成大球。
7.造球机的工艺参数
(1)造球机的周速和倾角。当造球机倾角一定时,周速只能在一定范围内变动,物料的摩擦角较大,则周速可偏低,若摩擦角较小,则周速可偏高。造球机的倾角和物料的安息角有关。在一定的范围内,适当提高倾角,加大周速,使生球在单位时间内的滚动次数增加,生球所受机械力加强,有利于母球的长大和紧密。圆盘造球机的倾角一般为45°~50°。
(2)造球机的边高和熔剂充满率。造球机的边高与圆盘的直径和造球物料的性质有关。随着造球机直径的增加,边高亦应增加。实践证明,当造球机的直径和倾角都不变时,若物料粒度粗、粘度少,则盘边应高一些;若物料粒度细、粘度大,盘边就应低一些。
边高尺寸影响造球机的容积充满率,边高愈大,倾角愈小,则充满率愈大。如果单位时间给料量一定,容积充满率愈大,则成球时间愈长。此时,生球的尺寸大,强度高。圆盘造球机的充满率一般波动在10%~20%之间。
(3)底料与刮板。滚动成球过程中,造球机盘面上往往附着一层造球物料,称为底料。为了使造球机能正常工作,必须在造球机工作面上形成松散且有一定高度的底料。为此,一般应在圆盘内设置刮板来实现。刮板应距离盘面有一定的高度,这样才能是底料的高度和密度保持恒定。若能在圆盘上合理安置,则是提高造球机生产率和提高生球强度的有效措施。
生球性能要求
对球团生产来说,生球质量是一项最重要的指标。生球在进入焙烧设备之前要经过3~6次的转运。为减少运转过程中生球的破碎,皮带机的头轮直径一般应不大于300mm,皮带的速度也应降低到0.4~0.6m/s。为减轻运转点对生球的冲击,通常的措施是在转运皮带机头轮安装电磁装置。此外,生球进入焙烧设备后还要承受料层的压力。在气流通过料层时,球团还要受到高温气流的热冲击。生球性能直接影响后续的干燥、预热、焙烧工序及最终成品球团矿的产量和质量。因此,对造球性能要加强检测,为后续工序创造良好条件。生球性能主要包括生球水分、粒度组成、生球抗压强度和落下强度。
生球性能检测方法
生球水分
取出生球500g,压碎后放入鼓风干燥箱内,在105~110℃间烘2h,取出称重,然后放入烘箱烘0.5h,取出称重,反复数次至恒重mt(Kg)。
生球粒度组成
生球粒度组成反映生球的均匀性、造球机的造球效果及产量、生球筛分效果。生球粒度愈均匀,生球料层透气性愈高,球团矿产量也愈高。因此,生产中采用辊筛控制小粒度(-5mm)生球和过大生球(+20mm)的数量。在经辊筛前后的胶带运输机上各取1Kg生球进行粒度筛析,考查造球机的造球效果(成球率)和辊筛的筛分效果(筛分效率)。
采用孔径为5,8,10,15,20,25mm的一组圆孔筛进行筛分。
生球抗压强度
生球抗压强度大小反映生球在料层运转、堆积过程中承受料层自重和挤压的能力的强弱。其测定方法为:取30个10~16mm生球,放在生球强度测定仪上进行测定,取其平均值作为抗压强度指标,其单位为N/个。
生球落下强度
生球落下强度是衡量生球在转运过程只能够承受冲击能力大小的重要指标,也是球团厂设计中允许生球转动次数的依据。取30个10~16mm生球,从0.5m处自由落下到5mm厚的钢板上,直到生球产生裂纹为止,取其平均值作为生球落下强度的指标,其单位为次/0.5m。
生球异常现象的处理方法
(1)生球粒度偏大时:首先检查圆盘下料量是否正常,有无卡块现象,如有要及时处理,增加下料量。其次是检查原料水分是否正常,根据水分大小调整盘内加水量。若以上两种方法还不能使粒度恢复正常就进行调整角度,缩短生球在盘内的停留时间。
(2)物料不出造球盘,盘内物料运动轨迹不清:①检查盘下料量是否增多,适当调整下料量;②适当增加盘内加水量;③检查原料膨润土配比是否正常,膨润土要通知配料岗位及时调整;④检查底刮刀是否完好,底料床是否平整,发现刮刀损坏及时更换。
(3)造球时盘内物料不成球:①检查物料的粒度是否合适,粒度大时,延长成球时间。②检查球盘转速是否过快,若块要降低转度。③检查水分是否适宜,加水位置是否正常。④检查膨润土配加量是否适宜,多时减,少时加。