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1、球团成球原理及生球质量检验球团成球原理及生球质量检验（pelletiz ing process andgree nball qualityin spect ion）球团矿靠滚动成型。被水润湿的矿粉在滚动过程中靠毛细引力、分子引力、摩擦力等作 用形成一定粒度的生球，并使生球具有一定强度。生球的粒度、水分、机械强度和热稳定性 等影响下一步焙烧作业，并关系到球团矿成品的产量和质量。生球强度理论干燥的矿粉一般都具有亲水性，在颗粒表面分子力作用下，水分子被吸附在矿粒表面。由于分子引力的作用，在吸附水外层又形成一层薄膜水，薄 膜水内层靠近颗 粒，受其吸力作用较强，称强结合水，它与吸附水称为最大分子水，可使
2、粉 料成形，但仍不具塑性。薄膜水的外层更接近于自由水，可以在外力作用下发生塑性变形。当矿粉被水润湿其量超过薄膜水时，在颗粒间出现毛细水，开始为触点态，使颗粒连接起来（图 1a）;进一步润湿时则呈蜂窝态，在水的6ffl 1颗粒同毛创水我态表面张力及外力作用下，颗粒靠拢（图1b）;继续润湿出现饱和态毛细水，使颗粒之间产 生最大的毛细力。毛细引力的大小可由下式表示：1 C(1)式中y为水的表面张力，N/m s为矿粉的比表面积，m/kg； p为液体密度，kg/m；£为气孔率。矿粉粒度愈细，s则愈大，£愈小，则产生的毛细引力愈大。图 2示00.20 40 60 8 I o毛细术填充华
3、图2毛细水充環車时生球抗压强度的影响（席料疽*畜出毛细水的充填率对生球强度的影响，当饱和态毛细水出现时，水的充填率达到O. 8O 9时，毛细引力最大，球团的抗压强度最高；当触点态毛细水出现时，水的充填率很低（为 0.4以下），毛细引力下降、抗压强度下降（根据计算只有最大毛细引力 时抗压强度的35%）。 当水的充填率达到1时，即过饱和时，贝仔求团表面便产生水膜，此时毛细引力已不存在，球 团抗压强度也很弱了。生球的抗压强度主要决定于颗粒之间气一液相的表面张力所引起的毛 细引力。其他静电吸力、范德华力的影响都是很小的。但有人认为分子力的作用不可忽视。生球成球过程矿粉成球过程首先是矿粉成核，然后生球长
4、大，生球进一步密实。这些过程在生产中发生于同一造球机中。矿粉成核矿粉颗粒被水润湿到一定程度，依靠毛细水的作用，使多个颗粒连接起来成为松散的集合体。在机械外力作用下，此颗粒集合体内部颗粒重新排列，进一步密 集，形成比较坚实稳定、粒度较均匀的小球，称为母球，这是成核期生球成球的第1步。母球形成表示颗粒聚合在力学上的一个稳定形状，但它内部包含固体、液体和气体3个相。它的稳定性取决于矿粉的粒度、粒度组成以及颗粒的形状和亲水性。生球长大母球在滚动过程中彼此碰撞，使内部颗粒间的毛细管收缩，其中毛细水由蜂窝状变为饱和状，一部分水被挤到母球表面。此时母球以3种机理长大：（1）聚合机理，母球水分较高，而且塑性较
5、好，它们相互结合在一起，使母球迅速长大（图3a）;（2）成层机® 3生球扶天机理a-St合底烷汀一聽剎骑務理，表面含水较高的母球在滚动中不断粘结新加入的物料颗粒，使母球长大(图3b); (3)磨 剥转移机理，在生球滚动过程中有少数由于强度不够或水分低而形成碎片，粘附于另一球上(图3c)。生球长大过程中，这3个机理都存在，以何种机理为主，决 定于原料的性质及 造球的工艺条件。生球进一步密实当母球长大到要求的尺寸时，停止加水润湿，生球在造球机内继续滚动。由于机械外力的作用，物料颗粒相互靠近，毛细管直径缩小。颗粒间的毛细 引力、分子作用力以及摩擦阻力综合作用，使生球具有很高的机械强度。影响
6、成球的因素原料的自然性质、粒度及粒度组成、水分、添加物、造球工艺等因素都影响成球的作业，进一步影响生球的质量。原料的自然性质颗粒表面的亲水性及颗粒形状的影响最大。 颗粒表面亲水性愈高，薄膜水及毛细水含量愈高，成球就愈好。表1列出不同矿粉及黏结剂的最大分子水及毛细水的含量。物料的成球性可用成球指数K来表示。k=Wf/(Wm-Wf)式中W为生球的最大分子水含量，; wm为生球的毛细水含量，。 K=0.20.35的物 料属弱成球性，K=0.350.60属中等成球性，K=0.60.8属良好成球性，K>0.8属优等成球 性。从表可知，褐铁矿成球性最优，磁铁矿成球性属中等。表1各种铁矿粉&黏
7、结剂的成球性物料名称粒度/mmWi%K磁铁矿-0. 15 05-30.4 "赤铁矿 15 07-416. 50. 81褐铁矿0.16021. 336. 81.37石灰石0. 25 015_336.10. 74消石灰0. 25030, 16676 82膨润土0. 20045. 191.80* 97原料的粒度及粒度组成原料的粒度小，比表面积大，成球性好。原料具有合适的粒度组成可使颗粒排列紧密，毛细管平均直径小，颗粒之间结合力大。各种原料都有其合适的 粒度，磁铁矿粉粒度上限应不大于0.2mm其中一 74卩m的粉粒应多于70%，比表面积要求 达到2000cm/g，若达不到时应当再磨。粒度过细
8、，水在颗粒之间的迁移速度下降，成球速 度降低，同时磨矿成本上升。原料水分对不同原料有不同的适宜成球水分。磁铁矿粉成球水分一般要求8%10%，此时生球的成球率高，强度也高。水分过低，成球速度慢，生产率降低，且由于 洒水不匀，生球脆弱；水分过高，生球粒度不均匀，且相互粘结，形成大球。如果入厂原料 含水高，必须在造球前进行烘干。在正常生产条件下，维持原料含水略低于生球的适宜成球水分，为造球作业补加水分留有余地。黏结剂的影响为了改善物料的成球性，在矿粉中配加黏结剂。常用的有膨润土、消石灰及有机黏结剂。膨润土能改善矿粉的成球性，提高生球的强度和爆裂温度。在 生球原料中配 加0.6 %1.0 %的膨润土便
9、有明显作用。消石灰有很强的亲水性和天然黏结 力，能改善物料的成球性。消石灰密度小，配加量不宜过多，否则影响成球速度。有机黏结剂其黏结力比膨润土强，且不含杂质，它是一种很有前途的球团黏结剂。造球工艺的影响为保证生球的粒度及强度合乎要求，又使造球机达到最大生产率，造球作业的加水和加料方式、造球机的工艺参数和造球时间均为重要因素。(1)加水和加料方式。大部分水应成滴状加在“成核区”的物料流上，此时在水滴周围由于毛细 引力的作用和机械力的作用，散料很快成为母球。另外，少量水则以喷雾状加在“生 球长大区”的母球表面上，促使母球迅速长大。在“生球密实区”禁止加水，以防止生球强度的降低和生球的粘连。原料分别
10、加在“成核区”及“生球长大区”。(2) 圆盘造球机的工艺参数。 造球机盘面倾角一定时， 造球机盘面周边要有适当的线速度， 一般 在1.02.0m/s。线速度过小，物料上升不到圆盘直径的顶点，影响球盘的利用率及 造球机的产量，同时生球所得到的动能低，达不到必要的密实；若线 速度过大，造成盘心 空料，各粒级不能分开，不易形成母球。造球机盘面的倾角 (a) 一般在 45。 50。当线 速度一 定时，造球机盘面的倾角就有定值(a )。若a<a'造成盘心空料，母球的滚动成形条件变坏； 若a>a'盘内物料带不到成核区，造成圆 盘有效工作面积缩小。圆盘的充填率一般在10% 20内
11、变动，单位给料量一定时，充填率大，成球时间长，生球粒度大，机械强度好。但充 填率过大，则生产 率下降。刮板位置要适当，保持适当的底料厚度，以免物料在盘底粘结过 多，刮板还起疏导料流作用，使“成核区”及“生球长大区”分开，以便控制生球的成长。(3) 造球时间。根据成品球团的粒度、原料成球的难易及原料颗粒粗细而定。延长造球时 间对生球的抗压强度及落下强度都有利，但产量下降。生球质量要求及检验方法生球质量决定焙烧工序能否顺利进行及成品球团矿的质量。生球应具有适宜而均匀的粒度、足够的抗压及落下强度、良好的抗热冲击 性。生球的粒度直接决定成品球团矿的粒度。 为改善球团矿在高炉内的还原过程，球团矿的粒度都
12、较过去的小，多数在 915mm生球粒度变小，有利于提高造球机的 生产能力，降低干燥温度，延长干燥炉箅的寿命，使粒度更加均匀。生球抗压强度衡量生球承受运输过程及料层内的各种压力负荷的能力。通常采用1020个直径相等(一般为11.813.2mm的生球，在压下速度不大于10mn/ min 的压力机上进行检验。测定各生球压裂时的压力值，取其平均值及标准偏差作为生球抗压强 度及偏差范围。使用带式焙烧机及链箅机回转窑生产球 团时，要求单个生球抗压强度在 10N 以上，竖炉则要求在20N以上。生球落下强度衡量生球在运输过程中落下时抗冲击的能力。 通常采用一定数量直径相等的生球，自50cm高处进行落下检验。测
13、定各生球出现明显裂纹或破裂的落下次数， 取其 平均值及标准偏差， 作为生球的落下强度及偏差范围。 当生球在生产过程中运转次数少 于 3 次时，落下强度至少为 3 次，竖炉生产要求落下强度大于 5 次。生球的爆裂温度生球在干燥时受到快速加热，水分剧烈蒸发而产生内应力，导致生球爆裂或剥落，影响生球质量。生球的爆裂温度表示了它的热稳定性。通球团吊篮加热器隔热层空气N蒸汽流加计S 4动态法测定生球灣裂温度的装置常生球爆裂温度是在指定温度的热气流条件下进行测定的。每次取一定数量直径相等的生球，放在 金属篮中，热风以一定速度通过生球，测定其发生爆裂的温度，以10%生球出现爆裂时的温度为生球的爆裂温度（图4）。该温度要求一般不低于300C，对于 用竖炉生产 球团矿时，该温度应在700C以上。为了提高爆裂温度，通常配加膨润土。