球团矿生产0

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球 团 矿 生 产

铁精矿用球团方法造块是1912年由瑞典人最早提出的,1947年在美国正式投入生产。20世纪50年代，由于贫铁矿被大量采用和选矿工业的发展，细磨铁精矿粉的产量大增，球团矿的生产迅速发展，产量增长很快。我国对贫矿的研究和应用始于20世纪50年代，70年代后，随着“高碱度烧结矿配加酸性球团矿”这种合理炉料结构的推广，我国球团工业的发展进入稳定发展时期，球团矿的产量由2003年的近300Mt到2010年的90Mt。从世界最先进的高炉炼铁炉料结构看，球团矿的比例不断增加，一般已增加到30%-50%。当今世界最先进的高炉炼铁在西欧，西欧炼铁球团矿用量已发展到30%-70%。近年来国内炼铁球团矿产量和用量大幅增加，不仅中小型高炉普遍使用，大型高炉如马钢2500m3高炉、宝钢、攀钢等也加大了球团矿的配料比例。大力发展球团矿已成为有关权威机构、学术会议及生产厂家关注的焦点和共识，国内目前已形成一股球团矿“热”。

1、球团矿的定义

将准备好的原料（细磨精矿或其他含铁粉料，添加剂或黏结剂等），按一定的比例配料混匀，在造球机上经滚动造成一定粒度的生球，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，所得到的产品就称做球团矿。它不仅是高炉炼铁、直接还原和溶剂还原的原料，还可作为炼钢的冷却剂使用。球团矿作为良好的高炉炉料，不仅具有规则的形状、均匀度粒度、较高的强度（抗压和抗磨），能进一步改善高炉的透气性和炉内煤气的均匀分布；而且球团矿FeO含量低，有较好的还原性（充分焙烧后，有发达的微孔），更有利于高炉内还原反应的进行。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，使得高炉达到增产节焦、提高经济效益的目的。因此，球团矿在我国高炉操作者的心目中称之为“顺气丸”，其冶金性能好，非其他熟料所能比。

2、球团矿的生产背景

由于对炼铁用铁矿石品味的要求日益提高，大量开发利用贫矿资源后，选矿提供了大量细磨铁精矿粉（＜0.074mm，即200目）。这样的细磨铁精矿粉用于烧结不仅工艺技术困难，烧结生产指标恶化，而且能耗浪费。而球团矿机械强度好，粒度均匀；便于长期储存和长途运输，可成为商品。目前，我国“高碱度烧结矿配加酸性球团矿”这种合理炉料结构已经推广。

20世纪10年代瑞典人提出球团方法，50年代美国、加拿大首先工业化生产，

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球团工艺较复杂、投资较大，发展烧结矿还是发展球团最主要看原料条件，采用何种方法来处理无聊要根据具体条件，如原料种类、粒度、厂址、运输条件、环保要求、技术经济指标等进行综合分析比较决定。

3、球团矿的分类

球团生产方法有许多种，可按固结温度、固结时的气氛划分，也可按生产设备划分，具体分类方法见表00-1.

表00-1 球团生产方法分类

氧化焙烧 竖炉法 带式机焙烧 链箅机-回转窑焙烧 高温固结 还原焙烧（金属化球团） 回转窑法 竖炉连续装料法 竖炉间歇装料法 带式机法 氯化焙烧 竖炉法 链箅机-回转窑法 磁化焙烧 水泥法 低温固结 碳酸化法 焦化固结法 其他方法 竖炉法（在中性或弱还原气氛中焙烧)

3、球团矿生产的工艺流程

通常，球团矿的生产工艺流程包括原料的准备、配料、混合、造球、干燥预热焙烧、成品与返矿的处理等环节，如图00-1所示。

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精矿粉 添加剂

配 料 准备处理 准备处理 加水

混 合

加水 磨细

造 球

图00-1 球团矿的生产工艺流程

废气除尘 冷却 筛 分 燃料 焙 烧 筛分 返矿 成品 铺底料 造球操作与控制

目标 ⑴ 叙述球团矿生产对含铁原料、粘结剂有哪些要求。 ⑵ 明确水分在造球过程中的作用。 ⑶ 描述含铁原料的成球过程。 ⑷ 根据所学知识，正确控制生球水分。 ⑸ 明确生球粒度与成球速度的控制措施。 ⑹ 运用所学知识，引起生球强度变化的可能原因有哪些。 ⑺ 明确圆盘造球机地操作方法。

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⑻ 对于造球过程中常见的事故加以正确的处理。 ⑼ 独立完成生球强度与爆裂温度的检验。

一、分析

(一) 提出

球团矿使用的原料种类较少，所以配料、混合工艺比较简单，如同烧结一样。球团焙烧之前应先造球，造球是球团矿生产工艺中非常重要的环节，所造生球性能直接影响后续的干燥、预热、焙烧工序及最终成品的产量和质量。对生球的性能要求主要包括生球水分、粒度组成、抗压强度、生球落下强度以及生球的破裂温度，例如合适的生球粒度会提高焙烧设备的生产能力和降低单位热耗；生球破裂温度越高，允许干燥温度就越高，相应干燥速度就越快，球团矿产量就越高；生球的抗压强度和落下强度提高，则生球在转运和焙烧过程中不容易破碎，料层的透气性好，焙烧均匀相应提高球团矿的产量和质量。

(二) 工作描述

该工作任务主要由造球岗位完成，工作对象为生球的产量和质量指标，工作环境为造球平台，主体设备是圆盘造球机。工作工程为：接受烘干、润磨等岗位运送来的原料，控制与调节圆盘造球机设备参数、圆盘给料机给料量以及圆盘造球机加水量，维护好造球岗位主体设备，对设备进行点检与维护，保证生球的产量和质量，交付给布料工。对该工作任务的要求有： (1) 知道生球粒度过大、过小如何调整；

(2) 知道生球落下强度或抗压强度不合格如何调整； (3) 知道生球产量达不到要求应如何调整； (4) 熟练掌握造球系统设备的操作； (5) 能够对造球系统设备进行点检和维护；

(6) 知道造球设备出现故障或造球岗位出现停电、停水等事故的处理方法； (7) 工作工程中要保证安全，并且具有节能降耗的意识； (8) 及时与配料、烘干、布料等岗位做好生产信息的沟通。

二、任务实施 (一) 生球的质量检测

生球质量的好坏对成品球团矿质量有着重要意义。质量良好的生球是获得高产、优质球团矿的先决条件。优质的生球必须具有适宜而均匀的粒度、足够的抗压强度和落下强度以及良好的抗热冲击性。 1.生球的颗粒度组成

生球的颗粒度组成用筛分方法测定。我国所用方孔筛尺寸（mm3mm）为

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25325、16316、10310、6.336.3，筛底的有效面积有400mm3600mm和500mm3800mm两种。可采用人工筛分和机械筛分。筛分后，粒度（mm）：＞25.0、16.0~25.0、10.0~16.0、6.3~10.0＜6.3的各粒级的质量分数表示。

生球粒度组成一般为：10~16mm粒级的含量不少于85％，大于16mm粒级和小于6.3mm粒级的含量均不超过5%，球团的平均直径不大于12.5mm为宜。国外控制在10~12.7mm，这样可使干燥温度降低，提高球团的焙烧质量和生产能力。同时，在高炉中由于球团粒度均匀，孔隙度大，气流阻力小，透气性好，还原速度快，为高炉高产低耗提供有利条件。若粒度过大，不仅降低球团在高炉内的还原速度，而且使造球机产量降低，也限制生球干燥和焙烧过程的强化。 2.生球的抗压强度

生球的抗压强度是指其再焙烧设备上所能承受料层负荷作用的强度，以生球在受压条件下开始龟裂变形时所对应的压力大小表示。抗压强度的检验装置大多使用利用杠杆原理制成的压力机。

选取10个粒度均匀的生球（一般直径为11.8~13.2mm或12.5mm左右），逐个置于天平盘的一边，另一边放置一个烧杯，通过调节夹头，让容器中的铁屑不断流于烧杯中，使生球上升与压头接触，承受压力。至生球开始破裂时终止加铁屑，称量此时烧杯及铁屑的总质量，即为这个生球的抗压强度。以被测定的10个生球的算术平均值作为生球的抗压强度指标。

生球的抗压强度指标为：湿球不小于90N/个，干球不小于450N/个。 德国鲁奇公司研究所除了检验生球平均强度外，还检验生球的残余抗压强度，其方法是：选取10个粒度均匀的生球，在事先选择好的高度上（生球自此高度落下既不破裂也不变形）自由落下3次，然后做抗压试验，破裂时的压力作为残余抗压强度，残余抗压强度应大于原有强度的60%。该所认为残余抗压强度更能真实反映抗压能力。

3、生球的落下强度

生球由造球系统到焙烧系统过程中，要经过筛分和数次转运后才能均匀地布在台车上进行焙烧，因此，必须要有足够的落下强度以保证生球在运输过程中既不破裂又很少变形。其测定的方法是：取直径为接近平均直径的生球10个，将单个生球自0.5m的高度自由落到10mm厚的钢板上，反复进行，直至生球破裂时为止的落下次数，求出10个生球的算术平均值作为落下强度指标，单位为“次/个球”。

生球落下强度指标的要求与球团生产过程的转运次数有关，当转运次数小于3次时，落下强度最少应定为3次，超过3次的最少应定为4次。

由于生球的抗压强度和落下强度分别与生球直径的平方成正比和反比，因此，作为两种强度试验的生球，都应取同等大小的直径，并接近生球的平均直径，

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以更具代表性。

4.生球的破裂温度

在焙烧过程中，生球从冷、湿状态被加热到焙烧温度的过程是很快的。生球 在干燥时便会受到两种强烈的应力作用——水分强烈蒸发和快速加热所产生的应力，从而使生球产生破裂或剥落，结果影响了球团的质量。生球的破裂温度就是反映生球的热稳定性的重要指标，是指生球在急热的条件下产生开裂和爆裂的最低温度。要求生球的破裂温度越高越好。

检验生球破裂温度的方法依据干燥介质的状态可分为动态法和静态法。动态法更接近生产实际，所以普通采用。目前测定方法还未统一，我国现采用电炉装置测定。方法为：取直径为10~16mm的生球10个或20个，放入用电加热的耐火管中。每次升温25℃，恒温5mm，并用风机鼓风，气流速度控制为1.8m/s（工业条件时的气流速度）。以10%的生球呈现破裂时的温度值作为发生球的破裂温度指标。一般要求破裂温度不低于400℃。

(二）造球过程中生球水分的控制

1、造球过程中生球水分与生球强度的关系

造球最佳水分，应根据生球的抗压强度和落下强度这两个重要的特性来确定。水分高于或者低于最佳值时，生球强度都不会下降。因为水分低于最佳值，生球中矿粒之间毛细水不足，孔隙被空气填充，因此，生球非常脆弱。若水分过大，使矿粒间毛细管的水过于饱和，这时毛细黏结力将不存在，球就会互相黏结丶变形。不同的原料，其最佳造球水分是不相同的。用含铁68%的磁铁精矿，磨成3种不同的粒度分别造球，生球抗压强度的最佳水分值。在生球运输过程中，落下强度比抗压强度更显得重要。因此，在实际生产中，生球都是稍微过湿的。希望原料的水分略低于最佳造球水分，在造球过程中再补加少量的水，这样有利于控制生产。

2、造球过程中生球水分的判断与调整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“既易形成母球，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。造球工判断混合料水分大小的方法主要目的时目测和手测两种。目测：观察来料皮带上的混合料是否有较多个颗粒，如有，说明水分较大。观察圆盘下料，如果混合料在料仓内易棚仓，不易下料，则表明水分较大。手测：主要是造球工经过长时间实际摸索得来的，来矿水分大，则相应减少或停止球盘打水量；来矿水分小，则相应提高球盘打水量。根据混合料水分大小，控制给料量和给水量。混合料水分大时，根据盘内状况相应增加下料量，减少给水量。混合料水分

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小时，根据盘内状况相应减少下料量，增加给水量。

（三）造球过程中生球粒度的控制

首先检查圆盘下料量是否正常，有无卡快现象，如有应及时处理，下料量过少可能造成生球粒度偏大；其次是检查原料水分是否正常，根据水分大小调整盘内补加水量，生球粒度过大尽量少加水，反之可以考虑多加，并通知原料岗位及时调整原料水分；然后可以调整球盘倾角或转速，以缩短或延长生球在盘内的停留时间；最后，可以通过改变膨润土添加量来控制生球粒度，粒度粗则尽量增加膨润土配比，反之减少。

（四）造球过程中生球成球速度的控制

造球过程中，主要通过以下手段控制生球成球速度：

（1）膨润土对成球速度的影响。研究结果表明，随着膨润土用量增加，生球长大速度下降，成球率降低，生球粒度变小并趋向均匀。这种作用对细粒度铁精矿粉更为明显。

产生这种现象的原因，主要是由于膨润土的强吸水性和持水性所决定的。在成核阶段，球核因碰撞发生聚结长大，但球核内的水因被膨润土吸收，而不易在滚动中挤出到球核表面，从而降低了水分向球核表面的迁移速度，当球核表面未能得到充分湿润，球核在碰撞过程中得不到再聚结的条件下，生球长大速度（即成球速度）降低，相应成核量就会增多，使总的生球粒度小并均匀化，从而大大有利于生产中等粒度（直径为6~12mm）的球团。

（2）水分对成球速度的影响。每一种原料都有其一个最适宜的水分值（即临界值）在临界值以下，原料的成球速度随水分用量的增加而提高；若超出临界值以后，则原料将因黏性和塑性增大而不能制成具有一定强度和粒度的生球。 研究证明：某铁精矿粉在外加水分为7%时，基本上不能成球；小于5mm的粉末占95%，在水分达8%后，成球率和生球长大速度才迅速提高；但当水分达10.3%时，生球表面过湿严重，球粒间发生黏结。当加入1.5%膨润土后，成核率提高水分在7%-7.5%时，仅有30%球核，当水分达10%时生球发生黏结。 （3）提高物料的成核率，降低生球长大速度。在造球物料中加入膨润土提高物料的成核率，降低生球的成长速度，使生球粒度趋向小而均匀，提高造球机的出球率。造球物料成核率的提高，是由于膨润土强烈的水化作用，加强了矿粒的黏结作用（毛细黏结力和分子黏结力）所致。

1）减少碰撞效果。球团长大的速度由碰撞机理来决定，球团直径增加的比值取决于碰撞频率和有效碰撞概率，而有效碰撞概率取决于造球过程中母球是否容易破碎，母球强度好，意味着球团直径的增长总比值降低。由于膨润土是极细

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的颗粒，在造球过程中易于吸水膨胀并能分解成片状组织，具有粘性和和很好的成球性（膨润土成球性指数大于0.9属优等成球性），这样使母球有了稳定的结构，提高了母球强度，也就减慢了生球的成长率。

2）降低有效造球水分。生球成长速度降低的另外一个原因，是膨润土降低了有效造球水分的结果。因为膨润土是典型的层状结构，它和水有特殊的亲和力，大量的水分被吸附在层状结构中，这种层间吸附水黏滞性大，在造球过程中不能沿着毛细管迁移。因此当原料水分一定时，随着膨润土用量增加，被吸附在层间的水分就多，对成球起主导作用的毛细水就相应减少，使母球在滚动过程中表面很难达到潮湿要求，母球的成层或聚结长大效果也就因此降低，生球的长大速度就减慢。

（五）生球强度的改进与调整 1、造球机给料量

给料量大小与生球粒度及强度的关系为：一般来说，给料量越大则生球粒度越小，强度越低。 2、原料水分

原料水分的变化对造球的影响为：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有：滴水成球，雾水长大，无水紧密。超过适宜水分，生球粒度粗，抗压强度极具下降，料层透气性差。生球水分低于适宜水分，成球率低，抗压强度和落下强度均难以达到要求。 3、膨润土的配比

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，抗压强度降低。配比过小，生球落下强度和抗压强度均难以保证。 4 生球尺寸

生球的尺寸在很大的程度上决定了造球机得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。落下强度就越低。但是尺寸太小，抗压强度就变小，从而影响了链箅机得透气性。因此，合理的生球粒度即是提高造球产量的需要，也是提高生球强度的需要。 5、造球时间

造球时间主要是由圆盘倾斜角和转速以及给料量来控制。总体上说，延长造球时间对提高生球强度时有好处的 ，但是降低产量。同时，造球时间还与原料的粒度有关，物料过细或过粗，所需要的造球时间均较长，产量降低。 6、原料粒度和粒度组成

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原料粒度和粒度组成直接影响着物料的成球性和生球的强度。因此，可以通过调整原料的粒度和粒度组成来改善物料的成球性和生球强度。 （1）原料的粒度

粗粒度的原料不能成球或成球性能很差。因此对生球的形成，长大和强度起主导作用是毛细黏结力，单原料的粒度比较单一时，随着颗粒尺寸的增大，时毛细管的尺寸变大和接触点数目减少，其黏结强度降低。因此，对造球来说，原料的粒度首先要达到一定的细度要求。因此，提高原料的细度，可以增加颗粒的接触面积和减少毛细管直径，提高毛细作用力和分子黏结力，生球强度也变大。但若原料的粒度过细则会由于毛细管直径变小，而使阻力增加，导致 成球过程中毛细水的上升速度变慢，影响了水分的迁移速度，使造球的时间长，减低了成球速度和造球机得产量。所以对造球原料的粒度有一个基本要求。

1）国内。一般要求精矿的粒度上限不超过0.2mm（65），小于0.074mm（200目）的粒度级应大于80%—90%，比表面积为1500—1900℃m2 /g。

对于添加剂，膨润土的粒度最低要求为小于0.074mm（200目）应占99%。 2）国外。精矿粉的粒度则要求小于0.044mm（325目）的粒度级应占60%—80%。所以造球用的原料，还是要求磨的细一些。

3）原料的粒度组成。原料的粒度组成和生球的强度有很大关系，因为影响颗粒间毛细力和分子结合力不仅仅通原料的粒度组成有关，而且同生球的孔隙度有关。而孔隙度得大小主要同原料的粒度组成和排列有关。生球内颗粒最紧密的堆积理论，就是大颗粒之间嵌入中颗粒，中颗粒之间嵌入小颗粒，在这种情况下颗粒的排列最紧密，生球强度最高。

因此，用于造球原料应该由不同的原料粒度组成，用粒径较宽的颗粒造球，起孔隙度小于粒径范围窄的颗粒。因此适当的粗颗粒在造球中起“球核”和“骨架”作用，能促进母球的生成和生球的强度的提高；而小的微细粒，由于表面能打，属于粘结性颗粒，能显著提高生球强度。根据研究，生球的强度受微细颗粒的影响很大，在矿粉中小于0.045mm（325目）的百分比增加时，生球强度不是呈直线的增加，只在小于0.02mm矿粉的百分比增加时，生球的强度才能呈直线关系增加。

原料颗粒度和粒度组成也可以用比表面积来表示，因此比表面积不仅能反映颗粒的大小，还反映了颗粒的形状。比表面积的大小，在很大程度上取决于微细颗粒本分的含量（1—10mm部分）。经过研究，生球的抗压强度与精矿粉的表面积成正比，下过强度随着比表面积的增加而增大，但是出现极大值后有下降，这可能时由于比表面积进一步增加以后，在同样的造球时间呢，微细颗粒填充不均匀，孔隙率增加而引起的。综上所述，原料的颗粒细一些，颗粒组成适宜和控制一定的粒度上限，这样的原料不仅成球性好。而且制成的生球比较致密和强度好，

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对于适合的粒度组成，不同的原料的值，应该根据实验来确定.

7圆盘造球机的直径大小直径增大，造球的面积也跟着增大，这样加入造球盘得料量也就增多。使物料在球盘内的碰撞几率增加，为了成核率和母球的成长速度均得到提高，生球产量也就提高。由于造球盘直径增大，使母球或物料颗粒的碰撞和滚动次数增加，这样所产生的局部压力也提高，使生球较为紧密气孔率降低，生球强度提高。 （六）圆盘造球机操作 1圆盘造球机的操作方法 圆盘造球机的操作方法有：

（1）控制混合料给料量。当盘内球颗粒度大于规定要求，且不出球盘时，要增加给料量（根据球盘出球状况，调节加料量至初秋正常）。

（2）根据出球机内料状况调节加水方法和给水量。形不成母球时，将球盘内加水位量选在母球区，加开水节1/5圈观察球盘内成球状况，3-5min后，根据盘内成球状况，继续调节加水量，直至球盘内生球达到标准要求。

（3）根据生球状况判断原料配比并及时地反馈信息。易出现整盘小球、整盘大球及生球不出球及时检查混合料中膨润土配加和混合料水分，发现膨润土过多或水分过大过小及时向主控室反馈进行调整。

（4）控制生球质量满足焙烧需要。根据链篦机机速要求，结合盘内状况，及时调节球盘小料量，以得正常机速。当料量与机速相差太大时，要通过调整造球盘的开盘数来保证机速要求。

2、圆盘造球机的注意事项以及操作步骤

圆盘造球机时我们常用的造球设备。为了生产出数量适当、粒度均匀并具有一定强度和热稳定性的生球，生产中应注意一下几个问题： （1）造球机在运转正常后方可加料；

（2）根据布料工的要求，及时调节圆盘给料机的给料量，尽量保持生球流量稳定；

（3）根据原料的干燥程度，及时调节外加水或增加造球盘的数量，力求生产出合格粒度的生球；

（4）注意来料水分情况，发现过湿或过干应及时与干燥机或值班室联系； （5）偶遇停电时，应将事故开关关上：遇断水时，应及时报告，并根据造球情况决定是否立即停止造球； （6）生球质量应符合标准；

（7）圆盘内的刮板有损坏应及时更换。 圆盘造球机操作步骤

（1）做好开机前准备工作，如检查有关设备是否正常，加水装置是否灵活可靠，

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混合作业大都采用圆筒混合机或轮式混合机的一次混合流程。国外有的厂采用连续式混磨机，由于混磨作用，水和黏结剂的混合效果得到了充分发挥，可以减少黏结剂的用量，提高生球质量，特别是生球落下强度增加，保证了焙烧时生球具有良好的透气性，对于提高焙烧球团矿的产量和质量都有利。混磨时应注意矿石和黏结剂的可磨性可能存在有较大差别，且湿磨时，膨润土不能加入，因为膨润土的膨胀性会对矿浆的过滤产生不良影响。 3．原燃料准备工艺流程

原燃料准备可以采用不同的工艺流程，如图10-4和图10-5所示。通常为竖炉所采用的原燃料准备工艺流程，采用的磨矿设备为圆筒型磨机。 4．磨矿设备

磨矿设备主要有润磨机和高压辊磨机，近年来，高压辊磨机作为高效节能产品，已成功应用于球团行业。高压辊磨机具有设备作业率高、设备适应能力强、工艺流程配置简单、土建投资省、工作环境好等优点。

高压辊磨机主要由机架、辊子、轴承、传动、喂料、液压、润滑和控制等系统组成。电机通过万向联轴器、减速机于安装在机架水平滑轨上的辊子系统（轴承和安装在轴承上的辊子）连接，运行时不能再滑轨上滑动的辊子为定辊，可在滑轨上做小幅滑动的为动辊，动辊两端独立的液压系统将动辊推向定辊，产生破碎所需要的压力，动、定辊轴承座间有防止辊子接触的间距块。固定辊子和移动辊子结构相同，可以互换。

高压辊磨机磨损件为辊子的辊套以及辊子两端挡矿用的三角形颊板。辊套、颊板基本采用耐磨合金制造，于矿物接触面均有耐磨保护层。目前辊套普遍采用碳化钨硬质合金柱钉表面，高压辊磨机工作时，物料填充在柱间，形成自身式抗磨垫，保护辊面。

高压辊磨机的工作原理为：高压辊磨机喂料仓的待粉碎物通过可调节开口大小的给料器，进入高压辊磨机的破碎腔（物料流空间大小连续、贯通、可实现3m以上的料柱，确保形成足够的给料压力），挤满破碎腔的物料在辊子的相向转动和料柱重的双重作用下，强制进入不管压缩的空间，并被压实（排矿料饼达到矿石真密度的0.85倍），达到一定压力时遭粉碎或在颗粒内部形成微裂纹。 高压辊磨技术的理论基础为压粉理论。层压粉碎是指大量颗粒受到高度的空间约束而集聚在一起，在强大外力作用下相互接触、挤压所形成的群体粉碎。层压粉碎克服了传统破碎重点关注物料颗粒粒度的下降，也就是只注重外力对大块颗粒的针对性破碎，而忽略或主动利用全粒级的破碎和大、小块协同破碎。层压粉碎关键在于：在有限空间内，压力不断增加使颗粒间间隙越来越小，直至颗粒之间可以相互传递应力，当应力强度达到颗粒压碎强度时，颗粒即开始粉碎。实验表明，由于层压粉碎在纯压应力作用下进行，其传递效率要高于单纯的压力、冲

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击力和剪切力，层压粉碎也就比压碎、磨碎、劈碎、折碎等外力作用造成的粉碎效果好。因此，高压辊磨机工作时，即使两辊间间距明显大于给矿最大粒度，但辊压过程中各粒度都得到粉碎，产生大量的细粒、微细粒及颗粒内微裂纹。

（三）细磨物料造球原理

造球，又称滚动成球。磨细物料的成球是磨细物料在造球设备中被水润湿并在机械 及毛细力的作用下滚动成圆球的一个连续过程。同时，毛细力、颗粒间 摩擦力及分子引力等作用使生球具有一定的机械强度。各种物料成球性能的好坏不尽相同，主要与物料表面特性以及与水的亲和能力有关。 1．细磨物料的表面特性

经过细磨的干物料表面都具有较大的自由能。粒度越细，比表面积越大，其表面自由能也越大，从而使之处于不稳定状态。因此，细磨物料具有吸引其他物质，使颗粒相结合，减小其自由能，力求达到稳定的倾向。对于造球的物料，特别是精矿粉和添加剂，由于都磨得很细，比表面积很大，常在1500—2000 ℃m2/g范围内，过剩的表面能也很大。这种表面能量过剩的不平衡状态，使其表面具有非常大的活性，能吸附周围的介质，从而为生球的形成提供了条件。

细磨物料与水作用的能力也是不同的。那些表面与水的作用力很小，不易被水润湿的物质成为疏水性物质；而表面与水具有很大的结合力，易被水润湿的物质称为亲水性物质。物料的这种性质与它本身的化学成分、晶格类型以及表面状态有关。凡具有完全或部分金属键的结晶物质（如全部金属或硫化物）和具有层状结构的物质（如云母、石墨等）都是疏水性的；而具有离子键和共价键的物质是亲水性的。铁矿粉和添加剂就属于这种亲水性物质，它们被细磨后表面带有电荷，易形成静电引力场，具有吸引偶极构造的极性水分子的能力。 2．水分在造球过程中的形态与作用

水分在矿粉成球过程中起着重要的作用。干燥的细磨矿粉是不可能滚动成球的，如果水分过多或不足，同样也会影响造球的效率和生球的质量。保持适宜的水分是矿粉成球的重要条件。

干燥的矿粉被水润湿后，按水在矿物表面活动能力的不同有四种存在形态，即吸附水、薄膜水、毛细水和重力水。它们在成球过程中各显示不同的作用。 (1)吸附水。当具有偶极构造的水分子与干燥矿粉颗粒表面接触时，便在静电引力的作用下被牢固地吸附在矿粒表面，并呈定向排列，如图3-5所示。这种被矿粒表面静电引力所吸引的水层成为吸附水（或强结合水）。吸附水的形成是物料润湿的开始，但它的形成不一定要将矿粉颗粒直接与水接触，当干燥颗粒在自然条件下与大气接触时，就会吸引大气中的气态水分子而形成吸附水。吸附水很薄，一般只有几个水分子的厚度，它与矿粒的亲水性及环境介质中的相对蒸气压有关。物料亲水性愈强，料层中相对蒸气压愈高，吸附水层就愈厚。当料层中相

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对蒸气压达到100%时，吸附水达到最大值，此时称为最大吸附水。吸附水与矿粒表面的作用力是极大的，直接吸附在矿粒固体表面的第一层水分子，其作用力相当于1013. 32 MPa，因此吸附水又称为固态水，具有不可移动性。吸附水还有较大的密度(1.2-2.4g/℃m3)和很低的冰点（- 78℃），不导电。要去掉吸附水，只有对其加热蒸发才行。一般认为适宜于造球的细磨物料中仅存在吸附水时，仍为散沙状，不能结合成团，成球过程尚未开始。

(2)薄膜水。矿粉颗粒表面达到最大吸附水后，其表面还有未被平衡掉的分子力，进一步加水润湿时，还可吸附更多的极性水分子，在吸附水外围形成的一层水膜，称为薄膜水。薄膜水距离颗粒表面较远，所受的引力也小，因此，薄膜水与颗粒的结合力比吸附水弱得多，其分子具有一定的滚动性。

薄膜水的主要特征是在分子力的作用下，薄膜水可从水膜较厚的颗粒表面迁移到较薄的颗粒表面直到水膜厚度相同为止。这种迁移不受重力的影响，可在任何方向的分子力作用下进行。其次，薄膜水因受电分子引力的吸引，具有比普通水更大的黏滞性。矿粒间的距离越小，薄膜水的黏滞性就越大，矿粒就越不容易发生相对移动，对生球来说，其强度就提高；相反，薄膜水厚度变大，矿粒便易于相对移动。因此，薄膜水厚度的变化影响细磨物料的物理力学性质（如成球性、压缩性、可塑性等），也影响生球的机械强度。

吸附水和薄膜水合起来组成了结合水（或称水化膜），其数量称为分子湿容量。结合水由于受到静电引力和分子力的作用，使相邻的矿粉颗粒不容易发生相对移动，而且当矿粉颗粒相距很近时，可以形成公共的水化膜。从力学角度分析，分子结合水可以看做是矿粒的外壳，在外力的作用下与颗粒一起变形，而且分子水化膜使颗粒彼此黏结，这就是矿粉成球后具有强度的原因之一。当细磨物料表面润湿达到最大的分子结合水后，在揉搓时将表现出塑性性质。此时，在造球机中成球过程才明显地开始进行。矿粉越细，孔隙度越小，比表面积越大，亲水性越强，则分子结合力越大，生球的机械强度越好。

(3)毛细水。在细磨物料中，存在着许许多多大小不一、曲曲弯弯的连通孔隙所形成的复杂通道，可视为大量的毛细管。当物料润湿达到最大湿容量后，继续增加水量，便会在物料孑L隙中形成毛细水。毛细水是矿粉的电分子作用力范围以外的水分，是靠表面张力的作用形成的。根据水在物料孔隙中充满情况的不同，毛细水可分为触点态毛细水、蜂窝状毛细水和饱和毛细水，如图10-7所示。触点态毛细水又称环膜状或悬着态毛细水，是仅仅存在于颗粒接触点周围的水分。这种毛细水虽然不能以液滴状态移动，但在毛细力的作用下，能 把颗粒联系起来，成为松散的球核。继续增加水分便出现蜂窝状毛细水，又称网状毛细水。 这时有些空隙被水充满，水开始具有连续性，能在毛细管内迁移，能传递静水压力和呈毛细压力。若料层空隙完全被水充满时，则出现饱和毛细水。这时物料达

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到最大毛细水含量。

对于造球来说，物料最适宜的含水量介于触点态和蜂窝态毛细水之间。毛细水在细磨物料的成球过程中起主导作用。只有将物料润湿到毛细水阶段，成球过程才开始明显地进行。因为毛细水在毛细压力的作用下，可将物料颗粒拉向水滴中心而形成小球。

由此可见，水的表面张力愈大，液体密度愈小，物料颗粒接触愈紧密时，毛细力愈大，物料愈易成球，其生球的强度也愈高。矿粉成球速度还取决于毛细水的迁移速度，迁移速度愈。陕，成球速度就愈快。而毛细水的迁移速度与物料的亲水性及毛细管直径有关。物料愈亲水，且毛细管直径愈小，毛细力愈大，毛细水的迁移速度就愈快。

(4)重力水。矿粉完全被水饱和后，再继续润湿就会出现重力水。重力水是处于矿粒本身吸引力以外，能在重力场和压力场的作用下发生移动的自由水。由于重力是向下的，因此重力水具有向下运动的性能；同时重力水对矿粉又具有浮力作用，因此重力水在成球过程中起着有害作用，易使生球变形和强度降低。所以，只有当水分处于毛细水含水量的范围时，细磨物料的成球过程才具有实际意义。在造球过程中，不允许有重力水出现。

造球时物料所含吸附水、薄膜水、毛细水、重力水的总含量称为全水量。 3．铁矿粉的成球过程铁矿粉的成球过程大致可分为三个阶段：母球的形成、母球的长大、生球的密实。

(1)母球形成。经配料后送来的造球混合料通常含水8%。10%矿粒 之间仍处于比较松散的状态，各个颗粒为吸附水和薄膜水层覆盖，毛细水仅存在于各个颗粒的接触点上，颗粒间的其余空间为空气所填充，这种状态的精矿粉一方面由于颗粒接触不太紧密，薄膜水不能起作用；另一方面，由于毛细水数量太少，毛细管尺寸过大，毛细作用力较小，使得颗粒间结合力较弱，成球很困难。若造球机内的混合料一面随机转动、一面适量加水进一步进行不均匀润湿，则在颗粒结合处形成毛细水。在毛细水的作用下，周围的矿粉颗粒将连接起来形成小的聚集体；继续润湿时，聚集体中的颗粒将在机械力的作用下重新排列，逐渐紧密，毛细管尺寸与形状随之变化，颗粒间的结合力得以增强，从而形成较为坚实稳定的小球，称为母球或球核。

(2)母球的长大。已经形成的母球随造球机的转动而继续滚动的过程中将受到挤压、碰撞、揉搓等机械力的作用，其内部颗粒不断压紧，毛细管尺寸变小，形状改变，会把多余的毛细水挤到母球表面上来，这样过湿的母球表面在运动过程中就很容易粘上一层周围湿度较低的矿粉，如此往复运动，母球将逐渐长大。一旦母球的水分低于适宜的毛细水含量后，母球就停止长大。为了使母球达到所需的粒度，必须向母球表面补加水分，但喷水量要适当，以免喷水过大而产生重力

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水。显然，母球是依靠毛细黏结力和分子黏结力的作用而长大的。

(3)生球密实。长大的母球其强度仍然不能满足冶炼的要求，因此当生球达到规定的尺寸后应停止补充润湿，并继续在造球机中滚动，这种滚动和搓动的机械作用会使生球颗粒发生选择性地按最大接触面排列，彼此进一步靠近压紧，毛细管尺寸不断缩小，毛细水不断地被挤压出来，以致生球内矿粉颗粒排列更紧密，使薄膜水层有可能相互接触，形成公共水化膜而加强结合力。这样生球内各颗粒之间便产生强大的分子黏结力、毛细黏结力和内摩擦阻力，从而使生球具有更高的机械强度。所以在操作到这一阶段时，往往让湿度较低的精矿粉去吸收生球表面被挤出的多余水分，以免因为生球表面水分过大而发生黏结现象，使生球强度降低。

需要指出的是：以上三个阶段通常是在同一造球机中一起完成的，在造球过程中很难截然分开。第一阶段具有决定意义的是润湿；第二阶段除了润湿作用以外，机械作用也有着重要影响；而在第三阶段，机械作用成为决定性因素。这样就可以根据物料在造球前和造球过

程中被润湿的情况，决定加水、加料等操作，也可进一步改进造球设备的结构，加强其产生的机械作用力，以保证造球生产高产、优质地完成。 （四）造球设备 1．圆筒造球机

圆筒造球机是球团厂采用最早的造球设备。其构造与烧结厂用的圆筒混料机相似，圆筒内安装与筒壁平行的刮刀，圆筒的前端安装加水装置。圆筒直径为2.44 -3. 5m，长度通常为直径的2.5 -3.5倍。圆筒的圆周速度为0.35 -1.35 m/s。转速范围一般为8- 16 r／min，倾角6度左右。

圆筒造球机结构简单，设备可靠，运转平稳，维护工作量小，原料适应性强，单机产量大。但圆筒利用面积小，只有40%，设备重，电耗高。因本身无分级作用，所以排出的生球粒度不均匀，需要筛分。因此圆筒造球机循环负荷大，使生产率降低和增加运输消耗，国内尚未采用此种设备。 2．圆盘造球机

圆盘造球机是目前国内外广泛使用的造球设备，我国球团厂都采用这种设备，从结构上可分为伞齿轮传动的圆盘造球机和内齿轮圈传动的圆盘造球机。 伞齿轮传动的圆盘造球机主要由圆盘、刮刀、刮刀架、大伞齿轮、小圆锥齿轮、主轴、调倾角机构、减速机、电动机、三角皮带和底座等组成，如图10-9所示。造球机的转速可通过改变皮带轮的直径来调整，圆盘的倾角可以通过螺杆调节。 圆盘造球机造出的生球粒度均匀，不需要筛分，没有循环负荷。采用固体燃料焙烧时，可在圆盘的边缘加一环形槽，就能向生球表面黏附固体燃料，不必另添专门设备。圆盘造球机质量小，电耗少，操作方便，但是单机产量低。

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内齿圈传动的圆盘造球机是在伞齿轮传动的圆盘造球机的基础上改进的。改造后的造球机主要结构为：圆盘连同带滚动轴承的内齿圈固定在支承架上，电动机、减速机、刮刀架均安在支承架上，支承架安装在机座上，并与调整倾角的螺杆相连，当调节螺杆时，圆盘连同支承架一起改变角度，内齿圈传动的圆盘造球机转速通常有三级，如5.5m造球机，转速有6.05 r/min、6.75 r/min、7. 73 r/min。它是通过改变皮带轮的直径来实现的。这 种圆盘造球机的结构特点是： (1)造球机全部为焊接结构，具有质量小、结构简单的特点；

(2)圆盘采用内齿圈传动，整个圆盘由大型压力滚动轴承支托，因而运转平稳。

（五）影响矿粉成球的因素

1.精矿粉性质的影响

在精矿粉的性质中对造球过程起作用的是矿粉颗粒表面的亲水性、颗粒形状、孑L隙度、湿度和粒度组成。

(1)矿粉颗粒表面的亲水性。矿粉表面的亲水性愈好，被水润湿的能力愈大，毛细力愈大，毛细水与薄膜水的含量就愈高，毛细水的迁移速度就愈快，成球速度也就愈快。铁矿石亲水性由强到弱的顺序是褐铁矿、赤铁矿、磁铁矿。脉石对铁矿物的亲水性也有很大影响，甚至可以改变其强弱顺序。例如，云母具有天然的疏水性，当铁矿石含有较多的云母时，会使其成球性下降，当铁矿石含有较多的诸如黏土质或蒙脱石之类的矿物时，由于这些物质具有良好的亲水性常常会起到改善铁矿物成球的作用。

(2)矿粉颗粒的形状。矿粉颗粒形状的不同将影响其成球性的好坏。矿物晶体颗粒呈针状、片状、表面粗糙者具有较大的比表面积，成球性好；矿物颗粒呈矩形或多边形且表面光滑者，比表面积小，成球性差。褐铁矿颗粒呈片状或针状，亲水性最好。而磁铁矿颗粒呈矩形或多边形，表面光滑，成球性最差。 (3)孔隙率。颗粒的孑L隙率与物料的吸水有很大的关系，例如多孔的褐铁矿，其湿容量总是比致密的磁铁矿大，生球强度也随孔隙率的减少而提高。 (4)矿粉湿度。矿粉湿度对矿粉成球的影响最大。若采用湿度最小的矿粉造球时，由于毛细水不足，母球长大很慢而且结构脆弱、强度极低。矿粉湿度过大时，尽管初始时成球较快，但易造成母球相互黏结变形，生球粒度不均匀；同时过湿的矿粉还容易黏结在造球机上，使其发生操作困难。过湿的生球强度也很差，在运输过程中易变形、黏结破裂；在干燥、焙烧时将导致料层的透气性变坏，破裂温度降低，干燥焙烧时间延长，产量与质量下降。由于造球时要求的最适宜的湿度范围波动很窄(0. 5%)每一种精矿的最适宜湿度值应用实验方法加以决定。一般磁铁矿与赤铁矿精矿粉的适宜成球水分是8% - 10%，褐铁矿为14% - 18%，最佳造球原料的湿度最好略低于适宜值，对不足部分应在造球过程中补加。若精矿湿度过大时，则采取机械干燥法和添加生石灰、焙烧球团返矿等干燥组分来排除或

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减少多余水分，以保证造球物料的湿度要求。

(5)矿粉的粒度组成。矿粉粒度愈小并具有合适的粒度组成时，颗粒间排列愈紧密，分子结合力也将愈强，因而成球性好，生球强度高。因此，为了稳定地进行造球和得到强度最高的生球，必须使所用的原料有足够小的粒度和合适的粒度组成。一般磁铁矿与赤铁矿精矿粉的粒度上限不超过0.2 mm，其中小于0.074 mm的粒级应不小于80%-90%,则就会使生球强度变差。国外球团厂则要求小于0. 044 mm粒级达60% - 80%，同时还要求微米级的颗粒占一定比例。 2．添加物的影响

在造球原料中加入亲水性好、黏结能力大的添加物可以改善矿物的成球性。造球中常常使用的添加剂有消石灰、膨润土、石灰石和佩利多等。

(1)消石灰。消石灰是生石灰消化后的产物，具有天然的胶结性，本身成球性指数大于0.8，属优等成球性物料；同时，它又是熔剂，所以配料时加入量较多。但是消石灰配比过多时，由于其堆积密度小，毛细水迁移速度缓慢，又会降低成球速度，并在生球表面产生棱角。生产中要求消石灰的粒度应小于1 mm。 (2)石灰石。石灰石也属于亲水性物质，但黏结力不如消石灰强。生产熔剂性球团矿时，石灰石与消石灰配合使用对造球更有利，不仅可以提高生球与干球的强度及稳定性，而且还起到熔剂的作用。石灰石的制备比消石灰简单可靠，但一定要细磨。

(3)膨润土（皂土）。膨润土是目前使用最广泛的优等成球性物料，属于效果极佳的优质添加剂，具有高黏结性、吸附性、分散性和膨胀性。配人适量的膨润土于造球精矿中，可显著改善其成球性，提高生球的强度，特别是提高生球干燥时的爆裂温度和成品球团矿的强度。

(4)氯化钙。氯化钙是氯化焙烧中的氯化剂和造球过程中的一种良好的黏结剂，氯化钙溶解在水中能提高水的表面张力。氯化钙的水溶液黏度比水大，并随溶液浓度增加而增加。添加氯化钙的物料，其分子水含量显著提高，从而提高了物料的成球性指数，有利于母球的形成与生球机械强度的提高。不过随着氯化钙加入量的增加，毛细水含量增大后，随后又降低，因而使用高浓度的氯化钙溶液(大于1000 g/L)造球时，毛细水的迁移速度将会显著减慢，不利于母球的长大。由于氯化钙是湿性很强的物质，在实践中难以磨碎，所以造球时往往以水溶液状态加入。

(5)佩利多。佩利多是一种高效无毒的高分子黏结剂。由纤维素制成，无毒而且不含对环境和冶炼有害的硫、磷杂质，lg佩利多可束缚4. 95g水，为膨润土的5-10倍（膨润土lg可束缚0. 66 -0. 91 g水）。所以它的黏结效果高于膨润土，可显著改善生球强度，如图10-11所示。若要生产质量相当的球团，佩利多的数量仅为膨润土的1/4。

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3．成品球尺寸的影响

成品球的尺寸在很大程度上决定了造球机的生产率和生球的质量。目前，在生产上制造9 -16mm的球团矿供高炉使用，制造粒度大于25 mm的球团矿供电炉炼钢使用。

由于不同尺寸的生球中各颗粒的结合力大致是相同的，因而较大生球的落下强度因其质量大比小生球的落下强度来得小些；相反，较大生球的抗压强度比较起来却高得多。因为生球的抗压强度与生球直径的平方成正比，生球的落下强度与生球直径的平方成反比。得到较大的生球需要较长的造球时间，因为生球的粒度愈小，生球的成形就愈快，因而制造粒度较大的球团矿会使造球机的生产率降低。 4．造球机工艺参数的影响

用于造球的设备主要是圆盘造球机和圆筒造球机，我国和西欧国家生产球团矿时常用的是圆盘造球机。

(1)造球机的转速。造球机的转速一般可用圆周速度来表示。当造球机直径与倾角一定时，转速只能在一定范围内变动。如果转速过低，产生的离心力小，物料就上升不到圆盘的顶点，造成母球形成空料区。同时由于母球上升的高度不够，积蓄的动能不足，生球密实不够，强度降低。如果转速过快，离心力过大，物料就会被甩到盘边，造成圆盘中心空料；不能按粒度分开，甚至停止母球的滚动成形过程。只有适宜的圆盘转速才能使物料沿造球机的工作面转动，并按粒度分开。造球机适宜的转速与圆盘倾角和物料性质等有关，一般以造球盘周边线速度计，保持在1.0 -2.0m/s，或以最佳转速为临界转速的60% -70%控制，而临界转速为：

n临=( 42. 3/Dl／2)( sina)1/2

式中D-圆盘直径，m； a-圆盘倾角。

若物料的摩擦角较大（如加入溶液造球时），则转速可取低值；若物料的摩擦角较小（如加入铁精矿或水泥生料造球时），转速可取高值。

(2)造球圆盘的倾角。圆盘造球机的周速与倾角有关，倾角愈大，为了使物料能上升到规定的高度，则要求较大的周速。若周速一定，造球机的最适宜的倾角值a适就一定。当a <“适时，物料的滚动性能恶化，盘内料全甩到盘边，造成了“盘心”空料，因而滚动成形条件恶化；当a > a适时，盘内料带不到母球形成区，造成圆盘有效工作面减小。圆盘造球机的倾角通常为45°-50°

(3)圆盘直径与边高。圆盘造球机的直径增大，加入盘中的物料增多，物料在盘内碰撞的几率就增大，有利于母球的形成、长大和生球的密实。圆盘的边高与其直径及物料的性质有关。随着造球机直径的增加，边高也相应增高，边高可按圆盘直径的0.1 -0.12倍考虑，而当造球机的直径与倾角都不变时，物料粒度粗，黏度小，则盘边应高一些；反之则应低一些。

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(4)充填率。充填率是指造球机的容积与圆盘几何容积之比，它与圆盘的边高和倾角有关。当给料量一定时，盘边高、倾角小，充填率就越大，成球时间越长，生球的尺寸与强度就越大。但充填率过大会破坏物料的运动性，母球不能按粒度分层，造球机生产率下降。一般圆盘造球机的充填率为10%--20%。

(5)底料与刮板的位置。造球机转动时，盘面上往往会黏附一层造球物料成为底料。粒度细、水分高的原料更易于黏结盘底。底料状态直接影响母球的生长情况，因为生球在底料上不断滚动时，会使底料压实和变得潮湿，从而使底料极易黏附于母球之上，最终影响母球的长大速度。同时随着底料的不断加厚，造球机负荷也逐渐增大，当底料增大到一定厚度时，发生大块脱落现象。为了使造球机能正常生产工作，必须在造球机工作面上形成松散且有一定厚度的底料，为此一般采用在圆盘内设置刮板来实现。合理的刮板布置，既要使整个盘面与周边都刮到、不重复，保证疏松底料并不堆积料，减少刮板对造球机的阻力与磨损，又要有利于最大限度地增加圆盘的有效工作面，不干扰母球的运动轨迹。因此，在母球长大区一般不设刮板，但当母球的形成速度大大超过母球的长大速度时，可在母球长大区设一辅助刮板，把较大的母球刮到长球区，使其加速长大，而让小母球与散料顺着辅助刮板所引导的方向在它下面继续通过。 5．造球操作的影响 造球操作的影响主要有：

(1)加料方法。因为形成母球所需的物料要比母球长大所需的少，所以加料时要遵循“既利于母球形成，又利于母球迅速长大和密实”的原则，即把大部分料加到母球长大区，少量加在母球形成区，生球密实区禁止加料。

一般造球机的下料是自圆盘给料机通过漏斗而成一股料流，下在圆盘造球机略偏左上侧处，这时大部分物料都流向造球机的左侧“成球区”及中心“长球区”上，而小部分原料由于造球机的转动被带到右侧“成球区”上，所以，基本上是符合上述原则的。但也存在一些问题，例如，物料成一股料流下降到盘上，不利于造球，有时由于水分过大，造球机转速太慢，常出现“成球区”物料过少而“长球区”物料过多的现象。另外，也有采用物料从圆盘两边同时给入或者以“面布料”方式加料的，母球长大得最快。我国的直径为5. 5m的圆盘造球机，采用轮式混合机给料，使物料能松散地以面布料方式布在造球机上，效果良好，就是一个实际的例子。这是因为在圆盘造球机中，物料是按粒度分布的，靠近圆盘边缘部分，原料分布最少，母球长大区的原料量不充足。因此在母球长大区，首先喷人雾状的水，帮助母球表面迅速被水润湿，然后补加原料，能够加速母球长大。但是，如果仅仅在母球长大区加水加料，而不在母球形成区加水加料，则可能导致母球数量减少。因此，需要采用面布料或两边同时布料。

(2)加水方法。用于造球的物料，其水分含量最好略低于生球的适宜水分，而

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在造球过程中补加适量的水。在这种情况下，加水常采用“滴水成球、雾水长大、无水密实”的操作方法，即将大部分补充水以滴状方式加在母球形成区的物料流上，有利于母球的形成，其余水分以喷雾状加在长大的母球表面上，促使母球迅速长大。而在生球密实区，已长大的生球在滚动与受搓压的过程中，毛细水从内部被挤出会使生球表面过湿，因此应禁止加水，以防生球黏结和强度降低。生产中应根据造球的需要，灵活控制合适的加水、加料方法，以提高生球的质量与造球机的生产率。

(3)造球时间。滚动成球所需的时间根据成品球的尺寸、原料成球的难易以及矿粉粒度的粗细而定。成品球尺寸要求大、原料成球性能差，则造球时间延长，反之应缩短造球时间。从实验可知，生球的抗压强度随造球时间的延长而提高，对于粒度愈细的物料，延长造球时间效果愈显著，如图10-13所示。落下强度同样随造球时间的延长而提高，如图10 -14所示。虽然造球时间延长有利于提高生球的强度，但对产量不利。造球机工艺参数等也对矿粉成球有着一定的影响 （六）生球的粒度要求及范围

国内生球的适宜粒度一般为8 - 16 mm，最佳粒度在10 - 12 mm;国外一般控制在9.5 -12.7 mm的范围内。生球粒度大，干燥时间长，影响生产率；粒度过小时，在链算机一回转窑球团中，就会在箅板上形成漏料，影响正常抽风操作。此外，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，落下强度就越低；但尺寸太小，抗压强度就变小，从而影响了链箅机的透气性。因此，合理的生球粒度既是提高造球产量的需要，也是提高生球强度的需要。

生球的粒度组成也是衡量生球质量的一项重要指标，合适的生球粒度会提高焙烧设备的生产能力和降低单位热耗。国外，使用计算机模型求出：10 mm直径球团的焙烧时间为最短，12 mm直径的球团所需冷却时间最短，11 mm直径的球团整个焙烧过程所需的时间最短。这是因为球团的氧化和固结时间与球团直径的平方成正比。但直径很小的球团会增加料层酌阻力，当压差不变时，气流量下降，所需的焙烧过程将延长。当球团直径较大时，比表面积下降，需要较长的焙烧周期。球团直径对焙烧单位热量的影响为：焙烧直径为8 mm球团需要的单位热耗约为1758 KJ/kg;焙烧16 mm直径的球团单位热耗增加到大约2345 KJ/kg。所以从生产能力方面面言，最佳的球团直径为1l mm，而从单位热能消耗方面来看，球团直径应尽可能小。

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坏后用熟球补充亏料部分，然后恢复正常生产。 4．结瘤处理

结瘤主要是由于操作不当引起湿球大量下行，热工制度失调等引起的。 征兆：下料不顺，严重时整个料面不下料，燃烧室压力升高，排出熔结大块多，而且料量偏少，油泵压力升高，甚至造成齿辊转不动。

处理方法：可减风、减煤气进行慢风操作，并减少生球料量。严格控制湿球下行，在炉算达到1/3干球后才排料，结瘤严重时，要停炉把料排空，把大块捅到齿辊上，人工或齿辊破碎，处理干净后再重新装炉恢复生产。 （四）竖炉开炉操作

竖炉新炉投产及大、中修后的操作都称为开炉操作。 1．开炉前的准备工作 开炉前的准备工作有：

(l)安装完工及大、中修后的设备必须先进行试车，并调整至正常。对新炉首次开炉，必须先进行全面单体试车，然后进行空载联动试车及带负荷联动试车。如圆盘给料机、混合机、润磨机、造球机、圆辊筛、布料机、鼓风机、皮带机等设备，都应负荷试车。特别是鼓风机的试车时间不得少于24 h。 (2)检查生产所需要的原料、添加料、燃料的准备和供应情况。

(3)检查供电、供水和供气计量仪表、通信、照明以及给排水、蒸汽管道阀门等设施是否正常，并进行有关设备的单体试车和联合试车。 2．烘炉

烘炉前应绘制烘炉曲线和制定正确的烘炉方案。烘炉曲线与耐火材料的性能、炉衬砌筑质量、施工方法和施工季节有关。烘炉过程应严格按烘炉曲线进行，一般可分为3个 阶段：

(1)低温阶段。烘烤温度从常温到420℃，主要是蒸发竖炉砌砖中的物理水，升温要求缓慢(10℃/h)，以防止升温过快而造成耐火砖及砖缝开裂，并在420℃需要一定的保温时间，这个阶段一般用木柴烘炉。方法是：用木柴填满两燃烧室，但不得堵塞烧嘴、人孔和火道，并在点火人孔（或烧嘴）周围放上带有柴油的破布及棉纱以便点火。当事先填好的木柴烧完后，还未达到所需的温度和烘炉时间，可以从燃烧室的人孑L继续添加木柴。烘炉一次用6-8t木柴，柴油或煤油25 kg，棉纱若干。 (2)中温阶段。烘烤温度在420 - 820℃。升温到600℃需要保温一段时间(一般为8 ~l0 h)．这时主要是脱除砌体耐火泥浆生料粉中的结晶水。820℃是砌砖体泥浆发生相变（晶体重新排列）的温度，使其强度提高，因此也需要一定的保温时间，约为10 h。中温阶段升温速度可稍快(10 - 25℃/h)，这个阶段一般用高炉低压煤气或高炉一焦炉混合煤气烘炉。方法是：引煤气前必须先封闭燃烧室人孔，开启竖炉除尘风机、关闭竖炉烟罩门和顶盖。

同时用蒸汽吹扫各煤气管道，依次打开各烧嘴阀门并点火。先打开烧嘴窥孔自然通风，必要时开启助燃风机，温度高低用煤气量和助燃风量的大小来控制。 (3)高温阶段。烘炉温度在820 - 1040℃。主要是加热砖体的温度达到均匀，也需要一定的保温时间，一般为8h，这个阶段用高压煤气烘炉。温度再往上升，其升温速度可加快(50℃/h)，直到达到生产所需要的温度（约1100℃）。方法是：不停放风，直接开启加压机送高压煤气。 3．竖炉引煤气操作

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通常竖炉开炉或生产前，必须先把煤气从加压站或煤气混合站引到竖炉前，以便点火。不论引高压煤气或低压煤气，都可按下述步骤进行操作。 引煤气前的准备：

(1)引煤气前应先与加压站取得联系，经同意后，方可做引煤气操作。 (2)检查竖炉煤气总管和助燃风总管阀门是杏关闭。 (3)检查竖炉燃烧室烧嘴阀门是否关闭。

(4)打开煤气总管一个或煤气支管两个放散阀。 (5)通知开启竖炉除尘风机。

(6)通知开启助燃风机和冷却风机，并放风（烘炉时除外）。 引煤气的步骤：

(1)通知煤气加压站，用蒸汽吹洗煤气总管，同时负责用蒸汽吹洗煤气支管。 (2)见煤气总管放散阀冒蒸汽10 min后，通知加压站送煤气，稍后关闭煤气总管蒸汽。

(3)见煤气总管放散阀冒蒸汽5 min后，开启煤气总管闸阀或蝶阀，关闭煤气总管放散阀，关闭煤气支管的蒸汽阀。 (4)通知烘干机及竖炉使用煤气。 4．竖炉点火操作

煤气点火时应注意的事项：

(1)如果使用高炉与焦炉混合煤气，应先做爆炸试验，经合格才能点火，以确保安全。

(2)煤气点火时，燃烧室必须保持一定的温度，如高炉煤气应大于700℃(高压需大于800℃)；高炉与焦炉混合煤气应大于600℃（高压需大于750℃），才能直接点火。否则燃烧室内必须要有明火方能用煤气点火。

(3)点火时烧嘴前的煤气和助燃风应保持一定的压力。一般煤气压力在4000 Pa左右；助燃风在2000 Pa左右，待煤气点燃后逐渐加大煤气和助燃风的压力。严禁突然送人高压煤气和助燃风点火，防止把火吹灭，引起再次点火时而造成煤气爆炸。

(4)使用低压煤气点火时，煤气压力低于2000 Pa应停止点火；生产时煤气压力低于6000 Pa也应该停止燃烧。 点火操作步骤：

(1)见煤气支管放散阀冒煤气5 min后，开启助燃风总管闸阀或蝶阀。

(2)开启两燃烧室烧嘴阀门进行点火。点火时，应先略开烧嘴助燃风阀门，然后慢慢开启烧嘴煤气控制阀门，并同时加开助燃风阀门。 (3)符燃烧室煤气点燃后（在烧嘴窥视孑L中观察），关闭煤气支管放散阀和助燃风放风阀。

(4)调节两燃烧室的煤气量和助燃风量，使其室温基本相同。 (5)开启冷却风总管蝶阀或闸阀，并关闭冷却风机放风阀。 (6)通知布料工加生球和排矿（烘炉时除外）。 5．开炉操作

开炉操作包括： (1)装开炉料：

1)装开炉填充料前，必须先封闭竖炉人孔和铺好干燥床箅条。

2)通知布料工开启布料机，布料机行走开关可打到自动位置进行均匀装炉，避免形成 固定下料点。开炉料通常采用成品球团矿，也可采用粒度均匀的烧结矿

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或生矿石，但不论用哪种开炉料，都必须严格筛分干净，且要求水分含量低，以确保开炉顺利。

3)如果烘炉尚未结束，开炉料可先装到火道口以下；如果烘炉已结束，可把开炉料直接装到炉口。

4)装火道口以上的炉料时，燃烧室应停煤气灭火。 (2)活动料柱：

1)先开竖炉两端齿辊活动料柱和进行排料，一边观察干燥床料面下料情况，一边继续用开炉料补充。

2)及时调整料面的下料情况，直到使干燥床整个料面下料基本一致后，可停止加开炉料。

3)引高压煤气点火，使燃烧室继续升温到生产所需的温度，以便加热开炉料、提高干燥床温度，此时冷却风需暂时关闭。

4)引高压煤气点火后进行倒料操作，即一边加开炉料，一边排矿，这样既可以用热料来烘烤炉体砌砖，还可以使炉内料柱处于不间断的动态之中。 (3)首次开炉：

1)当烘床温度上升到300℃左右时，停止倒料操作。开启造球机加入第一批生球。

2)当烘床加满第一批生球后，就停止布料和造球。 3)待烘床下的生球干燥后，就可排料。

4)当烘床上排下1/3生球后，停止排料，并再加一批生球等待干燥。就这样烘床上干燥一批生球，排一批料，再加一批生球进行干燥后，再排一次料如此往复，直至烘床温度上升到正常温度（600℃左右）时，可连续往炉内加生球与排料。 5)当热球下到冷却带时，即可开启冷却风机适当送冷却风，随冷却带温度达到500 -700℃时，冷却风量达到正常。

6竖炉刚开炉时，因整个炉子尚未热透，焙烧温度低，风量较小，要适当控制生球的布料量，以保证成品球质量和开炉顺利，这种情况需持续1-2天，待竖炉内已形成合理的焙烧制度后，就可转入正常作业。 （五）竖炉停炉操作

根据停炉的情况不同，具体操作可分为：临时停炉（或称放风灭火操作）、检修停炉和紧急停炉操作。 1．临时停炉操作

在竖炉生产过程中，某一设备发坐故障或其他原因不能维持正常生产时，需做短时间(<2h)的灭火处理，或称为放风灭火操作。具体步骤为： (1)通知造球岗位停止给料，布料工停止加生球和排矿。

(2)通知风机房关小冷却风机进风蝶阀或闸阀，并打开放风，关闭冷却风总管蝶阀。

(3)通知煤气加压站下调煤气压力。

(4)在煤气降压的同时通知助燃风机放风，并关小助燃风机进风阀。 (5)同时立即打开煤气总管放散阀。 (6)关闭煤气和助燃风总管的放散阀。

(7)关闭燃烧室烧嘴阀门，同时打开煤气支管放散阀，然后通入蒸汽。 2．检修停炉操作

当燃烧室灭火时间超过2 h以上或停炉检修时，必须做停炉操作。停炉操作除先做放风灭火操作外，还应进行如下操作：

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(1)通知风机房停助燃风机和冷却风机。

(2)通知煤气加压站停加压机，并切断煤气，用蒸汽吹洗煤气总管。

(3)当竖炉需要排完全部炉料时，可继续间断排料，直到炉料全部排空。 3．紧急停炉操作 在遇到突然停电、停水、停煤气、停助燃风和冷却风时，应做好紧急停炉操作，其步骤如下：

(1)首先应立即打开煤气总管放散阀、助燃风机和冷却风机放散阀。

(2)立即关闭煤气总管、助燃风机总管的闸阀和蝶阀，切断通往燃烧室的煤气和助燃风。

(3)立即关闭冷却风总管的蝶阀。

(4)立即关闭燃烧室烧嘴的全部阀门。 (5)打开煤气支管放散阀，并通人蒸汽。

(6)未尽事项可按放风灭火和停炉操作处理。 三、相关知识 （一）竖炉 1．竖炉结构

竖炉大体有两种炉型，一种是高炉身型内冷式竖炉（见图11-3），另一种是中等炉身型外冷式竖炉。

高炉身型内冷式竖炉的冷却和焙烧在同一炉身内完成，燃烧室布置在矩形焙烧室两侧，利用两侧喷火孔对吹容易将炉料中心吹透。此外，炉身高，冷却带相应加长，有利于球团矿冷却，但排矿温度仍在427—540℃，需要炉外喷水冷却，髟响成品球质量。高炉身型内冷式竖炉单产量高，得到广泛的应用。 中等炉身型外冷式竖炉的焙烧在炉身内进行，焙烧后的球团矿在竖炉外的冷却器中进行冷却并有余热利用系统，使竖炉的热量得到较好的利用，成品球也得到较好的冷却，排矿温度可控制在100℃以下。但这种竖炉结构复杂，单位产品的投资和动力消耗略有增加。

我国竖炉是按高炉身内冷式设计的。为了解决竖炉高炉身气流分不均，中心气流不足，形成中心死料柱，从而导致中心部分球团烧不透，强度差和排出的球团温度过高，无法采用胶带机运输等问题，采用中心设导风墙和炉口安装烘干床的办法。

导风墙安置于竖炉中心，由两排水冷托梁和砌立于托梁上带通风孔的空心墙组成。两排托梁由6-8根厚壁无缝钢管组成，管内通水冷却。空心墙一般用高铝砖砌成。通风孔的面积由冷却风流量和导风墙内的气流速度确定。导风墙下口位于喷火口下1.6～3.1m处，上口直至烘干床下部。

炉口烘干床。烘干床设置于炉口布料皮带下，用耐热铸铁做成箅条，人字形架设在水冷钢梁上。炉箅水梁一般用5根厚壁无缝钢管架设，用以支托干燥箅子，管内同水冷却。干燥箅条采用硅耐热铁或高骆铸铁铸造成箅条式或者百叶窗式，箅条间隙为5~8 mm，床面倾角为45°~50°。

导风墙和烘床的应用使8 m2：竖炉焙烧球团矿的 日产量从300t左右提高到800t以上。炉内的温度控制状况大为改善，使干燥、预热、焙烧、均热和冷却各 炉口烘干床带分明，球团焙烧质量优良且冷却效果好竖炉的规格以炉口横断面积表示，我国目前已投产的竖炉有8 m2、10 m2、16 m2相24 m2四种规格。为了有利于生球和焙烧气流的均匀分布，矩形断面的长宽比较大，以限制其宽度。对于8m2的竖炉，一般宽度不超过1. 8m。从炉口料面到排矿口的距离多为12～13 m。

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2．竖炉工作原理

球团竖炉是一种按逆流原则工作的热交换设备。其特点是生产时生球由皮带布料机均匀地从炉口装入炉内，生球以均匀的速度连续下降。用煤气或重油作燃料，在燃烧室内充分燃烧。温度达到1150 - 1250℃的热气体从喷火口进入炉内，自下而上与生球进行热交换。

生球经过干燥和预热后进入焙烧区，球团矿在高温焙烧区进行固结反应，通过焙烧区再进入炉子下部的冷却区，焙烧后的热球团矿与下部鼓入的上升冷空气进行热交换而被冷却，最后从炉底排出。卸料辊可以将黏结成大块的球团矿破碎。通过燃烧室进入的空气量约为焙烧 所需全部空气量的35%，其余的空气从下部鼓入，使球团冷却的同时空气被加热到高温，进入焙烧区域。 （二）布料

我国竖炉采用炉口烘干床后，布料方式为特有的“直线布料”，简称为线布料或梭式布料。优点是布料车行走路线与布料路线平行，原来是大车和小车组成的可做纵横向往复移动的梭式布科机，现在只做往复直线移动的带小车布料机，可大大简化布料设备，提高设备的作业率，缩短布料时间。

生球布于箅条上，厚150 - 200 mm，生球沿箅条床面向下移动的过程中，被从下面上升的550~ 570℃的热废气烘干，时间为5-6 min，水分从8.5%下降到1.5%，提高了生球的抗压强度和破裂温度，废气温度下降至110℃，大大提高了热量利用率。另外，生球从烘干床箅条下端和炉墙之间的缝隙进入炉内时产生自然偏析作用，大颗粒球团滚到炉子中心，进一步改善了中心料柱的透气性。 （三）生球的干燥

生球干燥是生球加热过程的开始环节，其作用在于降低生球中的水分，以免它在高温焙烧时加热过急、水分蒸发过快而破裂、粉化、恶化料层的透气性，影响球团矿的质量。因为未经干燥的生球，特别是添加有亲水性黏结剂的生球，通常含有较多的水分，这就使得它们在受到挤压时，一方面易产生塑性变形与裂纹，另一方面在高温焙烧时会由于水分猛烈蒸发而导致生球产生裂纹或爆裂。因此，球团在进入预热和焙烧阶段之前，必须经过干燥，以满足下步工艺的要求。 1．生球干燥机理

生球干燥过程是由表面汽化和内部扩散两个过程组成。这两个过程虽同时进行，但速度往往不尽一致，机理也不尽相同，而且原料性质和生球的物理结构不同，干燥过程也有差别。有些物料的水分表面汽化速度大于内部扩散速度，有些物料则正好相反。就同一种物料而言，在不同的干燥阶段，也有所变化，在某一时期，内部扩散速度大于表面汽化速度，而另一时期，则内部扩散速度小于表面汽化速度。显然，速度较慢的控制着干燥过程。

表面汽化控制是指干燥过程中在物体表面水分蒸发的同时，内部的水分能迅速地扩散到表面，使表面保持潮湿，因此，水分的除去决定于物体表面上水分的汽化速度。在这种情况下，蒸发袁面水分所需要的热能，须由干燥介质透过物体表面上的气体边界层而达到物体表面，被蒸发的水分也将透过此边界层扩散而达到干燥介质的主体，主要物体的表面保持足够的潮湿，物体表面的温度就可取为热气体的湿球温度。因此，干燥介质与物体表面间温度差为一定值，其蒸发速度可按一般水面汽化计算。所以此类干燥作用的进行，完全由于燥介质的状态决定，与物料的性质无关。

所谓内部扩散控制，是指干燥时，物料内部扩散速度较表面汽化速度小，当

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表面水分蒸发后，因受扩散速度的限制，水分不能及时扩散到表面，因此，表面出现干壳，蒸发面向内部移动，干燥的进行较表面汽化控制时更为复杂，欲改进干燥的状况，需改进影响内部扩散的因素。此时，干燥介质已不是干燥过程的决定因素。当生球的干燥过程为内部扩散控制时，必须设法增加内部的扩散速度，或降低表面的汽化速度，否则，将导致生球表面干燥而内部潮湿，最终使表面干燥收缩而产生裂纹。

2．影响生球干燥速度的因素

生球在干燥过程中可能产生低温表面干裂和高温爆裂，因此生球干燥必须以不发生破裂为前提，其干燥速度与干燥所需时间取决于下列因素：

(1)干燥介质的状态。干燥介质的状态指干燥气流的温度、流速与湿度。干燥介质昀温度越高，生球水分的蒸发量就越大，干燥速度也越快，干燥时间相应缩短。但干燥介质的温度需受生球破裂温度的限制，应控制在生球的破裂温度之下，否则随着介质温度的不断提高，将会使生球表层与中心不均匀收缩加剧，导致裂纹的产生，更有甚者会因剧烈汽化，中心水分来不及排除而爆裂。

干燥介质的流速越快，生球表面汽化的水蒸气散发越快，可促进生球表面水分的快速蒸发。与温度的影响相似，干燥介质流速也受球破裂温度的制约，通常情况下，流速大时，应适当降低干燥温度，对于热稳定性差的生球干燥时，往往采用低温大风量的干燥制度。

干燥介质的湿度越低，生球表面与介质中蒸汽压力差值就越大，有利于水分的蒸发，但有些导湿性很差的物质，为了避免形成干燥外壳，往往采用含有一定湿度的介质进行干燥，以防裂纹的产生。

2)生球的性质。生球本身的性质包括生球的初始湿度与粒度等。生球的初始湿度高，破裂温度就低。因为生球初始水分高时，干燥初期由于生球内外湿度相差大会造成严重的不均匀收缩，使球团产生裂纹；在干燥后期，当蒸发面移向内部后，由于内部水分的蒸发而产生的过剩蒸气压就会使生球发生爆裂，而爆裂温度的降低必然限制生球的干燥速度，延长干燥时间。一般，亲水性强的褐铁矿所制得的生球，其爆裂温度比赤铁矿与磁铁矿要低。

生球粒度小时，由于具有较大的比表面积，蒸发面积大、内部水分的扩散距离短、阻力小、干燥速度快，可承受较高的干燥温度。生球粒度过大会影响干燥速度，对干燥不利。

(3)球层高度。增加球层高度将延长干燥时间，降低干燥速度。因为球层越厚，干燥介质中的水蒸气在下部料层凝结的情况就越严重，底层生球的水分含量将升高，因而降低了底层生球的破裂温度。

3．生球干燥过程中产生破裂的原因及提高生球破裂温度的途径 生球的干燥破裂是强化生球干燥的限制性环节．干燥过程中在400 - 600℃之间有可能发生生球的爆裂。产生爆裂的原因可能有两个：一是生球在干燥中发生体积收缩，由于物料特性和干燥制度的不同，生球表面产生湿度差，表面湿度小收缩大，中心湿度大收缩小，这种不均匀收缩会产生应力，干燥时一般是表面收缩大于平均收缩，表面受拉和受剪，一旦生球表层所受的拉应力或剪应力超过生球表层的极限抗拉、抗剪强度，生球便开裂。二是表面干燥后结成硬壳，当生球中心温度提高后，水分迅速汽化，形成很高的蒸气压，当蒸气压超过表层硬壳所能承受的压力时，生球便爆裂。如果生球在干燥时期开裂，则焙烧后的球团矿强度至少降低1/5~1/3。因此，提高生球的热稳定性是球团生产中必须解决的问题，实际生产过程中可采取以下措施来强化干燥过程：

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(1)逐步提高干燥介质的温度与流速。生球在干燥初期，应先在较低的温度与流速下进行干燥，随着水分的不断减少，生球破裂温度相应提高，可逐步提高干燥介质与流速，以加强干燥过程，改善干燥质量。所以干燥前段应实行慢升温、低风速；而干燥后期应采用大风、高温操作。

(2)采取先鼓风再抽风的方法进行干燥作业。当采用带式焙烧机或链算机进行干燥时，可采用鼓风和抽风相结合的方法．先鼓风干燥，使下层的生球蒸发掉一部分水分，生球的温度提高到露点以上，再向下抽风，可减少与避免下部球层的过湿现象，从而提高生球的热稳定性。

(3)采用薄层干燥。适当减薄球层的厚度，可以减少蒸汽在球层下部冷凝的程度，提高生球的破裂温度，但这样做会降低产量。

(4)造球时加入合适的添加剂。实践证明，加入能使成球性指数提高到0.7左右的适量添加剂可以提高生球的破裂温度，获得良好的干燥效果。因为当成球性指数K=O.7时，生球的破裂温度最高，而K大于或小于0.7时，都要降低生球的热稳定性。比如，在加入0.5%的膨润土后，生球的破裂温度可由175℃提高到450—500℃，而加入1%的膨润土和8%的石灰后，生球的破裂温度可提高到700℃左右。这就可能在干燥时采用温度较高的干燥介质来加速干燥过程。

添加膨润土的生球干燥行为受膨润土性质的影响。干燥初期，其干燥速度较之其他(如添加消石灰）生球干燥时慢，尤其在低温干燥阶段。这是由于生球表面除含毛细水外，膨润土晶层中还含有大量的分子结合水，其蒸气压较自由水低，使得表面汽化速度降低。当表面水分汽化后，内部水分通过毛细管扩散至表面，一部分又进入表面膨润土的晶层中，成为层间水，由于它与水的特殊亲和力，因此，只要晶体结构不破坏，内部毛细水容易沿毛细管扩散到表面的晶层中。所以，干燥外壳形成比较慢，大量毛细水在表面蒸发，不易造成内部过剩的蒸气压，所以使爆裂温度提高。 （四）球团的预热

生球干燥后继续加热即进入预热阶段。预热阶段的温度范围是300 - 1000℃，如果没有这个逐步的升温过程，许多球团的强度将会由于热效应或某种激烈的物理化学反应而遭到破坏。除此以外，预热还有以下作用：

(1)对于磁铁矿而言，预热段是磁铁矿氧化为赤铁矿的最重要阶段，这个氧化过程与球团的最终强度直接相关。由于900 - 1100℃是磁铁矿氧化反应最激烈的阶段，因此预热氧化是否充分对磁铁矿球团的固结和最终强度有重要影响。 (2)链箅机一回转窑球团的预热过程是在链算机上进行的，进入回转窑之前的预热强度对回转窑的正常生产有很大影响，很低的预热强度会增加带入回转窑的粉料数量，以致产生结圈等一系列问题，因此需要尽可能提高预热球的强度。 (3)对于一些含有碳酸盐、云母类矿物和含有较多化合水的矿石来说，预热过程要发生碳酸盐分解、化合水的脱除和某些矿物结构及相的变化，过高的预热温度与升温速度都会导致球团结构的破坏。

因此，不同阶段应根据需要制定相应的预热制度，选择合适的预热开始温度和升温速度（即预热段的长度与时间）。

1．磁铁矿球团的氧化过程磁铁矿的氧化从200℃开始至1000℃左右结束，经过一系列的变化最后完全氧化成Fe2 03，。根据已有的认识，一般认为磁铁矿球团的氧化反应过程由以下两个阶段组成。 第一阶段（温度为200 - 400℃）：

4Fe3 04+02=6y- Fe2 03

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在这一阶段，化学过程占优势，不发生晶型转变（都属立方晶系），只是由Fe3 04氧化生成了y - Fe2 03，即生成有磁性的赤铁矿。 第二阶段（温度大于400℃）：

y - Fe203=a- Fe203

由于Y- Fe：0，不是稳定相，在较高温度下晶体会重新排列，而且氧离子可能穿过表层直接扩散。这个阶段，晶型转变占优势，从立方晶系转变为斜方晶系，^y - Fe2 03转化成a-FeO，，磁性也随之消失。但是此阶段的温度范围和第一阶段的产物随磁铁矿的类型不同而不同。 2．磁铁矿氧化对球团强度的影响

磁铁矿球团在预热阶段氧化时质量增加，经过一段时间后达到恒重，而且在氧化过程中，随着温度的升高，抗压强度持续提高。这是因为磁铁矿球团在空气中焙烧时，在较低温度下，矿石颗粒和晶体的棱边、表面就已生成赤铁矿初晶，这些新生成的晶体活性较大，它们在相互接触的颗粒之间扩散，形成品桥键，促进球团强度提高。

磁铁矿球团氧化是从球表面开始的，最初表面氧化生成赤铁矿晶粒，而后形成双层结构，基本上是一个赤铁矿的外壳和磁铁矿核，氧穿透球的表层向内扩散，使内部进行氧化。氧化速度是随温度升高而增加的。在氧化时间相同的情况下，随着温度的升高，氧化度增加。但是为了保持球壳有适当的透气性，必须严格控制升温速度。若升温速度过快，在球团未完全氧化之前就发生再结晶，球壳变得致密，核心氧化速度将下降。并且温度高于900℃时，磁铁矿发生再结晶或形成液相，导致氧化速度进一步下降。为此必须有使球团完全氧化的最佳温度。 对采用微细粒磁铁矿制成的生球来说，加热速度过快时，外壳收缩严重，使孔隙封闭，一方面妨碍内层氧化，另一方面由于收缩应力的积累引起球表面形成小裂纹。这种小裂纹在焙烧过程中很难消除。

在焙烧的球团中．有时会出现同心裂纹，它是导致球团强度下降的主要原因。同心裂纹产生于已氧化的外壳和未氧化的磁铁矿之间。因为当氧化在已氧化的外壳和未氧化的磁铁矿间进行，并沿着同心圆向前推进时，如果温度过高，外壳致密，氧难以继续扩散进去，内部磁铁矿再结晶，渣相熔融收缩离开外壳，使两种不同的物质间形成同心裂纹。磁铁矿氧化属于放热反应，这一热源在预热和焙烧过程中应加以考虑与利用。 3．竖炉干燥预热

竖炉是按逆流工作原理操作的，因而生球的干燥和预热就可以利用上升的热废气在竖炉上部进行，而不必另设专门的干燥设备。要求在工艺上合理调整竖炉上部热废气的温度和流速，保证生球在不发生破裂的情况下，强化干燥过程。 竖炉采用炉口烘干床后，增加了烘干面积，热废气与湿生球热交换进行充分，提高了热效率。由于气流首先在烘床下的空间混合，均匀通过炉箅上球层，减少了过去靠炉墙处气流过大、温度过高所引起的生球破裂现象。经过烘干的生球，显著提高了抗压强度和破裂温度。生球烘干后呈散粒状，减少了生球在焙烧过程中的黏结现象，炉料顺行，从而提高了成品球团矿强度和脱硫效率。 （五）球团的焙烧固结

经过干燥的生球，强度虽有一定程度的提高，但仍难以满足高炉冶炼的要求，必须对其进行焙烧固结作业。生球的焙烧固结是球团生产过程中最为复杂的一道工序，对球团矿生产起着很重要的作用。生球通过在低于混合物熔点的温度下进行高温焙烧可使其发生收缩并致密化，从而具有足够的机械强度和良好的冶金性

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能。

球团在高温焙烧时会发生复杂的物理化学变化，如碳酸盐、硫化物、氧化物等的分解、氧化和矿化作用，矿物的软化、液相的产生等。这些变化过程与球团本身的性质、加热介质特性、热交换强度以及控制升温速度有关。 1．球团固结机理

一般认为，生球焙烧时可能发生的下述过程，都将引起球团矿的固结反应：磁铁矿氧化成Fe2O3，及磁铁矿氧化所得的Fe2 03，晶粒的再结晶；磁铁矿晶粒的再结晶；赤铁矿中Fe2 03，的再结晶；黏结液相的形成及原子的扩散过程等。球团在焙烧时，随生球的矿物组成与焙烧制度的不同将有不同的固结方式。具体介绍如下：

(1)磁铁矿球团的焙烧固结方式。磁铁矿是生产球团矿的主要原料，在不同的气氛下进行焙烧时，可能有以下四种固结方式： 1) Fe203，微晶键连接（晶桥连接）。磁铁矿球团在氧化气氛中焙烧时，当温度加热到200-300℃时，氧化首先在磁铁矿颗粒表面与裂缝中进行，随着温度的升高，氧化过程加速，逐渐由表面向内部发展，生成Fe2 03，微晶，由于新生成微晶中的原子具有很高的迁移能力，加速了微晶的生长，随着各个磁铁矿颗粒接触点处微晶的长大，在颗粒之间形成了“连接桥”，又称为Fe203，微晶键连接，这种固结形式使球团矿的强度有一定程度的提高。但在900℃以下的温度下焙烧时，Fe2 03微晶长大非常有限，所以单靠这种固结形式，球团矿的强度还不能满足高炉冶炼的需要。比如，直径为15 mm的生球，在900℃下焙烧，其单球抗压强度仅为150—300N。

2) Fe2 03，的再结晶长大连接。它是铁精矿氧化球团固相固结的主要形式，一般认为是Fe2O3。微晶键连接固结反应的继续与发展。当磁铁矿球团在氧化气氛中继续加热到900 - 1100℃以上时，绝大部分的Fe3 04。就会氧化为Fe203，这个反应是放热反应，可以提高球团内部的温度，使得氧化生成的Fe2 03微晶的活性更高，并发生结晶长大，从而成为互相紧密连接成一片的赤铁矿晶体，如图11-6(b)所示，球团的强度大大提高。例如，将直径为25 mm的生球在1200 - 1300℃下焙烧20 min后，其单球抗压强度达到1250 -1550℃以上，但当温度达到1300℃以上时，Fe2O3将发生分解，会降低第二种连接方式所具有的强度。

3) Fe3 04。的再结晶与晶粒长大。在中性或还原性气氛中焙烧磁铁矿球团时，温度达到900℃后，磁铁矿晶粒也将开始发生再结晶，通过晶粒扩散产生Fe3 04微晶键连接，随着温度的升高，Fe3 04。继续发生再结晶与晶粒长大，使球内磁铁矿颗粒结合成一个整体.

由于Fe3 04。的再结晶速度比Fe2 03，要慢，因此以这种方式固结的球团矿强度要比第二种低，它不是所需要的理想固结方式。在实际生产中，应采用适当的焙烧制度，尽量避免形成还原性或中性气氛，以保证Fe304的充分氧化和Fe203的再结晶长大。

4)液相固结。当用含较高Si02的磁铁精矿粉生产酸性球团矿时，如果在1100 -1200℃的中性或弱还原性气氛中焙烧，由于Fe3 04未氧化，它可与Si02作用生成低熔点的Fe2Si04液相，Fe2 Si04又与Si02及Fe0作用，生成熔点更低的固溶体，它们在焙烧时熔化为 Fe0 - Si02液相体系，冷却时以液相固结方式把生球中的矿粒黏结起来。生成的反应方程式 如下：

2Fe304 +3Si02 +2℃O===3Fe2Si04 +2℃02

40

2Fe0+ Si02- Fe2Si04

当用含较高Si02的磁铁精矿粉生产酸性球团矿时，如果在1300℃以上的氧化气氛中进行焙烧，由Fe3 04氧化生成的Fe2 03也会部分发生分解形成Fe3 04而与Si02作用生成Fe2Si04液相连接。Fe2Si04在高炉中属于难还原的物质而且在冷却过程中难结晶’常形成强度不高的玻璃质，因此Fe2Si04液相固结不是良好的固结方式。

当用磁铁精矿粉生产熔剂性球团矿时，如果在1100~1300℃的强氧化性气氛下进行焙烧，由于加入了一定数量的Ca0，则生成铁酸钙体系的液相a这种液相生成速度快'熔点低，其熔化温度为1205 -1226℃，还原性与强度都较好。

若在局部还原性或中性气氛下焙烧，则可能出现钙铁橄榄石液相，其熔化温度与上述相近。

若用高Si02精矿粉生产熔剂性球团矿，并在中性或弱氧化性气氛条件下焙烧，在温度达到1300 – 1500℃时，还可能出现硅酸钙液相体系的化合物或共熔体。 由此可见，随着原料条件和焙烧条件的不同，将产生几种不同的液相体系'这些液相少量存在时，可将固体矿粉颗粒润湿，并在表面张力作用下将其拉近，结果使球团孔隙度减小’体积收缩，结构致密化；同时由于液相的存在，可加快微晶的长大速度，提高球团矿的强度'因而液相对球团矿的固结是有利的，这种靠液相冷凝时将生球中各矿粒黏结起来的形式又称为渣键连接，如图11-6(d)所示。但必须指出的是，如果过早出现液相会使磁铁矿氧化 不完全，而液相的数量过多时又会阻碍氧化铁颗粒直接接触，从而影响再结晶；液相过多'还会产生大气孔，并由于某些液相结晶能力弱，形成玻璃质，使结构变脆，降低球团矿的强度与还原性。生产中尤其应避免出现过多的硅酸铁和硅酸钙液相。

(2)赤铁矿球团的焙烧固结方式。赤铁矿用于生产球团矿的时间比磁铁矿晚，也不如磁铁矿广泛，因而对其固结机理的研究也没有磁铁矿深入。总的看来，赤铁矿在焙烧固结中的变化较简单，但比磁铁矿球团的固结更困难。 赤铁矿球团的固结一般认为有三种方式：

1) Fe203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’。有人曾用含Fe203 99.7%的赤铁矿球团进行试验，在氧化气氛中焙烧时发现，赤铁矿颗粒焙烧至 1270℃，强度几乎与生球一样，但当温度升至1290℃并保持一定时间时，其抗压强度由单球2. 94 N激增至49. 3N，这表明赤铁矿在此温度下才发生再结晶长大固结。因此在工业生产中赤铁矿球团的焙烧温度都控制在1300℃左右。 2) Fe304。再结晶。在还原性气氛中焙烧赤铁矿生球时，Fe2O3，将还原成Fe304。和Fe0，加热到900℃后，产生Fe304再结晶使球团固结。

3)液相固结。当生球中含有一定数量的Si02时，在中性和还原性气氛中焙烧，温度达到900℃以上后，可能出现Fe2 Si0。液相产物。若用赤铁矿粉生产熔剂性球团矿时，氧化气氛下，当焙烧温度达到600℃以后，就有铁酸钙等低熔点固相产物生成，温度升高到1200℃左右时，这些低熔点物质相继熔化，使矿粉颗粒润湿，在球团冷却时将其固结起来。

在不同的原料和焙烧条件下，球团矿的这些固结形式可能会有几种同时发生，但将以一种固结方式为主。就球团矿的质量而言，以磁铁矿氧化后生成Fe2 03

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