鐵礦石球團法 (pelletizing of iron ores)鐵礦石造塊方法之一。將各種鐵精礦或磨細的天然礦配以水和球團黏結劑做成生球，再經高溫或低溫焙燒製成球團礦。球團礦具有含鐵品位高、粒度均勻、還原性能好、機械強度高、耐貯存等特性。
基本介紹
- 中文名：鐵礦石球團法
- 外文名：pelletizing of iron ores
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 範圍：能源
- 釋義：鐵礦石造塊方法之一
簡介,簡史,球團礦固結機理,工藝流程,配料,混合,造球,布料,焙燒,工藝方法,
簡介
鐵礦石球團法 (pelletizing of iron ores)鐵礦石造塊方法之一。將各種鐵精礦或磨細的天然礦配以水和球團黏結劑做成生球，再經高溫或低溫焙燒製成球團礦。球團礦具有含鐵品位高、粒度均勻、還原性能好、機械強度高、耐貯存等特性。
簡史
1912年瑞典人安德森(A.G.Anderson)開始研究利用鐵精礦生產球團礦的方法，並取得了專利。1913年布萊克爾斯貝爾格(C.A.Brackelsberg)取得了德國專利。他提出將粉礦加水或黏結劑混合，造球，然後在一定溫度下焙燒固結，並於1926年在克虜伯公司萊茵豪森鋼鐵廠建造了一座日產能力為120t的球團試驗廠。第二次世界大戰期間，美國由於富礦儲量幾近枯竭，遂開始開發密薩比(Mesabi)礦區。該礦區的礦系貧鐵礦，含鐵量只有30%，即常說的鐵燧岩。這種鐵燧岩質地堅硬，且嵌布粒度很細，通過細磨精選，獲得了小於0.044mm(325目)粒級在85%以上的鐵精礦。此種細精礦，由於降低了燒結混合料的透氣性，不能進行燒結。1943年明尼蘇達大學礦山實驗站開展了鐵燧岩精礦球團工藝的研究，並在1944年發表了第一批研究結果。瑞典鋼鐵研究院於1946年成立了一個套用鐵精礦的委員會，建立了數座小型工業性球團廠，這些廠所生產的球團礦是專門供給威伯格(Wiberg)法直接還原用的。美國於1948年進行了年產20萬t的工業試驗，獲得了成功。並於1955年在里塞夫礦山公司建成了一座大型帶式機焙燒球團廠，在伊利礦山公司建成了一座大型豎爐焙燒球團廠，合計年產球團礦能力1200萬t。由於球團礦工藝特別適用於細精礦，且球團礦的質量好，從60年代後，球團礦的生產，得到了迅速發展。
中國球團礦的試驗研究工作，開始於20世紀50年代初。最初鞍山鋼鐵公司和本溪鋼鐵公司在鐵精礦中配入2%～3%的消石灰作為黏結劑，加入一定數量的水分，經混合、壓塊，送入隧道窯中焙燒，得到方團礦。1958年鞍山鋼鐵公司通過試驗，將方團礦改造為隧道窯焙燒球團礦，以後本溪鋼鐵公司、包頭鋼鐵公司也相繼建成了隧道窯，生產球團礦。1968年濟南鋼鐵廠和杭州鋼鐵廠，建成了具有中國特色的，設有乾燥床和導風牆的8m。豎爐，生產球團礦。從此在中、小企業豎爐焙燒球團法有了較大發展。1970年武漢鋼鐵公司建成了兩台135m。的帶式球團焙燒機。後因工藝及材質不合理而停止生產。1973年和1989年包頭鋼鐵公司和鞍山鋼鐵公司先後建成162m2及321.6m2帶式球團焙燒機。1982年承德鋼鐵廠建成了一台內徑為3m、長30m、年產球團礦20萬t的鏈算機--迴轉窯。從此，三種主要生產球團礦的設備，在中國都有了較大的發展。1990年中國球團礦的產量已占高爐入爐原料的6%以上。
隨著鋼鐵工業的發展，細精礦的產量顯著增加，而球團法可將細精礦或細粒粉礦造成粒度均勻、產量高、強度好的人造富礦，直接入爐；通過氧化焙燒，可將H2O、CO2 、S等揮發脫除，減少有害元素對高爐生產的影響；此外，球團法可加入各種不同的添加劑，改變球團礦的礦物組成。所以從1960年以來球團礦的產量一直保持上升趨勢。球團礦在高爐爐料中的比例，也逐漸增加。
球團礦固結機理
在300～800℃的溫度下，磁鐵礦被氧化，生成Fe2O3微晶。新生成的Fe2O3微晶具有高度的遷移能力，促使微晶長大形成連線橋(又稱Fe2O3微晶鍵)，將生球中各顆粒互相粘結起來。但這種微晶的長大非常有限，所以此時球團強度不高，只有當生球在強氧化性氣氛中，加熱到1000～1300℃時，Fe2O3的微晶才能夠再結晶，長成相互緊密連成一片的赤鐵礦晶體，這時球團強度達到最高；若加熱溫度高於1300℃時，則由於下列反應，而使顆粒之間的固結作用減弱，球團礦強度下降。
所以，磁鐵礦球團在強氧化性氣氛及1100～1300℃的焙燒溫度下，其顆粒之間形成晶橋，微晶長大，以及發生再結晶，是球團礦固結的基本形式。但在焙燒過程中，精礦中的脈石礦物以及配加的各種添加劑(如皂土、硝石灰、白雲石等)，有的熔化成液態渣相，有的與鐵礦物反應形成矽酸鹽、鐵酸鈣等低熔點的礦物，這些渣相均有助於球團礦的固結。
在赤鐵礦球團焙燒過程中，球團礦的強度也是通過晶粒長大和再結晶來提高的。但這是一個比較困難的過程。晶體的長大只有在1200℃以上時才能觀測到。在此溫度下，礦石顆粒及球團結構，都一直保持其原有形態。各顆粒雖彼此靠近，但無任何連線，只有在1300℃時，赤鐵礦顆粒才結晶，過程進行非常緩慢。若要使赤鐵礦內形成足夠的鍵橋，則需在最佳焙燒溫度下，焙燒較長的時間。這就影響了球團焙燒設備的產率。如果焙燒溫度過高(高於1300～1350℃)，則會引起Fe2O3的分解，導致球團礦強度下降。
工藝流程
球團礦的生產是一個多工序的連續過程，一般需要經過配料、混合、造球、布料及焙燒等工序。前兩道工序是將生產球團礦的各種原料，包括各種不同性質的鐵精礦、粉礦、爐塵、皂土、消石灰等，按要求的比例進行混配獲得具有均勻的化學成分的混合料；後三道工序則是製成生球後經焙燒成球團礦的過程。
配料
一般使用圓盤給料機。它是由轉動圓盤(直徑有1m、2m不等)、套筒、調節排料量的刀閘及傳動機構所組成。當圓盤轉動時，料倉內的物料在壓力的作用下，向出口一方移動，經閘刀或刮刀卸到皮帶運輸機上。通過調節圓盤給料機的轉速、排料閘門的大小或刮刀的位置，並把它們與電子皮帶秤相聯合，及時調節下料量，使其在一定時間內，從料倉中放出一定數量的物料，以保證獲得預定成分的混合料。對於一些粒度很細，用量較少的添加劑，如皂土、消石灰、爐塵等，也可使用螺旋給料機或槽式振動給料機，以準確控制其配比較少的下料量。
混合
常用的設備為圓筒混合機。它由鋼板焊成的圓筒、固定在圓筒上的鋼箍、支持圓筒的托輥、防止圓筒縱向運動的定向輪、以及鋼質齒環和電動機等部分組成。混合機是由電動機(經減速機)、齒輪將動力傳給固定在圓筒上的齒環，使圓筒轉動的。也有可使用膠輪摩擦傳動。圓筒混合機安裝成一定的傾角，物料從給料端加入，圓筒轉動時，物料被帶到一定的高度後拋下，如此反覆，物料成螺旋形運動而被混合，最後從卸料端排出。圓筒混合機的直徑與長度根據產量的需要，可選用各種不同的規格。除圓筒混合機外，還有雙軸攪拌機、輪式混合機以及強力混合機等。
造球
製成生球的過程。造球設備主要有圓筒造球機、圓盤造球機和圓錐造球機3種。
(1)圓筒造球機。在球團生產的最初年代，它是惟一的造球設備。圓筒造球機的長度通常大於直徑的2～3倍，傾角為2°～5°，單機產量大，運轉較平穩。但由於造出的球團粒度不均勻，必須經過篩分，因此流程複雜，動力消耗較大。
(2)圓盤造球機。早期用於水泥工業的生料制粒和化肥制粒，直到1949年至1950年，才將其用於鐵礦石球團生產。圓盤造球機是由中心軸、圓盤和安在盤面上的刮刀及加料、加水裝置所組成，圓盤由鋼板製成，直徑2～7.5m；大型造球機還專設托輪將盤邊托住，圓盤轉動是由電動機帶動中心軸旋轉來完成的。圓盤造球機的最大優點是球團粒度均勻、不需過篩、質量輕、電耗小。但單機產量低，當圓盤尺寸較大時，運轉不夠平穩。使用圓盤造球機，生球粒度9～15mm的粒級可占85%～92%，小於5mm粒級的粉末低於3%。
(3)圓錐造球機。這種造球機的造球方式介於圓筒和圓盤兩種造球機之間，造球的滾動原理也相同，造球時，圓錐內部可以產生分級作用，並只排出粒度最大的生球，生球不需篩分。圓錐角度、圓錐直徑以及同水平面的傾角都是可調節的。美國伯利恆鋼鐵公司的一些球團廠，曾在工業中採用過圓錐造球機。
布料
把生球分布於焙燒機上的一道工序。主要設備為輥式布料機，它是加拿大國際鎳公司(INCO)為了解決所屬球團廠生球輸送問題而專門研製的，並已取得了專利權。輥式布料機由10～20組圓輥排列組成，輥間隙為1.5～2.0mm，由鏈條或齒輪傳動，輥式布料機的工作由輥子的轉動而完成。輥子構成一個聯合系統，按特定的傾斜度，從較大的高度向下輸送生球。生球向下滾動的旋轉方向同輥子的旋轉方向相反。輥徑和輥隙同生球粒度有一定的關係。生球在輥式布料機上滾動，其強度可進一步提高。輥式布料機工作可靠，布料均勻，操作方便，是一種理想的布料設備。此外，還有使用梭式皮帶和寬皮帶布料的。
焙燒
使生球發生一系列物理、化學變化，顯著提高其機械強度，以滿足運輸及高爐冶煉的要求。焙燒包括乾燥、預熱、焙燒、均熱和冷卻5個過程。乾燥過程的溫度一般為200～400℃，主要反應是蒸發生球的水分，並排除物料中部分結晶水。預熱過程的溫度為900～1000℃，主要反應是磁鐵礦氧化成赤鐵礦、碳酸鹽礦物分解、硫化物的分解和氧化以及某些固相反應；焙燒過程的溫度為1200～1300℃，主要反應為：鐵氧化物的結晶和再結晶，晶粒長大，固相反應及因此而產生的低熔點化合物或共晶的熔化和形成部分液相，球團礦體積收縮及組織緻密化。均熱過程的溫度略低於焙燒溫度，主要目的是使球團內部晶體長大並儘可能發育完整，使礦物組成均勻化，消除一部分內部應力。冷卻過程是將球團礦的溫度從1000℃以上冷卻至運輸皮帶可以承受的溫度。對於不同的原料、不同的焙燒設備，每個過程的溫度水平、延續時間以及氣氛均不相同。
工藝方法
生產鐵礦石球團的方法以高溫焙燒固結法為主，主要設備有豎爐、帶式焙燒機及鏈算機-迴轉窯三種。豎爐是最早用以焙燒球團礦的一種設備，其結構簡單，使用普通耐火材料，基建費用低；但爐內的溫度和氣氛分布難以控制，單機生產能力低，只宜使用磁鐵礦原料的球團礦，故已很少使用。帶式焙燒機可處理各種礦粉的球團礦，單機生產能力大，生產過程易於控制，但需要高溫耐熱合金材料，基建費用較高。鏈算機一迴轉窯可處理各種礦粉的球團礦、單機生產能力大，並可根據生產工藝要求，控制窯內氣氛，生產氧化球團、預還原球團礦以及綜合處理多金屬礦物的氯化及鈉化球團等；該設備基建投資高，但動力消耗及經營費用低，操作不當時易結圈。
