铁矿球团基本理论要点课件

链篦机—回转窑

球团工艺介绍

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内容提要

铁矿球团基本理论要点

内容提要 铁矿球团基本理论要点

铁矿球团基本理论要点（一）球团法的基本概念

随着高炉日益大型化、现代化，对入炉炉料提出的要求越来越高，高炉合理炉料结构越来越受重视，在对铁矿粉烧结工艺不断完善和发展的同时，球团法也日益引起重视。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团结。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。

铁矿球团基本理论要点

(二)球团方法分类

目前铁矿球团法和烧结法一样，已经成为人造富矿的主要方法之一，得到了广泛应用。铁矿氧化球团矿，主要采用竖炉法、带式焙烧机法、链篦机——回转窑法三种工艺生产。最近，中南大学烧结球团研究所又成功开发出“酸性球团矿烧结机焙烧新工艺”。根据球团矿固结温度和气氛的差异，球团法所得产品可分为：氧化球团矿、冷固球团矿、金属化球团矿等。按照球团矿的碱度一般分为：酸性球团矿和熔剂性球团矿。目前世界各国仍以生产酸性球团矿为主。铁矿球团基本理论要点(二)球团方法分类铁矿球团基本理论要点球团方法分类球团固结高温固结低温固结氧化焙烧球团还原焙烧球团磁化焙烧球团氧化钠化球团氯化球团水硬性球团热液法固结球团锈化固结球团碳酸化固结球团焦化固结球团竖炉焙烧带式机焙烧链篦机回转窑焙烧环式焙烧机焙烧回转窑法竖炉连续装料法竖炉间歇装料法带式机法竖炉法链篦机回转窑法竖炉法链篦机回转窑法铁矿球团基本理论要点球团方法分类球团固结高温固结低温固结氧化铁矿球团基本理论要点（三）球团用主要原、燃料铁矿球团原料燃料含铁原料粘结剂添加剂气体燃料液体燃料固体燃料

1、含铁原料

现代球团对原料的适应范围更加广泛。生产铁矿球团所用原料包括精矿、粉矿及其他热处理或者化学加工过程中获得的二次含铁原料。生产铁矿球团常用天然原料有磁铁精矿、赤铁精矿、褐铁精矿、混合精矿以及富铁矿粉。二次含铁原料包括：硫酸渣、浸出处理残渣、厂内含铁尘泥（转炉尘、高炉尘、电炉尘、炼钢炼铁污泥）、厂内含铁废渣（钢渣、轧钢皮屑）等。铁矿球团对含铁原料技术要求如下：

（1）粒度：－200目（0.074mm）＞90%；（2）比表面积：1500～2000cm2/g；（3）水分：含铁原料最佳水分值应由试验定；（4）化学成分：要求化学成份均匀，铁高、硅低，波动小。铁矿球团基本理论要点（三）球团用主要原、燃料铁矿球团原铁矿球团基本理论要点

2、粘结剂粘结剂：可以改善物料的成球性及生球、干球和焙烧球团的特性球团用粘结剂无机粘结剂有机粘结剂主要是含钙、铝和硅等元素的粘结剂。包括膨润土、水玻璃、消石灰、石灰石、水泥和白云石。

球团生产常采用膨润土作为造球粘结剂，以提高生球、干球及焙烧球团的强度。膨润土的主要成分是蒙脱石，并含有不定数量的其他粘土矿物（如高岭土）和非粘土矿物（石英、长石、方解石）。

目前，生产球团矿用膨润土物理化学性质要求有：蒙脱石含量＞60%，2小时吸水率＞120%，膨胀容＞12mL·g-1，粒度（－0.074mm）≥99%，水分＜10%。

由于膨润土会降低球团铁品位，寻找新型粘结剂代替膨润土，以提高球团品位，早已成为国内外的研究课题。其中有机粘结剂比传统的无机粘结剂具有用量小、带入有害杂质少、环境污染小等优点。铁矿球团基本理论要点2、粘结剂球团用粘结铁矿球团基本理论要点

3、燃料

铁矿球团生产所用燃料，与选择的工艺有关：竖炉球团法采用低热值高炉煤气即可；带式球团法采用重油、天然气或高热值煤气；链篦机－回转窑球团法，除采用重油、天然气或高热值煤气外，还可以用煤。

目前国内带式球团厂均以焦炉煤气为燃料，根据工艺要求，焦炉煤气热值应在12.54MJ/m3以上。而链篦机－回转窑球团厂建在矿山的以煤为燃料，建在冶金厂的多以焦炉煤气为燃料。链篦机－回转窑球团厂的用煤（瘦煤）标准一般为：发热值≥22.9MJ/kg；灰分＜12%；挥发份17%±；灰分熔点＞1400℃，粒度（－0.074mm）占70～80%。铁矿球团基本理论要点铁矿球团基本理论要点

（四）几个基本理论要点

一.造球造球又称滚动成型，是球团生产的第一道工序。生球质量在很大程度上决定着成品球的质量。细磨物料在造球设备中被水润湿后，通过机械力和毛细力的作用而成球。并且，由于存在毛细引力、颗粒之间的摩擦力及分子引力等，使生球具有一定的机械强度。造球过程一般分三个阶段:1.成核阶段2.球核长大阶段3.球核紧密阶段

铁矿球团基本理论要点（四）几个基本理铁矿球团基本理论要点

二、焙烧

球团矿的焙烧固结是生产过程中最复杂的工序，许多物理化学反应，在此阶段完成。对球团矿的冶金性能、强度、还原性等有重大影响。球团矿的焙烧一般分五个阶段：1.干燥阶段：这里主要进行生球中水分的蒸发，物料中的部分结晶水也可排除。温度一般为200~400℃。2.预热阶段：干燥过程中尚未排出的少量水分，在此进一步排除。这个阶段的主要反应是磁铁矿氧化成赤铁矿，碳酸盐矿物分解，硫化物的分解和氧化，以及某些固相反应。温度一般为900~1000℃。3.焙烧阶段：预热阶段尚未完成的反应，如分解、氧铁矿球团基本理论要点二、焙烧铁矿球团基本理论要点化、脱硫、固相反应等在此阶段进一步进行。这里的主要反应有铁氧化物的结晶和再结晶，晶粒长大，固相反应及由此而产生的低熔点化合物的熔化，形成部分液相，球团矿体积收缩及结构致密化。温度一般为1200~1300℃。4.均热阶段：在此阶段保持一定时间，主要目的是使球团矿内部晶体进一步长大，尽可能使它发育完整，使矿物组成均匀化，消除一部分内应力。温度水平略低于焙烧温度。5.冷却阶段：此阶段将球团矿从1000℃以上冷却到运输皮带可以承受的温度。冷却介质为空气，含氧量较高，球团矿内部上有未被完全氧化的磁铁矿，在这里可以得到充分氧化。

铁矿球团基本理论要点化、脱硫、固相反应等在此阶段进一步进行。铁矿球团基本理论要点三.球团中磁铁矿氧化的意义

磁铁精矿是生产球团的主要原料，在焙烧过程中，应力求将磁铁精矿氧化为赤铁精矿。这对球团矿的固结有重要意义。1.磁铁矿氧化成赤铁矿时伴随结构的变化。磁铁矿晶体为等轴晶系，而赤铁矿为六方晶系，氧化过程中的晶格变化及新生晶体表面原子具有较高的迁移能力，有利于在相邻的颗粒之间形成晶键。2.磁铁矿氧化为赤铁矿是放热反应。它放出的热能几乎是焙烧球团矿总热耗的一半。3.磁铁矿氧化如果不充分，会使球团矿产生同心裂纹。不仅影响球团矿强度，还会恶化还原性能。

磁铁矿的氧化从200℃开始，1000

℃左右结束。铁矿球团基本理论要点三.球团中磁铁矿氧化的意义铁矿球团基本理论要点四、球团固结机理

球团焙烧固结就是生球在高温作用下，通过固体质点扩散，形成连接桥及少量的液相把固体颗粒粘结起来，使之具有足够机械强度的过程。球团矿固结机理与烧结矿不同，球团矿的固结主要靠固相粘结，通过固质点扩散反应形成连接桥、化合物或固溶体把颗粒粘结起来。但因球团原料中不可避免地要带进少量SiO2

，或由于球团矿质量要求在球团中需添加某些添加物，在球团焙烧过程中形成部分液相，这部分液相对球团固结起着辅助作用。因此，球团矿的固结是属固－液型。不过它的液相量比例很少，一般不超过5%～7%，否则球团矿在焙烧过程中会相互粘结，影响料层透气性，导致球团矿质量降低。因此，从球团矿固结机理看，球团矿中含SiO2越少越好，且对降低高炉渣量有利。铁矿球团基本理论要点四、球团固结机理铁矿球团基本理论要点1.磁铁矿球团固结形式

a、Fe2O3微晶键连接磁铁矿球团，在氧化气氛中焙烧时，氧化过程在200～300℃时开始，并随着温度升高氧化加速。氧化首先在磁铁矿颗粒表面和裂缝中进行。当温度达800℃时，颗粒表面基本上已氧化成Fe2O3。在晶格转变时，新生的赤铁矿晶格中，原子具有很大的活性，不仅能在晶体内发生扩散，并且毗邻的氧化物晶体也发生扩散迁移，在颗粒之间产生连接桥，称为微晶键连接。颗粒之间产生的微晶键使球团强度比生球和干球有所提高，但仍较弱。

b、Fe2O3再结晶连接Fe2O3再结晶连接是铁精矿氧化球团固结的主要形式。是第一种固结形式的发展。当磁铁矿球团在氧化气氛中焙烧时，氧化过程由球的表面沿同心球面向内推进，氧化预热温度达1000℃时，约95%的磁铁矿氧化成新生的Fe2O3，并形成微晶键。在最佳焙烧制度下，一方面残存的磁铁矿继续氧化，另一方面赤铁矿晶粒扩散增强，并产生再结晶和聚晶长大，颗粒之间的孔隙变圆，孔隙率下降，球体积收缩，球内各颗粒连接成一个致密的整体，因而使球的强度大大提高。ab磁铁矿赤铁矿铁矿球团基本理论要点1.磁铁矿球团固结形式a、Fe2O3铁矿球团基本理论要点

c、Fe3O4再结晶固结在焙烧磁铁矿球团时，若为中性气氛或氧化不完全，内部磁铁矿在900℃时既开始发生再结晶，使球内各颗粒连接，但Fe3O4再结晶的速度比Fe2O3再结晶的速度慢。因而反映出，随温度升高以Fe3O4再结晶固结的球团，其强度比Fe2O3再结晶固结的低。通常生产中采用的磁铁矿精矿，均含有一定量的SiO2，在1000℃左右时便产生部分2FeO·SiO2并出现液相，液相的多少则随球团中SiO2的含量而定。如果有明显的液相生成，磁铁矿则呈自形晶，此时，球团强度降低。

d、渣键连接磁铁矿生球中含有一定数量SiO2时，若焙烧在还原气氛或中性气氛中进行，或Fe2O3氧化不完全，那么在焙烧温度1000℃时即能形成2FeO·SiO2。2FeO·SiO2熔点低，且极易与FeO及SiO2再生成熔化温度更低的低熔体。因此，在冷却过程中，因液相的凝固，而使球团固结。2FeO·SiO2在冷却过程中很难结晶，常成玻璃质，性脆、强度低，且高炉冶炼中难以还原，因此渣键连接不是一种良好的固结形式。cd磁铁矿硅酸铁铁矿球团基本理论要点c、Fe3O4再结晶固结d、渣键铁矿球团基本理论要点

B、赤铁矿球团固结形式

a、较纯赤铁矿精矿球团的高温再结晶固结形式该类赤铁矿精矿球团的固结机理，有人认为是一种简单的高温再结晶过程。如左下图：用含Fe2O399.70%的赤铁矿球团进行试验，在氧化气氛中焙烧时发现，赤铁矿颗粒在1300℃时才结晶，且过程缓慢，在1300～1400℃温度范围内，颗粒迅速长大。焙烧30min，赤铁矿晶粒尺寸由20um增至400um。因此，得出较纯的赤铁矿球团的固结机理是一种简单的高温再结晶过程。

b、较纯赤铁矿精矿球团的双重固结形式对较纯赤铁矿精矿球团固结形式的另外一种观点是，双重固结形式。这种观点认为，当生球加热至1300℃以上温度时，赤铁矿分解生成磁铁矿，而后铁矿颗粒再结晶长大，称为一次固结。当进入冷却阶段时，磁铁矿则被重新氧化，球团内各颗粒会发生Fe2O3再结晶和相互连生而受到一次附加固结，即称为二次固结。颗粒尺寸5004003002001000020060010001400焙烧温度对赤铁矿颗粒尺寸的影响铁矿球团基本理论要点B、赤铁矿球团固结形式b、较纯赤

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内容提要

铁矿球团基本理论要点

内容提要 铁矿球团基本理论要点

铁矿球团基本理论要点（一）球团法的基本概念

随着高炉日益大型化、现代化，对入炉炉料提出的要求越来越高，高炉合理炉料结构越来越受重视，在对铁矿粉烧结工艺不断完善和发展的同时，球团法也日益引起重视。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团结。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。

铁矿球团基本理论要点

(二)球团方法分类

目前铁矿球团法和烧结法一样，已经成为人造富矿的主要方法之一，得到了广泛应用。铁矿氧化球团矿，主要采用竖炉法、带式焙烧机法、链篦机——回转窑法三种工艺生产。最近，中南大学烧结球团研究所又成功开发出“酸性球团矿烧结机焙烧新工艺”。根据球团矿固结温度和气氛的差异，球团法所得产品可分为：氧化球团矿、冷固球团矿、金属化球团矿等。按照球团矿的碱度一般分为：酸性球团矿和熔剂性球团矿。目前世界各国仍以生产酸性球团矿为主。铁矿球团基本理论要点(二)球团方法分类铁矿球团基本理论要点球团方法分类球团固结高温固结低温固结氧化焙烧球团还原焙烧球团磁化焙烧球团氧化钠化球团氯化球团水硬性球团热液法固结球团锈化固结球团碳酸化固结球团焦化固结球团竖炉焙烧带式机焙烧链篦机回转窑焙烧环式焙烧机焙烧回转窑法竖炉连续装料法竖炉间歇装料法带式机法竖炉法链篦机回转窑法竖炉法链篦机回转窑法铁矿球团基本理论要点球团方法分类球团固结高温固结低温固结氧化铁矿球团基本理论要点（三）球团用主要原、燃料铁矿球团原料燃料含铁原料粘结剂添加剂气体燃料液体燃料固体燃料

1、含铁原料

现代球团对原料的适应范围更加广泛。生产铁矿球团所用原料包括精矿、粉矿及其他热处理或者化学加工过程中获得的二次含铁原料。生产铁矿球团常用天然原料有磁铁精矿、赤铁精矿、褐铁精矿、混合精矿以及富铁矿粉。二次含铁原料包括：硫酸渣、浸出处理残渣、厂内含铁尘泥（转炉尘、高炉尘、电炉尘、炼钢炼铁污泥）、厂内含铁废渣（钢渣、轧钢皮屑）等。铁矿球团对含铁原料技术要求如下：

（1）粒度：－200目（0.074mm）＞90%；（2）比表面积：1500～2000cm2/g；（3）水分：含铁原料最佳水分值应由试验定；（4）化学成分：要求化学成份均匀，铁高、硅低，波动小。铁矿球团基本理论要点（三）球团用主要原、燃料铁矿球团原铁矿球团基本理论要点

2、粘结剂粘结剂：可以改善物料的成球性及生球、干球和焙烧球团的特性球团用粘结剂无机粘结剂有机粘结剂主要是含钙、铝和硅等元素的粘结剂。包括膨润土、水玻璃、消石灰、石灰石、水泥和白云石。

球团生产常采用膨润土作为造球粘结剂，以提高生球、干球及焙烧球团的强度。膨润土的主要成分是蒙脱石，并含有不定数量的其他粘土矿物（如高岭土）和非粘土矿物（石英、长石、方解石）。

目前，生产球团矿用膨润土物理化学性质要求有：蒙脱石含量＞60%，2小时吸水率＞120%，膨胀容＞12mL·g-1，粒度（－0.074mm）≥99%，水分＜10%。

由于膨润土会降低球团铁品位，寻找新型粘结剂代替膨润土，以提高球团品位，早已成为国内外的研究课题。其中有机粘结剂比传统的无机粘结剂具有用量小、带入有害杂质少、环境污染小等优点。铁矿球团基本理论要点2、粘结剂球团用粘结铁矿球团基本理论要点

3、燃料

铁矿球团生产所用燃料，与选择的工艺有关：竖炉球团法采用低热值高炉煤气即可；带式球团法采用重油、天然气或高热值煤气；链篦机－回转窑球团法，除采用重油、天然气或高热值煤气外，还可以用煤。

目前国内带式球团厂均以焦炉煤气为燃料，根据工艺要求，焦炉煤气热值应在12.54MJ/m3以上。而链篦机－回转窑球团厂建在矿山的以煤为燃料，建在冶金厂的多以焦炉煤气为燃料。链篦机－回转窑球团厂的用煤（瘦煤）标准一般为：发热值≥22.9MJ/kg；灰分＜12%；挥发份17%±；灰分熔点＞1400℃，粒度（－0.074mm）占70～80%。铁矿球团基本理论要点铁矿球团基本理论要点

（四）几个基本理论要点

一.造球造球又称滚动成型，是球团生产的第一道工序。生球质量在很大程度上决定着成品球的质量。细磨物料在造球设备中被水润湿后，通过机械力和毛细力的作用而成球。并且，由于存在毛细引力、颗粒之间的摩擦力及分子引力等，使生球具有一定的机械强度。造球过程一般分三个阶段:1.成核阶段2.球核长大阶段3.球核紧密阶段

铁矿球团基本理论要点（四）几个基本理铁矿球团基本理论要点

二、焙烧

球团矿的焙烧固结是生产过程中最复杂的工序，许多物理化学反应，在此阶段完成。对球团矿的冶金性能、强度、还原性等有重大影响。球团矿的焙烧一般分五个阶段：1.干燥阶段：这里主要进行生球中水分的蒸发，物料中的部分结晶水也可排除。温度一般为200~400℃。2.预热阶段：干燥过程中尚未排出的少量水分，在此进一步排除。这个阶段的主要反应是磁铁矿氧化成赤铁矿，碳酸盐矿物分解，硫化物的分解和氧化，以及某些固相反应。温度一般为900~1000℃。3.焙烧阶段：预热阶段尚未完成的反应，如分解、氧铁矿球团基本理论要点二、焙烧铁矿球团基本理论要点化、脱硫、固相反应等在此阶段进一步进行。这里的主要反应有铁氧化物的结晶和再结晶，晶粒长大，固相反应及由此而产生的低熔点化合物的熔化，形成部分液相，球团矿体积收缩及结构致密化。温度一般为1200~1300℃。4.均热阶段：在此阶段保持一定时间，主要目的是使球团矿内部晶体进一步长大，尽可能使它发育完整，使矿物组成均匀化，消除一部分内应力。温度水平略低于焙烧温度。5.冷却阶段：此阶段将球团矿从1000℃以上冷却到运输皮带可以承受的温度。冷却介质为空气，含氧量较高，球团矿内部上有未被完全氧化的磁铁矿，在这里可以得到充分氧化。

铁矿球团基本理论要点化、脱硫、固相反应等在此阶段进一步进行。铁矿球团基本理论要点三.球团中磁铁矿氧化的意义

磁铁精矿是生产球团的主要原料，在焙烧过程中，应力求将磁铁精矿氧化为赤铁精矿。这对球团矿的固结有重要意义。1.磁铁矿氧化成赤铁矿时伴随结构的变化。磁铁矿晶体为等轴晶系，而赤铁矿为六方晶系，氧化过程中的晶格变化及新生晶体表面原子具有较高的迁移能力，有利于在相邻的颗粒之间形成晶键。2.磁铁矿氧化为赤铁矿是放热反应。它放出的热能几乎是焙烧球团矿总热耗的一半。3.磁铁矿氧化如果不充分，会使球团矿产生同心裂纹。不仅影响球团矿强度，还会恶化还原性能。

磁铁矿的氧化从200℃开始，1000

℃左右结束。铁矿球团基本理论要点三.球团中磁铁矿氧化的意义铁矿球团基本理论要点四、球团固结机理

球团焙烧固结就是生球在高温作用下，通过固体质点扩散，形成连接桥及少量的液相把固体颗粒粘结起来，使之具有足够机械强度的过程。球团矿固结机理与烧结矿不同，球团矿的固结主要靠固相粘结，通过固质点扩散反应形成连接桥、化合物或固溶体把颗粒粘结起来。但因球团原料中不可避免地要带进少量SiO2

，或由于球团矿质量要求在球团中需添加某些添加物，在球团焙烧过程中形成部分液相，这部分液相对球团固结起着辅助作用。因此，球团矿的固结是属固－液型。不过它的液相量比例很少，一般不超过5%～7%，否则球团矿在焙烧过程中会相互粘结，影响料层透气性，导致球团矿质量降低。因此，从球团矿固结机理看，球团矿中含SiO2越少越好，且对降低高炉渣量有利。铁矿球团基本理论要点四、球团固结机理铁矿球团基本理论要点1.磁铁矿球团固结形式

a、Fe2O3微晶键连接磁铁矿球团，在氧化气氛中焙烧时，氧化过程在200～300℃时开始，并随着温度升高氧化加速。氧化首先在磁铁矿颗粒表面和裂缝中进行。当温度达800℃时，颗粒表面基本上已氧化成Fe2O3。在晶格转变时，新生的赤铁矿晶格中，原子具有很大的活性，不仅能在晶体内发生扩散，并且毗邻的氧化物晶体也发生扩散迁移，在颗粒之间产生连接桥，称为微晶键连接。颗粒之间产生的微晶键使球团强度比生球和干球有所提高，但仍较弱。

b、Fe2O3再结晶连接Fe2O3再结晶连接是铁精矿氧化球团固结的主要形式。是第一种固结形式的发展。当磁铁矿球团在氧化气氛中焙烧时，氧化过程由球的表面沿同心球面向内推进，氧化预热温度达1000℃时，约95%的磁铁矿氧化成新生的Fe2O3，并形成微晶键。在最佳焙烧制度下，一方面残存的磁铁矿继续氧化，另一方面赤铁矿晶粒扩散增强，并产生再结晶和聚晶长大，颗粒之间的孔隙变圆，孔隙率下降，球体积收缩，球内各颗粒连接成一个致密的整体，因而使球的强度大大提高。ab磁铁矿赤铁矿铁矿球团基本理论要点1.磁铁矿球团固结形式a、Fe2O3