造球技术.docx

1、造球技术造球工学习资料造球是球团生产中的重要工序之一。它的工作好坏在很大程度上决定着成品球团矿的产量和质量。因此任何一个球团厂，造球普遍受到重视。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，从而使过剩的毛细管被迁移到母球表面，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，表面再粘上一层湿料，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力大为止，如果要使母球继续长大，必须人为地使母球的表面过分湿润，即向母球表面喷水，母球

2、长大应满足以下3个条件：（1） 机械外力的作用，使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，生球长大方式不一样，一般由物料亲水性质决定，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

3、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需的。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。生球质量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36次的转运。为减少转运过程中生球的破碎，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0.40.6m/s。为减轻转运点对生球的冲击，通常的措施是在转运皮带机头轮安装电磁装置。此外，生球在进入焙烧设备后还要承受料层的压力特别是竖炉，料层很高，料层下降时还有球与球和球与炉壁的搓磨

4、作用。在气流通过料层时，球团还要受到高温气流的热冲击。根据这些，生球质量必须符合一定的要求。对湿生球的质量要求，除水分外，主要是落下强度和抗压强度。 生球落下强度一般以生球从500高度落下至破裂时为止的落下次数表示。不同国家对生球质量不尽相同，通常规定直径12.5生球质量为：生球从500高度落下次数不小于6次，生球在4.45N压力下，变形不大于5%6%，生球抗压强度不小于9N/个；干球抗压强度不小于45N/个。生球粒度一方面应满足高炉冶炼的需要，同时也应考虑造球设备和焙烧设备的条件和生产量来确定。一般高炉用的球团粒度为516，并应保证616粒级的占80%95%。对于竖炉，由于料柱高，考虑到所需

5、要的透气性以及在炉中球团停留时间较长，球团粒度可适当放宽。 圆盘造球一、 圆盘造球机工作特点圆盘造球机中物料运动状态与在圆筒造球机横切面上的运动大致相同。不同点在于圆盘中物料能按其本身颗粒大小有规律的运动，并且都有各自的轨道。也就是说粒度大的，运动轨迹靠近盘边，而且路程短。相反，粒度小或未成球的物料，则远离盘边。这种按粒度大小沿不同轨迹运动就是圆盘造球机能够自动分级的特点。圆盘与圆筒不同的一个特点是圆盘倾角口可以调节。圆盘倾角可根据造球物料性质和圆盘转速进行调节以达到优质生产。如倾角过小，低于物料安息角时，则物料形成一个不动的粉料层，与圆盘同步运动，无法进行造球。倾角过大时，物料对盘底的压力减

6、小，物料的提升高度降低，盘面不能充分利用，圆盘造球机产量下降。为了提高圆盘造球机的产量，可以提高圆盘的转速，这样，物料（小球）在单位时间内滚动的路程加长，球粒长大较快。但是转速提高，离心力急剧增大，使小球紧紧压在盘边上，妨碍了球团向下滚动。为造球顺利进行，必须相应调节圆盘倾角。然而倾角加大，速度又高，球团在向下滚动时对盘边的冲击加大，会损坏球团。因此，调节倾角不能超过极大值。极大值的大小取决于物料的性质、球团粒度以及圆盘直径，可以通过试验确定。二、 圆盘造球机的产量计算 圆盘造球机的生产率至今还没有计算公式。20世纪50年代曾有人提出一个Q=0.35rD4 的圆盘造球机产量计算公式，但与实际相

7、差太大而被否定。因为圆盘的产量不可能与直径D的四次方成正比。此外圆盘造球机的填充率也与产量有很大关系。当填充率为每平方米圆盘面积（包括盘边面积）在0.150.20t以下时，随着填充率的增加，产量提高。但超过这个负荷时，造球操作状况和生球质量恶化，产量下降。盘边高度是影响填充率的因素，但是盘边高度也是有限制的，不能太高，盘边高度h与圆盘直径的关系式：h=0.07D+0.217三、 圆盘造球机 （1）圆盘造球机的构造及技术特性。圆盘造球机的规格繁多，结构比较合理并在生产上获得广泛应用的有两种： 1）伞齿轮传动的圆盘造球机。我国绝大部分球团厂采用这类造球盘。伞齿轮传动的圆盘造球机主要由圆盘、刮刀、刮

8、刀架、大伞齿轮、小圆锥齿轮、主轴、调角机构、减速机、电动机、三角皮带和底座等所组成。 圆盘由钢板制成，通过主轴与主轴轴承座和横轴而承重于底座，带动滚动轴承的盘体（托盘）套在固定的主轴上，主轴高出盘体，可固定可随圆盘变更倾角的刮刀臂，刮刀臂上固定一个刮边的刮刀和两个活动刮刀，以清除粘结在盘边和盘底上的造球，主轴的尾端与调角机构的螺杆连接，通过调角螺杆可使主轴与圆盘在一定范围内上、下摆动，以满足调节造球盘倾角的需要。 工作原理：电动机启动后，通过三角皮带将减速机带动，减速机的粗轴端联有小圆锥齿轮，此齿轮与大伞齿轮啮合，而大伞齿轮与托盘直接相连，因此大伞齿轮转动时，造球机的圆盘便随之跟着旋转。这种结

9、构形式的造球机转速的改变，可更换粗轴和减速机入轴上的皮带轮直径来作一定范围内的调整。 规格/mm圆盘边高/mm转速/r.min-1倾角/(o)产量/t.h-!电动机型号功率/kW10001600200022002500300032003500420050005500600025035035050038048064050045060060060019.534.8191714.251215.29.061011710596.58.16.5935554540503555355545355545574050454745471348810681520121315201620254075J0-51-4J0-

10、62-8J0-63-4JO2-71-8JO2-71-4JO-82-6JO-93-8JR-92-64.54.51413172228406075752）内齿轮圈传动的圆盘造球机。内齿轮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是：盘体连同带滚动轴承的内齿圈固定在支撑架上，电动机、减速器、刮刀架也安装在支撑架上，支撑架安装在圆盘造球机的机座上，并与调整倾角的螺杆相连，用人工调节螺杆，圆盘连同支撑架一起改变角度。这种结构的圆盘造球机的传动部件由电动机、摩擦片接手、三角皮带轮、减速机、内齿圈和小齿轮等所组成。 内齿圈传动的圆盘造球机转速通常有三级（如5.5m造球盘

11、，转速有6.05r/min,6.75r/min,7.75r/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，具有重量轻、结构简单的特点；2 圆盘采用内齿圈传动，整个圆盘用大型压力滚动轴承支托，因而运转平稳；3 用球面蜗轮减速机进行减速传动，配合紧凑；4 圆盘底板焊有鱼鳞衬网，使底板得到很好保护；5 设备运转可靠，维修工作量小。（2）圆盘造球机的使用和操作。圆盘造球机在使用和操作过程中应掌握以下4个方面：1）圆盘造球机的工作区域。根据造球物料在圆盘内的形态和运动状况，可把圆盘分为4个工作区域：即母球区、长球区、成球区、排球区，在操作过程中要使圆盘

12、圆盘工作区域分明。粉料在母球区受到水的毛细力和机械力作用，产生聚集而形成母球。母球进入长球区，受到机械力、水表面的张力和毛细力的作用，连续的滚动过程中，使湿润的表面不断粘附粉料，母球得以长大，达到一定尺寸的生球。长大了的母球在成球区，主要受到机械力和生球互相间挤压、搓揉的作用，使毛细管形状和尺寸不断发生改变，生球被进一步压密，多余的毛细水被挤到表面，使生球的孔隙率变小，强度提高，成为尺寸和强度符合要求的生球，所以此区域又称紧密区。质量达到要求的生球，在离心力的作用下，被溢出盘外（脱离角与圆盘垂直中心线成300左右）。大粒度球团，因本身的重力大于离心力，浮在球层上，始终在成球区来回滚动；粒度未达

13、到规定要求的小球，由于大球与盘边的阻挡，被带回到圆盘，仍返回长球区继续长大。2）衬板。圆盘造球机的盘底上，有一层与物料接触的底板，俗称衬板（包括边衬板）。衬板极易磨损，需要经常更换，严重影响造球机的作业率。所以延长衬板的使用期限，是提高造球机作业率的关键。目前使用的衬板有以下几种：钢板衬板 钢板衬板的表面比较光滑，生球强度较高，衬板不易粘料和刮刀的磨损也很微落。但钢板磨损极快，生产实践证明：厚1622mm钢板制成的衬板，只能使用3个月左右便磨穿。因此，使用钢板衬板的圆盘造球机，钢板消耗大，维修工作量也大，造球机的作业率低。料衬 为了减小钢板衬板的磨损，在造球机的盘底焊上一层鱼鳞网板或小圆钢（1

14、620mm）。焊有鱼鳞网板和小圆钢的盘底，在工作时造球物料填充于孔穴之中，可以保留一层保护敷层（又称底料），保护盘底不被磨损，又无需更换衬板，一层不厚的底料对加速造球过程是有利的，造球机产量可以提高。但是采用这种方法又带来了球盘严重粘料和刮刀的迅速磨损。因为底料在生球不断的滚动作用下，变的越来越紧密，底料表面的温度也相应提高，因此疏松料很易附在上面，使底料加厚，全靠刮刀来控制底料的厚度和平整料衬，使刮刀磨损加剧（一般料衬须采用合金刀头来制作刮刀）。另外，由于料衬表面比较粗糙，物料与料衬之间的摩擦力增加，阻碍了生球的滚动和滑动，对生球的质量会有所下降。橡胶衬板 橡胶衬板易粘料，主要原因是橡胶衬板

15、易吸收一定量的水分，在毛细力和附着力的作用下，物料很容易粘附在造球盘底和盘边，造成成球性变坏。使用中心刮刀和边刮刀，虽然能有效的控制物料粘附，但刮刀磨损较快，使用寿命仅为1015天。一般要求盘边五粘料，盘底底料平整均匀，并且有一定的厚度。母球在滚动过程中聚集新料，使母球迅速增大。由于橡胶衬板的性能所决定，以及刮刀调整不及时，造球底料极不平整，边料过厚过多，破坏了母球的运动规律和增大速度。有时大块物料从盘边脱落，使生球尺寸差异大，影响了生球干燥速度和球团矿质量的提高。陶瓷衬板 用陶瓷板砌筑盘底作衬板，这是我国的一项创造。陶瓷板亦称耐酸瓷砖（无釉），其特点是比较光滑，耐磨性好和有一定的抗冲击性能。

16、目前使用的有150mm150mm20mm和150mm75mm20mm两种规格。陶瓷衬板需砌筑，砌筑前现在盘面上用1620mm圆钢焊成条格孔，其间距为600mm，刚好可放4块瓷砖，两排瓷砖要错缝砌筑。嵌瓷砖前在盘底上先抹一层砂灰（水泥：黄沙=1：2）其厚度为20mm左右，以粘结瓷砖。瓷砖砌筑要求整个盘面平整，砖缝要小（1mm以下），砌完后，一般需保养35天，即可使用。瓷砖衬板橡胶衬板相比,不易吸收水分，摩擦力小，易滑料。生产中造球盘的转速、倾角、料量、给水在适宜的范围内，能形成较好料流，生球按粒度的大小能分别沿各自不同的轨道运行。盘面中心有1/5的面积无底料，给料增大时，盘内形成众多的小母球和粉

17、末。给水量大时母球不是成层增大，而是集结增大，生球尺寸差异大，水分高，造成干燥速度慢，降低了生球破裂温度。另外，瓷砖衬板盘边粘附的物料较多，时有大块物料脱落，影响生球质量的提高。为解决瓷砖衬板滑料问题，采取在瓷砖表面上打眼，但效果不佳。此外，用铸石板（辉绿岩）做衬板。虽然耐磨，但因表面光滑似镜，不能将聊球带到圆盘的顶部，不利于聊球的滚动，成球困难，而未得到推广使用。含油尼龙衬板 稀土含油尼龙衬板与高分子聚合物、橡胶、瓷砖等多种材料衬板相比，具有较高的耐磨性、抗冲击性；不粘料、重量轻、搅拌均匀、价格低等优点，在工艺和操作同等的条件下，可提高生球的产量和质量。3）加水 任何一种物料，均有一个最适宜

18、的造球水分和生球水分，当造球料的水分和生球水分达到适宜值时，造球机的产、质量最佳。但当所添加水分的方式不同时，生球的产、质量有差别。通常有3种加水法：造球前预先将造球物料的水分调整至生球的适宜值；先将一部分物料加水成过湿物料，造球时再添加部分干料；造球物料进入造球前含水量低于生球水分适宜值，不足的在造球时盘内补加。这三种加水方法，只有第三种方法是目前生产上最常用的和比较好的方法。第一种加水法形成母球容易，生球粒度小而均匀，缺点是母球长大速度慢，造球机产量低，另外在生产工艺上难以准确控制；第二种方法，过湿的造球物料，会失去它应有的松散性，而使造球过程和生球质量难以控制；第三种方法不仅能加速母球的

19、形成和长大，可以准确控制生球的适宜水分和生球尺寸，还可以根据来料和造球机的工作情况，灵活调整补加水量和给水点以强化造球过程。所以对圆盘造球机来说，适宜的造球物料水分应比适宜的生球水分低00.5%。圆盘球机所加的水，通常可分为滴状水和雾状水两种。滴状水加在新给入的物料上，雾状水应喷洒在长大的母球表面。试验证明，在圆盘造球机中借助不同的加水和加料位置，可以得到不同粒度的生球。 加入的水量和生球质量有较大的关系。加水量适宜时，可获得最佳的造球效果和生球质量。低于适宜值，成球速度减慢，生球粒度偏小，出球率减少。高于适宜值，成球速度加快，造球机产量提高，但生球强度下降。所以调节给水量，可以控制造球机产量

20、和生球的强度及粒度。 加料 加料可以从圆盘造球机两边同时给入或者以“面布料”方式加入，这种加料方式，母球长大最快。总之，加入圆盘造球机的物料，应保证物料疏松，有足够的给料面，在母球形成区和母球长大区都有适宜的料量加入。给料量的控制也有一个适宜值，给料量过多时，出球量就增多，生球粒度变小，强度降低。给料量过少，出球量就减少，产量降低，生球粒度就会偏大，强度提高。所以调节给料量，也可以控制生球的产、质量。 在实际生产操作中，往往同时调节给水量和给料量，来达到满意的造球机产量和生球质量。（4） 圆盘造球机事故和安装要求。1） 圆盘造球机事故。圆盘造球机是一种运转比较可靠的设备，一般不易发生事故。生产

21、中造球机发生的故障主要是立轴轴承损坏。立轴也称中轴，是圆盘造球机受力最大的部件。立轴轴承有上、下之分，一般来说下轴承较上轴承容易损坏。1 损坏原因 立轴轴承润滑不良及造球机频繁启动所引起。2 现象 造球机运行时，圆盘晃动厉害及有严重杂音。3 处理 不论是上轴承还是下轴承损坏，都应及时更换。更换下轴承较上轴承复杂，耗时较长，而单独更换上轴承耗时较少。4 预防措施 应加强轴承润滑，设润滑装置；应尽量避免造球机的频繁启动（圆盘造球机为带负荷启动）。2） 圆盘造球机安装要求。1 造球机试车时，应运转平稳，圆盘不发生严重摇晃和与接球板无碰撞之处；2 大、小伞齿轮啮合好，运转时无杂音；3 运转时，立轴轴承

22、无杂音、减速机噪声低；4 圆盘倾角应先安装成450，然后在试运转中调整到最佳角度；5 调整刮刀位置和给水、加料位置到适宜值；6 调整电动机位置，使传动三角皮带的松紧度适宜，启动时无打滑现象。影响造球的因素 影响造球的因素很多，诸如原料水分、原料的物理化学特性、原料的表面形状及其粒度组成、添加剂的性质和造球操作等，均对造球机的产量和生球的质量有很大影响。原料水分水分对造球的影响显著，如果原料中水分不适宜，则造不出合格的生球。物料中的水分，按其存在形态，可以分为吸附水、薄膜水、分子水、毛细水和重力水。对成球过程起引导作用的是毛细水。保证生球强度的通常有4种黏结力：胶体粘结力、机械黏结力、分子黏结力

23、和毛细黏结力。在铁精矿造球中胶体物质很少。因此胶体黏结力不是主要的。即使加入0.07%0.09%的淀粉，生球强度也不会有多大的提高。机械黏结力实质上是球团中颗粒之间在受力时所产生的摩擦力。当外力去除时，摩擦力消失。它对球团的强度起一定的作用。在铁矿球团中主要黏结力是分子黏结力和毛细黏结力。人们在解释湿球强度时，应用了毛细管原理。球团中的气孔可认为是无数个毛细管，管的两端在球的表面上。在管的两端当水充满毛细管时会产生凹液面，它拉紧颗粒产生强度。凹液面和毛细力的球团抗压强度计算公式：Ppk=8Ppm=2.56K式中 Ppk由毛细压力形成的球团强度，N/cm2; Ppm由凹液面形成的球团强度，N/c

24、m2;K平均接触点数，即颗粒在料层中的配位数；E球团气孔率，%；d球团半径，cm;液体表面张力。将两试合并带入试验值KE=3.1后得： Ppm0.35Ppk 上式结果表明，由凹液面形成的球团强度只有毛细压力形成的球团强度的55%。同时表明，保证生球强度的主要因素是毛细力。因此，毛细水对球的强度和造球过程中球的长大均起主导作用。为保证造球的正常进行，原料的水分应低于毛细水含量，并高于最大分子水含量。不足的水分在造球过程中添加。原料的粒度、粒度组成和表面性质原料的粒度是影响造球的决定因素。当造球原料的比表面积在11002/g时，成球率为0.18t/(h.m)。当比表面积大于20002/g时，成球率

25、变化不显著。比表面积在110013002/g（相当于诚求率0.150.25t/(h.m)）是烧结混合料与造球原料的分界线。即造球原料的比表面积必须在13002/g以上。成球率在0.18t/(h.m)以下时，造出的是松散的58的小球。成球率增加，意味着生球产量的提高和强度的改善。但是成球率大于0.35时所造的生球强度虽好但形状不规则，而且粒度组成不好。精矿粒度过细，毛细管缩小，管数增多因而毛细压力增大，生球强度提高。但是水在物料中的迁移速度下降，毛细阻力加大，造成干燥困难。 粒度组成对球团的机械黏结力有较大的影响。 石英砂的不同粒度组成对试样气孔率和强度的影响 粒度组成/%气孔率/%试样抗压强度

26、/kg.cm-20.050.250.315301000701004350530.22约0.055可见，即使使用100%细粒物料的单一粒度，强度也不是最高的。因为当气孔率高时，试样的强度将下降。 物料表面特性对造球也有影响。颗粒表面电荷数量大的，即与水的结合性大的亲水物质很容易被水湿润。例如离子键或共价键的极性物质：铁、钙、硅、吕的氧化物以及硫酸盐和碳酸盐均属这一类。而硫化物和云母型的矿物属于疏水性质。亲水性质由于表面张大大，生球强度高。 颗粒的表面形状是不可忽视的因素。尖角型的和不定形状的颗粒成球后多孔，松散而且强度不高。颗粒表面粗糙、凹凸不平的形状组成的生球组织，机械结合力高、强度好。添加剂

27、的影响 目前造球常用的主要粘结剂仍然是膨润土，也有少数采用消石灰和有机粘结剂的。在生产碱性或自熔性球团时，多用石灰石作熔剂。膨润土 加入膨润土的先决条件，必须是合适的原料水分和最佳的加入量。根据矿石种类和粒度的不同，一般在原料水分为8%10%的情况下，膨润土添加量约为0.5%1.0%。 添加膨润土后生球和干球强度明显改善。以下为磁铁矿添加0.6%膨润土和不加膨润土制出的1112.5球团的强度比较。 膨润土添加量对球团强度的影响 膨润土添加量 /%生球落下强度/次.个-1湿球抗压强度/kg.个-1干球抗压强度/kg.个-100.63.69.81.181.60.544.7 有实验证明，当每吨干精矿

28、添加4.8膨润土时，生球抗压强度从不加膨润土时的1.6/个提高到3.8/个；干球强度由7/个提高到14/个。当水分为9.8%时，生球从500高度的落下强度为1115次。不加膨润土时只有5.5次。3.2.1.1 消石灰 消石灰也是提高成球性的一种黏结剂。焙烧后的生石灰经过消化也可以得到分散度较高、吸水能力较强的消石灰。加工后的消石灰能增加生球的毛细黏膜力和分子黏结力，提高球团强度。 有关研究表明，加入1%的Ca(OH)，即可显著改善生球强度，干燥强度也可提高1.5倍。爆裂温度从250提高到400，因而加快了干燥预热速度，缩短了焙烧时间，提高了生产能力。 其他黏结剂有机黏结剂是依靠自身的附着力和内

29、聚力以及它们对颗粒的附着力，形成矿物颗粒间的桥连。最初在造球中使用过淀粉作黏结剂，它能够提高生球和干球的强度。但因其价格昂贵，没有推广使用。其他一些含硫的有机黏结剂，目前也多不采用。因为这类有机物在低温时发生分解或高温焙烧是挥发，导致球团强度下降。用无机盐作黏结剂的有关研究结果见表37.从表中看出，某些无机盐能够提高湿生球强度，并且所有列出的无机盐都能提高干球强度。 表3-7几种无机盐黏结剂对球团强度的影响粘结剂溶液浓度/%球团强度/kg.个-1湿球干球1300焙烧球未加NaOHNa2CO3K2CO3CaCl2MgCl2MgSO42333331.01.151.200.750.801.300.7

30、50.305.404.601.502.004.002.7067811501350910320 这些黏结剂的固结机理尚不十分清楚。大多数无机盐会使水的表面张力加大，可能是增强球团的重要原因所在。 采用无机盐类作黏结剂，除钙盐之外，都会给生产操作带来困难。钠的存在将会损坏高炉炉衬，硫酸根和氯根在焙烧时挥发进入废气，对除尘净化系统有腐蚀作用。所以除为了去除球团中的有害杂质而必须添加外，几乎没有单一为提高球团强度而使用无机盐类作为黏结剂的。造球机的工艺参数对造球的影响 众所周知，目前世界上使用的造球机有3种，即圆筒造球机、圆盘造球机和圆锥造球机。我国普遍使用的是圆盘造球机，以下针对圆盘造球机的工艺参数进行讨论。 圆盘造球机的工艺参数主要包括：圆盘直径、转速、倾角、边高和刮刀位置等。圆盘造球机的直径 A 对产量的影响 圆盘造球机的直径大，造球面积随之增大，造球盘接受料增多，物料在球盘内的碰撞几率增加，物料成核率和母球的成长速度得到提高，生球产量提高。 B 对生球强度的影响 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，所产生的局部压力提高，生球较为紧密，气孔率降低，生球强度提高。转速 圆盘造球机的转速，一般可用圆周速度来表示（简称周速），当圆盘造球机的直径和倾角一定时，周速只能在一定的范围内波动。如果周速过小，产生的离心力也小，物料提升不到圆盘的顶点，造成母球区“