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球团生产工艺概述

球团生产工艺概述

球团生产是使用不适宜烧结的精矿粉和其他含铁粉料造块的一种方法。球团法是由瑞典的A.G.Anderson于1913年取得国内专利的。但正式采用是在1943年,美国开采一种低品位磁铁矿—铁隧石,精选出来的矿粉粒度很细,难以烧结,才开始球团生产和用于高炉的试验。50年代中期开始工业规模生产。由于各国天然富矿资源缺乏,必须扩大对贫矿资源的利用,正是球团工艺为细磨精矿造块开拓了新路,而且球团矿粒度均匀,还原性和强度好、微气孔多,故发展迅速,全世界1980年初年产已达3亿t,其中北美占一半以上。烧结和球团有各自的优点互为补充,今天不少工厂为高炉提供烧结矿和球团矿组成的综合炉料。

球团生产大致分三步:(1)将细磨精矿粉、熔剂、燃料(1%~2%,有时也可不加)和黏结剂(如皂土等约0.5%,有时也可不加)等原料进行配料与混合;(2)在造球机上加适当的水,滚成10~15mm的生球;(3)生球在高温焙烧机上进行高温焙烧,焙烧好的球团矿经冷却、破碎、筛分得到成品球团矿。有关工艺流程见图

 

图1  球团的生产流程(省略)

造球设备有圆盘和圆筒造球机,我国基本都采用圆盘造球机,圆盘直径约为3.2~5.5m,倾角为45~50度,线速度约为0.5~1m/s。造球要加水,但加水过多,将影响生球强度,甚至使生球破碎,故控制加料和加水方式是重要因素。

球团焙烧各阶段反应见图2。第一步是干燥生球,以免加热到高温时,水分大量蒸发而引起生球破裂。第二步是焙烧,焙烧分为预热、焙烧和均热三个阶段,预热是为了去除残余水分,焙烧是使高温固结,提高球团的机械强度,同时可提高氧化度和去硫。

球团焙烧设备主要有三种:竖炉;带式焙烧机;链箅机—回转窑

带式焙烧机基本结构形式与带式烧结机相似,但两者的生产过程完全不同。球团带式焙烧机的整个长度上可依次分为干燥、预热、燃料点火、焙烧、均热和冷却等六个区。其工艺

 

图2  生球焙烧过程(省略)

特点是:(1)铺有底料和边料,底料的作用是保护炉箅和台车免受高温烧坏,使气流分布均匀;在下抽干燥时可吸收一部分废热,其潜热再在鼓风冷却带回收;保证下层球团焙烧温度,从而保证球团质量,边料的作用是保护台车两侧边板,防止被高温烧坏;防止两侧边板漏风。这两项可使料层得到充分焙烧、而且延长台车寿命。(2)采用鼓风与抽风混合流程干燥生球,既强化了干燥,又提高了球团矿的质量和产量。(3)球团矿冷却采用鼓风方式,冷却后的热空气一部分直接循环,一部分借助于风机循环,循环热气一般用于抽风区。(4)各抽风区风箱热废气,根据需要作必要的温度调节后,循环到鼓风干燥区或抽风预热区。(5)干燥区的废气因温度低,水气多而排空。由于焙烧和冷却带的热废气用于干燥、预热和助燃,因此单位成品的热耗降低。在焙烧磁精粉球团时,先进的厂家为380~400MJ/t,一般也只有600MJ/t,而在焙烧赤铁矿球团时,需热约800~1000MJ/t。

链箅机—回转窑焙烧是由链箅机、回转窑和冷却机组合成的焙烧工艺。生球的干燥、脱水和预热过程在链箅机上完成。高温焙烧在回转窑内进行,而冷却则在冷却机上完成。其工艺特点是:(1)生球在链箅机上利用回转窑出来的热气体进行鼓风干燥,抽风干燥和抽风预热,而且各段长度可根据矿石类型的特点进行调整。由于在链箅机上只进行干燥和预热,铺底料是没有必要的。(2)球团矿在窑内不断滚动,各部分受热均匀,球团中颗粒接触更紧密,球团矿的强度好而且质量均匀。(3)根据生产工艺的要求来控制窑内气氛可生产氧化球团或还原(或金属化)球团。还可以通过氯化焙烧处理多金属矿物等。(4)生产操作不当时容易“结圈”等。链箅机—回转窑法焙烧球团矿时的热量消耗,因矿种的不同而差别较大。焙烧磁铁矿时,一般为0.6GJ/t,焙烧赤铁矿时为1GJ/t,而焙烧赤铁矿—褐铁矿混合矿时需1.35~1.5GJ/t。

竖炉是按逆流原则工作的热交换设备。生球装入竖炉以均匀速度下降,燃烧室的热气体从喷火口进入炉内,热气流自下而上与自上而下的生球进行热交换。生球经干燥、预热后进入焙烧区进行固结,球团在炉子下部冷却,然后排出。我国竖炉炉内设有导风墙,炉顶设有烘干床。它改善了竖炉焙烧条件,提高了竖炉的生产能力和成品球的质量。此工艺特点是:(1)生球的干燥和预热可利用上升热废气在上部进行。炉顶烘干床使生球在床箅上被上升的废气(由导风墙导出的冷却带热风和穿过焙烧带上升的废气的混合物,温度在550~750℃)烘干,这不仅加速了烘干过程,且有效地利用废气热量,提高了热效率。同时由于气流分布较合理,减少了烘干和预热过程中的生球破裂,粉尘减少,料柱透气性提高,为强化焙

 

图3  球团焙烧主要设备(省略)

a-竖炉,b-带式焙烧机,c-链箅机—回转窑

烧提供了条件。(2)可利用低热量高炉煤气在燃烧室内燃烧到1100~1150℃的烟气进入竖炉,由于导风墙的设置,基本上解决了冷却风对这烟气流股的干扰和混合,保证磁铁矿球团焙烧所要求的温度,并使焙烧带的高度和焙烧温度保持稳定,从而较好地保证焙烧固结的进行。(3)导风墙的设置还能克服气流的边缘效应所造成的炉子上部中心“死料柱”。使气流分布更趋均匀,球团矿成品质量改善。竖炉焙烧磁铁矿球团的热耗在350~600MJ/t。

三种焙烧球团方法的生产成本见图4。

竖炉一般为8~10m2优点是结构简单,热效率高,缺点是温度控制难,局部温度易过高而易结块,料层高易使球团破损,故单炉规模很难大型化,适合中小企业。带式焙烧机能调整加热焙烧制度,对原料适应性强、生产的球团矿质量好和粒度均匀。但因台车和箅条在高温运行,需要耐热钢制造。它是大型球团厂的主要焙烧设备。链箅机—回转窑优点是:对原料适应性强、生球在高温焙烧带停留时间较带式焙烧机长,有助于获得高强度产品,另外它不需要用高级耐热合金钢。缺点是投资费用大,回转窑易结圈。目前链箅机—回转窑的球团矿占总产量的比例日益增多。球团矿生产还有隧道窑和其他方式,但生产率低,质量不好,已逐渐被淘汰。

 

图4  三种焙烧球团方法的生产成本(省略)

 
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