[科普中國]-成球

簡介

成球又稱造球。是將物料與液體一同加入圓筒式、圓盤式、振動式或攪拌式造球機內(nèi)制成球團。以圓筒式造球機和圓盤式造球機最為常用，造球液體以低黏度液體（通常是水）最為常用。

造球過程可分為三個階段：形成母球，母球長大和長大后的母球（又稱生球）進一步緊密。這三個階段主要靠加水潤濕和用滾動的方法在造球機內(nèi)實現(xiàn)1。

成球動力學粉塵物料成球性對成球動力學有很大影響，該指標在中國造塊研究領域廣泛使用，以評價含鐵礦物成球性能的好壞，在此被引用至含鋅粉塵，并作為參考。

高爐粉塵吸水速度最快，只需31 min；燒結粉塵次之，電爐粉塵最慢。這主要是因為燒電爐粉塵中含有約13%的CaO，且相當一部分的CaO未經(jīng)消化，這部分CaO消化反應的發(fā)生使得電爐粉塵吸水時間很長。

高爐粉塵最大分子水最小，為10.1%；電爐粉塵最大分子水最大，為13.3%。從成球性指數(shù)來看，燒結粉塵成球性最好，高爐粉塵次之，電爐粉塵最弱。成球動力學研究結果發(fā)現(xiàn)，高爐灰和燒結灰具有很好的成球性。但是寶鋼電爐灰塵在造球過程中遇到了很大的困難，寶鋼電爐灰具有極強的黏度，主要原因是電爐粉塵中含有較高的CaO和Ca（OH）2。在造球過程中黏盤嚴重，母球容易黏結在一起，凝聚黏結為不規(guī)則團狀，致使整個造球過程無法正常進行，但凝聚的團塊具有很高的落下強度和抗壓強度。因此，電爐粉塵不適合單獨造球，更適宜于壓塊。

造球水分對高爐粉塵成球速度的影響隨著造球水分加入量的增加，會提高高爐粉塵的成球速度，這是由于在圓盤造球過程中，生球之間的機械作用會使擠壓到生球表面的水分增多，進而容易黏附粉塵物料使成球速度增加。但水分超過12.5%之后成球速度增加不明顯；試驗發(fā)現(xiàn)水分超過13.0%以后，物料在轉(zhuǎn)過幾周，就因水分過多而相互黏結，緊貼圓盤之上。因此，高爐粉塵適宜的造球水分為12.5%～13.0%。

燒結粉塵成球速度與造球水分的關系和高爐粉塵不同，它可為兩個階段：時間為0～9 min，隨著造球水分提高其成球速度提高；時間為9～17 min，水分的增加反而抑制了成球速度。這是因為燒結粉塵成球性能很好，但吸水性不高，在造球過程中會持續(xù)產(chǎn)生大量的母球，母球會在造球中后期爭奪更過的物料，降低整體的成球速度。

當膨潤土加入量由1%提高到3%后，高爐粉塵成球速度隨著膨潤土質(zhì)量分數(shù)的增加呈明顯減小趨勢。這是由于膨潤土具有較大的吸水性，膨潤土質(zhì)量分數(shù)的增加減少了造球過程的有效水分，從而導致生球的成球速度下降。而膨潤土對燒結粉塵成球速度的影響卻呈現(xiàn)相反的趨勢。

膨潤土的增加降低了燒結粉塵的成球速度，同樣是因為膨潤土具有較大的吸水性，能夠在造球過程中減少燒結粉塵母球的生成率，母球數(shù)量的減少帶動整體成球速度的增加。

當圓盤轉(zhuǎn)速由23 增加到31 r/min 時，高爐粉塵和燒結粉塵成球速度都隨之增加。這主要是由于隨著圓盤轉(zhuǎn)速的增加，生球之間滾動更加劇烈，使得生球和粉塵之間的接觸更為充分，進而導致粉塵的成球速度明顯增加，但是圓盤的轉(zhuǎn)速不能過分增加，轉(zhuǎn)速過大容易導致生球劇烈滾動而飛出圓盤，損失造球物料。而且圓盤轉(zhuǎn)速對造球后期的影響比造球前期的影響更明顯，這是由于在造球前期，圓盤填充率低，圓盤轉(zhuǎn)速達到一定值，粉塵便能得到充分接觸，但隨著造球的進行，圓盤填充率逐漸增大，只有增加圓盤轉(zhuǎn)速，粉塵才會滾動得更為激烈，進而接觸得更為充分，成球速度亦隨之增加。

當圓盤給料量從3 增加到5 kg 后，高爐粉塵成球速度會隨著給料量的增加而提高。因此在一定范圍內(nèi)，只要增加圓盤給料量，便可提高給定平均直徑的生球產(chǎn)量。但是當給料量從5 增加到6 kg 時，平均直徑顯著下降。這是因為圓盤充填率較低時，給料量的增加使相應生球數(shù)量增加，各生球之間碰撞碾壓更為充分，使得對粉塵的黏附性增加，生球平均直徑逐漸增加，當充填率超過合適范圍后，生球數(shù)量過多導致滾動不充分，和加入的粉塵物料接觸機會有限，從而使新加入物料生成母球機會增加，整體平均直徑下降。對于燒結粉塵來說，當給料量從3 增加到6 kg 時，平均直徑隨著給料量的增加而增加。這說明6 kg 時，燒結粉塵造球仍處于合適的充填率范圍內(nèi)。綜合上述分析可知，造球水分、膨潤土質(zhì)量分數(shù)對高爐粉塵和燒結粉塵成球動力學呈現(xiàn)不同的影響趨勢，但增大圓盤的轉(zhuǎn)速均可以提高兩者的成球速度，提高生產(chǎn)效率，而在合適的范圍內(nèi)，增加給料量則可以提高給定平均直徑的生球產(chǎn)量2。

生球強度主要考察了造球水分、膨潤土質(zhì)量分數(shù)、造球時間等3個因素對混合粉塵生球強度的影響，圓盤轉(zhuǎn)速和給料量分別恒定在27 r/min 和5 kg。造球水分對高爐粉塵生球強度的影響。

在造球時間為20 min、膨潤土加入量為2%的條件下，當造球水分由12%增加到13.5%時，燒結粉塵的生球落下強度和生球抗壓強度皆呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。這是因為隨著造球水分的增加，粉塵之間橋鍵和孔隙中的水分增加，粉塵之間的黏滯力和毛細力隨之增加；然而當水分過量以后，過飽和水的存在會損壞部分粉塵之間的橋鍵孔隙，又使得粉塵間黏滯力和毛細力下降，進而導致生球強度顯著降低。另一方面，當造球水分為12.75%時，生球落下強度最大，為5.5 次（/ 0.5 m），當造球水分增加到13.0%時，生球抗壓強度達到最大，為19.6 N/球。對燒結粉塵來說，造球水分在11.67%～12.88%范圍內(nèi)，隨造球水分的增加，生球落下強度和抗壓強度逐漸增加，但燒結粉塵生球性能太差，難以達到基本要求。膨潤土質(zhì)量分數(shù)對高爐粉塵生球強度的影響。當膨潤土質(zhì)量分數(shù)由1%增加到3%時，混合粉塵的生球落下強度由4.0次（/ 0.5 m）逐漸增加到9.2次（/ 0.5 m），其生球抗壓強度由16.53逐漸增加到22.07 N。這是因為膨潤土具備極好的親水性，使得粉塵之間的連接狀況改善，但膨潤土本身含有較多煉鐵不需要的雜質(zhì)，其加入量多會引起生球脈石質(zhì)量分數(shù)增加，鐵品位下降，故膨潤土加入量不能過多。但是膨潤土對燒結粉塵生球強度幾乎不產(chǎn)生作用，結果發(fā)現(xiàn)燒結塵流動性強，顆粒表面光滑，摩擦力小，這可能是導致燒結粉塵生球強度低的主要原因。

當造球時間由16 min 增加到28 min時，高爐粉塵生球落下強度由3.0 次（/ 0.5 m）逐漸增加到 6.2 次（/ 0.5 m），其生球抗壓強度由14.41 N/球逐漸增加到20.85 N/球。燒結粉塵生球落下強度由1.3次（/ 0.5 m）逐漸增加到2.4次（/ 0.5 m），其生球抗壓強度由12.05 N/球逐漸增加到16.27 N/球。

這是由于造球時間的延長，使得生球密實程度增大，粉塵間薄膜水和毛細水黏滯性增大，進而提高了生球強度。但燒結粉塵的生球強度仍然難以達標。

綜合上述分析可知，膨潤土加入量的增加和造球時間延長都能提高高爐粉塵的生球強度，此外，為保證生球的質(zhì)量，造球水分應當控制為12.5%～13.0%。綜合考慮成球動力學和生球強度兩個條件，在實際的生產(chǎn)過程中，應保持合適的造球水分和膨潤土加入量，且造球時間不能過長，圓盤轉(zhuǎn)速也不能過高。為同時保證質(zhì)量和產(chǎn)量，高爐粉塵適宜的造球參數(shù)為：造球水分為12.5%～13.0%，造球時間為20 min，膨潤土加入量為2%，圓盤轉(zhuǎn)速為27～31 r/min，給料量為5 kg。燒結粉塵雖然具有良好的成球動力學，但是在試驗條件下其生球強度太差，難以達到基本要求。

總結（1）燒結、高爐和電爐粉塵均含有較高的全鐵質(zhì)量分數(shù)，燒結粉塵主要以Fe2O3為主，高爐粉塵主要以Fe2O3、Fe3O4 為主，而電爐粉塵主要以Fe3O4、ZnFe2O4 為主；此外，高爐粉塵碳質(zhì)量分數(shù)為21.45%，明顯高于燒結、電爐粉塵；電爐粉塵鋅質(zhì)量分數(shù)可達6.64%，也明顯高于燒結、高爐粉塵。3 種含鐵粉塵的平均粒徑和BET 比表面積由大到小依次為高爐粉塵、燒結粉塵、電爐粉塵。

（2）鋼廠燒結粉塵的成球性能良好，但是其生球強度難以達標，對于燒結粉塵成球性能優(yōu)良但生球強度差的特點希望引起大家的關注。電爐粉塵黏結性太高，不適宜單獨造球。高爐粉塵不僅具有良好的成球性能，還具有很高的生球強度，落下強度和抗壓強度分別可以達到5.5 次/0.5 m和20.07 N/球。

（3）從成球動力學和生球強度兩方面綜合考慮高爐粉塵的成球性能，同時保證生球產(chǎn)量和質(zhì)量，最適宜的造球參數(shù)為，造球水分為12.5%～13.0%，造球時間為20 min，膨潤土加入量為2%，圓盤轉(zhuǎn)速為27～31 r/min，給料量為5 kg3。