球团矿生产工艺考试题

球团矿生产工艺考试题（共2篇）

1.球团矿生产工艺考试题 篇一

提高球团矿的质量

—充分发挥球团矿的冶炼效果

中冶长天公司(长沙冶金设计院)叶匡吾

摘要：本文根据我国目前球团矿生产中存在的质量问题，分析了原因，指出了改进的意见和办法。改进球团矿质量的目的是为了更好的促进高炉炼铁的技术进步及各项冶炼指标的改进，以获得更好的冶炼效果。关键词：球团矿 质量 冶炼 效果

为了改善高炉的炉料结构和实现精料，达到节焦、增铁，降低炼铁成本，提 高钢铁产品的市场竞争力，近年来我国兴建了不少的球团厂。不但有大、中型的 链篦机--回转窑工艺，而且还有许多的竖炉工艺生产线。从近年来的生产情况看，在产量上有了很大的进步，但在质量方面都存在着不少的问题。虽然为高炉炼铁 增加了球团矿的用量创造了条件，为高炉炼铁技术经济指标的改善起到了明显的 功效。但仍存在着很大的差距和潜力，需要我们球团工作者和高炉工作者做出更 大的努力，不断尽快的提高球团矿的生产质量。为高炉炼铁的技术进步和技术经 济指标的改善做出新的贡献。1.存在的问题

1)铁品位低。

球团矿铁品位高相比于烧结矿和块矿是一大优越性。球团矿的使用和用量的 增加将十分有利于高炉综合入炉品位的提高。经典的数据是入炉铁品位提高1%，降低焦比2-2.5%,增加产量3%。

目前世界上高炉用球团矿的铁品位-般为>65%。生产球团矿所用的铁精矿都经过细磨和精选。目前在我国生产球团矿采用高品位铁精矿，在客观上存在一定的难度。但这不是技术上的问题，而是一个观念问题。这几年来对铁精矿实行提铁降硅，已有了较大的进步。另外球团矿的铁品位和配加膨润土的质量和数量有很大的关系。膨润土配加量大，必然使成品球的铁品位明显下降。由于我国球团生产所用铁精矿的粒度较粗，为满足造球的要求配加了高比例的膨润土。同时我国球团生产所用的膨润土都是就地取材，其质量不高。一般膨润土的用量都在1.5%以上，有的高达4.5%。国外先进的球团生产对膨润土的使用十分讲究，有不少球团厂经长途运输使用美国怀俄明的优质膨润土，或者是使用价格昂贵的佩利特有机粘结剂。国外球团生产膨润土的用量一般不超过1%，有的低达0.5-0.7%。

综上原因，目前我国球团矿的生产，铁品位仅为62-63%，很少超过65%的，最低的只有58%。在铁品位低的同时，往往SiO2含量高，有的高达8%。使高炉渣量大幅增加，把热能都用在了化渣上，对高炉冶炼是十分不利的。

为此采用高品位铁精矿和优质的膨润土是提高球团矿质量的基本条件。

2)强度低且均匀性差

国际上在海运和长途运输的情况下，球团矿的抗压强度要>2500N/个球；在直接用于高炉炼铁时，可低些>2000N/个球。但从现代大型高炉的实践出发，球团矿的强度应按>2500N/个球为合格标准，有时甚至要求更高。另外为了更好的体现球团矿优越的冶金性能，在此必须特别强调球团强度的均匀性。按规定个数所测得的强度，不但其平均值要附合要求，而且要看其中所测的每个强度中>2500N/个球所占的百分率。链篦机-回转窑工艺生产的成品球团矿应在90%-95%。竖炉球团之所以质量较差，除了强度普遍偏低外，其中一个主要原因就是成品球团矿的抗压强度很不均匀，高的很高，有的高达3000N以上；低的很低，只有1000N左右。强度偏低和不均匀对高炉炼铁肯定会带来很大的不利。

3)粒级范围大、粒径偏大 目前我国球团矿的粒度一般控制在8-16mm，但实际上其大、小粒级范围要大的多。根据对造球和焙烧过程系统的试验和研究得出：最佳的球团粒径为11-12mm。为了充分发挥球形规则、粒度均匀对高炉料层结构带来的优越性，成品球团矿的粒径范围要缩小，总体粒度也要缩小。在北美所见球团矿的生产，总体上体现了“小而匀”。

4)含粉率高、筛分指数差

由于我国目前大部分球团厂用于球团生产的铁精矿粒度较粗，一般<0.074mm粒级的仅有72%，有的比此还粗。粗粒级多，对生球质量极为不利，而且粗颗粒多沾附在表面。这些粗颗粒在运动中非常容易掉落。同时由于膨润土的质量问题，在升温中可能产生的爆裂而产生粉粒，焙烧球团层内的含粉率升高，造成成品球团矿含粉率高。含粉率高易在焙烧过程中产生结块、结圈现象。为了防止这一现象的产生，往往在操作中采取降低焙烧温度来实现。这样势必使球团焙烧达不到应有的最高焙烧温度，而导致成品球团矿强度的下降。同时还同粉末含量多的原因而影响焙烧球在冷却机内的冷却和进一步氧化。

粉末是球团矿生产的“大敌”，因而一定要严格控制焙烧球团层内的含粉率是强化生产和提高成品球团矿质量的一大关键。这一含粉率应控制在1.5%之内。

生球质量好、焙烧球质量高，不但生产稳定，产量高，而且成品球团的转鼓指标和筛分指数都会有一个很大的改善。真正实现球团质量的“小”、“匀”、“净”。)FeO含量高、还原性差

高炉炼铁为了更好利用炉内煤气，充分发展间接还原，要求入炉铁原料含FeO量要低。相比于烧结矿，球团矿含FeO量低，这是—大优点。为此球团在焙烧过程中必须得充分氧化，使球团矿FeO的含尽可能控制在1.0%以内。这样不但有利于球团矿还原性的改善，还有利于固结强度的提高。

为了充分发挥球团矿的冶炼优势，为高炉炼铁带来更好的效益，对于目前球团矿生产中的质量问题，必须采取有效的技术措施，不断改善球团矿的质量。.改进的方法和思路

1)保证铁精矿粉的质量，满足造球要求。

成品球团矿的质量和所用铁精矿粉的质量有着极大的关系。特别是球团矿的铁品位，在很大程度上决定于铁精矿的品位。对此，近年来随着“提铁降硅”在选矿生产中的实施，铁精矿的品位有了很大的提高。国产铁精矿的品位都可达到66.5%以上。铁精矿的粒度也有了很大的改善。但是为了保证球团矿的质量，体现其优越性，生产必须采用铁品位高的铁精矿。

另外，铁精矿的粒度和水分对造球的影响特别大。为了“造好球”，铁精矿的细度应达到2000cm2/g；水分也要合适。对于铁精矿的细度和水分达不到要求的球团生产厂，在工艺流程上必须设有可靠的磨矿和干燥设施。由于精矿的粒度对造球质量起着至关重要的决定性作用，因而必须认真选择好磨矿工艺。润磨机工艺对改善精矿的造球性能有较好的效果，但对改善粒度和精矿的比表面功效有限。而且由于电耗高，事故较多影响作业，因而在较大规模的球团厂中很不适用。高压辊磨机对改善精矿的比表面有较大的作用，但也是有限的，一般讲也仅在400cm2/g的水平。在有些原料来源较粗的情况下，为了确保精矿粒度的要求，有必要采用成熟可靠的球磨工艺。另外为了保证造好球和料流的流畅，铁精矿的干燥也是必不缺少的。)“造好球”。

生球质量的好坏决定着球团焙烧的质量和产量。因而“造好球”也是球团生产最基本、最关键的技术要领。造球技术在国外球团界也称为是一项“艺术”。除了水分的控制、造球机本身的性能好以外，造球工的技能、观察操作水平和所造生球的质量有着极为密切的关系。高水平的造球操作工造出的生球“小”而“匀”且“净”，球形好、产量高。)筛好球、铺好料。

只有“筛好球”才能真正做到“小、匀、净”。生球里夹带的不合料在焙烧过程变成粉末，这种粉末是球团焙烧的‘大敌’，必须筛除、筛尽。在此同时把生球铺平、铺齐，这样就为焙烧过程的传热、传质和料流的运动创造了良好的条件。既避免了结块的产生，又使料层具有良好的透气性。对球团矿生产的产、质量的提高有着至关重要的作用。

为了‘筛好球’，要有一个筛分工艺和良好的筛分设备。筛分工艺最好要有预筛分和检查筛分二道，这样生球中的含粉率会显著降低。同时在筛分过程生球的落差要尽可能的缩小，防止生球强度的下降和二次破碎。筛分设备安装角度要合适，间隙正确，筛辊要严防沾料。为了提高筛分效率，要保证足够的筛分面积。为了‘铺好球’，设置梭式(或摆头)布料机和宽皮带是必不可少的。但是真正要做到铺料平整，必须采用由液压缸推动的布料机和可调速的宽皮带。)优化热工制度和风流系统。

球团焙烧的热工制度和风流系统是球团矿生产的核心技术。合格的生球进入焙烧器以后，将严格按照合理优化的升温制度进行干燥、预热、焙烧和冷却完成球团的固结和再氧化，成为质量合格的成品球团矿。在干燥阶段要避免过湿层的出现，使生球失去应有的强度而粉碎。同时也要防止升温过快产生球的爆裂，而产生粉末。在整个焙烧过程，理论上要求对每一个球的温度、气流和时间应是相等的，这样才能保证稳定的进行传热、传质、传动量。因而对竖炉而言应尽量设法减少横断面上的温差和使生球在炉内的运动均衡下移。对带式机和链篦机而言，炉罩内横断面上左右的气流压力和温度的相同，防止由于管道阻损不一样而产生过大的偏差，而造成焙烧质量的差异和球团矿整体质量的下降。焙烧各阶段的温度必须严格控制到位。特别是最终焙烧的温度的实现和停留时间，直接影响到成品球的强度。对链篦机--回转窑工艺，预热段最终的温度和入窑球的强度直接相关。因而为了保证入窑球的强度，球团在预热段所要求的高温必须实现。入窑球的强度好，在窑内焙烧运动就不再产生破碎和粉末。同时也可实现球团在窑内均匀的翻滚，使球团矿的整体质量更上一层楼。在球团的冷却阶段，不但要有足够的风量以保证冷却效果，同时要使球团得到最终的充分氧化。这样也将进一步降低成品球团的FeO的含量。

链篦机--回转窑和带式焙烧球团生产工艺都有—套完善、有效的热工制度和风流系统。这也是球团生产的核心、关键技术。一个完美的热工制度和风流系统为生产优质球团矿提供了必要的保证，而且能最大程度的利用好热能，实现最低的生产能耗，降低了球团矿生产的加工费用。热工和风流技术在世界上已经过了三十多年的发展和优化，已日趋完善。目前我国已投产的球团厂，在原料基本稳定的情况下，应根据具体条件对热工制度和风流系统进行测定，找出改进的方向和措施，实现生产，管理和操作的最佳化。.效果)针对目前球团矿生产中生产的存在着的质量问题，采取相关的技术措施，必将使我国球团矿的质量达降到一个新的水平。进一步发挥球团矿优越的冶金性能，为炼铁生产创造更好的技术经济指标。2)与此同时，球团生产的各项操作参数更为合理和优化，使能耗到最低，有效的降低了生产加工费。在一般情况下，球团矿的生产需要热值较高的燃料，但是由于球团生产工艺有一套完善的热气流循环系统，热能得到了充分的利用。链篦机-回转窑和带式焙烧工艺最终排出的废气温度仅在100℃。

同时又因为球团矿生产工艺相比于烧结流程更为简洁，因而球团生产的综合能耗比烧结低。目前球团矿在高炉炼铁中使用成本较高是由于进口球团矿价格高和市场的紧销引起的。

在球团矿提高质量，充分发挥其优越性的情况下，球团矿在高炉炉料结构中的比例将不断上升,进一步不断优化高炉炼铁的技术经济指标，为我国高炉炼真正走到世界前列创造最好的炉料条件。

2.球团矿生产工艺考试题 篇二

关于白云鄂博矿含碳球团直接还原过程的研究主要采用实验研究方法,采用与数值模拟相结合的研究较少,实验研究并不能获得实验过程中炉内球团的温度分布,无法准确分析结果。本文建立白云鄂博矿含碳球团直接还原过程的数学模型,用C++编程求解数学模型,利用实验数据来验证数学模型的正确性。通过正交试验分析炉气温度、反应时间、碳氧比、球团直径对金属化率的影响规律,从而为白云鄂博矿含碳球团直接还原工艺的优化研究提供理论支持。

1 模型的建立

1.1 物理模型

建立含碳球团的一维物理模型如图1,对模型作出合理的假设:(1)将球团看作多孔介质,且球团为规则的球形;(2)气体在球团内部只有扩散传质且热量通过导热传递;(3)忽略固—固反应,只考虑气-固直接还原反应(C与CO2,CO与Fe O、Fe2O3、Fe3O4);(4)球团内部同一位置,固体与气体温度相等;(5)不考虑球团二次氧化;(6)在反应过程中球团的大小不变;(7)在初始阶段气固分布均匀。

根据以上物理模型,建立白云鄂博矿含碳球团直接还原过程的数学模型。数学模型中导热系数与扩散系数及化学反应速率的计算方法参考文献[15,16,17],控制方程及边界条件如下。

1.1.1 能量方程

式(1)中:ρm为球团综合密度,kg·m-3;Cp,m球团综合热容,J·kg-1·K-1;T为温度,K;t为时间,s;r为半径,m;λeff为有效导热系数,W·m-1·K-1;Ri为化学反应i的反应速率,mol·m-3·s-1;ΔHi为i反应的化学反应热J·mol-1。

1.1.2 气相组分质量守恒方程

式(2)中:ε为球团孔隙率;ρg,k为气相组分k的质量密度,kg·m-3;Deff,k为气体组分k的有效扩散系数m2·s-1;Mk为物质的相对分子质量,kg·mol-1;Vi,k为反应i中K物质的化学计量数。

1.1.3 固相组分质量守恒方程

式(3)中:ρs,k为固相组分K的质量密度,kg·m-3。

初始条件:当t=0,0≤r≤r0时:ρs,k=ρs,k,0,ρg,k=ρg,k,0,T=T0。

边界条件:当r=0时,

式中:e为球体表面黑度;σ为波尔兹漫常数,5.678×10-8W·m-2·K-4;Tf为炉温,K;h为对流传质系数m·s-1;ρg,k,∞为主流气体中气相组分k的质量密度,kg·m-3。

2 实验

2.1 实验原料

实验所用原料是白云鄂博矿铁精粉,主要化学成分见如表1。含碳球团使用铁精粉、皂土和半焦与水混合均匀,用圆盘造球机造球。球团平均粒径约为12 mm,平均质量约为2.1 g,将造好的球团放在鼓风干燥箱105℃下干燥48 h后取出。

2.2 实验装置及方法

图2是实验装置示意图,实验所采用的加热炉为管式电阻炉(SKL16-BYL.包头云捷电炉厂),用控温系统用来控制炉温。通过电子天平连续称重球团质量的变化,同时将质量变化的数据传输给电脑,记录球团质量随时间的变化。在实验前,根据含碳球团的配比可知还原前球团的含碳量m1、球团中与铁结合的氧元素总质量Oi和铁精粉中总铁和总氧之比K。在实验过程中,当炉温上升至所需温度时,以4 L/min的流量向炉管内通入氩气保护;随后将坩埚放入吊篮内,同时用电脑采集含碳球团质量随时间变化的数据。实验结束后,将反应后的球团通过化学分析化验得出球团的残炭量m2,根据还原前含碳量m1与残炭量计算焦粉失重量Δm,如公式(4)所示。根据球团失重量Δw和焦粉的失重量Δm计算球团失氧量ΔO,之后根据公式(5)、式(6)计算还原度和金属化率[18]。

式中:R为球团的还原度;M为球团金属化率。

2.3 实验结果

图3是碳氧比为0.9的含碳球团在不同炉气温度下失重量随时间的变化规律。当温度为900℃时,在0~50 min之间质量从56 g缓慢减小到约为54.7 g;当温度为1 000℃时,在0~20 min之间质量从56 g较为缓慢减小到约为54.25 g,之后质量变化很小;当温度为1 100℃时,在0~10 min之间质量从56 g迅速减小到约为54.2 g,之后失重量变化很小可以认为球团质量没有变化,球内还原反应结束。分析不同炉气温度下球团质量随时间的变化可知,随着炉气温度的升高,球团质量减小速率加快,还原反应结束的时间缩短,这是因为炉气温度越高使球团温度升高,从而导致还原化学反应速率增加。

1为氩气瓶;2为电脑数据处理系统;3为天平支架;4为炉衬;5为电子天平;6为挂钩;7为炉管;8为吊篮;9-10为控温系统;11为进气管路

3 结果与讨论

3.1 数学模型的验证

采用三种实验工况来验证数学模型的正确性,分别在炉气温度为900℃、1 000℃、1 100℃研究了碳氧比为0.9的白云鄂博矿含碳球团金属化率随时间的变化规律。图4为碳氧比为0.9时白云鄂博矿含碳球团在炉气温度为900℃、1 000℃、1 100℃下金属化率的模拟值与实验值的比较,可以看出模拟值与实验值吻合较好,因此我们所建立的数学模型可以模拟白云鄂博矿含碳球团的直接还原过程。

3.2 白云鄂博矿含碳球团直接还原工艺参数优化

综上所述我们可以看出影响金属化率的主要因素有:炉气温度、反应时间、碳氧比、球团直径。我们通过正交试验的方法来模拟球团的直接还原过程,并通过极差分析寻找参数的最佳组合。每个因素考虑三个水平具体参数见表2,正交试验方案及结果见表3。

表4是极差分析结果,P是该水平下金属化率的平均值,平均值越高说明在该水平下金属化率越高还原越好。R是极差(平均最大值减去最小值),极差越大说明该水平对金属化率影响越大。从表中可以看出RA>RB>RC>RD,因此可以得出影响白云鄂博矿含碳球团金属化率因素大小排序:炉气温度>反应时间>碳氧比>球团直径,分析可得温度是影响化学反应速率的主要因素,而铁的生成量是由反应速率和时间共同决定的,因此二者是影响金属化率的主要因素。但是温度不仅影响反应速率而且间接影响铁的生成,因此温度的影响大于时间,而当时间和温度都达到足够大时碳的含量是决定金属化率大小的主要因素,可以看出我们所得出的结果是符合实际的。而最佳组合为A3B3C1D1即:炉气温度1 100℃、反应时间30 min、球团粒径12 mm、碳氧比0.9。

3.3 炉中球团内部温度的分布

图5是粒径为12 mm、碳氧比0.9的含碳球团在不同炉温制度下球表和球心处的温度随时间变化规律图。从图5中可以看出,球心和球表温度在炉温为200℃和600℃时温差不大可以认为是均匀的;当炉气温度变为1 100℃时,球表与球心出现温差且温差逐渐增大,在大约70 min时球内温度趋于均匀。对比不同温度球心与球表的温度可知,在低炉气温度下球团温度分布较为均匀,而当炉气温度为1 100℃球心与球表出现温差最大约为60℃。这是因为在低温时球团内部反应较为缓慢,吸热也较为缓慢对球团内部温度影响较小。当炉气温度达到1 100℃时球团内部各反应开始剧烈进行并且吸热。因此可以看出较高的炉温才可以使化学反应剧烈进行,而化学反应对球团内温度的分布影响很大。

3.4 不同炉气温度对金属化率的影响

根据3.2的结果,模拟研究两种工况的转底(板推式)还原炉对粒径为12 mm、碳氧比0.9的含碳球团金属化率的影响,为转底(板推式)还原炉实验提供数据参考。将加热段分为三段,工况一的炉气温度从第一段到第三段分别为:200℃、600℃、1 100℃;工况二的炉气温度从第一段到第三段分别为:500℃、1 100℃、500℃。两种工况冷却段温度为200℃,且四段的时间均为30 min。

图6是粒径为12 mm、碳氧比0.9的含碳球团在两种不同工况下金属化率随时间的变化规律。从图中可知,工况一在前60 min内金属化率变化很小可以认为是0,在60~69 min之间金属化率从0迅速提高到约为93%之后金属化率变化不大,可以认为球团内部还原反应已经结束;工况二在前30 min内金属化率变化很小可以认为是0,在30~40 min之间金属化率迅速从0增加到约为93%之后金属化率变化不大,可以认为球团内部还原反应已经结束。对比不同工况下金属化率随时间的变化规律可知,低温对球团金属化率作用不明显,高温段1 100℃对金属化率的影响很明显。这是因为在低温时三氧化二铁生成铁的量很少,而氧化铁还原为铁需要很高的能量,因此炉气温度较低时球团内部可以认为没有铁生成金属化率为0。而高温段使球团内部温度迅速提升导致各还原反应开始剧烈进行,金属化率也迅速提高。粒径为12 mm、碳氧比0.9的含碳球团在炉气温度为1 100℃时,各段反应时间可以控制在10 min左右。可以根据不同的炉气温度、碳氧比、球团粒径模拟白云鄂博矿含碳球团直接还原过程,通过模拟的结果来选择合适的反应时间,为实际生产提供理论支持。

4 结论

本文建立了白云鄂博矿含碳球团还原过程的一维非稳态数学模型,通过对比不同炉气温度下金属化率的模拟值与实验值,数学模型的准确性得到了验证。研究了含碳球团直接还原过程中球团内温度分布,通过正交试验研究影响金属化率的主要因素,以及不同炉气温度对含碳球团金属化率的影响,得到的主要结论如下。

(1)当炉气温度从900~1 100℃、碳氧比从0.9~1.1、反应时间从10~30 min、粒径从12~24mm时,影响白云鄂博矿含碳球团金属化率的主要因素排序为:炉气温度>反应时间>碳氧比>球团直径。金属化率最佳组合为:炉气温度1 100℃、反应时间30 min、球团粒径12 mm、碳氧比0.9。

(2)炉气温度为200℃、600℃时对含碳球团内部温度影响很小,球团温度趋于均匀;当温度等于1 100℃时球团球心与球表出现最高60℃的温差。因此可以看出较高的炉温才可以使化学反应剧烈进行,而化学反应对球团内温度的分布影响很大。