團礦

團礦是人造塊狀原料的一種方法，是將粉狀物料變成在物理性能和化學組成上能夠滿足下一步加工要求的過程。在團礦過程中，物料不僅由於粒子密集和成型而發生物理性質（密度、孔隙率、形狀，大小和機械強度等）上的變化，而且也發生了化學和物理化學性質（化學組成、還原性、膨脹性、高溫還原軟化性能、低溫還原粉化性能、熔滴性能等）上的變化，從而使物料的冶金性能得到改善。

團礦的基本任務，除了和燒結一樣能利用精礦和粉礦製成塊狀冶煉原料外，還可以生產金屬化球團和綜合性團塊，以便直接還原和綜合回收多種金屬。

基本介紹

• 中文名：團礦
• 外文名：Pellet
• 含義：人造塊狀原料的一種方法
• 作用：礦業、冶金

團礦方法的分類

團礦方法可分為壓團和球團兩種。

壓團是在一定壓力下，使粉末在模型中受壓成塊。其形狀、大小一定。團塊的密度隨壓力不同而有所不同，成型後一般還需要進行固結，成品稱為團塊。

球團是粉末原料在加水的條件下受到滾動而成球，其形狀為球形，粒度均勻，大小則由滾動的時間而定。使用球團法得到的生球也還必須經過固結後才具有足夠的強度。焙燒固結後的球團，孔隙率高，還原性好，稱為球團礦。

壓團法和球團法是從團礦成型方法來分的。從固結方法來分又可分為高溫固結法和低溫固結法。這兩種固結方法裡還可細分為許多種方法，具體分法見下表。

細粒物料最簡單最早的造塊方法是壓團法。團塊可以直接使用，或者經過熱處理後再使用。團塊的冶金性能良好，但加工成本高，而且與需要造塊的鐵精礦或粉礦的巨大數量相比，壓團設備的生產能力有限，所以鐵礦石壓團法未能得到發展，現只用於少量粉塵和其它循環物料的造塊。例如粉狀褐鐵礦採用燒結法造塊，只能得到強度低而且粉末多的燒結礦。同時，由子粒度粗，用球團法造塊也有困難。對於這種礦石，當處理量不大時，採用壓團法是比較適宜的。近年來，這種方法對於細粒海綿鐵壓團的使用也有所增長。

球團法是一種新型的造塊方法。球團礦無論是在高爐、轉爐、平爐或電爐中都能使用。它主要的優點如下：

1. 適於進行大規模生產；
2. 球團礦呈球形，粒度均勻，從而保證了在高爐中爐料的良好透氣性；
3. 球團礦的還原性好；
4. 球團礦在運輸和多次轉運的條件下破碎很少，可以露天存放。

球團法和燒結法一樣，已經成為人造塊礦的主要方法之一，已得到廣泛套用。

球團礦生產基本原理

球團礦不同於塊礦和燒結礦，這是由於球團具有可控的粒度、鹼度和氧化還原度等各種特性。用於生產球團的原料主要有磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和它們的精礦，以及它們的混合礦，含鐵氧化物廢料、黃鐵礦燒渣或其他工業部門的有關副產品，亦可用來生產球團礦。

為了使球團礦獲得所要求的特性，同時考慮到原料品種的複雜多樣性，必須採用合適的工藝，將原料製成球團礦，一般包括原料準備、造球以及焙燒三個工藝階段。

造球機理

主要連線因素

在造球過程中，對造球和生球特性產生重大影響的因素分為以下幾類：

1.物理作用力，如范德華力、磁性力或靜電力；

2.表面性質相關因素，如粒度、粒度組成、顆粒形狀與結晶構造；

3.物料性質相關因素，如與氣孑L結構有關的潤濕性和吸收性、有無膨脹性成分、原生礦石或經過預先處理的礦石產品的化學特性；

4.毛細力和表面張力，如添加液體黏結劑（水或其他黏結劑）時的毛細力和表面張力。

上述這些因素，對造球起主要作用的是物料性質相關因素，因為這些因素是不可變的。另外一些對生球特性也有影響的因素是可變的，例如，黏結劑添加量、原料粒度、顆粒形狀、造球設備類型、造球設備內的作用力以及造球設備內的物料運動狀態等。

造球方式

造球可以採用不同的方式。在每種具體方式下，各種連線機理所起作用的程度是不同的。

A、壓製成球法

固體物料顆粒是靠施加的機械作用力來壓製成團塊的。添加或者未添加黏結劑的物料顆粒經過混合後任意堆置，顆粒不產生任何相對運動。由於壓製成球技術生產效率低、難以滿足現代化、大型化鋼鐵生產的需要，鋼鐵企業僅在一些特殊情況下才採用壓製成球，如用於鋼鐵企業含鐵塵泥的處理。

B、滾動成球法

對於生球的形成來說，除了固相物料外，液相（水）也是必不可少的。滾動成球主要靠固液混合料在常用的各種造球設備（如圓筒造球機或圓盤造球機）內滾動成球。這種造球方式就如同滾雪球，一層一層越滾越大。滾動成球法是鋼鐵企業廣泛採用的造球方法。

成球過程

母球形成

經配料後送來的造球混合料通常含水8%～10%，礦粒之間仍處於比較鬆散的狀態，各個顆粒為吸附水和薄膜水層覆蓋，毛細水僅存在於各個顆粒的接觸點上，顆粒間的其餘空間為空氣所填充，這種狀態的精礦粉一方面由於顆粒接觸不太緊密，薄膜水不能起作用；另一方面，由於毛細水數量太少，毛細管尺寸過大，毛細作用力較小，使得顆粒間結合力較弱，成球很困難。若造球機內的混合料一面隨機轉動、一面適量加水進一步進行不均勻潤濕，則在顆粒結合處形成毛細水。在毛細水的作用下，周圍的礦粉顆粒將連線起來形成小的聚集體；繼續潤濕時，聚集體中的顆粒將在機械力的作用下重新排列，逐漸緊密，毛細管尺寸與形狀隨之變化，顆粒間的結合力得以增強，從而形成較為堅實穩定的小球，稱為母球或球核。

母球的長大

已經形成的母球隨造球機的轉動而繼續滾動的過程中將受到擠壓、碰撞、揉搓等機械力的作用，其內部顆粒不斷壓緊，毛細管尺寸變小，形狀改變，會把多餘的毛細水擠到母球表面上來，這樣過濕的母球表面在運動過程中就很容易粘上一層周圍濕度較低的礦粉，如此往復運動，母球將逐漸長大。一旦母球的水分低於適宜的毛細水含量後，母球就停止長大。為了使母球達到所需的粒度，必須向母球表面補加水分，但噴水量要適當，以免噴水過大而產生重力水。顯然，母球是依靠毛細粘結力和分子粘結力的作用而長大的。

生球密實

長大的母球其強度仍然不能滿足冶煉的要求，因此當生球達到規定的尺寸後應停止補充潤濕，並繼續在造球機中滾動，這種滾動和搓動的機械作用會使生球顆粒發生選擇性的按最大接觸面排列，彼此進一步靠近壓緊，毛細管尺寸不斷縮小，毛細水不斷地被擠壓出來，以至生球內礦粉顆粒排列更緊密，使薄膜水層有可能相互接觸，形成公共水化膜而加強結合力。這樣生球內各顆粒之間便產生強大的分子粘結力、毛細粘結力和內摩擦阻力，從而使生球具有更高的機械強度。所以在操作到這一階段時，往往讓濕度較低的精礦粉去吸收生球表面被擠出的多餘水分，以免因為生球表面水分過大而發生粘結現象，使生球降低強度。

需要指出的是以上三個階段通常是在同一造球機中一起完成的，在造球過程中很難截然分開。第一階段具有決定意義的是潤濕，第二階段除了潤濕作用以外，機械作用也有著重要影響，而在第三階段，機械作用成為決定性因素。這樣我們就可以根據物料在造球前和造球過程中被潤濕的情況，決定加水、加料等操作，也可進一步改進造球設備的結構，加強其產生的機械作用力，以保證造球生產高產、優質地完成。

球團生產工藝

球團工藝是細磨鐵精礦粉或其他含鐵粉料造塊的一種方法。由於對煉鐵用鐵礦石品位的要求日益提高，大量開發利用貧鐵礦資源後，選礦提供了大量細磨鐵精礦粉（<200目）。這樣的細磨鐵精礦粉用於燒結不僅工藝技術困難，燒結生產指標惡化，而且能耗浪費。球團礦生產正是處理細磨鐵精礦粉的有效途徑。隨著我國“高鹼度燒結礦配加酸性球團礦”這種合理爐料結構的推廣，球團礦生產也有了較大發展。

球團原料及其準備

根據用途與化學成分，球團原料分為不同的兩類。一類是含鐵原料，系球團基體。另一類主要是含鐵少或不含鐵的原料，主要用於促進造球，改善球團物理機械特性和冶金特性。

黏結劑與添加劑

黏結劑同細磨礦石顆粒相結合有利於改善濕球、乾球以及焙燒球團的特性。最主要的一種黏結劑就是水。球團生產使用的黏結劑有膨潤土、消石灰、石灰石、白雲石和水泥等。氧化固結球團常用膨潤土、消石灰兩種。水泥通常是生產冷凝固結球團的黏結劑。

球團礦添加熔劑的目的主要是改善球團礦的化學成分，特別是其造渣成分，提高球團礦的冶金性能，降低還原粉化率和還原膨脹率等。常用的鹼性添加劑有消石灰、石灰石和白雲石等鈣鎂化合物。其性質、作用和要求與燒結用熔劑相同，但粒度要求比燒結更細，細磨後小於0.074mm含量為90%以上。

消石灰既是黏結劑，又是鹼性添加劑。消石灰是生石灰加水消化後形成的氫氧化鈣。它具有粒度細、比表面積大、親水性好和天然膠結能力強的特點。消石灰加入量過多時，由於物料的堆密度減小，毛細水遷移速度延緩，成球速度降低。消石灰黏性好，用量過多時，母球易於聚結，而母球本身又堅固，往往導致生球表面出現稜角。使用時，不能有未經充分消化的生石灰，並要保持水分的穩定，不然，對造球不利。

造球作業

配料與混合

球團礦使用的原料種類較少，故配料、混合工藝比較簡單，如同燒結一樣。

配料是為了獲得化學成分和物理性質穩定，冶金性能符合高爐冶煉要求的球團礦，並使混合料具有良好的成球性能和生球焙燒性能。應根據原料成分和高爐冶煉對球團礦化學成分的要求進行配料計算，以保證球團礦的含鐵量、鹼度、含硫量和氧化亞鐵含量等主要指標控制在規定範圍內。配料計算方法通常有兩種，一種是根據原料品種和化學成分先確定配料比，然後進行計算；另一種是根據球團礦的技術條件，主要是球團礦的含鐵量和鹼度確定後再進行配料計算。先進行各種精礦粉單燒計算，再確定配加率，計算過程與燒結配料的計算方法相似。

配料形式通常為集中配料。集中配料是把各種原料全部集中到配料室，分別貯存在各種配料槽內，然後根據配料比進行配料。配料的方法為容量法和質量法，常用的為質量配比法。也有採用X射線分析儀對混合料作快速分析，按原料化學成分配料的方法。鐵精礦和熔劑大多採用圓盤紿料機給礦和控制料量，並經過皮帶秤或電子秤稱量配料。為了提高生球強度往往在混合料中加入少量黏結劑，黏結劑的配人是由稱量鐵精礦的皮帶發出信號來控制。

由於球團礦生產中膨潤土、石灰石粉等添加劑的加入量很少，為了使它們能在礦粉顆粒之間均勻分散，並使物料同水良好結合，應加強混合作業。

混合作業大都採用圓筒混合機或輪式混合機的一次混合流程。國外有的廠採用連續式混磨機，由於混磨作用，水和黏結劑的混合效果得到了充分發揮，可以減少黏結劑的用量，提高生球質量，特別是生球落下強度增加，保證了焙燒時生球具有良好的透氣性，對於提高焙燒球團礦的產量質量都有利。混磨時應注意礦石和黏結劑的可磨性可能存在有較大差別，且濕磨時，膨潤土不能加入，因為膨潤土的膨脹性會對礦漿的過濾產生不良影響。

造球

細磨物料經過混合作業後，在造球設備的機械力的作用下，受到滾動、轉動、擠壓等機械運動形成了生球。造球過程中，生球的製成是與一些料球的破碎同時進行的。只有那些能夠經受剪下力或破碎力作用的生球才能在滾動的過程中存在下來。造球力與破壞力二者的競爭有利於制出粒度均勻、緻密結實和性能良好的生球。

造球是球團生產工藝的關鍵。生球的質量對成品球團礦的質量影響很大，必須對生球質量嚴格要求。對生球的一般要求是粒度均勻，強度高，粉末含量少。粒度一般應控制在9~16mm。每個球的抗壓強度濕球不小於90N/個，乾球不小於450N/個，落下強度自500mm高落到鋼板上不小於4次。破裂溫度應大於400℃。乾球應具有良好的耐磨性能。為了提高焙燒設備的生產率和成球質量，將小於9mm和大於16mm的球篩除，經打碎再參與造球。

混合料的造球設備常用的有圓筒造球機和圓盤造球機，個別廠也有採用圓錐造球機的。

生球輸送

混合物料在造球機上形成合格粒度的生球。在一般情況下，焙燒所需生球總量是由多台造球機制出的。生球集中到一條集料皮帶機上輸送給焙燒機。

生球的輸送設備對生球的抗壓強度、落下強度以及轉鼓強度均有很高要求。它的主要任務就是將生球完好無損地傳送給下一個工藝階段。如下圖所示，每個生球向下滾動的旋轉方向同圓輥的旋轉方向相對。滾到兩輥間隙內的生球被後面的生球頂出，從輥子頂面滾過，又滾入下一個輥隙內。同時，生球被橫向推開分布到輥式布料器的整個寬度上。

輥式布料器工作方式示意圖

球團焙燒工藝

國內外球團礦氧化焙燒工藝有三種焙燒方法：帶式焙燒機法、鏈算機一迴轉窯和豎爐法。這三種方法的原料處理、生球製備工藝和設備都是相同的。帶式焙燒機法的產量占的比例最大，鏈箅機一迴轉窯次之，豎爐法最小。下表列出了三種焙燒方法的不同特點。此外，還有環式焙燒機等。球團焙燒工藝過程一般包括乾燥、預熱、焙燒和冷卻幾個環節。

三種焙燒方式比較