[科普中國(guó)]-成球

簡(jiǎn)介

成球又稱造球。是將物料與液體一同加入圓筒式、圓盤(pán)式、振動(dòng)式或攪拌式造球機(jī)內(nèi)制成球團(tuán)。以圓筒式造球機(jī)和圓盤(pán)式造球機(jī)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(guò)程可分為三個(gè)階段：形成母球，母球長(zhǎng)大和長(zhǎng)大后的母球（又稱生球）進(jìn)一步緊密。這三個(gè)階段主要靠加水潤(rùn)濕和用滾動(dòng)的方法在造球機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)1。

成球動(dòng)力學(xué)粉塵物料成球性對(duì)成球動(dòng)力學(xué)有很大影響，該指標(biāo)在中國(guó)造塊研究領(lǐng)域廣泛使用，以評(píng)價(jià)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(jié)粉塵次之，電爐粉塵最慢。這主要是因?yàn)闊姞t粉塵中含有約13%的CaO，且相當(dāng)一部分的CaO未經(jīng)消化，這部分CaO消化反應(yīng)的發(fā)生使得電爐粉塵吸水時(shí)間很長(zhǎng)。

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(lái)看，燒結(jié)粉塵成球性最好，高爐粉塵次之，電爐粉塵最弱。成球動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高爐灰和燒結(jié)灰具有很好的成球性。但是寶鋼電爐灰塵在造球過(guò)程中遇到了很大的困難，寶鋼電爐灰具有極強(qiáng)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(guò)程中黏盤(pán)嚴(yán)重，母球容易黏結(jié)在一起，凝聚黏結(jié)為不規(guī)則團(tuán)狀，致使整個(gè)造球過(guò)程無(wú)法正常進(jìn)行，但凝聚的團(tuán)塊具有很高的落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。因此，電爐粉塵不適合單獨(dú)造球，更適宜于壓塊。

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

燒結(jié)粉塵成球速度與造球水分的關(guān)系和高爐粉塵不同，它可為兩個(gè)階段：時(shí)間為0～9 min，隨著造球水分提高其成球速度提高；時(shí)間為9～17 min，水分的增加反而抑制了成球速度。這是因?yàn)闊Y(jié)粉塵成球性能很好，但吸水性不高，在造球過(guò)程中會(huì)持續(xù)產(chǎn)生大量的母球，母球會(huì)在造球中后期爭(zhēng)奪更過(guò)的物料，降低整體的成球速度。

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

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

當(dāng)圓盤(pán)轉(zhuǎn)速由23 增加到31 r/min 時(shí)，高爐粉塵和燒結(jié)粉塵成球速度都隨之增加。這主要是由于隨著圓盤(pán)轉(zhuǎn)速的增加，生球之間滾動(dòng)更加劇烈，使得生球和粉塵之間的接觸更為充分，進(jìn)而導(dǎo)致粉塵的成球速度明顯增加，但是圓盤(pán)的轉(zhuǎn)速不能過(guò)分增加，轉(zhuǎn)速過(guò)大容易導(dǎo)致生球劇烈滾動(dòng)而飛出圓盤(pán)，損失造球物料。而且圓盤(pán)轉(zhuǎn)速對(duì)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(pán)填充率低，圓盤(pán)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值，粉塵便能得到充分接觸，但隨著造球的進(jìn)行，圓盤(pán)填充率逐漸增大，只有增加圓盤(pán)轉(zhuǎn)速，粉塵才會(huì)滾動(dòng)得更為激烈，進(jìn)而接觸得更為充分，成球速度亦隨之增加。

當(dāng)圓盤(pán)給料量從3 增加到5 kg 后，高爐粉塵成球速度會(huì)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(pán)給料量，便可提高給定平均直徑的生球產(chǎn)量。但是當(dāng)給料量從5 增加到6 kg 時(shí)，平均直徑顯著下降。這是因?yàn)閳A盤(pán)充填率較低時(shí)，給料量的增加使相應(yīng)生球數(shù)量增加，各生球之間碰撞碾壓更為充分，使得對(duì)粉塵的黏附性增加，生球平均直徑逐漸增加，當(dāng)充填率超過(guò)合適范圍后，生球數(shù)量過(guò)多導(dǎo)致滾動(dòng)不充分，和加入的粉塵物料接觸機(jī)會(huì)有限，從而使新加入物料生成母球機(jī)會(huì)增加，整體平均直徑下降。對(duì)于燒結(jié)粉塵來(lái)說(shuō)，當(dāng)給料量從3 增加到6 kg 時(shí)，平均直徑隨著給料量的增加而增加。這說(shuō)明6 kg 時(shí)，燒結(jié)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(rùn)土質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)高爐粉塵和燒結(jié)粉塵成球動(dòng)力學(xué)呈現(xiàn)不同的影響趨勢(shì)，但增大圓盤(pán)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(qiáng)度主要考察了造球水分、膨潤(rùn)土質(zhì)量分?jǐn)?shù)、造球時(shí)間等3個(gè)因素對(duì)混合粉塵生球強(qiáng)度的影響，圓盤(pán)轉(zhuǎn)速和給料量分別恒定在27 r/min 和5 kg。造球水分對(duì)高爐粉塵生球強(qiáng)度的影響。

在造球時(shí)間為20 min、膨潤(rùn)土加入量為2%的條件下，當(dāng)造球水分由12%增加到13.5%時(shí)，燒結(jié)粉塵的生球落下強(qiáng)度和生球抗壓強(qiáng)度皆呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。這是因?yàn)殡S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(xì)力隨之增加；然而當(dāng)水分過(guò)量以后，過(guò)飽和水的存在會(huì)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(xì)力下降，進(jìn)而導(dǎo)致生球強(qiáng)度顯著降低。另一方面，當(dāng)造球水分為12.75%時(shí)，生球落下強(qiáng)度最大，為5.5 次（/ 0.5 m），當(dāng)造球水分增加到13.0%時(shí)，生球抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大，為19.6 N/球。對(duì)燒結(jié)粉塵來(lái)說(shuō)，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(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度逐漸增加，但燒結(jié)粉塵生球性能太差，難以達(dá)到基本要求。膨潤(rùn)土質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)高爐粉塵生球強(qiáng)度的影響。當(dāng)膨潤(rùn)土質(zhì)量分?jǐn)?shù)由1%增加到3%時(shí)，混合粉塵的生球落下強(qiáng)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(qiáng)度由16.53逐漸增加到22.07 N。這是因?yàn)榕驖?rùn)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(rùn)土本身含有較多煉鐵不需要的雜質(zhì)，其加入量多會(huì)引起生球脈石質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，鐵品位下降，故膨潤(rùn)土加入量不能過(guò)多。但是膨潤(rùn)土對(duì)燒結(jié)粉塵生球強(qiáng)度幾乎不產(chǎn)生作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)燒結(jié)塵流動(dòng)性強(qiáng)，顆粒表面光滑，摩擦力小，這可能是導(dǎo)致燒結(jié)粉塵生球強(qiáng)度低的主要原因。

當(dāng)造球時(shí)間由16 min 增加到28 min時(shí)，高爐粉塵生球落下強(qiáng)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(qiáng)度由14.41 N/球逐漸增加到20.85 N/球。燒結(jié)粉塵生球落下強(qiáng)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(qiáng)度由12.05 N/球逐漸增加到16.27 N/球。

這是由于造球時(shí)間的延長(zhǎng)，使得生球密實(shí)程度增大，粉塵間薄膜水和毛細(xì)水黏滯性增大，進(jìn)而提高了生球強(qiáng)度。但燒結(jié)粉塵的生球強(qiáng)度仍然難以達(dá)標(biāo)。

綜合上述分析可知，膨潤(rùn)土加入量的增加和造球時(shí)間延長(zhǎng)都能提高高爐粉塵的生球強(qiáng)度，此外，為保證生球的質(zhì)量，造球水分應(yīng)當(dāng)控制為12.5%～13.0%。綜合考慮成球動(dòng)力學(xué)和生球強(qiáng)度兩個(gè)條件，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)保持合適的造球水分和膨潤(rùn)土加入量，且造球時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，圓盤(pán)轉(zhuǎn)速也不能過(guò)高。為同時(shí)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(shí)間為20 min，膨潤(rùn)土加入量為2%，圓盤(pán)轉(zhuǎn)速為27～31 r/min，給料量為5 kg。燒結(jié)粉塵雖然具有良好的成球動(dòng)力學(xué)，但是在試驗(yàn)條件下其生球強(qiáng)度太差，難以達(dá)到基本要求。

總結(jié)（1）燒結(jié)、高爐和電爐粉塵均含有較高的全鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)，燒結(jié)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?jǐn)?shù)為21.45%，明顯高于燒結(jié)、電爐粉塵；電爐粉塵鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)6.64%，也明顯高于燒結(jié)、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(jié)粉塵、電爐粉塵。

（2）鋼廠燒結(jié)粉塵的成球性能良好，但是其生球強(qiáng)度難以達(dá)標(biāo)，對(duì)于燒結(jié)粉塵成球性能優(yōu)良但生球強(qiáng)度差的特點(diǎn)希望引起大家的關(guān)注。電爐粉塵黏結(jié)性太高，不適宜單獨(dú)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(qiáng)度，落下強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別可以達(dá)到5.5 次/0.5 m和20.07 N/球。

（3）從成球動(dòng)力學(xué)和生球強(qiáng)度兩方面綜合考慮高爐粉塵的成球性能，同時(shí)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(shí)間為20 min，膨潤(rùn)土加入量為2%，圓盤(pán)轉(zhuǎn)速為27～31 r/min，給料量為5 kg3。