球團(tuán)理論與工7特殊球團(tuán)法

1、7.1 金屬化球團(tuán)礦金屬化球團(tuán)礦 7.1.1 概述概述 金屬化球團(tuán)礦金屬化球團(tuán)礦是將生球或經(jīng)氧化焙燒后的球團(tuán)礦，在還原裝是將生球或經(jīng)氧化焙燒后的球團(tuán)礦，在還原裝置中用還原劑（固體和氣體）進(jìn)行預(yù)還原，除去鐵礦石中鐵氧置中用還原劑（固體和氣體）進(jìn)行預(yù)還原，除去鐵礦石中鐵氧化物的含氧量，從而可得到有一部分或絕大部分氧化鐵轉(zhuǎn)變?yōu)榛锏暮趿?，從而可得到有一部分或絕大部分氧化鐵轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘勹F的球團(tuán)礦。金屬鐵的球團(tuán)礦。 金屬化程度較低（金屬化程度較低（2050%）和酸性脈石較高的球團(tuán)礦，一）和酸性脈石較高的球團(tuán)礦，一般用于般用于煉鐵煉鐵的原料。的原料。 若作為若作為電爐煉鋼電爐煉鋼的原料，金屬化程度一般較高

2、（的原料，金屬化程度一般較高（7090%以以上），且酸性脈石要求愈少愈好。上），且酸性脈石要求愈少愈好。 7.1 金屬化球團(tuán)礦金屬化球團(tuán)礦 7.1.1 概述概述金屬鐵增加金屬鐵增加10%，焦比降低，焦比降低5-6%，生產(chǎn)率提高，生產(chǎn)率提高5-9%。 7.1.2 金屬化球團(tuán)礦還原機(jī)理金屬化球團(tuán)礦還原機(jī)理 氧化球團(tuán)礦的還原是氧化球團(tuán)礦的還原是逐段逐段呈帶狀呈帶狀發(fā)展的。發(fā)展的。 逐段是氧化鐵與還原劑作用時(shí)，還原經(jīng)過逐段是氧化鐵與還原劑作用時(shí)，還原經(jīng)過 fe2o3fe3o4feofe（570以上）以上） 或或fe2o3fe3o4fe（570以下）等階段完成。以下）等階段完成。 呈帶狀是還原時(shí)，每個(gè)上

3、列氧化物相形成包圍價(jià)數(shù)比較高的呈帶狀是還原時(shí)，每個(gè)上列氧化物相形成包圍價(jià)數(shù)比較高的氧化鐵，而中心是未還原的最高價(jià)氧化鐵（氧化鐵，而中心是未還原的最高價(jià)氧化鐵（fe2o3或或fe3o4），），最外層是金屬鐵。最外層是金屬鐵。 （1）金屬化球團(tuán)礦還原過程）金屬化球團(tuán)礦還原過程7.1 金屬化球團(tuán)礦金屬化球團(tuán)礦 7.1.2 金屬化球團(tuán)礦還原機(jī)理金屬化球團(tuán)礦還原機(jī)理 但是當(dāng)球團(tuán)較小時(shí)及氣體但是當(dāng)球團(tuán)較小時(shí)及氣體還原劑能自由穿透整個(gè)球團(tuán)，還原劑能自由穿透整個(gè)球團(tuán)，或者球團(tuán)內(nèi)配有固體還原劑或者球團(tuán)內(nèi)配有固體還原劑時(shí)，還原僅具有逐段性，而時(shí)，還原僅具有逐段性，而沒有明顯的呈帶性。沒有明顯的呈帶性。 隨著還原反

4、應(yīng)向球團(tuán)中心推移，外層的金屬鐵層及次層低隨著還原反應(yīng)向球團(tuán)中心推移，外層的金屬鐵層及次層低價(jià)氧化鐵層的厚度不斷增加，而內(nèi)層的較高價(jià)氧化鐵層則依次價(jià)氧化鐵層的厚度不斷增加，而內(nèi)層的較高價(jià)氧化鐵層則依次縮小?？s小。 7.1.2 金屬化球團(tuán)礦還原機(jī)理金屬化球團(tuán)礦還原機(jī)理 氣體還原劑氣體還原劑，氧化鐵的還原有兩種機(jī)理起決定性作用：，氧化鐵的還原有兩種機(jī)理起決定性作用： 1）在固體與氣體間的相界反應(yīng)；）在固體與氣體間的相界反應(yīng)； 2）在固體反應(yīng)劑相界上及其內(nèi)部由于金屬鐵向較高含氧量區(qū)）在固體反應(yīng)劑相界上及其內(nèi)部由于金屬鐵向較高含氧量區(qū)域擴(kuò)散而產(chǎn)生固相反應(yīng)。域擴(kuò)散而產(chǎn)生固相反應(yīng)。 快速還原時(shí)，球團(tuán)外表形成

5、一層快速還原時(shí)，球團(tuán)外表形成一層多孔的金屬鐵多孔的金屬鐵，還原氣體，還原氣體可以在固相層內(nèi)擴(kuò)散，在可以在固相層內(nèi)擴(kuò)散，在fexo/fe界面上，浮士體被還原為金界面上，浮士體被還原為金屬鐵，鐵離子向被還原的鐵氧化物內(nèi)擴(kuò)散，使較高級鐵氧化物屬鐵，鐵離子向被還原的鐵氧化物內(nèi)擴(kuò)散，使較高級鐵氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低級的鐵氧化物，受轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低級的鐵氧化物，受fexo/ fe界面反應(yīng)所控制界面反應(yīng)所控制。（2）氣體還原劑對氧化鐵的還原機(jī)理）氣體還原劑對氧化鐵的還原機(jī)理 若外表面形成一層比較若外表面形成一層比較致密的金屬鐵致密的金屬鐵層時(shí)，還原氣體無法進(jìn)層時(shí)，還原氣體無法進(jìn)入到球團(tuán)礦內(nèi)部，只能發(fā)生由球團(tuán)表面除去氧的

6、反應(yīng)。而氧化鐵入到球團(tuán)礦內(nèi)部，只能發(fā)生由球團(tuán)表面除去氧的反應(yīng)。而氧化鐵的還原則是通過的還原則是通過fe2（fe3）和）和o2-在固相產(chǎn)物層晶格內(nèi)的擴(kuò)散在固相產(chǎn)物層晶格內(nèi)的擴(kuò)散進(jìn)行的，反應(yīng)速度受這些進(jìn)行的，反應(yīng)速度受這些離子擴(kuò)散控制離子擴(kuò)散控制的影響。的影響。 7.1.2 金屬化球團(tuán)礦還原機(jī)理金屬化球團(tuán)礦還原機(jī)理（2）氣體還原劑對氧化鐵的還原機(jī)理）氣體還原劑對氧化鐵的還原機(jī)理 還原劑為固體燃料還原劑為固體燃料時(shí)，時(shí)， 1）在不與鐵礦物混合制成球團(tuán)礦，而以單獨(dú)的方式噴射入還）在不與鐵礦物混合制成球團(tuán)礦，而以單獨(dú)的方式噴射入還原設(shè)備的高溫區(qū)內(nèi)（回轉(zhuǎn)窯），則煤粉燃料將受高溫作用而氧原設(shè)備的高溫區(qū)內(nèi)（回

7、轉(zhuǎn)窯），則煤粉燃料將受高溫作用而氧化成煤氣，此時(shí)的還原過程基本上與氣體還原劑相同?；擅簹猓藭r(shí)的還原過程基本上與氣體還原劑相同。 2）若將固體還原劑經(jīng)細(xì)磨后，混勻到球團(tuán)內(nèi)部，呈均勻分布，）若將固體還原劑經(jīng)細(xì)磨后，混勻到球團(tuán)內(nèi)部，呈均勻分布，還原過程則時(shí)氧化鐵與碳直接發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)較低級鐵氧化物還原過程則時(shí)氧化鐵與碳直接發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)較低級鐵氧化物和和co。 7.1.2 金屬化球團(tuán)礦還原機(jī)理金屬化球團(tuán)礦還原機(jī)理（3）固體還原劑對氧化鐵的還原機(jī)理）固體還原劑對氧化鐵的還原機(jī)理 當(dāng)反應(yīng)溫度高于當(dāng)反應(yīng)溫度高于9001000時(shí)，只要球團(tuán)礦內(nèi)有足夠數(shù)量時(shí)，只要球團(tuán)礦內(nèi)有足夠數(shù)量的固體還原劑，則直接還原產(chǎn)

8、生的的固體還原劑，則直接還原產(chǎn)生的co的濃度，從球團(tuán)中心到的濃度，從球團(tuán)中心到外表都超過外表都超過fe2o3和和co反應(yīng)生成反應(yīng)生成fe和和co2時(shí)所需的時(shí)所需的co平衡濃度。平衡濃度。 此時(shí)，在球團(tuán)內(nèi)部氣相中的此時(shí)，在球團(tuán)內(nèi)部氣相中的co和和co2的比值，接近固體碳?xì)獾谋戎?，接近固體碳?xì)饣磻?yīng)的平衡值，這樣就可防止外表金屬鐵被化反應(yīng)的平衡值，這樣就可防止外表金屬鐵被co2再度氧化。再度氧化。 7.1.2 金屬化球團(tuán)礦還原機(jī)理金屬化球團(tuán)礦還原機(jī)理（3）固體還原劑對氧化鐵的還原機(jī)理）固體還原劑對氧化鐵的還原機(jī)理為什么鐵氧化物不與碳反應(yīng)生成為什么鐵氧化物不與碳反應(yīng)生成co2？ 7.1.3 金屬化球

9、團(tuán)生產(chǎn)工藝金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝midrexhylsacircoredfiorfinmet炭化鐵sn/rlfastmelt cometinmetco circofercorexitmk3塊礦/球團(tuán)粉礦固態(tài)液態(tài)煤煤氣按還原劑和鐵礦按還原劑和鐵礦石種類分直接還石種類分直接還原工藝原工藝 7.1.3 金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝 不同直接還原工藝的主要特點(diǎn)比較不同直接還原工藝的主要特點(diǎn)比較工藝原料還原劑還原設(shè)備溫度壓力成本(美元/噸)arex球團(tuán)/塊礦煤氣豎爐中等低150circofer粉礦碳流化床高中200circred粉礦煤氣流化床低中190day drc球團(tuán)/塊礦碳回轉(zhuǎn)窯高常壓270fas

10、tmet粉礦碳轉(zhuǎn)底爐非常高常壓175finmet粉礦煤氣流化床中等高220hyl 球團(tuán)/塊礦煤氣豎爐中等中190炭化鐵粉礦煤氣流化床低中230inmetco粉礦碳轉(zhuǎn)底爐非常高常壓170midrex球團(tuán)/塊礦煤氣豎爐中等低180sl/rn球團(tuán)/塊礦碳回轉(zhuǎn)窯高常壓240 7.1.3 金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝（1）回轉(zhuǎn)窯法（）回轉(zhuǎn)窯法（sl-rn法）法） 含鐵原料采用含鐵原料采用塊礦或氧化性塊礦或氧化性球團(tuán)礦球團(tuán)礦 含鐵原料為粉含鐵原料為粉礦或精礦礦或精礦 7.1.3 金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝（1）回轉(zhuǎn)窯法）回轉(zhuǎn)窯法 任何還原劑在回轉(zhuǎn)任何還原劑在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，也是產(chǎn)生熱量窯內(nèi)，也

11、是產(chǎn)生熱量的主要來源。的主要來源。 要求固體還原劑灰要求固體還原劑灰分熔點(diǎn)高、含硫量低。分熔點(diǎn)高、含硫量低。 無煙煤作還原劑時(shí)，必須添加天然氣或重油作輔助燃料來提高無煙煤作還原劑時(shí)，必須添加天然氣或重油作輔助燃料來提高窯內(nèi)溫度；窯內(nèi)溫度； 煙煤和褐煤等高揮發(fā)分還原劑，因可產(chǎn)生大量可燃?xì)怏w，無須煙煤和褐煤等高揮發(fā)分還原劑，因可產(chǎn)生大量可燃?xì)怏w，無須加輔助燃料，但因有一部分可燃?xì)怏w在沒有完全燃燒以前就排出加輔助燃料，但因有一部分可燃?xì)怏w在沒有完全燃燒以前就排出窯外，故使熱量消耗要比無煙煤使用時(shí)高。窯外，故使熱量消耗要比無煙煤使用時(shí)高。 褐煤能得到最高的金屬化程度，而無煙煤得到的產(chǎn)品強(qiáng)度最好。褐煤能

12、得到最高的金屬化程度，而無煙煤得到的產(chǎn)品強(qiáng)度最好。 回轉(zhuǎn)窯法對礦石粒度的要求，由其還原性而定。塊礦平均?；剞D(zhuǎn)窯法對礦石粒度的要求，由其還原性而定。塊礦平均粒度為度為515mm（易還原的可達(dá)（易還原的可達(dá)20mm），球團(tuán)礦的粒度約），球團(tuán)礦的粒度約515mm。 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)最高溫度限制回轉(zhuǎn)窯內(nèi)最高溫度限制在在1100左右左右。 7.1.3 金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝（1）回轉(zhuǎn)窯法）回轉(zhuǎn)窯法 7.1.3 金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝（2）豎爐法（）豎爐法（“midrex”法）法） 還原劑主要是天然還原劑主要是天然氣，最終產(chǎn)品的金屬氣，最終產(chǎn)品的金屬化程度可達(dá)化程度可達(dá)95左右，左右，

13、多作煉鋼用原料。多作煉鋼用原料。 豎爐分作兩部分，上部進(jìn)行預(yù)還原，溫度保持在豎爐分作兩部分，上部進(jìn)行預(yù)還原，溫度保持在8001200之間，時(shí)間約為之間，時(shí)間約為1.2h左右。下部通入冷惰性氣體進(jìn)行循環(huán)冷卻，左右。下部通入冷惰性氣體進(jìn)行循環(huán)冷卻，可使產(chǎn)品冷卻到可使產(chǎn)品冷卻到85。 7.1.3 金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝（3）豎罐法（）豎罐法（“hyl”法）法） 生產(chǎn)過程為間歇式，生產(chǎn)過程為間歇式，非連續(xù)性生產(chǎn)，采用四非連續(xù)性生產(chǎn)，采用四個(gè)罐交替進(jìn)行反應(yīng)，依個(gè)罐交替進(jìn)行反應(yīng)，依次輪流進(jìn)行次輪流進(jìn)行主還原，主還原， 次還原（部分還原），次還原（部分還原）， 冷卻和冷卻和裝卸料等四裝卸料等四

14、個(gè)階段。個(gè)階段。 每一個(gè)反應(yīng)器每一階段需要每一個(gè)反應(yīng)器每一階段需要3h，整個(gè)循環(huán)的總時(shí)間為，整個(gè)循環(huán)的總時(shí)間為12h。 7.1.3 金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝（4）帶式機(jī)法（）帶式機(jī)法（d-lm法）法） 固體還原劑與鐵礦石共同配料細(xì)磨后造球，然后給到帶式機(jī)上進(jìn)行干固體還原劑與鐵礦石共同配料細(xì)磨后造球，然后給到帶式機(jī)上進(jìn)行干燥和還原焙燒，總共時(shí)間不到燥和還原焙燒，總共時(shí)間不到12min。 也可以將已固結(jié)的氧化性球團(tuán)礦進(jìn)行還原焙燒，還原劑多用氣體。但也可以將已固結(jié)的氧化性球團(tuán)礦進(jìn)行還原焙燒，還原劑多用氣體。但這種方法由于還原焙燒時(shí)間短，故最終產(chǎn)品的金屬化程度很低，一般僅這種方法由于還原焙

15、燒時(shí)間短，故最終產(chǎn)品的金屬化程度很低，一般僅有有1850左右，這種產(chǎn)品通常只能用作煉鐵原料。左右，這種產(chǎn)品通常只能用作煉鐵原料。 球團(tuán)礦利用循環(huán)熱廢氣進(jìn)行干燥，預(yù)熱和還原則用燃燒重油所產(chǎn)生的球團(tuán)礦利用循環(huán)熱廢氣進(jìn)行干燥，預(yù)熱和還原則用燃燒重油所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行，金屬化產(chǎn)品用水冷卻。熱量進(jìn)行，金屬化產(chǎn)品用水冷卻。 無論配入何種還原劑，都必須使預(yù)熱區(qū)和還原區(qū)氣氛中的氧含無論配入何種還原劑，都必須使預(yù)熱區(qū)和還原區(qū)氣氛中的氧含量不得超過量不得超過23和和5，以便獲得金屬化程度較高的產(chǎn)品。，以便獲得金屬化程度較高的產(chǎn)品。 7.2 水硬性球團(tuán)礦水硬性球團(tuán)礦 7.2.1 概述概述 采用硅酸鹽水泥（或無石膏的水

16、泥熟料）、礦渣水泥、火山采用硅酸鹽水泥（或無石膏的水泥熟料）、礦渣水泥、火山灰、硅藻土和蛋白石等灰、硅藻土和蛋白石等水硬性材料水硬性材料，均可作為球團(tuán)礦固結(jié)的粘，均可作為球團(tuán)礦固結(jié)的粘結(jié)劑而得到水硬性球團(tuán)礦，由于不經(jīng)高溫焙燒固結(jié)，故又稱為結(jié)劑而得到水硬性球團(tuán)礦，由于不經(jīng)高溫焙燒固結(jié)，故又稱為冷固球團(tuán)。冷固球團(tuán)。 水硬性球團(tuán)礦不需要高溫處理，因此生產(chǎn)設(shè)備和工藝過程較水硬性球團(tuán)礦不需要高溫處理，因此生產(chǎn)設(shè)備和工藝過程較為簡單。不適宜處理含硫、砷較高的一類礦石。為簡單。不適宜處理含硫、砷較高的一類礦石。 7.2 水硬性球團(tuán)礦水硬性球團(tuán)礦 7.2.2 水硬性球團(tuán)固結(jié)機(jī)理水硬性球團(tuán)固結(jié)機(jī)理 水硬性球團(tuán)固

17、結(jié)機(jī)理，由水硬性粘結(jié)劑加水后的行為所決定。水硬性球團(tuán)固結(jié)機(jī)理，由水硬性粘結(jié)劑加水后的行為所決定。 水硬性粘結(jié)劑各組分在水溶液中與水作用生成水硬性粘結(jié)劑各組分在水溶液中與水作用生成凝膠凝膠： 一些凝膠能在水中溶解，并能再結(jié)晶。如氫氧化鈣凝膠和一些凝膠能在水中溶解，并能再結(jié)晶。如氫氧化鈣凝膠和水化鋁酸鈣凝膠。水化鋁酸鈣凝膠。 另一些在水中的可溶性極小，因而不易于再結(jié)晶，長時(shí)期另一些在水中的可溶性極小，因而不易于再結(jié)晶，長時(shí)期內(nèi)保持膠體狀態(tài)，如水化硅酸鈣和水化鐵酸鈣凝膠。內(nèi)保持膠體狀態(tài)，如水化硅酸鈣和水化鐵酸鈣凝膠。7.2 水硬性球團(tuán)礦水硬性球團(tuán)礦 7.2.2 水硬性球團(tuán)固結(jié)機(jī)理水硬性球團(tuán)固結(jié)機(jī)理

18、（1）易于結(jié)晶的，首先結(jié)晶，并以它們的晶體貫穿于含水硅）易于結(jié)晶的，首先結(jié)晶，并以它們的晶體貫穿于含水硅酸鈣和含水鐵酸鈣以及礦粒的孔隙中，這是硬化的初期。這時(shí)酸鈣和含水鐵酸鈣以及礦粒的孔隙中，這是硬化的初期。這時(shí)整個(gè)凝膠還是松而不緊密的，相互的粘結(jié)能力較弱。整個(gè)凝膠還是松而不緊密的，相互的粘結(jié)能力較弱。（2）只有經(jīng)過較長的時(shí)間，水化反應(yīng)逐漸向顆粒內(nèi)部擴(kuò)散，）只有經(jīng)過較長的時(shí)間，水化反應(yīng)逐漸向顆粒內(nèi)部擴(kuò)散，凝膠的水分減少，粒子互相接近，球團(tuán)礦才具有一定的強(qiáng)度。凝膠的水分減少，粒子互相接近，球團(tuán)礦才具有一定的強(qiáng)度。成球原料的性質(zhì)、粘結(jié)劑用量、溫度、速硬劑等均對水硬成球原料的性質(zhì)、粘結(jié)劑用量、溫度、速硬劑等均對水硬性球團(tuán)固結(jié)有很大的影響。性球團(tuán)固結(jié)有很大的影響。7.3 碳酸化固結(jié)球團(tuán)礦碳酸化固結(jié)球團(tuán)礦 7.3.1 基本原理基本原理 將配入石灰的鐵礦粉球團(tuán)置于含將配入石灰的鐵礦粉球團(tuán)置于含co2的氣流中，球團(tuán)中的的氣流中，球團(tuán)中的cao在有水存在的情況下生成在有水存在的情況下生成ca(oh)2，再從通過的氣體介質(zhì)，再從通過的氣體介質(zhì)中吸收中吸收co2生成生成caco3，同時(shí)在有水和，同時(shí)在有水和co2共同存在的條件下，共同存在的條件下，球團(tuán)表面生