球團(tuán)理論與工藝造球理論

1、1會(huì)計(jì)學(xué)球團(tuán)理論與工藝造球理論球團(tuán)理論與工藝造球理論 造球（balling）又叫滾動(dòng)成型，是細(xì)磨物料在造球設(shè)備中被水潤(rùn)濕并在機(jī)械力及毛細(xì)力作用下的連續(xù)過(guò)程。 生球質(zhì)量與：造球工藝過(guò)程、原料的物理化學(xué)性質(zhì)和準(zhǔn)備方法等有關(guān)。 各種物料的成球性能取決于： 物料表面性質(zhì)；與水的親和能力。2.1 物料的表面性質(zhì) 液體的表面性質(zhì) （1） 液體的表面層、表面能和表面張力液面下厚度約等于分子作用半徑的一層液體，叫表面層。不平衡力場(chǎng)表面層內(nèi)分子比液體內(nèi)部所具有的更大的位能，稱(chēng)作表面能。 液體的表面性質(zhì) （1） 液體的表面層、表面能和表面張力不平衡力場(chǎng)液體具有盡可能縮小其表面的趨勢(shì)，液體表面就好像一拉緊了的彈性膜

2、，處在沿著表面的使表面有收縮傾向的張力作用下，這種力稱(chēng)作表面張力。Lf （2） 彎曲液面下的附加壓強(qiáng)水平液面的表面張力也是水平的彎曲液膜有取平面的趨勢(shì)：凸膜變平的趨勢(shì)對(duì)下層的液體施以壓力；凹膜變平的趨勢(shì)對(duì)下層的液體起著拉伸的作用； 液體的表面性質(zhì) （2） 彎曲液面下的附加壓強(qiáng)彎曲液面對(duì)液體內(nèi)部都施以附加壓強(qiáng)，凸面為正，凹面為負(fù)。）（附2111RRPRP2附（2-4）（2-3） 液體和固體的作用 （1） 潤(rùn)濕現(xiàn)象由于液體分子與固體分子之間的相互引力大于或小于液體分子之間的相互引力，同一種液體，能潤(rùn)濕某些固體的表面，而不能潤(rùn)濕另一些固體的表面。附著力是兩種不同物質(zhì)接觸部分的相互吸引力。 內(nèi)聚力又叫

3、粘聚力，是在同種物質(zhì)內(nèi)部相鄰各部分之間的相互吸引力。 液體和固體的作用 （1） 潤(rùn)濕現(xiàn)象在液體和固體接觸處，厚度等于分子作用半徑的一薄層液體叫附著層。附著力內(nèi)聚力平衡時(shí)位能最小原理 液體和固體的作用 （1） 潤(rùn)濕現(xiàn)象潤(rùn)濕：附著層的伸張力向上表面張力與表面相切，一分力向下形成凹形液面不潤(rùn)濕：附著層的收縮力向下表面張力與表面相切，一分力向上形成凸形液面 液體和固體的作用 （1） 潤(rùn)濕現(xiàn)象在液體和固體接觸處，液體表面的切面和固體表面所成的角稱(chēng)為接觸角。完全潤(rùn)濕潤(rùn)濕不潤(rùn)濕完全不潤(rùn)濕 液體和固體的作用 （2） 毛細(xì)現(xiàn)象浸潤(rùn)液體在毛細(xì)管里升高的現(xiàn)象和不浸潤(rùn)液體在毛細(xì)管里降低的現(xiàn)象，叫做毛細(xì)現(xiàn)象。管徑小于2

4、mm的管子叫毛細(xì)管。ghRP2附（2-5）cosrR grhcos2（2-6）Julen公式管子越細(xì)，液體上升高度越高凹液面附加壓強(qiáng)為負(fù)，液面上升高度為正；凸液面附加壓強(qiáng)為正，液面上升高度為負(fù) 細(xì)磨物料的表面特性細(xì)磨物料特點(diǎn)：分散度和比表面積較大較大表面能表面電性荷負(fù)電：方解石、石英、膨潤(rùn)土、金屬、金屬硫化物等荷正電：氫氧化鐵、氫氧化鋁2.2 水分在細(xì)磨物料中的形態(tài)及作用 水分子的構(gòu)造與性質(zhì)水分子具有偶極子構(gòu)造可與具有某種電荷的其他物體相締合形成瞬時(shí)復(fù)合體造球過(guò)程中水的形態(tài)吸附水、薄膜水、毛細(xì)水2.2 水分在細(xì)磨物料中的形態(tài)及作用 吸附水的特性及作用在靜電引力作用下被吸附在固體顆粒的表面的水分

5、子叫做吸附水。吸附水層的厚度在28nm之間。由于吸附水和礦粒之間是靠分子吸引力結(jié)合的，因此被牢牢吸附在顆粒表面，不能自由轉(zhuǎn)移，只有在烘干時(shí)才能變?yōu)檎羝?吸附水的特性及作用僅有吸附水，物料尚不能成球。吸附水的密度大于1g/cm3，不導(dǎo)電，不結(jié)冰，又稱(chēng)為固態(tài)水。砂粒狀細(xì)磨物料（0.1-1.0mm），呈散粒狀態(tài)粘土狀細(xì)磨物料（1.0m），呈堅(jiān)硬固體狀態(tài)僅含吸附水時(shí)， 薄膜水的特性及作用 薄膜水是由形成吸附水以后剩余的未被平衡的分子力所吸引的分子水層；分為強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水。（1）強(qiáng)結(jié)合水 最接近固相表面的薄膜水稱(chēng)為強(qiáng)結(jié)合水，一般僅相當(dāng)于幾個(gè)水分子的厚度； 結(jié)合水具有固態(tài)和液態(tài)水的雙重性質(zhì)；即自身重

6、力作用下不能運(yùn)動(dòng)，施加外力作用下，才能夠流動(dòng)和變形。 薄膜水的特性及作用礦粒具有強(qiáng)結(jié)合水時(shí)，為牢固狀態(tài)，無(wú)塑性。移動(dòng)方向與重力無(wú)關(guān)，速度遠(yuǎn)慢于普通水，冰點(diǎn)小于零度。最大分子水=吸附水+強(qiáng)結(jié)合水。 薄膜水的特性及作用（2）弱結(jié)合水 是薄膜水外緣部分的水，性質(zhì)接近自由水。受電分子引力的吸引，具有粘滯性。 薄膜水由于受靜電力和分子力的作用，水分子排列緊密，具有很大粘滯性，使相鄰的礦粉顆粒不容易發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。 薄膜水的特性及作用（2）弱結(jié)合水當(dāng)?shù)V粉顆粒相距很近時(shí)，可以形成公共的水化膜（圖中陰影部分），使顆粒彼此粘結(jié)，這就是細(xì)磨物料成球后具有一定機(jī)械強(qiáng)度的原因。物料達(dá)到最大分子結(jié)合水以后，在外力作用下表

7、現(xiàn)出可塑性，這時(shí)成球過(guò)程才能開(kāi)始。 毛細(xì)水的特性及作用當(dāng)物料潤(rùn)濕到超過(guò)薄膜水時(shí)，水分開(kāi)始充填在物料顆粒之間的空隙中，形成毛細(xì)水。毛細(xì)水是靠水的表面張力形成的，在礦粉顆粒的空隙中形成彎曲的液面，產(chǎn)生毛細(xì)壓力。 毛細(xì)水的特性及作用在毛細(xì)壓力和外力的作用下，水滴周?chē)牡V粉顆粒被拉向水滴的中心，形成小球。因此，物料的親水性越強(qiáng)，顆粒越細(xì)，排列越緊密，毛細(xì)力的作用越大，成球速度也越快。成球過(guò)程中毛細(xì)水起主導(dǎo)作用。 毛細(xì)水的特性及作用當(dāng)?shù)V粉被水潤(rùn)濕超過(guò)薄膜水時(shí)，在顆粒之間出現(xiàn)了毛細(xì)水，開(kāi)始出現(xiàn)的叫做觸點(diǎn)狀毛細(xì)水，它使顆粒連系起來(lái)。繼續(xù)增加水，以及毛細(xì)水表面張力或外力作用，使顆粒靠攏，于是在它們之間形成了蜂

8、窩狀毛細(xì)水，這時(shí)毛細(xì)水在顆粒之間開(kāi)始連接起來(lái)，可以遷移。進(jìn)一步潤(rùn)濕，則出現(xiàn)了飽和毛細(xì)水，這時(shí)達(dá)到了最大毛細(xì)水含量。 毛細(xì)水的特性及作用 精礦粉成球，毛細(xì)水起主導(dǎo)作用，最適宜的含水量介于觸點(diǎn)狀和蜂窩狀毛細(xì)水之間。 精礦粉成球速度決定于毛細(xì)水的遷移速度。 親水性強(qiáng)的物料，可使毛細(xì)水遷移速度加快。 2.2 水分在細(xì)磨物料中的形態(tài)及作用 重力水的特性及作用由于重力總是向下的，因此重力水總是向下運(yùn)動(dòng)。由于重力水對(duì)礦粒有浮力作用，故對(duì)成球不利。當(dāng)?shù)V粉完全被水飽和時(shí)，還存在重力水。它是在重力和壓力差的作用下能移動(dòng)的自由水。所以，只有當(dāng)水分處于毛細(xì)水含量范圍以內(nèi)時(shí)，對(duì)礦粉成球才有實(shí)際意義。2.2 水分在細(xì)磨物

9、料中的形態(tài)及作用 四種形態(tài)水的作用吸附水：是無(wú)效水，呈固態(tài)水性質(zhì)；薄膜水：增加球團(tuán)機(jī)械強(qiáng)度，呈粘滯性；可提高生球強(qiáng)度，可使物料呈現(xiàn)塑性；毛細(xì)水：起主導(dǎo)作用，使顆粒成核；重力水：飽和水，對(duì)成球不利。2.3 細(xì)磨物料的成球過(guò)程 成球機(jī)理生球的強(qiáng)度靠自然力將礦粒維持在一起，決定著礦粒的尺寸、表面電荷、結(jié)晶構(gòu)造、添加劑等。主要的自然力是毛細(xì)壓力。影響成球的力：自然力和機(jī)械力。還需借助機(jī)械力使?jié)櫇耦w粒接觸，即在造球設(shè)備中，以滾動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、擠壓等方式使物料作機(jī)械運(yùn)動(dòng)而形成生球。 成球機(jī)理在機(jī)械力的作用下粒子互相靠緊，由于粒子間的毛細(xì)作用，而聚集成核。（1）成核機(jī)理是任何新球形成必不可少的過(guò)程。核的形成是造球

10、過(guò)程的第一步，核的強(qiáng)度及長(zhǎng)大速度都將影響生球產(chǎn)質(zhì)量。已經(jīng)形成的球，因表層水分不足或粘附不牢，在磨剝過(guò)程中被磨損。（6）磨損機(jī)理（7）磨剝轉(zhuǎn)移機(jī)理一定數(shù)量的原料從一個(gè)球轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)球上。不存在交換。已經(jīng)形成的球核，在滾動(dòng)過(guò)程中聚集新料，而逐漸長(zhǎng)大。（2）成層機(jī)理（3）聚結(jié)機(jī)理幾個(gè)小球核連結(jié)在一起，稱(chēng)為聚結(jié)?？梢允莾蓚€(gè)或多個(gè)核聚結(jié)，長(zhǎng)大速度大于成層，生球尺寸范圍較寬。已經(jīng)形成的球核又被壓碎。增加粘結(jié)劑可改善。（4）粉碎機(jī)理（5）破損機(jī)理已經(jīng)形成的球，由于沖擊或碰撞而破裂成碎片。與造球機(jī)工藝參數(shù)有關(guān)。對(duì)母球長(zhǎng)大起主導(dǎo)作用的是聚結(jié)和成層機(jī)理。 成球機(jī)理 成球階段成核階段：薄膜水圍繞松散細(xì)磨物料，通過(guò)

11、降低總的氣液界面而成核，觸點(diǎn)狀+蜂窩狀連接使母球中空氣減少。母球仍是多孔狀，由固-液-氣三相組成，強(qiáng)度不高。潤(rùn)濕/毛細(xì)力起主導(dǎo)作用 包括：成核階段、過(guò)渡階段和長(zhǎng)大階段。 成球階段過(guò)渡階段：母球彼此碰撞，飽和毛細(xì)水使空隙逐漸減小，形成毛細(xì)管連接。潤(rùn)濕/毛細(xì)力和機(jī)械力起主導(dǎo)作用 小球密度增加，仍具較大塑性，粒度范圍寬。長(zhǎng)大階段：間斷造球以成核和聚結(jié)機(jī)理為主導(dǎo)；連續(xù)造球以成層機(jī)理為主。機(jī)械力起主導(dǎo)作用 2.4 造球機(jī) 圓盤(pán)造球機(jī) 盤(pán)上裝有噴水管及刮料板等裝置。 細(xì)磨物料加進(jìn)盤(pán)內(nèi)被水濕潤(rùn)后，不斷翻滾形成料粒母球大料球，大料球位于表面和圓盤(pán)的邊緣。 因此，當(dāng)總給料量大于圓盤(pán)的填充量時(shí)，大顆粒的合格生球即

12、自盤(pán)內(nèi)排出。 圓盤(pán)造球機(jī)特點(diǎn)：不同粒徑的球粒分別沿各自不同的軌道運(yùn)行，按大小分級(jí)，排出尺寸合格的生球。所需料量相當(dāng)于排出的生球量。 圓筒造球機(jī)圓筒造球機(jī)的筒體內(nèi)裝有與筒壁平行的刮刀，在筒體的前段設(shè)有噴水裝置（亦可噴入液狀的造球所需的粘結(jié)劑，以增強(qiáng)生球的強(qiáng)度）。從筒壁上刮下的物料大部分已粘結(jié)稱(chēng)成塊，在圓筒中翻滾，很快就成球，加速了造球的作用。由于刮刀從筒壁上刮下的料塊度和水分都不均勻，盡管造球的時(shí)間相等，但生球的粒徑不夠均勻。 圓筒造球機(jī)特點(diǎn)：不具備分級(jí)作用，需與網(wǎng)篩構(gòu)成閉路，篩下料返回造球。循環(huán)負(fù)荷在100%以上，有時(shí)高達(dá)400%。2.5 影響造球的因素 原料影響精礦成球的因素很多，概括起來(lái)，

13、可分為兩類(lèi)，一是原料的性質(zhì)，二是造球工藝條件。 （1）原料的自然性質(zhì) 造球原料的自然性質(zhì)中，以顆粒表面的親水性、顆粒形狀，對(duì)其成球性影響最大。顆粒表面親水性愈高，固相與液相界面的接觸角愈小，顆粒容易被水潤(rùn)濕，薄膜水和毛細(xì)水含量高，毛細(xì)水的遷移速度也高，從而成球性好。 鐵礦石親水性（從弱到強(qiáng)）：磁鐵礦赤鐵礦菱鐵礦褐鐵礦 原料（2）原料的水分 原料水分對(duì)于成球影響很大。對(duì)于不同的原料，生球有不同的適宜水分。 若原料含水過(guò)低，雖然在造球時(shí)可以灑水補(bǔ)充，但成球速度慢，生產(chǎn)率降低，而且往往由于灑水不均勻，使生球脆弱。 如果原料含水過(guò)高，會(huì)給造球帶來(lái)極大困難，使生球粒度不均勻，相互粘結(jié)、形成大塊。在這種情

14、況下，必須將原料預(yù)先干燥，降低其水分。 在正常生產(chǎn)條件下，需經(jīng)常維持原料水分略低于生球的適宜水分。 原料（3）原料的粒度與粒度組成 原料具有適宜的粒度組成，可使顆粒排列緊密，毛細(xì)管平均直徑縮小，顆粒之間的結(jié)合力增大。 -0.074mm80%-90%，-0.044mm 60%-80%，比表面積1500-1900cm2/g 粒度過(guò)細(xì)的不利影響： 毛細(xì)管直徑愈小，水在顆粒間的遷移速度下降，從而使成球速度降低。 原料（4）添加劑的影響在造球原料中配加某些添加劑，可以改善物料的成球性。 1）改善物料的親水性和比表面積；2）改善物料顆粒間的連結(jié)，增加生球機(jī)械強(qiáng)度。2.5 影響造球的因素 工藝條件造球工藝對(duì)

15、成球的影響可以概括為操作與設(shè)備兩方面。 （1）加水方法 造球物料的水分應(yīng)控制在略低于適宜造球的水分，造球時(shí)補(bǔ)加少量水，以控制母球的形成和生球的長(zhǎng)大。 補(bǔ)加水的大部分以滴狀加在成核區(qū)，以形成母球，少部分以霧狀噴淋在生球成長(zhǎng)區(qū)，幫助母球迅速長(zhǎng)大。就給水點(diǎn)來(lái)說(shuō)，在成核區(qū)，給水位置應(yīng)在給料位置的下方。在生球長(zhǎng)大區(qū)，則相反，給水位置應(yīng)在給料位置的上方。 工藝操作滴水成球，霧水長(zhǎng)大，無(wú)水緊密 2.5 影響造球的因素 工藝條件（2）加料方法 加料的方式必須兼顧生成母球和母球長(zhǎng)大，要防止形成過(guò)多的母球。 原料加在“成核區(qū)”和“長(zhǎng)球區(qū)”。這樣，在造球機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中有一部分未參加造球的散料就會(huì)被帶至“緊密區(qū)”，吸收

16、生球表面的多余水分。 在保證生球達(dá)到要求尺寸的前提下，應(yīng)使母球的生成速度與生球的長(zhǎng)大速度達(dá)到平衡。工藝操作2.5 影響造球的因素 工藝條件（3）成球時(shí)間 滾動(dòng)成球的時(shí)間，與對(duì)球團(tuán)礦粒度的要求，以及原料成球的難易有關(guān)。 球團(tuán)礦的粒度大，要較長(zhǎng)的造球時(shí)間；原料成球性差，造球時(shí)間也會(huì)延長(zhǎng)。 一般的規(guī)律是：延長(zhǎng)造球時(shí)間，有利于提高生球的強(qiáng)度，特別對(duì)于粒度很細(xì)的原料，更須要較長(zhǎng)的造球時(shí)間，才能使生球具有更高的強(qiáng)度。 工藝操作2.5 影響造球的因素設(shè)備影響（1）圓盤(pán)的直徑大小不等，但傾斜角度一般在45 50 之間。（2）傾角固定時(shí)，造球盤(pán)的速度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，以造球盤(pán)的周邊切線速度計(jì)，經(jīng)常保持在1.0

17、2.0m/s之間。 工藝條件如果周速過(guò)小或周速過(guò)大？設(shè)備影響 （2）周速過(guò)小，物料上升不到圓盤(pán)的上部區(qū)域，一方面造球盤(pán)的面積得不到充分利用，另一方面生球在盤(pán)內(nèi)滾動(dòng)獲得的位能低，因而滾動(dòng)時(shí)動(dòng)能小，球與球相互碰撞得機(jī)械作用力小，因而成球慢，生球的強(qiáng)度低。 若周速過(guò)大，由于離心力作用，物料拋向邊緣，跟隨造球盤(pán)旋轉(zhuǎn)，中心出現(xiàn)無(wú)料區(qū)，滾動(dòng)成球的作用受到破壞，甚至無(wú)法成球。 造球盤(pán)的傾角較大時(shí)，要求較高的圓周速度，使盤(pán)內(nèi)物料滾動(dòng)次數(shù)增加，有利于提高生球的產(chǎn)量和增加它的強(qiáng)度。 工藝條件設(shè)備影響（3）造球盤(pán)的邊高與其直徑有關(guān)，直徑5.5m的大型造球盤(pán)邊高600650mm，邊高影響造球盤(pán)的充填率，造球機(jī)的邊高大

18、，傾角小，在給料不變的條件下，物料在造球盤(pán)中停留時(shí)間長(zhǎng)，有利于提高生球的強(qiáng)度。 工藝條件設(shè)備影響 （4）刮料板的位置也很重要，它將粘在造球盤(pán)上的物料刮下，保持適當(dāng)?shù)牡琢虾穸龋苊庹沉线^(guò)多，加重驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的負(fù)荷。 此外刮料板還起疏導(dǎo)料流的作用，使成核區(qū)和長(zhǎng)大區(qū)分開(kāi)，以便于控制生球的成長(zhǎng)。 工藝條件 液體和固體的作用 （1） 潤(rùn)濕現(xiàn)象潤(rùn)濕：附著層的伸張力向上表面張力與表面相切，一分力向下形成凹形液面不潤(rùn)濕：附著層的收縮力向下表面張力與表面相切，一分力向上形成凸形液面 液體和固體的作用 （1） 潤(rùn)濕現(xiàn)象在液體和固體接觸處，液體表面的切面和固體表面所成的角稱(chēng)為接觸角。完全潤(rùn)濕潤(rùn)濕不潤(rùn)濕完全不潤(rùn)濕 細(xì)磨物料的表面特性細(xì)磨物料特點(diǎn)：分散度和比表面積較大較大表面能表面電性荷負(fù)電：方解石、石英、膨潤(rùn)土、金屬、金屬硫化物等荷