球团矿生产0(4)

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混合作业大都采用圆筒混合机或轮式混合机的一次混合流程。国外有的厂采用连续式混磨机，由于混磨作用，水和黏结剂的混合效果得到了充分发挥，可以减少黏结剂的用量，提高生球质量，特别是生球落下强度增加，保证了焙烧时生球具有良好的透气性，对于提高焙烧球团矿的产量和质量都有利。混磨时应注意矿石和黏结剂的可磨性可能存在有较大差别，且湿磨时，膨润土不能加入，因为膨润土的膨胀性会对矿浆的过滤产生不良影响。 3．原燃料准备工艺流程

原燃料准备可以采用不同的工艺流程，如图10-4和图10-5所示。通常为竖炉所采用的原燃料准备工艺流程，采用的磨矿设备为圆筒型磨机。 4．磨矿设备

磨矿设备主要有润磨机和高压辊磨机，近年来，高压辊磨机作为高效节能产品，已成功应用于球团行业。高压辊磨机具有设备作业率高、设备适应能力强、工艺流程配置简单、土建投资省、工作环境好等优点。

高压辊磨机主要由机架、辊子、轴承、传动、喂料、液压、润滑和控制等系统组成。电机通过万向联轴器、减速机于安装在机架水平滑轨上的辊子系统（轴承和安装在轴承上的辊子）连接，运行时不能再滑轨上滑动的辊子为定辊，可在滑轨上做小幅滑动的为动辊，动辊两端独立的液压系统将动辊推向定辊，产生破碎所需要的压力，动、定辊轴承座间有防止辊子接触的间距块。固定辊子和移动辊子结构相同，可以互换。

高压辊磨机磨损件为辊子的辊套以及辊子两端挡矿用的三角形颊板。辊套、颊板基本采用耐磨合金制造，于矿物接触面均有耐磨保护层。目前辊套普遍采用碳化钨硬质合金柱钉表面，高压辊磨机工作时，物料填充在柱间，形成自身式抗磨垫，保护辊面。

高压辊磨机的工作原理为：高压辊磨机喂料仓的待粉碎物通过可调节开口大小的给料器，进入高压辊磨机的破碎腔（物料流空间大小连续、贯通、可实现3m以上的料柱，确保形成足够的给料压力），挤满破碎腔的物料在辊子的相向转动和料柱重的双重作用下，强制进入不管压缩的空间，并被压实（排矿料饼达到矿石真密度的0.85倍），达到一定压力时遭粉碎或在颗粒内部形成微裂纹。 高压辊磨技术的理论基础为压粉理论。层压粉碎是指大量颗粒受到高度的空间约束而集聚在一起，在强大外力作用下相互接触、挤压所形成的群体粉碎。层压粉碎克服了传统破碎重点关注物料颗粒粒度的下降，也就是只注重外力对大块颗粒的针对性破碎，而忽略或主动利用全粒级的破碎和大、小块协同破碎。层压粉碎关键在于：在有限空间内，压力不断增加使颗粒间间隙越来越小，直至颗粒之间可以相互传递应力，当应力强度达到颗粒压碎强度时，颗粒即开始粉碎。实验表明，由于层压粉碎在纯压应力作用下进行，其传递效率要高于单纯的压力、冲

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击力和剪切力，层压粉碎也就比压碎、磨碎、劈碎、折碎等外力作用造成的粉碎效果好。因此，高压辊磨机工作时，即使两辊间间距明显大于给矿最大粒度，但辊压过程中各粒度都得到粉碎，产生大量的细粒、微细粒及颗粒内微裂纹。

（三）细磨物料造球原理

造球，又称滚动成球。磨细物料的成球是磨细物料在造球设备中被水润湿并在机械 及毛细力的作用下滚动成圆球的一个连续过程。同时，毛细力、颗粒间 摩擦力及分子引力等作用使生球具有一定的机械强度。各种物料成球性能的好坏不尽相同，主要与物料表面特性以及与水的亲和能力有关。 1．细磨物料的表面特性

经过细磨的干物料表面都具有较大的自由能。粒度越细，比表面积越大，其表面自由能也越大，从而使之处于不稳定状态。因此，细磨物料具有吸引其他物质，使颗粒相结合，减小其自由能，力求达到稳定的倾向。对于造球的物料，特别是精矿粉和添加剂，由于都磨得很细，比表面积很大，常在1500—2000 ℃m2/g范围内，过剩的表面能也很大。这种表面能量过剩的不平衡状态，使其表面具有非常大的活性，能吸附周围的介质，从而为生球的形成提供了条件。

细磨物料与水作用的能力也是不同的。那些表面与水的作用力很小，不易被水润湿的物质成为疏水性物质；而表面与水具有很大的结合力，易被水润湿的物质称为亲水性物质。物料的这种性质与它本身的化学成分、晶格类型以及表面状态有关。凡具有完全或部分金属键的结晶物质（如全部金属或硫化物）和具有层状结构的物质（如云母、石墨等）都是疏水性的；而具有离子键和共价键的物质是亲水性的。铁矿粉和添加剂就属于这种亲水性物质，它们被细磨后表面带有电荷，易形成静电引力场，具有吸引偶极构造的极性水分子的能力。 2．水分在造球过程中的形态与作用

水分在矿粉成球过程中起着重要的作用。干燥的细磨矿粉是不可能滚动成球的，如果水分过多或不足，同样也会影响造球的效率和生球的质量。保持适宜的水分是矿粉成球的重要条件。

干燥的矿粉被水润湿后，按水在矿物表面活动能力的不同有四种存在形态，即吸附水、薄膜水、毛细水和重力水。它们在成球过程中各显示不同的作用。 (1)吸附水。当具有偶极构造的水分子与干燥矿粉颗粒表面接触时，便在静电引力的作用下被牢固地吸附在矿粒表面，并呈定向排列，如图3-5所示。这种被矿粒表面静电引力所吸引的水层成为吸附水（或强结合水）。吸附水的形成是物料润湿的开始，但它的形成不一定要将矿粉颗粒直接与水接触，当干燥颗粒在自然条件下与大气接触时，就会吸引大气中的气态水分子而形成吸附水。吸附水很薄，一般只有几个水分子的厚度，它与矿粒的亲水性及环境介质中的相对蒸气压有关。物料亲水性愈强，料层中相对蒸气压愈高，吸附水层就愈厚。当料层中相

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对蒸气压达到100%时，吸附水达到最大值，此时称为最大吸附水。吸附水与矿粒表面的作用力是极大的，直接吸附在矿粒固体表面的第一层水分子，其作用力相当于1013. 32 MPa，因此吸附水又称为固态水，具有不可移动性。吸附水还有较大的密度(1.2-2.4g/℃m3)和很低的冰点（- 78℃），不导电。要去掉吸附水，只有对其加热蒸发才行。一般认为适宜于造球的细磨物料中仅存在吸附水时，仍为散沙状，不能结合成团，成球过程尚未开始。

(2)薄膜水。矿粉颗粒表面达到最大吸附水后，其表面还有未被平衡掉的分子力，进一步加水润湿时，还可吸附更多的极性水分子，在吸附水外围形成的一层水膜，称为薄膜水。薄膜水距离颗粒表面较远，所受的引力也小，因此，薄膜水与颗粒的结合力比吸附水弱得多，其分子具有一定的滚动性。

薄膜水的主要特征是在分子力的作用下，薄膜水可从水膜较厚的颗粒表面迁移到较薄的颗粒表面直到水膜厚度相同为止。这种迁移不受重力的影响，可在任何方向的分子力作用下进行。其次，薄膜水因受电分子引力的吸引，具有比普通水更大的黏滞性。矿粒间的距离越小，薄膜水的黏滞性就越大，矿粒就越不容易发生相对移动，对生球来说，其强度就提高；相反，薄膜水厚度变大，矿粒便易于相对移动。因此，薄膜水厚度的变化影响细磨物料的物理力学性质（如成球性、压缩性、可塑性等），也影响生球的机械强度。

吸附水和薄膜水合起来组成了结合水（或称水化膜），其数量称为分子湿容量。结合水由于受到静电引力和分子力的作用，使相邻的矿粉颗粒不容易发生相对移动，而且当矿粉颗粒相距很近时，可以形成公共的水化膜。从力学角度分析，分子结合水可以看做是矿粒的外壳，在外力的作用下与颗粒一起变形，而且分子水化膜使颗粒彼此黏结，这就是矿粉成球后具有强度的原因之一。当细磨物料表面润湿达到最大的分子结合水后，在揉搓时将表现出塑性性质。此时，在造球机中成球过程才明显地开始进行。矿粉越细，孔隙度越小，比表面积越大，亲水性越强，则分子结合力越大，生球的机械强度越好。

(3)毛细水。在细磨物料中，存在着许许多多大小不一、曲曲弯弯的连通孔隙所形成的复杂通道，可视为大量的毛细管。当物料润湿达到最大湿容量后，继续增加水量，便会在物料孑L隙中形成毛细水。毛细水是矿粉的电分子作用力范围以外的水分，是靠表面张力的作用形成的。根据水在物料孔隙中充满情况的不同，毛细水可分为触点态毛细水、蜂窝状毛细水和饱和毛细水，如图10-7所示。触点态毛细水又称环膜状或悬着态毛细水，是仅仅存在于颗粒接触点周围的水分。这种毛细水虽然不能以液滴状态移动，但在毛细力的作用下，能 把颗粒联系起来，成为松散的球核。继续增加水分便出现蜂窝状毛细水，又称网状毛细水。 这时有些空隙被水充满，水开始具有连续性，能在毛细管内迁移，能传递静水压力和呈毛细压力。若料层空隙完全被水充满时，则出现饱和毛细水。这时物料达

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到最大毛细水含量。

对于造球来说，物料最适宜的含水量介于触点态和蜂窝态毛细水之间。毛细水在细磨物料的成球过程中起主导作用。只有将物料润湿到毛细水阶段，成球过程才开始明显地进行。因为毛细水在毛细压力的作用下，可将物料颗粒拉向水滴中心而形成小球。

由此可见，水的表面张力愈大，液体密度愈小，物料颗粒接触愈紧密时，毛细力愈大，物料愈易成球，其生球的强度也愈高。矿粉成球速度还取决于毛细水的迁移速度，迁移速度愈。陕，成球速度就愈快。而毛细水的迁移速度与物料的亲水性及毛细管直径有关。物料愈亲水，且毛细管直径愈小，毛细力愈大，毛细水的迁移速度就愈快。

(4)重力水。矿粉完全被水饱和后，再继续润湿就会出现重力水。重力水是处于矿粒本身吸引力以外，能在重力场和压力场的作用下发生移动的自由水。由于重力是向下的，因此重力水具有向下运动的性能；同时重力水对矿粉又具有浮力作用，因此重力水在成球过程中起着有害作用，易使生球变形和强度降低。所以，只有当水分处于毛细水含水量的范围时，细磨物料的成球过程才具有实际意义。在造球过程中，不允许有重力水出现。

造球时物料所含吸附水、薄膜水、毛细水、重力水的总含量称为全水量。 3．铁矿粉的成球过程铁矿粉的成球过程大致可分为三个阶段：母球的形成、母球的长大、生球的密实。

(1)母球形成。经配料后送来的造球混合料通常含水8%。10%矿粒 之间仍处于比较松散的状态，各个颗粒为吸附水和薄膜水层覆盖，毛细水仅存在于各个颗粒的接触点上，颗粒间的其余空间为空气所填充，这种状态的精矿粉一方面由于颗粒接触不太紧密，薄膜水不能起作用；另一方面，由于毛细水数量太少，毛细管尺寸过大，毛细作用力较小，使得颗粒间结合力较弱，成球很困难。若造球机内的混合料一面随机转动、一面适量加水进一步进行不均匀润湿，则在颗粒结合处形成毛细水。在毛细水的作用下，周围的矿粉颗粒将连接起来形成小的聚集体；继续润湿时，聚集体中的颗粒将在机械力的作用下重新排列，逐渐紧密，毛细管尺寸与形状随之变化，颗粒间的结合力得以增强，从而形成较为坚实稳定的小球，称为母球或球核。

(2)母球的长大。已经形成的母球随造球机的转动而继续滚动的过程中将受到挤压、碰撞、揉搓等机械力的作用，其内部颗粒不断压紧，毛细管尺寸变小，形状改变，会把多余的毛细水挤到母球表面上来，这样过湿的母球表面在运动过程中就很容易粘上一层周围湿度较低的矿粉，如此往复运动，母球将逐渐长大。一旦母球的水分低于适宜的毛细水含量后，母球就停止长大。为了使母球达到所需的粒度，必须向母球表面补加水分，但喷水量要适当，以免喷水过大而产生重力

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水。显然，母球是依靠毛细黏结力和分子黏结力的作用而长大的。

(3)生球密实。长大的母球其强度仍然不能满足冶炼的要求，因此当生球达到规定的尺寸后应停止补充润湿，并继续在造球机中滚动，这种滚动和搓动的机械作用会使生球颗粒发生选择性地按最大接触面排列，彼此进一步靠近压紧，毛细管尺寸不断缩小，毛细水不断地被挤压出来，以致生球内矿粉颗粒排列更紧密，使薄膜水层有可能相互接触，形成公共水化膜而加强结合力。这样生球内各颗粒之间便产生强大的分子黏结力、毛细黏结力和内摩擦阻力，从而使生球具有更高的机械强度。所以在操作到这一阶段时，往往让湿度较低的精矿粉去吸收生球表面被挤出的多余水分，以免因为生球表面水分过大而发生黏结现象，使生球强度降低。

需要指出的是：以上三个阶段通常是在同一造球机中一起完成的，在造球过程中很难截然分开。第一阶段具有决定意义的是润湿；第二阶段除了润湿作用以外，机械作用也有着重要影响；而在第三阶段，机械作用成为决定性因素。这样就可以根据物料在造球前和造球过

程中被润湿的情况，决定加水、加料等操作，也可进一步改进造球设备的结构，加强其产生的机械作用力，以保证造球生产高产、优质地完成。 （四）造球设备 1．圆筒造球机

圆筒造球机是球团厂采用最早的造球设备。其构造与烧结厂用的圆筒混料机相似，圆筒内安装与筒壁平行的刮刀，圆筒的前端安装加水装置。圆筒直径为2.44 -3. 5m，长度通常为直径的2.5 -3.5倍。圆筒的圆周速度为0.35 -1.35 m/s。转速范围一般为8- 16 r／min，倾角6度左右。

圆筒造球机结构简单，设备可靠，运转平稳，维护工作量小，原料适应性强，单机产量大。但圆筒利用面积小，只有40%，设备重，电耗高。因本身无分级作用，所以排出的生球粒度不均匀，需要筛分。因此圆筒造球机循环负荷大，使生产率降低和增加运输消耗，国内尚未采用此种设备。 2．圆盘造球机

圆盘造球机是目前国内外广泛使用的造球设备，我国球团厂都采用这种设备，从结构上可分为伞齿轮传动的圆盘造球机和内齿轮圈传动的圆盘造球机。 伞齿轮传动的圆盘造球机主要由圆盘、刮刀、刮刀架、大伞齿轮、小圆锥齿轮、主轴、调倾角机构、减速机、电动机、三角皮带和底座等组成，如图10-9所示。造球机的转速可通过改变皮带轮的直径来调整，圆盘的倾角可以通过螺杆调节。 圆盘造球机造出的生球粒度均匀，不需要筛分，没有循环负荷。采用固体燃料焙烧时，可在圆盘的边缘加一环形槽，就能向生球表面黏附固体燃料，不必另添专门设备。圆盘造球机质量小，电耗少，操作方便，但是单机产量低。

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