铁精矿的成球机理---液体和固体的作用(一)
钢铁冶金学（炼铁部分）
钢铁冶⾦学（炼铁部分）钢铁冶⾦学(炼铁部分)第⼀章概论1、试述3种钢铁⽣产⼯艺的特点。
答：钢铁冶⾦的任务：把铁矿⽯炼成合格的钢。
⼯艺流程：①还原熔化过程（炼铁）：铁矿⽯→去脉⽯、杂质和氧→铁；②氧化精炼过程（炼钢）：铁→精炼（脱C、Si、P等）→钢。
⾼炉炼铁⼯艺流程：对原料要求⾼，⾯临能源和环保等挑战，但产量⾼，⽬前来说仍占有优势，在钢铁联合企业中发挥这重⼤作⽤。
直接还原和熔融还原炼铁⼯艺流程：适应性⼤，但⽣产规模⼩、产量低，⽽且很多技术问题还有待解决和完善。
2、简述⾼炉冶炼过程的特点及三⼤主要过程。
答：特点：①在逆流（炉料下降及煤⽓上升）过程中，完成复杂的物理化学反应；②在投⼊（装料）及产出（铁、渣、煤⽓）之外，⽆法直接观察炉内反应过程，只能凭借仪器仪表简介观察；③维持⾼炉顺⾏（保证煤⽓流合理分布及炉料均匀下降）是冶炼过程的关键。
三⼤过程：①还原过程：实现矿⽯中⾦属元素（主要是铁）和氧元素的化学分离；②造渣过程：实现已还原的⾦属与脉⽯的熔融态机械分离；③传热及渣铁反应过程：实现成分与温度均合格的液态铁⽔。
3、画出⾼炉本体图，并在其图上标明四⼤系统。
答：煤⽓系统、上料系统、渣铁系统、送风系统。
4、归纳⾼炉炼铁对铁矿⽯的质量要求。
答：①⾼的含铁品位。
矿⽯品位基本上决定了矿⽯的价格，即冶炼的经济性。
②矿⽯中脉⽯的成分和分布合适。
脉⽯中SiO2和Al2O3要少，CaO多，MgO 含量合适。
③有害元素的含量要少。
S、P、As、Cu对钢铁产品性能有害，K、Na、Zn、Pb、F对炉衬和⾼炉顺⾏有害。
④有益元素要适当。
Mn、Cr、Ni、V、Ti等和稀⼟元素对提⾼钢产品性能有利。
上述元素多时，⾼炉冶炼会出现⼀定的问题，要考虑冶炼的特殊性。
⑤矿⽯的还原性要好。
矿⽯在炉内被煤⽓还原的难易程度称为还原性。
褐铁矿⼤于⾚铁矿⼤于磁铁矿，⼈造富矿⼤于天然铁矿，疏松结构、微⽓孔多的矿⽯还原性好。
⑥冶⾦性能优良。
冷态、热态强度好，软化熔融温度⾼、区间窄。
球团矿生产原理和工艺
生球的破裂温度
• 1）为了提高下部球层的温度，采用先鼓风后抽风 的干燥措施，对提高生球热稳定性也是很有效的。
• 2）在生球料中加入亲水性好的添加物，以提高生 球的破裂温度，加速干燥过程。例如，加入0.5％的 皂土后，生球破裂温度由175℃提高到450～500℃； 而加入1％皂土和8％石灰石的混合添加剂后，可提 高到700℃。
• 2）薄膜水（弱结合水）： • 物料进一步被湿润，则在吸附水的外围形成薄膜水。
它是由形成吸附水以后剩余的未被平衡的分子力所 吸引的分子水层。薄膜水距离颗粒表面较远，所受 的吸引力较小，因此水分子具有一定的活动性，当 两个矿粉颗粒靠近时，薄膜水可以从水层较厚的颗 粒表面向水层较薄的颗粒表面迁移。如图2－32所 示，具有不同厚度薄膜水的A、B两个矿粒相接触 时，接触点M处的水分子离A近些，因此被拉向A。
• 磁铁矿颗粒之间发生四种固结形式：
生球焙烧固结成球团矿的原理
• 1）Fe2O3的微晶键连接： • 磁铁矿生球在氧化气氛中焙烧时，当加热到200～
3F触使0e颗面02O℃粒上3微就互长晶开相大中始连成原接氧“子起连化迁来接形移（桥成能图”F力2e（2－较O又33强3称微a，F）晶e在。2。O各在3由个微9于0颗晶0新粒键℃生的）以接的，下 焙烧时，这种连接形式使球团矿具有一定的强度。 但由于温度低，Fe2O3微晶长大有限，因此仅靠这 种形式连接起来的球团矿强度是不够高的，例如一 个直径为16mm的球在900℃焙烧后只能承受15～ 45kg的压力。这是磁铁矿生球低温氧化焙烧的固结 特性。
生球焙烧固结成球团矿的原理
• 3）磁铁矿晶粒的再结晶：
冶金自动化之烧结球团工艺流程及主要设备简介
冶金自动化之烧结球团工艺流程及主要设备简介烧结工艺流程介绍---- 冶金自动化系列专题【导读】：为了保证供给高炉的铁矿石中铁含量均匀，并且保证高炉的透气性，需要把选矿工艺产出的铁精矿制成10-25mm的块状原料。
铁矿粉造块目前主要有两种方法：烧结法和球团法。
两种方法所获得的块矿分别为烧结矿和球团矿。
本专题将详细介绍烧结生产的工艺流程，主要工艺设备的工作原理以及控制要求等信息，其次，我们将简要介绍球团法生产的工艺流程，主要工艺设备的工作原理以及控制要求等信息。
由于时间的仓促和编辑水平有限，栏目中难免出现遗漏或错误的地方，欢迎大家补充指正。
铁矿粉造块的目的：◆综合利用资源，扩大炼铁用的原料种类。
◆去除有害杂质，回收有益元素，保护环境。
◆改善矿石的冶金性能，适应高炉冶炼对铁矿石的质量要求。
铁矿粉造块的方法：烧结法和球团法。
铁矿粉造块后的产品：分别为烧结矿和球团矿。
（供高炉炼铁生产的主要原料）一、烧结生产的工艺流程介绍：烧结是钢铁生产工艺中的一个重要环节，它是将铁矿粉、粉（无烟煤）和石灰、高炉炉尘、轧钢皮、钢渣按一定配比混匀。
经烧结而成的有足够强度和粒度的烧结矿可作为炼铁的熟料。
利用烧结熟料炼铁对于提高高炉利用系数、降低焦比、提高高炉透气性保证高炉运行均有一定意义。
烧结生产的流程目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。
烧结生产的工艺流程如图下所示。
主要包括烧结料的准备，配料与混合，烧结和产品处理等工序。
（附件五铁矿粉烧结工艺流程简介）烧结的原材料准备:含铁原料：含铁量较高、粒度<5mm的矿粉，铁精矿，高炉炉尘，轧钢皮，钢渣等。
一般要求含铁原料品位高，成分稳定，杂质少。
熔剂：要求熔剂中有效CaO含量高，杂质少，成分稳定，含水3％左右，粒度小于3mm的占90％以上。
在烧结料中加入一定量的白云石，使烧结矿含有适当的MgO，对烧结过程有良好的作用，可以提高烧结矿的质量。
燃料：主要为焦粉和无烟煤。
对燃料的要求是固定碳含量高，灰分低，挥发分低，含硫低，成分稳定，含水小于10％，粒度小于3mm的占95％以上。
球团矿生产原理和工艺
烧结与球团的区别
4）固结成块的机理不同： 烧结矿是靠液相固结的，为了保证烧结矿的强度， 要求产生一定数量的液相，因此混合料中必须有燃 料，为烧结过程提供热源。而球团矿主要是依靠矿 粉颗粒的高温再结晶固结的，不需要产生液相，热 量由焙烧炉内的燃料燃烧提供，混合料中不加燃料。
烧结与球团的区别
5）生产工艺不同： 烧结料的混合与造球是在混合机内同时进行的，成 球不完全，混合料中仍然含有相当数量未成球的小 颗粒。而球团矿生产工艺中必须有专门的造球工序 和设备，将全部混合料造成10～25mm的球，小于 10mm的小球要筛出重新造球。
• 经过一段时间的加热后。生球的内外温度趋于平 衡，此时生球的干燥主要受导湿现象的支配，内部 水分不断向表面迁移，表面水分不断汽化，直到表 面蒸汽压力与介质中的水气分压相等为止，至此干 燥过程结束。
生球的破裂温度
• 生球在干燥过程中随着水分的蒸发体积收缩。因干 燥过程是从表面向内部扩展的，所以内外体积收缩 的程度不同，表面层的体积收缩大于内部，于是表 面层受拉力，与拉力成45°角的方向上又受剪力， 内部则受压力。当生球表面所受拉力和剪应力超过 其抗拉强度和抗剪强度极限时，生球就要破裂。这 种生球的破裂现象，
生球焙烧固结成球团矿的原理
• 当生球中含有CaO，在强氧化性气氛和1300℃以 下焙烧时，CaO可与Fe2O3作用生成CaO·Fe2O3粘 结相。因为这种矿物的还原性和强度都比较好，所 以在渣相固结中它是一种较好的固结形式。
生球焙烧之前必须进行干燥
• 生球焙烧之前必须进行干燥处理，这对提高球团矿 的产量和质量都有十分重要的意义。未经干燥的生 球直接焙烧，在预热和点火时，由于加热过急，水 分蒸发过快，发生生球爆裂现象．一部分球团粉化， 恶化料层透气性，焙烧时间延长，球团质量下降， 废品率增加。所以生球干燥是整个球团矿生产过程 中非常重要的一环。应予充分重视。
球团生产工艺介绍
球团生产工艺介绍球团生产工艺是一种提炼球团矿的生产工艺，球团与烧结是钢铁冶炼行业中作为提炼铁矿石的两种常用工艺。
球团矿就是把细磨铁精矿粉或其他含铁粉料添加少量添加剂混合后，在加水润湿的条件下，通过造球机滚动成球，再经过干燥焙烧，固结成为具有一定强度和冶金性能的球型含铁原料。
一、球团生产工艺的发展由于天然富矿日趋减少，大量贫矿被采用；而铁矿石经细磨、选矿后的精矿粉，品位易于提高；过细精矿粉用于烧结生产会影响透气性，降低产量和质量；细磨精矿粉易于造球，粒度越细，成球率越高，球团矿强度也越高。
综上所述原因，球团生产工艺在进入21世纪后得到全面发展与推广。
如今球团工艺的发展从单一处理铁精矿粉扩展到多种含铁原料，生产规模和操作也向大型化、机械化、自动化方向发展，技术经济指标显著提高。
球团产品也已用于炼钢和直接还原炼铁等。
球团矿具有良好的冶金性能：粒度均匀、微气孔多、还原性好、强度高，有利于强化高炉冶炼。
二、球团法分类1、高温固结：（1）氧化焙烧：竖炉、带式机、链篦机-回转窑、环式焙烧机。
（2）还原焙烧：回转窑法、竖炉连续装料法、竖炉间歇装料法、竖罐法、带式机法。
（3）磁化焙烧：竖炉法（4）氧化-钠化焙烧：竖炉法、链篦机-回转窑。
（5）氯化焙烧：竖炉法、回转窑法。
2、低温固结：（1）水泥冷粘结法（2）热液法（3）碳酸化法（4）锈化固结法（5）焦化固结法（6）其他方法三、球团原理球团生产一般流程：原料准备→配料→混匀(干燥)→造球→布料→焙烧→冷却→成品输出球团焙烧过程：干燥→预热→焙烧→均热→冷却四、球团工艺流程图球团车间平面分布图新配料料场新配-1新配-2新配-3新配-4新配-5老配-2老配-1老配料仓老配-3老配-4烘干出料润磨出料润磨 室1#烘干室1#水泵房办公室休息室球-4球-1造球室成-11#落地仓1#链板1#环冷机1#回转窑1#链篦机1#布料球-3球-2返-3返-2返-6返-5返-4球-62#布料2#链篦机2#回转窑2#环冷机2#链板成-3成-42#落地仓维修区域维修值班室球-5球 -5 转 运站老配料料场2#水泵房喷煤系统2#烘干室主控楼北五、球团生产工艺的主要内容球团矿是细磨铁精矿或其它含铁粉料造块的又一方法。
炼铁球团厂工作原理
炼铁球团厂工作原理炼铁球团厂是一个重要的冶金工业设施，它的工作原理是通过一系列的工艺步骤将铁矿石转化为高纯度的铁球团。
这些铁球团可以作为原料用于制造钢铁产品。
铁矿石经过破碎和磨矿的处理，变成粉末状的铁矿石。
然后，这些铁矿石粉末被输送到球团机内。
球团机是一个关键的设备，它通过旋转的转子和滚筒，将铁矿石粉末逐渐形成球状的颗粒。
在球团机内，铁矿石粉末与一定比例的结合剂混合。
结合剂可以是煤焦油、石脑油等有机物，也可以是水泥、石灰等无机物。
结合剂的作用是将铁矿石粉末黏合在一起，形成坚固的球状颗粒。
接着，球状颗粒通过球团机内的烧结机构进行烧结。
烧结是利用高温将球状颗粒加热，使其表面熔结，内部颗粒结合，形成坚硬的球团。
烧结温度一般在1200℃以上，可以根据不同的铁矿石成分和要求进行调节。
完成烧结后，铁球团经过冷却、筛分和包装等工序，最终成为市场上的成品。
这些铁球团可以直接用于炼铁、制钢等工艺过程，也可以作为出口产品销往其他国家和地区。
炼铁球团厂的工作原理是通过破碎、磨矿、球团、烧结等工艺步骤，将铁矿石转化为高纯度的铁球团。
这一过程需要借助球团机、烧结机等设备，以及结合剂的使用。
通过这种工艺过程，铁矿石的利用率得到提高，同时也减少了对环境的污染。
作为冶金工业的重要环节，炼铁球团厂的工作原理对于保障钢铁工业的发展起到了关键作用。
它不仅提高了铁矿石的利用效率，还为钢铁产品的生产提供了高质量的原料。
同时，炼铁球团厂的工作原理也在不断创新和改进，以适应不同的铁矿石成分和市场需求。
炼铁球团厂的工作原理的研究和应用，不仅对于钢铁工业的发展具有重要意义，也对于资源的可持续利用和环境保护具有积极作用。
通过不断的创新和改进，炼铁球团厂将继续发挥其重要的作用，为钢铁工业的可持续发展做出贡献。
金属冶炼中的液体金属流动与传输
总结词
详细描述
总结词
利用罐车或储罐进行液体金属的运输和存储。
详细描述
罐车运输和储罐存储是金属冶炼中常用的液体金属运输和存储方式。罐车可以将液体金属运输到目的地，储罐则可以存储大量的液体金属，方便后续处理和运输。罐车和储罐都需要具有良好的防腐和密封性能，以防止泄漏和污染。
总结词
利用真空或压力将液体金属从一个位置输送到另一个位置。
要点一
要点二
详细描述
真空吸送和压力输送也是金属冶炼中常用的液体金属传输方式。通过真空或压力的作用，将液体金属从一个地方输送到另一个地方。真空吸送适用于低粘度液体金属的传输，而压力输送则适用于高粘度或易凝固的液体金属。这两种传输方式都需要注意管道和设备的密封性能，以及防止金属凝固和堵塞管道的问题。
热传导
通过电磁波传递热量。在高温冶炼环境中，热辐射是热量传递的重要方式，特别是在炉衬与熔池之间。
热辐射
熔池流动
在金属冶炼过程中，由于各种力（如重力、浮力、机械力等）的作用，熔池内部产生流动。熔池流动对熔体混合、夹杂物去除和热量的传递都有重要影响。
熔池传热
在金属冶炼过程中，熔池通过与炉衬、气体或固体燃料、烟气等之间的换热，吸收或释放大量热量。熔池传热是实现高效能量转换的关键环节。
提高安全性
液体金属的物理性质
金属的密度是指单位体积内的质量，不同的金属具有不同的密度。在金属冶炼中，密度的大小对于流动性和传输特性有着重要影响。
液体金属的流动性是指其在力作用下流动的难易程度。流动性好的金属容易实现流动和传输，而流动性差的金属则容易产生流动障碍。
铁精矿的成球机理---物料的表面性质
铁精矿的成球机理---物料的表面性质球团矿靠滚动成型。
被水润湿的精矿粉在滚动过程中靠机械力和毛细管作用成为球形，细微的颗粒之间靠毛细管作用力、分子引力、摩擦力等使生球具有一定的强度。
生球的粒度、水份、机械强度和热稳定性等都影响下一步焙烧固结工序，并关系成品球团矿的品质。
（一）细磨物料的表面性质生产球团矿的原料都是细磨的物料，如从矿山开采出的大块矿石，要经过破碎、细磨、选矿、过滤等一系列工序，才能得到适合于造球的铁精矿，各种细磨物料的粒度大小可以微米或网目度量，但习惯用比表面积衡量。
所谓比表面积，乃指单位体积(厘米3)或单位质量(克)物料颗粒的总面积，一般造球物料的比表面积常在1500～2000 厘米2/克范围之内。
物料的粒度愈小，其比表面积愈大。
例如将每边长度为1 厘米的立方体，均匀分割为边长为1 微米的小立方体,颗粒数目由1 个变为1021 个,比表面积由6 厘米2/厘米,变为6×107 厘米2/厘米3。
由此可知物料的分散度愈大，它的比表面积也愈大。
固体颗粒表面层中的分子处于受力不均衡的状态，因为表面层两侧的物质不同，它们的密度也不同，所以表层具有较高的能量。
就同一表面层的分子而言，它们并不是整齐地排列在一条线上。
由于固体颗粒的表面凹凸不平，处于峰端分子的能量，就比处于谷中分子的能量高。
这种具有较高能量的部分叫做活化部分。
根据能量最低的原则，物体总有降低其表面能的趋势。
对于固体，只能以吸附外界物质的办法，增大其表面另一侧的密度，以降低其表面能。
此外，由于固体颗粒表面有过剩的能量，当与周围介质接触时，颗粒表面显示出电荷，在周围空间形成电场。
因此细磨物料与周围介质相接触，便可以将它们吸附。
（二）液体的表面性质液面下厚度约相当分子作用半径的一层液体叫做表面层。
表面层内的分子一方面受到液体内部分子的作用力，另一方面受到液而外部气体分子的作用力。
而气体密度较液体密度小得很多，一般可以把气体分子的作用力忽略不计。
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世上无难事，只要肯攀登
铁精矿的成球机理---液体和固体的作用（一）
（一）润湿现象当液体和固体接触时，有润湿和不润湿两种现象。
如水可以润湿玻璃，汞在玻璃上呈圆球，不会将玻璃润湿。
若将水滴在石腊表面，则水呈圆珠状，石腊不被润湿。
这些现象可以用附着力和内聚力的关系做解释。
如图1 所示，在液体和器壁接触处，有一附着层，其厚度相当于分子作用半径，附着层中的液体分子，受力不对称，如果液体分子与器壁分子的相互作用力——附着力大于液体分子之间相互作用力——内聚力，则发生器壁被液体
润湿现象，如图1(a)所示。
反之，液体分子的内聚力大于对器壁的附着力，则出现图1(b)所示的不润湿现象。
将水滴在固体表面，在液-固相接触处，沿液体表面做切线，和固体表面形成的夹角，叫做接触角θ。
若θ=0时，液体能完全润湿固体，叫做理想润湿。
若θ=π,液体完全不润湿固体，叫做理想不润湿。
铁矿石与水的接触角小于π/2,可以被水润湿，因而精矿粉可以靠水的作用滚成球型。
[next] （二）毛细现象
直径很细的管子叫做毛细管，如果把毛细玻璃管插入水盆里，就会发现管内液面上升，如图3 所示。
管内液面上升的高度可以用下列公式求得。
式中a———表面张力系数；θ———接触角；d———毛细管直径；ρ———液体密度；g———重力加速度。
由(1)式可见，毛细管的直径d 愈。