球团成球原理及生球质量检验

球团矿靠滚动成型。被水润湿的矿粉在滚动过程中靠毛细引力、分子引力、摩擦力等作用形成一定粒度的生球，并使生球具有一定强度。生球的粒度、水分、机械强度和热稳定性等影响下一步焙烧作业，并关系到球团矿成品的产量和质量。

生球强度理论

干燥的矿粉一般都具有亲水性，在颗粒表面分子力作用下，水分子被吸附在矿粒表面。由于分子引力的作用，在吸附水外层又形成一层薄膜水，薄膜水内层靠近颗粒，受其吸力作用较强，称强结合水，它与吸附水称为最大分子水，可使粉料成形，但仍不具塑性。薄膜水的外层更接近于自由水，可以在外力作用下发生塑性变形。当矿粉被水润湿其量超过薄膜水时，在颗粒间出现毛细水，开始为触点态，使颗粒连接起来(图1a)；进一步润湿时则呈蜂窝态，在水的表面张力及外力作用下，颗粒靠拢(图1b)；继续润湿出现饱和态毛细水，使颗粒之间产生最大的毛细力。毛细引力的大小可由下式表示：

(1)式中y为水的表面张力，N／m；s为矿粉的比表面积，m2／kg；ρ为液体密度，kg／m3；ε为气孔率。矿粉粒度愈细，s则愈大，ε愈小，则产生的毛细引力愈大。

出毛细水的充填率对生球强度的影响，当饱和态毛细水出现时，水的充填率达到O．8～O．9时，毛细引力最大，球团的抗压强度最高；当触点态毛细水出现时，水的充填率很低(为0.4以下)，毛细引力下降、抗压强度下降(根据计算只有最大毛细引力时抗压强度的35％)。当水的充填率达到1时，即过饱和时，则球团表面便产生水膜，此时毛细引力已不存在，球团抗压强度也很弱了。生球的抗压强度主要决定于颗粒之间气一液相的表面张力所引起的毛细引力。其他静电吸力、范德华力的影响都是很小的。但有人认为分子力的作用不可忽视。

生球成球过程 

矿粉成球过程首先是矿粉成核，然后生球长大，生球进一步密实。这些过程在生产中发生于同一造球机中。

矿粉成核

矿粉颗粒被水润湿到一定程度，依靠毛细水的作用，使多个颗粒连接起来成为松散的集合体。在机械外力作用下，此颗粒集合体内部颗粒重新排列，进一步密集，形成比较坚实稳定、粒度较均匀的小球，称为母球，这是成核期生球成球的第1步。母球形成表示颗粒聚合在力学上的一个稳定形状，但它内部包含固体、液体和气体3个相。它的稳定性取决于矿粉的粒度、粒度组成以及颗粒的形状和亲水性。

生球长大

母球在滚动过程中彼此碰撞，使内部颗粒间的毛细管收缩，其中毛细水由蜂窝状变为饱和状，一部分水被挤到母球表面。此时母球以3种机理长大：(1)聚合机理，母球水分较高，而且塑性较好，它们相互结合在一起，使母球迅速长大(图3a)；(2)成层机

理，表面含水较高的母球在滚动中不断粘结新加入的物料颗粒，使母球长大(图3b)；(3)磨剥转移机理，在生球滚动过程中有少数由于强度不够或水分低而形成碎片，粘附于另一球上(图3c)。生球长大过程中，这3个机理都存在，以何种机理为主，决定于原料的性质及造球的工艺条件。

生球进一步密实

母球长大到要求的尺寸时，停止加水润湿，生球在造球机内继续滚动。由于机械外力的作用，物料颗粒相互靠近，毛细管直径缩小。颗粒间的毛细引力、分子作用力以及摩擦阻力综合作用，使生球具有很高的机械强度。

影响成球的因素

原料的自然性质、粒度及粒度组成、水分、添加物、造球工艺等因素都影响成球的作业，进一步影响生球的质量。

原料的自然性质

颗粒表面的亲水性及颗粒形状的影响最大。颗粒表面亲水性愈高，薄膜水及毛细水含量愈高，成球就愈好。表1列出不同矿粉及黏结剂的最大分子水及毛细水的含量。物料的成球性可用成球指数K来表示。

k=Wf/(Wm-wf)

式中Wf为生球的最大分子水含量，％；Wm为生球的毛细水含量，％。K=0.2～0.35的物料属弱成球性，K=0.35～0.60属中等成球性，K=0.6～0.8属良好成球性，K>0.8属优等成球性。从表可知，褐铁矿成球性最优，磁铁矿成球性属中等。

原料的粒度及粒度组成

原料的粒度小，比表面积大，成球性好。原料具有合适的粒度组成可使颗粒排列紧密，毛细管平均直径小，颗粒之间结合力大。各种原料都有其合适的粒度，磁铁矿粉粒度上限应不大于0.2mm，其中一74μm的粉粒应多于70％，比表面积要求达到2000cm2／g，若达不到时应当再磨。粒度过细，水在颗粒之间的迁移速度下降，成球速度降低，同时磨矿成本上升。

原料水分

对不同原料有不同的适宜成球水分。磁铁矿粉成球水分一般要求8％～10％，此时生球的成球率高，强度也高。水分过低，成球速度慢，生产率降低，且由于洒水不匀，生球脆弱；水分过高，生球粒度不均匀，且相互粘结，形成大球。如果入厂原料含水高，必须在造球前进行烘干。在正常生产条件下，维持原料含水略低于生球的适宜成球水分，为造球作业补加水分留有余地。

黏结剂的影响

为了改善物料的成球性，在矿粉中配加黏结剂。常用的有膨润土、消石灰及有机黏结剂。膨润土能改善矿粉的成球性，提高生球的强度和爆裂温度。在生球原料中配加0.6％～1.0％的膨润土便有明显作用。消石灰有很强的亲水性和天然黏结力，能改善物料的成球性。消石灰密度小，配加量不宜过多，否则影响成球速度。有机黏结剂其黏结力比膨润土强，且不含杂质，它是一种很有前途的球团黏结剂。

造球工艺的影响

为保证生球的粒度及强度合乎要求，又使造球机达到最大生产率，造球作业的加水和加料方式、造球机的工艺参数和造球时间均为重要因素。

(1)加水和加料方式。大部分水应成滴状加在“成核区”的物料流上，此时在水滴周围由于毛细引力的作用和机械力的作用，散料很快成为母球。另外，少量水则以喷雾状加在“生球长大区”的母球表面上，促使母球迅速长大。在“生球密实区”禁止加水，以防止生球强度的降低和生球的粘连。原料分别加在“成核区”及“生球长大区”。

(2)圆盘造球机的工艺参数。造球机盘面倾角一定时，造球机盘面周边要有适当的线速度，一般在1.0～2.0m／s。线速度过小，物料上升不到圆盘直径的顶点，影响球盘的利用率及造球机的产量，同时生球所得到．的动能低，达不到必要的密实；若线速度过大，造成盘心空料，各粒级不能分开，不易形成母球。造球机盘面的倾角(a)一般在45。～50。当线速度一定时，造球机盘面的倾角就有定值(a’)。若aa’盘内物料带不到成核区，造成圆盘有效工作面积缩小。圆盘的充填率一般在10％～20％内变动，单位给料量一定时，充填率大，成球时间长，生球粒度大，机械强度好。但充填率过大，则生产率下降。刮板位置要适当，保持适当的底料厚度，以免物料在盘底粘结过多，刮板还起疏导料流作用，使“成核区”及“生球长大区”分开，以便控制生球的成长。

(3)造球时间。根据成品球团的粒度、原料成球的难易及原料颗粒粗细而定。延长造球时间对生球的抗压强度及落下强度都有利，但产量下降。

生球质量要求及检验方法

生球质量决定焙烧工序能否顺利进行及成品球团矿的质量。生球应具有适宜而均匀的粒度、足够的抗压及落下强度、良好的抗热冲击性。

生球的粒度

直接决定成品球团矿的粒度。为改善球团矿在高炉内的还原过程，球团矿的粒度都较过去的小，多数在9～15mm。生球粒度变小，有利于提高造球机的生产能力，降低干燥温度，延长干燥炉箅的寿命，使粒度更加均匀。

生球抗压强度

衡量生球承受运输过程及料层内的各种压力负荷的能力。通常采用10～20个直径相等(一般为11.8～13.2mm)的生球，在压下速度不大于10mm／min的压力机上进行检验。测定各生球压裂时的压力值，取其平均值及标准偏差作为生球抗压强度及偏差范围。使用带式焙烧机及链箅机回转窑生产球团时，要求单个生球抗压强度在10N以上，竖炉则要求在20N以上。