成球

成球又稱造球。是將物料與液體一同加入圓筒式、圓盤式、振動式或攪拌式造球機內製成球團。以圓筒式造球機和圓盤式造球機最為常用，造球液體以低黏度液體（通常是水）最為常用。

造球過程可分為三個階段：形成母球，母球長大和長大後的母球（又稱生球）進一步緊密。這三個階段主要靠加水潤濕和用滾動的方法在造球機內實現 ^[1]  。

粉塵物料成球性對成球動力學有很大影響，該指標在中國造塊研究領域廣泛使用，以評價含鐵礦物成球性能的好壞，在此被引用至含鋅粉塵，並作為參考。

高爐粉塵吸水速度最快，只需31 min；燒結粉塵次之，電爐粉塵最慢。這主要是因為燒電爐粉塵中含有約13%的CaO，且相當一部分的CaO未經消化，這部分CaO消化反應的發生使得電爐粉塵吸水時間很長。

高爐粉塵最大分子水最小，為10.1%；電爐粉塵最大分子水最大，為13.3%。從成球性指數來看，燒結粉塵成球性最好，高爐粉塵次之，電爐粉塵最弱。成球動力學研究結果發現，高爐灰和燒結灰具有很好的成球性。但是寶鋼電爐灰塵在造球過程中遇到了很大的困難，寶鋼電爐灰具有極強的黏度，主要原因是電爐粉塵中含有較高的CaO和Ca（OH）₂。在造球過程中黏盤嚴重，母球容易黏結在一起，凝聚黏結為不規則團狀，致使整個造球過程無法正常進行，但凝聚的團塊具有很高的落下強度和抗壓強度。因此，電爐粉塵不適合單獨造球，更適宜於壓塊。

造球水分對高爐粉塵成球速度的影響隨着造球水分加入量的增加，會提高高爐粉塵的成球速度，這是由於在圓盤造球過程中，生球之間的機械作用會使擠壓到生球表面的水分增多，進而容易黏附粉塵物料使成球速度增加。但水分超過12.5%之後成球速度增加不明顯；試驗發現水分超過13.0%以後，物料在轉過幾周，就因水分過多而相互黏結，緊貼圓盤之上。因此，高爐粉塵適宜的造球水分為12.5%～13.0%。

燒結粉塵成球速度與造球水分的關係和高爐粉塵不同，它可為兩個階段：時間為0～9 min，隨着造球水分提高其成球速度提高；時間為9～17 min，水分的增加反而抑制了成球速度。這是因為燒結粉塵成球性能很好，但吸水性不高，在造球過程中會持續產生大量的母球，母球會在造球中後期爭奪更過的物料，降低整體的成球速度。

當膨潤土加入量由1%提高到3%後，高爐粉塵成球速度隨着膨潤土質量分數的增加呈明顯減小趨勢。這是由於膨潤土具有較大的吸水性，膨潤土質量分數的增加減少了造球過程的有效水分，從而導致生球的成球速度下降。而膨潤土對燒結粉塵成球速度的影響卻呈現相反的趨勢。

膨潤土的增加降低了燒結粉塵的成球速度，同樣是因為膨潤土具有較大的吸水性，能夠在造球過程中減少燒結粉塵母球的生成率，母球數量的減少帶動整體成球速度的增加。

當圓盤轉速由23 增加到31 r/min 時，高爐粉塵和燒結粉塵成球速度都隨之增加。這主要是由於隨着圓盤轉速的增加，生球之間滾動更加劇烈，使得生球和粉塵之間的接觸更為充分，進而導致粉塵的成球速度明顯增加，但是圓盤的轉速不能過分增加，轉速過大容易導致生球劇烈滾動而飛出圓盤，損失造球物料。而且圓盤轉速對造球后期的影響比造球前期的影響更明顯，這是由於在造球前期，圓盤填充率低，圓盤轉速達到一定值，粉塵便能得到充分接觸，但隨着造球的進行，圓盤填充率逐漸增大，只有增加圓盤轉速，粉塵才會滾動得更為激烈，進而接觸得更為充分，成球速度亦隨之增加。

當圓盤給料量從3 增加到5 kg 後，高爐粉塵成球速度會隨着給料量的增加而提高。因此在一定範圍內，只要增加圓盤給料量，便可提高給定平均直徑的生球產量。但是當給料量從5 增加到6 kg 時，平均直徑顯著下降。這是因為圓盤充填率較低時，給料量的增加使相應生球數量增加，各生球之間碰撞碾壓更為充分，使得對粉塵的黏附性增加，生球平均直徑逐漸增加，當充填率超過合適範圍後，生球數量過多導致滾動不充分，和加入的粉塵物料接觸機會有限，從而使新加入物料生成母球機會增加，整體平均直徑下降。對於燒結粉塵來説，當給料量從3 增加到6 kg 時，平均直徑隨着給料量的增加而增加。這説明6 kg 時，燒結粉塵造球仍處於合適的充填率範圍內。綜合上述分析可知，造球水分、膨潤土質量分數對高爐粉塵和燒結粉塵成球動力學呈現不同的影響趨勢，但增大圓盤的轉速均可以提高兩者的成球速度，提高生產效率，而在合適的範圍內，增加給料量則可以提高給定平均直徑的生球產量 ^[2]  。

主要考察了造球水分、膨潤土質量分數、造球時間等3個因素對混合粉塵生球強度的影響，圓盤轉速和給料量分別恆定在27 r/min 和5 kg。造球水分對高爐粉塵生球強度的影響。

在造球時間為20 min、膨潤土加入量為2%的條件下，當造球水分由12%增加到13.5%時，燒結粉塵的生球落下強度和生球抗壓強度皆呈現先增加後減小的趨勢。這是因為隨着造球水分的增加，粉塵之間橋鍵和孔隙中的水分增加，粉塵之間的黏滯力和毛細力隨之增加；然而當水分過量以後，過飽和水的存在會損壞部分粉塵之間的橋鍵孔隙，又使得粉塵間黏滯力和毛細力下降，進而導致生球強度顯著降低。另一方面，當造球水分為12.75%時，生球落下強度最大，為5.5 次（/ 0.5 m），當造球水分增加到13.0%時，生球抗壓強度達到最大，為19.6 N/球。對燒結粉塵來説，造球水分在11.67%～12.88%範圍內，隨造球水分的增加，生球落下強度和抗壓強度逐漸增加，但燒結粉塵生球性能太差，難以達到基本要求。膨潤土質量分數對高爐粉塵生球強度的影響。當膨潤土質量分數由1%增加到3%時，混合粉塵的生球落下強度由4.0次（/ 0.5 m）逐漸增加到9.2次（/ 0.5 m），其生球抗壓強度由16.53逐漸增加到22.07 N。這是因為膨潤土具備極好的親水性，使得粉塵之間的連接狀況改善，但膨潤土本身含有較多鍊鐵不需要的雜質，其加入量多會引起生球脈石質量分數增加，鐵品位下降，故膨潤土加入量不能過多。但是膨潤土對燒結粉塵生球強度幾乎不產生作用，結果發現燒結塵流動性強，顆粒表面光滑，摩擦力小，這可能是導致燒結粉塵生球強度低的主要原因。

當造球時間由16 min 增加到28 min時，高爐粉塵生球落下強度由3.0 次（/ 0.5 m）逐漸增加到 6.2 次（/ 0.5 m），其生球抗壓強度由14.41 N/球逐漸增加到20.85 N/球。燒結粉塵生球落下強度由1.3次（/ 0.5 m）逐漸增加到2.4次（/ 0.5 m），其生球抗壓強度由12.05 N/球逐漸增加到16.27 N/球。

這是由於造球時間的延長，使得生球密實程度增大，粉塵間薄膜水和毛細水黏滯性增大，進而提高了生球強度。但燒結粉塵的生球強度仍然難以達標。

綜合上述分析可知，膨潤土加入量的增加和造球時間延長都能提高高爐粉塵的生球強度，此外，為保證生球的質量，造球水分應當控制為12.5%～13.0%。綜合考慮成球動力學和生球強度兩個條件，在實際的生產過程中，應保持合適的造球水分和膨潤土加入量，且造球時間不能過長，圓盤轉速也不能過高。為同時保證質量和產量，高爐粉塵適宜的造球參數為：造球水分為12.5%～13.0%，造球時間為20 min，膨潤土加入量為2%，圓盤轉速為27～31 r/min，給料量為5 kg。燒結粉塵雖然具有良好的成球動力學，但是在試驗條件下其生球強度太差，難以達到基本要求。

（1）燒結、高爐和電爐粉塵均含有較高的全鐵質量分數，燒結粉塵主要以Fe₂O₃為主，高爐粉塵主要以Fe₂O₃、Fe₃O₄ 為主，而電爐粉塵主要以Fe₃O₄、ZnFe₂O₄ 為主；此外，高爐粉塵碳質量分數為21.45%，明顯高於燒結、電爐粉塵；電爐粉塵鋅質量分數可達6.64%，也明顯高於燒結、高爐粉塵。3 種含鐵粉塵的平均粒徑和BET 比表面積由大到小依次為高爐粉塵、燒結粉塵、電爐粉塵。

（2）鋼廠燒結粉塵的成球性能良好，但是其生球強度難以達標，對於燒結粉塵成球性能優良但生球強度差的特點希望引起大家的關注。電爐粉塵黏結性太高，不適宜單獨造球。高爐粉塵不僅具有良好的成球性能，還具有很高的生球強度，落下強度和抗壓強度分別可以達到5.5 次/0.5 m和20.07 N/球。

（3）從成球動力學和生球強度兩方面綜合考慮高爐粉塵的成球性能，同時保證生球產量和質量，最適宜的造球參數為，造球水分為12.5%～13.0%，造球時間為20 min，膨潤土加入量為2%，圓盤轉速為27～31 r/min，給料量為5 kg ^[3]  。