1、炼铁原料,王建丽,1、绪论,1.1炼铁原料的种类以及在高炉冶炼中的作用 高炉炼铁原料有：铁矿石、燃料、熔剂以及鼓风等,1.2造块方法简介及在炼铁生产中的应用,精料的内容可以概括为：高、熟、净、匀、小、稳六个字。 高 品味、机械强度等冶金性能指标高； 熟 熟料率高，即烧结矿和球团矿所占比例高； 净 杂质、粉末筛除干净； 匀 粒度均匀； 小 粒度不宜过大； 稳 化学成分、冶金性能稳定，波动范围小。,铁矿粉为什么要造块？,（1）铁矿石造块技术是基于采矿过程中产生的粉矿。破碎作业中产生的粉矿，以及选矿中产生的精矿，粒度太细，不能满足冶炼对料柱透气性的要求，所以必须造块以增大粒度。 （2）为了保证料柱良
2、好的透气性，要求炉料粒度大小适宜而均匀、粉末少、机械强度高，且具有良好的软化和熔滴性能，为降低焦比，还要求炉料含铁高，有害杂质少，具有一定的碱度和良好的还原性能。这些指标可通过烧结、球团高温造块实现。（3）对于含碳酸盐和结晶水较多的矿石，以及某些难还原和含有害成分的矿石，均可通过烧结球团高温造块法使用有用成分富集和脱除大部分有害和无用成分。 （4）钢铁厂各种含铁废料，也可以通过烧结球团造块法返回再利用，充分回收含铁原料。,造块方法：烧结法、球团法和压团法,（1）烧结法。烧结法是将富矿粉和精矿粉进行高温加热，在不完全熔化的条件下烧结成块的方法。所得产品称为烧结矿，外形为不规则多孔状。烧结矿主要依
3、靠液相黏结。,（2）球团法。球团法是细精矿粉在造球设备上经加水湿润、滚动而成球，然后再焙烧固结的方法。所得产品为球团矿，呈球形，粒度均匀，具有较高的强度和还原性。球团矿，固相黏结起主要作用。,（3）压团法。压团法是将粉状物料在一定压力作用下，使之在模型内受压，形成形状和合大小一定的团块的方法。团块强度主要由添加的黏结剂和粉状物料本身具有黏结物保持。,生料与熟料,含铁原料还可以分为生料和熟料。以原矿（富矿）直接冶炼时，这种炉料称为生料。将多种原料配合并经高温处理的人造块矿为熟料。目前高炉冶炼以熟料为主。,2铁矿石,2.1矿石简介,2.1.1矿物和矿石 矿物是指地壳中的化学元素经各种地质作用所形成
4、自然元素或自然化合物。是组成岩石和矿石的基本单元。 矿石是在现在的经济技术条件下能从中提取金属、金属化合物或有用矿物的物质总称， 矿石一般由矿石矿物和脉石矿物组成。,2.1.2铁矿石,（1）磁铁矿主要成份为Fe3O4，具有磁性，S、P含量稍高。 在选矿时可利用磁选法；由于其结构细密，故被还原性较差，也难破碎。 磁性率：w(FeO)/w(TFe)。衡量磁铁矿的氧化程度。（2）赤铁矿主要成份为Fe2O3，S、P含量少，是最主要的铁矿石。 赤铁矿颗粒内孔隙多，易还原破碎，可烧性差，造块时燃料消耗比磁铁矿多。,（3）褐铁矿主要成份Fe2O3nH2O，无磁性，S、P含量较高。 还原性比前两种好。由于造块
5、时需延长高温处理时间，会导致能耗增加。 （4）菱铁矿主要成份为FeCO3，无磁性。,2.2铁矿石的质量评价,2.2.1 铁矿石的品位指的是铁矿石中铁元素的质量分数，通俗来说就是含铁量，用w（TFe）表示。,从矿山开采的矿石，含铁量一般为40%65%。品位较高，经整粒后可直接入炉冶炼的称为富矿。而品位较低，不能直接入炉的叫贫矿。,2.2.2脉石成分,脉石含量越少，矿石品位越高。铁矿石中的脉石成分主要为SiO2、Al2O3、CaO和MgO等。,2.2.3有害杂质与有益元素,1、有害杂质（元素） 常见和最主要的有害杂质有：硫、磷、砷、钾、钠、氟等。 （1）硫 冶炼时硫部分被还原进入生铁，钢铁中含硫在
6、其热加工时易产生“热脆”。入炉铁矿石要求含硫应 0.15%。,（2）磷 磷在高炉中全部被还原并大部分进入生铁。含磷多的钢铁在低温加工时易破裂，即所谓“冷脆”。,2、有益元素（杂质） 铁矿石中有些能改善产品的某些性能，像这些元素我们称它为有益元素。这类元素常见的有：锰、镍、铬、钒、钛等。,2.2.4铁矿石的还原性,还原性指铁的氧化物为还原气体（CO、H2）还原时所表现出来的各种物理化学特性。 矿石在炉内被煤气还原的难易程度称为还原性。 磁铁矿最致密难还原，赤铁矿易还原。褐铁矿及菱铁矿还原性好。,2.2.5软熔性能,矿石的软熔性是指它的软化性及熔滴性。 软化温度是指矿石在一定荷重下受热而开始变形的
7、温度。 从开始软化到软化终了的温度范围则叫软化区间。 矿石的软化温度高，软化温度区间窄，则高炉内不会过早地形成初渣，同时其半熔化区域也小，因而高炉料柱的透气性也好。 为使矿石在熔化造渣之 前更多地被煤气还原，矿石的软化熔融温度也不可过低，软化与熔融的温度区间不可过宽。,2.2.6矿石的机械强度,矿石的机械强度指矿石耐冲击、摩擦、挤压的强弱程度。 矿石若强度差，恶化料柱透气性，增加粉尘，影响设备寿命和环境条件等。因此高炉要求矿石有一定的机械强度。,3铁矿石性质及处理,3.2 铁矿石冶炼前的准备和处理,对天然富矿，须经破碎、筛分，获得合适而均匀的粒度。 对于褐铁矿、菱铁矿和致密磁铁矿还应进行焙烧处
8、理，以去除其结晶水和CO2，提高品位，疏松其组织，改善还原性，提高冶炼效果。 对贫铁矿的处理要复杂得多。一般都必须经过破碎、筛分、细磨、精选，得到含铁60%以上的精矿粉，经混匀后进行造块，变成人造富矿，再按高炉粒度要求进行适当破碎，筛分后入炉。,3.2.2铁矿石的混匀,3.2.3焙烧,焙烧是在适当的气氛中，使铁矿石加热到低于其熔点的温度，在固态下发生的物理化学过程。 氧化焙烧就是在空气充足的氧化性气氛中进行，以保证燃料完全燃烧和矿石的氧化。多用于去除CO2、H2O和S（碳酸盐和结晶水分解，硫化物氧化），使致密矿石的组织变得疏松，易于还原。 菱铁矿的焙烧：在500900之间按下式分解： 4FeC
9、O3+O2=Fe2O3+2CO2 褐铁矿的脱水：在250500之间发生下述反应： 2Fe2O33H2O=2Fe2O3+3H2O 氧化焙烧还可是矿石中的硫氧化： 3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2,还原焙烧则是在还原气氛中进行，主要目的是使贫赤铁矿中的Fe2O3转变为具有磁性的Fe3O4，以便磁选。 2Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 2Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O 氯化焙烧则是为了回收赤铁矿中的有色金属如Zn、Cu、Sn等，或去除其他有害杂质。,3.2.4选矿,选矿是依据矿石的性质，采用适当的方法，把有用矿物和脉石机械地分开，从而使有用矿物富集的过程。,现代常用于精选铁矿
10、石的方法重要有三种： （1）重选 利用含铁矿物和脉石密度的差异来选别。常用的介质为水。有时还用比重大于水的液体作介质，称为重液选。 （2）磁选 利用有用矿物和脉石导磁性不同的特点进行选分。 （3）浮选 利用矿物具有不同的亲水性进行选分。 有些矿石性质复杂，往往需要用几种方法联合起来选矿。,3.5熔剂,高炉冶炼条件下，脉石及灰分不能熔化，必须加入熔剂，使其与矿石脉石和灰分作用生成低熔点化合物，形成流动性好的炉渣，实现渣铁分离并自炉内顺畅排出。 由于矿石脉石和焦炭灰分多系酸性氧化物，所以高炉主要用碱性熔剂，如石灰石（CaCO3）、白云石（CaCO3MgCO3）等。,3.6其他含铁原料,高炉炉尘。
11、氧气转炉炉尘。 轧钢皮。 其他铁屑料。包括铸铁机和机械加工中的车削、锻造时产生的铁屑与钢屑。 硫酸渣。 钢渣。,4、燃料,4.1焦炭质量评价 作用： (1)燃料。燃烧后发热，产生冶炼所需热量。 (2)还原剂。焦炭中的固定碳和它燃烧后生成的CO都是铁矿石还原所需的还原剂。 (3)料柱骨架。高炉内是充满着炉料和熔融渣、铁的一个料柱，焦炭约占料柱体积的1/31/2，对料柱透气性具有决定性的影响。,高炉对焦炭质量的要求,(1)含碳量高，灰分低。 (2)含硫等有害杂质要少。 (3)成分稳定。即要求化学灰分、C、S、H2O等稳定。 (4)挥发分含量适合。 (5)强度高，块度均匀。,4.1.3焦炭的高温反应
12、,焦炭反应性与二氧化碳、氧和水蒸气等进行化学反应的能力，焦炭反应后强度是指反应后的焦炭再机械力和 热应力作用下抵抗碎裂和磨损的能力。焦炭反应性CRI 反应后强度CSR,4.2影响焦炭质量的因素及提高质量的途径,提高焦炭质量的途径 1）配入型煤炼焦。配入型煤工艺是将弱黏结性粉炼焦的成熟技术。型煤炼焦是将配合煤用机械的方法，制成型煤，然后与一般装炉煤混合装入炭化室炼焦，其所产焦炭耐磨性提高。 2）预热煤炼焦。用专门的设备将配合煤预热到150200，再用专门的装煤方法把预热煤加入炭化室炼焦。 预热煤炼焦可提高焦炭的耐磨强度，增加焦炉产量，扩大若黏结煤的比。原因是预热煤的堆积密度增大，加热速度提高，结
13、焦性能变好，并使结焦时间缩短。 3）煤料选择破碎。 选择破碎是将煤料先筛分后破碎，或先分别破碎再配合，以保证煤质均匀，尽可能减少煤粉，并使不可熔组分达到适当细度。 4）捣固炼焦。是将配合煤在捣固机内制成体积略小于炭化室的煤饼，再推入炭化室内炼焦。煤料经捣固后，体积密度增加，能较大幅度地提高焦炭的机械强度。,4.3焦炭代用燃料,型焦型焦是将弱粘结煤加热，或无黏结性煤加入一定的黏结剂，然后热压或冷压成型，再经高温炭化而成焦炭。特点：型焦块度均匀、外形规则整齐，冷强度尚可，热强度差，型焦较致密、气孔度低，体积密度大。,6 烧结机理,6 铁矿粉造块理论,概念： 铁矿粉烧结是将细粒含铁物料与燃料、熔剂按
14、一定比例混合，再加水湿润、混匀和制粒成烧结料，铺于烧结机台车上，通过点火、抽风，借助燃料燃烧产生高温和一系列物理化学变化，生成部分低熔点物质，并软化熔融产生一定数量的液相，将铁矿物颗粒黏结起来，冷却后即成为具有一定强度的多孔块状烧结矿。,烧结的意义：1）富矿粉和贫矿富选后得到的精矿粉都不能直接入炉冶炼，必须将其重新造块，烧结是最重要最基本的造块方法之一。2）通过烧结得到的烧结矿具有许多优于天然富矿的冶炼性能，如高温强度高，还原性好，含有一定的CaO、MgO，具有足够的碱度，而且已事先造渣，高炉可不加或少加石灰石。3）通过烧结可除去矿石中的S、Zn、Pb、As、K、Na等有害杂质，减少其对高炉的
15、危害。4）高炉使用冶炼性能优越的烧结矿后，基本上解除了天然矿冶炼中常出现的结瘤故障；同时极大地改善了高炉冶炼效果。5）烧结中可广泛利用各种含铁粉尘和废料，扩大了矿石资源，又改善了环境。,6.1烧结矿质量要求及技术指标,6.1.1烧结矿的质量要求 （1）烧结矿的质量指标。该指标包括化学成分和物理机械性能两个方面。 （2）烧结矿质量对高炉冶炼的影响。 a、从化学成分看，烧结矿品位越高，越有利于提高生铁产量，降低焦比；硫的影响则相反，其含量越低，对冶炼越有利。,b、烧结矿碱度一般用CaO/SiO2表示。按照碱度的不同，烧结矿可分为三类： 凡烧结矿碱度(如0.9)低于炉渣碱度的称为酸性(或普通)烧结矿
16、。高炉使用这种烧结矿，尚须加入相当数量的石灰石，通常高炉渣的碱度(CaO/SiO2)在1.0左右。 凡烧结矿碱度(1.01.4)等于或接近炉渣碱度的称为自熔性烧结矿。高炉使用自熔性烧结矿一般可不加或少加石灰石。 烧结矿碱度(1.4)明显高于炉渣碱度的称为熔剂性烧结矿或高碱度(2.03.0)、超高碱度(3.04.0)烧结矿。高炉使用这种烧结矿无须加石灰石。 c、烧结矿中的FeO含量，在一定程度上决定着烧结矿的还原性。,6.1.2烧结生产的主要经济指标 烧结生产的主要经济指标包括生产能力指标、能耗指标及生产成本等 （1）利用系数。式中，利用系数的单位为t/(m2h)；台时产量指每台烧结机每小时的生
17、产量。用一台烧结机的总产量与该烧结机总时间之比来表示，单位t/h。 （2）成品率（3）烧成率,（4）返矿率（5）作业率（8）工序能耗。指在烧结生产过程中生产一吨烧结矿所消耗的各种能源之和，kg标准煤/t。 各种能源在烧结总能耗所占的比例：固体燃耗约70%，电耗约20%，点火煤气消耗约5%，其他约5%。,6.2烧结过程及主要变化,烧结反应过程 目前世界各国90%以上的烧结矿由抽风带式烧结机生产,抽风烧结过程： 抽风烧结过程是将铁矿粉、熔剂和燃料经适当处理，按一定比例加水混合，铺在烧结机上，然后从上部点火，下部抽风，自上而下进行烧结，得到烧结矿。 取一台车剖面分析，抽风烧结过程大致可分为五层(如下
18、图所示)，即烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层和过湿层。,6.3烧结料中的碳的燃烧及热交换,烧结过程的物理化学现象：烧结过程发生着复杂的物理化学反应。包括： 燃料的燃烧； 分解反应； 铁氧化物的氧化和还原 ； 气化反应； 水分的蒸发与冷凝。,6.3.1燃烧反应的热力学,在空气抽过烧结矿层时，被烧结矿饼所预热，这物理热被带到燃烧层，燃烧时产生更高的温度。可认为烧结矿层就像一个加热空气的蓄热器，具有“自动蓄热作用”。 由于这种自动蓄热作用是随着烧结矿层的增厚或燃烧层温度的升高而加强的，因此燃烧层愈往下推移，参与燃烧的空气被预热的温度愈高，带给给该层物理热越多，燃烧层的温度水平就越高。,6.4水分在烧
19、结过程中的行为,水的蒸发及冷凝 在混合料预热开始阶段，水分开始蒸发。 废气经干燥层后，温度由11001500降到100以下，这样废气的饱和水蒸汽压下降很多，含有很多蒸汽的废气进入下部混合料层，温度低于露点时就凝结成水，烧结料出现过湿。导致过湿层的出现，降低料层透气性,露点：使空气里原来所含的未饱和水蒸汽变成饱和时的温度 防止过湿层出现的措施： 适当控制混合料初始水分，加水造球以提高料层透气性，为的是保证获得最高的生产率。 提高混合料的温度。加热返矿或通蒸汽预热，一般要高于60。,7 烧结机理,7.1固体物料的分解,分解反应 烧结过程中有三种分解反应发生结晶水分解；碳酸盐分解；高价氧化物（Fe2
20、O3， MnO2，Mn2O3）分解,7.1.1结晶水分解,一般的烧结条件下，约80%-90%的结晶水可以在燃烧带下面的混合料中脱除掉，其余的水则在最高温度下脱除。 如果水和矿物的粒度过大，固体燃料用量又不足时，一部分水合物及其分解产物未被高温带中的熔融物吸收，而进入烧结矿中，会使烧结矿强度下降。,7.1.2.碳酸盐分解,烧结混合料中常见碳酸盐有： 菱铁矿（FeCO3）：容易分解，分解温度在300350 白云石（(Ca,Mg)CO3）：较易分解，分解温度为700左右，900左右剧烈分解 石灰石（CaCO3）：较难分解，分解温度为700左右，900剧烈分解 需要注意的是石灰石分解完成的程度对烧结矿
21、质量的影响：,7.2氧化物的还原与氧化,7.2.1铁氧化物的还原 烧结过程是氧化性气氛，但由于烧结料中碳分布的偏析和气体组成分布的不均匀性，使得某些区域，特别是在燃料颗粒周围呈现还原性气氛，而该处的温度又较高，部分Fe3O4将可能被还原成FexO；还原性气氛很强的情况下，甚至可能被还原成Fe。,7.3有害杂质的去除,7.3.1烧结过程脱硫,矿石中的S： 硫化物：FeS2, CuFeS2, CuS, ZnS, PbS等；通过氧化反应脱除 硫酸盐：BaSO4, CaSO4, MgSO4等。通过分解反应脱除 焦粉中的S：单质形式。通过氧化反应脱除 氧化反应：FeS2, ZnS, PbS中的硫较易于脱
22、除；而含铜硫化物的烧结料中脱硫比较困难，如CuFeS, Cu2S等，这些化合物比较稳定，氧化需要比较高的温度。 分解反应：硫酸盐的分解需要相当高的温度。,7.4.2料层透气性及其影响因素,透气性概念 透气性是指固体散料层允许气体通过的难易度，是衡量混合料空隙度的标志。 透气性的表示方法： （1）一定压差下单位时间内通过单位面积和一定料层高度的气体量；空气量越大透气性越好 （2）一定料层高度，抽风量不变的情况下，气体通过料层时的压力损失。压力损失越小透气性越好 在抽风能力不变的情况下，改善料层透气性可提高烧结机的生产率。 料层的透气性指数主要决定于料层孔隙度和混合料的比表面积s。,7.5烧结成矿
23、机理,固相反应 液相反应 其冷凝结晶,7.5.1固相反应,在未生成液相的低温条件下(500700)，烧结料中的一些组分就可能在固态下进行反应，生成新的化合物。固态反应的机理是离子扩散。 特点（1）开始反应温度远低于反应物的熔点或低共熔点。 （2）放热反应 （3）最终产物是化合物,7.5.2液相粘结及基本液相体系,烧结矿的固结主要依靠发展液相来完成。 在烧结过程过程中，若液相太少，则粘结不够，烧结矿强度不好，若液相过多，则产生过熔，使烧结矿致密，气孔率降低，还原性变差。因此无论靠何种液相粘结，数量都应适当。,7.5.3冷却固结,燃烧层移过后，烧结矿的冷却过程随即开始。随着温度的降低，液相粘结着矿
24、物颗粒而凝固。各种低熔点化合物开始结晶。烧结矿的冷却固结实际上是一个再结晶过程。 上层烧结矿容易受空气急冷，强度较差；下层烧结矿的强度则较好。,8 烧结生产工艺及设备,目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。 烧结生产流程由原料的接受、储存与中和、熔剂燃料的破碎筛分、配料机混合料制备、烧结和产品处理等环节组成。,8.1烧结原料的准备与处理,8.2烧结配料,常用的配料方法：容积配料法和质量配料法。目前，国外已有按化学成分配料的方法，是在质量配料法基础上发展起来的一种较为理想的配料方法。,8.3混合料的制备,8.4烧结操作制度,烧结操作制度主要包括布料、点火、抽风及烧结终点控制等内容。 5.4
25、.1布料要求与方法 1铺底料 首先往烧结台车的蓖条上铺上一层10-25mm的烧结矿作铺底料，其厚度约30mm。然后再在其上布烧结混合料。 铺底料的主要作用有：可防止烧结时燃烧带的高温与蓖条直接接触，保护便条延长使用寿命，面且还可以防止烧结矿粘篦条、减少散料改善环境；有过滤层作用可防止细粒粉进入烟道气，减少烟气中的灰尘含量可延长风机转子使用寿命；保持有效抽风面积，傻气流分布均匀，改善烧结过程的真空制度。,2烧结料布料 烧结混合料布在铺底料的上面， 布料时要求烧结混合料的粒度、化学组成及水等沿台车宽度均匀分布，料面平整，并保持料层具有均一的良好的透气性；另一方面，烧结混合料的粒度较粗，在1-10m
26、m之间。 对于烧结过程而言，布料时产生一定的偏析是有好处的，即沿料层高度其坡度自上而下逐渐变粗，碳的分布自上而下减少，可改善料层的气体动力学特性和热制度，提高烧结矿质量。,8.4.2点火操作,烧结过程是以在混合料表层的燃料点火开始的。 为了使混合料内燃料进行燃烧和使表层烧结料粘结成块，烧结料的点火必须满足：a、有足够高的点火温度和点火强度。b、适宜的高温保持时间。c、沿台车方向点火均匀。,点火时间一般为60秒。点火温度，对于铁矿石烧结，一般介于11501300。,8.5烧结矿处理,8.5.1烧结矿处理流程,对烧结矿的处理有两种流程：热矿流程和冷矿流程。,图 烧结矿处理流程 a热矿流程；b冷矿流
27、程,8.5.3烧结矿的整粒,通常对冷却后的烷结矿进行破碎、筛分并按粒度分级称为烧结矿整粒。,8.6烧结工艺的进步及烧结新技术,8.6.1烧结精料,（1）适量进口富矿粉。 （2）优化烧结原料结构。 （3）稳定原料化学成分和粒度组成。 （4）选择优质燃料和熔剂。,8.6.2原料中和混匀与配矿自动化,8.6.3提高料层透气性，采用厚料层烧结,厚料层烧结的主要意义是：提高烧结矿强度；降低FeO含量，改善其还原性；节省固体燃料，减少总热量消耗：无论何种原料条件，厚料层烧结都可收到上述效果这是由于： (1)随料层增厚，不仅表层强度差的烧结矿所占比例减小，而且在保持垂直烧结速度不变的情况下，因机速减慢而使点
28、火时间和高温保持时间延长，表层供热充足，冷却强度降低，表层烧结矿强度改善，又有利于促进整个烧结过程热交换。,(2)料层增厚，点火热量增加特别是烧结矿层的“自动蓄热作用”得到充分发挥，使烧结料的配碳量减少，料层中氧化性气氛加强，有利于Fe3O4的氧化和粘结相的生成点温度更趋均匀，避免了下层温度过高而引起的过熔现象烧结矿结构改善，还原性提高。(3)节省固体燃料和总热耗，是“自动蓄热作用”随料层变厚而加强的结果。 有资料表明，当燃料层处于料而以下180-220mm时，蓄热量仅占燃烧层总热收入的35-45，而距料面400mm的位置，此值增大到55-60。此外，由于燃料用量减少，碳燃烧更加完全；料层氧化
29、性气氛加强，促成磁铁矿的氧化和低熔点铁酸钙的形成，也有利于固体燃料和总热耗量的减少。,但是，随着料层增厚，料层阻力增大，水分冷凝现象加剧。因此，为减少过湿层的影响，厚料层烧结应预热混合料，同时稳定混合料水分和碳含量采用低碳低水操作。,8.6.4均匀烧结,指台车上整个烧结饼纵截面左中右、上中下的温度趋于均匀，最大限度地减少返矿和提高成品烧结矿质量。 左中右不均匀问题是混合料在矿槽内偏析造成的，主要依靠梭式布料机来解决。 上中下的不均匀由烧结过程的特点决定的。上层温度低，黏结相少，冷却快，有较多玻璃质结构，强度差；下层温度高，烧结饼过熔，气孔低，还原性差，有时会生成正硅酸盐，在相变是会造成粉化。
30、处理措施：布料时让混合料产生合理偏析，即下层粒度大于上层，而下层的碳含量低于上层，控制偏析的程度。,8.6.5低温烧结法,低温烧结是指控制烧结最高温度不超过1300，通常在1250-1280范围内，适当增宽高温带，确保生成足够的黏结相的一种烧结新工艺。 其实质是在较低温度下生产以强度好、还原性高的针状铁酸钙为主要黏结相，同时使烧结矿中含有较高比例的还原性好的残留原矿赤铁矿的一种方法。 与普通熔融型(烧结温度大于1300)烧结矿相比，低温烧结矿具有强度高、还原性好、低温还原粉化率低等特点，是一种优质的高炉原料。,8.6.6热风烧结,所谓热风烧结，是在烧结机前段约占烧结机长度1/3的有效烧结面积上
31、，将热废气或热空气抽入烧结料层，用其物理热代替部分固体燃料的烧结方法。 热废气温度可高达600-900，也有使用200-300的低温热风烧结。此种方法对于提高烧结矿的强度和还原性非常有效。,在烧结生产中由于布料偏析，料层下部燃料富集，而上部燃料不足。 随着燃料带下移自动蓄热作用加强，进入燃料带的气体温度高使料层下部热量过剩，温度较高，产生过熔，形成薄壁大孔结构； 而料层上部热量不足，温度偏低烧结不好，同时，从上部抽入冷风，表层急剧冷却，使烧结矿液相来不及结晶，形成大量玻璃质，并产生较大的内应力和裂纹，使得表层烧结矿的强度变差。 热风烧结以热风的物理热代替部分固体燃料，并主要对上层烧结料起作用，
32、弥补丁普通烧结时上层热量不足的状况，使料层上下热量和温度分布趋向均匀，烧结矿质量均匀。,根据热风产生的方法不同热风烧结可分为热废气、热空气和富氧热风烧结三种。,8.6.7小球烧结与球团烧结法,采用圆盘或圆筒造球机将混合料制成适当粒度的小球（3-8或5-10mm)，然后在小球表面再滚上部分固体燃料(焦粉或煤粉)，布于台车上点火烧结的方法，称为小球烧结。,小球料粒度均匀，强度好，粉末少，所以烧结料层的原始透气性及烧结过程中透气性都比普通烧结料好，阻力小，可在较低的真空度下实行厚料层烧结，产量高，质量好，能托和成本降低；加上采用了燃料分加技术，使固体燃料分布告理，燃烧条件改善，降低了固体燃料消耗。
33、一般小球烧结产量可提高10-50。目前，出于造球设备效率低，影响了小球烧结的推广，但它是一种很有前远的烧结方法。,8.6.8增压烧结,增压烧结是指在抽风负压不变时，用空气压缩机提高料层上面的供气压力，相应地增大P，提高通过料层风量的烧结方法。,8.6.9 双层烧结,所谓双层烧结是将混合料分两次铺于烧结机上，当第一层混合料的烧结过程进行到一定程度时(料层阻显著下降时)，再铺一层料于原料层上，并进行第二次点火，这样在同一断面上有两个燃烧层同时向下移动。 双层烧结工艺复杂设备较难布置，需要两套布料和点火设备，限制了它的扩大使用。,8.6.9降低烧结矿低温粉化的措施,低温粉化的原因：500 时赤铁矿还
34、原为磁铁矿时，体积发生膨胀，内部产生内应力，进而生成裂纹，导致强度降低，在机械力作用下发生粉化。 结合宝钢经验，提出以下降低低温粉化措施： 降低烧结矿中Al2O3、TiO2、MgO含量，增加SiO2、FeO含量、增加碱度 适当提高烧结机机速，在保证烧好的前提下，使烧结终点后移。 提高点火强度和提高机头、机尾风箱负压等。 喷洒CaCl2 使用复合熔剂 使用熔剂分加技术，混合料预压技术 煤气无烟烧结 富氧点火 富氧烧结与富氧双层烧结,9 球团生产机理,9.1概述,9.1.1球团生产的意义及存在的问题 球团生产的意义和特点 球团矿是细磨铁精矿或其它含铁粉料造块的又一方法。它是将精矿粉、熔剂（有时还有
35、粘结剂和燃料）的混合物，在造球机中滚成直径815mm（用于炼钢还要大些）的生球，然后干燥、焙烧，固结成型，成为具有良好冶金性质的优良含铁原料，供给钢铁冶炼需要。,烧结和球团都是粉矿造块的方法。但它们的生产工艺和固结成块的基本原理却有很大区别，在高炉上冶炼的效果也有各自的特点。烧结与球团的区别主要表现在以下几方面： 1富矿短缺，必须不断扩大贫矿资源的利用，而选矿技术的进步可经济地选出高品位细磨铁精矿，其粒度从-200目进一步减少到-325目（小于0.044mm）。这种过细精矿不益于烧结，透气性不好，影响烧结矿产量和质量的提高，而用球团方法处理却很适宜，因为过细精矿易于成球，粒度愈细，成球性愈好，
36、球团强度愈高。,2成品矿的形状不同：烧结矿是形状不规则的多孔质块矿，而球团矿是形状规则的1025mm的球球团矿较烧结矿粒度均匀，微气孔多，还原性好，强度高，且易于贮存，有利于强化高炉生产。 3适于球团法处理的原料已从磁铁矿扩展到赤铁矿、褐铁矿以及各种含铁粉尘，化工硫酸渣等；从产品来看，不仅能制造常规氧化球团，还可以生产还原球团、金属化球团等；同时球团方法适用于有色金属的回收，有利于开展综合利用。,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，
37、热量由焙烧炉内的燃料燃烧提供，混合料中不加燃料。 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1025mm的球，小于10mm的小球要筛出重新造球。,9.2造球理论,9.2.1水分在造球过程中的作用 水分是使细磨物料成球的基本因素。没有水分的千料是不能成球的，只有加水润湿后才能使矿粉滚动成球。水分在细磨物料中以如下四种形态存在。 1）吸附水 2）薄膜水3）毛细水 4）重力水,1）吸附水（强结合水）：,2）薄膜水（弱结合水）：,3）毛细水： 物料的亲水性越强，颗粒越细
38、，排列越紧密，毛细力的作用越大，成球速度也越快。成球过程中毛细水起主导作用，只有当物料润湿到形成毛细水时，成球过程才有较快的发展。,4）重力水： 重力水和毛细水合称为自由水。而吸附水、薄膜水、毛细水和重力水的总和称为全水量。,9.2.2细磨料的成球过程一般细磨物料在成球过程中的行为可分为下列七种。,图 颗粒尺寸变化方式的示意图,细磨物料造球有连续造球和批料造球。由于造球的方法不同，成球过程也有差别。但大致分为三个阶段，即成核阶段、球核长大阶段和生球紧密阶段。,必须指出，上述成球过程中的三个阶段，是为了分析问题而划分其实，三个阶段都在同一造球机中完成，各个阶段很难明显地划。 在造球过程中，第一阶
39、段，具有决定意义的作用是润湿。第二阶段除润湿作用外，机械作用也起着重大的影响。而第三阶段机械作用成为决定的因素。,c、造球加水加料方法。 加水遵循“滴水成球，雾水长大，无水紧致”。 加料遵循“球核形成区少加，球核长大区多加，生球紧密区禁料”,10.1生球焙烧之前的干燥,10.3.1生球的干燥,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。,10.3.2生球焙烧固结成球团矿的原理,对不加熔剂的磁铁矿生球，在氧化气氛和中性气氛中焙烧时，磁铁矿颗粒之间发生四种固结形式：1）Fe2O3的微晶
40、键连接：2）Fe2O3的再结晶 3）磁铁矿晶粒的再结晶： 4）渣相固结：,在上述几种固结形式中，以赤铁矿晶粒再结晶的固结形式最好。在生产自熔性球团矿时，应创造形成铁酸钙渣相的条件。为此必须控制好焙烧的温度和气氛。,影响球团矿的焙烧过程的主要因素,1）焙烧温度： 焙烧温度愈高，生球的氧化程度愈完全；球团矿的强度，也是在达到一定焙烧温度后才有明显提高。因此，从提高产量和质量的角度出发，应尽可能选择较高的焙烧温度，以保证固结反应能充分进行。但是，焙烧温度的提高受软化温度的限制而且高温焙烧对降低能耗和延长设备寿命也是不利的。,4）燃烧气氛的影响： 在氧化气氛中焙烧，可以获得强度和还原性都很好的赤铁矿再
41、结晶固结球团矿，而在中性或还原性气氛中焙烧时，获得Fe3O4再结晶或渣相固结的球团矿。后者的强度和还原性均不如前者。,5）燃料种类的影响： 用气体或液体燃料时，由于加热速度、焙烧温度、燃烧气氛、废气速度都比较容易调节，使焙烧可以严格控制在氧化气氛中进行，获得较好的焙烧效果。 用固体燃料时，上述各参数都难以准确调节，容易产生还原气氛，温度不均匀，有些地方过熔而另一些地方固结不完全，球团的产量和质量都受很大的影响。 因此，由于气体和液体燃料的供应困难而必须使用固体燃料时，应采取相应的补救措施，如提高燃料的磨细度和混匀度等。,6）点火制度的影响： 点火温度过高引起表层球团粘结，降低透气性，焙烧不均匀
42、；温度太低则表层球团焙烧不好。点火时间取决于高温保持时间和点火温度。试验表明，点火温度为1170时，点火时间需要5min。,7）熔剂添加物和脉石成分的影响： 在氧化性气氛中焙烧球团时，CaO的作用都是生成低熔点铁酸钙液相，使球团强度得到改善。但加入的CaO过多；液相生成量多时，球团矿会产生过熔而粘结成大块，破坏了正常的焙烧。 为使石灰石在焙烧过程中能完全分解和发生矿化作用。不残留游离CaO，石灰石粒度越小越好。,8）生球尺寸的影响：生球尺寸影响传热和氧气向内扩散的时间。生球尺寸一般不超过1015mm。,球团矿的还原膨胀,球团矿的还原膨胀是还原条件下，当Fe2O3还原成Fe3O4时由于晶格转变引
43、起的体积膨胀，以及浮氏体还原成金属铁时由于出现“铁胡须”而引起的体积异常膨胀。它可使球团破裂产生粉化，大大降低了球团矿的热强度，给高炉操作带来极为不利的影响。 目前解决这一问题的措施有以下几项：,1）适当提高球团矿中的SiO2含量： 含SiO2较多的球团旷有利于形成较多的渣相，一定程度上可以抑制球团矿的膨胀和铁晶须的成长。,2）确定球团矿的适当碱度： 球团矿中CaO的存在和它的分布状态对球团矿的还原膨胀有很大影响，CaO在浮士体中分布不均匀是形成晶须的重要原因。各种不同成分的球团旷，都有一个膨胀最大的碱度范围，必须经试验确定热强度最好的适宜碱度。,3）提高球团矿的焙烧温度： 试验证明，在不发生
44、表面过熔的情况下。适当提高焙烧温度，不仅可以提高球团矿的冷强度，而且可以提高热强度。这是由于高温可以增强渣相固结，有利于CaO的扩散，达到均匀分布，从而改善赤铁矿的结晶条件，抑制还原膨胀。,10.5球团矿的生产和焙烧过程,b. 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，,10.5.3球团矿焙烧,球团矿焙烧过程中的温度变化如图所示。,1）竖炉焙烧球团；2）带式焙烧机焙烧球团；3）链篦机一回转窑焙烧球团。,三种球团焙烧方法的比较,10.6其他球团法,金属化球团矿：将生球或经氧化焙烧后的球团矿，在还原装置中用还原剂进行预还原，除去铁矿石中铁氧化物中的含氧量，从而得到有一部分或绝大部分转变为金属铁的球团矿。 此种球团矿可以降低焦比，提高高炉生产能力。 球团矿金属化率=w(Fe)/w(TFe) 100%,水硬性球团矿：硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰、硅藻土和蛋白石等水硬性材料均可作为球团矿固结的黏结剂而得到的水硬性球团矿。 该法基建投资少，设备简单，建设快，易于管理和维修。可以除去硫、砷等杂质。,碳酸化固结球团矿 将球团矿放在CO2的气流中，使球团矿中的石灰碳酸化而固结。 在高炉低于800 的区域使用。,
