1、主讲人主讲人 张淑会张淑会 教授教授铁矿粉烧结培训讲义铁矿粉烧结培训讲义 华北理工大学华北理工大学2015.12第第1章章 高炉炼铁精料技术的内涵高炉炼铁精料技术的内涵 炼铁系统工序能耗占钢铁工业总能耗的炼铁系统工序能耗占钢铁工业总能耗的70%，精料是，精料是高炉炼铁的基础。国内外炼铁生产实践表明，高炉炼铁高炉炼铁的基础。国内外炼铁生产实践表明，高炉炼铁技术水平如何，精料技术的影响占技术水平如何，精料技术的影响占70%，其它因素占，其它因素占30%。随着高炉大型化、自动化以及要求最大限度地降。随着高炉大型化、自动化以及要求最大限度地降低燃料比，高炉炉料的质量越来越受到重视，特别是大低燃料比，高
2、炉炉料的质量越来越受到重视，特别是大型钢铁企业，把提高生铁产量和质量着眼点放在型钢铁企业，把提高生铁产量和质量着眼点放在“铁前铁前”工作上，对入炉原料的工作上，对入炉原料的质量提出了更高要求。质量提出了更高要求。高炉炼铁的精料技术水平可以用高炉炼铁的精料技术水平可以用“高、熟、净、小、高、熟、净、小、均、稳、少、好均、稳、少、好”共八个方面来描述。共八个方面来描述。1.1 概 述“高高”是指入炉矿石含铁品位要高，焦炭、烧结矿和球团是指入炉矿石含铁品位要高，焦炭、烧结矿和球团矿的强度要高，烧结矿的碱度要高。矿的强度要高，烧结矿的碱度要高。1）入炉矿石品位高；）入炉矿石品位高；2）高强度；）高强度
3、；3）高碱度烧结矿）高碱度烧结矿1.2.1 入炉矿石品位高入炉矿石品位高1.2 “高”的含义入炉矿石品位提高入炉矿石品位提高1%，焦比下降，焦比下降1.5%，生铁产量增长，生铁产量增长2.5%，渣量减少渣量减少30kg/t，允许多喷吹煤粉，允许多喷吹煤粉15kg/t。高碱度烧结矿一般品位在高碱度烧结矿一般品位在58%左右，通过多配加高品位的块左右，通过多配加高品位的块矿和球团矿可以有效地提高炼铁入炉矿品位。矿和球团矿可以有效地提高炼铁入炉矿品位。焦炭焦炭：灰分灰分 12.5，S 0.65，K2O+Na2O含量含量3.0kg/t；烧结矿：烧结矿：TFe 58%（最好最好TFe 60%），SiO2
4、 5.5%，FeO 5%；球团矿：球团矿：TFe 65%，SiO23.5%。1 1.2.2 .2.2 高强度高强度喷煤比在喷煤比在160kg/t以上大高炉的炉料机械强度以上大高炉的炉料机械强度要求要求： 焦炭：焦炭：M40 80以上，以上，M10 7。 球团矿：抗压强度球团矿：抗压强度2500 N/个球，耐磨指数个球，耐磨指数3.5%，膨，膨胀指数胀指数 10%。生产实践表明：生产实践表明： 烧结、球团烧结、球团矿矿转鼓指数每升高转鼓指数每升高1%，高炉产量提，高炉产量提高高1.9%； 焦炭焦炭的的M40提高提高1%，高炉利用系数提高，高炉利用系数提高4%，燃，燃料比下降料比下降5.6kg/t
5、。1 1.2.3 .2.3 高碱度烧结矿高碱度烧结矿 与溶剂性烧结矿相比，高碱度烧结矿具有强度与溶剂性烧结矿相比，高碱度烧结矿具有强度好、含好、含FeO低、还原性好、软化温度高和还原粉化低、还原性好、软化温度高和还原粉化率低等优点。高碱度，一般是指碱度在率低等优点。高碱度，一般是指碱度在1.82.0。 目前，国内外炼铁企业均在调整炉料结构，以目前，国内外炼铁企业均在调整炉料结构，以取得最佳经济效益。而合理的炉料结构，要根据各取得最佳经济效益。而合理的炉料结构，要根据各厂具体情况而定，如酸性矿供应不足则受到限制。厂具体情况而定，如酸性矿供应不足则受到限制。1.3 “熟”的含义 “熟熟”是指高炉入
6、炉原料中熟料（指烧结矿和是指高炉入炉原料中熟料（指烧结矿和球团矿）比例要高。通常熟料的还原性优于生矿，球团矿）比例要高。通常熟料的还原性优于生矿，实践表明，使用熟料的高炉可以大幅度提高各项技实践表明，使用熟料的高炉可以大幅度提高各项技术经济指标。术经济指标。 随着高炉炼铁生产技术的不断进步，一些企业随着高炉炼铁生产技术的不断进步，一些企业已不再追求高熟料比，如宝钢高炉的熟料比在已不再追求高熟料比，如宝钢高炉的熟料比在84%左右。炉料中天然块矿比例最好不要超过左右。炉料中天然块矿比例最好不要超过20%，过，过高对炼铁能耗会有一定负作用。高对炼铁能耗会有一定负作用。1.4 “净”的含义 “净净”是
7、指入炉原料中小于是指入炉原料中小于5mm的粉末要筛除。的粉末要筛除。 据统计，入炉料的粉末降低据统计，入炉料的粉末降低1%，可使高炉利，可使高炉利用系数提高用系数提高0.4%1.0%，入炉焦比下降，入炉焦比下降0.5%。 要求：炉料中要求：炉料中5mm以下的炉料占全部炉料的比以下的炉料占全部炉料的比例不能超过例不能超过5%。炉料中。炉料中510mm的颗粒要少于总的颗粒要少于总炉料的炉料的30%。1.5 “匀”的含义 “均均”是指入炉原燃料的粒度应当均匀。对于是指入炉原燃料的粒度应当均匀。对于不同粒度的炉料应当进行筛分，按粒度组成不同进不同粒度的炉料应当进行筛分，按粒度组成不同进行分级入炉，不但
8、可以减少炉料的填充作用（提高行分级入炉，不但可以减少炉料的填充作用（提高炉料透气性），而且还会产生节省焦炭提高产量的炉料透气性），而且还会产生节省焦炭提高产量的作用。作用。 粒度范围：粒度范围：烧结矿烧结矿：2540mm，焦炭：，焦炭：2040mm，一般认为焦炭粒度上限应为矿石平均粒，一般认为焦炭粒度上限应为矿石平均粒度的度的35倍）；倍）； 天然块矿：易还原的赤铁矿和褐铁矿为天然块矿：易还原的赤铁矿和褐铁矿为820mm；对于中小高炉的原燃料粒度还允许再小一点。对于中小高炉的原燃料粒度还允许再小一点。1.6 “小”的含义 “小小”是指入炉料的粒度要小、均匀，上限所是指入炉料的粒度要小、均匀，上
9、限所规定的范围要窄，控制住炉料中的大块。规定的范围要窄，控制住炉料中的大块。 最佳粒度最佳粒度：烧结矿为烧结矿为1025mm，球团矿为，球团矿为1014mm，大高炉块矿在，大高炉块矿在1020mm，小高炉块矿，小高炉块矿为为612mm。 根据生产经验，铁矿石块矿入炉粒度从根据生产经验，铁矿石块矿入炉粒度从1040mm降到降到830mm时，高炉产量可增加时，高炉产量可增加9.6%，焦，焦比下降比下降3.1%。1.7 “稳”的含义 “稳稳”是指入炉料的化学成分和物理性能要稳是指入炉料的化学成分和物理性能要稳定，波动范围要小。定，波动范围要小。 生产要求：烧结矿含铁品位波动生产要求：烧结矿含铁品位波
10、动0.5%，碱，碱度波动度波动0.05%； 宝钢通过原料场混匀和自动化配料之后，烧宝钢通过原料场混匀和自动化配料之后，烧结矿的标准偏差值为：品位波动结矿的标准偏差值为：品位波动0.256%，SiO2波动为波动为0.087%，碱度波动为，碱度波动为0.029，这已是国，这已是国际先进水平。际先进水平。1.8 “少”的含义 “少少”是指铁矿石和焦炭、煤粉中有害杂质要少，是指铁矿石和焦炭、煤粉中有害杂质要少，这也是冶炼优质生铁和纯净钢冶炼的必要条件。这也是冶炼优质生铁和纯净钢冶炼的必要条件。 高炉炼铁对铁矿石中有害杂质的极限含量：高炉炼铁对铁矿石中有害杂质的极限含量：S0.3%；对碱性转炉用生铁：；
11、对碱性转炉用生铁：P0.2%1.2%，对酸，对酸性转炉用生铁：性转炉用生铁：P0.3%，对普通铸造生铁：，对普通铸造生铁：P0.05%0.15%，对高磷铸造生铁：，对高磷铸造生铁：P0.15%0.6%；Zn0.1%0.2%，Pb0.1%，Cu0.2%，As0.07%，Ti(TiO2)15%16%；K、Na、F也是有害元素。也是有害元素。 焦炭焦炭的水分的水分 5.0，灰分，灰分 12.0，S 0.60，K2O+Na2O含量含量3.0kg/t。1.9 “好”的含义 “好好”是指焦炭和是指焦炭和铁矿石的冶金性能要好铁矿石的冶金性能要好：铁矿石的铁矿石的冶金性能包括：还原性、低温还原粉化冶金性能包括
12、：还原性、低温还原粉化性、荷重还原软化性、熔滴性、块矿的热爆裂性、性、荷重还原软化性、熔滴性、块矿的热爆裂性、球团矿的还原膨胀性能等。球团矿的还原膨胀性能等。 焦炭的冶金性能主要是焦炭的冶金性能主要是反应性反应性（CRI）和反应后）和反应后强度（强度（CSR），），焦炭反应性提高焦炭反应性提高1%，则，则CO的利用的利用率下降率下降0.5%左右，高炉燃料比升高左右，高炉燃料比升高0.6kg/t左右。左右。一一般要求，般要求，热反应性热反应性CRI60。 还原性 低温还原粉化性能 荷重软化性能 熔滴性能 烧结矿、球团矿、块矿的还原性要高，低温还烧结矿、球团矿、块矿的还原性要高，低温还原粉化率要低
13、，荷重软化温度要高，软熔温度要原粉化率要低，荷重软化温度要高，软熔温度要高，软熔温度区间要窄；滴熔温度要高，滴熔温高，软熔温度区间要窄；滴熔温度要高，滴熔温度区间要窄。度区间要窄。RI60%的矿石属于还原性能好的铁矿石，生产实践表明：还原性改善10%，焦比可降低8%9%。国家清洁生产标准要求，RDI+3.1585%，生产实践表明：RDI+3.15每降低5%（喷洒CaCl2溶液），高炉产量会下降1.5%，焦比升高2%。铁矿石在弱还原性气氛，一定荷重条件下收缩率在10%40%时的温度。一般认为两者差值140较好，主要影响因素是生成矿物的熔点、FeO含量、炉渣的组成和数量。希望铁矿石的在还原过程中熔
14、滴温度（Ts、Td）要高、区间要窄（T140 )、流动性能好（Pmax，S要小）。熔融的矿石很容易穿透焦炭层进入炉缸，即不粘附在焦炭上，也不造成渣铁不分离，使高炉煤气通畅，便于操作。 块矿的热爆裂性 球团矿还原膨胀性能是指块矿在高炉内受热发生爆裂的程度，其测定方法是将一定粒度的矿石，从常温升到500、恒温40min，以其产生的5mm 矿石所占比例来表示，一般要求小于20%。 球团矿在高炉内还原过程中其体积膨胀。球团矿的膨胀会对高炉顺行产生不利影响。由于球团矿的膨胀会使炉料的间隙变小，造成炉料下降不顺畅，煤气流上升受阻，导致高炉冶炼不正常。另一方面，由于球团矿膨胀，造成抗压强度降低，易产生粉末，
15、也使炉料空隙被堵塞，所以有些企业是限制高配比球团矿入炉。 日本外购球团矿的技术要求为：还原膨胀率20%，还原后抗压强度250N/个球。德国、巴西、俄罗斯要求球团矿还原膨胀率20%，中国一般要求15%。国产酸性球团矿一般还原膨胀率较低。第第2章章 烧结矿的质量指标及影响因素烧结矿的质量指标及影响因素 改善烧结矿和球团矿的质量是改善烧结矿和球团矿的质量是“精料精料”的主要内的主要内容。对烧结矿和球团矿的质量要求和检验项目容。对烧结矿和球团矿的质量要求和检验项目: :化化学成分、粒度组成和常温机械强度学成分、粒度组成和常温机械强度; ; 高温冶金性能，高温冶金性能，如低温还原粉如低温还原粉化率、中温
16、还原性、高温软化熔滴性化率、中温还原性、高温软化熔滴性等。等。检测目的：一方面为高炉操作提供较全面的原料检测目的：一方面为高炉操作提供较全面的原料性能参数，以便采取相应对策；另一方面，给烧结、性能参数，以便采取相应对策；另一方面，给烧结、球团生产反馈信息，不断改进工艺和操作，促进技球团生产反馈信息，不断改进工艺和操作，促进技术水平提高，生产更好地满足高炉需要的优质原料。术水平提高，生产更好地满足高炉需要的优质原料。概论2.1 烧结产品的质量指标与检验 普通烧结矿技术指标普通烧结矿技术指标项目名称项目名称化学成分（质量分数）化学成分（质量分数）物理性能物理性能冶金性能冶金性能碱度碱度品级品级TF
17、e/%CaO/SiO2FeO/%S/%转鼓转鼓指数指数(+6.3mm)/%筛分筛分指数指数(-5mm)/%落下落下强度强度(-0.5mm)/%低温还低温还原原粉化率粉化率(RDI+3.15)/%还原还原性性(RI)/%允许波动范围允许波动范围不大于不大于1.502.00一级一级0.500.0811.000.06068.007.007.0072.0078.00二级二级1.000.1012.000.08065.009.008.0070.0075.001.001.50一级一级0.500.0512.000.04064.009.008.0074.0074.00二级二级1.000.1013.000.060
18、61.0011.009.0072.0072.00项目项目名称名称化学成分（质量分数）化学成分（质量分数）物理性能物理性能冶金性能冶金性能允许允许波波动范动范围围TFe/%CaO/SiO2FeO/%S/%转鼓转鼓指数指数(+6.3mm)/%筛分筛分指数指数(-5mm)/%落下落下强度强度(-0.5mm)/%低温还低温还原原粉化率粉化率(RDI+3.15)/%还原还原性性(RI)/%0.400.050.50指标指标57.001.709.000.03072.006.007.0072.0078.00优质烧结矿技术指标优质烧结矿技术指标 实践证明实践证明： 入炉料含铁品位每提高入炉料含铁品位每提高1%，
19、焦比可降低，焦比可降低2%，出铁量，出铁量可增加可增加3%；铁品位波动范围从；铁品位波动范围从1.0%降到降到0.5%，高炉，高炉焦比可降低焦比可降低1.7%，产量可增加，产量可增加1.8%左右；左右； 碱度波动范围从碱度波动范围从0.10%降到降到0.05%，高炉焦比可降低，高炉焦比可降低0.8%，产量可增加，产量可增加1.1%；烧结矿的；烧结矿的FeO波动波动1%，影，影响高炉焦比响高炉焦比1%1.5%、产量、产量1%1.5%，同时，同时FeO影影响烧结矿的还原性和软熔性能。响烧结矿的还原性和软熔性能。2.1.1 化学成分及其稳定性化学成分及其稳定性 化学成分：化学成分：TFe，FeO，C
20、aO，SiO2，MgO，Al2O3，MnO，TiO2，S，P等，要求烧结矿的有效成份高，脉石等，要求烧结矿的有效成份高，脉石含量含量低，有害杂质（低，有害杂质（P、S等）少等）少。 根据我国优质铁烧结矿的技术指标（YB/T421-2005），TFe57%，允许波动0.4%；FeO9%，允许波动0.5%；碱度（CaO/SiO2）1.7，允许波动0.05；S0.04%。提高烧结矿品位的措施：提高烧结矿品位的措施： 一：优化选矿技术，提高矿粉品位，但由于受矿粉品一：优化选矿技术，提高矿粉品位，但由于受矿粉品质及生产成本的影响，矿粉品位提高幅度不大，质及生产成本的影响，矿粉品位提高幅度不大， 二：配加
21、部分国外高品位矿粉来改善烧结矿品位。二：配加部分国外高品位矿粉来改善烧结矿品位。2 2.1.2 .1.2 粒度组成与筛分指数粒度组成与筛分指数检测方法：取检测方法：取100kg试样，等分为试样，等分为5份，用筛孔为份，用筛孔为5mm5mm的摇筛，往复摇动的摇筛，往复摇动10次，以次，以Fe3O4CaOFe2O3 Fe2O3 CaOxFeO2_x2SiO2(x=0.25) 2FeOSiO2 2CaOFe2O3玻玻璃质。璃质。还原性次序为：还原性次序为：Fe2O3CaOFe2O32CaOFe2O3Fe3O4 CaOxFeO2_x2SiO2(x=0.25、0.5)玻璃质玻璃质2FeOSiO2，其，其
22、还原率的大小与自身晶粒大小和存在的状态有关。还原率的大小与自身晶粒大小和存在的状态有关。2.2.2 烧结矿的结构烧结矿的结构 烧结矿的结构可分为宏观结构和微观结构烧结矿的结构可分为宏观结构和微观结构，主要与烧，主要与烧结过程生成液相量及其性质有关。结过程生成液相量及其性质有关。 烧结矿是一个具有一定烧结矿是一个具有一定裂纹度和多孔裂纹度和多孔的人造矿，在的人造矿，在配碳量较低或正常的条件下，烧结矿可视为许多物质凝配碳量较低或正常的条件下，烧结矿可视为许多物质凝块在空间上相互接触的集合物。这些凝块的结构，无论块在空间上相互接触的集合物。这些凝块的结构，无论其大小，都是相同的。这种凝块叫做其大小，
23、都是相同的。这种凝块叫做单元烧结体单元烧结体( (以后以后简称烧结体简称烧结体) )。这种烧结体之间相互接触点不多，相互。这种烧结体之间相互接触点不多，相互间被大而不规则的气孔所分开，而烧结体内则为圆形或间被大而不规则的气孔所分开，而烧结体内则为圆形或椭圆形的小气孔。椭圆形的小气孔。 每个烧结体具有每个烧结体具有同心层结构同心层结构。上图为一个具有代表。上图为一个具有代表性的烧结矿结构。下图为单元烧结体形成示意图。性的烧结矿结构。下图为单元烧结体形成示意图。1 1）宏观结构）宏观结构碱度为碱度为1.1的烧结矿结构（八个单元烧结体）的烧结矿结构（八个单元烧结体）(a)(a)在烧结料中的燃料颗粒；
24、在烧结料中的燃料颗粒；(b)燃烧开始；燃烧开始；(c)(d)燃料燃烧形成的液滴燃料燃烧形成的液滴和产生收缩；和产生收缩；(e)燃烧体边缘开始结晶；燃烧体边缘开始结晶；(f)中心中心区结晶后的烧结体。区结晶后的烧结体。单元烧结体形成示意图单元烧结体形成示意图 用肉眼来判断烧结矿孔隙的大小，孔隙分布及孔壁的用肉眼来判断烧结矿孔隙的大小，孔隙分布及孔壁的厚薄。可分为：厚薄。可分为：（1）粗孔蜂窝状结构。）粗孔蜂窝状结构。（2）微孔海绵状结构。）微孔海绵状结构。（3）松散状结构。燃料用量低、液相数量少，烧结料）松散状结构。燃料用量低、液相数量少，烧结料颗粒仅点接触粘结，故烧结矿强度低。颗粒仅点接触粘结
25、，故烧结矿强度低。 依烧结条件主要是烧结温度的不同，宏观上可以产生依烧结条件主要是烧结温度的不同，宏观上可以产生出两种形态的烧结矿结构。出两种形态的烧结矿结构。均质结构均质结构就是肉眼看上去烧结就是肉眼看上去烧结矿的外观均匀，这是在较高温度下矿的外观均匀，这是在较高温度下(如如1300以上以上)烧结而烧结而成的，而在较低的烧结温度下，则生成成的，而在较低的烧结温度下，则生成非均质结构非均质结构。2）微观结构）微观结构（1）粒状结构）粒状结构（2）斑状结构）斑状结构（3）骸晶结构）骸晶结构（4）共晶结构）共晶结构（5）熔蚀结构：）熔蚀结构：常在高碱度烧结矿中出现，是高碱度烧常在高碱度烧结矿中出现
26、，是高碱度烧结矿的结构特点。它是晶粒细小、多为浑圆形状的磁铁矿结矿的结构特点。它是晶粒细小、多为浑圆形状的磁铁矿熔蚀残余他形晶与铁酸钙粘结形成的。熔蚀残余他形晶与铁酸钙粘结形成的。（6）交织结构：含铁矿物与粘结相矿物彼此发展或者交）交织结构：含铁矿物与粘结相矿物彼此发展或者交织构成，此种结构的烧结矿强度最好织构成，此种结构的烧结矿强度最好2 2.2.3 .2.3 矿物组成及显微结构对烧结矿质量的影响矿物组成及显微结构对烧结矿质量的影响 烧结矿显微结构中磁铁矿和赤铁矿的颗粒大小、烧结矿显微结构中磁铁矿和赤铁矿的颗粒大小、粘结相矿物组成、显微结构的均匀性都影响着烧结矿粘结相矿物组成、显微结构的均匀
27、性都影响着烧结矿的质量。的质量。 晶粒细小的磁铁矿和赤铁矿与大颗粒的磁铁矿和晶粒细小的磁铁矿和赤铁矿与大颗粒的磁铁矿和赤铁矿相比具有更好的还原性能。赤铁矿相比具有更好的还原性能。 烧结矿的矿物与粘结相的矿物组成越简单，显微结烧结矿的矿物与粘结相的矿物组成越简单，显微结构越均匀烧结矿的质量越好。构越均匀烧结矿的质量越好。 烧结矿的矿物组成和显微结构与粘结相的发展程烧结矿的矿物组成和显微结构与粘结相的发展程度、结晶条件、粘结相矿物的强度和还原性等有关度、结晶条件、粘结相矿物的强度和还原性等有关。1) 对机械强度的影响对机械强度的影响 非熔剂型烧结矿：非熔剂型烧结矿：斑状或共晶结构，强度好。斑状或共
28、晶结构，强度好。 熔剂型烧结矿：熔剂型烧结矿：斑状结构，强度较差。斑状结构，强度较差。 高碱度烧结矿：熔蚀或共晶结构，磁铁矿与铁酸钙一起固高碱度烧结矿：熔蚀或共晶结构，磁铁矿与铁酸钙一起固结，具有良好的强度。结，具有良好的强度。 各因素对烧结矿强度的影响如下：各因素对烧结矿强度的影响如下：（1）原料的粒度）原料的粒度 粒度过大，在烧结过程中未能熔融或被矿化，特别是粒度过大，在烧结过程中未能熔融或被矿化，特别是CaO残余物的存在，遇水后形成残余物的存在，遇水后形成Ca(OH)2，造成烧结矿破裂，造成烧结矿破裂（2）烧结矿矿物组成中矿物的强度）烧结矿矿物组成中矿物的强度 磁铁矿、赤铁矿、铁酸一钙及
29、钙铁橄榄石强度较高；其磁铁矿、赤铁矿、铁酸一钙及钙铁橄榄石强度较高；其次为铁橄榄石及铁酸二钙；玻璃质的强度最低，分布在钙铁次为铁橄榄石及铁酸二钙；玻璃质的强度最低，分布在钙铁橄榄石及铁橄榄石结晶体中间的整体及单一玻璃质影响强度橄榄石及铁橄榄石结晶体中间的整体及单一玻璃质影响强度最严重。最严重。 要使烧结矿强度增加，就要从结构上消除这些玻璃质以及要使烧结矿强度增加，就要从结构上消除这些玻璃质以及尽可能使它转变为结晶体。尽可能使它转变为结晶体。（3）矿物组成和结构形成过程中伴随产生的内应力。）矿物组成和结构形成过程中伴随产生的内应力。原因：烧结矿块表面与中心温差的存在而产生的内应力原因：烧结矿块表
30、面与中心温差的存在而产生的内应力，各相不同的热膨胀系数而引起的矿相之间的应力和各相不同的热膨胀系数而引起的矿相之间的应力和正硅酸钙正硅酸钙的多晶转变的多晶转变引起的相应力引起的相应力。 正硅酸钙的多晶转变：正硅酸钙的多晶转变： -C2S转变为转变为-C2S时，体积膨胀时，体积膨胀12%；当；当-C2S转变为转变为-C2S时，体积膨胀时，体积膨胀10%，在烧结矿内部产生很大的应力，导，在烧结矿内部产生很大的应力，导致烧结矿的粉化。致烧结矿的粉化。 抑制方法：抑制方法： 加入加入P2O5、B2O3 阻止阻止-C2S-C2S的转变。的转变。 研究表明研究表明，在超高碱度烧结矿中（碱度在超高碱度烧结矿
31、中（碱度34）有）有20%25%的的2CaOSiO2未粉化，主要就是由于铁酸钙粘结相机械未粉化，主要就是由于铁酸钙粘结相机械阻止的缘故；还可以在阻止的缘故；还可以在8501430的温度范围内对烧结矿的温度范围内对烧结矿进行淬火，在高速冷却下，使正硅酸钙在常温下保持住进行淬火，在高速冷却下，使正硅酸钙在常温下保持住-C2S稳定晶形。稳定晶形。 各种矿物的机械强度：各种矿物的机械强度：磁铁矿、赤铁矿、铁酸一钙、磁铁矿、赤铁矿、铁酸一钙、铁橄榄石、铁橄榄石、铁黄长石有较高的抗压强度；其次则为钙铁黄长石有较高的抗压强度；其次则为钙铁橄榄石、钙镁橄榄石及铁酸二钙。铁橄榄石、钙镁橄榄石及铁酸二钙。 研究表
32、明：铁酸钙的抗压强度为研究表明：铁酸钙的抗压强度为363N/cm2，玻璃相，玻璃相仅为仅为46N/cm2。因此在烧结矿的结构中应尽量减少玻璃。因此在烧结矿的结构中应尽量减少玻璃相的形成，这有利于提高烧结矿的强度。相的形成，这有利于提高烧结矿的强度。2) 2) 对还原性的影响对还原性的影响 矿物还原性：矿物还原性：赤铁矿、磁铁矿、铁酸半钙、铁酸一钙容赤铁矿、磁铁矿、铁酸半钙、铁酸一钙容易还原，铁酸二钙、铁铝酸四钙还原性稍低，而玻璃相、易还原，铁酸二钙、铁铝酸四钙还原性稍低，而玻璃相、钙铁橄榄石、特别是钙铁橄榄石、特别是铁橄榄石铁橄榄石是难还原的矿物。是难还原的矿物。 随着烧结矿的碱度提高，气孔率
33、增加，铁橄榄石被钙铁随着烧结矿的碱度提高，气孔率增加，铁橄榄石被钙铁橄榄石和铁酸钙所代替，它强度及还原性都好。但烧结矿橄榄石和铁酸钙所代替，它强度及还原性都好。但烧结矿在碱度在碱度2.02.5以上时，还原性由于铁酸二钙出现而变坏以上时，还原性由于铁酸二钙出现而变坏。 还原性好坏与矿物晶体大小、分布情况、粘结相的多少还原性好坏与矿物晶体大小、分布情况、粘结相的多少及气孔率有关。及气孔率有关。3) 3) 对低温还原粉化率的影响对低温还原粉化率的影响 根本原因是：烧结矿中的再生根本原因是：烧结矿中的再生Fe2O3在低温在低温(450550)时，由时，由-Fe2O3还原成还原成- Fe2O3时，由于前
34、者为三方晶系时，由于前者为三方晶系六方六方晶格晶格，而后者为等轴晶系，而后者为等轴晶系立方晶格立方晶格，晶格转变造成结构扭曲，晶格转变造成结构扭曲，产生极大的内应力，导致在机械作用下严重的破裂。产生极大的内应力，导致在机械作用下严重的破裂。 还原过程中产生的内应力主要是由烧结矿中赤铁矿逐级还原过程中产生的内应力主要是由烧结矿中赤铁矿逐级还原时体积膨胀引起的。还原时体积膨胀引起的。1000时，赤铁矿在被时，赤铁矿在被CO-CO2混混合气体还原过程中体积变化如下：合气体还原过程中体积变化如下： Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe相对体积 % 100 125 132 127 烧结矿的烧结矿的冶金性
35、能主要决定于矿物组成和结构冶金性能主要决定于矿物组成和结构在高温还原条件下在高温还原条件下的稳定性。的稳定性。 日本和澳大利亚等国在铁酸钙理论研究的基础日本和澳大利亚等国在铁酸钙理论研究的基础上指出，对于赤铁矿粉烧结，理想的烧结矿矿物组上指出，对于赤铁矿粉烧结，理想的烧结矿矿物组成和结构应有部分未反应的残留赤铁矿成和结构应有部分未反应的残留赤铁矿(约约40)，和，和以硅铝铁酸钙以硅铝铁酸钙(SFCA)针状结晶作为主要粘结相针状结晶作为主要粘结相(约约40)非均相结构。这种烧结矿具有高还原性、良好的非均相结构。这种烧结矿具有高还原性、良好的低温粉化性及高的冷强度。低温粉化性及高的冷强度。2.3
36、焦炭冶金性能及测试方法2.3.1常温转鼓强度常温转鼓强度测试方法：测试方法： 将足量的样品全部用五级振动筛，计算出将足量的样品全部用五级振动筛，计算出80mm，8060mm，6040mm，4025mm和和25mm五个粒度等级五个粒度等级的焦炭所占期总量的百分数，按其比例取样的焦炭所占期总量的百分数，按其比例取样50kg。（。（80年的年的标准：将标准：将50公斤粒度大于公斤粒度大于60毫米焦炭的焦炭试样）装入毫米焦炭的焦炭试样）装入1m转转鼓中，以鼓中，以50转每分钟的转速转转每分钟的转速转100转（转（4分钟）后，用孔径是分钟）后，用孔径是40毫米（或毫米（或25毫米）的筛子筛分，测量大于毫
37、米）的筛子筛分，测量大于40毫米（或毫米（或25毫毫米）的焦炭重量，占入鼓焦炭总重量的百分比，记作米）的焦炭重量，占入鼓焦炭总重量的百分比，记作M40( 或或M25）。）。2.3.2焦炭反应性焦炭反应性CRI和反应后强度和反应后强度CSR 焦炭反应性：以损失的焦炭质量占反应前焦样总质量的百焦炭反应性：以损失的焦炭质量占反应前焦样总质量的百分数表示。分数表示。 反应后强度：以转鼓后大于反应后强度：以转鼓后大于10mm粒级焦炭占反应后残余粒级焦炭占反应后残余焦炭的质量百分数表示。焦炭的质量百分数表示。CRI(%)=(m-m1)m100%CSR(%)=m2m1100% 式中：式中：m焦炭试样质量，焦
38、炭试样质量，g； m1反应后残余焦炭质量，反应后残余焦炭质量，g。 m2转鼓后大于转鼓后大于10mm粒级焦炭质量，粒级焦炭质量，g。测试方法：测试方法：1）制样：按）制样：按GB/T1997规定的取样方法，按比例取大于规定的取样方法，按比例取大于25mm焦炭焦炭20Kg，弃去泡焦和炉头焦。用颚式破碎机破碎、，弃去泡焦和炉头焦。用颚式破碎机破碎、混匀、缩分出混匀、缩分出10kg，再用，再用25mm、23mm圆孔筛筛分，大圆孔筛筛分，大于于25mm的焦块再破碎、筛分。取的焦块再破碎、筛分。取23mm筛上物，去掉薄筛上物，去掉薄片状焦和细条状焦，保留较厚片状焦和较粗条状焦，并将较片状焦和细条状焦，保
39、留较厚片状焦和较粗条状焦，并将较厚片状焦和较粗条状焦用手工修整成颗粒状焦块，用厚片状焦和较粗条状焦用手工修整成颗粒状焦块，用23mm圆孔筛筛分后与未经过修整的颗粒状焦块混匀。缩分得圆孔筛筛分后与未经过修整的颗粒状焦块混匀。缩分得焦块焦块2kg，分两次，分两次(每次每次1kg)置于置于I型转鼓中，以型转鼓中，以20rmin的转速，的转速，转转50r，取出后再用，取出后再用23mm圆孔筛筛分，将筛上物缩分出圆孔筛筛分，将筛上物缩分出900g作为试样，用四分法将试样分成四份，每份不少于作为试样，用四分法将试样分成四份，每份不少于220g。将制好的试样放入干燥箱，在将制好的试样放入干燥箱，在17018
40、0温度下烘干温度下烘干2h，取出焦炭冷却至室温，称取取出焦炭冷却至室温，称取200g0.5g待用。待用。2）设备及步骤：）设备及步骤： 1 高铝外丝管；高铝外丝管；2电阻丝；电阻丝；3和和4 轻质高铝砖；轻质高铝砖；5 炉壳；炉壳；6 脚轮；脚轮；7 炉盖；炉盖；8绝缘子绝缘子 第一步：装料第一步：装料 反应器底部铺高铝球，当使用高铝质反应器时，装入已备反应器底部铺高铝球，当使用高铝质反应器时，装入已备好的好的200 g0.5g焦炭试样约一半的颗粒，然后插入热电偶套焦炭试样约一半的颗粒，然后插入热电偶套管，再装入另一半焦炭，将热电偶套管穿过反应器盖子上的中管，再装入另一半焦炭，将热电偶套管穿过
41、反应器盖子上的中心孔，盖上反应器盖子。四周围上保温棉心孔，盖上反应器盖子。四周围上保温棉 ，减少散热。，减少散热。第二步第二步: 升温升温 当料层中心温度达到当料层中心温度达到400时，以时，以0.8L/min的流量通氮气保的流量通氮气保护；当中心温度达到护；当中心温度达到1050时，接通带预热装置的二氧化碳减时，接通带预热装置的二氧化碳减压表的电源插头，预热二氧化碳气瓶出口处，保证二氧化碳气压表的电源插头，预热二氧化碳气瓶出口处，保证二氧化碳气体稳定流出。当料层中心温度达到体稳定流出。当料层中心温度达到1100时，切断氮气，改通时，切断氮气，改通二氧化碳，流量为二氧化碳，流量为5Lmin，反
42、应，反应2h。通二氧化碳后料层温度。通二氧化碳后料层温度应在应在5minl0min内恢复到内恢复到11005。 反应反应2h，停止加热。切断二氧化碳气路，改通氮气，流量，停止加热。切断二氧化碳气路，改通氮气，流量控制在控制在2Lmin。焦炭冷却到。焦炭冷却到100以下，停止通氮气。取以下，停止通氮气。取出，称量、记录。出，称量、记录。第三步：转鼓第三步：转鼓 将反应后的焦炭全部装入转鼓内，以将反应后的焦炭全部装入转鼓内，以20rmin的转速共的转速共转转30 min。总转数为。总转数为600r。然后取出用。然后取出用10mm圆孔筛筛分、圆孔筛筛分、称量筛上物质量、记录。称量筛上物质量、记录。
43、鼓体：用外径鼓体：用外径140mm，厚，厚5mm6mm的无缝钢管加工的无缝钢管加工而成。鼓内净长度而成。鼓内净长度700mm，直径，直径130mm，鼓盖厚，鼓盖厚5 6mm。1 鼓体；鼓体；2 马达；马达；3 减速机；减速机；4 机架机架第第3 3章章 铁矿粉烧结工艺基本理论铁矿粉烧结工艺基本理论 1、烧结的作用 利用贫矿和粉矿 改善铁矿石的冶金性能 利用钢铁厂的废弃物 可去除有害物质富矿粉和贫矿富选的铁精粉高炉炉尘、转炉炉尘、加工铁屑、轧钢皮人造富矿冶金性能好，粒度合适高炉可少加石灰，降低热量3.1 抽风烧结过程图1 带式烧结机烧结过程2、抽风烧结过程图2 烧结过程的烧结矿层分布示意图特点：
44、 烧结矿层 燃烧层 干燥预热层 过湿层 混合料层和铺底料 表层，小于1100，厚度逐渐增加，烧结完成时则全部都是。主要反应：空气预热；烧结矿冷却；液相结晶固结。 7001350或1500，厚度为15-80mm。温度最高，透气性最差。主要反应：燃料燃烧；软熔；氧化；还原；分解等。 露点700，升温速度快。主要反应：水分蒸发；燃料加热；固相反应；结晶水分解；部分碳酸盐分解。 露点以下至露点。水汽重新凝结于混合料中，产生过湿，透气性差。1、水分的作用2、蒸发和凝结的条件 蒸发：实际PH2OPH2O （饱和蒸汽压）有利于混合料造球；水膜使料表面变光滑；改善换热条件。 3.2 水分的蒸发、分解和凝结3、
45、蒸发 100时：PH2O=0.1013MPa(1atm) 实际上：烧结料层中PH2O0.9atm 4、凝结 烧结过程中汽化在烧结过程中汽化在120125完成的原因：完成的原因： 1）烧结过程传热速度快，烧结混合料快速加热。）烧结过程传热速度快，烧结混合料快速加热。 2）分子水与固体颗粒之间的结合力大，不易去除。）分子水与固体颗粒之间的结合力大，不易去除。实际为水分的再分布，温度是露点：实际为水分的再分布，温度是露点：PH2O=PH2O烧结过程中露点一般为烧结过程中露点一般为5060，消除水分凝结的措施，消除水分凝结的措施是将混合料温提高到露点以上。（过湿现象对料层的透是将混合料温提高到露点以上
46、。（过湿现象对料层的透气性不利）气性不利）现场消除过湿的措施：现场消除过湿的措施： 1）预热混合料 2）提高烧结混合料的湿热容量 3）低水分烧结加入消石灰 5、结晶水分解 分解吸热，增加燃料消耗。 褐铁矿：250300分解。 高岭土（Al2O3SiO22H2O）：400开始分解，500600大量分解，完成去除结晶水要到1000左右。使用结晶水物料，应适当增加燃料用量1、分解规律 CaCO3=CaO+CO2 MgCO3=MgO+CO2影响碳酸盐分解的因素： 烧结温度高，有利于分解。 石灰石粒度小，有利于分解（要求小于3mm）。 杂质（Al2O3、SiO2、Fe2O3）少，有利于分解。 活性高，有
47、利于分解（使用新破碎）。3.3 碳酸盐分解及矿化作用 2) 矿化作用 定义：CaO与烧结料中的其他矿物（Al2O3、SiO2、Fe2O3）发生反应，生成新化合物的过程。 实质：固化反应，形成CaOSiO2、CaOFe2O3等； 白点的危害： 烧结矿储存过程易产生消化反应 CaO+ H2O= Ca(OH)2 体积膨胀而粉化。 在高炉槽下筛除，影响烧结矿的碱度。影响矿化作用的因素： 烧结温度高，有利于矿化 石灰石粒度小（要求小于3mm） ，有利于矿化； 矿粉粒度小，有利于矿化； 活性高，有利于分解（使用新破碎）1、 特征 1）C少而均匀，与空气接触困难。重量比3%5%，体积比10%左右。 2）传热
48、条件好。抽风过程且燃烧集中在温度最高的燃烧层。 3）具有一定量的空气过剩系数：=实际耗氧/理论耗氧3.4 固体碳的燃烧2、 燃烧过程 完全燃烧与不完全燃烧同时存在 xC+yO2=nCO+mCO2 t 978 CO稳定； t =12001300 CO/ CO2 =1，一级反应 t =15001600 CO/ CO2 =2，零级反应烧结废气成分：CO、CO2、N2、H2、O23、空气过剩系数（） ： 定义=实际耗氧/理论耗氧 计算：= N2/（N2-3.762O2）根据空气过剩系数可以计算烧结漏风率：=（2-1）/2100%漏风率一般为漏风率一般为4060%，降低漏风率是，降低漏风率是发挥现有烧结
49、机增产能力的重要途径发挥现有烧结机增产能力的重要途径4、烧结料层的气氛条件(根据废气成分确定) 烧结过程中：自由氧为2%6%，是氧化性或弱氧化性气氛，但在固体燃料表面附近，则是还原性气氛。烧结过程宏观上氧化性气氛；微观上有还原性气氛烧结过程宏观上氧化性气氛；微观上有还原性气氛固体燃料数量越多、粒度越细固体燃料数量越多、粒度越细还原气氛越强，要求还原气氛越强，要求固体燃料粒度小于固体燃料粒度小于3mm70%3mm70%。5、固体碳燃烧速度： 处于扩散速度范围内固体燃料粒度降低，气流速度提高，气流中含氧增加增加燃烧反应的速度。增加风量增加风量强化燃烧过程和增加烧结速度强化燃烧过程和增加烧结速度3.
50、5 烧结料层中的热交换1、烧结过程的温度分布自动蓄热作用：热烧结矿将热量传给气体，气体温度上升，然后气体将热量带给下层烧结料，这种现象称为自动蓄热作用。影响：自动蓄热作用对燃烧带的温度影响很大，可以提供燃烧带全部热量的38%40%以上。料层越厚，自动蓄热作用越强。废气温度变化：废气温度在预热层和干燥层迅速降低 ；过湿层废气和混合料温度变化不大 。2、高温区对烧结过程的影响 垂直烧结速度：燃烧带（高温区）向下移动的速度（本质，但实际上没有该速度，只有台车运行速度）。与料层内的风量（料层透气性）成正比；是决定烧结矿产量的重要因素。垂直烧结速度、高温区的温度水平、高温区的厚度对烧结过程影响很大垂直烧
