燒結工藝課件第一頁，共80頁。燒結球團工藝及設備劉義河北敬業集團第二頁，共80頁。第一章緒論

第一節基本概念第二節燒結原料及其質量要求第三節燒結礦種類第三頁，共80頁。第一節基本概念

1、鐵礦石種類赤鐵礦：磁鐵礦：褐鐵礦：

菱鐵礦：

Fe2O3（化學式），紅色，TFe/FeO>3.5理論含鐵量70%

，還原性好。Fe3O4，黑色或灰色，TFe/FeO<3.5，有磁性，理論含鐵量72.4%Fe2O3·nH2O，含有結晶水。含鐵品位低，一般37~55%。結晶水去掉后，氣孔率增加，可改善還原性，褐鐵礦的還原性最好

FeCO3，碳酸鹽。含鐵量不高（易分解氧化成褐鐵礦，含鐵量提高且多氣孔，還原性很好）第四頁，共80頁。2）貧礦和富礦富礦：實際含鐵品位大于理論品位的70%

貧礦：實際含鐵品位低于理論品位的70%

能直接入爐的鐵礦石不能直接入爐的鐵礦石第五頁，共80頁。3）塊礦和粉礦、貧礦和精礦塊礦：生產中粒度為10~45mm的富礦。可以直接入爐。

粉礦：生產中粒度小于8~10mm的富礦粉。如可以直接入爐。

貧礦：含鐵品位低，脈石（SiO2、Al2O3）含量高。必需經過選礦以提高品位。精礦：選礦（破碎、細磨至單體分離）后的產品。精礦的粒度細，小于0.074mm的達到50%以上。第六頁，共80頁。第一節基本概念4）高爐入爐含鐵原料品位高于55%的塊礦：燒結礦、球團礦、天然富塊礦。5）燒結含鐵原料：粉礦、精礦、二次含鐵粉塵；石灰石；燃料（焦粉、無煙煤）燒結產品：人造富塊礦。6）球團含鐵原料：鐵精粉，粒度比燒結精粉更細。第七頁，共80頁。第二節燒結原料及其質量要求

1）含鐵原料種類：質量要求：

第八頁，共80頁。第二節燒結原料及其質量要求第九頁，共80頁。第二節燒結原料及其質量要求第十頁，共80頁。第二節燒結原料及其質量要求2）熔劑種類：石灰石；消石灰（Ca(OH)2）；生石灰；白云石；蛇紋石粉等。

質量要求：CaO和MgO高；S和P低；粒度要小于3mm，要有利于分解和礦化；高活性度；成分穩定。目的：調整堿度和MgO含量。

第十一頁，共80頁。第二節燒結原料及其質量要求3）燃料點火氣體燃料：配加固體燃料：有焦粉和煤粉，最好使用無煙煤（從燒結工藝講）。

第十二頁，共80頁。第三節燒結礦種類

非熔劑性燒結礦：不加或少加熔劑，產品堿度小于0.5；高爐使用需加石灰石

自熔性燒結礦：加較多數量熔劑，產品堿度1.0～1.3；高爐使用時不加或加少量加石灰石。高堿度燒結礦：加過量熔劑，產品堿度1.6～2.5；合理的爐料結構：高堿度燒結礦+酸性球團+塊礦；高堿度燒結礦+酸性球團。第十三頁，共80頁。第二章鐵礦粉燒結（燒結原理）

第一節抽風燒結過程第二節水分的蒸發、分解和凝結第三節碳酸鹽分解及礦化作用第四節固體碳的燃燒第五節燒結料層中的熱交換第六節燒結料層中的氣體流動第七節燒結過程中的氧化和還原反應第八節固相反應和液相生成第九節燒結過程中有害雜質的去除第十節燒結礦礦物組成、結構及其對質量的影響第十一燒結礦質量評價第十二節燒結配料計算第十四頁，共80頁。第一節抽風燒結過程

1、燒結的作用利用貧礦和粉礦改善鐵礦石的冶金性能利用鋼鐵廠的廢棄物燒結過程可去除有害物質富礦粉和貧礦富選的鐵精粉高爐爐塵、轉爐爐塵、加工鐵屑、軋鋼皮人造富礦冶金性能好，粒度合適→高爐可少加石灰，降低熱量第十五頁，共80頁。2、抽風燒結過程第十六頁，共80頁。特點：燒結礦層燃燒層干燥預熱層過濕層混合料層和鋪底料表層，小于1100℃，厚度逐漸增加，燒結完成時則全部都是。主要反應：空氣預熱；燒結礦冷卻；液相結晶固結。

700℃至1350℃或1500℃，厚度為15-80mm。溫度最高，透氣性最差。主要反應：燃料燃燒；軟熔；氧化；還原；分解等。露點至700℃，升溫速度快。主要反應：水分蒸發；燃料加熱；固相反應；結晶水分解；部分碳酸鹽。

露點以下至露點。水汽重新凝結于混合料中，產生過濕，透氣性差。第十七頁，共80頁。第二節水分的蒸發、分解和凝結

1、水分的來源和作用2、蒸發和凝結的條件蒸發：實際PH2O<P’H2O（飽和蒸汽壓）凝結：實際PH2O>P’H2O（飽和蒸汽壓）

有利于混合料造球；水膜使料表面變光滑；改善換熱條件

第十八頁，共80頁。3、蒸發

100℃時：P’H2O=0.1013MPa(1atm)實際上：燒結料層中PH2O＝0.9atm

4、凝結

燒結過程中汽化在120℃至125℃完成的原因：

1）燒結過程傳熱速度快，燒結混合料快速加熱。

2）分子水與固體顆粒之間的結合力大，不易去除。實際為水分的再分布，溫度是露點：PH2O=P’H2O燒結過程中露點一般為50℃-60℃，消除水分凝結的措施是將混合料溫提高到露點以上。（過濕現象對料層的透氣性不利）第十九頁，共80頁。現場消除過濕的措施：1）預熱混合料2）提高燒結混合料的濕熱容量3）低水分燒結加入消石灰第二十頁，共80頁。5、結晶水分解分解吸熱，增加燃料消耗。

褐鐵礦：250℃至300℃分解。高嶺土（Al2O3·SiO2·2H2O）：400℃開始分解，500℃至600℃大量分解，完成去除結晶水要到1000℃左右。使用結晶水物料，應適當增加燃料用量第二十一頁，共80頁。第三節碳酸鹽分解及礦化作用

1、分解規律

CaCO3=CaO+CO2MgCO3=MgO+CO2影響碳酸鹽分解的因素：燒結溫度：高有利于分解。石灰石粒度：小有利于分解，要求小于3mm。雜質（Al2O3、SiO2、Fe2O3）：少有利于分解。活性：高有利于分解。新破碎。第二十二頁，共80頁。2)礦化作用定義：CaO與燒結料中的其他礦物（Al2O3、SiO2、Fe2O3）發生反應，生成新的化合物的過程。

→實質為固化反應，形成CaO·SiO2、CaO·Fe2O3等；白點的危害：①燒結礦儲存過程易產生消化反應CaO+H2O=Ca(HO)2

體積膨脹而粉化。②在高爐槽下篩除，影響燒結礦的堿度。為什么產生白點？消除白點的有效措施？第二十三頁，共80頁。影響礦化作用的因素：燒結溫度：高有利于礦化石灰石粒度：小有利于礦化，要求小于3mm礦粉粒度：小有利于礦化反應活性：高有利于分解。新破碎第二十四頁，共80頁。第四節固體碳的燃燒

1、特征

1）C少，稀而均勻，與空氣接觸困難。重量比3-5%；體積比10%左右。2）傳熱條件好。抽風過程，且燃燒集中在溫度最高的燃燒層。3）具有一定量的空氣過剩系數：α=實際耗氧/理論耗氧第二十五頁，共80頁。2、燃燒過程完全燃燒與不完全燃燒同時存在

xC+yO2=nCO+mCO2t<978℃CO2穩定

t>978℃CO穩定

t<1200～1300℃CO/CO2=1，一級反應

t>1500～1600℃CO/CO2=2，零級反應燒結廢氣成分：CO、CO2、N2、H2、O2第二十六頁，共80頁。3、空氣過剩系數：α，一般為1.4-1.5,定義=實際耗氧/理論耗氧計算：α=N2/（N2-3.762O2）根據空氣過剩系數可以計算燒結漏風率：β=（α2-α1）/α2×100%漏風率一般為40~60%，降低漏風率是發揮現有燒結機增產能力的重要途徑第二十七頁，共80頁。4、燒結料層的氣氛條件(根據廢氣成分確定氣氛條件)燒結過程中：自由氧為2-6%，是氧化性或弱氧化性氣氛。但在固體燃料表面附近，則是還原性氣氛。燒結過程宏觀上氧化性氣氛；微觀上有還原性氣氛固體燃料數量越多、粒度越細→還原氣氛越強，要求固體燃料粒度小于3mm>70%。第二十八頁，共80頁。5、固體碳燃燒速度：處于擴散速度范圍內

固體燃料粒度降低，氣流速度提高，氣流中含氧增加→增加燃燒反應的速度增加風量→強化燃燒過程和增加燒結速度第二十九頁，共80頁。第五節燒結料層中的熱交換

第三十頁，共80頁。1、燒結過程的溫度分布自動蓄熱作用：熱燒結礦將熱量傳給氣體，氣體溫度上升，然后氣體將熱量帶給下層燒結料，這種現象稱為自動蓄熱作用。影響：自動蓄熱作用對燃燒帶的溫度影響很大，可以提供燃燒帶全部熱量的38~40%以上。料層越厚，自動蓄熱作用越強。廢氣溫度變化：廢氣溫度在預熱層和干燥層迅速降低；過濕層廢氣和混合料溫度變化不大

第三十一頁，共80頁。第五節燒結料層中的熱交換2、高溫區對燒結過程的影響垂直燒結速度：燃燒帶（高溫區）向下移動的速度（本質，但實際上沒有該速度，只有臺車運行速度）。與料層內的風量（料層透氣性）成正比；是決定燒結礦產量的重要因素。垂直燒結速度、高溫區的溫度水平、高溫區的厚度對燒結過程影響很大①垂直燒結速度→產量的決定因素。

②高溫度的溫度→對燒結礦的機械強度影響很大。

第三十二頁，共80頁。3、影響垂直燒結速度的因素1）凡能增加風速的因素即可增加垂直燒結速度2）燒結料性質3）工藝因素燒結料的熱容量大、導熱性好、粒度小、吸熱反應發展→增加燒結料吸收熱量的能力→高溫區的移動速度變慢增加水分和石灰石用量→增加了吸熱反應，但改善了透氣性，風速增大，其風速增加超過吸熱影響→垂直燒結速度增大。

第三十三頁，共80頁。4、高溫區溫度和厚度1）高溫區的溫度水平：決定于高溫區的熱平衡和氣流與物料間的傳熱條件。Q1：空氣顯熱，kJ。Q2：燒結過程中燃料燃燒放熱以及所發生的各種反應的熱效應總和，kJQ3：從燒結上層下來的廢氣中吸收的熱量，kJ。Q4：廢氣帶走的熱量，kJ。Q5：高溫區熱損失，kJm：高溫區物料重量，kg。C：燒結料比熱，kJ/kg.℃。第三十四頁，共80頁。2）高溫區的厚度：高溫區是料層透氣性最差的一層。在15~80mm范圍內。3）影響因素配碳量：配碳量增加，兩者均增加。

返礦用量：增加，提高高溫區溫度。石灰石用量：增加，Q2下降，T降低燃料粒度：增大，降低燃燒速度，改善透氣性，T降低，但厚度增大。燃燒速度與傳熱速度的配合：

P67圖4-5

第三十五頁，共80頁。燒結過程合理的加熱制度：保證料層上、下部具有合理而均勻的溫度和保證燒結礦層具有較慢的冷卻速度。第三十六頁，共80頁。第六節燒結料層中的氣體流動

1、表示方法

在料層高度和抽風量不變的條件下，透氣性可用氣體通過料層的壓力差△P表示。

△P大，透氣性差；△P小，透氣性好。即：氣體流動阻力△P=f(ε、w、d、H),ε、w、d、H：分別為孔隙度、氣體流速、物料直徑、料層高度。第三十七頁，共80頁。2、透氣性的變化規律：先增大，后平穩，再降低的過程

第三十八頁，共80頁。3）改善透氣性的主要措施改善燒結料粒度和成球效果控制混合料水分添加劑的使用增加有效風量

適當的粗粒度，可增加孔隙率，改善透氣性→實際生產：精礦粉+富礦粉+返礦；返礦的作用？采用大風量、高負壓、厚料層操作第三十九頁，共80頁。第七節燒結過程中的氧化和還原反應

1、Fe2O3：熱分解和還原3Fe2O3=2Fe3O4+1/2O2

熱分解，1300℃以上發生3Fe2O3+CO/H2=2Fe3O4+CO2/H2O還原，CO的平衡濃度很低。若保留原狀不動，則要求低溫、并沒有還原氣氛；若固相反應形成CaO·Fe2O3系列，則難還原，含量低。

第四十頁，共80頁。2、Fe3O42Fe3O4+3SiO2=3(2FeO·SiO2)+O2

Fe3O4+CO=FeO+CO2900℃,平衡CO/CO2=3.47氧化成Fe2O3：條件是料層透氣性好，配碳量比較低，氧化反應是放熱反應。第四十一頁，共80頁。3、FeO在燒結過程中還原比較困難，只有在配碳量特別高時才有可能。在燒結過程中可以被氧化成Fe3O4，條件是料層透氣性好，配碳量比較低，供氧充足。既不氧化也不還原；更有可能形成2FeO·SiO2第四十二頁，共80頁。4、錳氧化物

MnO2和Mn2O3易進行熱分解，比Fe2O3容易

Mn3O4不易進行熱分解，但可還原成MnO；

MnO不易還原，且比FeO還困難注：燒結礦中錳一般認為以MnO和Mn3O4形式存在，但Mn3O4含量低，處理起來認為是MnO第四十三頁，共80頁。5、降低FeO的條件目的：降低燒結礦中的鐵橄欖石（2FeO·SiO2）的含量原因：減低FeO的措施：降低配碳量；熱風燒結；提高料層厚度；降低燃料粒度，改善料層透氣性；降低SiO2含量；提高CaO含量。

第四十四頁，共80頁。6、提高燒結礦強度的措施1）優化原料結構2）提高堿度3）控制MgO含量4）適當提高FeO含量5）改善熔劑質量第四十五頁，共80頁。1、固相反應的特點和條件固相反應是反應物舊晶格被破壞和新相晶格的形成過程。條件：溫度；晶格的不完整特點：1）放熱反應

2）相對位置保持不變第八節固相反應和液相生成第四十六頁，共80頁。3）抽風過程，反應時間極短4）非熔劑性燒結固相反應的特點5）熔劑性燒結固相反應的特點6）固相反應產物不等于最終礦相產物最終產物：在燃料一定時，主要決定于R；當燃料低，液相少時，固相反應的產物才直接轉入成品第四十七頁，共80頁。2、影響固相反應的因素礦粉粒度：顆粒細，易固相反應，接觸面積大；粗不宜固相反應混勻程度：燃料用量：主要是固體燃料，意味著產生的氣氛有變化第四十八頁，共80頁。3、常見的固相反應及產物赤鐵礦非熔劑性第四十九頁，共80頁。3、常見的固相反應及產物赤鐵礦熔劑性第五十頁，共80頁。3、常見的固相反應及產物磁鐵礦非熔劑性第五十一頁，共80頁。3、常見的固相反應及產物磁鐵礦熔劑性第五十二頁，共80頁。4、影響液相生成量的主要因素燒結溫度：高，液相量大堿度：高，液相量大FeO含量：配碳量大，還原性氣氛多，FeO多，熔點下降，液相量大SiO2含量：高，液相量大；（生產中SiO2含量小于5%。液相不足）第五十三頁，共80頁。5、幾種液相體系特點鐵氧（Fe-O）體系FeO--SiO2體系CaO--SiO2體系CaO--Fe2O3體系CaO--FeO--SiO2體系第五十四頁，共80頁。1）鐵氧（Fe-O）體系高品位燒結礦的主要粘結相，脈石成分比較小。高品位燒結礦的主要缺點是強度差，主要因為粘結相少。2）FeO--SiO2體系：酸性燒結礦的主要粘結相特點：燒結礦強度比較高；但還原性比較差。生成條件：比較低的堿度（高堿度不易形成2FeO·SiO2），有SiO2，比較高的溫度；還原性氣氛。工藝是燃料用量高。第五十五頁，共80頁。3）CaO--SiO2體系：熔劑性燒結礦的主要粘結相

特點：強度比較低，原因是2CaO·SiO2有相變問題

830-850℃α-2CaO·SiO2→γ-2CaO·SiO2

體積膨脹12%675℃β-2CaO·SiO2→γ-2CaO·SiO2

體積膨脹10%

應控制或減少2CaO·SiO2的生成量和晶體轉變。生成條件：比較高的堿度；高溫第五十六頁，共80頁。4）CaO--Fe2O3體系：熔劑性燒結礦的主要粘結相

特點：強度比較高；還原性比較好，最好的粘結相。生成條件：

1）高堿度

2）低溫

3）氧化性氣氛，固體燃料配量比較低

4）SiO2含量比較低2CaO·Fe2O3的數量和質量要求：希望生成針狀鐵酸鈣，比片狀和柱狀鐵酸鈣的強度高，還原性好。第五十七頁，共80頁。5）CaO--FeO--SiO2體系：（實際為橄欖石體系）熔劑性燒結礦的主要粘結相典型礦物：黃長石：2CaO·FeO·SiO2

鈣鐵輝石：CaO·FeO·2SiO2特點：強度比較高；還原性比較差。生成條件：高堿度；高溫；還原性氣氛。第五十八頁，共80頁。6）CaO--SiO2--TiO2體系：釩鈦磁鐵燒結礦的主要粘結相。

2CaO·TiO2,特點：硬而脆，粉末比較多；還原性比較好。生成條件：釩鈦磁鐵礦。7）CaO--MgO--SiO2體系特點：加入一定量MgO可降低硅酸鹽的熔化溫度，增加液相數量，同時MgO具有阻止2CaO·SiO2生成的能力，可提高還原性和強度，并有利于高爐造渣第五十九頁，共80頁。8）CaO--SiO2--Al2O3--FeO體系特點：礦粉中Al2O3含量高時，易形成鋁黃長石2CaO.Al2O3.SiO2作用：①降低熔化溫度，增加液相；②減少β-2CaO·SiO2

的生成，提高C2S開始出現的堿度；③減低黏度，促進O2-擴散，利于氧化，利于SCFA生成。小結：液相成分復雜，生產中積極創造條件，促使有利成分生成，才與抑制措施，減少有損質量的液相生成。第六十頁，共80頁。6、液相冷卻結晶(1)冷卻對燒結礦質量的影響：過快，結晶來不及發展，玻璃質多，導致表層燒結礦強度低；太慢，降低產量，燒結礦卸下溫度太高，給運輸膠帶帶來困難。冷卻速度的影響因素：受料層透氣性、抽風速度、抽風量的影響；解決冷卻速度和燒結礦強度矛盾的有效途徑：既改燒料層透氣性，有增加療程厚度。第六十一頁，共80頁。6、液相冷卻結晶（2）凝固和結晶1）結晶順序：熔點高的先結晶，然后為熔點低的，來不及結晶的成為玻璃質。2）規律：3）冷卻過程對燒結礦質量的影響①影響礦物成分；②影響晶體結構；③冷卻過急產生內應力

下層燒結礦質量好的原因：下層料層冷卻緩慢，潔凈較完整第六十二頁，共80頁。第九節燒結過程中有害雜質的去除

S的去除脫F去AsPb和Zn的去除P在燒結過程中不能去除。

第六十三頁，共80頁。一、S的去除1、S的存在狀態有機S硫化物硫酸鹽FeS2、FeS（比較易去除）FeSO4、CaSO4（硬石膏）、BaSO4→最難去除脫硫率的高低和硫的存在形式有關

第六十四頁，共80頁。2、硫化物脫硫的主要反應硫化物280~650℃以下：

4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2

3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2

650℃以上：2FeS2=2FeS+S2

S+O2=SO2

4FeS+7O2=2Fe2O3+4SO23FeS+5O2=Fe3O4+3SO2第六十五頁，共80頁。2、硫化物脫硫的主要反應硫酸鹽

CaSO4+Fe2O3=CaO·Fe2O3+SO2+1/2O2BaSO4+SiO2=CaO·SiO2+SO2+1/2O2

有機硫：氧化為主

硫化物去除率90%以上，有機硫94%，硫酸鹽70~80%第六十六頁，共80頁。3)影響燒結過程脫硫的因素礦粉粒度：礦石品位：燒結礦堿度和熔劑性質：燃料用量：返礦用量：操作因素：

第六十七頁，共80頁。二、F的去除2CaF2+SiO2==2CaO+SiF4（SiF4極易揮發，部分被下部料層吸收）影響因素：CaO不利于去F,SiO2有利于去F,H2有利于去F。危害：F對人體有害、腐蝕設備。

第六十八頁，共80頁。三、As的去除存在形式：砷黃鐵礦FeAsS（毒砂）、斜方砷鐵FeAsS2、含水砷酸鐵FeAsO4.2H2O反應：430～500℃，氧化去As，2FeAsS+5O2==Fe2O3+As2O3+2SO21000℃以上，FeAsO4分解，生成As2O3危害：As有毒。廢氣含砷量不大于0.3mg/m3第六十九頁，共80頁。四、Pb、Zn和P的去除存在形式：方鉛礦PbS、閃鋅礦ZnS主要發生氧化反應，還原法和氯化法可去除Zn，Pb。P在燒結過程中不能去除第七十頁，共80頁。第十節燒結礦礦物組成、結構及其對質量的影響

1、燒結礦礦物組成

高堿度燒結礦（R>2.0）：磁鐵礦、鐵酸鈣（為主要膠結物）、鐵酸二鈣

自熔性燒結礦：磁鐵礦、浮氏體、赤鐵礦、鈣鐵橄欖石、金屬鐵等；主要膠結物為鈣鐵橄欖石、玻璃體非自熔性燒結礦：磁鐵礦、浮氏體、赤鐵礦、鈣鐵橄欖石、鐵酸鈣、石英等

第七十一頁，共80頁。宏觀結構微觀結構微孔海綿狀結構

粗孔蜂窩狀結構

松散狀結構

粒狀結構斑狀結構骸晶結構燒結礦的結構點狀共晶結構熔蝕結構交織結構第七十二頁，共80頁。第十一燒結礦