燒結工藝根底知識培訓2021年3月第一局部

燒結的定義與意義燒結工藝的產生燒結方法在冶金生產中的應用，起初是為了處理礦山、冶金、化工廠的廢棄物〔如富礦粉、高爐除塵、軋鋼皮、均熱爐渣、硫酸渣等〕以便回收利用。隨著鋼鐵工業的開展，礦石開采量和礦粉的生成量增加，另由于長期開采和消耗造成能冶煉的富礦越來越少，貧礦〔含鐵25~30%)直接入爐冶煉很不經濟，且我國貧礦資源約占80%以上，因此對貧礦進行磁選處理產生鐵精粉，但粉狀物料不適合直接冶煉。燒結工藝的定義廣義的燒結是一定溫度下靠固體聯結力將散狀粉料固結成塊狀的過程。煉鐵領域內的燒結是指把鐵礦粉〔富礦粉〕和其他含鐵物料〔鐵精粉、氧化皮等〕通過熔化物固結成具有良好冶金性能的人造塊礦的過程，它的產物就是燒結礦。〔熔化物形成的條件？〕燒結工藝的開展起源于資本主義開展較早的英國、瑞典和德國。土燒〔平地吹〕----箱式燒結機----環式燒結機----帶式燒結機1910年第一臺帶式燒結機在美國投產1949年以前，鞍山建有10臺燒結機，總面積330㎡，但工藝設備落后，生產能力低，最高產量僅十幾萬噸。截止2021年，全國鋼鐵企業擁有燒結機210臺，總面積3690㎡，年產燒結礦1.5億噸。當前世界最大的燒結機為648㎡(前蘇聯〕。燒結方法的分類按照設備和供風方法的不同可分為以下幾種1、鼓風燒結：平地吹〔土燒結〕2、抽風燒結：〔1〕連續式：帶式燒結機和環式燒結機〔2〕間歇式：盤式燒結機3、在煙氣中燒結：回轉窯燒結和懸浮燒結。燒結的意義1.富礦粉和貧礦富選后得到的精礦粉都不能直接入爐冶煉，必須將其重新造塊，燒結是最重要最根本的造塊方法之一。2.通過燒結得到的燒結礦具有許多優于天然富礦的冶煉性能，如高溫強度高，復原性好，含有一定的CaO、MgO，具有足夠的堿度，而且已事先造渣，高爐可不加或少加石灰石。3.通過燒結可除去礦石中的S、Zn、Pb、As、K、Na等有害雜質，減少其對高爐的危害。高爐使用冶煉性能優越的燒結礦后，根本上解除了天然礦冶煉中常出現的結瘤故障；同時極大地改善了高爐冶煉效果。4.燒結中可廣泛利用各種含鐵粉塵和廢料，擴大了礦石資源，又改善了環境。因此自上世紀50年代以來，燒結生產獲得了迅速開展。第二局部

燒結生產工藝流程簡介燒結工藝流程圖燒結生產所用原料含鐵原料：富礦粉〔紅礦、鑫特礦沫、鴻源礦〕、鐵精粉〔磁選和浮選之后的精粉〕、工業副產品〔除塵灰、氧化皮〕對含鐵原料的要求：由于含鐵原料物理化學性質對燒結礦質量影響最大，所以要求含鐵原料品位高、成分穩定、雜質少、脈石成分適宜造渣，粒度適宜。精粉粒度-200目量＜80%。富礦粉粒度要求：≤8mm粒級≥85%。工業副產品要求無雜物，含鐵品位高。SiO2含量對燒結礦產質量指標有一定的影響。高硅燒結礦熔劑的配加量增加，使得燒結混合料制粒性能得到改善，燒結速度增加，同時燒結的粘結相數量提高，因此燒結礦成品率有所提高，燒結利用系數提高。粘結相數量的提高有利于燒結礦強度的改善，燒結礦轉鼓指數增加。熔劑：按其性質分為酸性、中性、堿性三類。由于我國鐵礦石脈石成分多為SiO2為主，所以通常采用含有CaO和MgO的堿性熔劑，常用的堿性熔劑由石灰石〔CaCO3)、生石灰〔CaO〕、白云石〔Ca.Mg(CO3)2〕等冶金石灰活性度、生燒和過燒活性度是指冶金石灰水化的反響速度，即石灰水化后用4NHCL中和的毫升數。生燒是指未分解的石灰石，其主要成分是CaCO3，不能被水化。過燒是指石灰石在焙燒過程中，由于局部溫度過高，而與硅酸鹽互相熔融生成的硬塊和消化很慢的石灰，不能再指定的時間內被水化。配料配料就是指根據燒結礦質量指標要求和原料成分，將各種燒結料〔含鐵原料、溶劑、燃料〕按一定比例進行組合。配料的作用和意義：〔1〕提高燒結礦成分的穩定性對高爐順行、對增鐵節焦具有重大意義。實踐證明，燒結礦成分的波動將破壞高爐順行。例如，燒結礦含鐵突然升高或者降低〔及時波動1%~2%〕都會引起高爐爐溫急劇下降或者升高。爐溫波動過大，會引起爐況失常并造成生鐵成分不合格。〔2〕精心配料是獲的優質燒結礦的前提。適宜的原料配比可以生產出足夠的性能良好的液相，適宜的燃料用量可以獲得強度高、復原性能良好的燒結礦，適宜的燒結料透氣性可以提高燒結礦產量。配料過程中使用的化學元素和化合物名稱TFe〔鐵品位)、SiO2〔二氧化硅〕、CaO〔氧化鈣〕、MgO〔氧化鎂〕、R〔堿度〕、Al2O3〔三氧化二鋁〕、FeO(氧化亞鐵〕、S〔硫〕R=CaO/SiO2〔二元堿度，冶金企業通常都是二元堿度〕、R=〔CaO+MgO〕/〔SiO2+Al2O3〕〔四元堿度〕常用的配料設備：圓盤給料機和電子皮帶秤。常用的配料方法：容積配料法〔基于物料具有一定的堆密度，借助給料設備對添加料的容積進行控制〕、重量配料法〔按原料的重量進行配料的一種方法，借助于電子皮帶秤和定量給料自動調節系統來實現自動配料。化學成分配料〔借助于X射線熒光儀分析混合料化學組成，通過電子計算機控制混合料化學成分波動〕影響配料作業的因素1、物料水分的影響。2、物理、化學性能的影響。3、礦槽存料量的影響。4、設備性能的影響。5、操作不當帶來的影響。6、取樣制樣代表性的影響。混合混合與造球的目的：混合的主要目的是將配合好的料各組分仔細混勻，并適當的加水潤濕，已得到水分、粒度及各種成分均勻分布的燒結料。造球是為了改善燒結料的粒度組成，增加透氣性，強化燒結過程，提高燒結礦的質量和產量。混合料加水的目的：混合料加水的目的是為了潤濕混勻混合料，為制粒提供必要的條件，同時改善熱交換條件導熱性能〔傳遞熱量、氧量和溶質的作用〕。混合料的造球過程：形成母球----母球長大----長大了的母球進一步緊密

燒結礦層該層溫度在1100℃以下，在燃料燃燒放出大量熱量的作用下，混合料中的脈石和局部鐵礦物熔化造渣，因而出現熔融液相。隨著燃燒層的下移及冷空氣的通過，物料溫度逐漸下降，熔融液相被冷卻凝固成多孔結構的燒結礦。高溫熔體在凝固過程中進行結晶，析出新礦物。同時，抽入的冷空氣被預熱，燒結礦被冷卻，與空氣接觸的低價氧化物可能被再氧化。該層提供燃燒層需要全部熱量的40%左右。同時由于抽入的空氣溫度低，風速較快，燒結礦氣孔壁變薄，那么熱交換條件越好，冷卻速度越快，不利于液相的結晶，并增大了熱應力，使燒結礦強度變壞。枯燥層它借助于來自上層的燃燒產物帶進的熱量，使這一層的混合料水分蒸發。這一帶的溫度大約為70-150℃。由于水分劇烈的蒸發，在混合料中沒有配加粘結劑時，混合料中強度差的小球就有可能遭到破壞。水分在燒結過程中的行為和作用燒結料中的水分主要來源于礦石、熔劑、燃料帶入的水、混合料混勻制粒時添加的水、空氣中帶入的水、燃料中碳氫化合物燃燒時產生的水以及混合料中礦物分解的化合水。一、水分的蒸發過程水分在燒結過程中的蒸發可以分為以下幾個階段：預熱階段當熱氣體與濕料接觸時，在一段很短時間內，蒸發過程進行得較為緩慢，物料含水量沒有多大變化，但物料溫度卻有了明顯的升高，在這段期間內，熱量主要消耗于預熱混合料，直至傳給物料的熱量與用于汽化的熱量之間到達平衡為止，這段時期通常稱為“預熱階段〞。等速枯燥階段物料到達蒸發平衡的溫度時，物料中的水分直線規律發生變化，水分以等速進行蒸發，這段時期通常稱為“等速枯燥階段〞，其特征在于物料外表上的蒸汽壓可以認為等于純液面上的蒸汽壓，而與物料的濕度無關。這個階段持續到物料到達所謂“臨界濕度〞為止。水分在燒結過程中的作用燒結料中含有一定的水分是保證燒結過程順利進行，提高燒結礦質量必不可少的條件之一，水分在燒結過程中的作用可歸結為以下幾方面：制粒作用燒結混合料參加適當的水分，由于水在混合料粒子間產生毛細力，在混合料的滾動過程中互相接觸而靠緊，制成小球粒，以改善料層的透氣性。導熱作用燒結料中的水分能夠改善燒結料的導熱性〔水的導熱系數為130-400kJ/m2.h.c，而礦石的導熱系數為0.6kJ/m2.h.c〕，料層中的熱交換條件十分良好，這就有利于使燃燒帶限制在狹窄的范圍內，減少了燒結過程中料層的阻力，同時保證了在燃料消耗較少的情況下獲得必要的高溫。水分在燒結過程中的弊端消耗熱量從熱平衡的觀點看，1kg無煙煤的燃燒熱值為27000kJ，而1kgH2O從液體轉化為水蒸汽需要耗熱2500kJ，兩者近乎10：1的比例，也就是說，當混合料水分超過適宜水分1%時，固體燃料配比理論上要增加0.1%。對透氣性的影響過濕層現象是影響透氣性的最大因素，在燒結過程中水分由于受熱開始蒸發，轉移到廢氣中，熱廢氣在穿過下層冷料時，由于存在著溫度差，廢氣將大局部熱量傳給冷料，而自身溫度不斷下降，這樣使得廢氣中的水蒸汽就開始在冷料外表冷凝，開始冷凝的溫度就叫“露點〞溫度。水蒸汽冷凝的結果使下層料的含水量增加。當物料含水量超過物料原始水量時就稱為過濕。燒結過程中主要物理和化學變化過程燃燒和傳熱；蒸發和冷凝；氧化和復原；分解和吸附；熔化和結晶；礦(渣)化和氣體動力學等。在某一層中可能同時進行幾種反響，而一種反響又可能在幾層中進行。碳酸鹽分解及礦化作用燒結料中的碳酸鹽有CaCO3、MgCO3，如果用菱鐵礦和菱錳礦燒結，那么還有FeCO3和MnCO3。生產熔劑性或高堿度燒結礦時，需參加大量CaCO3和一定的MgCO3。它們的分解條件所示。CaCO3的分解溫度較其他碳酸鹽高。其分解反響為:燃料燃燒與傳熱燒結料中固體碳的燃燒為形成粘結所必須的液相和進行各種反響提供了必要的條件(溫度、氣氛)。燒結過程所需要的熱量的80~90%為燃料燃燒供給。然而燃料在燒結混合料中所占比例很小，按重量計僅5~8%，按體積計約10%。在碳量少，分布稀疏的條件下，要使燃料迅速而充分地燃燒，必須供給過量的空氣，空氣過剩系數達1.4~1.5或更高。氧化、復原反響及有害雜質的去除鐵氧化物的分解復原和氧化燒結過程宏觀上是氧化性氣氛，但在燃燒顆粒外表附近或燃料集中處，CO濃度極高，故也有局部復原性氣氛。即微觀來看，在料層中既有氧化區也有復原區，因此對鐵礦物同時存在著氧化、復原、分解等反響。有害雜質的去除燒結過程可以局部去除礦石中硫、鉛、鋅、砷、氟、鉀、鈉等對高爐有害的物質，以改善燒結礦的質量和高爐冶煉過程。這是鐵礦燒結的一個突出優點。(1)燒結去硫。燒結可以去除大局部的硫。以硫化物形態存在的硫可以去除90%以上，而硫酸鹽的去硫率也可達80~85%。高爐要求入爐天然礦石(一極品)含S≤0.06%。國家公布標準規定入爐一級燒結礦含S≤0.08%。燒結是處理高硫鐵礦的一個有效途徑。鐵礦石中的硫常以硫化物形態(FeS2)和硫酸鹽(CaSO4、BaSO4等)的形式存在存在。在低于1350℃時，以生成Fe2O3為主，在高于1350℃時，主要生成Fe3O4。礦粉粒度大，擴散阻力增加，不利于去硫；但假設粒度過細，料層透氣性不好，容易引起燒結過程不均，產生燒不透的生料，降低去硫率。最正確去硫率的適宜礦粉粒度為0~6mm。燒結去砷率一般可達50%以上。假設參加少量CaCl2可使去砷率達60~70%，燒結去氟率一般只有10~15%，有時可達40%，假設在燒結料層中通入水氣可使其生成HF，大大提高去氟率。硫、砷、氟、以其有毒氣體SO2、As2O3、HF等隨廢氣排除，嚴重污染空氣，危害生物和人體健康。故一般燒結廠都建有高大的煙囪，以便將有害氣體實行高空排放。為根本解決問題，在排入煙囪之前，最好先進行化學處理和回收。對一些含有堿金屬鉀、鈉和鉛、鋅的礦石，可在燒結料中參加CaCl2，使其在燒結過程中相應生成易揮發的氯化物而去除和回收。如參加2~3%CaCl2，可除去鉛90%，去鋅65%，加0.7%CaCl2去除鉀、鈉的脫堿率可達70%。它們的去除都應妥善解決環境保護和廉價的氯化劑問題。燒結礦宏觀結構可分為三種微孔海綿狀：燒結溫度適宜，粘度較大時，形成微孔海綿狀結構，復原性好，強度高；粗孔蜂窩狀(大孔薄壁〕：燃料配比多，燒結溫度高，液相生成多且粘度小時，形成粗孔蜂窩狀結構，復原性與強度都差；塊狀結構：燃料配比更多，燒結溫度過高時，產生過熔現象，結果形成板狀結構，強度尚好，復原性差。影響燒結礦復原性的因素燒結礦堿度：隨著堿度的增加，燒結混合料中熔劑的配加量增加，燒結混合料的制粒性能改善，混合料透氣性得到提高，垂直燒結速度增加，燒結利用系數增加。隨著燒結礦堿度的增加，燒結礦成品率提高，強度改善主要是燒結礦的礦物組成和礦物結構發生較大變化，生成所希望的鐵酸鈣礦物的粘結相，鐵酸鈣具有良好的強度，所以燒結礦質量得到明顯的改善燒結燃料配加量燃料增加，燒結熱量充分，有利于燒結的固結，使得燒結礦成品率增加，利用系數提高；但繼續增加燃料，燒結溫度過高，燒結速度下降，燒結時間延長，使得燒結利用系數下降。隨著配碳量的增加，燒結熱量充足，燒結時液相增多，是燒結礦粘結牢固的原因。燃料增加，燒結礦FeO增加，不利于燒結礦復原性的改善。燃料比的變化導致了燒結礦的礦物組成和顯微結構的變化，導致燒結礦的復原性也在變化。

較低燃料比有利于提高燒結礦的復原性，而較高的燃料比可能會降低燒結礦的復原性。冷卻燒結礦的方法l〕在礦車中冷卻：在礦車中借空氣的自然抽力冷卻燒結礦，這種方法比較簡單，但冷卻效率低，冷卻時間長，從850℃冷卻到100℃需要3d以上時間。因此需要大量礦車和很長的停放線，礦車燒壞量也比較大。2〕露天堆放、自然冷卻：這種方法冷卻時間更長，一個1800t的礦堆冷卻150℃需要6d時間；另外占地面積大，經屢次裝卸和運輸，破碎較嚴重。3〕在料倉中冷卻：在底部有百葉窗式通風孔的特制料倉中通過自然通風冷卻，冷卻效果比前兩種方法好一些。據國外試驗，一個3800t的大料倉，由600℃冷卻到100℃，只需10～15h。4〕帶式冷卻機冷卻：燒結礦在礦車中通過鼓風機吹風冷卻，由800℃冷卻到100℃，只需15～25分鐘。2、燒結礦日產量和燒結礦出礦率表示方法燒結礦日產量=當日原料配料總量〔干基〕〔t〕*該配料比的出礦率〔%〕燒結礦出礦率〔%〕=成品燒結礦產量〔t〕/原料配料總量〔干基〕〔t〕3、燒結機作業率設備作業率〔%〕=燒結機運轉臺時/日歷臺時*100%日歷臺時=臺數*24*天數4、燒結礦質量燒結礦質量對高爐冶煉效果具有重大影響。改善其質量是“精料〞的主要內容之一。對燒結礦質量的要求是：品位高，強度好，成分穩定，復原性好，粒度均勻，粉末少，堿度適宜，有害雜質少。一般要求與天然礦相同，僅討論幾個特殊問題:1〕強度和粒度燒結礦強度好，粒度均勻，可減少轉運過程中和爐內產生的粉末，改善高爐料柱透氣性，保證爐況順行，從而導致焦比降低，產量提高。燒結礦強度提高意味著燒結機產量(成品率)增加，同時大大減少了粉塵，改善燒結和煉鐵廠的環境，改善設備工作條件，延長設備壽命2〕復原性燒結礦復原性好，有利于強化冶煉并相應減少復原劑消耗，從而降低焦比。復原性的測定和表示方法亦未標準化。目前復原性的測定方法較多，尚未統一標準。而復原計算幾乎都是依據復原過程中失去的氧量與試樣在試驗前的總氧量的比值來表示。生產中多以復原過程中試驗失重的方法來計算復原度。復原過程中失去的氧越多，說明該燒結礦復原性越好。由于試驗的條件不同，所得復原度大小也不一樣。生產中習慣用燒結礦中的FeO含量表示復原性。一般認為FeO升高，說明燒結礦中難復原的硅酸鐵2FeO·SiO2(還有鈣鐵橄欖石)多，燒結礦過熔而使結構致密，氣孔率低，故復原性差。反之，假設FeO降低，那么復原性好。一般要求FeO應低于10%。國外有低于5%的。鞍鋼新燒結廠燒結礦標準規定FeO含量8.5％±1.5％為合格品。3〕堿度燒結礦堿度一般用CaO/SiO2表示。按照堿度的不同，燒結礦可分為三類：凡燒結礦堿度(如＜0.9)低于爐渣堿度的稱為酸性(或普通)燒結礦。高爐使用這種燒結礦，尚須參加相當數量的石灰石才能到達預定爐渣堿度要求，通常高爐渣的堿度(CaO/SiO2)在1.0左右。凡燒結礦堿度(1.0~1.4)等于或接近爐渣堿度的稱為自熔性燒結礦。高爐使用自熔性燒結礦一般可不加或少加石灰石。燒結礦堿度(＞1.4)明顯高于爐渣堿度的稱為熔劑性燒結礦或高堿度(2.0~3.0)、超高堿度(3.0~4.0)燒結礦。高爐使用這種燒結礦無須加石灰石。由于它含CaO高，可起熔劑作用，因此往往要與酸性礦配合冶煉，以到達適宜的爐渣堿度。為了改善爐渣的流動性和穩定性，燒結礦中常含有一定量的MgO(如2~3%或更高)，使渣中MgO含量到達7~8%或更高，促進高爐順行。在此情況下，燒結礦和爐渣的堿度應按CaO+MgO)/SiO2(三元堿度〕來考慮。4〕燒結礦品位：指其含鐵量的上下，提高燒結礦含鐵量是高爐精料的根本要求。在評論燒結礦品位時，應考慮燒結礦所含堿性氧化物的數量，因為這關系到高爐冶煉時熔劑的用量。所以為了便于比較，往往用扣除燒結礦中堿性氧化物的含量來計算燒結礦的含鐵量。〔實踐說明，品味增加1%，焦比降低2%，產量提升3%〕5〕燒結礦含硫及其他有害雜質愈低愈好

6〕篩分指數篩分指數說明燒結礦粉末含量的多少，此值愈小愈好，目前多數燒結廠尚未對該項指標進行考核，燒結礦的落下強度是表示燒結礦抗沖擊能力的強度指標。對燒結礦的