第2章 铁矿粉造块

第二章铁矿粉造块武汉科技大学冶金工程系周进东1焦化造块烧结球团2第二章铁矿粉造块为什么要造块？目前大中型高炉炼铁生产使用的含铁物料主要是品位高于55%的块状铁矿石（烧结矿、球团矿和富块矿）。铁矿石中铁元素的含量富矿块矿粉矿贫矿高炉铁矿石破碎、细磨选矿造块3铁矿石可分为富矿（实际含铁品位大于理论品位的70%时）和贫矿（实际含铁品位低于理论品位的70%时）。在生产中通常把粒度为10~45mm的富矿称为块矿，块矿可以直接加入高炉炼铁；把粒度小于8~10mm的富矿粉称为粉矿。贫矿因其品位低，脉石（主要是SiO2、Al2O3等）含量高，必须经过选矿（磁选或浮选）以提高其品位。选矿后的产品称为精矿。精矿的粒度很细，一般-0.074mm达到50~90%第二章铁矿粉造块4第二章铁矿粉造块（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。为什么要造块？5第二章铁矿粉造块造块的方法？烧结铁矿粉烧结矿烧结法

是将粉状物料（如粉矿和精矿）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。6第二章铁矿粉造块造块的方法？细粒铁矿粉造球，焙烧球团矿球团法

是将细粒物料（尤其是细精矿）在加水条件下在专门造球设备上经滚动而成生球，然后再经焙烧固结的方法。所得产品称为球团矿，呈球形，粒度均匀，具有高强度和高还原性。7第二章铁矿粉造块铁矿粉造块的目的

铁矿粉在一定的高温作用下，部分颗粒表面发生软化和熔化，产生一定量的液相，并与其他未熔矿石颗粒作用，冷却后，液相将矿粉颗粒粘结成块，达到人造富矿的目的。铁矿粉造块的意义（1）充分利用并扩大了有用资源的利用，如富铁粉矿和贫矿经深选得到的精矿皆须通过造块后才用可能利用；（2）使冶炼厂含有用成分高的废料、尘泥和渣，在造块中掺和使用或单独使用，使工厂环境质量提高，综合利用了国家资源；（3）经造块的产品物理性能和冶金性能改善，强化下一步工序的使用效果，并使之获得最佳的生产产品质量，取得最大的经济效益，促进国民经济的发展。8第二章铁矿粉造块

2.1铁矿石的种类

2.2铁矿石烧结生产

2.3球团矿生产92.1铁矿石的种类2.1铁矿石的种类自然界中存在的铁矿石，按矿物组成大致可分为：磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿等。（1）磁铁矿主要含铁矿物为Fe3O4，化学式也可写成Fe2O3∙FeO，理论含铁量72.4%。一般当TFe/FeO＜3.5时称为磁铁矿，当TFe/FeO＞7.0时称为假象赤铁矿，界于两者之间称为半假象赤铁矿。102.1铁矿石的种类磁铁矿比较致密，外观和条痕（粉末的颜色）均为铁黑色。

磁铁矿可烧性良好，因其在高温处理时氧化放热，且FeO易与脉石成分形成低熔点化合物，故造块节能和结块强度好。112.1铁矿石的种类（2）赤铁矿又称“红矿”，主要矿物为Fe2O3，理论含铁量70%。这种矿石在自然界中常形成巨大的矿床，其贮藏量和开采量都占首位，是一种比较优良的炼铁原料。赤铁矿有原生的（称原生赤铁矿），也有再生的（称假象赤铁矿）。122.1铁矿石的种类具有金属光泽的结晶态片状赤铁矿称镜铁矿。结晶态的赤铁矿呈铁黑色或钢灰色，非结晶态赤铁矿呈红色或暗红色，但无论是哪种形态的赤铁矿，其条痕均为砖红色。赤铁矿所含S和P杂质比磁铁矿少。呈结晶状的赤铁矿，其颗粒内空隙多，而易还原和破碎。但因其铁氧化程度高而难形成低熔点化合物，故其可烧性较差，造块时燃料消耗比磁铁矿高。132.1铁矿石的种类（3）褐铁矿褐铁矿是含结晶水的氧化铁矿，其化学式为nFe2O3·mH2O，但绝大部分含铁矿物是以2Fe2O3·3H2O形式存在。褐铁矿理论含铁量随矿物中结晶水含量的不同变化在55~66%。褐铁矿呈浅褐色，也有呈深褐色或黑色，条痕为褐色。

褐铁矿因含结晶水和气孔多，用烧结球团造块时收缩性很大，使产品质量降低，只有用延长高温处理时间，产品强度可相应提高，但导致燃料消耗增大，加工成本提高。142.1铁矿石的种类（4）菱铁矿菱铁矿为碳酸盐铁矿石，化学式为FeCO3，理论含铁量48.3%，受热分解析出CO2，自然界中有工业开采价值的菱铁矿很少。菱铁矿因在高温下使碳酸盐分解，可使产品含铁量大大提高，但在烧结球团造块时，因收缩量大，导致产品强度降低和设备生产能力低，燃料消耗也因碳酸盐分解而增加。15烧结工艺流程图16铁矿粉造块铁矿粉混匀作业目的：(1)一次料场将外来铁矿粉用堆取料机堆放在一次料场的指定地点，分类存放，并取样分析化学成分和粒度，为匀矿配矿提供准确数据。

均匀同一种铁矿粉或不同种类铁矿粉之间的化学成分(主要是TFe和SiO2)和粒度组成，使各种铁矿粉按烧结配料要求在原料场混匀，得到混匀矿。17铁矿粉造块铁矿粉混匀作业(2)混匀配料槽：实现各种被混匀的铁矿粉按匀矿成分要求的比例配料。(3)混匀料场：进行混匀作业的场地。实现各种被混匀的铁矿粉按匀矿成分要求的比例配料。混匀矿取料机垂直切取料堆，由皮带运输机送往烧结厂配料车间。182.2铁矿石烧结生产2.2铁矿石烧结生产

2.2.1烧结矿生产使用的原材料含铁物料、熔剂和燃料。烧结生产使用的含铁物料包括：精矿粉匀矿、粉矿和破碎粉、钢铁厂二次含铁原料。熔剂有：消石灰、石灰石粉、白云石粉、蛇纹石粉等。燃料：焦粉和无烟煤粉。192.2.2烧结矿种类2.2.2烧结矿种类非熔剂性烧结矿（酸性烧结矿、低碱度烧结矿）：烧结配料中不加熔剂或只加少量熔剂，烧结矿的碱度R＜0.5。自熔性烧结矿：烧结混合料中添加较多数量的熔剂，使烧结矿碱度控制在R=1.0～1.3。高碱度烧结矿：烧结混合料中加入过量熔剂，使烧结矿碱度远高于正常高炉渣碱度。高碱度烧结矿的碱度（R）通常为1.6～2.5。202.2.2烧结矿种类目前，大、中型高炉炼铁生产基本上都使用:高碱度烧结矿+酸性球团矿+块矿高碱度烧结矿+酸性球团矿的炉料结构。212.2.3烧结机结构2.2.3烧结机结构烧结矿生产有鼓风烧结和抽风烧结两种方法。烧结机的大小(或生产能力)可用烧结机的有效烧结面积表示，如90m2、130m2、290m2和450m2等。

222.2.3烧结机结构400m2带式抽风烧结机232.2.3烧结机结构武钢三烧396m2鼓风环式冷却机242.2.4烧结生产工艺流程2.2.4烧结生产工艺流程烧结生产工艺流程如图所示。配料与混料混料作业分一次混料和二次混料，一次混料主要起均匀成分作用，二次混料主要作用是制粒和提高料温。25铁矿粉造块(1)配料与混料将精矿粉、富矿粉(小于8mm)与配入的熔剂粉(小于3mm的石灰石粉和白云石粉等)和燃料粉(焦粉或无烟煤粉)组成混合料，同时加入一定量的水，将混合料制成小球。圆筒混料机(Mixer&Granulator)一混均匀成分二混制粒和提高料温2.2.4烧结生产工艺流程26铁矿粉造块(2)布料烧结混合料布入台车之前，先用铺底料机在台车箅条上铺一层烧结矿返矿(SinterforSubstrate)。再通过布料器将基本上都是小球的混合料铺在烧结台车(SinteringMachine)上，厚度在400-800mm。烧结台车2.2.4烧结生产工艺流程27(3)点火与烧结

点火器(IgnitionFurnace)内煤气燃烧产生的高温将上部料层中的燃料点燃，并产生热量。在台车下风箱(Windbox)抽风产生的负压作用下，热量向下传递，使下部料层逐渐升温、燃烧。2.2.4烧结生产工艺流程282.2.4烧结生产工艺流程烧结料层纵截面结构示意图292.2.4烧结生产工艺流程从烧结料层横截面看，可以把整个烧结料层从上向下分为烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层和湿料层。最高温度在燃烧层中部，可达到1250~1350℃，高温持续时间约1~1.5min。在燃烧层内，燃料颗粒燃烧产生的高温使周围物料熔融，形成液相。由于液相的浸润作用，将周围未熔化的矿粒粘结起来。在冷却时液相中的矿物结晶，或形成玻璃质（冷却速度较快时），而将全部烧结料结合成块。302.2.4烧结生产工艺流程燃烧反应：C+O2，烧结废气中以CO2为主，存在少量CO，还有一些自由氧和氮。2C+O2=2CO；C+O2=CO2分解反应：结晶水的分解：褐铁矿（mFe2O3·nH2O）高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O)熔剂分解：CaCO3=CaO+CO2(750℃以上)MgCO3=MgO+CO2(720℃)312.2.4烧结生产工艺流程还原与再氧化反应：Fe、Mn等靠近燃料颗粒处：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2;Fe3O4+CO=3FeO+CO2;远离燃料颗粒处：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3;3FeO+1/2O2=Fe3O4.气化反应：脱硫85％～95％。FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO22FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO232铁矿粉造块

当台车行走到烧结机尾部时，烧结过程结束。红热的烧结块滑落到单辊破碎机(Crusher)上被剪切破碎。

破碎后的烧结矿经热振动筛(HearResistrantShaker)筛除-5mm的粉末后送冷却机(Cooler)冷却，并进行整粒(Sizing)。2.2.4烧结生产工艺流程33铁矿粉造块(4)整粒(Sizing)环式冷却机带式冷却机从烧结机上卸下的热烧结矿经冷却机后需要进行破碎和筛分分级，这一工序称为整粒。2.2.4烧结生产工艺流程342.2.4烧结生产工艺流程352.2.5烧结矿质量2.2.5烧结矿质量烧结矿质量评价一般包括化学成分、筛分指数和粒度组成、转鼓指数、还原性、低温还原粉化指数和熔滴性能。烧结矿化学成分烧结矿化学成分主要包括：TFe、FeO、CaO、SiO2、MgO、Al2O3、K2O、Na2O、S、P和R（=CaO/SiO2）等。目前，高炉使用的高碱度烧结矿的碱度R＞1.6，TFe≥55%。362.2.5烧结矿质量筛分指数和粒度组成筛分指数是测定烧结矿中粒度-6.3mm部分的粉末数量占烧结矿总量的百分比，代表烧结矿粉末量的多少，因此也称粉末率。粒度组成是测定烧结矿各粒级数量，可以看出烧结矿的颗粒均匀程度和粒度主要分布范围，用800×500×100mm方孔筛测定。摇筛方型筛孔尺寸分别为40mm、25mm、16mm、10mm、6.3mm。372.2.5烧结矿质量转鼓指数和抗磨指数。转鼓指数是评价烧结矿耐冲击和耐磨性能的重要指标。还原性。烧结矿还原性是测定铁矿石中氧化铁被CO还原能力的量度。低温还原粉化指数是评价铁矿石冶金性能优劣的重要性指标.铁矿石软熔—滴落性能。铁矿石软熔—滴落性能用来模拟高炉内软熔带的形成与铁矿石性能之间的关系。38铁矿粉造块烧结生产技术经济指标利用系数：单位时间内每平方米有效烧结面积的产量[(t/m2·h)]。作业率：设备年开动小时总计/(年日历天数×24)×100%。成品烧结矿台时产量：每台烧结机每小时生产的成品烧结矿量

[t/台·h)]。成品率：成品烧结矿(扣除热返矿)占烧结混合料量的比例(%)。烧成率：混合料扣除烧损后的质量(即成品矿+返矿)占混合料的质量分数(%)。2.2.5烧结矿质量392.3球团矿生产2.3球团矿生产高炉炼铁使用的球团矿是TFe＞60%、粒度均匀(9~15mm)、抗压强度高(150~200kg)、还原性好的氧化球团。氧化球团的生产方法主要有竖炉工艺、链篦机—回转窑工艺和带式焙烧工艺。目前，我国主要采用竖炉和链篦机—回转窑生产氧化球团矿。402.3球团矿生产8m2竖炉球团厂外景链箅机-回转窑球团厂外景412.3.1竖炉球团生产工艺2.3.1竖炉球团生产工艺422.3.1竖炉球团生产工艺（1）配料与混料

使用的主要原材料是磁铁精矿粉，用膨润土或消石灰做粘结剂。膨润土的主要矿物是蒙脱石(SiO266.7%,Al2O328.3%,H2O5%)，具有良好的膨胀吸水和粘结能力，能提高精矿粉的成球能力，提高生球落下强度和爆裂温度。作为粘结剂的膨润土加入量一般为0.8~2.5%。432.3.1竖炉球团生产工艺精矿粉与粘结剂的混匀在圆筒混料机内完成。由于精矿粉水分含量高于造球需要的最佳水分含量（8~10%），需要在混料工序用煤气燃烧的高温废气对过湿精矿粉进行适度脱水。442.3.1竖炉球团生产工艺（2）造球造球作业用如图所示的圆盘造球机完成。混合料用皮带机连续送入造球盘后通过滚动形成母球，并逐渐长大形成生球。圆盘造球机辊