烧结工艺基础知识培训讲座

烧结工艺根底知识培训2021年3月第一局部

烧结的定义与意义烧结工艺的产生烧结方法在冶金生产中的应用，起初是为了处理矿山、冶金、化工厂的废弃物〔如富矿粉、高炉除尘、轧钢皮、均热炉渣、硫酸渣等〕以便回收利用。随着钢铁工业的开展，矿石开采量和矿粉的生成量增加，另由于长期开采和消耗造成能冶炼的富矿越来越少，贫矿〔含铁25~30%)直接入炉冶炼很不经济，且我国贫矿资源约占80%以上，因此对贫矿进行磁选处理产生铁精粉，但粉状物料不适合直接冶炼。烧结工艺的定义广义的烧结是一定温度下靠固体联结力将散状粉料固结成块状的过程。炼铁领域内的烧结是指把铁矿粉〔富矿粉〕和其他含铁物料〔铁精粉、氧化皮等〕通过熔化物固结成具有良好冶金性能的人造块矿的过程，它的产物就是烧结矿。〔熔化物形成的条件？〕烧结工艺的开展起源于资本主义开展较早的英国、瑞典和德国。土烧〔平地吹〕----箱式烧结机----环式烧结机----带式烧结机1910年第一台带式烧结机在美国投产1949年以前，鞍山建有10台烧结机，总面积330㎡，但工艺设备落后，生产能力低，最高产量仅十几万吨。截止2021年，全国钢铁企业拥有烧结机210台，总面积3690㎡，年产烧结矿1.5亿吨。当前世界最大的烧结机为648㎡(前苏联〕。烧结方法的分类按照设备和供风方法的不同可分为以下几种1、鼓风烧结：平地吹〔土烧结〕2、抽风烧结：〔1〕连续式：带式烧结机和环式烧结机〔2〕间歇式：盘式烧结机3、在烟气中烧结：回转窑烧结和悬浮烧结。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，烧结是最重要最根本的造块方法之一。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，复原性好，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，减少其对高炉的危害。高炉使用冶炼性能优越的烧结矿后，根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。4.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。因此自上世纪50年代以来，烧结生产获得了迅速开展。第二局部

烧结生产工艺流程简介烧结工艺流程图烧结生产所用原料含铁原料：富矿粉〔红矿、鑫特矿沫、鸿源矿〕、铁精粉〔磁选和浮选之后的精粉〕、工业副产品〔除尘灰、氧化皮〕对含铁原料的要求：由于含铁原料物理化学性质对烧结矿质量影响最大，所以要求含铁原料品位高、成分稳定、杂质少、脉石成分适宜造渣，粒度适宜。精粉粒度-200目量＜80%。富矿粉粒度要求：≤8mm粒级≥85%。工业副产品要求无杂物，含铁品位高。SiO2含量对烧结矿产质量指标有一定的影响。高硅烧结矿熔剂的配加量增加，使得烧结混合料制粒性能得到改善，烧结速度增加，同时烧结的粘结相数量提高，因此烧结矿成品率有所提高，烧结利用系数提高。粘结相数量的提高有利于烧结矿强度的改善，烧结矿转鼓指数增加。熔剂：按其性质分为酸性、中性、碱性三类。由于我国铁矿石脉石成分多为SiO2为主，所以通常采用含有CaO和MgO的碱性熔剂，常用的碱性熔剂由石灰石〔CaCO3)、生石灰〔CaO〕、白云石〔Ca.Mg(CO3)2〕等冶金石灰活性度、生烧和过烧活性度是指冶金石灰水化的反响速度，即石灰水化后用4NHCL中和的毫升数。生烧是指未分解的石灰石，其主要成分是CaCO3，不能被水化。过烧是指石灰石在焙烧过程中，由于局部温度过高，而与硅酸盐互相熔融生成的硬块和消化很慢的石灰，不能再指定的时间内被水化。配料配料就是指根据烧结矿质量指标要求和原料成分，将各种烧结料〔含铁原料、溶剂、燃料〕按一定比例进行组合。配料的作用和意义：〔1〕提高烧结矿成分的稳定性对高炉顺行、对增铁节焦具有重大意义。实践证明，烧结矿成分的波动将破坏高炉顺行。例如，烧结矿含铁突然升高或者降低〔及时波动1%~2%〕都会引起高炉炉温急剧下降或者升高。炉温波动过大，会引起炉况失常并造成生铁成分不合格。〔2〕精心配料是获的优质烧结矿的前提。适宜的原料配比可以生产出足够的性能良好的液相，适宜的燃料用量可以获得强度高、复原性能良好的烧结矿，适宜的烧结料透气性可以提高烧结矿产量。配料过程中使用的化学元素和化合物名称TFe〔铁品位)、SiO2〔二氧化硅〕、CaO〔氧化钙〕、MgO〔氧化镁〕、R〔碱度〕、Al2O3〔三氧化二铝〕、FeO(氧化亚铁〕、S〔硫〕R=CaO/SiO2〔二元碱度，冶金企业通常都是二元碱度〕、R=〔CaO+MgO〕/〔SiO2+Al2O3〕〔四元碱度〕常用的配料设备：圆盘给料机和电子皮带秤。常用的配料方法：容积配料法〔基于物料具有一定的堆密度，借助给料设备对添加料的容积进行控制〕、重量配料法〔按原料的重量进行配料的一种方法，借助于电子皮带秤和定量给料自动调节系统来实现自动配料。化学成分配料〔借助于X射线荧光仪分析混合料化学组成，通过电子计算机控制混合料化学成分波动〕影响配料作业的因素1、物料水分的影响。2、物理、化学性能的影响。3、矿槽存料量的影响。4、设备性能的影响。5、操作不当带来的影响。6、取样制样代表性的影响。混合混合与造球的目的：混合的主要目的是将配合好的料各组分仔细混匀，并适当的加水润湿，已得到水分、粒度及各种成分均匀分布的烧结料。造球是为了改善烧结料的粒度组成，增加透气性，强化烧结过程，提高烧结矿的质量和产量。混合料加水的目的：混合料加水的目的是为了润湿混匀混合料，为制粒提供必要的条件，同时改善热交换条件导热性能〔传递热量、氧量和溶质的作用〕。混合料的造球过程：形成母球----母球长大----长大了的母球进一步紧密

烧结矿层该层温度在1100℃以下，在燃料燃烧放出大量热量的作用下，混合料中的脉石和局部铁矿物熔化造渣，因而出现熔融液相。随着燃烧层的下移及冷空气的通过，物料温度逐渐下降，熔融液相被冷却凝固成多孔结构的烧结矿。高温熔体在凝固过程中进行结晶，析出新矿物。同时，抽入的冷空气被预热，烧结矿被冷却，与空气接触的低价氧化物可能被再氧化。该层提供燃烧层需要全部热量的40%左右。同时由于抽入的空气温度低，风速较快，烧结矿气孔壁变薄，那么热交换条件越好，冷却速度越快，不利于液相的结晶，并增大了热应力，使烧结矿强度变坏。枯燥层它借助于来自上层的燃烧产物带进的热量，使这一层的混合料水分蒸发。这一带的温度大约为70-150℃。由于水分剧烈的蒸发，在混合料中没有配加粘结剂时，混合料中强度差的小球就有可能遭到破坏。水分在烧结过程中的行为和作用烧结料中的水分主要来源于矿石、熔剂、燃料带入的水、混合料混匀制粒时添加的水、空气中带入的水、燃料中碳氢化合物燃烧时产生的水以及混合料中矿物分解的化合水。一、水分的蒸发过程水分在烧结过程中的蒸发可以分为以下几个阶段：预热阶段当热气体与湿料接触时，在一段很短时间内，蒸发过程进行得较为缓慢，物料含水量没有多大变化，但物料温度却有了明显的升高，在这段期间内，热量主要消耗于预热混合料，直至传给物料的热量与用于汽化的热量之间到达平衡为止，这段时期通常称为“预热阶段〞。等速枯燥阶段物料到达蒸发平衡的温度时，物料中的水分直线规律发生变化，水分以等速进行蒸发，这段时期通常称为“等速枯燥阶段〞，其特征在于物料外表上的蒸汽压可以认为等于纯液面上的蒸汽压，而与物料的湿度无关。这个阶段持续到物料到达所谓“临界湿度〞为止。水分在烧结过程中的作用烧结料中含有一定的水分是保证烧结过程顺利进行，提高烧结矿质量必不可少的条件之一，水分在烧结过程中的作用可归结为以下几方面：制粒作用烧结混合料参加适当的水分，由于水在混合料粒子间产生毛细力，在混合料的滚动过程中互相接触而靠紧，制成小球粒，以改善料层的透气性。导热作用烧结料中的水分能够改善烧结料的导热性〔水的导热系数为130-400kJ/m2.h.c，而矿石的导热系数为0.6kJ/m2.h.c〕，料层中的热交换条件十分良好，这就有利于使燃烧带限制在狭窄的范围内，减少了烧结过程中料层的阻力，同时保证了在燃料消耗较少的情况下获得必要的高温。水分在烧结过程中的弊端消耗热量从热平衡的观点看，1kg无烟煤的燃烧热值为27000kJ，而1kgH2O从液体转化为水蒸汽需要耗热2500kJ，两者近乎10：1的比例，也就是说，当混合料水分超过适宜水分1%时，固体燃料配比理论上要增加0.1%。对透气性的影响过湿层现象是影响透气性的最大因素，在烧结过程中水分由于受热开始蒸发，转移到废气中，热废气在穿过下层冷料时，由于存在着温度差，废气将大局部热量传给冷料，而自身温度不断下降，这样使得废气中的水蒸汽就开始在冷料外表冷凝，开始冷凝的温度就叫“露点〞温度。水蒸汽冷凝的结果使下层料的含水量增加。当物料含水量超过物料原始水量时就称为过湿。烧结过程中主要物理和化学变化过程燃烧和传热；蒸发和冷凝；氧化和复原；分解和吸附；熔化和结晶；矿(渣)化和气体动力学等。在某一层中可能同时进行几种反响，而一种反响又可能在几层中进行。碳酸盐分解及矿化作用烧结料中的碳酸盐有CaCO3、MgCO3，如果用菱铁矿和菱锰矿烧结，那么还有FeCO3和MnCO3。生产熔剂性或高碱度烧结矿时，需参加大量CaCO3和一定的MgCO3。它们的分解条件所示。CaCO3的分解温度较其他碳酸盐高。其分解反响为:燃料燃烧与传热烧结料中固体碳的燃烧为形成粘结所必须的液相和进行各种反响提供了必要的条件(温度、气氛)。烧结过程所需要的热量的80~90%为燃料燃烧供给。然而燃料在烧结混合料中所占比例很小，按重量计仅5~8%，按体积计约10%。在碳量少，分布稀疏的条件下，要使燃料迅速而充分地燃烧，必须供给过量的空气，空气过剩系数达1.4~1.5或更高。氧化、复原反响及有害杂质的去除铁氧化物的分解复原和氧化烧结过程宏观上是氧化性气氛，但在燃烧颗粒外表附近或燃料集中处，CO浓度极高，故也有局部复原性气氛。即微观来看，在料层中既有氧化区也有复原区，因此对铁矿物同时存在着氧化、复原、分解等反响。有害杂质的去除烧结过程可以局部去除矿石中硫、铅、锌、砷、氟、钾、钠等对高炉有害的物质，以改善烧结矿的质量和高炉冶炼过程。这是铁矿烧结的一个突出优点。(1)烧结去硫。烧结可以去除大局部的硫。以硫化物形态存在的硫可以去除90%以上，而硫酸盐的去硫率也可达80~85%。高炉要求入炉天然矿石(一极品)含S≤0.06%。国家公布标准规定入炉一级烧结矿含S≤0.08%。烧结是处理高硫铁矿的一个有效途径。铁矿石中的硫常以硫化物形态(FeS2)和硫酸盐(CaSO4、BaSO4等)的形式存在存在。在低于1350℃时，以生成Fe2O3为主，在高于1350℃时，主要生成Fe3O4。矿粉粒度大，扩散阻力增加，不利于去硫；但假设粒度过细，料层透气性不好，容易引起烧结过程不均，产生烧不透的生料，降低去硫率。最正确去硫率的适宜矿粉粒度为0~6mm。烧结去砷率一般可达50%以上。假设参加少量CaCl2可使去砷率达60~70%，烧结去氟率一般只有10~15%，有时可达40%，假设在烧结料层中通入水气可使其生成HF，大大提高去氟率。硫、砷、氟、以其有毒气体SO2、As2O3、HF等随废气排除，严重污染空气，危害生物和人体健康。故一般烧结厂都建有高大的烟囱，以便将有害气体实行高空排放。为根本解决问题，在排入烟囱之前，最好先进行化学处理和回收。对一些含有碱金属钾、钠和铅、锌的矿石，可在烧结料中参加CaCl2，使其在烧结过程中相应生成易挥发的氯化物而去除和回收。如参加2~3%CaCl2，可除去铅90%，去锌65%，加0.7%CaCl2去除钾、钠的脱碱率可达70%。它们的去除都应妥善解决环境保护和廉价的氯化剂问题。烧结矿宏观结构可分为三种微孔海绵状：烧结温度适宜，粘度较大时，形成微孔海绵状结构，复原性好，强度高；粗孔蜂窝状(大孔薄壁〕：燃料配比多，烧结温度高，液相生成多且粘度小时，形成粗孔蜂窝状结构，复原性与强度都差；块状结构：燃料配比更多，烧结温度过高时，产生过熔现象，结果形成板状结构，强度尚好，复原性差。影响烧结矿复原性的因素烧结矿碱度：随着碱度的增加，烧结混合料中熔剂的配加量增加，烧结混合料的制粒性能改善，混合料透气性得到提高，垂直烧结速度增加，烧结利用系数增加。随着烧结矿碱度的增加，烧结矿成品率提高，强度改善主要是烧结矿的矿物组成和矿物结构发生较大变化，生成所希望的铁酸钙矿物的粘结相，铁酸钙具有良好的强度，所以烧结矿质量得到明显的改善烧结燃料配加量燃料增加，烧结热量充分，有利于烧结的固结，使得烧结矿成品率增加，利用系数提高；但继续增加燃料，烧结温度过高，烧结速度下降，烧结时间延长，使得烧结利用系数下降。随着配碳量的增加，烧结热量充足，烧结时液相增多，是烧结矿粘结牢固的原因。燃料增加，烧结矿FeO增加，不利于烧结矿复原性的改善。燃料比的变化导致了烧结矿的矿物组成和显微结构的变化，导致烧结矿的复原性也在变化。

较低燃料比有利于提高烧结矿的复原性，而较高的燃料比可能会降低烧结矿的复原性。冷却烧结矿的方法l〕在矿车中冷却：在矿车中借空气的自然抽力冷却烧结矿，这种方法比较简单，但冷却效率低，冷却时间长，从850℃冷却到100℃需要3d以上时间。因此需要大量矿车和很长的停放线，矿车烧坏量也比较大。2〕露天堆放、自然冷却：这种方法冷却时间更长，一个1800t的矿堆冷却150℃需要6d时间；另外占地面积大，经屡次装卸和运输，破碎较严重。3〕在料仓中冷却：在底部有百叶窗式通风孔的特制料仓中通过自然通风冷却，冷却效果比前两种方法好一些。据国外试验，一个3800t的大料仓，由600℃冷却到100℃，只需10～15h。4〕带式冷却机冷却：烧结矿在矿车中通过鼓风机吹风冷却，由800℃冷却到100℃，只需15～25分钟。2、烧结矿日产量和烧结矿出矿率表示方法烧结矿日产量=当日原料配料总量〔干基〕〔t〕*该配料比的出矿率〔%〕烧结矿出矿率〔%〕=成品烧结矿产量〔t〕/原料配料总量〔干基〕〔t〕3、烧结机作业率设备作业率〔%〕=烧结机运转台时/日历台时*100%日历台时=台数*24*天数4、烧结矿质量烧结矿质量对高炉冶炼效果具有重大影响。改善其质量是“精料〞的主要内容之一。对烧结矿质量的要求是：品位高，强度好，成分稳定，复原性好，粒度均匀，粉末少，碱度适宜，有害杂质少。一般要求与天然矿相同，仅讨论几个特殊问题:1〕强度和粒度烧结矿强度好，粒度均匀，可减少转运过程中和炉内产生的粉末，改善高炉料柱透气性，保证炉况顺行，从而导致焦比降低，产量提高。烧结矿强度提高意味着烧结机产量(成品率)增加，同时大大减少了粉尘，改善烧结和炼铁厂的环境，改善设备工作条件，延长设备寿命2〕复原性烧结矿复原性好，有利于强化冶炼并相应减少复原剂消耗，从而降低焦比。复原性的测定和表示方法亦未标准化。目前复原性的测定方法较多，尚未统一标准。而复原计算几乎都是依据复原过程中失去的氧量与试样在试验前的总氧量的比值来表示。生产中多以复原过程中试验失重的方法来计算复原度。复原过程中失去的氧越多，说明该烧结矿复原性越好。由于试验的条件不同，所得复原度大小也不一样。生产中习惯用烧结矿中的FeO含量表示复原性。一般认为FeO升高，说明烧结矿中难复原的硅酸铁2FeO·SiO2(还有钙铁橄榄石)多，烧结矿过熔而使结构致密，气孔率低，故复原性差。反之，假设FeO降低，那么复原性好。一般要求FeO应低于10%。国外有低于5%的。鞍钢新烧结厂烧结矿标准规定FeO含量8.5％±1.5％为合格品。3〕碱度烧结矿碱度一般用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。高炉使用这种烧结矿，尚须参加相当数量的石灰石才能到达预定炉渣碱度要求，通常高炉渣的碱度(CaO/SiO2)在1.0左右。凡烧结矿碱度(1.0~1.4)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(2.0~3.0)、超高碱度(3.0~4.0)烧结矿。高炉使用这种烧结矿无须加石灰石。由于它含CaO高，可起熔剂作用，因此往往要与酸性矿配合冶炼，以到达适宜的炉渣碱度。为了改善炉渣的流动性和稳定性，烧结矿中常含有一定量的MgO(如2~3%或更高)，使渣中MgO含量到达7~8%或更高，促进高炉顺行。在此情况下，烧结矿和炉渣的碱度应按CaO+MgO)/SiO2(三元碱度〕来考虑。4〕烧结矿品位：指其含铁量的上下，提高烧结矿含铁量是高炉精料的根本要求。在评论烧结矿品位时，应考虑烧结矿所含碱性氧化物的数量，因为这关系到高炉冶炼时熔剂的用量。所以为了便于比较，往往用扣除烧结矿中碱性氧化物的含量来计算烧结矿的含铁量。〔实践说明，品味增加1%，焦比降低2%，产量提升3%〕5〕烧结矿含硫及其他有害杂质愈低愈好

6〕筛分指数筛分指数说明烧结矿粉末含量的多少，此值愈小愈好，目前多数烧结厂尚未对该项指标进行考核，烧结矿的落下强度是表示烧结矿抗冲击能力的强度指标。对烧结矿的