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2铁矿粉造块造块方法：烧结和球团亢淑梅上页下页退出目录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，烧结是最重要最基本的造块方法之一。2003年中国生铁总产量为2亿吨，2005年达2.5亿吨，2011年达6.29亿吨。2003年美国钢铁产品销售量为1.056亿吨，较上年增长6.5％。中国2003年球团矿产量3000万吨，现有63座以上竖炉，生产总面积超过520m22.1.1烧结的意义上页下页退出目录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。(1)高温强度高，还原性好，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。(2)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。(3)高炉使用冶炼性能优越的烧结矿后，基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发展。2.1.1烧结的意义上页下页退出目录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，还原性好，粒度均匀，粉末少，碱度适宜，有害杂质少。2.1.2烧结矿质量评价上页下页退出目录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。2.1.2烧结矿质量评价上页下页退出目录2.还原性烧结矿还原性好，有利于强化冶炼并相应减少还原剂消耗，从而降低焦比。还原性的测定和表示方法亦未标准化。生产中习惯用烧结矿中的FeO含量表示还原性。一般认为FeO升高，表明烧结矿中难还原的硅酸铁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，故还原性差。反之，若FeO降低，则还原性好。2.1.2烧结矿质量评价上页下页退出目录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，尚须加入相当数量的石灰石才能达到预定炉渣碱度要求，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。2.1.2烧结矿质量评价上页下页退出目录3.碱度烧结矿碱度(＞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，以达到合适的炉渣碱度。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含量达到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来考虑。2.1.2烧结矿质量评价上页下页退出目录目前世界各国90%以上的烧结矿由抽风带式烧结机生产，其工艺流程如图2-1所示。其他烧结方法有回转窑烧结，悬浮烧结，抽风或鼓风盘式烧结和土法烧结等。各法生产工艺和设备尽管有所不同，但烧结基本原理基本相同。下面着重以带式抽风烧结法来论述。2.2烧结反应过程上页下页退出目录2.2烧结反应过程上页下页退出目录2.2烧结反应过程上页下页退出目录2.2烧结反应过程上页下页退出目录抽风烧结过程是将铁矿粉、熔剂和燃料经适当处理，按一定比例加水混合，铺在烧结机上，然后从上部点火，下部抽风，自上而下进行烧结，得到烧结矿。取一台车剖面分析，抽风烧结过程大致可分为五层(图3-2)，即烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层和过湿层。这五层并不是截然分开的。点火烧结开始，各层依次出现，一定时间后，各层又依次消失，而最终剩下烧结矿层。一、抽风烧结过程上页下页退出目录一、抽风烧结过程上页下页退出目录(1)烧结矿层从表面开始随着烧结过程的进行逐渐增厚。抽入的空气通过烧结矿层被预热供给燃烧，而烧结矿层则被冷却和氧化。在同燃烧层接近处，进行液相的冷却结晶(1000～1100℃)，使烧结物固结形成多孔的烧结矿。上页下页退出目录(2)燃烧层燃料被预热空气燃烧，产生1300～1500℃的高温，使烧结料局部熔化、造渣并进行还原、氧化，石灰石及硫化物的分解反应。从燃料着火开始到燃烧完毕，需要一定时间。故燃烧层有一定厚度，约15～80mm。燃烧层沿着高度下移的速度称为垂直烧结速度，一般为10～40mm/min。这一速度决定着烧结机的生产率。上页下页退出目录(3)预热层业已干燥的烧结料被燃烧层的高温气体迅速加热到燃料的着火点(一般为700℃左右，但在烧结层中实际为1050～1150℃)，并进行氧化、还原、分解和固相反应，出现少量液相。上页下页退出目录(4)干燥层同预热层交界处温度约120～150℃，烧结料中的游离水在此大量蒸发，使料干燥。同时料中热稳定性差的一些球形颗粒可能破裂，使料层透气性变坏。上页下页退出目录(5)过湿层即原始的烧结混合料层。由于干燥层来的废气中含有大量的水蒸气，当其被湿料层冷却到露点温度以下时，水气便重新凝结，使料的湿分超过原始水分，造成过湿现象，使料层透气性恶化。为避免过湿，应确保湿料层温度在露点以上。上页下页退出目录可见烧结过程是许多物理和化学变化过程的综合。其中有燃烧和传热；蒸发和冷凝；氧化和还原；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应，而一种反应又可能在几层中进行。下面对各过程分别进行研究和讨论。上页下页退出目录二、燃料燃烧烧结料中固体碳的燃烧为形成黏结所必需的液相和进行各种反应提供了必要的条件(温度、气氛)。烧结过程所需要的热量的80％一90％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3％一5％，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。上页下页退出目录混合料中的碳在温度达到700℃以上即着火燃烧，发生以下反应：C焦+O2=CO2C焦+1/2O2=CO2CO+O2=2CO2CO2+C=2CO上页下页退出目录燃料燃烧虽然是烧结过程的主要热源，但仅靠它并不能把燃烧层温度提高到1300一1500℃的水平。相当部分的热量是靠上部灼热的燃烧矿层将抽入的空气预热提供的。热烧结矿层相当于一个“蓄热室”，热平衡分析表明，蓄热作用提供的热量约占供热总量的40％。上页下页退出目录烧结过程的总速度取决于燃料燃烧速度和传热速度两者之间的最慢者。在低燃料条件下。氧量充足，燃料着火点低，燃烧速度较快，烧结速度取决于传热速度。在燃料量正常或较高条件下则烧结速度取决于燃烧速度。上页下页退出目录烧结过程主要是对流传热。传热速度主要取决于气流速度、气体和物料的热容量。根据热平衡推导可得传热速度(W)如下：增加气流速度，改善料层透气性，可使传热速度增加，高温区下移加速，产量增加。C料、C气同物料特性有关。上页下页退出目录燃料燃烧速度主要取决于燃料的反应性、粒度、气体含氧量和流速(料层透气性)以及温度等因素。粒度小，使透气性变坏，不利于燃烧和传热。一般认为烧结用的燃料粒度以1-3mm为最佳。在实际生产中，燃料经破碎必然产生小于1mm的粒级，一般要求小于3mm粒级的占70~85%。上页下页退出目录任何粉料在空气中总含有一定水分，烧结料也不例外。除了各种原料本身带来和吸收大气水分外，在混合时为使矿粉成球，提高料层透气性，常外加一定量的水，使混合料中含水达7～8%。这种水叫游离水或吸附水。100℃即可大量蒸发除去。如用褐铁矿烧结，则还含有较多结晶水(化合水)。需要在200～300℃才开始分解放出，若含有粘土质高岭土矿物(Al2O3·2SiO2·H2O)则需要在400-600℃才能分解，甚至900～1000℃才能去尽。三、烧结料中水分的蒸发、分解和凝结上页下页退出目录烧结料中的碳酸盐有CaCO3、MgCO3，如果用菱铁矿和菱锰矿烧结，则还有FeCO3和MnCO3。生产熔剂性或高碱度烧结矿时，需加入大量的CaCO3和一定的MgCO3。它们的分解条件如图所示。CaCO3的分解温度较其他碳酸盐高。其分解反应为:四、碳酸盐分解及矿化作用上页下页退出目录1.铁氧化物的分解、还原和氧化烧结过程宏观上是氧化性气氛，但在燃烧颗粒表面附近或燃料集中处，CO浓度极高，故也有局部还原性气氛。即微观来看，在料层中既有氧化区也有还原区，因此对铁矿物同时存在着氧化、还原、分解等反应。五、氧化、还原反应及有害杂质的去除上页下页退出目录在有CO存在的区域，只要300℃左右，Fe2O3就很易被还原：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2此反应所需的CO平衡浓度很低。所以一般烧结矿中自由Fe2O3很少。上页下页退出目录磁铁矿(Fe3O4)分解压很小，较难分解。但在有SiO2存在时，Fe3O4的分解压接近Fe2O3分解压，故在1300-1350℃以上亦可进行热分解：2Fe3O4+3SiO2=3(2FeO·SiO2)+O2在900℃以上，Fe3O4可被CO还原，Fe3O4+CO=3FeO+CO2上页下页退出目录SiO2存在时，促进了这一还原，2Fe3O4+3SiO2+2CO=3(2FeO·SiO2)+2CO2CaO存在时，不利于2FeO·SiO2的生成，故不利于反应进行。因此，烧结矿碱度提高后，FeO会有所降低。MnO2和Mn2O3比Fe2O3具有更大的分解压力，在较低温度下即可进行分解。上页下页退出目录FeO分解压力很小，927℃时为6.4×10-18MPa，在一般烧结条件下，FeO很难被CO还原为Fe。在配碳量很高和烧结温度很高情况下，上述反应可进行，从而获得一定数量的金属铁。上页下页退出目录在燃烧层中距碳粒较远的区域，氧化性气氛较强。可以使Fe3O4和FeO氧化：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O33FeO+1/2O2=Fe3O4在空气通过灼热的烧结矿层时，也进行氧化反应，烧结矿气孔壁表面有氧化层就是证明。正因为如此，烧结过程中还原得到的少量金属铁，很容易被抽入的空气氧化。因此烧结矿中金属铁量甚微，一般在0.5%以下。上页下页退出目录2.有害杂质的去除烧结过程可以部分去除矿石中硫、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。上页下页退出目录(1)烧结去硫。烧结可以去除大部分的硫。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%。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。上页下页退出目录在低于1350℃时，以生成Fe2O3为主，在高于1350℃时，主要生成Fe3O4。上页下页退出目录硫酸盐的分解压很小，开始分解的温度相当高，如CaSO4大于975℃，BaSO4高于1185℃。因此其去硫比硫化物困难。但当有Fe2O3和SiO2存在时，可改善其去硫热力学条件。CaSO4+Fe2O3=CaO·Fe2O3+SO2+1/2O2ΔH=485J/molBaSO4+SiO2=BaO·SiO2+SO2+1/2O2ΔH=459J/mol上页下页退出目录(2)烧结去砷率一般可达50%以上。若加入少量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%，若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。上页下页退出目录(3)对一些含有碱金属钾、钠和铅、锌的矿石，可在烧结料中加入CaCl2，使其在烧