冶金自动化之烧结球团工艺流程及主要设备简介

烧结工艺流程介绍
—-—- 冶金自动化系列专题
【导读】:为了保证供给高炉的铁矿石中铁含量均匀，并且保证高炉的透气性，需要把选矿工艺产出的铁精矿制成10—25mm的块状原料.铁矿粉造块目前主要有两种方法：烧结法和球团法。

两种方法所获得的块矿分别为烧结矿和球团矿。

本专题将详细介绍烧结生产的工艺流程，主要工艺设备的工作原理以及控制要求等信息，其次,我们将简要介绍球团法生产的工艺流程,主要工艺设备的工作原理以及控制要求等信息。

由于时间的仓促和编辑水平有限，栏目中难免出现遗漏或错误的地方，欢迎大家补充指正。

铁矿粉造块的目的：
◆综合利用资源,扩大炼铁用的原料种类。

◆去除有害杂质，回收有益元素，保护环境。

◆改善矿石的冶金性能，适应高炉冶炼对铁矿石的质量要求。

铁矿粉造块的方法：烧结法和球团法。

铁矿粉造块后的产品：分别为烧结矿和球团矿。

（供高炉炼铁生产的主要原料)
一、烧结生产的工艺流程介绍：
烧结是钢铁生产工艺中的一个重要环节，它是将铁矿粉、粉（无烟煤）和石灰、高炉炉尘、轧钢皮、钢渣按一定配比混匀。

经烧结而成的有足够强度和粒度的烧结矿可作为炼铁的熟料。

利用烧结熟料炼铁对于提高高炉利用系数、降低焦比、提高高炉透气性保证高炉运行均有一定意义。

烧结生产的流程
目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。

烧结生产的工艺流程如图下所示。

主要包括烧结料的准备，配料与混合,烧结和产品处理等工序。

（附件五铁矿粉烧结工艺流程简介）
烧结的原材料准备：
含铁原料：含铁量较高、粒度〈5mm的矿粉，铁精矿，高炉炉尘,轧钢皮，钢渣等。

一般要求含铁原料品位高，成分稳定，杂质少。

熔剂：要求熔剂中有效CaO含量高,杂质少，成分稳定,含水3％左右，粒度小于3mm的占90%以上。

在烧结料中加入一定量的白云石,使烧结矿含有适当的MgO，对烧结过程有良好的作用，可以提高烧结矿的质量。

燃料：主要为焦粉和无烟煤。

对燃料的要求是固定碳含量高，灰分低，挥发分低，含硫低，成分稳定，含水小于10％，粒度小于3mm的占95％以上。

烧结的配料与混合：
配料目的：获得化学成分和物理性质稳定的烧结矿，满足高炉冶炼的要求。

配料方法：质量配料法，即按原料的质量配料；通过电子计量设备,按一定比例配兑原材料。

混合目的：使烧结料的成分均匀,水分合适，易于造球，从而获得粒度组成良好的烧结混合料，以保证烧结矿的质量和提高产量。

混合的方法:加水润湿、混匀和造球.根据原料性质不同，可采用一次混合或二次混合两种流程。

一次混合的目的:润湿与混匀，当加热返矿时还可使物料预热.二次混合的目的：继续混匀,造球，以改善烧结料层透气性。

用粒度10~Omm的富矿粉烧结时，因其粒度已经达到造球需要,采用一次混合，混合时间约50s。

使用细磨精矿粉烧结时，因粒度过细，料层透气性差,为改善高炉透气性，必须在混合过程中造球，所以采用二次混合，混合时间一般不少于2．5～3min.我国烧结厂大多采用二次混合.
配料与混合的主要设备:
电子计量称:对放置在皮带上并随皮带连续通过的松散物料进行自动称量的衡器。

主要有机械式（常见的为滚轮皮带秤)和电子式两大类。

电子皮带秤是使用最广泛的皮带秤。

由承重装置、称重传感器、速度传感器和称重显示器组成。

【查看附件一.一、二工作原理】
主要用到的自动化产品：称重传感器、速度传感器、数显表、变频器、电动机
混合机：混合机械是利用机械力和重力等，将两种或两种以上物料均匀混合起来的机械。

混合机械广泛用于各类工业和日常生活中。

常用的混合机械分为气体和低粘度液体混合器、中高粘度液体和膏状物混合机械、热塑性物料混合机、粉状与粒状固体物料混合机械四大类。

【查看附件一。

三工作原理】主要用到的自动化产品：断路器、接触器、电动机
烧结生产:
烧结作业是烧结生产的中心环节，它包括布料、点火、烧结等主要工序。

布料:将铺底料、混合料铺在烧结机台车上的作业
点火：点火操作是对台车上的料层表面进行点燃，并使之燃烧。

烧结:准确控制烧结的风量、真空度、料层厚度、机速和烧结终点。

查看更详细的生产工艺流程：铁矿粉烧结生产工艺流程
二、球团矿生产工艺流程
把细磨铁精矿粉或其他含铁粉料添加少量添加剂混合后,在加水润湿的条件下，通过造球机滚动成球,再经过干燥焙烧，固结成为具有一定强度和冶金性能的球型含铁原料。

球团矿生产的流程：
一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序，如下图所示。

球团矿的生产流程中，配料、混合与烧结矿的方法一致;将混合好的原料经造球机制成10-25mm的球状.
球团矿生产中的主要设备：
圆盘造球机：将焦炭粉、石灰石粉或生石灰、铁精矿粉混合后，输入圆盘造球机上部的混合料仓内,均匀地向造球机布料，同时由水管供给雾状喷淋水，倾斜（倾角一般为40一50°)布置的圆盘造球机，由机械传动旋转,混合料加喷淋水在圆盘内滚动成球。

【查看附件一.四工作原理】
主要用到的自动化产品：断路器、接触器、电动机
带式焙烧机：带式焙烧机工艺使球团焙烧的整个工艺过程——干燥、预热、焙烧、冷却都在一个设备上完成,具有工艺过程简单、布置紧凑、所需设备吨位轻等特点，为工厂缩小占地面积、减少工程量、
实现焙烧气体的循环利用以及降低热耗和电耗创造了条件。

【查看附件三、五工作原理】主要用到的自动化产品：断路器、接触器、电动机
查看附件四详细的工艺流程介绍：球团矿生产工艺流程
与烧结和球团相关的知识：
［烧结工艺］烧结矿的冷却与整粒
［烧结工艺]烧结机的生产操作
［烧结工艺］烧结机布料与点火制度
[烧结工艺］混合与制粒
［烧结工艺]配料工艺及计算
[烧结工艺]烧结原料的准备及加工处理
［烧结工艺］烧结物理化学过程
［烧结工艺］烧结基础知识
附件一:各相关主要设备简介
一、配料计量秤
图片:
（一）、皮带秤
对放置在皮带上并随皮带连续通过的松散物料进行自动称量的衡器。

主要有机械式(常见的为滚轮皮带秤）和电子式两大类。

（二）、滚轮皮带秤由重力传递系统、滚轮、计数器和速度盘组成（图1 ）。

速度盘转速正比于皮带速度。

滚轮滚动的角速度正比于皮带上通过的物料量.滚轮在速度盘上滚动的位置由物料的重力大小来调整。

当皮带上没有物料时，滚轮靠近速度盘中心，转速为零，计数器不累计；当皮带上有物料时,滚轮随着重力变大向周边移动，并带动计数器记下皮带上通过的物料总量。

（三）、电子皮带秤使用最广泛的皮带秤。

由承重装置、称重传感器、速度传感器和称重显示器组成（图2 ).称重时，承重装置将皮带上物料的重力传递到称重传感器上，称重传感器即输出正比于物料重力的电压(mV）信号，经放大器放大后送模／数转换器变成数字量A,送到运算器;物料速度输入速度传感器后，速度传感器即输出脉冲数B,也送到运算器;运算器对A、B进行运算后，即得到这一测量周期的物料量。

对每一测量周期进行累计，即可得到皮带上连续通过的物料总量。

电子皮带秤承重装置的秤架结构主要有双杠杆多托辊式、单托辊式、悬臂式和悬浮式4种。

双杠杆多托辊式和悬浮式秤架的电子皮带秤计量段较长，一般为2～8组托辊，计量准确度高，适用于流量较大、计量准确度要求高的地方.单托辊式和悬臂式秤架的电子皮带秤的皮带速度可由制造厂确定,适用于流量较小的地方或控制流量配料用的地方。

电子皮带秤有累计和瞬时流量显示，具有自动调零、半自动调零、自检故障、数字标定、流量控制、打印等功能。

二、称重传感器的原理及应用
随着技术的进步，由称重传感器制作的电子衡器已广泛地应用到各行各业,实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度化的不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必需的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制,到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等,都应用了称重传感器，目前,称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。

1．高速定量分装系统
本系统由微机控制称重传感器的称重和比较，并输出控制信号，执行定值称量，控制外部给料系统的运转，实行自动称量和快速分装的任务.系统采用MCS—51单片机和V/F电压频率变换器等电子器件，其硬件电路框图如图1所示，用8031作为中央处理器，BCD拔码盘作为定值设定输入器,物料装在料斗里，其重量使传感器弹性体发生变形，输出与重量成正比的电信号,传感器输出信号经放大器放大后,输入V/F转换器进行A/D转换，转换成的频率信号直接送入8031微处理器中,其数字量由微机进行处理。

微机一方面把物重的瞬时数字量送入显示电路,显示出瞬时物重，另一方面则进行称重比较,开启和关闭加料口、放料于箱中等一系列的称重定值控制。

在整个定值分装控制系统中，称重传感器是影响电子秤测量精度的关键部件，选用GYL—3应变式称重测力传感器.四片电阻应变片构成全桥桥路,在所加桥压U不变的情况下，传感器输出信号与作用在传感器上的重力和供桥桥压成正比，而且，供桥桥压U的变化直接影响电子称的测量精度，所以要求桥压很稳定。

毫伏级的传感器输出经放大后，变成了0-10V的电压信号输出，送入V/F变换器进行A/D转换，其输出端输出的频率信号加到单片机8031定时器1的计数、输入端T1上.在微机内部由定时器0作计数定时，定时器0的定时时间由要求的A/D转换分辩率设定。

定时器1的计数值反映了测量电压大小即物料的重量。

在显示的同时,计算机还根据设定值与测量值进行定值判断。

测量值与给定值进行比较，取差值提供PID运算,当重量不足,则继续送料和显示测量值。

一旦重量相等或大于给定值，控制接口输出控制信号，控制外部给料设备停止送料,显示测量终值，然后发出回答令，表示该袋装料结束，可进行下袋的装料称重。

每个装料的箱子或袋子沿传送带运动，直到装有料的电子称下面,传送带停止运动,电磁线圈2通电，电子称料斗翻转，使料全部倒入箱子或袋子中，当料倒完，传送带马达再次通电，将装满料的箱子或袋子移出,并保护传送带继续运行，直到下一次空袋或空箱切断光电传感器的光源，与此同时，电子称料箱复位，电磁线圈1通电，漏斗给电子秤自动加料，重量由微机控制，当电子秤中的料与给定值相等时,电磁线圈1断电,弹簧力使漏斗门关上。

装料系统开始下一个装料的循环。

当漏斗中的料和传送带上的箱子足够多时,这个过程可以持续不断地进行下去。

必要时，＊作人员可以随时停止传送带，通过拔码盘输入不同的给定值，然后再启动,即可改变箱或袋中的重量.本系统选用不同的传感器，改变称重范围，则可以用到水泥、食糖、面粉加工等行业的自动包装中。

2．传感器在商用电子秤中的应用
目前,商用电子计价秤的使用非常普及，逐渐会取代传统的杆称和机械案秤。

电子计价秤在秤台结构上有一个显著的特点：一个相当大的秤台，只在中间装置一个专门设计的传感器来承担物料的全部重量。

常用的电子计价秤传感器的结构如（a）为双连椭圆孔弹性体，秤盘用悬臂梁端部上平面的两个螺孔紧固；（b）为
梅花型四连孔弹性体，秤盘用悬臂梁端部侧面的三个螺孔坚固，中间支杆上粘贴补偿用的应变片。

这两种形式的传感器,在计价秤中用得最多。

（c）为三梁式弯曲弹性体，采样弯曲应力，对重量反应敏感,宜用来制作小称量计价秤.（d）为三梁式剪切弹性体，采样中间敏感梁的剪切应力，宜用来制作几百公斤称量范围计价秤。

用这些复梁型高精度传感器来支承一个大的称重平台，被称重物又可能放置在任何称台的任意位置上,必然会产生四角示值误差，对（a)，(b)两种结构形式的传感器，可通过锉磨的形式进行角差修正。

对(c)，（d)，它有上下两根局部削弱的柔性辅助梁,使传感器对侧向力、横向力和扭转力矩具有很强的抵抗能力，可以通过锉磨辅助梁的柔性部位来调整传感器的灵敏系数和四角误差。

传感器采用的是（b）所示的梅花型四连孔结构，该秤具有置零、自动清除单价、零位自动跟踪、自动去皮、次数累计和金额累计、打印输出等功能，7段绿色荧光数码管显示，使用十分方便。

采用CHBL3型号S型双连孔弹性体称重传感器制作的便携式家用电子手提秤的原理图，由称重传感器、放大电路、A/D转换和液晶显示四部分组成。

图中，E为9V的叠层电池,R1—R4是称重传感器的4个电阻应变片,R5、R6与W1组成零点调整电路。

当载荷为零时，调节RW1使液晶显示屏显示为零.A1，A2
为双运放集成电路LM358中的两个单元电路，组成了一个对称的同相放大器,A/D转换器采用ICL7106双积分型A/D转换器，液晶显示采用3 1/2液晶显示片。

该电子秤精度高,简单实用，携带方便.
称重传感器是一种高精度的传感器，必须按规定的规格使用。

若不按规定的规格使用，不仅不能发挥称重的作用，而且容易损坏，尤其是绝对不准超过负荷安全值使用.
对于因温度变化对桥接零点和输出,灵敏度的影响,即使采用同一批应变片，也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差，所以对要求精度较高的传感器，必须进行温度补偿,解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片，并从外部对它加以适当的补偿。

非线性误差是传感器特性中最重要的一点。

产生非线性误差的原因很多，一般来说主要是由结构设计决定,通过线性补偿，也可得到改善。

滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。

由于粘合剂为高分子材料,其特性随温度变化较大，所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。

在露天下使用传感器，还应考虑阳光直射产生的温度影响和风压的影响。

三、混合机工作原理
混合机械是利用机械力和重力等，将两种或两种以上物料均匀混合起来的机械.混合机械广泛用于各类工业和日常生活中。

混合机械可以将多种物料配合成均匀的混合物，如将水泥、砂、碎石和水混合成混凝土湿料等；还可以增加物料接触表面积，以促进化学反应;还能够加速物理变化，例如粒状溶质加入溶剂，通过混合机械的作用可加速溶解混匀。

常用的混合机械分为气体和低粘度液体混合器、中高粘度液体和膏状物混合机械、热塑性物料混合机、粉状与粒状固体物料混合机械四大类。

气体和低黏度液体混合机械的特点是结构简单，且无转动部件，维护检修量小,能耗低.这类混合机械又分为气流搅拌、管道混合、射流混合和强制循环混合等四种。

中、高黏度液体和膏状物的混合机械，一般具有强的剪切作用；热塑性的物料混合机主要用于热塑性物料（如橡胶和塑料）与添加剂混合;粉状、粒状固体物料混合机械多为间歇操作，也包括兼有混合和研磨作用的机械，如轮辗机等。

混合时要求所有参与混合的物料均匀分布。

混合的程度分为理想混合、随机混合和完全不相混三种状态。

各种物料在混合机械中的混合程度，取决于待混物料的比例、物理状态和特性,以及所用混合机械的类型和混合操作持续的时间等因素。

液体的混合主要靠机械搅拌器、气流和待混液体的射流等，使待混物料受到搅动，以达到均匀混合。

搅动引起部分液体流动,流动液体又推动其周围的液体,结果在溶器内形成循环液流，由此产生的液体之间的扩散称为主体对流扩散。

当搅动引起的液体流动速度很高时，在高速液流与周围低速液流之间的界面上出现剪切作用,从而产生大量的局部性漩涡。

这些漩涡迅速向四周扩散，又把更多的液体卷进漩涡中来，在小范围内形成的紊乱对流扩散称为涡流扩散。

机械搅拌器的运动部件在旋转时也会对液体产生剪切作用，液体在流经器壁和安装在容器内的各种固定构件时,也要受到剪切作用，这些剪切作用都会引起许多局部涡流扩散。

搅拌引起的主体对流扩散和涡流扩散，增加了不同液体间分子扩散的表面积减少了扩散距离，从而缩短了分子扩散的时间。

若待混液体的粘度不高，可以在不长的搅拌时间内达到随机混合的状态;若粘度较高，则需较长的混合时间.
对于密度、成分不同、互不相溶的液体,搅拌产生的剪切作用和强烈的湍动将密度大的液体撕碎成小液滴并使其均匀地分散到主液体中.搅拌产生的液体流动速度必须大于液滴的沉降速度。

少量不溶解的粉状固体与液体的混合机理，与密度成分不同，互不相溶的液体的混合机理相同，只是搅拌不能改变粉状固体的粒度。

若混合前固体颗粒不能使其沉降速度小于液体的流动速度，无论采用何种搅拌方式都形不成均匀的悬浮液。

不同膏状物的混合主要是将待混物料反复分割并使其受到压、辗、挤等动作所产生的强剪切作用，随后又经反复合并、捏合，最后达到所要求的混合程度。

这种混合很难达到理想混合，仅能达到随机混合.
粉状固体与少量液体混合后为膏状物，其混合机理与膏状物料混合的机理相同。

不同的热塑性物料以及热塑性物料与少量粉状固体的混合，需要依靠强剪切作用，反复地揉搓和捏合，才能达到随机混合.
流动性好的颗粒状固体物主要是靠容器本身的回转，或靠装在容器内运动部件的作用，反复地翻动、掺和而得以混合，这类物料也可用气流产生对流或湍流以达到混合。

固体颗粒的对流或湍流不易产生涡流，混合速度远低于液体的混合，混合程度一般也只能达到随机混合.
流动性很差的、互相发生粘附的颗粒或粉状固体，则常需用带有机械翻动和压、辗等动作的混合机械.铁矿粉烧结生产工艺流程
四、圆盘造球机工作原理
图片:
圆盘造球机用于铁矿粉造球，它是各类球团厂的主要配套设备之一。

将焦炭粉、石灰石粉或生石灰、铁精矿粉混合后，输入圆盘造球机上部的混合料仓内，均匀地向造球机布料，同时由水管供给雾状喷淋水,倾斜（倾角一般为40一50°）布置的圆盘造球机,由机械传动旋转，混合料加喷淋水在圆盘内滚动成球，通过粒度刮刀将球的粒度控制在5一15毫米。

造好的生球落入输送皮带上,经辊轴筛进行筛分，小于5毫米和大于15毫米的返回到混合机.
附件二：铁矿粉烧结工艺流程
1。

烧结的概念
将各种粉状含铁原料,配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化，将矿粉颗粒黏结成块的过程.
2. 烧结生产的工艺流程
目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。

烧结生产的工艺流程如图2—4所示.主要包括烧结料的准备，配料与混合,烧结和产品处理等工序。

图2—4 抽风烧结工艺流程
◆烧结原料的准备
①含铁原料
含铁量较高、粒度<5mm的矿粉，铁精矿,高炉炉尘，轧钢皮，钢渣等。

一般要求含铁原料品位高，成分稳定，杂质少。

②熔剂
要求熔剂中有效CaO含量高，杂质少，成分稳定，含水3％左右，粒度小于3mm的占90％以上。

在烧结料中加入一定量的白云石，使烧结矿含有适当的MgO，对烧结过程有良好的作用，可以提高烧结矿的质量。

③燃料
主要为焦粉和无烟煤.
对燃料的要求是固定碳含量高,灰分低，挥发分低，含硫低，成分稳定，含水小于10％，粒度小于3mm的占95％以上。

对入厂烧结原料的一般要求见表2—2。

表2-2入厂烧结原料一般要求
◆配料与混合
①配料
配料目的:获得化学成分和物理性质稳定的烧结矿,满足高炉冶炼的要求.
常用的配料方法：容积配料法和质量配料法。

容积配料法是基于物料堆积密度不变，原料的质量与体积成比例这一条件进行的。

准确性较差。

质量配料法是按原料的质量配料。

比容积法准确，便于实现自动化。

②混合
混合目的：使烧结料的成分均匀，水分合适，易于造球,从而获得粒度组成良好的烧结混合料，以保证烧结矿的质量和提高产量。

混合作业：加水润湿、混匀和造球。

根据原料性质不同，可采用一次混合或二次混合两种流程。

一次混合的目的：润湿与混匀,当加热返矿时还可使物料预热.
二次混合的目的：继续混匀,造球，以改善烧结料层透气性。

用粒度10~Omm的富矿粉烧结时，因其粒度已经达到造球需要,采用一次混合，混合时间约50s。

使用细磨精矿粉烧结时，因粒度过细，料层透气性差，为改善透气性，必须在混合过程中造球，所以采用二次混合,混合时间一般不少于2．5～3min.
我国烧结厂大多采用二次混合。

◆烧结生产
烧结作业是烧结生产的中心环节，它包括布料、点火、烧结等主要工序。

①布料
将铺底料、混合料铺在烧结机台车上的作业。

当采用铺底料工艺时，在布混合料之前，先铺一层粒度为10～25mm，厚度为20~25mm的小块烧结矿作为铺底料，其目的是保护炉箅，降低除尘负荷，延长风机转子寿命，减少或消除炉箅粘料.
铺完底料后，随之进行布料。

布料时要求混合料的粒度和化学成分等沿台车纵横方向均匀分布，并且有一定的松散性,表面平整.
目前采用较多的是圆辊布料机布料。

②点火。