造块绪论

造块在将粉状物料变成块状物料的同时，可以调整熟料的化学 成分、矿物组成，一些冶金反应在造块过程中先行完成（如碳 酸盐的分解、结晶水的脱除、某些造渣反应等），使熟料的冶 金性质（如机械强度、还原性能、膨胀性能、粉化性能、软熔 性能等）能更好地满足冶炼加工的要求。将使高温冶金的燃耗、 电耗大大除降低，成本下降、设备生产能力提高，特别是在大 型高炉冶炼中尤为显著；因此，在世界冶炼界把提高冶炼熟料 比作为主要的研究目标。 工业上粉状物料的主要来源：①地矿开采、破碎过程中形成的 矿石粉末，常称为粉矿，一般粒度小于8mm。②贫矿经过磨矿 分选后所得到的高品位精矿，一般粒度小于0.1mm。③冶炼或 其他工艺过程形成的如除尘粉等细粒、含有价成分的粉末。 造块广泛应用于高温冶金工业，包括黑色冶金和有色冶金。目 前，世界上使用的造块方法主要为烧结法（图1-1）与球团法 （图1-2）。
（2）球团法是将细粒物料（尤其是细粒精矿）造球后，再 经慢慢固结的方法。所得产品称为球团矿（图1-4），呈球 形，粒度均匀，具有高强度和高还原性。球团矿中，固相固 结起主要作用，液相黏结相很少。高温氧化焙烧时的热能主 要由外部燃料燃烧的热气流来提供。
图1-3 烧结矿
图1-4 球团矿
以高炉炼铁为例，为了保证高炉炼铁时在炉内的料柱透气性良 好，要求炉料有一定的粒度大小且均匀、粉末少，机械强度 （包括冷强度和热强度）高，具有良好的软熔性能；为了降低 炼铁焦比，要求炉料含铁品位高，有害（S，P）杂质少，且具 有自熔性造渣性能和良好的还原性能。生产表明，上述诸多要 求，完全可通过烧结球团高温造块法达到。因此，烧结球团法 不仅使粉料成块，还对高炉炉料起着火法预处理作用，使高炉 冶炼达到高产、优质、低能耗的目的。表-1所示为国外对各种 炉料的高炉冶炼效果的影响。



1.3 烧结球团造块法比较 现有的造块方法(烧结法、球团法和压团法) 中，一般情况下粉矿采用烧结法，细磨精矿采用 球团法，而压团时一般需配入一定数量的黏结剂， 其适用的粒度范围比较宽。在铁矿粉造块中主要 为烧结法和球团法两种，含铁尘泥除采用烧结和 球团法外，也有用压团法。在有色金属火法冶炼 中，常采用烧结法和压团法。在粉煤成型中，压 团法仍是唯一的造块法。 下面着重对烧结法和球团法在铁矿粉造块工业中 的应用加以比较。 (1)原料条件。球团法主要处理细粒精矿，其粒 度—200目占85%以上，比表面积大于 1500cm2/g，烧结法主要处理粉矿，但目前对细 磨精矿强化制粒后也可用于烧结。
带式烧结机因生产能力大而在铁矿石烧结中 广泛应用。随着钢铁工业发展，为达到烧结矿产 量要求，其设备面积也不断增大。例如日本等国 已将单机最大烧结机面积从70年开始的400、 500m2。扩大到600m2，台车宽从4m增加到5m。 烧结设备大型化是国内外从经济考虑追逐的目标， 因为设备大型化，使生产量增大，而设备投资相 对降低；生产经济效益增大，其相对设备维修和 管理费用却大大降低。 我国建国初期，仅有首钢的烧结锅、本钢烧结盘 以及鞍钢的50m2带式烧结机。1952年从苏联引进当 时面积最大的75m2。烧结机，而后我国开始自行设计 和制造。1970年起我国开始设计并制造出90～130m2。 烧结机。80年代初宝钢引进日本450m2烧结机。现在 我国已能自行设计和制造各种规格烧结机。 目前，全世界烧结机年生产能力已超过10亿吨。
由于球团矿的质量好，使球团技术发展十分迅速。在20世 纪60年代以前，生产球团矿的国家主要是美国、加拿大、瑞典 等，总年产量约1600万吨。1971年后，已发展到20多个国家 使用，年产量达12000万吨。1982年时，世界球团矿总产量增 为25600万吨，到目前为止其产量仍在不断增加。 增加球团矿产量的方法，一是增加球团生产设备数量，二 是增大单台设备处理能力，而单台设备大型化是最重要的措施。 就竖炉单台面积而言，初期至稳定期面积为7.81m2（美、伊利 厂1955年建），而在格雷斯厂为15.95m2。（美1961年），到 1975年在阿根廷希拉格邦厂则为25m2。1955年第一台带式焙 烧机面积为94m2。（美、里塞夫厂），1979年在荷兰艾莫伊 登厂为430m2，到1977年巴西鸟市角厂则为704m2。就链篦机 一回转窑设备而言，美国第一台设备中回转窑直径为3.05m， 长36.6m（1960年亨博尔特厂），球团矿年产量为33万吨； 1974年美国蒂尔登厂回转窑直径达7.62m，长48.77m，球团 矿年产量达到400万吨。
1. 烧结法

1897年，T. Hunting Ton等申请了硫化铅矿焙 烧专利，而后用于生产，主要采用烧结锅设备完 成鼓风间断烧结作业。1905年，E.J. Savelsberg首次将烧结锅用于铁矿粉烧结（鼓 风）。1909年，S.Penbaeh申请用连续环式烧结 机烧结铅矿石。1911年，A.S. Dwight和 R.L.Loyd首次发明抽风连续带式烧结机用于铁矿 粉烧结，即D-L型烧结机。1914年，J.E. Greenawalt发明抽风间断烧结盘用于铁矿粉烧结， 称G.W型烧结机。从最初间断作业烧结锅到今天 普遍采用的连续带式烧结机，已经历了近百年。
(2)冶金性能。球团法用原料比较单一，最多可制造自熔性
球团矿，其产品特点为粒度均一，强度高，适合长途运输 和储存，铁分高、还原性好、有利于提高冶炼时料柱透气 性和降低焦比。烧结法亦可制造高碱度烧结矿，但还原性 和粒度均匀性差，冶炼性能却比天然矿石好得多。 (3)冶炼效果。用球团矿和整粒后的烧结矿代替天然块矿冶 炼能大大提高高炉生铁产量，降低焦比，改善煤气利用率， 但要确定两者之间的优劣，尚无定论，因为各国情况不同。 我国、前苏联及德国的高炉使用烧结矿人炉比占80％以上， 美国则两者各占50%，而加拿大和瑞典以100%球团矿入炉。 (4)经济效益。表-2为日本加古川烧结矿和球团矿各项生产 费用的比较，就标准值而言，用链篦机一回转窑生产的球 团矿比带式烧结机生产的烧结矿稍贵，但按含铁量比则相 反。球团矿燃料消耗费低于烧结矿，而动力费却高于烧结 矿，其他费用亦为如此。
烧结球团法的发展

人造块矿中发展最早的是压团法，但随着世 界钢铁工业迅速发展，烧结法和球团法取得日新 月异的进展；成为钢铁工业生产中必不可少的工 艺过程。中国钢铁工业自改革开放以来获得了迅 猛发展，1996年钢产量突破1亿吨，位居世界第 一，以后连续九年都位居世界第一。2004年钢产 量达2.72亿吨，2005年钢产量达3.52亿吨。现中 国烧结球团矿年产量在2.7亿吨以上。
我国对球团法的研究并不晚，1958年中南工业大学就着手 此开发工作，于1959年在鞍钢隧道窑进行了球团工业性试验， 仅与美国相差4～5年。1968年以后，济钢、杭钢等八个钢铁厂 陆续建成十几座8m2。小竖炉进行球团矿生产。70年代，包钢 从日本引进一台132m2。带式焙烧机。而后，南京钢铁厂又引 进一套处理硫酸渣的链篦机一回转窑球团焙烧设备，并在承德、 成都、沈阳自行设计和安装类似设备投产。到80年代以后，在 本钢兴建一台16m2。大型竖炉，在鞍钢引进一套320m2。带式 焙烧机。 总的看来，我国具有的球团焙烧设备类型齐全，但其供应高 炉入炉熟料比的相对较小（仅占5％～10％），个别达100％ （如凌钢），一般皆与烧结矿配合使用。但在竖炉球团方面， 我国却创造出独特的炉型结构，如设置炉内导风墙和炉顶干燥 床，已作为我国专利转让给美国伊利球团厂，成功地开发出在 竖炉上采用低热值高炉煤气和低压力送风机焙烧高质量球团矿， 且设备产能高的先例。 目前，我国最大的单台球团焙烧设备生产能力为500万吨/a
粉体造块工艺与设备
造块的基本概念
造块的基本概念



粉体成型是将粉体物料加工成具有一定尺寸和形状的块状 物体，粉体固结则赋予成型制品以一定用途所要求的性能 （如强度等）。不同的粉体原料，采用不同的粉体成型与 粉体固结方式，可以生产出各种具有确定用途的产品，从 而形成不同的工业领域，如粉末冶金、耐火材料、陶瓷工 业、型煤生产、高温冶金炉料等。由于金属材料，特别是 钢铁冶金的高速发展，粉体造块已成为应用广泛的工业领 域。 为高温冶金提供的炉料，必须有一定的粒度大小和适宜的 粒度分布。过大的炉料需破碎，过小的粉末需造块，以适 宜高温冶炼的需要。 造块（agglomerate）是在不完全熔化的条件下，将粉状 物料变成块状物料。以造块形式提供的炉料称为熟料。相 应地，以一定的粒度大小的原矿形式（块矿）提供的炉料 称为生料。
烧结球团原料



制造供炼铁炉料的烧结球团所用原料主要包括铁矿、 锰矿、熔剂，工厂含铁杂料及固体燃料与气体燃料。 铁矿石主要由一种或几种含铁矿物和脉石组成。根据 含铁矿物的性质，主要有四类铁矿，即磁铁矿、赤铁矿、 褐铁矿和菱铁矿 。 四类铁矿含的有害杂质为S(硫)和P(磷)两种，其中S可 在烧结球团高温氧化造块中脱除大部分，但P无法脱除。 总的来说，要求造块产品中S和P杂质含量越低越好，因 为S在钢铁内以FeS形态存在于晶粒间界上，熔点低 (1193℃)，导致“热脆”，而P则易结合成Fe3P，形成 Fe3P-Fe二元共晶体，在钢铁内导致“冷脆”，最终使钢 材质量降低。铁矿石内有益杂质为Mn和其他金属元素， 如Cu、Cr、V及MO等，这类元素少量存在对保证钢材的 某些特殊性能有显著作用。
表1-1 各种炉料对高炉冶金的影响
炉料
焦比/ （kg/t 铁） 相对生产 率/%
天然 块 矿
850
100
天然 富 矿
670
127
普通烧 结矿
615
139
普通 熔剂性 预还原 球 球 球 团 团 团
550
155
500
170
300
256
由表1-1可知，高炉冶炼效果随熟料的使用而提高, 提高的程度不仅表现于随炉料比增加而增加，而且还随 熟料精质程度的提高而提高。它的作用可具体表现为： （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需通过造块后才有可能利用。 （2）使冶炼厂含有用成分主的废料、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。