铁矿粉造块
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铁矿粉造块理论及工艺
铁矿粉造块理论及工艺冯根生高炉炼铁炼铁的任务使矿石中金属铁氧化物中的铁元素和氧元素分离——还原过程；实现矿石中已还原金属与脉石的机械分离——熔化和造渣过程得到温度和化学成分合格的液态铁水炼铁系统—消耗及能耗炼铁系统：物料处理量最大、能耗最高、成本和效益压力最大的工序环节。
铁前系统物料处理量占钢铁企业65-70%。
吨铁消耗1.6-1.8吨矿石，500-550Kg燃料，产生1.5tCO2。
约280-400Kg/t炉渣。
炼铁系统—消耗及能耗铁前能耗占钢铁工业总能耗的70％左右，烧结及炼铁工序能源消耗总量占钢铁冶金过程的60%以上，占全国能源消耗总量的10%。
炼铁系统承担钢铁企业的节能、减排、增效的重任。
高炉炼铁面临的问题矿石资源和能源短缺的制约—关键问题节能、减排的压力市场环境（近几年经济危机）炼铁系统—高产、低耗、高效合理、高效（高效率、高效益）利用国内外资源，改善和稳定入炉原、燃料的质量；要优化高炉操作。
炼铁系统—高产、低耗、高效改善入炉含铁原料的质量不仅仅是提高烧结矿、球团矿的强度，更重要的是改善烧结矿和球团矿的还原性，发展间接还原，提高煤气的利用率，达到降低高炉燃料消耗；改善烧结矿和球团矿的高温冶金性能性能，进一步提高软化和熔融温度，降低软熔带的位臵，使得间接还原时间延长，从而提高煤气的利用率，达到进一步降低燃耗的作用。
炼铁系统—高产、低耗、高效布料技术（上部调剂）：无钟炉顶的高炉上普遍采用大料批、重分装布料模式。
大喷煤配合使用中心加焦。
目的是使炉顶煤气流分布合理。
下部调节技术（下部调剂）：根据操作条件选用不同风速、鼓风动能和合适的风口燃烧带理论燃烧温度控制炉缸燃烧带的位臵和现状及温度，满足高炉煤气合理初始分布和炉缸具有充沛的高温热量的要求。
高炉炼铁原料高炉炼铁用原料及要求主要原料包括：铁矿石烧结矿、球团矿、块矿）；燃料（焦炭、粉煤）熔剂（石灰石、白云石等、萤石）高炉炼铁高炉炼铁用原料及要求—铁矿石：含铁品位高；强度好、粒度均匀、合适；理化性能指标稳定。
铁矿粉造块
63
富氧点火烧结新工艺
富氧点火可使点火区表层烧结料中的固体燃料充分燃烧， 减少固体燃料消耗并增加炉膛内的氧化气氛，有利于烧结 过程的氧化反应，改善烧结矿的机械强度，提高生产率。
64
烧结混合料中燃料分加
技术对策：
内配燃料：一部分燃料在配料室加入，与铁料、溶剂 在一次混合机内混匀，在运送到二次混合机内造球；外 配燃料：另一部分燃料则在混合料基本成球后再加入， 使之存在于料球表面。 优点：可改善燃料的燃烧条件，又可减少燃料与铁料接 触还原而造成的燃料损失，还可形成合理的3
114
115
116
117
118
119
99
球团固结形式比较
100
101
※
102
900~1100℃ 1200~1300℃
103
特殊造块方法
1、压力造块法； 2、粘结剂固结（水泥固结、高压蒸养、氯 化物固结）； 3、其它方法（碳酸化球团、焦化法）
104
课堂思考
烧结和球团两种制造块方法的区别与联系？
106
107
108
109
触点态
Fa
2 r0
/(1
tan
2
)
依次形成摆线结构、网络状结构、毛细管结构。
滴水成球,雾水长大,无水压紧
91
92
93
组成、气氛、温度。
94
焙烧气氛根据燃烧室氧含量来划分
焙烧温度
磁铁矿再氧化温度900~1000℃，固相扩散1200~ 1300℃， 20~30分钟；必须温度~最高限制温度
95
◆ 液相生成在烧结过程中的作用
（1） 液相是烧结矿粘结相； （2）均匀温度和化学成分； （3）润湿作用，拉紧矿粒，增加强度； （4）改善烧结矿的强度和还原性（从液相中析出烧结料 中没有的新的矿物）。
富氧点火烧结新工艺
富氧点火可使点火区表层烧结料中的固体燃料充分燃烧， 减少固体燃料消耗并增加炉膛内的氧化气氛，有利于烧结 过程的氧化反应，改善烧结矿的机械强度，提高生产率。
64
烧结混合料中燃料分加
技术对策：
内配燃料：一部分燃料在配料室加入，与铁料、溶剂 在一次混合机内混匀，在运送到二次混合机内造球；外 配燃料：另一部分燃料则在混合料基本成球后再加入， 使之存在于料球表面。 优点：可改善燃料的燃烧条件，又可减少燃料与铁料接 触还原而造成的燃料损失，还可形成合理的3
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球团固结形式比较
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※
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900~1100℃ 1200~1300℃
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特殊造块方法
1、压力造块法； 2、粘结剂固结（水泥固结、高压蒸养、氯 化物固结）； 3、其它方法（碳酸化球团、焦化法）
104
课堂思考
烧结和球团两种制造块方法的区别与联系？
106
107
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触点态
Fa
2 r0
/(1
tan
2
)
依次形成摆线结构、网络状结构、毛细管结构。
滴水成球,雾水长大,无水压紧
91
92
93
组成、气氛、温度。
94
焙烧气氛根据燃烧室氧含量来划分
焙烧温度
磁铁矿再氧化温度900~1000℃，固相扩散1200~ 1300℃， 20~30分钟；必须温度~最高限制温度
95
◆ 液相生成在烧结过程中的作用
（1） 液相是烧结矿粘结相； （2）均匀温度和化学成分； （3）润湿作用，拉紧矿粒，增加强度； （4）改善烧结矿的强度和还原性（从液相中析出烧结料 中没有的新的矿物）。
4铁矿粉造块
烧白云石、轻烧镁粉、消石灰等。 1、石灰类 石灰石：CaCO3 (CaO含量一般在50％左右） 生石灰： CaO (CaO含量一般在80％左右） 消石灰：Ca(OH)2 (CaO含量一般在60％左右） 2、白云石类 白云石： CaCO3\MgCO3 (CaO:30％左右， MgO:20％左右） 轻烧白云石： CaO\MgO (CaO:50％左右， MgO:30％左右） 3、镁矿类 菱镁石：MgCO3 ( MgO:50％左右） 轻烧镁粉：MgO (MgO:70％左右）
烧结过程的主要反应
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℃)
三、烧结燃料
燃料在烧结过程中主要起发热作用和还原作用，它对烧结过程及烧结 矿质量、品质影响很大。烧结生产使用的燃料分点火燃料和烧结燃料两 种。 1、点火燃料 点火燃料具有气体燃料、液体燃料、固体燃料。一般常采用焦炉煤气 （15%）与高炉煤气（85%）的混合气体，其发热值5860KJ/m3。而实 际生产中不少厂只用高炉煤气点火。 2、烧结燃料
二、烧结熔剂
烧结熔剂的作用： ①熔剂是高炉冶炼过程中的造渣物质。 ②有利于高炉进一步提高冶炼强度和降低焦比。 ③改善烧结矿强度的冶金性和还原性。 ④可以向高炉提供自熔性和高碱度烧结矿。 ⑤熔剂与矿石中的高熔点脉石熔化生成熔能温度较低的易熔体， 能够去除部分有害杂质。
烧结熔剂的类别
第二章 铁矿石造块
1902年侧翻式烧 结锅(sintering pan)专利
1909年铁矿石烧 结锅专利 1911年基于带式烧结机 (Pallet-type/strand)的 铁烧结工艺专利 1952年烧结单机 面积增至90M2
1911年第一台铁矿石烧结的DL在德 国的布鲁克钢铁公司诞生（6M2）
1921年21M2烧结 机投入运行
2FeS2+5.5O2=Fe2O3 +4SO2
K、Na、Zn的还原气化，形成盐类后难还原，高 配碳时易进行，在烧结过程只占少量。
2K2O+C=4K+CO2
用CaCl2进行氯化气化，可脱除原料中的有害元 素(As,Cu,Cd,Pb,K,Na)，但有设备腐蚀问题。
CaCl2+MeO=MeCl2+CaO（生成的氯化物不水解）
2CO+O2=2CO2（易） △G⊕=-561900+170.46T
实测烧结废气成分
烧结废气中以CO2为主，少量的CO，以及一些 自由氧和氮。
燃烧比及其影响因素
生产和研究中常用燃烧比来衡量烧结过程 中的气氛和燃料的化学利用：
燃烧比=ψ(CO)/(ψ(CO)+ψ(CO2))
此值越小，烧结过程的氧化性气氛越强， 能量利用越好。 影响因素：
反应温度远低于固相反应物的熔点或它们的低共熔点； 温度高有利于固相反应的进行； 固相反应受化学组成的影响： 例如：Fe3O4不与CaO发生固相反应， Fe2O3不与SiO2发生固相反应， CaO－SiO2的反应开始温度为600℃， Fe3O4－SiO2的反应开始温度为950℃； 固相反应不给烧结矿矿物组成及结构带来任何影响。
①
1909年铁矿石烧 结锅专利 1911年基于带式烧结机 (Pallet-type/strand)的 铁烧结工艺专利 1952年烧结单机 面积增至90M2
1911年第一台铁矿石烧结的DL在德 国的布鲁克钢铁公司诞生（6M2）
1921年21M2烧结 机投入运行
2FeS2+5.5O2=Fe2O3 +4SO2
K、Na、Zn的还原气化，形成盐类后难还原，高 配碳时易进行，在烧结过程只占少量。
2K2O+C=4K+CO2
用CaCl2进行氯化气化，可脱除原料中的有害元 素(As,Cu,Cd,Pb,K,Na)，但有设备腐蚀问题。
CaCl2+MeO=MeCl2+CaO（生成的氯化物不水解）
2CO+O2=2CO2（易） △G⊕=-561900+170.46T
实测烧结废气成分
烧结废气中以CO2为主，少量的CO，以及一些 自由氧和氮。
燃烧比及其影响因素
生产和研究中常用燃烧比来衡量烧结过程 中的气氛和燃料的化学利用：
燃烧比=ψ(CO)/(ψ(CO)+ψ(CO2))
此值越小，烧结过程的氧化性气氛越强， 能量利用越好。 影响因素：
反应温度远低于固相反应物的熔点或它们的低共熔点； 温度高有利于固相反应的进行； 固相反应受化学组成的影响： 例如：Fe3O4不与CaO发生固相反应， Fe2O3不与SiO2发生固相反应， CaO－SiO2的反应开始温度为600℃， Fe3O4－SiO2的反应开始温度为950℃； 固相反应不给烧结矿矿物组成及结构带来任何影响。
①
4、铁矿粉造块
烧结的主要原料： 烧结的主要原料：
1、选矿后得到的精矿粉、天然富矿粉和经破 选矿后得到的精矿粉、 碎产生的粉矿； 碎产生的粉矿； 含二氧化碳、结晶水和水分较多的矿石； 2、含二氧化碳、结晶水和水分较多的矿石； 难还原的矿石，经过烧结或者造球培烧， 3、难还原的矿石，经过烧结或者造球培烧， 变成还原性良好和稳定性高的炉料。 变成被预热，烧结矿被冷却， 在烧结矿层，空气被预热，烧结矿被冷却， 表面稍被氧化。 表面稍被氧化。在同燃烧层相接近处进行液相的 冷却结晶，散料固结成网孔结构的烧结矿。 冷却结晶，散料固结成网孔结构的烧结矿。 (二)燃烧层 燃料燃烧可使温度达1350一1600℃ 燃料燃烧可使温度达1350一1600℃ 。燃烧 1350 层厚度一般为15 50毫米 15—50毫米。 层厚度一般为15 50毫米。在燃烧层中进行着物 料的熔化、还原、氧化以及石灰石、 料的熔化、还原、氧化以及石灰石、硫化物的分 解。
烧结工艺简言之就是把粉状的原料和细小颗 粒的原料在不完全熔化的条件下， 粒的原料在不完全熔化的条件下，或者说不允 许整个原料都同时呈液相的条件下( 许整个原料都同时呈液相的条件下(物料处在熔 化温度下的时间很短)烧结在一起。 化温度下的时间很短)烧结在一起。 细小颗粒的原料的固结主要靠固相扩散反应， 细小颗粒的原料的固结主要靠固相扩散反应， 以及颗粒表面软化，局部熔化和造渣 造渣。 以及颗粒表面软化，局部熔化和造渣。
二、烧结过程中烧结层分析
烧结过程各层反应示意图
烧结过程有明显的分层性。 烧结过程有明显的分层性。一般认为烧结 过程分五层：烧结矿层、燃烧层、预热层、 过程分五层：烧结矿层、燃烧层、预热层、 干燥层、湿料层。点火开始后， 干燥层、湿料层。点火开始后，五层依次 出现，然后湿料层、干燥层、 出现，然后湿料层、干燥层、预热层和燃 烧层依次消失，直至最终均为烧结矿层。 烧层依次消失，直至最终均为烧结矿层。
03第二章 铁矿粉造块
2.5 球团矿生产
1、配料与混匀 主要原料为铁精粉和膨润土或消石灰做粘结剂，膨润土加入量一般
为0.8～2.5%，最佳水分含量为8～10%。铁精粉粒度小于0.074mm的
要超过90%。 2、造球 A、母球形成：靠毛细力作用使较多颗粒连接起来，形成小球；继
续增加水分，在机械滚动里的作用下，进一步密集，形成坚实稳定
3.冷凝结晶 燃烧带向下移动后，其上方的物料温度下降，熔体冷凝结晶。由于 烧结过程中的冷却速度很快，熔体不会全部转变成晶体，特别是结 晶能力较差的硅酸盐熔体，来不及结晶的就形成玻璃质。玻璃质在 烧结矿内形成内应力，含量多时，烧结矿强度低 结晶的原则是：熔点高的矿物首先开始结晶析出，然后是熔点低的 矿物析出，来不及结晶的就成为玻璃质。 一般说来，表面层冷却速度快，结晶发展不完整，易形成无一定结 晶形状、易碎的玻璃质。下部料层冷却缓慢，结晶较完整，这是下 部烧结矿品质好的主要原因。
钢铁冶金概论
计算中心
王丽丽
2.铁粉状含铁原料配入适量的燃料和熔剂，加 入适量的水，经混合造球后在烧结设备上进行烧结的过程。在 此过程中借助燃料燃烧产生的高温，使物料发生一系列物理化 学变化，并产生一定数量的液相。当冷却时，液相将矿粉颗粒 粘结成块，即烧结矿。 ▲烧结的作用：将粉料制成具有高温强度的块状料,以适应高炉冶 炼要求；改善冶金性能；利用钢铁厂的废弃物回收有益元素，综 合利用资源和扩大铁矿石原料资源。 ▲历史： 20世纪初期最早出现烧结设备的是美国和瑞士，我国 60年代以后，参照日本烧结技术生产了一批国产130M2烧结机。目 前有500多台，大于400M2有20多台。
由于生球矿物组成与焙烧气氛和温度的不同，焙烧固结形式也不 同，磁铁精矿是生产球团矿的主要原料，用它制成的球团矿固结
铁矿粉造块
式中：Q——烧结机台时产量，t／h； F—烧结机有效抽风面积，m2 。
17
②烧结机生产能力： 用台时产量表示，即每台烧结机单位时间内生产的烧结 矿数量q（t／h）： q＝60KγCBL＝60KγBHV 式中：Κ—烧结矿产出系数（50％～70％），Κ＝K1K2K3；
K1 ——混合料的干料率，K1 ＝（单位体积中干混合料质量／单位体 积中湿混合料质量）×100％； K2——干混合料的烧成率， K2 ＝（烧成烧结矿的质量／进行烧结的干 混合料的质量）×100％； K3——烧结矿的成品率，K3＝［成品矿／（成品矿十返矿）］×100％： γ——烧结矿体积密度(堆密度)，取值范围为1.5～1.9 t/m3； C——垂直烧结速度，m／min； B——烧结机宽度，m； L——烧结机长度，m； H——烧结料层高度，m； V——烧结台车移动速度，m／min。
铁矿粉造块的目的与意义
1）贫矿利用：贫矿多→选矿（单体分离）→精矿粉→造块
2）将粉状料制成具有高温强度的块状料来适应高炉冶炼、直接还原 等在流体力学方面的要求。（高炉要求入炉矿石粒度大于5mm）
2）通过造块改善铁矿石的冶金性能，使高炉冶炼指标得到改善。
人造富矿的冶金性能优于天然富矿
Ⅰ、还原性好，Ⅱ、强度↑，Ⅲ、软化性↑ 3）通过造块去除某些有害杂质（如： S、As、K、Na、Zn等），回 收有益元素，消化冶金企业产生的大量粉尘和烟尘，达到综合利 用资源和保护环境的目的。
一、矿物
矿物：地壳中天然的物理化学作用和生物作用所产生的天
然元素或天然化合物，具有均一内部结晶结构、化学组成 以及一定物理、化学性质的天然化合物或自然元素称为矿 物。
矿石：是在现有的技术经济条件下能以工业规模从中提取
金属、金属化合物或有用矿物的物质总称。
铁矿石造块方法
铁矿石造块方法
铁矿石造块是一种具有良好性能的构件，在冶炼行业中被广泛使用。
铁矿石造块的构造过程一般需要以下几个步骤：
第一步：矿石浸渍。
首先将块状铁矿石浸渍在热水中，将矿石表面的低纤维分解成小颗粒，充分发挥矿石的吸收能力，使矿石块内部让砂砾颗粒圆整，有利于形成密实的砂砾层。
第二步：压固砂砾。
将湿矿石放入到砂砾中，然后压固砂砾。
压固砂砾的过程可以缩短工厂的施工周期，减少砂砾的分解损失。
第三步：锻制铁矿石造块。
砂砾均匀的分布在块矿石上，然后穿模，均匀的在模壁上锻制出合格的铁矿石造块。
第四步：块矿石造块的审查。
审查块矿石造块的形状尺寸，以确保模具的准确性。
并验证块矿石造块中添加部分是否合格。
最后，完成块矿石造块的构造过程。
经过上述几步，可以形成良好的块矿石造块，用于冶炼行业的生产。
以上就是铁矿石造块的构造，在实施过程中要遵循健全的质量控制及运行管理，以保证铁矿石造块的安全和可靠性。
铁矿粉造块PPT课件
铁矿粉造块的质量检测方法
化学分析
对铁矿粉造块进行化学分析，检测其化学成分是 否符合标准。
物理性能测试
对铁矿粉造块进行物理性能测试，如硬度、耐磨 性、耐腐蚀性等。
粒度分布测定
使用筛分法、沉降法等方法测定铁矿粉造块的粒 度分布。
质量控制的关键环节与措施
原料控制
确保原料的品质稳定，对进厂 的铁矿粉进行质量检查和控制
形状和性能的块状物料。
冷却与处理
将块状物料进行冷却、破碎、 筛分等处理，得到最终产品。
02
铁矿粉的性质与特点
铁矿粉的化学性质
01
主要成分
铁矿粉主要由铁的氧化物（如磁铁矿、赤铁矿等）组成，含有不同比例
的硅、铝、钙等杂质元素。
02 03
化学稳定性
铁矿粉在常温下较为稳定，不易与空气中的氧气发生反应。但在高温下， 铁矿粉中的铁氧化物会与碳、一氧化碳等还原剂发生还原反应，生成铁 和二氧化碳。
铁矿粉的密度一般在4.8～5.3g/cm³ 之间，与矿物成分和粒度有关。
铁矿粉的分类与用途
分类
根据矿物成分和化学成分的不同 ，铁矿粉可分为多种类型，如磁 铁矿粉、赤铁矿粉、褐铁矿粉等 。
用途
铁矿粉主要用于钢铁冶炼行业， 作为原料生产生铁、钢、钢材等 。此外，在建筑、化工、陶瓷等 领域也有一定的应用。
03
铁矿粉造块的原料与添加 剂
铁矿粉造块的原料
铁矿粉
作为主要的原料，铁矿粉 的品位、粒度、含水量等 指标对造块质量有重要影 响。
黏土或膨润土
作为主要的结合剂，黏土 或膨润土的成分、粒度、 活性等特性对造块过程和 块矿强度有关键作用。
燃料
如煤粉、焦粉等，用于提 供造块所需的热量。
第二章铁矿粉造块
结过程可脱硫85％～ ％。配碳过高不利于脱硫，脱硫属放热反应， 结过程可脱硫 ％～95％。配碳过高不利于脱硫，脱硫属放热反应，可 ％～ ％。配碳过高不利于脱硫 适当降低配碳量。 适当降低配碳量。 加入石灰石虽有利于形成氧化性气氛， 能强烈吸收SO 加入石灰石虽有利于形成氧化性气氛，但CaO能强烈吸收 2，对脱硫 能强烈吸收 不利。 不利。 砷的脱除也需要适当的氧化气氛， 氧化为 氧化为As 其沸点为460 ℃ ， 砷的脱除也需要适当的氧化气氛，As氧化为 2O3 ，其沸点为 且易挥发，但过分氧化生成的 不能气化，但氧化为As 且易挥发，但过分氧化生成的As 2O5不能气化，但氧化为 2O3后
第二章 铁矿粉造块
2.1 粉矿造块的意义和作用 2.2 造块的基础理论 2.3 烧结过程 2.4 球团过程 2.5 烧结矿和球团矿的质量检验 2.6 高炉炉料结构
炼铁学——概论
2.1 粉矿造块的意义和作用
铁矿粉造块的必要性： • • • • • 现代大型高炉生产对原料的精料要求。 现代大型高炉生产对原料的精料要求。 天然富矿少，造块后粒度细，不适合在填充床中的冶炼。 天然富矿少，造块后粒度细，不适合在填充床中的冶炼。 通过造块工艺，可改善铁矿石的冶金性能。 通过造块工艺，可改善铁矿石的冶金性能。 通过造块过程，可脱除某些杂质， Na。 通过造块过程，可脱除某些杂质，如：S、P、K、Na。 造块过程可综合利用冶金企业产生的大量粉尘和烟尘。 造块过程可综合利用冶金企业产生的大量粉尘和烟尘。
炼铁学——概论
⑶ 高价氧化物分解 铁合锰的高价氧化物的分解压较高， 铁合锰的高价氧化物的分解压较高，其在大气中开始分解和沸腾 分解温度如下： 分解温度如下： MnO2 pO2=20.6kPa(0.21atm) pO2=98.0kPa(1.0atm) 460 ℃ 550 ℃ Mn2O3 927 ℃ 1100 ℃ Fe2O3 1383 ℃ 1452 ℃
铁矿粉造块
液相生成
FeO-SiO2 系液相 1175～1205℃ 非自熔性烧结矿的 主要粘结相
CaO-SiO2-FeO 系液相 1073～1217℃ 自熔性烧结矿 的主要粘结相
CaO-SiO2 系液相 1450～1540℃ 高碱度烧结矿 的粘结相
CaO-Fe2O3 系液相 1205～1449℃ 高碱度烧结矿 的主要粘结相
北京科技大学 吴胜利 教授
烧结矿中主要矿物的机械强度与还原性
磁铁矿，赤铁矿，铁酸一钙，铁橄榄石有较高 强度，其次为钙铁橄榄石及铁酸二钙，最差的 是玻璃相。 赤铁矿、磁铁矿和铁酸一钙容易还原， 铁酸二 钙还原性较差，玻璃体，钙铁橄榄石，钙铁辉 石，特别是铁橄榄石难以还原。 烧结矿中以强度好的组分为主要粘结相，烧结 矿的强度就好。以还原性好的组分为主要粘结 相，且气孔率高，晶粒嵌布松弛、裂纹多的烧 结矿易还原。
天然富矿少，造块后粒度细，不适合在填充床中的冶炼。
通过造块过程，可脱除某些杂质，如： S、P、K、Na。
北京科技大学 吴胜利 教授
2.2 造块的基础理论
散料造块的基础理论
散粒物料聚结现象是颗粒间相互联结力与 相互排斥力作用的结果
结合力＝联结力－排斥力（重力）
北京科技大学 吴胜利 教授
散料造块的基础理论
2.3烧结过程
2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6 烧结工艺流程 烧结过程的主要反应 烧结过程的固结（烧结矿的成矿机理） 烧结过程的传输现象 烧结工艺（自学） 改善烧结过程的途径
北京科技大学 吴胜利 教授
烧结过程的气体力学现象
Voice公式描述
Ergun公式描述
北京科技大学 吴胜利 教授
烧结料层中各层阻力损失的变化
铁矿粉造块学习.pptx
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）。
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2.1 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。
二 次 混 料（制粒）
布料
点火器
水 水蒸汽
烟道灰 灰尘
烧
结机
除尘
破碎
抽风 烟筒
筛分 冷却
热返矿
排放
整粒
冷返矿
高炉矿槽
冷返矿
高炉
22
第23页/共50页
2.2.4 烧结生产工艺流程
(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。
• 气化反应： 脱硫85％～95％。 FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2 2FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO2
29
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2.2.4 烧结生产工艺流程
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(Hear Resistrant Shaker)筛除-5mm的粉
铺底料 布料 点火器
除
单辊破碎机
尘
器
降尘管
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2.1 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。
二 次 混 料（制粒）
布料
点火器
水 水蒸汽
烟道灰 灰尘
烧
结机
除尘
破碎
抽风 烟筒
筛分 冷却
热返矿
排放
整粒
冷返矿
高炉矿槽
冷返矿
高炉
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2.2.4 烧结生产工艺流程
(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。
• 气化反应： 脱硫85％～95％。 FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2 2FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO2
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2.2.4 烧结生产工艺流程
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(Hear Resistrant Shaker)筛除-5mm的粉
铺底料 布料 点火器
除
单辊破碎机
尘
器
降尘管
铁矿石造块——精选推荐
1 铁矿石造块的目的及意义。
1）将粉状料制成具有高温强度的块状料来适应高炉冶炼、直接还原等在流体力学方面的要求。
2）通过造块改善铁矿石的冶金性能，使高炉冶炼指标得到改善。
3）通过造块去处某些有害杂质，回收有益元素达到综合利用资源和扩大冶炼矿石原料资源。
2 高炉对人造富矿冶金性能的要求是？⑴含铁品位高；⑵机械强度好，入炉粉末少；⑶有良好的还原性；⑷低温还原粉化率低；⑸化学成分稳定及粒度均匀；⑹有较好的软化及熔滴性能；⑺有害杂质少。
3 烧结过程使用的原料有哪些？烧结生产对原料有何要求？4 按碱度烧结矿的分类？(1)非熔剂性烧结矿R<0.5(2)自熔性烧结矿R=1.0-1.3(3)高碱度烧结矿1.6-2.5。
5 烧结机利用系数：工序能耗。
①烧结机利用系数［t／（m2·h）］：是指烧结机每平方米有效抽风面积一小时的产量。
它用烧结机台时产量和有效抽风面积的比值来表示。
（2）工序能耗：是指生产1t烧结矿生产和生活（指厂内）所用的全部煤、焦炭、煤气、重油、电、水、蒸汽、压缩空气、氧气等折合标准煤的量（kg／t）6 铁矿石的分类。
①磁铁矿，主要成份为Fe3O4，是Fe2O3和FeO的复合物。
②赤铁矿，主要成份为Fe2O3，呈暗红色。
③褐铁矿，主要成份nFe2O3·mH2O(n=1～3，m=1～4)，呈现土黄或棕色。
④菱铁矿，主要成份为FeCO3，呈青灰色。
7 熔剂的种类及有效熔剂性。
①酸性熔剂：石英石（SiO2）②中性熔剂:Al3O2等。
③碱性熔剂：CaO。
有效熔剂性，即碱性氧化物含量要高，而酸性氧化物含量要低，是根据烧结矿碱度要求，扣除本身酸性氧化物所消耗的碱性氧化物成分，所剩余的碱性氧化物的含量而确定的。
对熔剂要求：①有效熔剂性高②有害杂质P、S要低③粒度和水分，粒度0～3mm,生石灰尽量不含水。
8 烧结料层高度方向上的五个带（层)指什么？⑴烧结矿层⑵燃烧层⑶预热层⑷干燥层⑸冷料层（即过湿层）。
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Fe3O4
部分氧化
CaO
Fe2O3
(固相反应)
(固相反应)
SiO2
还原 分解
Fe FeO Fe3O4 Fe2O3
CaO.Fe2O3
2CaO.SiO2
(固相反应)
热熔
分化
熔
铁橄榄石
解和
化
强
(熔化和分解)
烈
熔融物
结晶
烧结矿
※
34
磁铁矿非熔剂性烧结固相反应流程
Fe3O4
部分氧化 Fe2O3
还原
Fe FeO Fe3O4 Fe2O3
(固相反应)
铁橄榄石
熔融物
熔化 分解
结晶
SiO2
※
烧结矿
35
烧结矿的结构
◆ 宏观结构
微孔海绵结构，粗孔蜂窝结构，松散状结构。主要与烧 结条件有关。
◆ 微观结构
含铁矿物与黏结相矿物的微观排列结合方式。包括粒状结构， 斑状结构，骸晶结构，丹点状共晶结构，熔蚀结构，交织结构。
烧结矿的碱度
酸性烧结矿（R=1.0~1.2)，自熔性烧结矿（R=1.0~1.4)，溶 剂性烧结矿（R＞1.4)。
R w(CaO) / w(SiO2 ) R w(CaO MgO) / w(SiO2 )
17
18
固相反应——液相生成——冷凝固结
旧晶格被破坏，新晶格形成，形成比单独存在时熔点更低的稳定化合物。
◆ 液相生成在烧结过程中的作用
（1） 液相是烧结矿粘结相； （2）均匀温度和化学成分； （3）润湿作用，拉紧矿粒，增加强度； （4）改善烧结矿的强度和还原性（从液相中析出烧结料 中没有的新的矿物）。
25
烧结过程液相生成与冷却结晶
◆ 影响液相生成量的因素
（1） 烧结温度； （2）碱度（液相量及其类型）； （3）烧结气氛；还原性↑，FeO↑，熔点↓，液相↑； （4）化学成分（SiO2含量≯5%），Al2O3 ↑，熔点↓,MgO ↑，熔点↑）。
(还原)
Fe FeO Fe3O4
CaO.Fe2O3
(固相反应)
熔
铁橄榄石
化
和
(熔化和分解)
分 解
熔融物
2CaO.SiO2
熔 化 和 分 解
32
赤铁矿非熔剂性烧结固相反应流程
※
Fe2O3
SiO2
(还原)
Fe FeO Fe3O4
(固相反应)
铁橄榄石
(熔化和分解)
熔融物
33
磁铁矿熔剂性烧结固相反应流程
燃料用量多和还原气氛是产生2FeO.SiO2的主要条件
在溶剂性烧结矿中，主要固相反应产物是CaO.Fe2O3
燃料用量低和强氧化气氛是产生CaO.Fe2O3的主要条件
固相反应的产物不等于烧结矿最终矿物组成
SiO2与CaO接触带固相反应
烧结过程中可能产生的固相反应及反应开始温度
烧结过程液相生成与冷却结晶
19
20
21
固相反应的特点
均为放热反应
两种物质间反应的最初产物为结晶构造最简单的化合物， 与反应分子数配比无关，反应产物往往是低熔点化合物
2CaO+SiO2 =2CaO.SiO2. 3CaO.SiO2 CaO.SiO2
在非溶剂性烧结矿中，Fe2O3不与SiO2间发生固相反应， 而Fe2O3 只能溶入SiO2中形成有限固溶体
2CaO.Fe2O3 CaO.Fe2O3 CaO.2Fe2O3 CaO.Fe2O3_—CaO.2Fe2O3
熔点
1220℃
1205℃ 1178℃ 1177 ℃ 1142 ℃
1544 ℃ 1478 ℃ 2130 ℃ 1900℃ 1436 ℃ 1460 ℃ 2065 ℃
1449 ℃ 1216 ℃ 1226 ℃ 1205 ℃
◆ 凝固与结晶
未熔融的烧结料中的Fe2O3和Fe3O4及烧结料中随抽风带 来的结晶碎片、粉尘充当晶核，依熔点高低先后结晶，沿 传热方向，呈片状、针状、长条状和树枝状不断长大。
30
烧结矿中常见的固相反应及反应产物
※
※
31
赤铁矿熔剂性烧结固相反应流程
※
Fe2O3
CaO
SiO2
(固相反应)
(固相反应)
1490℃ 1454℃ 1570 ℃ 1391 ℃ 1890 ℃ 1557 ℃
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液相冷却结晶
◆ 结晶的原则
熔点高的矿物首先结晶析出，然后是熔点低的矿物， 来不及结晶的就成为玻璃质。
◆ 冷却
料层中不同部位冷却速度差别很大，受透气性，抽风速度， 抽风量的影响，上层120~130℃/Min，下层40~50℃/Min。
CaO.MgO.SiO2 2CaO.MgO.2SiO2 3CaO.MgO.2SiO2 CaO.MgO.2SiO2 MgO.2SiO2 MgO. SiO2
2CaO.Al2O3.SiO2 4CaO.Al2O3.Fe2O3 CaO.Al2O3-CaO.Fe2O3
熔点
1208℃ 1280℃ 1150 ℃ 1190 ℃
CaO.2Fe2O3只在1155~1226 ℃范围内稳定，1150 ℃分解为CaO.Fe2O3和Fe2O3 28
烧结过程的主要液相
体系
CaO-FeO-SiO23-FeO (当铝含量较高时）
液相名称
CaO.FeO.SiO2 2CaO.FeO.SiO2 CaO.FeO.2SiO2 2CaO.FeO.2SiO2
26
烧结原料中特有的化合物和混合物熔化温度
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烧结过程的主要液相
体系
FeO-Fe3O4 FeO-SiO2
CaO-SiO2
CaO-Fe2O3
液相名称
FeO-Fe3O4固熔体
2FeO.SiO2 2FeO.SiO2—SiO2 2FeO.SiO2—FeO 2FeO.SiO2—Fe3O4
CaO.SiO2 2CaO.3SiO2 2CaO.SiO2(α,α’,β,γ) 3CaO.SiO2 CaO.SiO2—SiO2 CaO.SiO2— 2CaO.3SiO2 2CaO.SiO2_— CaO
钩联或镶嵌——见之于金属粉末压块中。 氢键联结——见之于纤维聚结。
化学键联结——见之于铁矿粉锈结。
6
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8
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烧结矿的质量指标
烧结矿强度和粒度
转鼓指数，热强度
烧结矿的还原性
用烧结矿FeO含量表示（2FeO.SiO2)，含量高说明烧结矿过熔 而使结构致密，气孔率低，还原性差。
第二章 高炉炼铁原料
1
2
3
4
A=100r × 10-5N
B=103~104A
C=10~100B
5
一些概念
固相烧结——由固相分子（离子）扩散而形成颗粒联结桥，是球团焙烧固结的 重要机理。
晶桥联结——一种由固相反应生成盐类，氧化物结晶而呈现的颗粒联结桥，是 球团焙烧固结的另一种机理。 液相烧结——高温作用下物质熔化后再凝固而形成的联结桥，是一种结合力很 强的固结现象。主要见之于铁矿粉烧结。