(第二章第四节)铁矿石造块

烧结过程料层透气性的控制
指点火后的烧结料层透气性。随着烧结过程的进 行，料层的透气性会发生急剧的变化，因此烧结 过程料层透气性是烧结控制操作最为重要的指标。 日本川崎钢铁公司从80年代初开始致力于烧结操 作指导系统(O GS)的研究与开发。他们认为，在 烧结生产中，要获得高的生产率和产品质量，必 须控制烧结料层的透气性及热值水平。OGS首先 根据输入的烧结料层透气性阻力、烧结终点、废 气负压、废气温度、废气流量、风箱处最高温度 和冷却机排风温度等参数，综合评定透气性。
烧结终点控制
日本钢管公司首次在扇岛厂安装热工制度控制系 统，以后在福山厂又加以改进并在机尾安装了密 度计和电视摄象机，通过图象分析器就可测定出 烧结机尾烧结矿断面中高温区的分布状况。该数 据及台车下面的热电偶读数和混合料密度测定值 都达到最佳值就可确保台车上烧结矿的断面均匀。 烧结矿的断面均匀。日本钢管公司使用该系统后， 各烧结厂的成品率明显提高。
烧结过程热状态的控制 80年代中期，日本神户钢铁公司建立了估计烧 结料层热状态的数学模型，研究了操作条件、 热状态与烧结矿产量和质量的关系。热状态是 料层高度、台车速度、点火温度、料层密度、 焦粉消耗、焦粉半径、水分和透气性指数等操 作参数的线性表达式，通过调整操作参数使实 际热状态与目标热状态一致，目标热状态定义 为1100℃等温线之间的面积。此系统成功应用 于神户2号烧结机。
铁矿粉烧结是最主要的造块技术之一 ， 由于开采时产生大量的铁矿粉，特别是贫矿 富选促进了铁精矿粉的生产发展，使铁矿粉 烧结成为规模最大的造块作业。 其物料的处理量约占钢铁联合企业的第二 位(仅次于炼铁生产)，能耗仅次于炼铁及轧 钢而居第三位，成为现代钢铁工业中重要的 生产工序 。
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、瓦斯灰、轧钢皮、锻钢屑、均热炉渣、 硫酸渣等)以便回收利用。
目前世界各国90%以上烧结矿都是由这种烧结 机生产的。
带式抽风烧结机生产工艺过程： 将经过准备处理(破碎、筛分、混匀)的烧结原 料(包括燃料、熔剂、铁矿粉等)按一定比例配 料，再经过加水混合造小球，所得混合料由布 料器铺到烧结机台车上。 烧结料层经点火器点火，然后台车在向前移动 时，依靠抽风机从上向下抽过空气，燃烧其料 层中的燃料。燃烧产生的高温，使矿粉局部熔 化或软化，生成一定数量的液相。
(三)主抽风机
抽风机是烧结的主要配套设备。由主 抽风机通过主抽风管道和真空箱从烧结 机台车下方将烧结料层上方的空气抽入， 以使烧结料中的焦粉燃烧，完成烧结过 程。大型烧结机需要功率10000千瓦以上 的离心式抽风机。
(四)烧结矿的冷却设备 从烧结机机尾卸下的烧结矿，温度达 600—1000℃．为了方便运输、整粒工作、 改善劳动条件和维护高炉炉顶设备，通常 使热烧结矿冷却到100℃左右。宝钢烧结厂 采用的是有效直径48米、有效面积460米的 鼓风环形冷却机。由冷却机排出的热空气 (300一400℃)经过多管除尘后，用作烧结 时点火和保温过程的助燃空气。
首钢700万t /a烧结厂
一、烧结生产工艺 烧结生产工艺起源于大约1870年前后的英国、瑞 典和德国，当时主要用烧结锅生产烧结矿。 第一座倾动式炉子，于1904年安装在比利时的科 克里尔(Cockerill)厂，用于烧结高炉灰。 其后美国在1902开始大量应用，大约在1910年美 国率先使用了带式烧结机，此后，又发明了很多 带式烧结机，其中A.S.Dwight， R.L.Lboyd工 作组的带式抽风烧结机(即DL烧结)最为成功。
(五)除尘设备
除尘设备是烧结厂环境保护设施之一。 用以处理主抽风废气中的粉尘。国内采用 旋风和多管两种除尘器。旋风除尘器除尘 原理是：废气由切线方向被导入除尘器， 在离心力量的作用下，粉尘粒子与废气分 离。
烧结生产主要技术经济指 标
(一)利用系数
烧结机利用系数是指在单位时间内每平方米 有效烧结面积的产量。
(四)干燥层 由于烧结料被很快加热，故到100℃以上游离水还未完 全蒸发。干燥层和预热层的交界温度约在120—150℃， 干燥层厚度一般为10～30毫米。 (五)湿料层 从上层来的废气中合有大量水汽，出于废气温度降 到与之相应的露点温度以下，重新凝结于烧结料层中， 产生过湿现象。
烧结过程中的基本化学反应
随着钢铁工业的迅速发展，天然富矿愈 来愈满足不了生产的要求，迫使人们利用贫 矿。贫矿的开发，促进了选矿工业的发展。 但由于选矿产品—铁精矿粒度细， 不能直接 进入高炉冶炼，因此，烧结工艺就成了炼铁 生产不可缺少的一环。
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，或者说不允 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。 细小颗粒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。
液相是烧结矿固结成形的基础。之后，随 着温度降低，液相冷凝，矿物逐渐凝结成 块，即为烧结矿。烧结矿从烧结机台车上 自动卸下，经过齿式单辊破碎机破碎、冷 却机冷却，再进行二次破碎筛分，得到成 品烧结矿。
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。一般认为烧结 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，五层依次 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。
(二)台时产量 每台烧结机单位时间里生产的烧结矿数量：
(三)垂直烧结(培烧)速度是指燃烧层中温度最 高点的移动速度。垂直烧结速度一般为25— 35mm／min。
(四)烧结矿品位
(五)烧结机作业率
烧结过程自动控制技术的 发展
国外烧结过程控制技术
日本福山烧结厂烧结过程的检测控制系统，包 括混合料水分、料层透气性、台车风量分布、 台车宽度方向温度波动、烧结机排气分布、烧 结矿表面温度和烧结料层表面温度等7个方面。
1、布料器： 是将混合料连续装入烧结机台 车的装置。一般采用圆筒给料机布料。
2．点火器：
是对已经布入烧结机台车的烧结料表面 层进行点火的设备。点火使用的燃料一般 为焦炉煤气或混合煤气。点火温度通常为 1200一1300℃。点火时间约1—2分钟。点 火器内设有多个烧嘴。煤气对2空气内各 自的管道从点火器两侧引入各个烧嘴，混 合后在烧嘴下方燃烧。
铁矿石造块
目的
• 将富矿粉和贫矿富选后得到的精 矿粉制成具有一定粒度的块矿；
• 回收含铁的粉尘；
铁矿粉造块目前主要有两种方法：烧结法和球团 法，所得块矿分别为烧结矿和球团。 粉矿造块能充分利用资源：把大量的贫矿、多种 金属共生复合矿经选矿后得到的精矿粉和在开采、 破碎过程中产生的粉矿固结成块，即成为高炉的 “熟料”。 特别是加添了石灰石、白云石、消石灰等熔剂的 人造富矿，因高温固结时产生气孔，透气性和还 原性都较天然矿石好。因此，高炉使用熟料有利 于降低焦比，有利于高炉顺行。
水分控制： 混合料水分目前大多采用红外线测量，日本一 些厂已安装了在线控制，用红外线分析来监测 圆筒造球机制粒后小球的水分含量，圆筒内水 分的添加量可自动调节以保持水分稳定。红外 线水分测定仪的精度可达士0.2％，测量时间只 需30s。
原始料层透气性监测
在意大利钢铁公司和日本新日铁公司 ,点火前的透 气性采用在线连续监测 ,监测系统直接安装在点火器 前的风箱上 ,透气性指数采用在恒定负压下通过料层 的空气流量来标定。 美国伯利恒钢铁公司个恩斯港烧结厂的料层透气性 测量仪安装在圆辊布料器矿槽内。测量仪的工作原理 是往混合料中喷入一定量的空气 ,然后测定空气的反 压力 ,通过反压力确定透气性的大小。 日本住友金属公司鹿岛厂开发的铁矿石综合模拟模 型 ,利用原料的粒度组成、制粒水分和料层中的视密 度等数据来预测烧结前的料层透性。
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 碎产生的粉矿； 2、含二氧化碳、结晶水和水分较多的矿石； 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;
烧结的主要作用是：
1.改善高炉入炉矿石的状态(特别是要保证块状 带的透气性)；
2.保证烧结原料柱的透气性良好，要求烧结料 额度均匀，粉末少，机械强度高； 3.降低高炉焦比，要求烧结料含铁原料的还原 性好、品位高而烧结可以达到这一目的。
再根据评定的透气性及有关产量和质量数据 (产量、落下指数、烧结成品中一5 mm的含量、 还原粉化率、返矿率、氧化亚铁含量等)，进 行综合判断以决定操作变量(台车速度、料层 厚度、焦炭配比、主抽风机阀门开度及混合料 水分和动作范围)。通过实现烧结过程的标准 化和自动化，使料层透气性及烧结矿质量稳定。
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(四)高温性能
在高炉高温区(1100一1400℃)要求烧结矿软化温度高，软熔区间 窄。
烧结生产主要设备
烧结生产设备主要是带式抽风烧结机。带 式抽风烧结设备主要包括混料设备、烧结 机本体设备、主抽风机、冷却设备及防尘 等设备。
烧结机设备示意图
(一)混料设备 —般采用圆筒混料机，它的作用是混合和造球。 (二)烧结机本体设备 烧结机个体设备由本体钢结构机架、布 料器、点火器、台车、真空箱及主抽风管道、 破碎等设备组成。
(一)烧结矿层
在烧结矿层，空气被预热，烧结矿被冷却， 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。 (二)燃烧层 燃料燃烧可使温度达1350一1600℃ 。燃烧 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、硫化物的分 解。
(三)预热层 已经干燥的烧结料吸收高湿废气的热量把 这一层原料加热至接近燃料的着火点。此层中还开始部 分进行固相反应，还原和氧化反应，结晶水的分解等。 由于传热很快，温度很快降低，故此层很薄o
1、碳酸盐的分解和氧化钙的化合
2、铁和锰氧化物的分解、还原和氧化 Fe3O4+CO=FeO+CO2
3、烧结过程中的脱硫反应
低硅烧结矿的矿相结构
H-赤铁矿；M-磁铁矿；F-铁酸钙；V-玻璃相
高炉冶炼对烧结矿的质量要求：
(一)常温性能 入炉前烧结矿要有良好的常温强度，成分稳定和适当的粒度组成。 (二)低温性能 烧结矿在高炉低温区(400一700℃)要求没有显著的还原粉化。 (三)中温性能 在高炉中温区(700一1100℃)要有良好的还原性。
3．台车： 台车是烧结机的主要组成部分，它直接承 受装料、点火、抽风烧结直至机尾卸，完 成烧结作业。烧结机的大小以有效烧结面 积表示。有效烧结面积是以台车宽度与有 效抽风长度的乘积表示的。宝钢450平方 烧结机的台车宽度为5米，有效抽风长度 为90米。
4．真空箱(风箱)
安装在烧结机台车下面。台车与真空箱 之间装有密封装置。真空箱是将烧结料层 上方的空气由上向下抽吸的装置。风箱内 导管同主抽风管道连接。大型烧结机设有 20～25个真空箱。
新日本钢铁公司近年开发出具有强穿透率和高 分辨率的计算机层析扫描仪(CT扫描仪)，其X射 线管的功率为420W，这种大功率的X射线近似于 Y射线。它可以用来分析烧结饼结构及构成烧结 矿成品的基体，可再现烧结饼内部结构的二维 或三维图象，并能定量地划分未烧结物料部分 的比例及复杂形态的气孔结构。