（冶金工程专业论文）东烧高品质烧结矿生产工艺分析.pdf

辽宁科技走学硕士学位论丈 摘要 摘要 东鞍山烧结厂自产精矿是提铁降硅后赤铁反浮选细精矿，在烧结过 程中存在着配料难、混匀难、造球难、烧结难、产品强度低等问题。为了 充分利用自产精矿，采取了合理配矿、匀化造球、偏析布料、提高生石灰 用量、提高厚料层、燃料分加等措旌，使上述问题得到了解决。最终提高 了烧结矿的产量和质量，降低了能耗，满足了鞍钢高炉炼铁的要求。 本文第一部分主要对国内外铁矿石资源现状、铁矿粉烧结的理论及烧 结生产工艺的发展现状进行了介绍和对一些烧结生产工艺进行了分析。 第二部分讲述了应用正交试验研究的方法，对不同生石灰、燃料、混 合料水分配入量进行烧结杯试验。结果证明：当生石灰配入量为4 5 ， 混合料水为7 6 7 8 时，对自产精矿进行烧结时的料层透气性、成品率、 转鼓指数、烧结矿的粒度最适宜。 第三部分是本文的重点，对在东烧厂进行工业性试验期间高品质烧结 矿生产工艺进行了描述，并对提高烧结矿质量所采取的措施及其产生的效 果做了详细地分析。 关键词：自产精矿，烧结，生产工艺 辽亍荆技大学硕士学位论文 a b s t r a c t s e l f - m i n e dc o n c e n t r a t eo fd o n ga n s h a ns i n t e rp l a n ti sr e v e r s ef l o t a t i o n f i n eh e m a t i t eo r ea f t e ri n c r e a s i n gir o ng r a d ea n dd e c r e a s i n gs i l i c o nc o n t e n t m a n ym e a s u r e sw e r ea d o p t e d s u c ha so p t i m i z a t i o no fb u r d e nc o m p o s i t i o n ， c o n t r o lt e c h n o l o g yo fe v e nb a i l i n g ，s e g r e g a t i o nd i s t r i b u t i n g ，i n c r e a s i n gt h e l i m ea m o u n t ，i n c r e a s i n gt h eb e dd e p t h ，f u e ld i v i d e da d d i t i o ne t cf o rm a k i n g f u l lu s eo fs e l f m i n e dc o n c e n t r a t e ，f i n a l l yt h eq u e s t i o no ft h ed i f f i c u l t yi n b u r d e nm i x i n g ，b u r d e np e l l e t i z i n ga n ds i n t e r i n gw i t hf i n eh e m a t i t eo r ea n dt h e l o ws i n t e r s t r e n g t h w e r es o l v e d s ot h es i n t e r o u t p u t a n dq u a l i t yw e r e i n c r e a s e d ，t h ee n e r g yc o n s u m p t i o nw a sd e c r e a s e d t h eq u a l i t yo fs i n t e rm e e t s t h ed e m a n d sf o ri r o n m a k i n go fa n g a n g i nt h isa r t i c l e ，f i r s t ，t h ec u r r e n ts i t u a t i o no fd o m e s t i ca n di m p o r t e di r o n o r e s ，t h e o r ya n a l y s i so fi r o n o r ef i n e ss i n t e r i n g ，d e v e l o p m e n ta n dp r e s e n t c o n d i t i o n so fs i n t e r i n gp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yh a v eb e e nd e s c r i b e d a n dt h e s o m ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g i e so fs i n t e rh a v eb e e na n a l y z e d i nt h es e c o n dp a r t ，t h es i n t e rp o te x p e r i m e n t sw i t hs e v e r a li r o no r e sa n d v a r i o u sa m o u n tl i m ea sw e l la sw a t e ro fm i x t u r ea n ds o l i df u e l b yt h e o r t h o g o n a lt e s t i n gm e t h o dh a v eb e e nd e s c r i b e di nd e t a i l i ti ss h o w e dt h a tt h e a i r p e r m e a b il i t y o ft h em a t e r i a l b e d ，t h ey i e l d ，t h e t u m b l e s t r e n g t h o f a g g l o m e r a t ea n dg r a i ns i z eo fs i n t e rw i t hs e l f m i n e dc o n c e n t r a t ea r et h eb e s t w h e nt h ec o n t e n to fl i m ei sa d j u s t e dt o4 - 5 a n dw a t e rt o7 6 - 7 8 t h et h i r dp a r ti st h ek e yp o i n to ft h i sa r t i c l e t h ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g y o fh i g hq u a li t ys i n t e rw h i c hw a sp r o d u c e dd u r i n gi n d u s t r i a lt e s ti n d o n g a n s h a ns i n t e r i n gp l a n th a sb e e nd c s c r i b e d a n das e r i e so fm e a s u r e sw h i c h h a db e e na d o p t e dt oi n c r e a s et h eq u a l i t yo fs i n t e ra n dt h ee f f e c tp r o d u c e dh a v e b e e na n a l y z e di nd e t a i l k e yw o r d s ：s i n t e r ，s e l f - m i n e df l o t a t i o nc o n c e n t r a t e ，p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的 研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中小包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不 包含为获得辽宁科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了 明确的说明并表示了谢意。 签名：么毳穆後日期： 岁。 关于论文使用授权的说明 本人完伞了解辽宁科技大学有关保留、使用学位沦文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校 可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 繇纭忍俊 日期： 。 9 名签师导 辽宁科技大学硕士学位论丈 1 1 铁矿石资源的现状 1 1 1 国内铁矿石资源现状 1文献综述 我国的铁矿石资源比较丰富，目前我国累计探明的铁矿石储量达5 3 1 亿吨， 保有储量为5 0 1 亿吨。但在现有的铁矿储量中，可供利用的储量仅1 7 0 亿吨0 1 1 2 1 ， 可供开采设计的储量仅1 0 0 亿吨左右。由于我国铁矿石资源的采选难度大，再加 上我国矿山生产企业装备水平低，设备陈i e t 落后，因此扣除开采，冶炼过程中的 损失，实际可供利用的金属量仅为2 0 亿吨左右。我国可供开采铁矿石资源的保证 年限不到6 0 年【习【4 。同时，随着经济的迅速发展，我国钢铁产量大幅度增长，铁 矿石作为钢铁工业生产的主要原料，近年来需求量也迅猛增长。因此，长远来看， 我国铁矿石资源并不能满足工业需求的稳定供应。 由于受我国铁矿石特点及其选矿和成本的限制，我国精矿粉的品位尚低，大 多数用于烧结的精矿粉的s i 0 2 含量还都在6 5 以上，很难将烧结矿中的s i 0 2 含 量降至4 5 。表1 1 列出了我国几种精矿粉的品位和s i 0 2 含量1 5 1 。 表1 1 我国几种精矿粉的品位和s i o 。禽量 1 ) 、我国铁矿资源的特点【6 】7 1 根据我国现已探明的情况，我国铁矿石资源主要有以下特点： ( 1 ) 贫矿多，富矿少。铁矿石品位低，平均含铁约3 2 o ，贫矿约占9 3 2 ； 含铁较高，能直接入炉的富矿比较少，仅占2 7 。 ( 2 ) 分布广。现已探明的铁矿产地有1 8 0 0 余处，分布于我国2 7 个省区的 6 0 0 多个县。主要铁矿集中在1 6 个地区，约占全国铁矿贮量的7 0 。 ( 3 ) 多金属矿多。我国铁矿约有三分之除含铁外，还有钒、钛、铜、钴、 会、银等元素。 ( 4 ) 磁铁矿较多，约占总贮量的7 3 。其中易选的磁铁矿石达2 7 7 亿吨， 辽亍科技走学硕士学位论文 l 丈献综述 占5 6 ，钒钛磁铁矿石7 3 亿吨，占1 5 。 根据我国铁矿石资源贫矿多、富矿少以及复合矿石多的特点，应发展综合利 用，加强选矿和造块，并根据各种矿石的特殊性质选择特殊的冶炼制度，即可以 充分利用资源，回收各种有价值的元素，又可获得良好的高炉冶炼指标和综合经 济效益。 2 ) 、我国铁矿石资源分布情况【8 j 我国的铁矿资源分布比较广。随着地理位置的不同，铁矿石品位及成分有着 很大的差异。主要矿区分布及其特点如下： ( 1 ) 鞍本矿区该矿区目前是我国储量最大、采量最大的矿区，是鞍钢和 本钢的主要原料基地。本矿区的特点是以贫矿为主，富矿极少。含铁量2 0 q 0 ， 平均3 0 左右，精选后品位可达到6 5 以上；铁矿物以磁铁矿和赤铁矿为主，部 分为假象赤铁矿和半假象赤铁矿。矿物结构致密、坚硬。大部分矿石可选性好， 但还原性较差。 ( 2 ) 冀东铁矿区本矿区主要包括迁安、邯郸、武安、庞家堡等矿山。是 首钢和邯郸钢铁公司的原料基地。其中迁安矿为贫磁铁矿，原矿品位为3 0 左右， 可选性好，精矿品位可达6 8 以上。邯郸矿区主要是赤铁矿和磁铁矿，矿石含铁 在4 0 , - 一5 5 之间，矿石强度较差，但还原性较好。 ( 3 ) 大冶矿区本矿区主要分布在大冶、鄂城一带，是武钢和大冶钢厂的 重要原料基地。矿石中重要矿物为磁铁矿，其次为赤铁矿和半假象赤铁矿，另有 少量褐铁矿。该矿区的特点是：含铁量高，大部分为4 5 - - - 6 0 ，低的也有4 0 扣5 0 ； 含磷低，硫高。矿石多为致密块状，还原性较差。 ( 4 ) 白云鄂博矿区该矿区是我国最大的复合矿区之一，储量丰富，是包钢 的原料基地。矿区以磁铁矿为主，亦有假象和半假象赤铁矿。大部分为贫矿，含 铁2 5 , - 一3 5 ，富矿含铁在5 0 左右。这种矿石组织致密，但还原性好。 ( 5 ) 攀西铁矿区本矿区主要分布在攀枝花到西昌一带，是我国最大的复合 矿区，为攀枝花等钢铁公司的原料基地。该矿区的主要特点是：矿石属含钴、镍 细粒嵌布的钒钛磁铁矿型。主要金属矿物为钛磁铁矿。含铁量在4 8 左右，伴有 钒、钛、铜、钴镍等多种稀有元素，有很高的综合利用价值。 ( 6 ) 华东矿区该矿区主要分布在安徽芜湖至江苏南京一带的凹山，南山， 梅山，凤凰山等矿山，此外还有山东的全岭镇、利国等地都有丰富的铁矿资源储 藏。芜宁地区矿石主要是赤铁矿，其次是磁铁矿，也有部分硫化矿，如黄铜矿和 黄铁矿。铁矿石的品位不高。 ( 7 ) 其它铁矿区除了卜述主要铁矿区外，我国还有一些分散的中小铁矿 辽宁科技大学硕士学位论文 1 文献综述 区，比如山东的莱芜、河南的安阳、舞阳、湖南的湘潭、吉林的通化、广东的大 宝山等。但是在东南沿海工_ k 发达地区，铁矿石资源却严重不足。 1 1 2 国外铁矿石资源现状 幽外铁矿石资源主要集中在澳大利亚，巴西，南非，印度等国。这些国家的 铁矿石不仅储量丰富( 约占世界储量的7 8 ) ，而且品位普遍比较高、有害杂质少、 烧结性能好。国外铁矿石资源的主要特点归纳如下1 9 】： ( 1 ) 品位高。巴西、南非、加拿大、印度等国的铁矿石t f e 含量一般大于 6 4 ，有的甚至可以高达6 7 6 8 。 ( 2 ) s i 0 2 含量适中。巴西的m b r 、卡拉加斯及委内瑞拉、加拿大等国铁矿 石的s i 0 2 含量一般为1 或小于1 ，其余铁矿石中s i 0 2 含量一般在4 o 左右， 最高仅达到5 5 。 ( 3 ) 有害元素少。除南非铁矿的钾、钠含量偏高外，其余铁矿石的钾、钠、 硫、磷、铅、锌等有害元素的含量均较少。 ( 4 ) 烧损低。铁矿石的烧损与烧结率直接相关，同时它还直接影响铁矿石中 各个化学组分在烧结矿中的实际作用，由于进口铁矿石多为赤铁矿，所以烧损比 较低( 褐铁矿除外) 1 0 1 1 3 。 1 2 铁矿粉烧结的理论分析 1 2 1 烧结成矿机理 烧结成矿机理包括烧结过程的固相反应、液相反应和冷凝结晶三个过程。这 三个过程不仅对烧结矿的矿物组成及结构起着决定性的影响，而且和烧结矿的质 量有着很大的关系【1 4 - ”】。烧结过程矿物形成过程如图1 1 。 ( 1 ) 固相反应过程及对烧结矿质量影响分析 混合料在烧结过程中被加热到熔融之前，相互接触的某些组分之间，在固体 状态下发生反应，生成新的化合物或共熔体的过程称为固相反应。固相反应是由 离子扩散作用引起的，而在烧结过程中由于固体燃料的燃烧产生的废气加热了烧 结料，从而为固相反应的发生创造了有利条件。固相反应可以形成在原始料中所 没有的易熔化的新物质。这些新物质在烧结过程中产生许多特性，最后获得强度 高的烧结矿。 辽宁科技大学硕士学位论文 1 文献综述 图1 1 烧结过程中矿物的形成机理1 1 6 j ( 2 ) 液相反应过程及对烧结矿质量影响分析 烧结过程一些低熔点物质在高温作用下，熔化成液态物资，在冷却过程中， 液态物质凝固而成为那些尚未熔化和溶入液相的颗粒的坚固连接桥。在烧结物料 中，主要矿物都是高熔点的，在烧结温度下大多不能熔化。但物料加热到一定温 度时，各组分之间以及新生化合物与原组分之间存在低共熔点，使得它们在较低 的温度下生成液相，开始熔融。烧结过程形成液相是烧结矿固结成型的基础，液 相的性质和数量在很大程度上决定了烧结矿的还原和强度。从而直接影响烧结矿 质量。 ( 3 ) 冷凝固结过程及对烧结矿质量影响分析 当烧结层移动后，被熔化的物质温度下降，液相放出能量而结晶或变成玻璃 体。如果在冷凝过程中放出了几乎所有的能量，则液相全部转化成结晶体析出。 而在实际烧结中，冷却很快，有相当的潜热来不及释放而蕴藏在里面，从而使部 分硅酸盐以玻璃体形态存在于烧结矿中。从而导致烧结矿强度降低。 辽宁科技大学硕士学位论文 丈献综述 1 2 2 烧结矿的矿物组成与结构及其对质量的影响 烧结矿是由多种矿物按一定结构方式组成的多孔块状集合体。因此，它的矿 物组成及其结构特征与烧结矿的冶金性能有着密切的关系，对烧结矿的质量有很 大的影响。通过研究烧结矿的矿物组成和结构特征，弄清影响烧结矿质量的因素， 可以有效地采取相应的措旌来提高烧结矿的质量。 ( 1 ) 烧结矿的矿物组成及其对质量的影响 烧结矿是由含铁矿物及脉石矿物形成的液相粘结而成的，其矿物组成随原料 及烧结工艺条件不同而变化，主要受碱度和燃料用量的影响。由烧结的固相反应， 液相生成和冷凝固结的全过程可以看出，烧结矿是种有多种矿物组成的复合体， 虽然随着原料条件及烧结工艺条件不同其矿物的组成不同，但总是有含铁矿物和 粘结相矿物两大类组成的【1 7 】，含铁矿物有磁铁矿、赤铁矿、方铁矿；粘结相主要 有铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅灰石、硅酸二钙、铁酸钙、钙铁辉石等；此外还有 少量反应不完全的游离石英和游离石灰石等。烧结矿的机械强度和还原性与其中 的主要矿物和粘结相的机械强度和还原性有直接的关系。因此，烧结矿的矿物组 成直接影响着烧结矿的质量。表1 2 列出了烧结矿中主要矿物及粘结相的强度和 还原性。 表1 2 烧结矿中主要矿物及粘结相的强度和还原性“” 从表1 2 巾可以看出赤铁矿、磁铁矿、铁酸。钙、铁橄榄石等均有较好的 辽宁科技是学硕士学位论丈 1 文献综述 强度；而钙铁橄榄石当x = 1 0f 玻璃质) 时，其强度最差。要得到强度较好的熔 剂性烧结矿，就要使烧结矿的粘结相矿物中虽大的形成低氧化钙的钙铁橄榄石 ( x = o 5 ) 和铁酸一钙。各种矿物的机械强度和还原性并不完全一样的，铁橄榄 石和某些钙铁橄榄石虽有较好的强度，但一般都是还原性较差，只有铁酸一钙 机械强度和还原性都好，而玻璃质都差。 ( 2 ) 烧结矿的结构及其对质量的影响 烧结矿的结构包括宏观和微观两种结构。由于受液相数量和粘度的影响， 烧结矿的宏观结构可分为三种结构。当燃料用量和烧结温度适宜，液相生成量 适度，并在粘度较大的情况下，形成微孔海绵状结构；当燃料配比多，烧结温 度高，并在液相生成量多且粘度小的情况下，形成粗孔蜂窝状结构；当燃料配 比更多，烧结温度过高时，产生过熔现象，结果形成板结的石头状结构。这三 种不同结构的烧结矿所对应的还原度和强度也不同，具体区别见表1 3 。 表1 3 三种宏观结构的烧结矿的还原度和强度比较 烧结矿的微观结构，就矿物的结晶形态而言，按结晶的完善程度可分为白 形晶、半自形晶和他形晶三种，熔化温度高，比周围其它矿物结晶进行早或结 晶生长能力强的矿物形成自形晶，自形晶具有完好的结晶外形；没有适宜的结 晶环境的矿物形成半自形晶，它只有部分结晶面完好；结晶进行较晚，结晶环 境更差，或填充于结晶完好的矿物孔隙中者，形成形状不规整且没有任何良好 晶面的他形晶。 由于生产工艺条件不同，烧结矿的显微结构有明显差异，其常见的结构有 粒状结构、斑状结构，骸晶结构、共晶结构以及熔蚀结构等。烧结矿的不同微 观结构对烧结矿强度和还原性的影响也不尽相同。 1 3 硅含量对烧结矿质量的影响 烧结矿中硅含量的高低对高炉冶炼具有重要的影响。降低烧结矿中硅的含量 可以减少高炉冶炼过程中产生的渣量，减薄软熔层，提高滴落带的透气性，因而 有利于高炉顺行和降低焦比；同时，减少渣量还有利于增加高炉的喷煤量。通常， 烧结矿中s i 0 2 每降低1 ，高炉焦比降低2 ，生产率提高3 ；高炉冶炼入炉矿 6 ：工宁科技大学硕士学位论又 文献综述 s i 0 2 含量每增加1 ，平均渣最将增加2 6 3 。由此可见，s i 0 2 含量高是丈渣量 的源头。在烧结矿使用比例岛的情况下，】0 0 k g 渣量将影响焦比3 0 3 ，5 ，影 响广量4 0 4 5 。因此，降低烧结矿中硅含量对高炉冶炼非常有利。 烧结矿中硅含量的降低州刚也带来了强度低、还原性差和低温还原粉化率高 等问题。如果为了减少高炉渣量而单方面减少烧结矿中s i 0 2 含量，在相同碱度和 相同焦粉用量条件_ 卜i ，生成的液相量减少，矿物颗粒之间仅靠点接触粘结，呈分 散结构，故影响了烧结矿的强度。同时烧结矿的生产率、还原粉化率指数等质量 指标也会变坏。在碱度不变的条件下，降低s i 0 2 对烧结矿品质的影响见图1 2 。 图1 2 降低c a o 、s i 0 2 对烧结矿。铺质的影响 2 0 j 由图1 2 可见，当烧结矿碱度一定时，同时降低s i 0 2 和c a o 含量，烧结矿的强 度、成品率及烧结生产率都下降，r d i 指标恶化。究其原因，从宏观上来看，是 因烧结过程中液相量减少，流动性下降，引起烧结料层的热态透气性降低，另外 一个原因是由于烧结矿的低温还原性提高；从微观结构分析，则是矿物组织中铁 酸钙和硅酸盐粘结相数量减少，局部区域颗粒之间仅靠点接触粘结，呈松散状结 构，加之再生赤铁矿增加，气孔率上升所致。硅含量降低后，生成出高品质烧结 矿烧结的关键在于形成有利于产生铁酸钙的条件，抑制钙铁橄榄石的生成。s i o ： 含量降低，造成烧结过程粘结相减少，如果在烧结过程中不能够采取有针对性的 强化措施，对烧结矿的强度、还原粉化性以及烧结机的生产率等会产生不利影响。 近年来，鞍钢矿山系统进行提铁降硅l 艺改造，铁矿石品位从6 0 左右提高到 6 8 左右，s i 0 2 从8 降到4 左右，但提铁降硅使烧结原则结构发生很大的变化。 f 提铁降硅后，如何稳定和提高烧结矿质量，满足高炉冶炼要求，已成为烧结矿， 产技术研究的关键。 辽宁科技大学硕士学位论文i 文献综述 1 ，4 烧结生产工艺 烧结生产工艺是指根据原料特性所选择的加工程序和烧结工艺制度。它是钢 铁牛“过程中的一个重要环节。烧结生产工艺流程自原料的接受、贮存j 中和、 熔剂燃料的破碎筛分、配料及混合料制备、烧结和产品处理等环节组成。不同的 烧结厂依掘使肖j 原料的特性以及生产设备的不同来选择相应的烧结生产工艺和设 定适宜的工艺参数。从而，为高炉炼铁提供高品质入炉原料。 1 4 1 烧结工艺技术的发展及现状 烧结生产的历史已有一个多世纪。大约在1 8 7 0 年前后，资本主义发展较早的 英围、瑞典和德国就开始使用烧结锅。1 9 0 2 年最早了提出铁矿粉烧结的方法。1 9 1 1 年世界上第一台带式烧结机问世，迄令已有9 0 多年的历史。但得到较快发展是在 5 0 年代以后，特别是近3 0 年来，更为迅速。当今，烧结在钢铁冶金生产过程中 占有相当重要的地位。具有关数据统计，在过去的十年中全世界约有一半的生铁 是用烧结矿生产的叫】。 表1 4 我国近十几年烧结工艺技术进步的概况i 2 ”1 社会趋势节能保护环境 烧结特点低温烧结高还原性高生产率 原料的混合与制粒使用细粒铺料制粒设计使用石灰石l i p s 微粒化预先制粒分别带自i 立 混合料布料 般层布料细棒( 分别控制) i s f ( 密度控制) 烧结均匀温度提高台车高度提高产量 节能和环保 测定和控制 从冷却器和主排气道中进行余热回收从排气中驱除n o ,抑制n o ：排 放卒气泄漏 台车温度气流速度3 - d 结构( x ) 射线 为了稳定高炉炉况，提高生产率，降低生铁成本，人们不断对烧结矿提出了 更多有关质量方面的要求。七十年代前，烧结生产强调的重点只是冷强度、低温 粉化率和还原率：从八十年代底开始，逐步加强对烧结矿转鼓强度、粒度组成、 还原度、低温还原粉化率、高温性能和矿相结构的研究与改进，特别是矿相研究 对烧结矿质量的改进起了很大的推动作用【2 4 “】。目前，以提高烧结过程效率、推 广低能耗烧结、降低烧结成奉、改进烧结工艺制度、控制污染保护环境等为主要 辽宁科技大学硕士学位论文1 丈献综述 目标的技术研究己经取得了显著的成绩。 1 4 2 东烧厂烧结工艺技术的发展与现状 鞍钢集团鞍山矿i f l 公司东鞍山烧结厂( 即东烧厂) 于1 9 5 8 年建成投产，2 0 0 1 年以前有四个7 5 m 2 烧结机，当时由于设备陈旧、效率偏低以及技术落后等原因严 重制约了生产的发展。1 9 9 9 年4 月东鞍山烧结厂酸性小球开始进行改造，即由生 产碱度为1 3 5 的自熔性烧结矿，改为生产碱度为0 6 的酸性小球团烧结矿。东烧 厂酸性小球改造工程采用了圆筒式造球替代盘式造球的新技术，解决了国内同类 型烧结工艺中存在的小球爆裂问题；烧结矿用煤的粒度由国内同类型烧结工艺普 遍采用的l n m a ，改为3 m m 。成功地提高了烧结矿品位，也提高了鞍钢高炉利用系 数，降低了高炉焦比。2 0 0 1 年1 0 月2 5 日利用原有的供料、配料、混合料系统， 新建了一台3 6 0 m 2 烧结机，进行生产冷酸性小球团烧结矿。为了充分利用东烧的 赤铁矿，东烧厂采用了提铁降硅后赤铁反浮选工艺生产出了“低硅”赤铁反浮选 细精矿( 即自产精矿) ，s i 0 2 的含量由原来的8 左右降到6 左右。自产精矿具 有“细，、“泥”、“粘”的特性，在烧结过程中出现配料操作难、混匀难，造球难、烧 结难、产品强度低等关键技术问题，2 0 0 4 年东烧厂开始进行生产高碱度烧结矿。 烧结过程中出现的问题有了一定的好转，但由提铁降硅烧结带来的强度、成品率 低、但还有待更好的解决。 1 5 高品质烧结矿生产工艺分析 ， 1 5 1 优化配矿 传统的配矿方式依据是含铁原料的化学成分、粒度、品位、数量进行综合搭 配使用，对烧结矿的冶金性能以及含铁原料的烧结特性考虑较少。优化配矿是以 传统配矿方法的依据为基础，同时综合考虑含铁原料的岩相特性、含铁原料的烧 结基础特性( 熔化性、同化性及互补性) 、脉石种类和数量、矿石结构、粒度分布、 烧结矿的冶金性能以及经济效益、社会效益等。 优化配矿的实现必须建立在烧结原料的水分、粒度和成分稳定的基础上，特 别是c a o 、h 2 0 ，燃料的灰分要稳定。一般3 4 种性能相近的铁矿混合烧结能获 得优质烧结矿。由于硅含量降低导致烧结生成液相量少，烧结矿强度变差，因此 在配矿时应从矿粉的同化性，液相流动性，粘结相强度等方面来选择合适的配矿 结构1 2 ，从而提高烧结矿的质量。 9 辽宁科技大学硕士学位论文 丈献综述 1 5 2 小球烧结 将混合料制成适当粒度的小球( 2 6 m m ) 进行烧结，称为小球烧结。小球烧 结工艺集中了球团与烧结两种造块工艺的优点，强化制粒并改善混合料透气性， 减少了烧结过程中料层的阻力，对提高烧结矿的质量，以及优化烧结过程都具有 重要的意义 2 7 - 2 8 】。，小球烧结不仅可以使烧结机利用系数得到大幅度的提高，而且 使生产出的烧结矿内部结构发生了很大的变化。通过小球烧结提高了垂直烧结速 度，提高烧结矿产量；增加了氧化性气氛，有利于铁酸钙的大量生成，改善了烧 结矿的矿物组成，提高烧结矿强度和还原性：可进步提高料层厚度，更加有效 地利用热能降低能耗，并使烧结过程反应更加充分，使烧结矿的矿物组成和结构 更加均匀。 小球烧结法对原料并没有特殊要求，可以从根本上解决我国细精矿烧结料层 透气性差的问题，从而实现高料层，低碳节能的操作制度。该工艺可以生产出高 产量，高质量，低燃耗的优质烧结矿，然而要求增添的设备不多。因此，特别适 合于细精矿烧结和老厂改造。投资少，见效快。 1 5 3 热风烧结 热风烧结技术是在烧结机前段约占烧结机长度1 3 的有效烧结面积上，将 3 0 0 1 0 0 0 的热风抽入烧结料层用其物理热代替部分固体燃料。将环冷机高温段 的热风引到烧结机作热风烧结，使热废气循环利用，不仅可以减少烧结过程有害 物质排放而利于环境保护，而且可以提高烧结表层质量，降低固体燃耗。热风烧 结之所以能改善烧结矿质量，降低燃料消耗的原因是： ( 1 ) 烧结矿表层的成品率提高，返矿量下降。热风温度平均在3 0 0 左右， 大大高于室温。大量热空气进入烧结料表层，缓减了表层烧结矿温度下降，使其 高温持续时间相对延长，热量供应相对充足。从而避免了由于急冷应力的破坏， 减少了表层烧结中的玻璃质的产生。使上部烧结矿质量改善，强度增加，粉末减 少，使烧结饼经过破碎、机尾固定筛筛分、冷却筛分后的成品率提高，冷返矿循 环量减少。 ( 2 ) 利用热废气循环烧结可以充分利用热空气所含有的大量热能，能减少固 体燃料用量，从而达到节能降耗的目的。 ( 3 ) 热废气进入烧结料层，可以代替部分部分固体燃料，由于固体燃耗的降 低，烧结过程的氧位又得到提高，即氧化性气氛增强，有利于保持烧结层的过氧 化一降气氛和有利于烧结矿f e o 含量的进一步降低，从而具有一定的节能效果。又 1 0 辽宁科技大学硕士学位论文 l 文献综述 mj 二改善烧结矿的还原性及低温还原粉化率，促进高炉增产节焦。 此外，采用热风烧结，当由丁二混合料配碳量波动等原因烧结不好时，可以根 据需要临时调节热风温度，使烧结正常进行，从而更好的控制烧结矿的质量。 1 5 4 低温烧结 强度和还原性均好的铁酸钙的生成温度区间在1 1 2 5 1 2 5 0 。c ，且需氧化性 气氛。低温烧结温度小于1 2 8 0 ( 常规烧结最高温度1 3 2 0 1 3 5 0 ) ，因此，实 行低温烧结工艺措施为针状铁酸钙的生成创造了有利条件。 在烧结过程中，s i 4 + 和a j 3 + 离子能作为类质同象成分取代二元铁酸钙 ( c a o 2 f e 2 0 3 、c a o - f e z 0 3 、2 c a o f e 2 0 3 ) 中的部分f e ”离子，生成复合铁酸钙， 是一种固熔体p j 。按其结晶形态，可分为针状和柱状两种。针状铁酸钙的间隙 内很少夹杂渣状物，残存原矿的微气孔被堵塞的几率小，微孔发达，所以还原 性好；柱状铁酸钙固熔物中有较多的a 1 2 0 3 和s i 0 2 ，从而引起的晶面收缩比针 状铁酸钙的大，产生的内应力也较大，裂纹粗而长，且易扩展，所以柱状铁酸 钙的强度及抗低温还原粉化性不如针状铁酸钙。 针状铁酸钙生成的温度范围较窄，约为1 2 0 0 1 2 5 0 。温度超过1 2 5 0 ， 针状铁酸钙量减少1 3 。因此，低温烧结为针状铁酸钙的生成创造了有利的条件。 由于针状铁酸的大量生成，生产出的烧结矿具有良好的还原性、强度及抗低温 还原粉化性。 1 5 5 厚料层烧结 厚料层烧结是7 0 年代发展起来的一项技术措施。我国从7 0 年代开始进行厚 料层烧结试验，8 0 年代初迅速推广普及。 l 、厚料层烧结的主要意义1 3 1 】： 厚料层烧结可以提高烧结矿的强度、降低f e o 、改善其还原性，因此可以改 善烧结矿的质量，提高成品率；此外采用厚料层烧结还可以降低烧结矿能耗。 1 ) 烧结矿质量有所改善的原因： 采用厚料层烧结的操作不但可以相对地减少烧结机表层低质烧结矿的数 量，同时由于机速减慢而使点火时间和高温保持时间延长，表层供热充足，冷 却强度降低，表层烧结矿强度提高，烧结矿的质量得到改善。 料层提高，点火热量增加，特别是烧结层的“自动蓄热”作用得到充分 发挥，使烧结料的配碳量减少，料层中的氧化性气氛加强有利于降低f e o ， 辽宁科技大学硕士学位论文 1 文献综述 促进铁酸钙的形成，因而增加了烧结矿的强度及还原性。 2 ) 能耗降低的主要原因如下： 随着料层变厚，“自动蓄热作用”加强，因此蓄热带入热量增加： f e o 降低，烧结热耗减少，烧结饼带走热量也减少； 由于烧结矿的强度增加，粉末减少，使烧结矿的成品率提高。 推行厚料层烧结，必须严格控制烧结机机速，确保烧好、烧透，使高温固结时 间延长，液相充分形成、发展，矿物结晶完善，从而达到改善烧结矿内部结构和 提高烧结矿质量的目的。 2 、厚料层与生产率的关系【3 2 】 实行厚料层烧结可能减少生产率，因此，通过讨论厚料层烧结中影响的生 产率因素，进而采取措施，来提高生产率。厚料层是否降低生产率可由下面经 验公式来说明。 p = ( q a ) ( h a p ) “ 式中p _ 透气性参数 q 抽风量m v m i n a 抽风面积m ： h 一料层高度m k 抽风负压f f m z n _ 一一般取0 6 由于烧结垂直速度v 与抽风量成正比公式可改写为p = k v l ( n a p ) o6 ，通过 公式可以看出： 1 ) 若料层高度h 上升，透气性p 没改变，抽风负压a p 未变，此时垂直速 度v l 必下降，产量也要下降。若提高料层后，成品率的提高不能补偿它，则产量 下降。 2 ) 若h 上升，p 不变，使a p 有可能上升垂直速度v l 下降比少一些，如 此下降产量与成品率增加相当，则产量不减或稍减。 3 ) 若h 上升，a p 不变，而料层p 改善，垂直速度v 1 比下降少一些，若 v - 下降引起产量损失与成品率增加相当，则不仅产量不减，反而略有提高。 因此要想在厚料层作业的同时不使烧结减产，我们可以提高料层透气性、提 高风机的抽风负压能力及降低料层阻力、堵塞漏风等措施。 辽宁科技大学硕士学位论文l 文献综述 1 5 6 高碱度烧结 商碱度烧结矿出现于2 0 世纪6 0 年代，以其碱度高，冶金性能优良，具有f e o 低、还原性好和强度高等特征；根本原凶是其主要粘结相为铁酸钙( s f c a ) 系矿 物。所谓高碱度烧结矿，是指除满足自身造渣需要的碱性氧化物外尚有多余的 c a o ，可供天然富矿或球团矿中的酸性脉石造渣，即能起熔剂作用的烧结矿。高 碱度烧结矿的研究和生产是在自熔性烧结矿大规模生产的基础上提出来的。高碱 度烧结矿的优良特性及形成的具体原因是： 1 ) 机械强度好，还原性好。烧结矿碱度是决定铁酸钙生成量的一个关键因素。 适当提高碱度为促进还原性和强度均较好的铁酸钙生成，而还原性差的玻璃质减 少。另外，由于大量的、呈网状分布的铁酸钙将磁铁矿溶蚀，形成强度和还原性 较好的溶蚀结构。此外，由于高碱度烧结矿的熔体表面张力较大，烧结过程不易 被风吹成薄壁大气孑l 。这些都有助于改善烧结矿的机械强度和还原性。图1 4 为 烧结矿碱度与还原度的关系。图1 3 1 4 为重钢低品位烧结矿转鼓指数随碱度的变 化情况 表l ，5 重钢不同碱度烧结矿工业试验结果 营 譬 巅 靶 描 拯 图13 烧结矿碱度与强度的关系 辽宁科技大学硕士学位论文 1 丈献综述 孚 世 隧 矧 图1 4 烧结矿碱度与还原度的关系 2 ) 粒度组成均匀。由于烧损大，残存率低，收率大，加之料层温度较低，不 易产生过熔，因而大块烧结矿减少；再因高碱度烧结矿强度好，粉化现象少，故 粉末含量降低。因此高碱度烧结矿粒度组成比较均匀。 3 ) 低温还原粉化率较低。由于高碱度烧结矿因铁酸钙的形成，使赤铁矿含 量明显减少，所以还原粉化率降低。 适当提高碱度有利于改善烧结矿的强度和还原性，但是过高的碱度反而会破 坏其强度。当碱度高于2 2 2 4 时，易生成铁酸二钙( 2 c a o f e 2 0 3 ) ，使得烧结矿 中出现裂纹、强度降低。此外，碱度过高很容易造成烧结矿的碱度波动，影响其 质量的稳定性 3 4 。 4 辽宁科技大学硕士学位论j =2 烧鲒杯试验 2 烧结杯试验 2 1 烧结杯试验目的 东烧提铁降硅后赤铁反浮选细精矿在烧结过程中出现的配料操作难、混匀难、 造球难、烧结难、产品强度低等问题，一直还未得到解决。国内些烧结厂对烧 结混合料中加入生石灰的作用，进行了工业性试验，其结果表明：加入生石灰， 可以提高烧结料温度，提高造球效果，改善料层透气性、提高烧结矿产量和质量。 因此，本试验的目的是通过烧结杯试验研究生石灰对自产精矿烧结的作用及影响， 找出最适宜的配比，为进行工业性试验提高可靠的工艺参数。 2 2 烧结杯试验设计 本次试验生石灰添加量采用0 、3 、5 - - 种配比。由于生石灰消化受水分影 响，混合料水分控制7 6 、7 8 、8 o 。试验采用生石灰配比、燃料配比、混合 料水分三因素三水平正交设计，因素水平编码见表2 1 ，试验设计方案见表2 2 ， 表配料比见2 - 3 ，烧结矿碱度2 0 倍，工艺参数：料层厚度6 0 0 r n m ，点火温度 1 l o o 士5 0 ，点火负压8 0 0 0 p a 。 表2 1 因素水平编码 辽宁科技大学硕士学位论文 2 烧结杯试验 表2 3 主要配料比 2 _ 3 烧结杯试验结果 2 3 1 制粒试验结果 添加生石灰后混合料制粒指标的变化见表2 4 。 6 辽宁科技大学硕士学位论文 2 烧结杯试验 表24 混合料指标 指生料层阻力p a 混合料的粒度组成，m m 编 标石 平均 灰1 耐h2 0 m ： h ) 1 0 1 0 88 、55 33 1 削 4 0 生石灰 f i l m 平均值 6 平均值 8 3 3 1 5 4 7 1 9 1 3 1 6 3 9 1 6 9 9 2 3 5 8 2 7 3 6 2 0 0 2 2 3 6 5 2 1 5 3 1 3 6 7 成品粒度组成 4 0 “2 52 5 】6 1 6 1 01 0 “5 a mm i dm m 咖 3 0 0 62 1 2 91 8 1 l 3 0 9 82 0 9 7 2 9 81 7 4 7 3 0 2 81 9 9 1 3 7 ，2 72 1 4 4 3 5 2 31 5 9 6 3 3 2 92 0 5 5 3 5 2 61 9 3 2 3 3 3 52 1 9 5 3 6 3 12 4 4 9 1 7 5 1 7 8 4 1 7 8 2 1 2 7 4 1 5 1 4 1 5 ，4 7 1 4 4 5 1 6 5 5 1 7 1 4 9 51 5 6 83 0 0 72 2 1 62 1 1 1 平均粒径 2 3 3 52 5 2 0 1 9 7 92 6 7 3 2 7 6 4 2 5 0 3 2 35 92 5 6 3 1 2 2 62 9 6 9 1 4 0 83 0 0 6 1 7 9 6 2 7 4 0 1 4 7 72 9 0 5 1 4 0 22 8 2 3 1 5 9 32 6 3 9 1 8 1 9 2 5 4 8 平均值1 6 9 63 3 2 42 2 8 71 8 2 7 1 6 0 52 6 7 2 4 烧结杯试验指标分析 根据试验指标及计算结果绘制出指标直观分析图( 见图2 1 2 5 ) 进行分析。 ( 1 ) 混合料透气性分析( 见图2 1 ) 有图2 1 可以看出，随着生石灰用量的增加，料层阻力明显降低，料层透气 性大大改善。在三个关系中，生石灰用量为主要因素，混合料透气性的最佳条件 为：生石灰配比为5 ，燃料配比为1 7 ，混合料水分为7 6 。 倒2l 乍f 灰对糊层阻力直观分析 0 辽宁科技大学硕士学位论文 2 烧结杯试验 ( 2 ) 垂直烧结速度分析( 见图2 2 ) 从图2 2 中可以看出，随着生石灰用量的增加，垂直烧结速度增大。在三个 关系中，仍以生石灰用量为主要因素，垂直烧结速度最大时的条件为：生石灰配 比为5 ，燃耗2 0 或1 7 ，混合料水分为7 6 。 图2 2 生石灰对垂直烧结速度的影响 ( 3 ) 利用系数分析 有图可以看出，随着生石灰的增加，利用系数显著提高，在以上三个关系中， 仍以生石灰用量为主要因素，利用系数最佳的条件为：生石灰配比为5 ，燃耗2 0 或1 7 ，混合料水分为7 6 。 图2 3 生石灰对利用系数的影响 ( 3 ) 转鼓指数分析( 见图2 4 ) 由图2 4 可以看出，当生石灰配比为0 时，烧结矿的转鼓指数最小。在三个 关系中，生石灰用量和燃料用量为主要因素，转鼓指数最佳的条件为：生石灰配 比为3 ，燃耗2 0 ，混合料水分为7 8 。 辽宁科技大学硕士学位论文2 烧结杯试验 图2 4 生石灰对转鼓强度的影响 ( 4 ) 成品率分析( 见图2 5 ) 有图2 5 可以看出，随着生石灰用量的增加，成品率提高，在三个因素中， 生石灰用量为主要因素，成品率最佳的条件为：生石灰配比为5 或3 ，燃耗2 3 混合料水分为7 8 或7 6 。 图2 5 生石灰对成品率的影响 ( 5 ) 成品烧结矿粒度分析( 见图2 6 ) 有图2 6 可以看出，生石灰是影响烧结矿粒度组成的主要因素，降低 5 m m l o m m 粒级含量的条件为，生石灰配比为3 或5 ，燃耗2 0 或2 3 ，混 合料水分为7 8 。 辽宁科技大学硕士学位论文2 烧结杯试验 图2 6 生石灰对5 m m l o m m 粒级含量的影响 2 5 小结 有直观图可以看出：生石灰对自产精矿造球的影响作用比较明显，不加生 石灰时料层阻力平均2 8 3 3 p a ，生石灰添加3 时，料层阻力平均1 8 3 3 p a ，平均料 层阻力下降了3 5 2 9 ；而当生石灰添加5 时，料层阻力平均1 4 8 3 p a ，和添加量 为3 时相比，下降了1 9 。可以说明：生石灰对自产精矿造球的作用明显，不但 能改善混合料的粒度结构，而且还提高了小球的表面质量。同时，由表2 5 可以 看出，添加生石灰后，烧结矿的质量也有了很大的提高，生石灰添加3 时，成品 率提高了9 4 5 ，燃耗下降了1 2 9 7 ，转鼓强度提高了6 4 7 。而当生石灰添加 量为5 时，多项指标更好。根据试验可以总结得出： 1 ) 生石灰添加量 3 时对烧结矿质量的效果明显，最适宜的配入量为 4 5 ，在实际生产条件下，由于制粒效果要比实验室差，漏风率又较高，所以 应适当提高生石灰用量，使生石灰的配入量达到4 “。 2 ) 混合料水分