（钢铁冶金专业论文）基于巴西铁矿的烧结基础性能研究.pdf

摘要 近年来，我国钢铁工业的发展越来越多的依靠进口铁矿石，造成 原料波动大。因此深入研究铁矿石基础性能，为判断其烧结性能，选 择适宜的工艺参数，以及钢铁企业购买铁矿石、进行优化配矿和指导 烧结生产提供有力的根据，对促进我国钢铁工业发展具有重要的现实 意义。 本文通过压团一管炉焙烧一微观检测的方法，研究了铁酸钙形成 特性；采用圆筒制粒、透气性检测、粒度水洗等方法研究了制粒性能， 建立了制粒模型；结合烧结杯试验，建立铁酸钙形成特性和烧结矿转 鼓强度之间的关系，混合料粒度组成和烧结速度之间的关系。 铁酸钙形成特性研究结果表明：各铁矿与氧化钙生成铁酸钙的量 随着燃料、焙烧温度、高温时间的改变呈抛物线变化。粗粒铁矿，铁 矿s i 0 2 含量越高，生成铁酸钙的量就越多；细粒铁矿，s i 0 2 含量越 高，生成铁酸钙的量就越少。铁矿的a 12 0 3 含量和焙烧温度越高，生 成针状铁酸钙的量就越多。在1 2 5 0 下铁矿与c a o 生成的铁酸钙量 越多，其烧结矿的强度也越好。铁矿与c a o 生成最大铁酸钙量越少， 生成的温度越高，铁矿烧结时所需的燃料就越多。 制粒试验研究结果表明：高配比精矿制粒小球的结构模式为： 2 0 - - - , 4 0 自身粒级+ 8 0 - - - - 6 0 准颗粒。烧结混合料制粒的准颗粒以3 8 m m 的为主，核粒子为1 - 5 m m ，且呈动态分布，粘附粉粒子为一0 5 m m 。 混合料5 - - 8 m m 制粒小球的核粉比比其它粒度的都要大。核粉比越 大，+ 5 m m 的含量越大，l - - 5 m m 的粒级含量越少。制粒小球中粘附粉 含量越多，制粒时吸收的水分就要越多。随着精矿配比的增加，所需 的制粒水分逐渐增大，制粒后平均粒度有增大的趋势；高配比精矿制 粒后的混合料比粉矿的透气性要好，但由于制粒水分高，精矿形成铁 酸钙的能力差，使烧结时间长，烧结速度慢。混合料制粒后平均粒度 在4 4 5 m m 时，混合料透气性最好，烧结指标也较好。此时混合料 的核粉比在0 7 左右最好。 关键词：铁矿石，烧结，制粒性能，铁酸钙，转鼓强度 a bs t r a c t a tl a t e s ty e a r , t h ed e v e l o p m e n to fi r o na n ds t e e li n d u s t r ym o r ea n d m o r ed e p e n d so ni m p o r t e di r o no r e si no u rc o u n t r y , a n di tr e s u l t si nt h e l a r g ef l u c t u a t i o ni nt h er a wm a t e r i a l s of u r t h e rr e s e a r c h e so nt h eb a s i c c h a r a c t e r i s t i co fi m p o r t e di r o no r e sp r o v i d ep o w e r f u lb a s i so nj u d g i n gi t s g r a n u l a t i o n a n d s i n t e r i n gp r o p e r t i e s ，s e l e c t i n g f e a s i b l e p r o c e s s i n g p a r a m e t e r , s t e e lc o r p o r a t i o nb u y i n gi r o no r e sa n do p t i m i z i n gt h eo r e m a t c h i n g ，a n dg u i d i n gs i n t e r i n gy i e l d a l s oi th a si m p o r t a n ta n dr e a l i s t i c s i g n i f i c a n c ei nt h ep r o m o t i o no ft h ei r o na n ds t e e li n d u s t r yi no u rc o u n t r y b yt h ew a yo fb r i q u e t t e - r o a s t i n gi nt h et u b em m a n c e m i c r o c e x a m i n a t i o n ，t h ep a p e rr e s e a r c h e st h ef o r m e dc h a r a c t e r i s t i co fc a l s i u m f e r r i t e d i f f e r e n te x p e r i m e n t a lm e t h o d s ，s u c ha s c y l i n d e rg r a n u l a t i o n ， m e a s u r e m e n to fa i rp e r m e a b i l i t yp r o p e r t i e s ，w a t e rs i e v e ，a n ds oo n ，a r e a d o p t e di nt h ee x p e r i m e n t so fg r a n u l a t i o np o p e r t i e sa n dt h ec r e a t i o no f g r a n u l a t i o nm o d e l c o m b i n i n gt h ee x p e r i m e n t si nt h es i n t e r i n gp l o t ，t h e p a p e rc r e a t e st h er e l a t i o no ft h ef o r m e dc h a r a c t e r i s t i co fc a l s i u mf e r r i t e a n dt h et u m b l e rs t r e n g t ho fs i n t e r , a n dt h er e l a t i o no ft h eg r a n u l o m e t r yo f s i n t e rm i xm a t e r i a la n dt h es p e e do f s i n t e r i n g t h ee x p e r i m e n tr e s u l t so ft h ef o r m e dc h a r a c t e r i s t i co fc a l c i u mf e r r i t e s h o w ：a l o n gw i t ht h ec h a n g eo ff u e l ，r o a s t i n gt e m p e r a t u r e ，t i m eo fh i g h t e m p e r a t u r e ，t h eq u a n t i t yo fc a l s i u mf e r r i t ew h i c hy i e i d e db yi r o no r e s a n dc a l c i u mo x i d ec h a n g e sp a r a b o l i c a l l y i ft h eq u a n t i t yo fs i l i c ai nt h e i r o no r e si sm o r e ，t h el a r g e - g r a i n e di r o no r e sy i e l dm o r eq u a n t i t yo f c a l s i u mf e r r i t e ，b u tt h e f i n e g r a i n e d i r o no r e s y i e l d l e s s q u a n t i t y o f c a l s i u mf e r r i t e t h ee x p e r i m e n tr e s u l t so fg r a n u l a t i o nt e s ts h o w ：t h es t r u c t u r em o d e l o fg r a n u l a t i n gp e l l e tw i t hh i g hr a t i oc o n c e n t r a t ei s ：2 0 - - - 4 0 i t s e l fs i z e c l a s sa n d8 0 - - 0 q u a s ig r a n u l e t h eq u a s ig r a n u l eo fg r a n u l a t i n g m i x e dm a t e r i a lf o c u so n38 m m t h en u c l e u sg r a n u l ei s 1 - 。5 m m ， d i s t r i b u t i n gd y n a m i c a l l y t h ea d h e s i v eg r a n u l ei s o 5 m m t h ep r o p o r t i o n o fn u c l e u sg r a n u l ea n da d h e s i v eg r a n u l ei nt h eg r a n u l a t i n gp e l l e tw i t h5 8 m mi sh i g h e rt h a ni t si no t h e rs i z ec l a s s i ft h ep r o p o r t i o no fn u c l e u s g r a n u l ea n da d h e s i v eg r a n u l ei sh i g h e r , t h ec o n t e n to fs i z ec l a s s + 5 m m i s m o r e a n dt h ec o n t e n to fs i z ec l a s s1 5 m mi sl e s s i ft h ec o n t e n to f a d h e s i v eg r a n u l ei n g r a n u l a t i n gp e l l e t i sm o r e ，t h ew a t e ra b s o r b e da t g r a n u l a t i o ni sm o r e a l o n gw i t ht h er a t i oo fc o n c e n t r a t ei n c r e a s i n g ，t h e w a t e ru s e dt og r a n u l a t i o ni n c r e a s e s ，a n dt h ea v e r a g eg r a n u l a r i t yh a st r e n d t oi n c r e a s e t h ea i rp e r m e a b i l i t yo fm i x e dm a t e r i a lw i t hh i g hr a t i o c o n c e n t r a t ei sb e t t e rt h a ni to fm i x e dm a t e r i a lw i t hh i g hr a t i of i n eo r e b u t t h et i m eo fs i n g t e r i n gi sl o n g ，a n dt h es i n t e r i n gv e l o c i t yi ss l o w , b e c a u s e t h ew a t e ri sm o r e ，a n dt h ec a p a b i l i t yo fc o n c e n t r a t ey i e l d i n gc a l c i u m f e r r i t ei sn o tb e t t e r w h e nt h ea v e r a g eg r a n u l a r i t yo fm i x e dm a t e r i a la f t e r g r a n u l a t i o ni si n4 - - - 4 5 m m ，t h ea i rp e r m e a b i l i t yo f m i x e dm a t e r i a li sb e s t ， a n ds i n t e r i n gi n d e xi sa l s ob e t t e r a tt h i st i m e ，t h ep r o p o r t i o no fn u c l e u s g r a n u l ea n da d h e s i v eg r a n u l ea ta b o u t 0 7 i sb e s t k e yw o r d s ：i r o no r e ，s i n t e r i n g ，g r a n u l a t i o np o p e r t i e s ，c a l s i u mf e r r i t e ， t u m b l e rs t r e n g t h 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本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，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。 作者签名：盘墨： 日期：丝星年上月址目 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：建丑导师签名越日期：丛丝年月日 硕上学位论文第一章文献综述 第一章文献综述弟一早义陬琢硷 1 1 我国钢铁工业的发展 近年来，我国钢铁工业实现了飞速发展，从2 0 0 5 年粗钢产量首次突破3 亿t ， 至u 2 0 0 6 年粗钢产量4 2 6 亿t ，再至u 2 0 0 7 年粗钢生产为4 8 9 亿t ，预计至u 2 0 0 8 年我国 钢铁产量突破5 亿t 。作为世界上第一大钢铁生产的国家。按照发达国家的历史经 验表明，我国钢铁工业还有较大的发展空间。美、日、英、法四国1 9 5 5 年2 0 0 2 年历年人均g d p 与钢铁产量的拟合曲线表明，人均g d p 在4 0 0 0 ，- - - 1 0 0 0 0 美元时，国 家的钢铁产量达峰值，同时这一时期也是钢的消费强度最大的时期。按照我国国 民经济的发展目标，今后1 0 - - - 2 0 年内，我国工业化进程将进一步加快。在此期间， 国民经济各工业部门，如汽车、建筑机械、工程机械、家电、计算机、电子元件、 食品加工设备等快速增长，以及交通运输、电力设备、石油、水利建设、环保和 食品加工业的高速发展，都将对钢铁的需求保持较高的消费强度。钢铁行业的产 量也必须同步增长甚至应适当超前发展，才能保证满足国民经济对钢材的需求， 否则将会出现因供不应求而造成对国民经济发展形成新的“瓶颈 ，或出现钢材 大量进口的局面。因此，至少要至u 2 0 2 0 年前后，也就是说要到我国工业化基本实 现后，钢的产量才会趋向于稳定增长。结合我国国民经济发展目标，参考发达国 家工业化时期钢的消费量，并考虑到今后钢产品代用材料生产技术的进步，预测 今后我国钢的消费总量峰值将达4 亿t 左右，之后会稳定在3 亿t 左右( 表卜1 ) u 2 】 o 表1 1 中国钢的需求量预测 t a b l e1 - 1t h ef o r e c a s t i n go fs t e e ld e m a n d si nc h i n a 注：人口预测数字来源于国家计生委的预测方案。 经济活动全球化的发展，使我国钢铁工业面临着与发达国家工业化时期所不 同的发展环境，经受着提高企业的市场竞争力和适应可持续发展的双重挑战。依 照目前全球经济走势，中国市场对钢铁产品需求将持续增长，这对包括中国钢铁 硕士学位论文第一章文献综述 工业在内的全球钢铁业是一个较大的发展空间，同时也对钢铁原料供应和冶金物 流业等支撑条件带来严峻考验。未来应加强我国钢铁工业发展的支撑条件研究， 如铁矿资源、煤炭资源、水资源的保证程度以及环境保护因素对我国钢铁工业发 展的影响；制定长期稳定的钢铁原料供应战略，建立强大的冶金物流体系；同时， 应借国际企业重组之机，合理调配产能，优化产品结构，重点发展高质量、高附 加值的产品，提高产品的国际竞争力口 6 ，。 1 2 铁矿石资源及生产状况 铁是地球上最丰富的元素，其成因类型多种多样。根据美国矿务局数据，按 含铁量计算世界铁矿总资源约为1 9 6 4 亿t ，其中工业储量9 3 0 亿t 。欧洲总资源为 6 2 2 亿t ，工业储量3 5 0 亿t ；北美总资源4 4 4 亿t ，工业储量1 4 9 亿t ；亚洲总资源1 7 1 亿t ，工业储量1 0 2 亿t ；前苏联总资源5 1 7 亿t ，工业储量2 8 1 亿t ；巴西平均含铁 5 8 ，总资源2 6 0 亿t ，工业储量1 6 0 亿t ；澳大利亚总资源1 8 1 亿t ，工业储量1 0 7 亿t ；加拿大总资源2 6 3 亿t 。在开采方面，澳大利亚采用分步择优开发的办法， 不断扩大生产规模提高生产能力。在综合利用方面，前苏联将开采铁矿剥离岩石 生产碎石、砂子等作为建筑材料以及各种墙体材料，有的回收磷灰石、钒、硫、 磷等原料川。 1 2 1 世界铁矿石资源及生产状况 世界铁矿资源主要集中在俄罗斯、巴西、中国、加拿大、澳大利亚、印度、 美国、法国、瑞典。此外，英国、委内瑞拉、智利、利比里亚，南非等国家储量 也比较丰富陋1 。其中巴西、澳大利亚、印度、加拿大和南非等国的储量约占世界 总储量的7 8 。 巴西铁矿石资源储量丰富，分布集中，主要在南部的米纳斯吉拉斯和北 部的卡拉加斯地区。南部主要是镜铁矿资源，北部主要为多孔赤铁矿资源。巴西 铁矿具有品位高、铝低、有害杂质少、烧结性能好的特点，加之巴西港口条件好， 巴西铁矿被世界各国钢铁厂所普遍使用。巴西是世界上第二大铁矿石生产国，同 时也是世界上第一大铁矿石出口国，其铁矿石产量的7 0 以上用于出口。欧洲因 离巴西近，运费低，是巴西铁矿出口的主要市场。但由于近年来我国钢铁业的发 展，我国对铁矿石的需求量逐渐增大，因而从巴西进口的铁矿也越来越多。澳大 利亚是世界上第二大铁矿石出口国，印度、南非、秘鲁、智利和委内瑞拉也都是 世界上重要的铁矿石出口国旧1 。 目前随着钢铁企业的发展，国际矿业公司也加快了结构重组合并的进程。巴 2 硕士学位论文 第一章文献综述 西淡水河谷公司、力拓矿业公司( r i o t i n t o ) 和必和必托公司( b h pb i l l i t i o n ) 三大铁矿石供应商控制了世界铁矿石贸易量的7 2 3 n 0 1 3 1 。其中巴西淡水河谷公 司铁矿石产量占巴西全国总产量的8 0 ，在巴西现拥有2 亿t 铁矿石生产规模， 居世界第一位，而且该公司已将之前铁矿石的年产量由现在的2 亿t 增产到4 亿t 的水平，其保有铁矿储量约为4 0 亿t 。 1 2 2 我国铁矿石资源及生产状况 建国5 0 多年，我国进行了大量的铁矿地质勘察工作，基本探明了我国的铁 矿资源n 3 1 。有关资料显示，中国铁矿石探明储量约4 8 6 亿t ，但可开采储量不足 1 8 0 亿t ，如按照目前的开采速度计算，保证年限不到6 0 年。我国铁矿资源分布 较广，储量较为集中的地区有鞍本地区、冀东地区、四川西昌、山西太古岚、湖 北大冶及内蒙古白云鄂博等地区。中国铁矿石类型多，有磁铁矿、钒钛磁铁矿、 赤铁矿，另外还有褐铁矿、菱铁矿和镜铁矿。磁铁矿是我国最主要的铁矿石原料， 属易选、利用率高的矿石类型，其储量和开采量均居各类铁矿石之首，探明储量 约占总储量的5 0 ，主要分布于辽宁、河北、山西、山东、安徽和内蒙古等省区； 赤铁矿含铁量在3 0 5 0 ，含磷高，属难选矿石，探明储量约占总储量的1 8 ， 主要分布于辽宁、湖北、河北、四川、湖南和内蒙古等省区；钒钛磁铁矿含铁量 一般在3 0 以下，伴生v 、t i 等贵重金属，矿床规模大，易采易选，探明储量约 占总储量的1 4 ，主要分布在四川和河北两省。中国铁矿石品位低，氧化矿，多 金属伴生矿多，难选矿多，绝大数铁矿石需经复杂磨选工艺处理，细粒铁精矿是 铁矿生产企业的主产品n4 l 。我国铁矿资源保有储量5 0 0 亿t ，其中工业储量2 5 0 亿t ，铁矿石的平均品位3 3 n 引。我国铁矿石不仅含铁低，9 0 以上都要经过选矿， 而且还具有矿物嵌布粒度细、杂质多的特点，选矿难度大。我国拥有采矿权的铁 矿企业有5 7 1 2 家，其中重点矿山4 4 座，地方矿山5 6 6 8 座。尽管9 0 以上的铁 矿入选，但铁精矿的杂质还是比较多n 6 1 。 由于国内已探明可采铁矿资源有限，国产矿在数量上不能满足钢铁工业发展 需要；世界铁矿资源储量丰富，含铁品位高，杂质含量较低，与国内资源和市场 互补性强；经济全球化进程加快，国际矿业投资环境的明显改善，有利于我国扩 大利用其他国家的铁矿资源。为满足我国同益发展的钢铁生产，我国于1 9 7 3 年 开始了进口铁矿，1 9 9 9 年我国铁矿石进口量为5 5 0 0 万t ，2 0 0 2 年进口量上升到 1 1 亿t ，2 0 0 3 年铁矿石进口量达到了1 4 8 亿t ，超过了日本，成为全球第一大 铁矿石进口国，市场份额增加至2 8 5 。2 0 0 4 年中国的铁矿石消费为5 4 亿t ( 同 比增加1 9 ) ；其中国产矿石3 4 亿t ( 同比增幅为ll ) ，进口矿石2 1 亿t ( 同 硕士学位论文 第一章文献综述 比增幅为4 2 ) 。2 0 0 4 年中国铁矿石原材料进口依赖程度达到了3 8 。进口国家 也呈多元化趋势，由最初澳大利亚，扩大到巴西、印度、南非和加拿大等十多个 国家。2 0 0 5 年累计进口量达到2 7 5 2 6 亿t ，同比增长3 2 2 8 n6 l 。2 0 0 6 年进口量 将超过3 2 6 3 0 亿t ，同比上年增长1 5 6 4 。2 0 0 7 年我国进口铁矿石3 8 亿t ， 比2 0 0 6 年同期增长5 6 7 9 万t ，增长1 7 4 ；主要来自澳大利亚1 4 5 6 0 9 1 万t ， 占总量的3 8 ，巴西9 7 6 2 9 3 万t ，占2 5 4 ；印度7 9 3 6 9 2 万t ，占2 0 7 2 ； 南非1 2 2 3 0 2 万t ，占3 1 9 。以上四国全年合计进口3 3 4 8 3 7 8 万t ，占总量的 8 7 3 9 ，比2 0 0 6 年下降了1 4 7 个百分点。除上述四国外，2 0 0 7 年从其他国家、 地区进口铁矿石4 8 2 5 3 5 万t ，比上年增加1 1 8 8 9 7 万t ，增长3 2 7 ，比进口 总量增幅高1 5 3 个百分点，占进口总量的1 2 6 1 ，比2 0 0 6 年提前1 4 7 个百分 点。其中，进口数量较多的国家、地区是加拿大5 9 3 3 6 万t ，俄罗斯5 3 9 8 万t ， 伊朗5 0 3 9 万t 等。近年来我国进口铁矿石总量变化如图卜1 所示1 。 訾 攀 啦| l l k k 弗 制 图1 - 1 近年来我国进口铁矿石的变化 f i g 1 - 1t h ev a r i e t yo fi m p o r t e di r o no r e si nc h i n aa tl a t e s ty e a r s 从图1 - 1 中，可以看出自1 9 9 9 年以后我国进口铁矿石总量增加迅速，这说 明国内生产的铁矿石远不能满足国内钢铁企业的需要，因此如何合理利用进口铁 矿石将成为我国钢铁工业长期的研究重点。 1 3 铁矿石烧结技术的发展 铁矿石烧结工艺是对细粒含铁物料( 如天然矿石的细粒部分，铁矿石分级所 产生的细粒级、由选矿得到的细磨物料等) 进行造块，以保证高炉料柱良好的透 气性。经过烧结，那些难还原，或还原时易粉化或出现体积膨胀的矿石可以转变 成性能稳定和易还原的炉料。并且在炼铁生产中造渣所需的熔剂在炉料入炉前加 4 4 4 3 3 2 2 1 1 0 o 硕士学位论文第一章文献综述 入到烧结料中，不仅除去水分和烧损，而且可以减少炉料种类的数目和改进造块 产品的质量。 我国的高炉炉料是以烧结矿为主的，一方面烧结矿的质量直接影响着高炉生 产的质量；另一方面，烧结厂不仅是能耗大户，而且它所生产的烧结矿质量还会 直接影响着高炉炼铁的焦比8 1 9 1 。因此铁矿烧结技术的发展对钢铁工业的发展具 有重要意义。 烧结技术自1 8 9 7 年t h u n t i n g t o n 等申请硫化铅矿焙烧专利以来已经有1 0 0 多年的历史了，1 9 0 5 年e j s a v e l s b e r g 首次发明抽风连续带式烧结机用于铁矿 粉烧结。带式烧结机由于生产能力大而在铁矿石烧结中广泛应用，随着钢铁工业 的发展，其规模也在不断增大。例如日本从2 0 世纪7 0 年代已将烧结机面积从 4 0 0 、5 0 0 扩大到6 0 0 m 2 ，台车宽从4 m 增加到5 m 。我国最初的烧结设备是建国初 期首钢的烧结锅，本钢的烧结盘和鞍钢的5 0 m 2 带式烧结机。1 9 5 2 年从苏联引进 了当时面积最大的7 5 m 2 烧结机。直到2 0 世纪8 0 年代初宝钢引进日本4 5 0 m 2 烧结 机。经过消化和移植，于2 0 世纪9 0 年代我国已能自行设计和制造该规格的烧结 机啪硼3 。 从最初的间断作业的烧结锅到今天的大规模的连续带式烧结机，铁矿石烧结 设备已经经历了翻天覆地的变化，烧结生产规模和技术发展也进一步深化，主要 包括m 3 3 3 ： ( 1 ) 产量高速增长。随着我国生铁产量的高速增长，2 0 0 0 年我国烧结矿 产量只有1 6 8 4 4 万t ，2 0 0 5 年全国烧结矿产量达到3 6 9 2 3 力t ，“十五 期间， 我国烧结矿共增产2 0 0 7 9 万t ，平均每年增长高达4 0 1 5 8 万t ，这样的增长速度 史无前例。 ( 2 ) 设备大型化。2 0 0 5 年底我国已投产的烧结机中，有1 9 台3 0 0 4 9 5 m 2 大型烧结机，面积达7 2 1l m 2 ，平均单机面积3 8 0 m 2 。 ( 3 ) 烧结矿质量提高，技术经济指标改善。作业率和从业人员劳动生产率逐 年稳步提升，烧结矿强度和合格率越来越高，固体燃料消耗和工序能耗逐年下降， 烧结机利用系数和碱度趋于稳定，这说明烧结矿的质量变好，而能耗指标下降。 ( 4 ) 原料混匀技术的发展。由于铁矿石来源广，品位波动大，导致烧结矿 品位波动大，影响高炉冶炼指标。建设原料混匀料场是实现原料成分稳定的有效 办法。一般烧结用的含铁原料来源广泛，品种较多，品位波动在1 5 3 ，建 设原料场后，含铁原料经过分堆堆存、混匀工艺处理后，品位波动可以稳定在 o 5 以下。根据国内外有关厂经验数据表明，当含铁原料品位波动每减少0 1 时，可使焦比降低0 2 0 4 6 ，炼铁产量增加0 3 - - 0 6 ，烧结燃料消耗降低 0 6 - - - 1 2 。现在，国外一些钢铁企业混匀矿品位波动可达到0 3 以下，国内 5 硕 j 学位论文 第一章文献综述 企业在建设了一批现代化的混匀料场，有效地克服了矿石成分波动大的问题。部 分先进钢铁企业如宝钢、马钢等混匀矿品位波动也已达到0 4 以下。 ( 5 ) 厚料层技术的应用。烧结机料层厚度逐年增加，国内大中型烧结机料 层厚度已达到6 0 0 8 0 0 胁。厚料层的发展主要得益于我国烧结设备的大型化， 工艺流程的完善和原料条件。为了提高料层厚度，可在改善原料结构，强化混合 料制粒，改善料层透气性和降低漏风率等方面采取有效措施。料层厚度增加，表 层烧结矿所占比重较低，成品率相应提高，返矿率下降，并可充分利用烧结过程 的自动蓄热，减少固体燃料消耗。但料层厚度增加，会增加上下层烧结矿的不均 匀性，且阻力增大，产量下降。因此，料层厚度也不是越高越好。 ( 6 ) 节能技术的采用。烧结的节能方向主要是降低电耗、固体燃料消耗、 点火煤气消耗以及余热回收。在降低电耗方面，我国在降低抽风系统的漏风率和 变频调速技术的应用取得一些进步，但还不够。各种先进的、节能效果显著的点 火器已在很多烧结厂得到推广应用，使烧结点火煤气的消耗逐渐下降。烧结固体 燃料消耗从2 0 0 1 年5 9 k g t 降低到2 0 0 5 年5 3 k g t ，每年稳步下降，这主要得益 于烧结机大型化，厚料层烧结和工艺流程更加完善。 ( 7 ) 环保技术施行。烧结的环保技术实施的主要方向是除尘技术和脱硫技 术。烧结过程中的粉尘主要来自熔剂、燃料在破碎、配料、混合及转运过程中产 生的粉尘；混合料在烧结过程中主抽风系统产生的大量含尘、s o 。废气；烧结矿 在破碎、筛分整粒、返矿、转运过程中产生的大量含尘废气等。我国新建或改造 的大中型烧结机的烧结烟气除尘几乎全部采用高效干式电除尘，除尘效率达 9 9 。环境除尘也都采用了高效布袋除尘器或干式电除尘器，取代了落后的多管 和旋风除尘器。另一方面，烧结的设备大型化和自动化，采用铺底料，气力输送 除尘灰等措施减少了粉尘的产生。除尘技术的发展使我国烧结车间环境大大改 善。 1 4 烧结铁矿的基础性能研究现状 我国高炉炼铁中烧结矿的比例在7 5 左右，铁矿在新混合料( 除返矿外) 中 又占8 0 左右，铁矿的性能是影响烧结生产及烧结矿产质量指标的主要因素。一 般来讲，铁矿的性能主要包括它在常温态下体现出的性能( 本论文称之为冷态性 能，主要有化学成分、物理性能、矿物组成和微观结构) ，在高温( 1 0 0 0 c ) 时 体现出的性能( 本论文称之为热态性能，主要包括与熔剂的反应性能、成矿性能 等) ，在混合料制粒过程中表现出的性能( 本论文称之为制粒性能) 。 6 硕十学位论文第一章文献综述 1 4 1 铁矿冷态性能的研究现状 铁矿石的冷态性能方面的研究相对较多，目前一般也是根据铁矿的化学成 分、粒度组成来评价铁矿石、制定价格。主要包括：铁矿的化学成分( t f e 、s i0 2 、 c a o 、m g o 、a 1 ：0 3 、f e o 、i g 等) 、铁矿的物理性能( 粒度组成、亲水性、密度、 比表面积、孔隙率、颗粒形貌等) 、铁矿石的矿物组成和显微结构。 ( 1 ) 铁矿化学成分的影响 铁矿中f e 的含量和存在形式直接决定着烧结配矿和烧结工艺的选择，它是评 价铁矿石性能和制定矿石价格最基本的参考指标。铁矿石t f e 含量越高，烧结中 越多机会和熔剂生成低熔点的物质，形成液相，使烧结容易进行，烧结矿质量变 好。铁矿中的铁元素部分以f e o 的形式存在于烧结矿中，而烧结矿中的f e o 含量的 波动区间越窄，烧结过程便越稳定。降低烧结矿f e o 含量，有利于改善烧结矿的 还原性；但过低的f e o 又会影响烧结矿的强度，恶化低温还原粉化性。 当铁矿粉中含有一定数量的s i 0 2 时，在烧结过程中会产生一定数量的液相， 作为矿粉晶粒粘结的基础，有利于烧结矿强度的提高。矿粉中的s i o 。含量高时， 极易与熔剂中的c a o 在烧结时形成2 c a o s i o 。，冷却时2 c a o s i o 。晶型转变， 由于晶型转变后，密度减小，使烧结矿内应力增大，从而使得烧结矿强度降低。 矿粉中的s i o 。含量低时，导致烧结过程中产生的液相量不足，会导致烧结成品 率和强度较低。s i o ：的含量对铁酸钙的形态起着决定性的作用。当s i o ：的含量 3 时，铁酸钙明显地由块状向针状发展。一般认为：铁矿中的s i o ：的含量以4 为宜m 蛳。 a l ：o 。含量主要由矿石中的高岭土和固体燃料灰分带入，有使熔点降低的趋 势。a 1 ：0 。对形成针状铁酸钙量的影响较大，a 1 ：0 。能增加液相表面张力，降低液 相粘度，促进氧离子扩散，有利于铁酸钙的生成；a 1 。0 。过高，会促使f e ：o 。还原 应力集中和膨胀裂纹扩展，从而会加剧低温还原粉化；a 1 ：0 。过低，针状铁酸钙 量就越少或者没有针状铁酸钙生成。 m g o 含量由白云石和蛇纹石等熔剂带入，有使熔点升高的趋势，但m g o 能改 善烧结矿的低温还原粉化现象。m g o 及f e o 能形成f e 0 2 + 和m 9 2 + ，而f e 0 2 + 和m 9 2 + 是碱性物质，是硅酸盐网络的抑制物，因而能降低液相的粘度，使液相流动性增 大3 7 鹪| 。 ( 2 ) 铁矿石物理性能的影响 铁矿石的不同粒度组成在烧结过程中有不同的烧结行为，矿石粗粒部分因未 熔化而在烧结矿中保留下来，若矿粒不易熔融粘结，成型条件变坏，使烧结矿强 度降低。矿石细粒部分容易熔化而形成粘结相。但矿粉的粒度过小，会影响烧结 料的透气性。一般认为：矿粉粒度应限制在8 l o m m 以下，对于高碱度烧结矿粉， 7 硕士学位论文 第一章文献综述 为有利于铁酸钙系液相的生成，矿粉的粒度应不大于6 - - - - 8 m m m l 。 铁矿的粒度组成、比表面积、孔隙率、颗粒形貌等物理性能对其烧结过程的 影响具体表现在制粒效果方面，烧结物料的原始料层透气性又对烧结矿的产质量 起着举足重轻的作用，因此铁矿的这些性能也影响着其烧结矿的产质量指标。 ( 3 ) 铁矿石矿物组成的影响 目前用于烧结的铁矿石主要有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、镜铁矿等，国内 基本以磁铁矿和赤铁矿为主。磁铁矿烧结要比赤铁矿复杂，这是因为磁铁矿特有 的尖晶石结构常固溶不同杂质，而且脉石矿物种类变化也很大。磁铁矿在烧结过 程中不能直接与c a o 作用生成铁酸钙，f e 。0 4 必须先氧化生成f e ：0 。，然后才能与 c a o 作用生成铁酸钙。磁铁矿烧结时，铁酸钙的形成主要在高温冷却带发生，在 燃烧带前s f c a 基本不形成，由于烧结过程中冷却带较窄，时间很短，铁酸钙的 生成量是很有限的，烧结矿中最高含量为3 0 - - 3 5 h 引。赤铁矿在烧结过程中 直接与c a o 作用在较低温度下开始生成的铁酸钙，到达一定温度，一般在11 5 0 铁酸钙熔化形成粘结相。赤铁矿烧结时，在燃烧带迅速形成大量的针状铁酸钙， 烧结矿中最终铁酸钙的含量多达5 0 。而烧结矿中铁酸钙的含量和结晶形态决 定着烧结矿的质量，因此铁矿生成铁酸钙的特性是影响烧结矿的产质量指标的主 要内在因素h 1 4 5 1 。 1 4 2 铁矿热态性能的研究现状 铁矿粉烧结的理论和实践表明：在烧结粘结相中，铁酸钙粘结相是最优的， 增加烧结矿中的铁酸钙含量有利于提高烧结矿的强度，又有利于改善烧结矿的还 原性，如果烧结矿中的铁酸钙数量较多且大多以熔蚀交织状存在，则烧结矿的还 原性和强度均会明显改善。目前，铁矿石与氧化钙反应生成液相的能力已经成为 评价烧结用铁矿石的一项基础性能【3 。铁矿烧结过程中，铁矿粉与氧化钙反应生 成铁酸钙的难易程度不仅与烧结矿质量密切相关而且影响烧结能耗。当某种铁矿 粉与氧化钙较易形成铁酸钙时，可以实现低温烧结，烧结能耗降低，烧结矿质量 容易保证；相反，若铁酸钙难生成，为了保证足够的液相量就要提高配碳，造成 烧结能耗增加。由于各种铁矿石地质成因各异，物理化学性质各异，因此它们与 氧化钙的反应能力有很大的差别。因此，有必要对铁矿石的铁酸钙生成特性进行 研究。 国内外研究铁矿热态性能的基本思路和方法主要有以下几种： ( 1 ) t a k a y u k im a e d a ，y o i c h io n o 等6 1 将粉状的化学试剂按设定的成分混 合，压制成直径4 5 - 4 7 m m 的压块，然后放入镁质坩埚中加热到1 3 0 0 ，用来研 究铁酸钙及孔洞的情况，该方法还对压块做了还原性测定。 8 硕士学位论文 第一章文献综述 ( 2 ) 日本的f u m i om a t s l j n 0 和t a k e oh a r a d a h 7 1 将各种原料粉碎至0 1 2 5 m m 以下，配料混匀后，把约1 5 9 的混合料在钢模中压成直径1 5 m m 的小饼，然后放 到电炉中加热到所需温度，最后通过显微镜，x 一衍射、e p m a 观察并检查结果。 ( 3 ) 台湾的l ih e n g 和s h e f f i e l d 大学的j a w h i t e m a n h 8 4 们采用全封闭的 反应体系卧式管炉研究了原料特性对矿相结构的影响，将各种原料粉碎至 0 1 2 5 m m 以下，混合后压团，然后放到电炉中加热到所需温度，焙烧过程中通入 n 。、a i r 、c o 、c o 。混合气体来模拟烧结气氛，最后也是通过显微镜，x 一衍射、e p m a 观察并检查结果。 ( 4 ) b h p 公司嘞1 将各种原料粉碎至0 1 2 5 m m 以下，混合后压团，然后放到红 外加热炉中加热到所需温度，焙烧过程中通入n ：、a i r 、c o 、c o ：混合气体来模拟 烧结气氛，研究了烧结核料被同化的影响因素，以及在红外线加热炉中合成针状 铁酸钙等矿物的反应情况。 ( 5 ) 比利时的r e n a r dc h a i g n e a u 瞄将各种原料粉碎至一定粒度后，用红外 加热炉研究了烧结合成反应。 ( 6 ) 北京科技大学烧结球团研究室畸2 1 将各种原料粉碎至一定粒度后，利用 自行设计的微型烧结装置( 红外线加热炉) 研究了同化性能、液相流动性能( 用 流动性指数衡量) 、粘结相强度性能、铁酸钙生成性能。 ( 7 ) 东北大学材料与冶金学院畸引，将各种原料粉碎至一定粒度后，利用熔 体物性综合仪主要研究了粘结相强度。 ( 8 ) 中南大学烧结球团研究所嘲1 利用压团管炉焙烧方法，将各种原料 粉碎至一定粒度后，主要研究了铁酸钙开始大量生成的温度t 。脯，铁酸钙最大生 成温度t 。，铁酸钙最大生成量q 舾。，铁酸钙大量生成的温度区间么t 。，性能。 上述研究均将物料磨至一定的粒度后进行矿相特征的研究，未考虑物料粒度 对热态性能的影响。其次，研究所使用的加热装置有电炉、管炉、红外加热炉、 熔体物性综合仪，红外线加热炉能够快速升温，较好地模拟烧结过程温度的 变化；但其价格昂贵，难以广泛应用。再次，同化性能只说明了哪种铁矿石易生 成低熔点液相，而不能说明液相生成量的问题。液相生成量的多少直接关系到烧 结矿的强度指标。在液相生成量不同的情况下，通过考察“流动性指数”来说明 不同铁矿石生成液相的流动性有很大的局限性。因为在试验条件下，不同的铁矿 石生成的低熔点液相的量不同，生成的低熔点液相的黏度的差异都会造成“流动 性指数”的不同，而且在一定温度下，铁矿石本身也会发生软化，因此很难确定 “流动性指数”的不同是有什么原因造成的。同理，在试验条件下，不同铁矿石 生成不等量的低熔点液相，这也会造成强度的差异，而并非是粘结相本身的特性 造成粘结强度的差异。因为对于低熔点液相铁酸钙而言，高于一定的温度，它会 9 硕士学位论文第一章文献综述 分解。 上述研究还没有形成一个定量的评价铁矿石热态性能的指标，但以铁酸钙 生成特性来作为铁矿石热态性能的一个内容，这点已经得到了共识。 1 4 3 影响铁矿石的铁酸钙生成特性的因素 影响铁矿石的铁酸钙生成特性的因素较多，主要包括以下三个方面：( 1 ) 烧结主要参数，包括配碳量、烧结温度、碱度等。( 2 ) 铁矿石的性质，即自身特 性，包括铁矿粉的种类、粒度组成、致密性、化学成分( 包括c a o 、m g o 、s i o 。 和a 1 ：0 3 ) 等。( 3 ) 其它工艺条件。其中铁矿粉的自身特性是影响s f c a 生成能力 的重要因素恤5 5 7 j 。 ( 1 ) 烧结主要参数的影响 烧结料中配碳量的多少决定着烧结温度、烧结速度及气氛条件，并对烧结 矿中的铁酸钙的形成和结构有很大的影响。有关研究表明嘞 5 7 1 ：当配碳量过少， 赤铁矿不能足够的还原和分解，燃烧带产生的融化物数量少，烧结矿中有可能存 在不经过液相的橄榄石晶粒，抑制了铁酸钙的形成，降低了烧结矿的强度。正常 的固定碳用量时，烧结过程的温度和气氛较适宜、只有少量铁橄榄石、少量的浮 氏体、残存的原赤铁矿和s i 0 2 ，铁酸钙有大量的生成；当含碳量过多时，浮氏体 和铁橄榄石大大增加，铁酸钙容易分解，导致含量的减少。 烧结温度是铁酸钙形成的一个重要影响因素。有关研究表明嘲4 u 当烧结温 度为1 1 0 0 1 2 0 0 时，出现1 0 - - - 2 0 的铁酸钙，晶粒间未连接，所以强度差； 当烧结温度升高的1 2 0 0 1 2 5 0 时，出现2 0 - - 3 0 的铁酸钙，生成晶桥开始 连接，有针状交织结构出现，强度较好；当烧结温度升高的1 2 5 0 1 2 8 0 时 出现3 0 - - - 4 0 的铁酸钙，形成针状交织结构，强度最好；当烧结温度升高的1 2 8 0 1 3 0 0 时以后，铁酸钙下降到2 0 - - - 3 0 的，铁酸钙的形貌也