烧结生成工艺及生产的工艺流程实验研究毕业论文.doc

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第II页烧结生成工艺及生产的工艺流程实验研究毕业论文目录1综述11.1烧结生产概况11.1.1国内烧结生产现状11.1.2国外烧结生产现状21.1.3烧结生产的目的31.1.4烧结矿指标对高炉冶炼过程的影响41.1.5生产新工艺和新技术61.2烧结成矿机理101.2.1烧结过程中的固相反应101.2.2烧结过程中的液相生成101.2.3烧结过程中的冷凝固结111.3烧结矿矿相结构及物理性质对烧结矿质量的因素111.4烧结矿指标和冶金性能的影响因素131.5烧结生成工艺及生产的工艺流程161.5.1烧结生成工艺161.5.2烧结生产的工艺流程171.5.2.1烧结原料的准备171.5.2.2配料与混合171.5.2.3烧结生产181.6课题的意义212、原、燃料条件及评价222.1烧结用原料条件222.2 烧结用燃料性质评价222.2.1 燃料的粒度222.2.2燃料的基本性质232.2.2.1燃料的工业分析、元素分析232.2.2.2. 燃料的灰成分和灰熔点242.2.3 燃料的反应性262.2.4 燃料的热分析262.2.4.1粉末状燃料的分析262.2.4.2 颗粒状燃料的热分析272.3原、燃料配比283、实验研究内容和方法293.1实验方法过程及性能检测293.1.1烧结矿293.1.2.落下实验303.1.3.转鼓实验313.1.4.还原实验313.1.5.滴落实验323.2烧结矿生产和质量指标334、实验结果及分析354.1 烧结矿产量，强度，化学和矿物组成实验结果及其分析354.1.1烧结料混合指标354.1.2.烧结矿的产量指标364.1.3半焦、无烟煤粒度对烧结矿强度的影响374.1.4烧结矿的化学成分和转鼓强度384.2 烧结矿冶金性能404.2.1烧结矿的还原性能与还原粉化性能404.2.2烧结矿的软化熔滴性能425、结论446、参考文献45辽宁科技大学本科生毕业设计（论文） 第48页1综述1.1烧结生产概况1.1.1国内烧结生产现状自上世纪70年代以来，我国铁矿粉造块工业取得了很大的成就。1970以前，我国烧结机的机型都在75m2以下。70年代以后，特别是1985年宝钢从日本引进的450m2大型烧结机投产以及依靠和组织国内的烧结厂设计、生产制造了130 m2烧结机、抽风环式冷却机和相应的20多种配套设备，使我国烧结机的大型化上了一个台阶。在此期间，进行了烧结矿冷却（振动式冷却和盘式冷却）及加设铺底料的攻关，同时在全国烧结厂推广生产高碱度烧结矿和厚料层烧结技术。1958年“大炼钢铁”时期，在铁矿山 比较集中的龙岩地区，开始发展鼓风土烧结，俗称“平地 吹”。1968年3月，三钢 第一台18平方米烧结机动工兴建。1970年4月，建成投产。现代烧结生产是将铁矿粉、熔剂、燃料、代用品及返矿按一定比例组成混合料，配以适当的水，经混合及造球后，在抽风烧结机的台车上自上而下进行烧结。整个烧结料层（600mm700mm）可分为：烧结矿层、燃烧层、预热层和冷却层。从1989年至2007年，我国烧结行业迅速发展，大量新工艺、新技术、新设备陆续推出。目前，我国己跨入世界烧结行业的先进行列。其发展情况和相关成就如下(1)自1978年马钢冷烧技术攻关成功后，“六五” 、“七五”期间一批重点企业和地方骨干企业基本完成热烧改冷烧工艺。相当部分企业建成并使用原料中和混匀料场，绝大部分厂家实现了自动化配料、混合机强化制粒、偏析布料、冷却筛分、整粒技术及铺底料技术等。(2) “七五”、 “八五”以来，在传统烧结工艺基础上发展了一批新工艺和新技术，并在国内各大钢铁企业推广应用，如高碱度烧结技术、球团烧结技术、小球团烧结技术、低温烧结技术、低硅烧结技术等。(3)设备大型化和自动化。20世纪70年代初以前，我国最大烧结机为75m2,80年代初，我国在宝钢引进了450m2的大型烧结机及其配套设备，同时引进了烧结机的制造技术。至2007年，我国已先后在宝钢、鞍钢、武钢等地建成了180 m2的烧结机及其配套设施72台套。烧结面积总计达到221216 m2，烧结机单台平均面积为295 m2。我国自1989年以后投产的大中型烧结机的工艺技术装备和自动化水平得到提高，实现了较为完善的过程检测和控制，并采用计算机控制系统对生产过程自动进行操作、监视、控制及生产管理。(4)烧结生产指标及产品质量的提高。近年来我国烧结矿质量明显提高，烧结工序能耗大幅度降低，1986年至2007年期间，我国烧结行业得到了更进一步的发展，主要体现在:设计和制造了大型烧结机成套设备;大中型企业建成了综合原料场，使烧结原料中的化学成分稳定;大量新工艺、新技术、新设备得到开发（直拖式自动重量配料设备、各种烧结增效节能添加剂、燃料分加、小球烧结、各种形式预热烧结混合料、新型节能点火保温炉、高铁低硅烧结、超厚料层烧结等）。目前，我国烧结矿质量有了大幅度的提高，国内如宝钢、武钢四烧、济钢等发展较先进的企业已将烧结矿FeO含量控制在7%左右。不少烧结厂烧结矿FeO含量为8%10%、TFe达到57%60%、SiO2含量降到4.5%5%，实现了低硅烧结;ISO转鼓强度为79%83%。目前，我国的钢铁企业还有较大的发展空间，但是国内和国际竞争激烈，同样烧结厂也面临市场经济调节。当前急待解决的问题是提高烧结矿的质量；烧结生产发展趋势是逐步实现烧结机的大型化；采用原料混匀技术，提高烧结的精料水平；提高自动化水平和生成率，努力降低烧结矿的成本；加强环保治理;加速增加球团矿用量，改善我国高炉的炉料结构;采用小球烧结工艺，进一步强化烧结生产;继续对老旧设备进行改造更新;坚持生产高碱度烧结矿；充分利用国内国外的铁矿资源;调整和改善烧结生产布局;实施可持续发展战略，建设清洁式工厂。1.1.2国外烧结生产现状烧结生产的历史已有一个多世纪，它起源于英国、瑞典和德国烧结锅生产烧结矿。1887年英国人赫伯林（F.Heberlrin）和亨廷顿（T.Huntington）在伦敦获得世界上第一项关于硫化矿烧结培烧法和用这种方法的烧结盘设备专利以来，烧结设备及工艺发生了较大地变化。特别是德怀特、劳埃得和贝尼特于1906年在美国取得抽风带式烧结机的专利权，这在冶金工业发展史中具有里程碑的作用，世界钢铁工业史上的第一台带式烧结机于1910年在美国投入，烧结机的面积为8.325m2（1.07 m 7.78 m），它的出现引起烧结生产的重大革命，很快取代了压团机和烧结盘设备。目前在世界上正在运行的带式烧结机共约有1000多台。世界烧结矿总产量在上世纪90年代达到每年5.3亿吨以上6,7。尽管现在出现非高炉炼铁新的工艺，但是在下个十年或更长的时间内，它们仍不可能对高炉产量有巨大影响。因此，烧结依然是铁矿粉造块的主要方法，烧结矿也是高炉入炉的基本原料。自20世纪80年代起烧结技术得到了快速发展，主要体现在烧结工艺和新技术的研究开发及应用。烧结工艺方面如自动化配料、混合机强化制粒、偏析布料、冷却筛分、整粒技术及铺底料技术等8;新技术主要表现为球团烧结技术、小球烧结技术、低温烧结技术、低硅烧结技术等9,10。 近年来电子计算机应用技术的普及，实现烧结生产过程中的最优控制，以进一步争取优质、高产、低耗生产，烧结生产优化控制的研究是一个新的领域，需要综合运用烧结理论、计算机科学、现代控制理论、人工智能以及管理科学等多学科知识，对烧结生产的优化及其控制的机理和方法进行深入的研究。与此同时，烧结过程数学模型的开发应用得到迅速发展。烧结过程数学模型的研究是把烧结过程中发生的复杂现象用数学方法定量地表达出来，以便于烧结生产的操作和控制。烧结数模是烧结过程自动化控制的理论基础，也是发展人工智能系统的基础。数学模型用于新工艺可行性的评价、实验室试验的设计、中间工厂的试验及放大鉴定等，在新工艺的开发研究中起着重要的作用。日本、北美等国均就此投入了相当的研究力量，不少研究成果已在生产中初步得到应用并取得了显著的经济效益11。到目前为止，高炉炼铁仍是炼铁生产的主要工艺方法。各钢铁厂的矿源不同，决定了其不同的高炉炉料结构。欧洲，北美高炉的原料以球团矿为主，亚洲国家、前苏联的高炉原料一般以烧结矿为主。如日本，韩国高炉的主要原料为烧结矿，因为其主要铁矿原料是进口的粉矿，适宜生产烧结矿。日本高炉炉料结构的特点是烧结矿比例高且一直比较稳定，高炉炉料中高碱度烧结矿比例稳定在71.3%76.9%。（如新日铁4#高炉的炉料结构为烧结矿70%，球团矿10%，和歌山4#高炉烧结矿比例为70%80%）。韩国浦项光阳厂的高炉炉料结构中烧结矿的比例为74%。我国75%左右的高炉炉料由烧结机提供1.1.3烧结生产的目的炼铁反应大多在气流与固体填充料床之间进行，固体炉料相对上升气流而下降，稳定的操作要求填充床具有一定透气性，这就要求炉料必须具有一定粒度且粒度均匀。天然或加工的炉料（铁矿、熔剂及燃料）往往不具备这样的要求，所以必须供应块状的含铁炉料。因此，必须通过烧结法或球团法将粉块造成块状。高炉生产要想实现良好的运行，就必须要求炉料具有较高的冷态强度和良好的冶金性能。烧结生产的目的主要体现在以下几个方面3-5：钢铁工业的迅速发展加大了烧结生产对贫矿的利用，特别是贫矿富选，选矿所获精粉及天然富矿在开采、准备处理过程中会产生粉末，这些粉末不能直接入炉，必须通过造块处理才能供高炉使用。粉矿通过烧结之后，可进一步控制和改善含铁原料的冶金性能（如成分、粒度、还原性、软熔性等），为强化高炉冶炼提供更好的原料条件，有助于高炉炉况的稳定与经济技术指标的改善与提高。首先，铁矿粉在烧结前经过仔细的混合，成分更均匀；其次，烧结中因固体燃料消失，熔剂分解，液相冷凝收缩，形成大量的孔隙，石灰石、白云石提供的CaO、MgO与矿粉中的其它组分反应，生成有利于还原、造渣的矿物成分；最后，通过烧结可以去除80%90%的硫，大大减轻了高炉冶炼过程中的脱硫任务，提高了生铁质量。同时也可去除部分的氟、锌、钾、钠等对高炉冶炼有害的元素，这样，高炉可以少加或不加生熔剂，使炉内还原、造渣过程得以改善，同时，也有助于操作制度的稳定，为优质、高产、低耗创造条件；稳定了高炉生产。烧结矿具有较高的强度可以适应高炉冶炼、直接还原等在流体力学的要求。烧结对原料的适应性强，通过烧结造块可有效地回收利用冶金、化工等生产部门产生的含铁废料，如矿尘、轧钢皮、钢渣、硫酸渣等，即充分利用了资源，又消除了环境污染，还可以降低成本，增加经济效益和社会效益。 为了使烧结矿或铁矿石能经济高效地得到温度和成分合乎要求的液态生铁，高炉能够稳定顺行地生产，对烧结矿的质量要求是：具有良好的冷强度，减少烧结矿在运输和倒翻过程的破坏作用，保证烧结矿在冶炼过程时仍能保持一定的粒度及强度；良好的热强度，减少烧结矿在还原过程中的破碎及产生的粉末量；具有良好的还原性保证烧结矿在高炉内快速还原；具有良好的软熔滴落性能，保证高效率地完成还原、造渣、传热和渣铁分离过程。1.1.4烧结矿指标对高炉冶炼过程的影响高炉冶炼过程是在一个密闭的竖炉内进行的，其特点是：高炉过程中决定性的因素是炉料自上而下，煤气自下而上的相互紧密接触才能完成这一过程。在炉料与煤气逆流运动过程中完成多种错综复杂的化学变化和物理变化。高炉对炉料质量的要求，除含铁品位高、化学成分稳定、粒度要求合适和冶金性能良好，以及耐磨、抗压等物理性能良好以外，更重要的是对其在高炉冶炼过程中的还原性、还原粉化和高温冶金性能的要求。由于含铁原料的加工工艺过程不同，化学成分及组织结构直接影响其在炉内的冶金性能。炉料的性能指标及其对高炉冶炼的影响主要有以下几个方面：(1)还原性RI铁矿石还原性是模拟炉料自高炉上部进入高温区的条件，用还原气体从铁矿石中排除与铁结合氧的难易程度的一种度量，高还原性的炉料是高炉冶炼的理想精料。还原性是含铁炉料冶金性能的基础，其对高炉冶炼，尤其是加强稳定和降低焦比有很大影响，许多冶金工作者进行了大量的研究工作，发现还原性和含铁炉料的化学成分、矿物组成、矿物结构及物理性能（包括粒度、气孔率、气孔大小等）有很大的关系12,13。烧结矿还原性对高炉上部的间接还原率和高炉煤气利用率以及软熔带初渣中的FeO含量产生影响。从而，对高炉的能源利用率，以及炉渣脱硫能力带来较大影响。烧结矿和球团矿的还原性及冶金性能优于生矿。烧结矿的还原性好，就表明矿石氧化物中的氧容易通过间接还原反应被夺去。还原效率高，高炉煤气利用率提高，燃料降低，可有效地节约资源和能源。(2)转鼓指数TI烧结矿的冷强度TI，影响到运输和倒翻过程中的破坏作用，以便进入冶炼过程时仍能保持一定的粒度和强度。烧结矿冷态强度指标的高低，关系到高炉上部的透气性。烧结矿的强度主要与烧结矿的矿物组成、单个矿物的强度、原料破碎的粒度、烧结点火温度、燃料单耗、料层厚度、烧结机带速和烧结矿冷却速度等工艺条件有关。烧结矿中加入6%10%的石灰，可大幅度提高其冷强度。在碱度合适的范围内，适当增加硅石配比，提高粘结液相的比例，可提高转鼓强度。(3)低温还原粉化率RDI烧结矿低温粉化性能指标：表示烧结矿在低温条件下（500）受还原气氛作用及移动后，其块度变化及粉化程度。该指标是模拟烧结矿在高炉上部低温区受还原气氛作用并下移过程中的块度变化及粉化情况。烧结矿的低温还原粉化率对高炉上部的透气性有一定影响。烧结矿在高炉上部的低温区还原时发生还原粉化，会使料柱的空隙度降低，透气性下降。此外，低温还原粉化率高会造成炉内矿石粉末被较多地带出炉外，增加炉尘量。生产实践表明，炉料低温还原粉化率RDI每升高5%。高炉产量下降1.5%。煤气利用率下降，焦比有所升高。另外，烧结矿低温还原粉化对炉龄、炉墙及热损失都有很大的影响。影响烧结矿发生低温还原粉化的因素主要有微观组织结构、烧结矿碱度和其它成分（如 MgO、Al2O3、FeO）。(4)软化、熔融性能烧结矿的荷重软化、熔融性能能反映了炉料在高炉下部的高温软化和熔化、滴落过程的特性。对高炉软熔带的形成（位置、形状、厚度）和透气性起着决定性作用。表征此特性的参数有炉料的开始软化温度、软化终了温度、熔融温度、软化区间以及熔融区间。高炉要求具有合适的软化开始温度、熔化开始温度、窄的软化和熔融温度区间，以使高炉软熔带位置即不过高也不过低，处于合适的位置，即控制炉内块状带区域的高度，改善上部透气性。软熔带位置或其根部位置过低，熔融渣铁或炉墙周围半熔化的黏结物易直接进入炉缸，导致崩、滑料甚至炉凉。炉料的软化熔融温度区间较宽，表明高炉软熔带较厚，煤气通过软熔带的阻力较大，高炉透气性较差。因此高炉要求烧结矿的荷重还原软熔性能好，软化开始温度较高，软化终了温度较低，软化熔融区间窄。烧结矿成分中2FeOSiO2的熔化温度低为1205，2FeOSiO2-SiO2共熔混合物熔点仅为1178，2FeOSiO2-FeO熔点为1177，所以要减少烧结矿中的FeO。提高碱度有利于提高脉石熔点，这也提高了矿石的软熔性。适当提高烧结矿中MgO含量也有利于改善其软熔和滴落性能。1.1.5生产新工艺和新技术(1)高碱度烧结高碱度烧结矿，碱度一般在1.82.0,其粒度均匀，粉末较少，还原性与高温软熔性能较好，化学成分稳定，造渣性能良好，同时可以在高炉生产时少加或不加熔剂，降低高炉内的热量消耗，改善高炉的生产指标。是目前烧结矿生产的首选品种.高碱度烧结矿有良好的还原性,铁矿石还原性每提高10%,焦比下降8%9%。而自熔性烧结矿和酸性烧结矿因强度差、还原性差、软熔温度低、燃料单耗高。高炉使用高碱度烧结矿,不仅有利于改善高炉块状带和软熔带透气性,而且可降低高炉辅助原料用量,降低了高炉上部熔剂分解吸热和高炉炉墙结瘤的危险,高炉造渣制度控制更为简单灵活。但是烧结矿的低温还原粉化性能较差，尤其是高铁低硅技术的发展，烧结矿的强度有所下降，造成其在高炉部粉化较严重，恶化透气性，改善烧结矿低温还原粉化性和提高强度是当前的研究重点。(2)球团烧结球团矿的优点是“高炉精料”的重要组成部分。球团矿是当前使用最广泛的酸性炉料之一。铁矿石经细磨、精选，得到较高铁品位的细磨铁精矿粉，这样的细磨铁精粉用于烧结不仅工艺技术困难，烧结生产指标恶化，而且能耗浪费。球团矿靠滚动成型，直径在812mm或916mm，粒度均匀；经过高温焙烧固结，具有很高的机械强度，不仅满足高炉冶炼过程的需要。而且生产球团矿的能耗较烧结矿低，有利于炼铁系统节能，高炉炉料结构更趋合理。现在球团工艺日趋完善，向大型化和自动化发展，球团矿生产的热耗比烧结低，环境比烧结好;另一方面，球团矿本身的性能较好，全铁含量高，冷强度高，粒度均匀，堆积密度大，适于贮运，还原性能良好。但是球团矿在高炉冶炼过程中存在体积膨胀的问题。(3)低温烧结新技术低温烧结是世界上烧结工艺中一项先进的工艺，它具有显著的改善烧结矿质量和节能的优点。 低温烧结的理论基础是“铁酸钙理论”。铁酸钙特别是针状复合铁酸钙（SFCA）是还原性和强度均好的矿物，但是它只能在较低的烧结温度(12501280）下获得。低温烧结产生的粘结相主要是针状铁酸钙，其本身强度高，而且与残存原矿结合的牢固;生成的熔体量少（熔体量过少对强度不利），烧结矿不会形成薄壁大孔结构;溶入熔体的SiO2量少，粘结相中强度差的玻璃质少;烧结矿的矿物组成简单，内应力小，微细裂纹少。另外，低温烧结矿主要由针状铁酸钙和赤铁矿组成，FeO很少；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，因此，低温烧结矿的还原性好。烧结矿的低温还原粉化主要是由次生的骸晶状菱形赤铁矿引起的，低温烧结时熔体中无磁铁矿，冷却过程中不会形成骸晶状菱形赤铁矿，从而烧结矿具有良好的耐还原粉化性2。低温烧结矿的优良冶金性能与针状铁酸钙的存在密切相关，只有生成大量的针状铁酸钙的条件，才能成功的进行低温烧结，关键是把温度控制在较低范围内。低温烧结新技术可以在现有烧结生产设备不作大的改造的情况下，通过加强烧结原料的准备，优化烧结工艺，控制烧结温度等技术措施来实现。(4)低硅烧结矿生产新技术低SiO2烧结矿，一般是指烧结矿中的SiO2含量低于或等于5%的烧结矿，当铁矿粉中含有一定数量的SiO2时，在烧结过程中可产生较多数量的液相，作为矿粉晶粒粘结的基础条件，有利于烧结矿强度的提高。强度降低。一般认为，精矿烧结矿中SiO2含量的高低于SFCA（复合铁酸钙）的生产量成一定比例，SiO2含量降低，烧结矿中SFCA生成量降低，还原性提高，从而保证了通过块矿带气相CO进行还原的反应量增大，这样就减少了碳元素的直接还原量，起到节焦降耗的作用33。低SiO2烧结矿中铁酸钙含量减少，氧化再生铁矿含量增多，烧结矿的低温还原粉化率上升，粉末生成量大，导致生产率下降;由于低硅烧结矿中C2S与玻璃质含量少，烧结矿的强度变差。主要原因是，由于烧结矿的强度是随粘结相的增多及气孔率的增大烧结矿矿相中SiO2含量降低，总粘结相数量减少，特别是铁酸钙的生成量减少，同时烧结矿形成薄壁大孔结构，导致其强度相应变差。低SiO2烧结矿，使入炉品位提高，烧结矿的SiO2是高渣比冶炼的源头，若不控制烧结矿中的SiO2含量，高炉的指标就上不去，渣量减少；改善烧结矿冶金性能，尤其是其软熔温度升高软溶区间变窄，可使高炉的软熔带位置下移，厚度变薄，有利于高炉内间接还原发展和料柱透气性和透液性的改善。这对大喷煤量下的高炉顺行，有着重要的意义18。( 5)小球烧结新技术我国绝大多数烧结厂采用部分细精矿或全部细精矿为烧结含铁原料，。解决因配入细精矿造成烧结料层透气性差、很难实现厚料层及低温烧结技术的最有效技术就是小球烧结工艺。小球烧结法就是将烧结混合料制成小球，提高烧结料层透气性，实现厚料层及低温烧结的方法。该工艺所制得的烧结矿粘结相主要以针状和柱状铁酸钙为主，因此烧结矿强度高，还原性好，粉末少，块度较大。实现厚料层、低温、匀温、高氧化性气氛。小球烧结的必要条件是：将混合料造成3mm以上的小球75%，将烧结混合料温度提高到70以上。小球烧结法是北京钢研总院完成的国家“八五”重点项目，该工艺被国家经贸委列为“九五”重点推广项目。该工艺的特点是将烧结厂现有的圆筒混合机改造为强力圆筒混合造球机，在圆筒内改用雾化喷水器加水，采用偏析布料，燃料分加和蒸汽预热新技术，具有投资少，上马快，收益大的特点。除燃料分加外，所有改造都在现有设备上进行，不另占场地。(6)厚料层烧结厚料层烧结技术是日前国内外烧结工序研究应用的一种提质降耗的新技术。它是以厚料层烧结为核心，将强化制粒、低温烧结、燃料分加、蒸汽预热、偏析布料等一系列新技术融为一体，并予以最佳匹配，使各项先进技术产生交匀作用效果的烧结新技术。厚料层烧结由于料层的自动蓄热作用，降低固体燃料配比，高温时间缩短，冷脆烧结表层比例减小，烧结内层氧化气氛增强，使高价铁氧化物的分解减少，有利于促进复合铁酸钙(SFCA)粘结相的生成，而降低烧结矿FeO,有利于改善烧结矿的还原性，如果烧结矿中的复合铁酸钙数量较多且大多以熔蚀状态存在，则烧结矿的还原性和强度均会明显改善，使高炉增铁节焦。但是厚料层烧结不得当的话，将使烧结负压提得过高，使电耗增大。(7)热风烧结为了克服烧结层上下层温度和热量不均匀造成的上部固结不好，下部过熔，以及上部因抽入冷风急冷，形成大量玻璃质和产生大量的内应力和裂纹而使烧结矿强度变差等,可在点火后一段时间内用热风（500）供气烧结。热风带入的物理热使烧结料层上下部热量和温度分布趋向均匀，而且上层烧结矿因抽入的是热风，处于高温作用时间较长，大大减轻了因急冷造成的表层强度降低，为此热风烧结具有改善表层烧结矿的强度的重要作用。此外热风烧结可降低混合料中的配碳量，从而降低气氛的还原性，使烧结矿中FeO含量降低2%4%，而且燃料分布均匀程度提高，利于形成均匀分散的小气孔，提高烧结矿的气孔率，这些都使烧结矿的还原性得到改善2。(8)降低点火温度点火温度既影响表层烧结矿的温度，又影响烧结过程的正常进行。当点火温度太低时，表层烧结料得不到足够的热量，产生的粘结相少，表层烧结矿强度降低:烧结温度过高，表层烧结矿过度熔化，使整个烧结过程的料层透气性变坏，不仅影响产量，使垂直烧结速度降低，烧结矿还原性降低。而且降低料层气相中氧的分压，不利于生成铁酸钙。另外，随着料层厚度增加，强度差的表层烧结矿在整个烧结矿饼中所占比例减少，也有利于采用较低的点火温度。武钢烧结厂曾进行低温点火实验，认为采用11001200的点火温度是可行的。 (9)烧结节能添加剂烧结生产传统的强化燃烧方法是增大风量和降低焦粉粒度。由于增大风量在提高料层中焦炭燃烧速度的同时，热波迁移速度同样会加快，很难使火焰前沿与热波前沿移动速度匹配，因而造成烧结矿产、质量差、能耗高。焦粉粒度过细，则碳在料层中的分布比较分散，将使焦炭燃烧放热不集中，不能达到所需的高温，从而影响粘结相的生成和结品，烧结矿产、质量下降，能耗升高34。烧结中采用添加助燃剂，可强化烧结料中焦炭的燃烧，减少烧结过程的固体燃料消耗对减少烧结烟气中COX和NOX的排放均有积极的作用。而通过催化燃烧来改善固体燃料的燃烧条件，影响燃烧速度，充分利用燃烧热而提高烧结成品率，是降低固体燃耗有效的途径之一。也是目前研究较多的领域之一35-39。添加助燃剂的主要作用是强化焦粉燃烧，提高热能利用率，减少热损失，从而可改善烧结矿的产、质量，达到节能降耗的目的。选择的催化剂应对固体燃料燃烧起着促进作用，即这些添加物在固体燃料燃烧反应中起着催化、氧化或活化作用。因此，催化剂中除了有能活化固体碳晶体结构的活性物质外，至少还应包含有氧化剂和助燃剂。而对不同组成的催化剂筛选则需根据烧结的综合指标来进行分析和评价，从而找出较优的铁矿烧结用催化节能添加剂。(10)强化制粒、燃料分加 强化混合料制粒能改善烧结料层的透气性，提高料层气相中氧的分压，为Fe2O3的存在及铁酸钙的生成创造条件。强化制粒的方法很多，延长制粒时间添加生石灰是两种主要的方法。混合料制粒时，固体燃料和矿粉一起形成团粒，团粒内部的燃料燃烧条件不好，生成较多的CO，既影响燃料的发热量，又降低气氛的氧化性，对生成铁酸钙十分不利。为了使较多的燃料粘附在团粒表层，可采用燃料分加工艺，即配料时只加入一部分燃料，一次混合时形成含燃料较少的团粒，二次混合前再加入另一部分燃料，使最终制成的团粒表层含有较多的燃料，从而改善了固体燃料的燃烧条件。1.2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密切的关系。1.2.1烧结过程中的固相反应颗粒之间的固相反应是在一定的温度条件下各种离子克服晶格中的结合力，在晶格内部进行位置交换,并扩散到与之相接触的邻近的其他晶格内进行的反应，这种反应能够进行的重要因素是温度。1.2.2烧结过程中的液相生成烧结过程中生成液相，是烧结矿固结成型的基础，液相的组成、性质和数量在很大程度上决定了烧结矿的还原性和强度。 在烧结料中，主要矿物都是高熔点的，在烧结温度下大多不能熔化。1.2.3烧结过程中的冷凝固结燃烧带向下移动后，其上方的物料温度下降，熔体冷凝结晶。如果在冷凝过程中放出几乎所有多余能量，则液相会全部转变为结晶体析出。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。形成的晶体结晶程度越完善，含有的能量则越少越稳定。1.3烧结矿矿相结构及物理性质对烧结矿质量的因素烧结矿的矿物组成及显微结构都直接影响着烧结矿的质量。(1)烧结矿矿相结构对烧结矿强度的影响烧结矿中磁铁矿、赤铁矿、铁酸一钙、铁橄榄石有较高的强度；其次是钙铁橄榄石和铁酸二钙，玻璃质的强度最低42。提高烧结矿的强度，应该增加强度较高矿物在烧结矿中的质量百分比，减少玻璃质的含量。当烧结矿矿物组成较复杂时，烧结矿在冷却过程中会受到多种内应力的作用而产生裂纹，导致烧结矿破碎，强度降低43。产生内应力主要是由于不同性质热膨胀或收缩相变引起的体积膨胀等造成的物体内不同点的不均匀变形造成的。其中硅酸二钙多晶体转变引起的相应力，其破坏烧结矿强度最严重。在烧结过程中易与熔剂中的CaO作用形成硅酸二钙，冷却时硅酸二钙将发生晶型转变，型和型的晶型转变，晶型转变后，密度变小，前者使体积增大了12%，后者使体积增大了10%，结果使烧结矿内具有很大的内应力而导致烧结矿的粉化.，从而降低了烧结矿强度。 高碱度烧结矿在矿物组成上属于低组分，烧结矿的矿物组成越简单、显微结构越均匀烧结矿的质量越好。在高碱度烧结矿中以铁酸钙为主要粘结相，铁酸钙与磁铁矿一起固结，形成熔蚀结构、共晶结构和粒状结构的强度较高，而形成以玻璃质为主要粘结相的斑状结构，其磁铁矿斑晶被钙铁橄榄石、玻璃质以及少量的硅酸二钙和铁酸钙等所固结，强度较差。提高烧结矿的碱度可以改善烧结矿矿相结构提高铁酸钙的含量。随着碱度的提高，鞍钢烧结矿中的铁酸钙含量由32.2%提高到了46. 3%，玻璃质含量逐渐减少。碱度为2.11和2.30的烧结矿中几乎不含玻璃质，塑性粘结相的含量增加，是烧结矿机械强度提高的根本原因。鞍钢烧结厂改变烧结矿碱度，达到改变烧结矿显微结构的目的，使烧结矿的显微结构由斑状一熔蚀结构过渡到交织熔蚀结构和网状熔蚀结构，铁酸钙含量由32.2%增加到46.3%，玻璃质含量由4.5%减少到0.5%，烧结矿的强度由64. 67%增加到76.0%14。(2)烧结矿矿相结构对烧结矿还原性的影响 烧结矿矿物中还原性由大到小的顺序为:赤铁矿、磁铁矿、铁酸钙、钙铁橄榄石、铁橄榄石。从结晶化学角度来看，主要与其本身的晶格能有关，赤铁矿和铁酸钙的晶格能低而容易还原；钙铁橄榄石和铁橄榄石晶格能较高，难于还原。对于以酸性脉石为主的非熔剂性烧结矿来说，气孔壁主要是由铁橄榄石和玻璃质或硅酸盐组成低熔点液相，过早软化，降低了气孔率，所以其还原性差;随着碱度的增加，烧结矿的气孔率增加，很难还原的铁橄榄石为钙铁橄榄石所代替，铁酸钙增加，烧结矿的还原性变好;特别是在低温烧结时形成针状铁酸钙对还原性的提高极为有利，而在高温烧结时生成的铁酸钙被玻璃质包裹，对还原性的提高不利，碱度继续提高，CaO的含量过多时，铁酸钙转变为铁酸二钙，使得还原性变差16。烧结矿的还原是还原性气体扩散到反应界面形成的，还原性的好坏与矿物的晶粒大小、分布情况、粘结相的含量及气孔率等有关。大块的磁铁矿或者被硅酸盐包裹形成斑状结构对还原性不利，相反晶粒细小密集而且粘结相少的易还原;气孔率低而且大部分是出铁橄榄石或玻璃质组成的气孔壁还原性差，而气孔率高(大孔和微孔)晶体嵌布松弛以及裂纹多的结构易还原，特别是形成针状铁酸钙粘结的残余原生赤铁矿形成的非均质结构或粒状结构对烧结矿的还原性极为有利。晶粒细小、粘结相少的易被还原，颗粒大或者被粘结相包裹时不易还原，晶粒细小的磁铁矿和赤铁矿与大颗粒的磁铁矿和赤铁矿相比具有更好的还原性能。Bristow等研究了气孔率对还原性的影响，并发现了复合铁酸钙可以稳定在还原过程中形成的小气孔，这样可以提高烧结矿的气孔率与还原性47。Dawson P R认为：低烧结温度下生成的针状铁酸钙的还原性较好;而在高烧结温度条件下生成的复合铁酸钙，由于被包裹在玻璃相中，还原性最差。(3)烧结矿显微结构对烧结矿还原粉化率的影响低温还原粉化性能是指含铁炉料在低温(400600)还原条件下含铁炉料还原粉化性能，它是衡量铁矿石在高炉上部块状带性能的一项指标，高质量的烧结矿应该具有低的还原粉化率。烧结矿发生低温还原粉化的最根本原因是：烧结矿中的再生赤铁矿在低温(450600)时，烧结矿还原粉化的原因是烧结矿中再生的Fe2O3在低温（450550）时，由Fe2O3在还原成Fe2O3时，由三方晶系六方晶格zhb4变为等轴晶系立方晶格，晶格的改变造成了结构的扭曲，产生极大的内应力，导致在机械作用下严重的破碎。（4）烧结矿个各种矿物自身强度对烧结矿强度的影响烧结矿中的磁铁矿、赤铁矿、铁酸一钙、铁橄榄石有较高的抗压强度，其次则为钙铁橄榄石及铁酸二钙，在钙铁橄榄石中，当x小于等于10时，钙铁橄榄石的抗 压性、耐磨性及脆性的指标均与前一类接近或超过，当x15时，钙铁橄榄石强度相当低，而且易产生裂纹，它的晶格常数接近于2CaoSiO 2。其中玻璃质具有最低的强度。因此在烧结矿的结构中应尽量减少玻璃质的形成，这对提高烧结矿强度是非常有利（5）烧结矿中矿物组分的多少对烧结矿强度的影响(1)非熔剂性烧结矿：此类烧结矿在矿物组成方面是属低组分的为斑状或共晶结构，其中的磁铁矿斑晶被铁橄榄石和少量玻璃质所固结，其显微结构因而强度良好。(2)熔剂性烧结矿：此类烧结矿在矿物组成上是属多组分的烧结矿。其显微结构为斑晶或斑晶玻璃状结构，其中的磁铁矿斑晶或晶粒被钙铁橄揽石、玻璃质以及少量的硅酸钙和铁酸钙等所固结，强度较差。(3)高碱度烧结矿：此类烧结矿在矿物组成上也属低组分烧结矿。其显微结构为熔蚀或共晶结构，其中的磁铁矿与粘结相矿物铁酸钙等一起固结，具有良好强度。影响烧结矿强度的因素是多方面的，如当烧结料中熔剂粒度过粗时，在烧结过程中不可能全部熔融，烧结矿中就会有残余的CaO存在。CaO遇水生成Ca(OH)2，也是造成烧结矿贮存时碎裂的重要原因。1.4烧结矿指标和冶金性能的影响因素(1)碱度烧结矿的碱度(R=CaO/SiO2)是烧结生产极其重要的指标，一般为改善烧结矿的碱度会在烧结原料中配人石灰石或生石灰。当碱度提高向烧结料中加入石灰石时，烧结料中的CaO在烧结过程中易形成低熔点化合物，从而可降低燃烧带的温度 ；当向烧结料中加入生石灰时，烧结过程中CaCO3分解产生大量的CaO根据烧结过程的氧化还原反应得知，CaO在反应过程中有利于易还原的铁酸钙(CaOFe2O3)的生成，抑制难还原的铁橄榄石(2FeOSiO2)的生成。从而降低了烧结矿中FeO的含量。即高碱度烧结矿可降低FeO的含量。但烧结矿的碱度也不宜过大，因为当碱度过高使，过量的CaO于以生成还原性较差的铁酸二钙，这样导致烧结矿还原性有所降低。当碱度继续升高时，还原性好的铁酸钙数量增加，还原反应迅速激烈进行，会导致膨胀应力集中，加剧烧结矿的低温粉化。而且高碱度烧结矿容易在烧结矿结构中出现大裂纹，影响烧结矿的强度和低温还原粉化率。在燃料用量一定的条件下，烧结矿的最终矿物组成主要取决于烧结矿的碱度。碱度为1.52.5的熔剂性烧结矿，主要含铁矿物为磁铁矿及及少量浮士体和赤铁矿，粘结相主要为钙铁橄榄石、铁酸钙、硅酸钙及玻璃体等。随着碱度的升高，钙铁橄榄石和玻璃体急剧下降，铁酸钙和硅酸钙含量明显增加。当碱度高时，熔体中CaO浓度高，CaO向Fe2O3渗透点增多，当升温速度与矿化反应速度一致时，则产生的铁酸钙类低熔点化合物增多，冷却时铁酸钙迅速以针状，板状结晶，这种烧结矿强度最好。所以一般高碱度烧结矿的强度和还原性优于自熔性烧结矿，它所含的矿物还原性较好，强度较高。(2)燃料配比燃料配比的高低决定着烧结温度及气氛条件。烧结温度和气氛条件对烧结矿质量有明显影响，理论研究对生产实践表明，燃料配比过低时，烧结温度较低，烧结时产生的液相量不足，铁矿石的结晶强度差，主要粘结相是玻璃质，多孔强度差产品率降低。反之，燃料配比过高时，烧结温度高，废气中的CO2/CO下降，烧结气氛更趋于还原性，利于浮士体及铁橄榄石矿物的发展，不利于烧结过程中燃烧带扩大，增加了烧结层的阻力，使料层的透气性降低，还原反应加剧，Fe2O3不稳定而分解为Fe3O4和FeO，使FeO含量升高，铁酸钙生成量降低，直接影响烧结矿的质量。同时，随着烧结料中燃料配比的增加，还原反应中生成的FeO含量增大，熔体中FeO含量相应增大。而FeO含量升高，铁酸钙含量下降都会降低烧结矿还原性能，并影响烧结矿的熔融滴落性能。(3)燃料粒度燃料粒度的好坏是影响烧结过程及燃料消耗量的重要因素，不同燃料粒度其燃料速度不同，理想的粒度组成能保证混合料层内燃烧速度及放热，以及烧结过程的均匀性。烧结过程中燃料颗粒的燃烧属于气固相反应。它服从于氧分子扩散到固体燃料表面，氧分子被吸附，被吸附氧分子于碳发生反应形成中间产物。中间产物断裂形成气相反应产物，反应产物脱附并向废气流扩散的一般规律。动力学研究表明：烧结过程中燃料燃烧是受扩散控制的，因此，烧结混合料中燃料燃烧速度及烧结层的厚度于烧结颗粒的直径，气流的流速及料层的透气性有关。在其他条件一定时，粒度的大小成为烧结过程质量的决定性因素：粒度愈大，燃烧时间愈长，燃烧层愈厚。若粒度过细，造成过厚的燃烧层，增加了料层的阻力，同时降低燃烧温度，且在转运和布料时易产生偏析，造成局部过熔；若粒度过细，则降低料层的透气性，同时由于燃烧速度过快而使燃烧层过薄，来不及产生足够的液相，影响烧结矿的强度。因此烧结过程要求有合适的燃料粒度。(4)MgO在烧结配料中添加一些MgO添加剂(白云石)代替石灰石时，发现烧结矿中随着MgO含量的增加，粉化率有明显的下降，同时提高炉渣的流动性和脱硫能力，烧结矿的强度有所改善。当MgO存在时，形成新的粘结物如钙镁橄榄石(CaOMgOSiO2),镁蔷薇石(CaOMgO2SiO2)及镁橄榄石(2MgOSiO2)，黄长石(2CaOMgO2SiO2)等矿物，同时烧结矿物中MgO有稳定2CaOSiO2作用。此外，加入MgO烧结矿的还原性能提高，这就可能是由于生产钙镁橄榄石等矿物而障碍了还原的铁橄榄石和钙铁橄榄石。研究证明，烧结矿中的Mg2+主要进入磁铁矿晶格中取代Fe2+并充填于磁铁矿晶格中八面体空位，形成结构式为Fe3+(Fe2+,Mg2+,Fe3+)O4的含镁磁铁矿。由于晶格中取代和充填于八面体空位中，从而降低了磁铁矿晶格缺陷的程度，有稳定磁铁矿和防止或减少磁铁矿氧化成次生赤铁矿的作用，故能以致烧结矿的降低低温还原粉化。从而提高烧结矿强度49,50。 但是如果加入过多的MgO则会改变烧结矿的矿相结构，降低烧结矿中铁酸钙的含量，并生成复杂的化合物，同时裂纹的产生会导致烧结矿的强度降低、低温还原粉化率升高。生产实践表明，当武钢烧结厂生产的烧结矿中MgO含量由2%提高到3%4%时，烧结矿中FeO降低2%，转鼓指数提高1%2%，烧结矿的低温还原粉化率降低3%。(5)SiO2当铁矿粉中含有一定数量的SiO2时，在烧结过程中可产生较多数量的液相，作为矿粉晶粒粘结的基础条件，有利于烧结矿强度的提高。但是当矿粉中的SiO2含量较多时，在烧结过程中易与熔剂中的CaO用形成硅酸二钙，冷却时硅酸二钙将发生晶型转变，型和型的晶型转变，晶型转变后，密度变小，前者使体积增大了12%，后者使体积增大了10%，结果使烧结矿内具有很大的内应力，从而降低了烧结矿强度。烧结过程中产生的液相量数量明显减少，烧结矿的强度降低53。一般认为，精矿粉中的时，烧结过程中产生的液相量数量明显减少，烧结矿的强度降低。一般认为，精矿粉中的SiO2的含量以4%5%为宜。目前，一般采用提高烧结矿碱度的方法来提高低硅烧结矿中粘结相含量。(6)Al2O3Al2O3主要由矿石中的高岭土和固体燃料灰分带入，Al2O3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；Al2O3过高，会促使Fe2O3还原应力集中和膨胀裂纹扩展，从而会加剧低温还原粉化；Al2O3过低，针状铁酸钙量就越少或者没有针状铁酸钙生成。烧结矿的化学成分中，Al2O3超过2.0%烧结矿的强度明显下降，并且影响高炉渣的流动性和脱硫能力51。(7)FeO烧结矿中FeO的含量是烧结生产和高炉冶炼的重要指标之一52。它反映了烧结过程的动态控制状况，与烧结矿的转鼓强度、低温还原粉化率、还原性的相关性很大，也是影响高炉炉况顺行的一个重要参数。烧结矿中FeO含量的波动区间越窄，烧结过程就越稳定，烧结矿中FeO的含量与烧结配碳量强正相关关系，降低烧结矿中FeO的含量可以降低烧结能耗，提高烧结矿的还原性，降低高炉冶炼焦比。但过低的FeO含量又会使烧结矿的强度变差，低温还原粉化率提高，烧结矿成品率降低。1.5烧结生成工艺及生产的工艺流程1.5.1烧结生成工艺铁矿粉烧结是一种铁矿粉造块方法，即将细粒含铁原料与燃料、熔剂按一定比例混合，加水润湿、混匀而制成烧结料，然后布于烧结机上，通过点火、抽风，并借助烧结料中燃料燃烧产生高温，进而发生一系列的物理化学反应，生成部分低熔点物质，并软化熔融产生一定数量的液相，将铁矿物颗粒润湿粘结起来，冷却后形成具有一定强度的多孔产品一烧结矿整个烧结料层(600mm700mm)可分为：烧结矿层、燃烧层、预热层和冷却层2。烧结矿层 主要反应是液相凝固，矿物析晶，预热空气。燃烧层 主要反应是燃料燃烧，温度可达11001500 ，混合料在固相反应下可形成低熔点矿物在高温下软化，熔融及形成液相。此层对烧结过程产量及质量影响很大。该带过宽，则料层透气性差，导致产量低；过窄则烧结温度低，液相量不足，烧结矿粘结不好，强度低。预热层 主要反应是水分蒸发、结晶水及石灰石分解、矿石的氧化还原及固相反应等。主要过程是混合料被燃烧层下来的热废气干燥和预热。此层的特点是热交换迅速，由于热交换剧烈，废气温度很快从1500下降到6070。冷料层 因为上层高温废气中带入较多的水分，进入本层时，水分析出而形成水分冷凝层，该带影响烧结透气性，破坏已造好的烧结料小球。生产中采用混合料预热等措施来减少过湿的影响。1.5.2烧结生产的工艺流程目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。主要包括烧结料的准备，配料与混合，烧结和产品处理等工序。1.5.2.1烧结原料的准备含铁原料 含铁量较高、粒度5mm的矿粉，铁精矿，高炉炉尘，轧钢皮，钢渣等。 一般要求含铁原料品位高，成分稳定，杂质少。 熔剂 要求熔剂中有效CaO含量高，杂质少，成分稳定，含水3左右，粒度小于3mm的占90以上。 在烧结料中加入一定量的白云石，使烧结矿含有适当的MgO，对烧结过程有良好的作用，可以提高烧结矿的质量。 燃料 主要为焦粉和无烟煤。 对燃料的要求是固定碳含量高，灰分低，挥发分低，含硫低，成分稳定，含水小于10，粒度小于3mm的占95以上。 1.5.2.2配料与混合配料 配料目的：获得化学成分和物理性质稳定的烧结矿，满足高炉冶炼的要求。 常用的配料方法：容积配料法和质量配料法。 容积配料法是基于物料堆积密度不变，原料的质量与体积成比例这一条件进行的。准确性较差。 质量配料法是按原料的质量配料。比容积法准确，便于实现自动化。 混合 混合目的：使烧结料的成分均匀，水分合适，易于造球，从而获得粒度组成良好的烧结混合料，以保证烧结矿的质量和提高产量。 混合作业：加水润湿、混匀和造球。 根据原料性质不同，可采用一次混合或二次混合两种流程。 一次混合的目的：润湿与混匀，当加热返矿时还可使物料预热。 二次混合的目的：继续混匀，造球，以改善烧结料层透气性。 用粒度10Omm的富矿粉烧结时，因其粒度已经达到造球需要，采用一次混合，混合时间约50s。 使用细磨精矿粉烧结时，因粒度过细，料层透气性差，为改善透气性，必须在混合过程中造球，所以采用二次混合，混合时间一般不少于253min。 我国大多采用二次混合。1.5.2.3烧结生产烧结作业是烧结生产的中心环节，它包括布料、点火、烧结等主要工序。 布料 将铺底料、混合料铺在烧结机台车上的作业。 当采用铺底料工艺时，在布混合料之前，先铺一层粒度为1025mm，厚度为2025mm的小块烧结矿作为铺底料，其目的是保护炉箅，降低除尘负荷，延长风机转子寿命，减少或消除炉箅粘料。 铺完底料后，随之进行布料。布料时要求