某大学理工钢铁冶金行业及高炉炼铁原料管理知识

第二章高炉炼铁原料2.1铁矿石和燃料2.2烧结矿2.3球团矿2.4其它固结方法

几个基本概念1）富矿：含铁品位>50%的铁矿石；2）贫矿：实际含铁量低于理论含铁量70%的铁矿石称贫矿（必须经过选矿后使用）。3）块矿和粉矿4）精矿：贫矿经过破碎、细磨，并通过磁选或浮选得到的高品位细粉状矿石（TFe60~68%）2.1铁矿石和燃料2.1.1铁矿石Magnetite磁铁矿Hematite赤铁矿Limonite褐铁矿菱铁矿各类铁矿石图SideritePyriteGoethite针铁矿(Fe2O3*H2O)

黄铁矿铁矿石理论含铁量(%)贫富界限实际品位(%)我国铁矿石最低工业品位(%）冶炼性能赤铁矿（Fe2O3）704930～35P，S↓易还原磁铁矿（Fe3O4）72.450.6830P，S↑难还原菱铁矿（FeCO3）48.333.7425P，S↓焙烧后易还原褐铁矿（2Fe2O3·3H2O）55.2～66.138.64～46.2730↑易还原各类铁矿石含量及冶炼性能铁矿石的评价A成分⑴品位：含铁量，理论上品位↑1%，焦比↓2%，产量↑3%⑵脉石成分：SiO2、Al2O3↓越低（须重视Al2O3），MgO↑越好⑶有害杂质和有益元素：S、P、Pb、Zn、As、K、Na、Cu、Mn、V、Ni、Cr、Nb

B强度和粒度

强度↓易粉化影响高炉透气性，不同粒度应分级入炉;C还原性：

铁矿石被CO、H2还原的难易程度，影响焦比;D化学成分稳定性：

TFe波动≤±0.5%，SiO2≤±0.03%混匀的重要性（条件：平铺直取——原料场应足够大）;铁矿石的准备处理破碎筛分混匀焙烧选矿造块

磁选机输送机粗破球磨机烧结球团烧结矿烧结矿及烧结球团2.1.2（助）熔剂（1）作用：形成低熔点易流动的炉渣、脱S（碱性熔剂）调整成分。（2）种类：性质使用条件及作用碱性铁矿中脉石为酸性氧化物，包括：石灰石、白云石、石灰酸性铁矿中脉石为碱性氧化物，主要为：SiO2（只在炉况失常时使用——（Al2O3）≥18%或排碱时）中性高Al熔剂，主要为：含Al2O3高的铁矿（只在降低炉渣流动性时使用）(3)熔剂的质量要求①碱性氧化物含量（CaO+MgO≥52%）

概念：石灰石有效熔剂性能用CaO（有效）表示CaO（有效）=CaO（石灰石）-R×SiO2（石灰石）②S、P↓S（0.01~0.08%），P（0.001~0.03%）③减少CaCO3入炉：原因：a.高温分解吸热

b.CO2+C=2COc.CO2会冲淡CO浓度造成焦比K增加。2.1.3高炉燃料A.焦炭①主要作用：作为高炉热量主要来源的60～80%，其它热风提供提供还原剂C、CO

料柱骨架，保证透气性、透液性②质量要求：含炭量：C↑灰份↓→→渣量↓、强度↑、反应性↓→→焦比↓含S量：生铁中[S]80%±来源于焦碳强度：M40、M10(转鼓指数)③成分稳定（特指水分）：干熄焦技术（宝钢）④焦炭反应性：

C+CO2=2CO（H2O或O2）开始反应位置的高低快慢→影响间接还原区的范围，从而影响焦比。焦炉焦炭B.喷吹燃料焦煤减少，价格上升，寻找替代能源（1）气体燃料天然气、焦炉煤气、热转化气（裂化石油气、重油裂化气等）（2）液体燃料重油、柴油、焦油（3）固体燃料煤---无烟煤、烟煤、褐煤2.2烧结矿

富矿粉和贫矿富选后得到的精矿粉都不能直接入炉冶炼，必须将其重新造块，烧结是最重要最基本的造块方法之一。通过烧结得到的烧结矿具有许多优于天然富矿的冶炼性能，如高温强度高,还原性好,含有一定的CaO、MgO，具有足够的碱度,高炉可不加或少加石灰石。通过烧结可除去矿石中的S、Zn、Pb、As、K、Na等有害杂质，减少其对高炉的危害。高炉使用冶炼性能优越的烧结矿后，基本上解除了天然矿冶炼中常出现的结瘤故障；同时极大地改善了高炉冶炼效果。烧结中可广泛利用各种含铁粉尘和废料，扩大了矿石资源,又改善了环境。生产烧结矿2.2.1烧结矿质量评价对烧结矿质量的要求是：品位高，强度好，成分稳定，还原性好，粒度均匀，粉末少，碱度适宜，有害杂质少。1）强度和粒度国内外多采用标准转鼓的鉴定方法来确定烧结矿强度。取粒度25～150mm的烧结矿试样20kg，置于直径1.0m，长0.65m的转鼓中转鼓指数=(1-A/20)×100%式中A--试样中小于5mm部分的重量，kg。显然转鼓指数愈大，烧结矿强度愈好。一般要求烧结矿的转鼓指数大于75%。2）还原性生产中习惯用烧结矿中的FeO含量表示还原性。3）碱度烧结矿碱度一般用R=CaO/SiO2表示,按照碱度的不同,烧结矿可分为三类：

A)酸性(或普通)烧结矿碱度(如R＜0.9)低于炉渣碱度。

B)自熔性烧结矿碱度(1.0～1.4)等于或接近炉渣碱度。C)熔剂性烧结矿碱度(＞1.4)明显高于炉渣碱度高碱度(2.0～3.0)超高碱度(3.0～4.0)烧结矿。为了改善炉渣的流动性和稳定性，烧结矿中常含有MgO(如2～3%或更高)，使渣中MgO含量达到7～8%或更高，促进高炉顺行。鼓风烧结法（平地吹土烧法、烧结锅、带式烧结机

）抽风烧结法（间隙式固定式及移动式烧结盘）(连续式环式及带式抽风烧结机）目前世界各国90%以上的烧结矿由抽风带式烧结机生产，其他烧结方法有回转窑烧结，悬浮烧结，抽风或鼓风盘式烧结和土法烧结等。各法生产工艺和设备尽管有所不同，但烧结基本原理基本相同。下面着重以带式抽风烧结法来论述。

2.2.2烧结反应过程带式抽风烧结机带式抽风烧结机烧结矿冷却机气体混合室分离器分离器再循环罩液化气体带式抽风烧结机烧结生产一般工艺流程精矿、粉矿（0~10mm）石灰石、白云石（80~0mm）碎焦、无烟煤（25~0mm）瓦斯灰、轧钢皮（10~0mm）破碎筛分破碎配料皮带一次混料（混匀）二次混料（制粒）布料点火器烧结机除尘破碎抽风筛分烟筒冷却整粒高炉矿槽>3mm3~0mm水水蒸汽烟道灰灰尘热返矿冷返矿冷返矿3~0mm大气高炉1）烧结过程2)烧结过程的主要反应2.2.3烧结矿固结机理1）一般固相反应粉状物料在熔化之前，固体颗粒在它们的接触界面上发生化学反应，反应产物也是固相。

特点（1）固相反应速度决定于温度，温度越高反应速度越快；（2）固相反应速度与反应物颗粒大小成反比，反应速度常数与颗粒半径平方成反比；增加紧实度有利于提高反应速度。（3）固相反应是放热反应，反应的最初产物与反应物的数量无关。要想得到组成与反应物质量相当的最终产物，在大多数情况下需要很长时间。

(4)添加活性物质，促进固相反应，可以解决难烧结矿的矿粉。

CaO·FeO·SiO2、CaO·3Fe2O3·SiO2、CaO·Fe2O3

（烧结、机械混合）2）烧结料层中的固相反应

（1）定义：混合料在烧结过程中随温度升高，矿物（Fe2O3、Fe3O4、CaO、SiO2、MgO、Al2O3等）之间以固态形式进行反应，生成新的低熔点复杂化合物，化合物与化合物之间形成熔点更低的共熔体。固相反应只为液相的生成提供条件。矿物SiO2CaOMgOAl2O3Fe2O3Fe3O4熔点（℃）173025702799204215651597矿物熔点（℃)矿物系熔点或低共熔点（℃）2FeO•SiO212052FeO•SiO2—SiO211782FeO•SiO2—Fe3O41142CaO•Fe2O312462CaO•Fe2O31449CaO•2Fe2O31230CaO•SiO215402CaO•SiO22130CaO•SiO2—2CaO•Fe2O31185CaO0.19•FeO1.81•SiO211502CaO•SiO2—FeO1280Fe3O4—CaO•2Fe2O31180Fe2O3不与SiO2反应Fe3O4不与CaO反应控制烧结气氛产生粘结物（碳的分布）。烧结料颗粒间的固相反应（2）固相反应最初形成的化合物的组成与反应物比例无关

两种反应物无论以何种比例混合，反应的最初产物总是一种。如以1:1混合的CaO和SiO2,最初产物不是CaO·SiO2，而是2CaO·SiO2。要想得到与反应物质量比相当的最终产物，需要很长时间。烧结过程中由于加热速度快(从500℃加热到1500℃不超过3min),在高温区停留时间短，通常得不到与反应物质量比相对应的产物。因此，对烧结过程有实际意义的是固相反应开始温度和反应的最初产物（最初产物对液相的形成具有贡献）。

不同固相之间的第一个反应产物反应物质混合料中mol比第一个反应产物开始出现温度（℃）CaO—SiO23:12:13:21:12CaO·SiO2500~700MgO—SiO22:11:12MgO·SiO2680CaO—Fe2O32:11:1CaO·Fe2O3500~675CaO—Al2O33:15:31:11:21:6CaO·Al2O3MgO—Al2O31:11:6MgO·Al2O3Fe3O4—SiO22FeO·SiO2990~1100例如：CaO—SiO2系中的化合物有

2CaO·SiO2

正硅酸钙

3CaO·SiO2

不稳定化合物（1225℃以下分解成2CaO·SiO2和CaO）

3CaO·2SiO2

硅钙石

CaO·SiO2

偏硅酸钙（硅灰石）CaOSiO2CaOSiO2SiO2CaO与SiO2接触带固相反应结构示意图（CaO:SiO2=1:1）反应温度1000℃（该温度下没有3CaO·SiO2生成）3CaO·SiO22CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·2SiO2CaO·SiO2SiO23CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·2SiO2CaO2CaO·SiO23CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·2SiO2CaO·SiO2SiO2CaO·SiO2SiO22CaO·SiO2CaO·SiO23CaO·2SiO2481216(h)10080604020主要的固相反应开始出现温度反应物固相反应产物开始出现温度℃）Fe2O3+SiO2Fe2O3在SiO2中的固熔体575Fe3O4+SiO22FeO·SiO2铁橄榄石990~1100CaO+Fe2O3CaO·Fe2O3铁酸一钙500、600、610、650、675CaCO3+Fe2O3CaO·Fe2O3铁酸一钙590CaO+SiO22CaO·SiO2正硅酸钙500、610、690MgO+SiO22MgO·SiO2镁橄榄石680MgO+Fe2O3MgO·Fe2O3铁酸镁600主要的固相反应开始出现温度

液相的生成是铁矿石烧结造块的基础，当料层温度升高时，低熔点矿物以及矿物间的共熔体生成熔融状态的液相。液相的性质和数量对烧结矿的强度和还原性影响很大。（1）非熔剂（酸性）性烧结矿的主要液相系

酸性烧结料的组成：Fe2O3、Fe3O4、SiO2

酸性烧结矿成矿过程的主要液相系：FeO—SiO2

FeO--SiO2：2FeO·SiO2是酸性烧结矿的主要粘结相，随FeO熔入液相，液相熔点下降；FeO—Fe3O4

（纯磁铁矿烧结时的主要粘结相）Fe3O4—2FeO·SiO2：随Fe3O4熔入液相，液相熔点升高。3）烧结矿的液相反应a)FeO—SiO2体系：固相反应产物：2FeO·SiO2

（FeO72%、SiO228%，数量比较少）熔点1205℃共晶系：2FeO·SiO2—FeO（FeO76%、SiO22.4%）熔点1177℃FeO-SiO2体系形成条件：①较高的温度（矿石中SiO2很少，即使全部形成2FeO·SiO2，产生的液相量很少,提高温度让更多的FeO熔入液相);②较强的还原气氛，使Fe3O4还原成FeO

2Fe3O4+3SiO2+2CO=3(2FeO·SiO2)+2CO2

在酸性烧结矿中，足够的铁橄榄石液相数量是保证烧结矿强度必须的。Fe2O3不与SiO2反应

此体系有一个低共熔点：2FeO·SiO2（83%）—Fe3O4（17%）熔点1142℃，比铁橄榄石熔点还低，因而它在烧结过程中首先形成液相。随物料中Fe3O4逐渐溶入液相，液相的熔点升高。当液相达到影线部分时，大部分Fe3O4（70%左右）熔入液相中。因此，在烧结酸性烧结料时，要在固体物料熔入液相前需加热到很高温度，所以要求较高的配碳量。当高温的液相冷却时，在阴影部分的液相首先析出磁铁矿晶体，液相中铁橄榄石成分不断增加，当温度继续下降，以铁橄榄石占主要成分的液相最后凝固在磁铁矿晶体周围，形成粒状结构。

b)Fe3O4—2FeO·SiO2体系Fe2O3不与SiO2反应x（2）自熔性烧结矿的主要液相系二元碱度R=1.0~1.4，烧结料中加入相当数量的CaO自熔性烧结料组成：Fe2O3、Fe3O4、CaO、MgO、SiO2

成矿过程的主要液相体系：CaO-SiO2、CaO-FeO-SiO2、CaO-MgO-SiO2、CaO-SiO2-Al2O3-FeO、2CaO·SiO2-2FeO·SiO2

a)硅酸钙（CaO-SiO2）系主要化合物：

2CaO·SiO2

正硅酸钙熔点2130℃开始形成温度500~690℃

3CaO·SiO2

硅酸三钙在1250~2070℃稳定，1250℃以下分解

3CaO·2SiO2

硅钙石在1464℃分解成2CaO·SiO2+L

CaO·SiO2

硅灰石熔点1544℃共熔点：

CaO·SiO2+SiO2

共熔点1436℃

CaO·SiO2+3CaO·2SiO2

共熔点1460℃

2CaO·SiO2+CaO共熔点2050℃

这个体系的熔化温度都比较高，烧结条件下（1200~1450℃）产生的液相量不会很多，但其中的正硅酸钙2CaO·SiO2

是固相反应的最初产物，熔点又很高，烧结过程不会全部熔化(熔化后也不分解),直接转移到烧结矿中。但2CaO·SiO2

能与2FeO·SiO2

形成低熔点固溶体（钙铁橄榄石）,熔点在1170~1206℃之间,因而在烧结温度下能形成液相，冷却时2CaO·SiO2

从共晶混合物中析出。若正硅酸钙在液相结晶时单独析出，或被其它粘结相包裹，将对烧结矿产生十分有害的影响。b）钙铁橄榄石（CaO-FeO-SiO2）系

是高温还原性气氛下生产熔剂性烧结矿时的主要粘结相之一。钙铁橄榄石[（CaO）x（FeO）2-x（SiO2），x=0.25~1.0]是2CaO·SiO2与2FeO·SiO2形成的固熔体，x=1时的熔点1206℃。该体系的主要矿物：铁黄长石

2CaO·FeO·SiO2

钙铁橄榄石

CaO·FeO·SiO2

熔化温度在1030~1206℃

钙铁辉石

CaO·FeO·2SiO2随烧结矿碱度升高，钙铁橄榄石逐渐取代铁橄榄石。冷却时过量的2CaO·SiO2从液相中首先析出，最后析出的钙铁橄榄石包裹在2CaO·SiO2外面。钙铁橄榄石熔化温度比铁橄榄石低，液相粘度小，料层透气性好，但烧结矿急剧冷却时，液相来不及结晶而形成各种过冷成分的含铁玻璃质，使烧结矿呈粗孔薄壁结构，强度差。（冷却强度：上层120~130℃/min，下层40~50℃/min）。钙铁橄榄石系粘结相的生成条件：需要足够多数量的FeO，故配碳量要高，还原性气氛要强。c）钙镁橄榄石（CaO-MgO-SiO2）系加入部分白云石生产熔剂性烧结矿时会产生此液相系。主要矿物：镁橄榄石（2MgO·SiO2）熔点1890℃混合物熔点在1400℃左右偏硅酸镁（MgO·SiO2）1557℃

钙镁橄榄石（CaO·MgO·SiO2）1490℃

透辉石（CaO·MgO·2SiO2）1391℃

镁黄长石（2CaO·MgO·2SiO2）1454℃

镁蔷薇辉石（3CaO·MgO·2SiO2）1575℃分解为

MgO+2CaO·SiO2

烧结料中加MgO的原因主要从高炉生产角度考虑：

i)MgO系矿物熔点高(CaO2570℃MgO2799℃)可提高烧结矿的熔融滴落温度；

ii）适量MgO可降低炉渣粘度。对烧结矿本身来讲：

i）MgO与CaO碱性相当，MgO-SiO2和CaO-SiO2之间的亲和力相当。因此，MgO的存在减少了2CaO·SiO2的数量，在一定程度上抑制了自熔性烧结矿粉化(体积变化)。

ii）MgO可固溶于2CaO·SiO2中，有稳定其相变的作用，但烧结矿中MgO一般不高于2.5~3.0%，否则因熔点太高而生烧。Fe3O4不与CaO反应Fe3O4不与CaO反应（3）高碱度烧结矿的主要液相系

高碱度烧结矿R＞1.6

超高碱度烧结矿R＞2.5

烧结料中配入较多的CaO，从500~700℃开始CaO与Fe2O3开始形成最初产物CaO·Fe2O3，随温度升高，反应加速进行，且开始出现2CaO·Fe2O3和CaO·2Fe2O3。铁酸钙体系（CaO-Fe2O3）主要矿物：CaO·Fe2O3

铁酸一钙,在1216℃分解成2CaO·Fe2O3+L2CaO·Fe2O3

铁酸二钙，熔点1449℃CaO·2Fe2O3

二铁酸钙，在1155~1226℃稳定存在,冷却到1155℃时分解成CaO·Fe2O3和Fe2O3；在1226℃熔化并分解出Fe2O3。CaO·Fe2O3—CaO·2Fe2O3

共晶点1205℃。铁酸钙系化合物熔点均很低，液相易于形成。特别是当CaO·Fe2O3

液相生成后，当其中逐步熔入Fe2O3

时，其熔点是下降的。这是高碱度烧结矿烧结温度低，FeO低的原因之一(还原性）。Fe3O4不与CaO反应4）冷却固结燃烧层移过后，烧结矿的冷却过程随即开始液相形核---非均质形核冷却速度---快慢---结晶形态应力强度矿物结构----体积变化应力强度一般碱度的熔剂性烧结矿中正硅酸钙(2CaO·SiO2)是常含有的矿物。它是固相反应的最初产物，由于熔点很高(2130℃)，烧结温度下不发生熔化和分解，直接转入成品烧结矿中。由于正硅酸钙在冷却过程中发生一系列的晶型转变，体积膨胀，产生内应力，导致烧结矿粉碎，严重影响烧结矿强度。升温路线：γ——α’——α830℃1447℃冷却降温转变路线：α——α’——β——γ1425℃670℃硅酸钙存在的四种微观结构变形体稳定范围晶系密度（g/cm3）α-C2S（高温型）2130~1438℃六方3.07(1500℃)α’-C2S（中温型）1438~705℃斜方3.31(700℃)β-C2S（亚稳型）705~525℃单斜3.28γ-C2S（低温型）<525℃斜方2.97过冷极限温度液相ααα’α’升温ΔV=12%βγ自由能2CaO·SiO2变体的稳定关系图525670705830142514472130烧结矿冷却时，在525℃~705℃时，亚稳态β-C2S向γ-C2S转变，体积膨胀10%；在高炉内烧结矿温度升高到830℃以上时，由γ-C2S向α’-C2S转变，体积缩小12%。使熔剂性烧结矿容易产生粉化现象。防止方法生产高碱度(或超高碱度)烧结矿(碱度2.5～5.0),促使产生3CaO·SiO2及CaO·Fe2O3，可防止C2S的生成;加入MgO、Al2O3、B2O3、BaO、Cr2O3、磷矿粉、含锰和含钒矿物等添加剂，稳定β→C2S，防止其晶型转变；操作过程中严格控制温度，减少固相反应中产生C2S的机会。(1)烧结生产指标(a)利用系数：单位时间内每m2有效烧结面积的产量（t/m2.h）(1.0~1.4) (b)成品烧结矿台时产量Q(t/台.时)K=

K=50~70%(烧结矿成品率)

—烧结混合料堆比重（t/m3）1.5~1.9t/m3F—烧结机有效烧结面积（m3）,F=台车宽度B×烧结机长度L—垂直烧结速度（m/min）10~20mm/min5）强化烧结过程分析

烧结产量同垂直烧结速度成正比。而d主要同抽过料层的空气量有关，在抽风机能力和负压一定时，垂直烧结速度主要决定于料层透气性。(2)烧结料层透气性

压差流量

a烧结层b燃烧层

c预热层d过湿层

（3）强化烧结措施a.混合料预热—过湿层b.加生石灰或消石灰—吸收水分、提高湿强度c.热风烧结-----减缓冷速、提高强度d.分层布料和双层布料----改善燃料的分布6）烧结新工艺a）球团烧结工艺b）高温处理工艺c）低SiO2高还原性烧结矿新工艺SiO2低，实际粘结相减少，改善方法

R粉料比铁矿粉

e）低温烧结工艺

在较低温度下烧结（1250~1300℃),以强度好，还原性好的针状复合铁酸钙为主要粘结相，同时使烧结矿中含有较高比的残留原矿—赤铁矿形成复合铁酸钙，即钙铝硅铁酸盐（SFCA）；针状结构，结构式为：Ca5Si2(Fe,Al)10O36

理想的原料条件成分：碱度CaO/SiO2=1.7~2.1，Al2O3/SiO2=0.1~0.37SiO2

不宜小于4%，否则SFCA量少且不为针状，SiO27%最适宜；

粒度：理想的准颗粒，以赤铁矿原矿作核心，以石英脉石精矿或赤铁矿细粉料，以及能形成高碱度熔体的成分作粘附粉料（外层碱度高，内层碱度低，保证平均在1.7左右),煤粉尽量滚在外层，以保证充分燃烧。

由于烧结温度低，必须降低配碳量，同时必须提高料层高度以增加自动蓄热。料层提高后要求料层空隙率高。因此精矿粒度组成中应尽量减少砂粒：0.2~0.7mm的颗粒在混合料中以砂粒状态存在，既不能成为核心，也不能成为外滚粉料。2.3球团矿

是人造块状原料的一种方法，将粉状物料（精矿粉、溶剂、粘结剂、燃料）的混合物造球后经干燥、焙烧、固结成为具有良好冶金性质的含铁原料。球团的基本任务：（1）充分利用铁矿资源，制成球状冶炼原料，改善物料冶炼性能，去除杂质；（2）生产用于直接还原的金属化球团；（3）利用二次含铁原料，回收有用金属。(综合利用资源、改善成分及冶金性能)

2.3.1球团方法分类

1.球团成型方法分类

压团—压力造块法，用压机制成方团矿球团—靠滚动成型优势：（1）适合大规模生产；（2）粒度均匀；（3）孔隙率高，还原性好。（4）冷态强度高。

2.球团固结温度分类

（1）高温固结:氧化焙烧球团矿、金属化球团、氯化球团

（2）(常)低温固结:水硬性、热液法、碳酸化、锈化法、焦化法工艺流程一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序原料1含铁原料2二次含铁原料3粘结剂4添加剂5燃料2.3.2球团矿生产的工艺流程球团的生产流程2.3.3球团矿与烧结矿的比较

A.原料条件：（1）粒度：球团原料粒度细,比烧结对原料适应性更强；（2）球团添加粘结剂；（3）燃料：球团外部供热，为强氧化气氛；

B.冶金性能：球团更具优势：1）粒度小而均匀2）冷态强度3）铁份高、堆密大4）还原性好5）原料来源较宽6）球团矿的热还原强度比烧结矿差球团矿热还原强度降低冶金性能比较(见下表)

C.经济效果比较

1）球团设备多，建厂投资高2）加工费用各有长短。

D.环保（1）烟气含尘量：球团料层透气性好，强度高，粉末少，故烟气含尘少；（2）烟气中SO2、NOX含量高。

2.3.4球团生产工艺过程及理论一、造球理论1矿粉成球过程中水的作用（1）吸附水；（2）薄膜水；（3）毛细水；（4）重力水：3、成球过程分三阶段：（1）生成母球（2）母球长大（3）生球密结二、球团高温焙烧固结机理1焙烧固结过程图生球焙烧固结各阶段示意图（1）干燥目的：降低生球中的水分，使干燥后的球团能够承受预热阶段的温度应力。干燥过程中，生球内部水分向外扩散，并从表面蒸发，温度高，气流速度快，利于干燥。（2）预热进一步去除水分，同时，进行各种反应，如磁铁矿转变为赤铁矿、结晶水蒸发、水合物和碳酸盐分解及硫化物的煅烧。（3）焙烧固结反应：预热阶段未完成的反应继续进行，主要进行铁氧化物的结晶和再结晶，固相反应以及由此由此产生的低熔点化合物的熔，球团体积的收缩和组织致密化。（4）球团均热：主要目的是使球团内晶体长大，再结晶充分，矿物组成均匀，该过程温度略低于焙烧温度。（5）冷却：将球团温度从1000℃以上降低到皮带可以承受温度并回收其热量，冷却介质为空气。

(6)固结

(7)氧化去硫

(8)分解

(9)去水分

球团矿粘结机理

2、造球设备（1）圆筒造球机(2）圆盘造球机

圆盘造球机三、球团焙烧设备

1竖炉

2带式焙烧机

50年代开始应用；60年代其产量占球团总产量34.3%；70年代升至56.1%；2004年，世界带式球团生产能力2.05亿，占世界总能力的66.43%带式焙烧机链篦机-回转窑链篦机工作原理：将含铁球料布在慢速运行的篦板上，利用环冷机余热及回转窑排出的热气流对生球进行鼓风干燥及抽风干燥、预热、氧化固结，而后直接进入回转窑进行焙烧，链篦机上的粉料由灰斗回收再次利用。链篦机- 回转窑三种焙烧球团方法的生产成本高碱度烧结矿的冶金性能1)具有良好还原性2)具有较好的冷强度和较低的还原粉化率3)具有较高的荷重软化温度4)具有良好的高温还原性和熔滴特性酸性氧化球团矿的冶金特性

1)生球爆裂温度高，焙烧区间宽，易于生产，且成品球含铁量高，强度好；

2)气孔率高，还原性好，优于其他矿石；

3）高温冶金性能差，软化温度低。2.4其它压力造块法粘结剂固结法其它方法本章思考题1.炼钢生铁与铸造生铁的主要区别是什么？冶炼炼钢生铁与铸造生铁时是造渣制度和热制度上有什么区别？2.何为高炉炉料结构？什么是合理的高炉炉料结构？3.高炉生产主要技术经济指标。4.烧结生产的目的和意义。5.烧结料层中的固相反应及固相反应的特点。6.带式抽风烧结过程的分层性。7.非熔剂性烧结矿、自熔性烧结矿和高碱度烧结矿的主要粘结相。自熔性烧结矿中正硅酸钙的特点。8.烧结矿主要质量指标。9.合理炉料结构。谢谢观看/欢迎下载BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH2009电子大赛电机部分培训一、直流电机（）汇报人姓名图4为采用内部集成有两个桥式电路的专用芯片L298所组成的电机驱动电路。驱动芯片L298是驱动二相和四相步进电机的专用芯片，我们利用它内部的桥式电路来驱动直流电机，这种方法有一系列的优点。每一组PWM波用来控制一个电机的速度，而另外两个I/O口可以控制电机的正反转，控制比较简单，电路也很简单，一个芯片内包含有8个功率管，这样简化了电路的复杂性，如图所示IOB10、IOB11控制第一个电机的方向，IOB8输入的PWM控制第一个电机的速度；IOB12、IOB13控制第二个电机的方向，IOB9输入的PWM控制第二个电机的速度。

）

步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。特点:（1）来一个脉冲，转一个步距角。（2）控制脉冲频率，可控制电机转速。（3）改变脉冲顺序，可改变转动方向。应用：由于步进电动机的这一工作职能正好符合数字控制系统要求，因此它在数控机床、钟表工业及自动记录仪等方面都有很广泛的应用二、步进电动机及其控制种类：励磁式和反应式两种。励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，依靠电磁转矩工作。反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。依靠变化的的磁阻生成磁阻转矩工作。应用最广泛，它有两相、三相、多相之分。三相反应式步进电动机的原理结构图如下：ABCIAIBIC

定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相。采用Y连接，转子有四个齿。定子转子1、步进电机的结构2、步进电机的工作原理

由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转矩，使转子转动。现以BCIAIBIC的通电顺序，使三相绕组轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。ABCA（1）三相单三拍（FLASH）CA'BB'C'A3412

A相绕组通电，B、C相不通电。气隙产生以A-A为轴线的磁场，而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，故电动机转子受到一个反应转矩，在此转矩的作用下，转子必然转到左图所示位置：1、3齿与A、A′极对齐。“三相”指三相步进电机；“单”指每次只能一相绕组通电；“三拍”指通电三次完成一个通电循环。CA'BB'C'A3412

同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4齿和B、B´磁极轴线对齐；当C相通电时，转子再转过30角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。1C'342CA'BB'ACA'BB'C'A3412

这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。按ABCA……的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)磁场在空间旋转了360°而转子转过90°(一个齿距角)。CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412

A相通电，转子1、3齿与A、A'对齐。

A、B相同时通电，A、A'磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子转过15，到达左图所示位置。按AABBBCC

CA的顺序给三相绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。（2）三相六拍（FLASH）CA'BB'C'A3412B相通电，转子2、4齿与B、B´对齐,又转过15。3412CA'BB'C'AB、C相同时通电，C'、C

磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子再转过15。三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：AABBBCC

CA，每个循环周期分为六拍。每拍转子转过15（步距角），一个通电循环周期(6拍)转子转过90(齿距角)。与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。AB通电CA'BB'C'A3412BC通电3412CA'BB'C'ACA通电CA'BB'C'A3412与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循环周期也分为三拍。每拍转子转过30(步距角)，一个通电循环周期(3拍)转子转过90(齿距角)。（3）三相双三拍（FLASH）按ABBCCA的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电。

从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步距角计算公式：—步距角Zr

—转子齿数m—每个通电循环周期的拍数实用步进电机的步距角多为3和1.5。为了获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的。相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度/（转子齿数*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。3.步进电机的静态指标术语定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过分采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。1)步距角精度

步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。2)失步

电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。3)失调角

转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。4)最大空载起动频率

4.步进电机动态指标及术语电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。5)最大空载的运行频率

电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。6)运行矩频特性

电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。如图2所示：图2力矩与频率曲线图环形分配器、功率放大器以及其它控制线路组合构成步进电机的驱动系统，其方框图如图4，在下一节的方案选择时，也是按照驱动系统的结构来进行。5.步进电机驱动系统的结构图4步进电机驱动系统结构图基本原理作用如下：

(1)控制换相顺序

通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C相的通断。

(2)控制步进电机的转向

如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。

(3)控制步进电机的速度

如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。

主要元件：恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N、光电耦合器TLP521-4

工作电压方式：直流

工作电压：信号端4~6V、控制端5~36V

调速方式：直流电动机采用PWM信号平滑调速。

特点：

1、可实现电机正反转及调速。

2、启动性能好，启动转矩大。3、工作电压可达到36V，4A。

4、可同时驱动两台直流电机。

5、适合应用于机器人设计及智能小车的设计中。

实例一：用L298驱动两台直流减速电机的电路。引脚A，B可用于PWM控制。如果机器人项目只要求直行前进，则可将IN1，IN2和IN3，IN4两对引脚分别接高电平和低电平，仅用单片机的两个端口给出PWM信号控制A，B即可实现直行、转弯、加减速等动作。

实例二：用L298实现二相步进电机控制。将IN1，IN2和IN3，IN4两对引脚分别接入单片机的某个端口，输出连续的脉冲信号。信号的快慢决定了电机的转速。改变绕组脉冲信号的顺序即可实现正反转。图13L298驱动步进电机伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度，驱动控制对象。伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。伺服电动机可分为两类：交流伺服电动机和直流伺服电动机三、伺服电动机及其控制1、交流伺服电动机

交流伺服电动机就是一台两相交流异步电机。它的定子上装有空间互差90的两个绕组：励磁绕组和控制绕组，其结构如图所示。励磁绕组控制绕组杯形转子内定子交流伺服电动机结构图~Uf~UcC其旋转速度n为:n=60f(1-s)/p=n0(1-s)f:交流电源频率(HZ)p:为磁级对数n0:电动机旋转磁场转速(r/min),

n0=60f/ps:转差率,s=(n0-n)/n0图5—21.基本工作原理:交流伺服电动机以单相异步电动机原理为基础，从图5—2可以看出，励磁绕组WF接到电压为Uf的交流电网上，控制绕组WC接到控制电压Uc上，当有控制信号输入时，两相绕组便产生旋转磁场。该磁场与转子中的感应电流相互作用产生转矩，使转子跟着旋转磁场以一定的转差率转动起来.放大器检测元件控制信号+–+–控制绕组励磁绕组+++–––11(b)相量图交流伺服电动机的接线图和相量图(a）接线图交流伺服电动机的接线图和相量图放大器检测元件控制信号+–+–控制绕组励磁绕组+++–––1励磁绕组串联电容C,是为了产生两相旋转磁场。适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近90,从而产生所需的旋转磁场。控制电压与电源电压频率相同，相位相同或反相。励磁绕组固定接在电源上，当控制电压为零时，电机无起动转矩，转子不转。放大器检测元件控制信号+–+–控制绕组励磁绕组+++–––1

若有控制电压加在控制绕组上，且励磁电流和控制绕组电流不同相、相位相差90度、幅值相等i1=Ikmsinωti2=Ikm