鋼鐵冶金第二章高爐煉鐵原料

1、 幾個基本概念幾個基本概念 1）富）富 礦：含鐵品位礦：含鐵品位50%的鐵礦石；的鐵礦石； 2）貧礦：實際含鐵量低于理論含鐵量）貧礦：實際含鐵量低于理論含鐵量70%的鐵礦石稱貧礦（必須經(jīng)過選礦后使用）。的鐵礦石稱貧礦（必須經(jīng)過選礦后使用）。 3）塊礦和粉礦）塊礦和粉礦 4）精礦：貧礦經(jīng)過破碎、細(xì)磨，并通過磁）精礦：貧礦經(jīng)過破碎、細(xì)磨，并通過磁選或浮選得到的高品位細(xì)選或浮選得到的高品位細(xì) 粉狀礦石粉狀礦石（TFe6068%）鐵礦石和燃料鐵礦石和燃料2.1.1 鐵礦石鐵礦石Magnetite 磁鐵礦磁鐵礦Hematite 赤鐵礦赤鐵礦Limonite 褐鐵礦褐鐵礦菱鐵礦菱鐵礦各類鐵礦石圖各類鐵礦石

2、圖Siderite Pyrite Goethite 針鐵礦(Fe2O3*H2O) 黃鐵礦鐵礦石鐵礦石理 論 含理 論 含鐵 量鐵 量 ( % )( % )貧 富 界 限貧 富 界 限實 際 品 位實 際 品 位(%)(%)我國鐵礦石我國鐵礦石最低工業(yè)品最低工業(yè)品位位(%(%）冶煉性能冶煉性能赤鐵礦（赤鐵礦（FeFe2 2O O3 3）7070494930303535P P，SS易還原易還原磁鐵礦（磁鐵礦（FeFe3 3O O4 4）72.472.450.6850.683030P P，SS難還原難還原菱鐵礦（菱鐵礦（FeCOFeCO3 3）48.348.333.7433.742525P P，SS

3、焙燒后易還焙燒后易還原原 褐鐵礦褐鐵礦（2Fe2Fe2 2O O3 33H3H2 2O O）55.255.266.166.138.6438.6446.2746.273030易還原易還原各類鐵礦石含量及冶煉性能各類鐵礦石含量及冶煉性能鐵礦石的評價鐵礦石的評價 A A 成分成分品位：含鐵量，理論上品位1%，焦比2%，產(chǎn)量 3%脈石成分：SiO2、Al2O3越低（須重視Al2O3 ），MgO 越好有害雜質(zhì)和有益元素：S、P、Pb、Zn、As、K、Na、 Cu、 Mn、V、Ni、Cr、Nb B B 強(qiáng)度和粒度強(qiáng)度和粒度 強(qiáng)度易粉化影響高爐透氣性，不同粒度應(yīng)分級入爐; C C 還原性：還原性： 鐵礦石被

4、鐵礦石被COCO、H H2 2還原的難易程度，還原的難易程度，影響焦比; D D 化學(xué)成分穩(wěn)定性：化學(xué)成分穩(wěn)定性： TFe波動0.5%，SiO2 0.03%混勻的重要性（條件：平鋪直取原料場應(yīng)足夠大）;鐵礦石的準(zhǔn)備處理鐵礦石的準(zhǔn)備處理破碎破碎篩分篩分混勻混勻焙燒焙燒選礦選礦造塊造塊 磁選機(jī)輸送機(jī)粗破球磨機(jī)燒結(jié)球團(tuán)燒結(jié)球團(tuán)燒結(jié)礦燒結(jié)礦燒結(jié)礦及燒結(jié)球團(tuán)燒結(jié)礦及燒結(jié)球團(tuán)2.1.2 （助）熔劑（助）熔劑（1）作用：形成低熔點易流動的爐渣、脫S（堿性熔劑）調(diào)整成分。 （2）種類：性質(zhì)使使 用用 條條 件件 及及 作作 用用堿性鐵礦中脈石為酸性氧化物，包括：石灰石、白云石、石灰酸性鐵礦中脈石為堿性氧化物，

5、主要為：SiO2（只在爐況失常時使用（Al2O3）18%或排堿時）中性高Al熔劑，主要為：含Al2O3高的鐵礦（只在降低爐渣流動性時使用）(3)熔劑的質(zhì)量要求熔劑的質(zhì)量要求堿性氧化物含量（CaO+MgO52%） 概念：石灰石有效熔劑性能用CaO（有效）表示CaO（有效）= CaO（石灰石）- RSiO2（石灰石）S、P S（0.010.08%），P（0.0010.03%）減少CaCO3入爐： 原因：a. 高溫分解吸熱 b. CO2+C=2CO c. CO2會沖淡CO濃度造成焦比K增加。2.1.3 高爐燃料高爐燃料A.焦炭焦炭主要作用：主要作用： 作為高爐熱量主要來源的作為高爐熱量主要來源的60

6、6080%80%，其它熱風(fēng)提供，其它熱風(fēng)提供 提供還原劑提供還原劑C C、COCO 料柱骨架，保證透氣性、透液性料柱骨架，保證透氣性、透液性質(zhì)量要求：質(zhì)量要求： 含炭量：含炭量：CC灰份灰份渣量渣量、強(qiáng)度、強(qiáng)度、反應(yīng)性、反應(yīng)性 焦比焦比 含含S S量：生鐵中量：生鐵中S80%S80%來源于焦碳來源于焦碳 強(qiáng)強(qiáng) 度：度：M40M40、M10(M10(轉(zhuǎn)鼓指數(shù)轉(zhuǎn)鼓指數(shù)) ) 成分穩(wěn)定（特指水分）：成分穩(wěn)定（特指水分）： 干熄焦技術(shù)（寶鋼）干熄焦技術(shù)（寶鋼）焦炭反應(yīng)性：焦炭反應(yīng)性： C+COC+CO2 2=2CO=2CO（H H2 2O O或或O O2 2）開始反應(yīng)位置的高低快慢開始反應(yīng)位置的高低快

7、慢影響間接還原區(qū)的范圍，從而影響焦比。影響間接還原區(qū)的范圍，從而影響焦比。焦?fàn)t焦?fàn)t焦炭焦炭B.噴吹燃料噴吹燃料焦煤減少，價格上升，尋找替代能源焦煤減少，價格上升，尋找替代能源（1 1）氣體燃料）氣體燃料 天然氣、焦?fàn)t煤氣、熱轉(zhuǎn)化氣（裂化石油氣、重油裂天然氣、焦?fàn)t煤氣、熱轉(zhuǎn)化氣（裂化石油氣、重油裂化氣等）化氣等）（2 2）液體燃料）液體燃料 重油、柴油、焦油重油、柴油、焦油（3 3）固體燃料）固體燃料 煤煤-無煙煤、煙煤、褐煤無煙煤、煙煤、褐煤2.2 燒結(jié)礦燒結(jié)礦 富礦粉和貧礦富選后得到的精礦粉都不能直接入爐冶富礦粉和貧礦富選后得到的精礦粉都不能直接入爐冶煉，必須將其重新造塊，燒結(jié)是最重要最基本

8、的造塊方法煉，必須將其重新造塊，燒結(jié)是最重要最基本的造塊方法之一。通過燒結(jié)得到的燒結(jié)礦具有許多優(yōu)于天然富礦的冶之一。通過燒結(jié)得到的燒結(jié)礦具有許多優(yōu)于天然富礦的冶煉性能，如高溫強(qiáng)度高煉性能，如高溫強(qiáng)度高, ,還原性好還原性好, ,含有一定的含有一定的CaOCaO、MgOMgO，具有足夠的堿度具有足夠的堿度, ,高爐可不加或少加石灰石。通過燒結(jié)可高爐可不加或少加石灰石。通過燒結(jié)可除去礦石中的除去礦石中的S S、ZnZn、PbPb、AsAs、K K、NaNa等有害雜質(zhì)，減少其等有害雜質(zhì)，減少其對高爐的危害。高爐使用冶煉性能優(yōu)越的燒結(jié)礦后，基本對高爐的危害。高爐使用冶煉性能優(yōu)越的燒結(jié)礦后，基本上解除了

9、天然礦冶煉中常出現(xiàn)的結(jié)瘤故障；同時極大地改上解除了天然礦冶煉中常出現(xiàn)的結(jié)瘤故障；同時極大地改善了高爐冶煉效果。燒結(jié)中可廣泛利用各種含鐵粉塵和廢善了高爐冶煉效果。燒結(jié)中可廣泛利用各種含鐵粉塵和廢料，擴(kuò)大了礦石資源料，擴(kuò)大了礦石資源, ,又改善了環(huán)境。又改善了環(huán)境。生產(chǎn)燒結(jié)礦生產(chǎn)燒結(jié)礦2.2.1 燒結(jié)礦質(zhì)量評價燒結(jié)礦質(zhì)量評價 對燒結(jié)礦質(zhì)量的要求是：品位高，強(qiáng)度好，成分穩(wěn)定，對燒結(jié)礦質(zhì)量的要求是：品位高，強(qiáng)度好，成分穩(wěn)定，還原性好，粒度均勻，粉末少，堿度適宜，有害雜質(zhì)少。還原性好，粒度均勻，粉末少，堿度適宜，有害雜質(zhì)少。1 1）強(qiáng)度和粒度）強(qiáng)度和粒度 國內(nèi)外多采用標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)鼓的鑒定方法來確定燒結(jié)礦強(qiáng)度。

10、國內(nèi)外多采用標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)鼓的鑒定方法來確定燒結(jié)礦強(qiáng)度。取粒度取粒度2525150mm150mm的燒結(jié)礦試樣的燒結(jié)礦試樣20kg20kg，置于直徑，置于直徑1.0m1.0m，長長0.65m0.65m的轉(zhuǎn)鼓中的轉(zhuǎn)鼓中 轉(zhuǎn)鼓指數(shù)轉(zhuǎn)鼓指數(shù)=(1-A/20) 100% 式中式中A-A-試樣中小于試樣中小于5mm5mm部分的重量，部分的重量，kgkg。顯然轉(zhuǎn)鼓指數(shù)。顯然轉(zhuǎn)鼓指數(shù)愈大，燒結(jié)礦強(qiáng)度愈好。一般要求燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)大愈大，燒結(jié)礦強(qiáng)度愈好。一般要求燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)大于于75%75%。2 2）還原性）還原性 生產(chǎn)中習(xí)慣用燒結(jié)礦中的生產(chǎn)中習(xí)慣用燒結(jié)礦中的FeOFeO含量表示還原性。含量表示還原性。3 3）堿度

11、）堿度 燒結(jié)礦堿度一般用燒結(jié)礦堿度一般用R=CaO/SiOR=CaO/SiO2 2表示表示, ,按照堿度的不同按照堿度的不同, ,燒燒結(jié)礦可分為三類：結(jié)礦可分為三類： A)A)酸性酸性( (或普通或普通) )燒結(jié)礦燒結(jié)礦 堿度堿度( (如如R R0.9)0.9)低于爐渣堿度。低于爐渣堿度。 B)B)自熔性燒結(jié)礦自熔性燒結(jié)礦 堿度堿度(1.0(1.01.4)1.4)等于或接近爐渣堿度。等于或接近爐渣堿度。 C) C)熔劑性燒結(jié)礦熔劑性燒結(jié)礦 堿度堿度( (1.4)1.4)明顯高于爐渣堿度明顯高于爐渣堿度 高堿度高堿度(2.0(2.03.0)3.0) 超高堿度超高堿度(3.0(3.04.0)4.0

12、)燒結(jié)礦。燒結(jié)礦。 為了改善爐渣的流動性和穩(wěn)定性，燒結(jié)礦中常含有為了改善爐渣的流動性和穩(wěn)定性，燒結(jié)礦中常含有MgO(MgO(如如2 23%3%或更高或更高) )，使渣中，使渣中MgOMgO含量達(dá)到含量達(dá)到7 78%8%或更高，促進(jìn)高或更高，促進(jìn)高爐順行。爐順行。 鼓風(fēng)燒結(jié)法（平地吹土燒法、燒結(jié)鍋鼓風(fēng)燒結(jié)法（平地吹土燒法、燒結(jié)鍋 、帶式燒結(jié)、帶式燒結(jié)機(jī)機(jī) ） 抽風(fēng)燒結(jié)法抽風(fēng)燒結(jié)法 （間隙式（間隙式 固定式及移動式燒結(jié)盤）固定式及移動式燒結(jié)盤） ( 連續(xù)式連續(xù)式 環(huán)式及帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)）環(huán)式及帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)） 目前世界各國目前世界各國90%以上的燒結(jié)礦由抽風(fēng)帶式以上的燒結(jié)礦由抽風(fēng)帶式燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)，其他

13、燒結(jié)方法有回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)，懸浮燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)，其他燒結(jié)方法有回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)，懸浮燒結(jié)，抽風(fēng)或鼓風(fēng)盤式燒結(jié)和土法燒結(jié)等。各法燒結(jié)，抽風(fēng)或鼓風(fēng)盤式燒結(jié)和土法燒結(jié)等。各法生產(chǎn)工藝和設(shè)備盡管有所不同，但燒結(jié)基本原理生產(chǎn)工藝和設(shè)備盡管有所不同，但燒結(jié)基本原理基本相同?；鞠嗤?下面著重以帶式抽風(fēng)燒結(jié)法來論述。下面著重以帶式抽風(fēng)燒結(jié)法來論述。 2.2.2 燒結(jié)反應(yīng)過程燒結(jié)反應(yīng)過程帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)燒結(jié)礦冷卻機(jī)燒結(jié)礦冷卻機(jī)氣體混合室氣體混合室分離器分離器分離器分離器再循環(huán)罩再循環(huán)罩液化氣體液化氣體 帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)燒結(jié)生產(chǎn)一般工藝流程燒結(jié)生產(chǎn)一般工藝流程精礦、粉礦精礦

14、、粉礦（010mm）石灰石、白云石石灰石、白云石（800mm）碎焦、無煙煤碎焦、無煙煤（250mm）瓦斯灰、軋鋼皮瓦斯灰、軋鋼皮（100mm）破破 碎碎篩篩 分分破破 碎碎配配 料料 皮皮 帶帶一一 次次 混混 料（混勻）料（混勻）二二 次次 混混 料（制粒）料（制粒）布布 料料點火器點火器燒燒 結(jié)結(jié) 機(jī)機(jī)除除 塵塵破破 碎碎抽抽 風(fēng)風(fēng)篩篩 分分煙煙 筒筒冷冷 卻卻整整 粒粒高爐礦槽高爐礦槽3mm30mm水水水蒸汽水蒸汽煙道灰煙道灰灰灰 塵塵熱返礦熱返礦冷返礦冷返礦冷返礦冷返礦30mm大氣大氣高爐高爐1）燒結(jié)過程）燒結(jié)過程2)燒結(jié)過程的主要反應(yīng)燒結(jié)過程的主要反應(yīng)2.2.3 燒結(jié)礦固結(jié)機(jī)理燒結(jié)礦

15、固結(jié)機(jī)理 1）一般固相反應(yīng)）一般固相反應(yīng) 粉狀物料在熔化之前，固體顆粒在它們的接觸界面上發(fā)生化粉狀物料在熔化之前，固體顆粒在它們的接觸界面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物也是固相。學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物也是固相。 特點（特點（1）固相反應(yīng)速度決定于溫度，溫度越高反應(yīng)速度越快；）固相反應(yīng)速度決定于溫度，溫度越高反應(yīng)速度越快； （2）固相反應(yīng)速度與反應(yīng)物顆粒大小成反比，反應(yīng)速度常數(shù)）固相反應(yīng)速度與反應(yīng)物顆粒大小成反比，反應(yīng)速度常數(shù)與顆粒半徑平方成反比；增加緊實度有利于提高反應(yīng)速度。與顆粒半徑平方成反比；增加緊實度有利于提高反應(yīng)速度。 （3）固相反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)的最初產(chǎn)物與反應(yīng)物的數(shù)量）固相反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反

16、應(yīng)的最初產(chǎn)物與反應(yīng)物的數(shù)量無關(guān)。要想得到組成與反應(yīng)物質(zhì)量相當(dāng)?shù)淖罱K產(chǎn)物，在大多數(shù)情無關(guān)。要想得到組成與反應(yīng)物質(zhì)量相當(dāng)?shù)淖罱K產(chǎn)物，在大多數(shù)情況下需要很長時間。況下需要很長時間。 (4 ) 添加活性物質(zhì)，促進(jìn)固相反應(yīng)，可以解決難燒結(jié)礦的礦添加活性物質(zhì)，促進(jìn)固相反應(yīng)，可以解決難燒結(jié)礦的礦粉。粉。 CaOCaOFeOFeOSiOSiO2 2、 CaOCaO3Fe2O3Fe2O3 3SiOSiO2 2、CaOCaOFeFe2 2O O3 3 （燒結(jié)、機(jī)械混合）（燒結(jié)、機(jī)械混合）2）燒結(jié)料層中的固相反應(yīng)）燒結(jié)料層中的固相反應(yīng) （1）定義：混合料在燒結(jié)過程中隨溫度升高，）定義：混合料在燒結(jié)過程中隨溫度升高，

17、礦物（礦物（Fe2O3、Fe3O4、CaO、SiO2、MgO、Al2O3等）之間以固態(tài)形式進(jìn)行反應(yīng)，生成新的低熔點等）之間以固態(tài)形式進(jìn)行反應(yīng)，生成新的低熔點復(fù)雜化合物，化合物與化合物之間形成熔點更低復(fù)雜化合物，化合物與化合物之間形成熔點更低的共熔體。的共熔體。固相反應(yīng)只為液相的生成提供條件。固相反應(yīng)只為液相的生成提供條件。礦物礦物SiO2CaOMgOAl2O3Fe2O3Fe3O4熔點（熔點（） 173025702799204215651597礦物礦物熔點（熔點（) ) 礦物系礦物系熔點或熔點或低共熔點（低共熔點（）2FeOSiO212052FeOSiO2SiO211782FeOSiO2Fe3O

18、41142CaOFe2O312462CaOFe2O31449CaO2Fe2O31230CaOSiO215402CaOSiO22130CaOSiO22CaOFe2O31185CaO0.19FeO1.81SiO211502CaOSiO2FeO1280Fe3O4CaO2Fe2O31180Fe2O3不與不與SiO2反應(yīng)反應(yīng)Fe3O4不與不與CaO反應(yīng)反應(yīng)控制燒結(jié)氣氛產(chǎn)生粘控制燒結(jié)氣氛產(chǎn)生粘結(jié)物（碳的分布）。結(jié)物（碳的分布）。燒結(jié)料顆粒間的固相反應(yīng)燒結(jié)料顆粒間的固相反應(yīng) （2）固相反應(yīng)最初形成的化合物的組成與反應(yīng)物）固相反應(yīng)最初形成的化合物的組成與反應(yīng)物比例無關(guān)比例無關(guān) 兩種反應(yīng)物無論以何種比例混合，反

19、應(yīng)的最兩種反應(yīng)物無論以何種比例混合，反應(yīng)的最初產(chǎn)物總是一種。如以初產(chǎn)物總是一種。如以1:1混合的混合的CaO和和SiO2,最初最初產(chǎn)物不是產(chǎn)物不是CaOSiO2，而是而是2CaOSiO2。要想得到。要想得到與反應(yīng)物質(zhì)量比相當(dāng)?shù)淖罱K產(chǎn)物，需要很長時間。與反應(yīng)物質(zhì)量比相當(dāng)?shù)淖罱K產(chǎn)物，需要很長時間。燒結(jié)過程中由于加熱速度快燒結(jié)過程中由于加熱速度快(從從500加熱到加熱到1500不超過不超過3min),在高溫區(qū)停留時間短，通常在高溫區(qū)停留時間短，通常得不到與反應(yīng)物質(zhì)量比相對應(yīng)的產(chǎn)物。得不到與反應(yīng)物質(zhì)量比相對應(yīng)的產(chǎn)物。因此，因此，對對燒結(jié)過程有實際意義的是固相反應(yīng)開始溫度和反燒結(jié)過程有實際意義的是固相反

20、應(yīng)開始溫度和反應(yīng)的最初產(chǎn)物（最初產(chǎn)物對液相的形成具有貢應(yīng)的最初產(chǎn)物（最初產(chǎn)物對液相的形成具有貢獻(xiàn)）獻(xiàn)）。 不同固相之間的第一個反應(yīng)產(chǎn)物不同固相之間的第一個反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)物質(zhì)反應(yīng)物質(zhì)混合料中混合料中mol比比第一個反應(yīng)產(chǎn)物第一個反應(yīng)產(chǎn)物 開始出現(xiàn)溫度（開始出現(xiàn)溫度（）CaOSiO23:1 2:1 3:2 1:12 CaOSiO2500700MgOSiO22:1 1:12 MgOSiO2680CaOFe2O32:1 1:1CaOFe2O3500675CaOAl2O33:1 5:3 1:1 1:2 1:6CaOAl2O3MgOAl2O31:1 1:6MgOAl2O3Fe3O4SiO22FeOSiO29

21、901100例如：例如：CaOSiO2系中的化合物有系中的化合物有 2 CaOSiO2 正硅酸鈣正硅酸鈣 3 CaOSiO2 不穩(wěn)定化合物（不穩(wěn)定化合物（1225以下分解成以下分解成2CaOSiO2和和CaO） 3 CaO2SiO2 硅鈣石硅鈣石 CaOSiO2 偏硅酸鈣（硅灰石）偏硅酸鈣（硅灰石）CaOSiO2CaOSiO2SiO2CaO與與SiO2接觸帶固相反應(yīng)結(jié)構(gòu)示意圖（接觸帶固相反應(yīng)結(jié)構(gòu)示意圖（CaO:SiO2=1:1）反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度1000（該溫度下沒有（該溫度下沒有3CaOSiO2生成生成 ）3CaOSiO2 2CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaO2SiO2 CaOSiO2

22、 SiO23CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaO2SiO2CaO2CaOSiO23CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaO2SiO2 CaOSiO2 SiO2CaOSiO2 SiO22CaOSiO2CaOSiO23CaO2SiO24 8 12 16 (h)10080604020主要的固相反應(yīng)開始出現(xiàn)溫度主要的固相反應(yīng)開始出現(xiàn)溫度反反 應(yīng)應(yīng) 物物固相反應(yīng)產(chǎn)物固相反應(yīng)產(chǎn)物開始出現(xiàn)溫度開始出現(xiàn)溫度）Fe2O3+SiO2Fe2O3在在SiO2中的固熔體中的固熔體 575Fe3O4+SiO22FeOSiO2鐵橄欖石鐵橄欖石9901100CaO+Fe2O3CaOFe2O3鐵酸一鈣鐵酸一鈣500、6

23、00、610、650、675CaCO3+Fe2O3CaOFe2O3鐵酸一鈣鐵酸一鈣590CaO+SiO22CaOSiO2正硅酸鈣正硅酸鈣500、610、690MgO+SiO22MgOSiO2鎂橄欖石鎂橄欖石680MgO+Fe2O3MgOFe2O3鐵酸鎂鐵酸鎂600主要的固相反應(yīng)開始出現(xiàn)溫度主要的固相反應(yīng)開始出現(xiàn)溫度 液相的生成是鐵礦石燒結(jié)造塊的基礎(chǔ)，當(dāng)料層液相的生成是鐵礦石燒結(jié)造塊的基礎(chǔ)，當(dāng)料層溫度升高時，低熔點礦物以及礦物間的共熔體生成溫度升高時，低熔點礦物以及礦物間的共熔體生成熔融狀態(tài)的液相。熔融狀態(tài)的液相。液相的性質(zhì)和數(shù)量對燒結(jié)礦的強(qiáng)液相的性質(zhì)和數(shù)量對燒結(jié)礦的強(qiáng)度和還原性影響很大度和還原

24、性影響很大。（1）非熔劑（酸性）性燒結(jié)礦的主要液相系）非熔劑（酸性）性燒結(jié)礦的主要液相系 酸性燒結(jié)料的組成：酸性燒結(jié)料的組成：Fe2O3、Fe3O4、SiO2 酸性燒結(jié)礦成礦過程的主要液相系：酸性燒結(jié)礦成礦過程的主要液相系：FeOSiO2 FeO-SiO2：2FeOSiO2是酸性燒結(jié)礦的主要粘結(jié)是酸性燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相，隨相，隨FeO熔入液相，液相熔點下降；熔入液相，液相熔點下降；FeOFe3O4 （純磁鐵礦燒結(jié)時的主要粘結(jié)相）（純磁鐵礦燒結(jié)時的主要粘結(jié)相）Fe3O42FeOSiO2：隨：隨Fe3O4熔入液相，液相熔熔入液相，液相熔點升高。點升高。3）燒結(jié)礦的液相反應(yīng)）燒結(jié)礦的液相反應(yīng)a) F

25、eOSiO2體系：體系：固相反應(yīng)產(chǎn)物：固相反應(yīng)產(chǎn)物：2FeOSiO2 （FeO72%、SiO2 28%，數(shù)量比較少），數(shù)量比較少） 熔點熔點1205共晶系：共晶系：2FeOSiO2FeO （FeO76%、SiO2 2.4%） 熔點熔點1177 FeO-SiO2體系形成條件：體系形成條件： 較高的溫度（礦石較高的溫度（礦石中中SiO2很少，即使全部形成很少，即使全部形成2FeOSiO2，產(chǎn)生的液，產(chǎn)生的液相量很少相量很少,提高溫度讓更多的提高溫度讓更多的FeO熔入液相熔入液相); 較強(qiáng)較強(qiáng)的還原氣氛，使的還原氣氛，使Fe3O4還原成還原成FeO 2Fe3O4+3SiO2+2CO=3(2FeOSi

26、O2)+2CO2 在酸性燒結(jié)礦中，足夠的鐵橄欖石液相數(shù)量是在酸性燒結(jié)礦中，足夠的鐵橄欖石液相數(shù)量是保證燒結(jié)礦強(qiáng)度必須的。保證燒結(jié)礦強(qiáng)度必須的。Fe2O3不與不與SiO2反應(yīng)反應(yīng) 此體系有一個低共熔點：此體系有一個低共熔點：2FeOSiO2FeOSiO2 2（83%83%）FeFe3 3O O4 4（17%17%） 熔點熔點11421142，比鐵橄欖石熔點還低，因而它在燒，比鐵橄欖石熔點還低，因而它在燒結(jié)過程中首先形成液相。隨物料中結(jié)過程中首先形成液相。隨物料中FeFe3 3O O4 4逐漸溶入液相，逐漸溶入液相，液相的熔點升高。當(dāng)液相達(dá)到影線部分時，大部分液相的熔點升高。當(dāng)液相達(dá)到影線部分時，

27、大部分FeFe3 3O O4 4（70%70%左右）熔入液相中。因此，在燒結(jié)酸性燒結(jié)料時，左右）熔入液相中。因此，在燒結(jié)酸性燒結(jié)料時，要在固體物料熔入液相前需加熱到很高溫度，所以要求較要在固體物料熔入液相前需加熱到很高溫度，所以要求較 高的配碳量。高的配碳量。 當(dāng)高溫的液相冷卻時，在陰影部分的液相首先析出磁當(dāng)高溫的液相冷卻時，在陰影部分的液相首先析出磁鐵礦晶體，液相中鐵橄欖石成分不斷增加，當(dāng)溫度繼續(xù)下鐵礦晶體，液相中鐵橄欖石成分不斷增加，當(dāng)溫度繼續(xù)下降，以鐵橄欖石占主要成分的液相最后凝固在磁鐵礦晶體降，以鐵橄欖石占主要成分的液相最后凝固在磁鐵礦晶體周圍，形成粒狀結(jié)構(gòu)。周圍，形成粒狀結(jié)構(gòu)。Fe2

28、O3不與SiO2反應(yīng)x（2）自熔性燒結(jié)礦的主要液相系）自熔性燒結(jié)礦的主要液相系二元堿度二元堿度R=1.01.4，燒結(jié)料中加入相當(dāng)數(shù)量的，燒結(jié)料中加入相當(dāng)數(shù)量的CaO自熔性燒結(jié)料組成：自熔性燒結(jié)料組成：Fe2O3、Fe3O4、CaO、MgO、SiO2 成礦過程的主要液相體系：成礦過程的主要液相體系：CaO-SiO2、CaO-FeO-SiO2、 CaO-MgO-SiO2、CaO-SiO2-Al2O3-FeO、2 CaOSiO2-2FeOSiO2 a) 硅酸鈣（硅酸鈣（CaO-SiO2）系）系主要化合物：主要化合物： 2 CaOSiO2 正硅酸鈣正硅酸鈣 熔點熔點2130 開始形成溫度開始形成溫度5

29、00690 3 CaOSiO2 硅酸三鈣硅酸三鈣 在在12502070穩(wěn)定穩(wěn)定，1250以下分解以下分解 3 CaO2SiO2 硅鈣石在硅鈣石在1464分解成分解成2 CaOSiO2 +L CaOSiO2 硅灰石熔點硅灰石熔點1544共熔點：共熔點： CaOSiO2 +SiO2 共熔點共熔點1436 CaOSiO2 + 3CaO2SiO2 共熔點共熔點1460 2CaOSiO2 +CaO 共熔點共熔點2050 這個體系的熔化溫度都比較高，燒結(jié)條件下這個體系的熔化溫度都比較高，燒結(jié)條件下（12001450）產(chǎn)生的液相量不會很多，但其中）產(chǎn)生的液相量不會很多，但其中的正硅酸鈣的正硅酸鈣2CaOSi

30、O2 是固相反應(yīng)的最初產(chǎn)物，是固相反應(yīng)的最初產(chǎn)物，熔點又很高，燒結(jié)過程不會全部熔化熔點又很高，燒結(jié)過程不會全部熔化(熔化后也不熔化后也不分解分解),直接轉(zhuǎn)移到燒結(jié)礦中。直接轉(zhuǎn)移到燒結(jié)礦中。 但但2CaOSiO2 能與能與2FeOSiO2 形成低熔點固溶形成低熔點固溶體（鈣鐵橄欖石）體（鈣鐵橄欖石）,熔點在熔點在11701206之間之間,因而因而在燒結(jié)溫度下能形成液相，冷卻時在燒結(jié)溫度下能形成液相，冷卻時2CaOSiO2 從從共晶混合物中析出。共晶混合物中析出。 若正硅酸鈣在液相結(jié)晶時單獨析出，或被其若正硅酸鈣在液相結(jié)晶時單獨析出，或被其它粘結(jié)相包裹，將對燒結(jié)礦產(chǎn)生十分有害的影響。它粘結(jié)相包裹，

31、將對燒結(jié)礦產(chǎn)生十分有害的影響。b）鈣鐵橄欖石（）鈣鐵橄欖石（CaO-FeO-SiO2）系）系 是高溫還原性氣氛下生產(chǎn)熔劑性燒結(jié)礦時的主要粘結(jié)相之一。是高溫還原性氣氛下生產(chǎn)熔劑性燒結(jié)礦時的主要粘結(jié)相之一。 鈣鐵橄欖石鈣鐵橄欖石（CaO）x（FeO）2-x（SiO2），），x=0.251.0是是2CaOSiO2與與2FeOSiO2形成的固熔體，形成的固熔體，x =1時的熔點時的熔點1206。 該體系的主要礦物：鐵黃長石該體系的主要礦物：鐵黃長石 2CaOFeOSiO2 鈣鐵橄欖石鈣鐵橄欖石 CaOFeOSiO2 熔化溫度在熔化溫度在 10301206 鈣鈣 鐵鐵 輝輝 石石 CaOFeO2SiO2

32、 隨燒結(jié)礦堿度升高，鈣鐵橄欖石逐漸取代鐵橄欖石。冷隨燒結(jié)礦堿度升高，鈣鐵橄欖石逐漸取代鐵橄欖石。冷卻時過量的卻時過量的2CaOSiO2從液相中首先析出，最后析出的從液相中首先析出，最后析出的鈣鐵橄欖石包裹在鈣鐵橄欖石包裹在2CaOSiO2外面。外面。 鈣鐵橄欖石熔化溫度比鐵橄欖石低，液相粘度小，料層鈣鐵橄欖石熔化溫度比鐵橄欖石低，液相粘度小，料層透氣性好，但燒結(jié)礦急劇冷卻時，液相來不及結(jié)晶而形透氣性好，但燒結(jié)礦急劇冷卻時，液相來不及結(jié)晶而形成各種過冷成分的含鐵玻璃質(zhì)，使燒結(jié)礦呈粗孔薄壁結(jié)成各種過冷成分的含鐵玻璃質(zhì)，使燒結(jié)礦呈粗孔薄壁結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度差。（冷卻強(qiáng)度：上層構(gòu)，強(qiáng)度差。（冷卻強(qiáng)度：上層12

33、0130/min，下層，下層4050/min）。）。 鈣鐵橄欖石系粘結(jié)相的生成條件：鈣鐵橄欖石系粘結(jié)相的生成條件： 需要足夠多數(shù)量的需要足夠多數(shù)量的FeO，故配碳量要高，還原性氣氛要，故配碳量要高，還原性氣氛要強(qiáng)。強(qiáng)。c）鈣鎂橄欖石（）鈣鎂橄欖石（CaO-MgO-SiO2）系）系加入部分白云石生產(chǎn)熔劑性燒結(jié)礦時會產(chǎn)生此液相系。加入部分白云石生產(chǎn)熔劑性燒結(jié)礦時會產(chǎn)生此液相系。主要礦物：鎂橄欖石（主要礦物：鎂橄欖石（2MgOSiO2） 熔點熔點1890混合物熔點在混合物熔點在1400左右左右 偏硅酸鎂偏硅酸鎂 （MgOSiO2） 1557 鈣鎂橄欖石鈣鎂橄欖石 （CaOMgOSiO2） 1490

34、透透 輝輝 石石 （CaOMgO2SiO2） 1391 鎂黃長石鎂黃長石 （2CaOMgO2SiO2） 1454 鎂薔薇輝石鎂薔薇輝石 （3CaOMgO2SiO2） 1575分解為分解為 MgO+2CaOSiO2 燒結(jié)料中加燒結(jié)料中加MgO的原因主要從高爐生產(chǎn)角度考慮：的原因主要從高爐生產(chǎn)角度考慮： i)MgO系礦物熔點高系礦物熔點高(CaO2570 MgO 2799)可提高燒結(jié)礦的熔融滴落溫度；可提高燒結(jié)礦的熔融滴落溫度； ii）適量）適量MgO可降低爐渣粘度。可降低爐渣粘度。 對燒結(jié)礦本身來講對燒結(jié)礦本身來講： i）MgO與與CaO堿性相當(dāng)，堿性相當(dāng)，MgO-SiO2和和CaO-SiO2之

35、間的親和力相當(dāng)。因此，之間的親和力相當(dāng)。因此，MgO的存在減少了的存在減少了2CaOSiO2的數(shù)量，在一定程度上抑制了自熔性燒結(jié)礦粉化的數(shù)量，在一定程度上抑制了自熔性燒結(jié)礦粉化(體積變化體積變化)。 ii）MgO可固溶于可固溶于2CaOSiO2中，有穩(wěn)定其相變的作用，但燒結(jié)礦中中，有穩(wěn)定其相變的作用，但燒結(jié)礦中MgO一般一般不高于不高于2.53.0%，否則因熔點太高而生燒。，否則因熔點太高而生燒。Fe3O4不與不與CaO反應(yīng)反應(yīng)Fe3O4不與不與CaO反應(yīng)反應(yīng)（3）高堿度燒結(jié)礦的主要液相系）高堿度燒結(jié)礦的主要液相系 高堿度燒結(jié)礦高堿度燒結(jié)礦 R1.6 超高堿度燒結(jié)礦超高堿度燒結(jié)礦 R2.5 燒

36、結(jié)料中配入較多的燒結(jié)料中配入較多的CaO，從，從500700開始開始CaO與與Fe2O3開始形成最初產(chǎn)物開始形成最初產(chǎn)物CaOFe2O3，隨溫度升高，反應(yīng)，隨溫度升高，反應(yīng)加速進(jìn)行，且開始出現(xiàn)加速進(jìn)行，且開始出現(xiàn)2CaOFe2O3和和CaO2Fe2O3。鐵酸鈣體系（鐵酸鈣體系（CaO-Fe2O3） 主要礦物：主要礦物：CaOFe2O3 鐵酸一鈣鐵酸一鈣,在在1216分解成分解成2CaOFe2O3+L 2CaOFe2O3 鐵酸二鈣，熔點鐵酸二鈣，熔點1449 CaO2Fe2O3 二鐵酸鈣，在二鐵酸鈣，在11551226穩(wěn)定存在穩(wěn)定存在,冷卻到冷卻到1155時分解成時分解成CaOFe2O3和和Fe

37、2O3；在；在1226熔化并分熔化并分解出解出Fe2O3。 CaOFe2O3CaO2Fe2O3 共晶點共晶點1205。 鐵酸鈣系化合物熔點均很低，液相易于形成。特別是當(dāng)鐵酸鈣系化合物熔點均很低，液相易于形成。特別是當(dāng)CaOFe2O3 液相生成后，當(dāng)其中逐步熔入液相生成后，當(dāng)其中逐步熔入Fe2O3 時，其熔時，其熔點是下降的。這是高堿度燒結(jié)礦燒結(jié)溫度低，點是下降的。這是高堿度燒結(jié)礦燒結(jié)溫度低，F(xiàn)eO低的原低的原因之一因之一(還原性）。還原性）。FeFe3O O4不與不與CaOCaO反應(yīng)反應(yīng)4）冷卻固結(jié)）冷卻固結(jié) 燃燒層移過后，燒結(jié)礦的冷卻過程隨即開始燃燒層移過后，燒結(jié)礦的冷卻過程隨即開始 液相形

38、核液相形核-非均質(zhì)形核非均質(zhì)形核 冷卻速度冷卻速度-快快 慢慢 -結(jié)晶形態(tài)結(jié)晶形態(tài) 應(yīng)力應(yīng)力 強(qiáng)度強(qiáng)度 礦物結(jié)構(gòu)礦物結(jié)構(gòu)-體積變化體積變化 應(yīng)力應(yīng)力 強(qiáng)度強(qiáng)度 一般堿度的熔劑性燒結(jié)礦中正硅酸鈣一般堿度的熔劑性燒結(jié)礦中正硅酸鈣(2CaOSiO2)是常含有的礦物。它是固相反應(yīng)是常含有的礦物。它是固相反應(yīng)的最初產(chǎn)物，由于熔點很高的最初產(chǎn)物，由于熔點很高(2130)，燒結(jié)溫，燒結(jié)溫度下不發(fā)生熔化和分解，直接轉(zhuǎn)入成品燒結(jié)礦度下不發(fā)生熔化和分解，直接轉(zhuǎn)入成品燒結(jié)礦中。由于正硅酸鈣在冷卻過程中發(fā)生一系列的中。由于正硅酸鈣在冷卻過程中發(fā)生一系列的晶型轉(zhuǎn)變，體積膨脹，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致燒結(jié)晶型轉(zhuǎn)變，體積膨脹，產(chǎn)生

39、內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致燒結(jié)礦粉碎，嚴(yán)重影響燒結(jié)礦強(qiáng)度。礦粉碎，嚴(yán)重影響燒結(jié)礦強(qiáng)度。升溫路線：升溫路線： 830 1447冷卻降溫轉(zhuǎn)變路線：冷卻降溫轉(zhuǎn)變路線： 1425 670硅酸鈣存在的四種微觀結(jié)構(gòu)硅酸鈣存在的四種微觀結(jié)構(gòu)變形體變形體穩(wěn)定范圍穩(wěn)定范圍晶系晶系密度（密度（g/cm3）-C2S（高溫型）（高溫型）21301438六方六方3.07(1500) -C2S（中溫型）（中溫型）1438705斜方斜方3.31(700)-C2S（亞穩(wěn)型）（亞穩(wěn)型）705525單斜單斜3.28-C2S（低溫型）（低溫型）525斜方斜方2.97過冷極限溫度過冷極限溫度液相液相 升溫升溫V=12%自自 由由 能能2CaOSi

40、O2變體的穩(wěn)定關(guān)系圖變體的穩(wěn)定關(guān)系圖 525 670 705 830 1425 1447 2130 燒結(jié)礦冷卻時，在燒結(jié)礦冷卻時，在525705時，亞穩(wěn)時，亞穩(wěn)態(tài)態(tài)-C2S向向-C2S轉(zhuǎn)變，體積膨脹轉(zhuǎn)變，體積膨脹10%； 在高爐內(nèi)燒結(jié)礦溫度升高到在高爐內(nèi)燒結(jié)礦溫度升高到830以上時，以上時，由由-C2S向向 -C2S轉(zhuǎn)變，體積縮小轉(zhuǎn)變，體積縮小12%。 使熔劑性燒結(jié)礦容易產(chǎn)生粉化現(xiàn)象。使熔劑性燒結(jié)礦容易產(chǎn)生粉化現(xiàn)象。 防止方法生產(chǎn)高堿度防止方法生產(chǎn)高堿度(或超高堿度或超高堿度)燒結(jié)礦燒結(jié)礦(堿度堿度2.55.0),促使產(chǎn)生促使產(chǎn)生3CaOSiO2及及CaOFe2O3，可防止，可防止C2S的生成

41、的生成;加入加入MgO、Al2O3、B2O3、BaO、Cr2O3、磷礦粉、含錳和磷礦粉、含錳和含釩礦物等添加劑，穩(wěn)定含釩礦物等添加劑，穩(wěn)定C2S，防止其晶型，防止其晶型轉(zhuǎn)變；操作過程中嚴(yán)格控制溫度，減少固相反轉(zhuǎn)變；操作過程中嚴(yán)格控制溫度，減少固相反應(yīng)中產(chǎn)生應(yīng)中產(chǎn)生C2S的機(jī)會。的機(jī)會。(1) 燒結(jié)生產(chǎn)指標(biāo)燒結(jié)生產(chǎn)指標(biāo)dFKQ60K = 燒結(jié)料重量燃料、熔劑分解）燒損（水分、揮發(fā)分、返礦燒結(jié)料重量成品燒結(jié)礦量1K=5070%(燒結(jié)礦成品率燒結(jié)礦成品率)d 燒結(jié)混合料堆比重（燒結(jié)混合料堆比重（t/m3）1.51.9 t/m3F 燒結(jié)機(jī)有效燒結(jié)面積（燒結(jié)機(jī)有效燒結(jié)面積（m3）, F=臺車寬度臺車寬度

42、B燒結(jié)機(jī)長度燒結(jié)機(jī)長度L 垂直燒結(jié)速度（垂直燒結(jié)速度（m/min） 1020mm/minthd燒結(jié)時間料層厚度 /）（臺車運行速度燒結(jié)機(jī)長度min/mLt5）強(qiáng)化燒結(jié)過程分析）強(qiáng)化燒結(jié)過程分析 燒結(jié)產(chǎn)量同垂直燒結(jié)速度成正比。而燒結(jié)產(chǎn)量同垂直燒結(jié)速度成正比。而d主主要同抽過料層的空氣量有關(guān)，在抽風(fēng)機(jī)能力要同抽過料層的空氣量有關(guān)，在抽風(fēng)機(jī)能力和負(fù)壓一定時，垂直燒結(jié)速度主要決定于料和負(fù)壓一定時，垂直燒結(jié)速度主要決定于料層透氣性。層透氣性。 Lhd/LhLBKQ/)(60時）臺(t/ 60hBK(2)燒結(jié)料層透氣性 壓差 流量 a 燒結(jié)層燒結(jié)層 b 燃燒層燃燒層 c預(yù)熱層預(yù)熱層 d過濕層過濕層 （3）

43、強(qiáng)化燒結(jié)措施）強(qiáng)化燒結(jié)措施a. 混合料預(yù)熱過濕層b.加生石灰或消石灰吸收水分、提高濕強(qiáng)度c.熱風(fēng)燒結(jié)-減緩冷速 、提高強(qiáng)度d.分層布料和雙層布料-改善燃料的分布6）燒結(jié)新工藝）燒結(jié)新工藝a）球團(tuán)燒結(jié)工藝b）高溫處理工藝c）低SiO2高還原性燒結(jié)礦新工藝 SiO2低，實際粘結(jié)相減少，改善方法 R 粉料比 鐵礦粉 e）低溫?zé)Y(jié)工藝 在較低溫度下燒結(jié)（12501300),以強(qiáng)度好，還原性好的針狀復(fù)合鐵酸鈣為主要粘結(jié)相，同時使燒結(jié)礦中含有較高比的殘留原礦赤鐵礦 形成復(fù)合鐵酸鈣，即鈣鋁硅鐵酸鹽（SFCA）；針狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)式為： Ca5Si2 (Fe,Al)10O36 理想的原料條件理想的原料條件 成分：

44、成分：堿度CaO/SiO2=1.72.1，Al2O3/SiO2=0.10.37 SiO2 不宜小于 4%， 否則SFCA量少且不為針狀，SiO2 7%最適宜； 粒度：粒度：理想的準(zhǔn)顆粒，以赤鐵礦原礦作核心，以石英脈石精礦或赤鐵礦細(xì)粉料，以及能形成高堿度熔體的成分作粘附粉料（外層堿度高，內(nèi)層堿度低，保證平均在1.7左右),煤粉盡量滾在外層，以保證充分燃燒。 由于燒結(jié)溫度低，必須降低配碳量，同時必須提高料層高度以增加自動蓄熱。料層提高后要求料層空隙率高。因此精礦粒度組成中應(yīng)盡量減少砂粒：0.20.7mm的顆粒在混合料中以砂粒狀態(tài)存在，既不能成為核心，也不能成為外滾粉料。 2.3 2.3 球團(tuán)礦球團(tuán)

45、礦 是人造塊狀原料的一種方法，將粉狀物料（精礦粉、溶劑、粘結(jié)劑、燃料）的混合物造球后經(jīng)干燥、焙燒、固結(jié)成為具有良好冶金性質(zhì)的含鐵原料。 球團(tuán)的基本任務(wù)：（1）充分利用鐵礦資源，制成球狀冶煉原料，改善物料冶煉性能，去除雜質(zhì)；（2）生產(chǎn)用于直接還原的金屬化球團(tuán)；（3）利用二次含鐵原料，回收有用金屬。( (綜綜合利用資源、改善成分及冶金性能合利用資源、改善成分及冶金性能) ) 2.3.1 2.3.1 球團(tuán)方法分類球團(tuán)方法分類 1.球團(tuán)成型方法分類 壓團(tuán)壓力造塊法，用壓機(jī)制成方團(tuán)礦 球團(tuán)靠滾動成型 優(yōu)勢：（1）適合大規(guī)模生產(chǎn)；（2）粒度均勻；（3）孔隙率高，還原性好。（4）冷態(tài)強(qiáng)度高。 2. 球團(tuán)固結(jié)溫度分類 （1）高溫固結(jié):氧化焙燒球團(tuán)礦、金屬化球團(tuán)、氯化球團(tuán) （2）(常)低溫固結(jié):水硬性、熱液法、碳酸化、銹化法、焦化法工藝流程一般包括原料準(zhǔn)備、配料、混合、造球、干燥和焙燒、冷卻、成品和返礦處理等工序原料1 含鐵原料 2 二次含鐵原料 3 粘結(jié)劑 4 添加劑 5 燃料2.3.2 2.3.2 球團(tuán)礦生產(chǎn)的工藝流程球團(tuán)礦生產(chǎn)的工藝流程球團(tuán)的生產(chǎn)流程 2.3.3 球團(tuán)礦與燒結(jié)礦的比較 A.原料條件： （1）粒度：球團(tuán)原料粒度細(xì),比燒結(jié)對原料適應(yīng)性更強(qiáng) ； （2