ch2 鐵礦粉造塊

1、第二章 鐵礦粉造塊武漢科技大學(xué)冶金工程系張保平第二章 鐵礦粉造塊鐵礦石的種類鐵礦石燒結(jié)生產(chǎn)球團(tuán)礦生產(chǎn)2.1 鐵礦石的種類2.1 鐵礦石的種類 自然界中存在的鐵礦石，按礦物組成大致可分為：磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等。（1）磁鐵礦 主要含鐵礦物為Fe3O4，化學(xué)式也可寫成Fe2O3FeO，理論含鐵量72.4%。 一般當(dāng)TFe / FeO3.5時(shí)稱為磁鐵礦，當(dāng)TFe / FeO7.0時(shí)稱為假象赤鐵礦，界于兩者之間稱為半假象赤鐵礦。2.1 鐵礦石的種類 磁鐵礦比較致密，外觀和條痕（粉末的顏色）均為鐵黑色。2.1 鐵礦石的種類（2）赤鐵礦 主要礦物為Fe2O3，理論含鐵量70%。 這種礦石在自然界

2、中常形成巨大的礦床，其貯藏量和開采量都占首位，是一種比較優(yōu)良的煉鐵原料。 赤鐵礦有原生的（稱原生赤鐵礦），也有再生的（稱假象赤鐵礦）。2.1 鐵礦石的種類 具有金屬光澤的結(jié)晶態(tài)片狀赤鐵礦稱鏡鐵礦。 結(jié)晶態(tài)的赤鐵礦呈鐵黑色或鋼灰色，非結(jié)晶態(tài)赤鐵礦呈紅色或暗紅色，但無(wú)論是哪種形態(tài)的赤鐵礦，其條痕均為磚紅色。2.1 鐵礦石的種類（3）褐鐵礦 褐鐵礦是含結(jié)晶水的氧化鐵礦，其化學(xué)式為nFe2O3·mH2O，但絕大部分含鐵礦物是以2Fe2O3·3H2O形式存在。 褐鐵礦理論含鐵量隨礦物中結(jié)晶水含量的不同變化在5566%。褐鐵礦呈淺褐色，也有呈深褐色或黑色，條痕為褐色。2.1 鐵礦石的種

3、類（4）菱鐵礦 菱鐵礦為碳酸鹽鐵礦石，化學(xué)式為FeCO3，理論含鐵量48.3%，受熱分解析出CO2，自然界中有工業(yè)開采價(jià)值的菱鐵礦很少。2.1 鐵礦石的種類 鐵礦石可分為富礦（實(shí)際含鐵品位大于理論品位的70%時(shí)）和貧礦（實(shí)際含鐵品位低于理論品位的70%時(shí)）。 在生產(chǎn)中通常把粒度為1045mm的富礦稱為塊礦，塊礦可以直接加入高爐煉鐵；把粒度小于810mm的富礦粉稱為粉礦。 貧礦因其品位低，脈石（主要是SiO2、Al2O3等）含量高，必須經(jīng)過(guò)選礦（磁選或浮選）以提高其品位。選礦后的產(chǎn)品稱為精礦。精礦的粒度很細(xì)，一般-0.074mm達(dá)到5090%2.1 鐵礦石的種類 目前大中型高爐煉鐵生產(chǎn)使用的含鐵

4、物料主要是品位高于55%的塊狀鐵礦石（燒結(jié)礦、球團(tuán)礦和富塊礦）。 燒結(jié)礦是將不能直接加入高爐冶煉的粉礦、精礦、二次含鐵粉塵與石灰石、白云石等熔劑和燃料（焦粉、無(wú)煙煤粉）混合均勻后經(jīng)燒結(jié)機(jī)燒結(jié)，得到具有一定粒度組成的人造富礦。 球團(tuán)礦是由鐵精礦粉加粘結(jié)劑（膨潤(rùn)土或消石灰）經(jīng)混勻、造球、干燥和焙燒固結(jié)后得到的粒度均勻（916mm）的球形人造富礦。2.2 鐵礦石燒結(jié)生產(chǎn)2.2 鐵礦石燒結(jié)生產(chǎn)2.2.1 燒結(jié)礦生產(chǎn)使用的原材料 含鐵物料、熔劑和燃料。 燒結(jié)生產(chǎn)使用的含鐵物料包括：精礦粉勻礦、粉礦和破碎粉、鋼鐵廠二次含鐵原料。 熔劑有：消石灰、石灰石粉、白云石粉、蛇紋石粉等。 燃料：焦粉和無(wú)煙煤粉。2.

5、2.2 燒結(jié)礦種類2.2.2 燒結(jié)礦種類 非熔劑性燒結(jié)礦（酸性燒結(jié)礦、低堿度燒結(jié)礦）：燒結(jié)配料中不加熔劑或只加少量熔劑，燒結(jié)礦的堿度R0.5。 自熔性燒結(jié)礦：燒結(jié)混合料中添加較多數(shù)量的熔劑，使燒結(jié)礦堿度控制在R=1.01.3。 高堿度燒結(jié)礦：燒結(jié)混合料中加入過(guò)量熔劑，使燒結(jié)礦堿度遠(yuǎn)高于正常高爐渣堿度。高堿度燒結(jié)礦的堿度（R）通常為1.62.5。2.2.2 燒結(jié)礦種類 目前，大、中型高爐煉鐵生產(chǎn)基本上都使用: 高堿度燒結(jié)礦+酸性球團(tuán)礦+塊礦 高堿度燒結(jié)礦+酸性球團(tuán)礦的爐料結(jié)構(gòu)。2.2.3 燒結(jié)機(jī)結(jié)構(gòu)2.2.3 燒結(jié)機(jī)結(jié)構(gòu) 燒結(jié)礦生產(chǎn)有鼓風(fēng)燒結(jié)和抽風(fēng)燒結(jié)兩種方法。 燒結(jié)機(jī)的大小(或生產(chǎn)能力)可用燒

6、結(jié)機(jī)的有效燒結(jié)面積表示，如90m2、130m2、290m2和450m2等。2.2.3 燒結(jié)機(jī)結(jié)構(gòu)2.2.3 燒結(jié)機(jī)結(jié)構(gòu)2.2.4 燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程2.2.4 燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程 燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程如圖所示。 配料與混料混料作業(yè)分一次混料和二次混料，一次混料主要起均勻成分作用，二次混料主要作用是制粒和提高料溫。2.2.4 燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程2.2.4 燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程 布料。布料器安裝在燒結(jié)機(jī)頭部，在布料器前面是鋪底料機(jī)。臺(tái)車上料層厚度可達(dá)到500800mm。 點(diǎn)火與燒結(jié) 。點(diǎn)火器內(nèi)煤氣燃燒產(chǎn)生的高溫將上部料層中的燃料點(diǎn)燃，并產(chǎn)生熱量。在臺(tái)車下風(fēng)箱抽風(fēng)產(chǎn)生的負(fù)壓作用下，熱量向下傳遞，使下部料層逐漸升溫

7、、燃燒。2.2.4 燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程2.2.4 燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程 從燒結(jié)料層橫截面看，可以把整個(gè)燒結(jié)料層從上向下分為燒結(jié)礦層、燃燒層、預(yù)熱層、干燥層和濕料層。 最高溫度在燃燒層中部，可達(dá)到12501350，高溫持續(xù)時(shí)間約11.5min。 在燃燒層內(nèi)，燃料顆粒燃燒產(chǎn)生的高溫使周圍物料熔融，形成液相。由于液相的浸潤(rùn)作用，將周圍未熔化的礦粒粘結(jié)起來(lái)。在冷卻時(shí)液相中的礦物結(jié)晶，或形成玻璃質(zhì)（冷卻速度較快時(shí)），而將全部燒結(jié)料結(jié)合成塊。2.2.4 燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程 燃燒反應(yīng)：C+O2，燒結(jié)廢氣中以CO2為主，存在少量CO，還有一些自由氧和氮。 2C+O2=2CO； C+O2=CO2 分解反應(yīng)：結(jié)晶水的分解

8、：褐鐵礦（mFe2O3·nH2O）高嶺土（Al2O3· 2SiO2·2H2O)熔劑分解： CaCO3=CaO+CO2(750以上)MgCO3=MgO+CO2(720)2.2.4 燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程 還原與再氧化反應(yīng)：Fe、Mn等靠近燃料顆粒處：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2;Fe3O4+CO=3FeO+CO2;遠(yuǎn)離燃料顆粒處：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3;3FeO+1/2O2=Fe3O4. 氣化反應(yīng)：脫硫8595。FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO22FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO22.2.4 燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程 整粒。從燒結(jié)機(jī)上卸

9、下的熱燒結(jié)礦經(jīng)環(huán)式冷卻機(jī)冷卻后需要進(jìn)行破碎和篩分分級(jí)，這一工序稱為整粒。通過(guò)整粒，將燒結(jié)礦按粒度分成2540mm、1225mm和512mm三級(jí)送高爐礦槽。2.2.4 燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程2.2.5 燒結(jié)礦質(zhì)量2.2.5 燒結(jié)礦質(zhì)量 燒結(jié)礦質(zhì)量評(píng)價(jià)一般包括化學(xué)成分、篩分指數(shù)和粒度組成、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、還原性、低溫還原粉化指數(shù)和熔滴性能。 燒結(jié)礦化學(xué)成分燒結(jié)礦化學(xué)成分主要包括：TFe、FeO、CaO、SiO2、MgO、Al2O3、K2O、Na2O、S、P和R（=CaO/SiO2）等。目前，高爐使用的高堿度燒結(jié)礦的堿度R1.6，TFe55%。2.2.5 燒結(jié)礦質(zhì)量 篩分指數(shù)和粒度組成 篩分指數(shù)是測(cè)定燒結(jié)礦中粒

10、度-6.3mm部分的粉末數(shù)量占燒結(jié)礦總量的百分比，代表燒結(jié)礦粉末量的多少，因此也稱粉末率。 粒度組成是測(cè)定燒結(jié)礦各粒級(jí)數(shù)量，可以看出燒結(jié)礦的顆粒均勻程度和粒度主要分布范圍，用800×500×100mm方孔篩測(cè)定。 搖篩方型篩孔尺寸分別為40mm、25 mm、16 mm、10 mm、6.3mm。2.2.5 燒結(jié)礦質(zhì)量 轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和抗磨指數(shù)。 轉(zhuǎn)鼓指數(shù)是評(píng)價(jià)燒結(jié)礦耐沖擊和耐磨性能的重要指標(biāo)。 還原性。燒結(jié)礦還原性是測(cè)定鐵礦石中氧化鐵被CO還原能力的量度。 低溫還原粉化指數(shù) 是評(píng)價(jià)鐵礦石冶金性能優(yōu)劣的重要性指標(biāo). 鐵礦石軟熔滴落性能。鐵礦石軟熔滴落性能用來(lái)模擬高爐內(nèi)軟熔帶的形成與鐵

11、礦石性能之間的關(guān)系。2.3 球團(tuán)礦生產(chǎn)2.3 球團(tuán)礦生產(chǎn) 高爐煉鐵使用的球團(tuán)礦是TFe60%、粒度均勻(915mm)、抗壓強(qiáng)度高(150200kg)、還原性好的氧化球團(tuán)。 氧化球團(tuán)的生產(chǎn)方法主要有豎爐工藝、鏈篦機(jī)回轉(zhuǎn)窯工藝和帶式焙燒工藝。 目前，我國(guó)主要采用豎爐和鏈篦機(jī)回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)氧化球團(tuán)礦。2.3 球團(tuán)礦生產(chǎn)2.3.1 豎爐球團(tuán)生產(chǎn)工藝2.3.1 豎爐球團(tuán)生產(chǎn)工藝2.3.1 豎爐球團(tuán)生產(chǎn)工藝（1）配料與混料 使用的主要原材料是磁鐵精礦粉，用膨潤(rùn)土或消石灰做粘結(jié)劑。 膨潤(rùn)土的主要礦物是蒙脫石(SiO266.7%, Al2O328.3%, H2O5%)，具有良好的膨脹吸水和粘結(jié)能力，能提高精礦粉的

12、成球能力，提高生球落下強(qiáng)度和爆裂溫度。 作為粘結(jié)劑的膨潤(rùn)土加入量一般為 0.82.5%。2.3.1 豎爐球團(tuán)生產(chǎn)工藝 精礦粉與粘結(jié)劑的混勻在圓筒混料機(jī)內(nèi)完成。 由于精礦粉水分含量高于造球需要的最佳水分含量（810%），需要在混料工序用煤氣燃燒的高溫廢氣對(duì)過(guò)濕精礦粉進(jìn)行適度脫水。2.3.1 豎爐球團(tuán)生產(chǎn)工藝（2）造球 造球作業(yè)用如圖所示的圓盤造球機(jī)完成。 混合料用皮帶機(jī)連續(xù)送入造球盤后通過(guò)滾動(dòng)形成母球，并逐漸長(zhǎng)大形成生球。2.3.1 豎爐球團(tuán)生產(chǎn)工藝（3）焙燒固結(jié) 球團(tuán)焙燒在豎爐中完成。 球團(tuán)豎爐的大小用矩形爐口的面積表示，如8m2、10m2、16m2等。 一座10m2豎爐的年產(chǎn)量可達(dá)到50萬(wàn)噸

13、。2.3.1 豎爐球團(tuán)生產(chǎn)工藝 豎爐內(nèi)氣流如圖所示。 生球用布料器從爐口布料，經(jīng)烘床干燥，進(jìn)入氧化帶、高溫焙燒固結(jié)帶和冷卻帶完成球團(tuán)礦的焙燒固結(jié)過(guò)程。2.3.1 豎爐球團(tuán)生產(chǎn)工藝 干燥帶主要完成生球水分的蒸發(fā)和干燥。豎爐爐口廢氣溫度達(dá)到400650，生球內(nèi)部水分快速蒸發(fā)并向外遷移。 氧化帶溫度9501100。在這一區(qū)域Fe3O4氧化成Fe2O3，保持足夠氧化時(shí)間, 使整個(gè)球團(tuán)充分氧化。 焙燒固結(jié)帶溫度11501300。由Fe3O4氧化而來(lái)的新生態(tài)Fe2O3晶體發(fā)生再結(jié)晶長(zhǎng)大, 形成強(qiáng)大的晶橋，球團(tuán)強(qiáng)度迅速提高。 球團(tuán)經(jīng)高溫焙燒固結(jié)后進(jìn)入冷卻帶，被下部鼓入的冷風(fēng)冷卻。2.3.2 鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)礦生產(chǎn)工藝2.3.2 鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)礦生產(chǎn)工藝2.3.2 鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)礦生產(chǎn)