高爐煉鐵原料課件

2.高爐煉鐵原料2.1鐵礦石和燃料2.2鐵礦粉燒結(jié)2.3鐵礦粉團(tuán)球1高爐煉鐵原料煉鐵所需的原燃料有：鐵礦石（天然富塊礦、人造塊礦）、熔劑（石灰石、白云石）、焦炭、煤粉。

高溫?zé)犸L(fēng)

―在風(fēng)口前氧化燃料中的碳，產(chǎn)生熱量和還原性氣體。冶煉1噸生鐵，約需鐵礦石1.6－2.0(消耗量與那些因素有關(guān)?).需要1200M3的空氣。2.1鐵礦石和燃料2高爐煉鐵原料

2.1.1

鐵礦石2.1.1.1鐵礦石的分類及特性1、鐵礦石和脈石的概念：鐵礦石是在目前技術(shù)條件下能經(jīng)濟(jì)合理地提取其中有用礦物的巖石。鐵礦石中的礦物可分為有用礦物和脈石兩類。脈石礦物是在目前還不能利用的礦物，并且總是與有用礦物伴生。3高爐煉鐵原料2、鐵礦石分類及其特征

鐵礦石以主要含鐵礦物化學(xué)組成來(lái)命名。（1）赤鐵礦又稱紅礦,它是無(wú)水氧化鐵礦石，其化學(xué)式為Fe2O3，理論含鐵量為70%。4高爐煉鐵原料赤鐵礦（主要成分Fe2O3）磁鐵礦（主要成分Fe3O4）

5高爐煉鐵原料特點(diǎn)：1）自然界儲(chǔ)量最多，含鐵量一般為50%~60%；2）S、

P低，質(zhì)軟、易碎、易還原；3）赤鐵礦具有半金屬光澤，僅有弱磁性，脈石多為硅酸鹽。（2）磁鐵礦主要含鐵礦物，其化學(xué)式Fe3O4，理論含鐵量72.4%。6高爐煉鐵原料2）磁鐵礦具有強(qiáng)磁性，晶體通常成八面體，鐵黑色，有金屬光澤，脈石主要為硅酸鹽。3）堅(jiān)硬致密還原性差。特點(diǎn)：1）由于地表氧化作用使部分磁鐵礦氧化成半假象赤鐵礦和假象赤鐵礦，但仍保留原磁鐵礦結(jié)晶結(jié)構(gòu)。一般以Fe全/FeO（礦石中FeO含量，%）的比值來(lái)分類：比值2.33為純磁鐵礦礦石；<3.5為磁鐵礦礦石；3.5~7為半假象赤鐵礦礦石；>7為假象赤鐵礦礦石。7高爐煉鐵原料（3）褐鐵礦由其它礦石風(fēng)化后生成的，自然界中分布很廣。其化學(xué)式為：

nFe2O3mH2O（n=1~3,m=1~4）大部分以2Fe2O33H2O形式存在。

8高爐煉鐵原料

硫鐵礦（主要成分FeS2）褐鐵礦（主要成分2Fe2O3·3H2O）9高爐煉鐵原料特點(diǎn)：1）含鐵量為37~55%，吸水性很強(qiáng)；2）焙燒可去除結(jié)晶水，礦石氣孔率和含鐵量增加，礦石還原性好；

3）呈淺褐色、深褐色或黑色，脈石常為砂質(zhì)粘土。10高爐煉鐵原料（4）菱鐵礦為碳酸鹽鐵礦石，化學(xué)式為FeCO3，理論含鐵量48.2%。特點(diǎn)：1）含鐵量不高，焙燒分解CO2后，含鐵量提高，還原性好；2）S、P低；3）呈灰色、淺黃色及褐色，風(fēng)化后變?yōu)樯詈稚?，具有玻璃光澤，脈石常含堿性氧化物。11高爐煉鐵原料鐵礦石理論含鐵量(%)貧富界限實(shí)際品位(%)中國(guó)鐵礦石最低工業(yè)開采品位（%）赤鐵礦（Fe2O3）704930~35磁鐵礦（Fe3O4）72.450.6830菱鐵礦（FeCO3）48.333.7425褐鐵礦（2Fe2O3·3H2O）55.2~66.138.64~46.273012高爐煉鐵原料2.1.1.2鐵礦石的質(zhì)量評(píng)價(jià)1、化學(xué)成分：

（1）礦石品位

礦石品位即礦石含鐵量，目前礦石品位的工業(yè)開采不低于25%。

品位高并可直接入爐冶煉的鐵礦石稱為富礦，品位低于理論品位70%為貧礦，貧礦需經(jīng)磨礦、選礦、造塊等加工處理才能入爐。礦石品位每提高1%,可降低焦比2%,提高產(chǎn)量3%。

13高爐煉鐵原料（2）脈石鐵礦石中除鐵氧化物外，其余成分稱為脈石，主要包括：酸性氧化物SiO2；堿性氧化物CaO及MgO；中性氧化物Al2O3、TiO2。

鐵礦石中主要含酸性和中性氧化物。冶煉中為了改善爐渣冶金性能，常要消耗相當(dāng)數(shù)量的石灰石(CaCO3)等堿性氧化物。所有含有堿性脈石的礦物相對(duì)價(jià)值要高.

14高爐煉鐵原料（3）有益元素：指對(duì)鋼材質(zhì)量有改善或可提取的元素。如Mn、Cr、Co、Ni、V、Ti等。

這些元素可部分被還原進(jìn)入生鐵，并能改善鋼鐵材料的性能。當(dāng)這些有益元素達(dá)到一定含量時(shí)，如W(Mn)≥5％、W(Cr)≥0.6％、W(Co)≥0.03％、W(Ni)≥0.2％、W(V)≥0.1％即可視為復(fù)合礦石，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值很大，是寶貴的礦石資源。15高爐煉鐵原料（4）有害元素的含量

礦石中主要有害元素有：S、P、Cu、As,另外還有:K、Na、Pb、Zn。1）S硫使鋼材產(chǎn)生熱脆性,在高爐煉鐵過程中，S可去除90%以上，但脫S消耗焦炭，降低產(chǎn)量。對(duì)于高S礦石可以通過選礦、焙燒等方法處理，降低原料含S量。16高爐煉鐵原料2）P磷使鋼材具有冷脆性,但含磷鐵水流動(dòng)性、充填性好,對(duì)制造復(fù)雜鑄件或改善導(dǎo)電性能有利，鋁電解用于制作陽(yáng)極。在選礦和鐵礦粉燒結(jié)過程中不易除去，在煉鐵過程中P全部還原進(jìn)入生鐵。

控制生鐵含P量的唯一途徑是控制原料的含磷量。17高爐煉鐵原料3）Pb

Pb易還原，不溶于鐵水，密度大(11.34g/cm3)，熔點(diǎn)327℃，沸點(diǎn)1520℃，要求鐵礦石中含Pb不超過0.1%。4）Zn

Zn易還原，還原后易揮發(fā)，且不溶于生鐵；要求鐵礦石含Zn不應(yīng)超過0.2%。Pb、Zn在高爐內(nèi)對(duì)爐料、爐襯起破壞作用。18高爐煉鐵原料19高爐煉鐵原料5）鉀和鈉：以碳酸鹽及硅酸鹽形態(tài)存在。在高爐中下部被還原成鉀、鈉氧化物或單質(zhì)，對(duì)爐襯構(gòu)成侵蝕性破壞，并且惡化原燃料質(zhì)量。一般要求礦石中W（K2O＋Na2O）≤0.1%～0.6%。堿負(fù)荷低于3～5kg/t鐵為宜。20高爐煉鐵原料其危害表現(xiàn)在：

a.與爐襯作用生成鉀霞石（K2O·Al2O3·2SiO2）等，體積膨脹40％，從而破壞爐襯，縮短高爐壽命；

b.與爐襯作用生成低熔點(diǎn)化合物，使?fàn)t料粘結(jié)在爐墻上，導(dǎo)致爐瘤的形成；

c.與焦炭中的石墨反應(yīng)，生成插入式化合物CK8、CNa8，體積膨脹很大，破壞焦炭的高溫溫度，使高爐下部料柱透氣性變壞；

d.能增大焦炭的反應(yīng)性，擴(kuò)大直接還原區(qū)；

e.使燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的軟化溫度降低，低溫還原粉化率升高，并導(dǎo)致球團(tuán)礦的惡性膨脹。21高爐煉鐵原料2、礦石粒度和氣孔率

礦石粒度→料柱透氣性、傳熱和傳質(zhì)條件→高爐順行和還原過程

粒度過大，與煤氣接觸面積小，擴(kuò)散半徑大，塊礦中心部分不易加熱和還原，煤氣利用變差，焦比升高。

粒度過小，特別是粉末較多時(shí)，會(huì)使煤氣流上升的阻力增大，有礙高爐順行，使產(chǎn)量降低。

22高爐煉鐵原料確定礦石粒度，必須兼顧高爐氣體力學(xué)、傳熱傳質(zhì)兩方面的因素，力求粒度均勻，盡量減少粉末含量。適宜的礦石粒度與礦石的還原性、機(jī)械強(qiáng)度及高爐大小等因素有關(guān)。表2-1中國(guó)高爐入爐礦石粒度高爐類型礦石還原性粒度/㎜分級(jí)粒度/㎜大型高爐難還原易還原8～408～508～20，20～408～25，25～50中型高爐難還原易還原8～308～408～15，15～308～20，20～40小型高爐≤25～3523高爐煉鐵原料

礦石氣孔率：礦石中孔隙所占體積與它的總體積的百分比。氣孔率越高，透氣性越好，與煤氣接觸的表面積越大，越有利于還原。開口氣孔對(duì)還原有利。24高爐煉鐵原料3、冶金性能

（1）礦石的還原性

還原性是指鐵礦石被氣體還原劑CO或H2還原的難易程度。礦石的還原性與其礦物結(jié)構(gòu)，特別是開口的微氣孔率及氣孔的分布狀態(tài)有關(guān)。

鐵礦石的還原難易程度：磁鐵礦﹤赤鐵礦﹤褐鐵礦、菱鐵礦﹤高堿度燒結(jié)礦、球團(tuán)礦

25高爐煉鐵原料（2）礦石的軟熔性礦石軟熔性能：包括礦石的軟化性能和熔滴性能。軟化性：包括軟化溫度和軟化溫度區(qū)間。軟化溫度：礦石在一定的荷重下加熱開始變軟的溫度。軟化溫度區(qū)間：礦石從開始軟化到軟化終了的溫度區(qū)間。熔滴性：礦石開始熔化到開始滴落的溫度及溫度區(qū)間。

26高爐煉鐵原料2.1.1.3鐵礦石的準(zhǔn)備處理1、富鐵礦（1）粒度<8mm的富礦粉，送往燒結(jié)廠燒結(jié)造塊；粒度＞8mm

的塊礦可以直接入爐冶煉；（2）含S高的礦石破碎到<8mm，送往燒結(jié)廠燒結(jié)脫S、造塊。

27高爐煉鐵原料2、貧鐵礦貧鐵礦需破碎到0.074mm（200目）以下，以破壞鐵礦物與脈石之間的連結(jié),經(jīng)選礦使不同礦物得到分離，通過選礦獲得的有用富集礦物稱為鐵精礦粉,其余部分稱為尾礦,主要由脈石組成.富選得到的精礦粉、包括天然富礦粉采用球團(tuán)或燒結(jié)等方法，人工造塊。28高爐煉鐵原料圖2－1鐵礦石處理流程29高爐煉鐵原料3、鐵礦粉混勻鋼鐵企業(yè)采購(gòu)的礦粉來(lái)自不同產(chǎn)地、不同時(shí)間，成分波動(dòng)相當(dāng)大。鐵礦粉混勻的目的是均勻同一種鐵礦粉或不同種類鐵礦粉之間的化學(xué)成分和粒度組成得到混勻礦。鐵礦粉混勻設(shè)施主要有：一次料場(chǎng)、預(yù)混料槽、二次料場(chǎng)等。

30高爐煉鐵原料中國(guó)某鋼鐵公司一次原料場(chǎng)31高爐煉鐵原料煉鐵原料場(chǎng)取料機(jī)在作業(yè)32高爐煉鐵原料33高爐煉鐵原料34高爐煉鐵原料35高爐煉鐵原料二次料場(chǎng)堆料作業(yè)36高爐煉鐵原料二次料場(chǎng)堆料作業(yè)37高爐煉鐵原料二次料場(chǎng)取料作業(yè)38高爐煉鐵原料2.1.2熔劑1、熔劑的作用（1）與礦石中的脈石、焦炭灰分作用生成低熔點(diǎn)化合物，改善爐渣的冶金性能；（2）堿性熔劑可以去除硫，改善生鐵質(zhì)量。2、熔劑的種類常用的有石灰石（CaCO3）、白云石（CaCO3MgCO3）。39高爐煉鐵原料3、對(duì)熔劑（石灰石）要求（1）堿性氧化物（CaO+MgO）含量要高，一般要求石灰石中CaO不低于50%，SiO2+Al2O3的含量不超過3.5%。有效熔劑性能:40高爐煉鐵原料（2）有害雜質(zhì)S、P少。（3）粒度均勻，粒度范圍為20~50mm。入爐前應(yīng)篩除粉末及泥土雜質(zhì)。目前堿性熔劑主要在鐵礦粉燒結(jié)工序中加入。

41高爐煉鐵原料2.1.3高爐燃料2.1.3.4焦炭1、焦炭在高爐冶煉中的作用

（1）提供冶煉所需熱量；（2）是高爐內(nèi)主要的還原劑；（3）支撐料柱，起骨架作用；（4）鐵水滲碳。冶煉1噸生鐵約需250～600Kg焦炭。42高爐煉鐵原料2、理化性質(zhì)（1）化學(xué)成分主要有：固定碳、灰分、揮發(fā)分、硫、水分。（2）化學(xué)性質(zhì)焦炭反應(yīng)性（CRI）：指焦炭與CO2、H2O等進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的能力；焦炭抗堿性：指抵抗堿金屬及其鹽類作用的能力。43高爐煉鐵原料（3）焦炭轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度測(cè)試方法GB/T1996-2003：轉(zhuǎn)鼓為直徑及長(zhǎng)度皆為1m的密閉容器，鼓內(nèi)平行于軸線方向，每隔90度在內(nèi)壁上焊1條長(zhǎng)約1000mm，截面為100×50×10mm的角鋼擋板。在鼓內(nèi)裝入>60mm的焦炭50kg，以25r/min，旋轉(zhuǎn)4min，停轉(zhuǎn)后將鼓內(nèi)全部試樣，以Φ40mm及Φ10mm的圓孔篩對(duì)試樣進(jìn)行處理。

大于40mm的焦炭質(zhì)量分?jǐn)?shù)（記為M40）為抗沖擊指標(biāo)；而小于10mm（記為M10）為耐磨性能指標(biāo)。44高爐煉鐵原料MK-8型米庫(kù)姆轉(zhuǎn)鼓機(jī)

45高爐煉鐵原料（4）反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度的測(cè)定，按國(guó)標(biāo)(GB／T4000-l996)進(jìn)行。按要求取焦炭試樣，置于反應(yīng)器中，在1000土5℃時(shí)與二氧化碳反應(yīng)2h后，以焦炭質(zhì)量損失的百分?jǐn)?shù)表示焦碳反應(yīng)性(CRI％)。反應(yīng)后焦炭，經(jīng)I型轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)后，用大于10mm粒級(jí)焦炭占反應(yīng)后焦炭的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，表示反應(yīng)后強(qiáng)度(CSR％)。46高爐煉鐵原料47高爐煉鐵原料3、冶煉對(duì)焦炭要求（1）應(yīng)具有較高的強(qiáng)度。Ⅰ類焦M40

≥80.0M10

≤8.0。（2）固定碳含量要高、灰分含量低。一般干焦含（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）85%左右的固定碳，13%左右的灰分，其余為揮發(fā)分及硫。實(shí)踐證明：焦炭灰分增加1%，焦比升高2%，產(chǎn)量下降3%。尤其對(duì)于1000M3以上的高爐，更應(yīng)注重焦炭質(zhì)量。48高爐煉鐵原料（3）良好的高溫性能具有較低的反應(yīng)性，反應(yīng)性不高于30%，反應(yīng)后強(qiáng)度大于60%。（4）含硫低，含水率低且穩(wěn)定。49高爐煉鐵原料2.1.3.2噴吹燃料

1、高爐噴吹煤粉意義：（1）代替部分昂貴焦炭；（2）充分利用資源，保護(hù)環(huán)境。（3）改善冶煉經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

世界先進(jìn)高爐噴煤量已達(dá)250Kg/t，中國(guó)寶鋼最高超過260Kg/t，目前實(shí)際生產(chǎn)中為：200-230Kg/t，2009年全國(guó)高爐平均噴煤達(dá)到145Kg/t。從2006年起，我國(guó)已成為煉焦煤的進(jìn)口國(guó)。50高爐煉鐵原料

2、對(duì)煤粉的質(zhì)量要求：（1）灰分含量低，固定碳量高，灰分不大于15%；（2）含硫量低，要求小于0.7%；（3）可磨性好；51高爐煉鐵原料3

、噴吹廢棄塑料從高爐風(fēng)口噴入廢棄塑料，保護(hù)環(huán)境，節(jié)約能源。圖2-252高爐煉鐵原料

2.2燒結(jié)礦2.2.1燒結(jié)意義以及燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)53高爐煉鐵原料2.2.1.1鐵礦粉燒結(jié)意義作為充填床式反應(yīng)器的高爐，要求入爐礦石的粒度大于5mm除了天然塊礦外，一般鐵礦粉的粒度小于5mm鐵礦粉造塊工藝燒結(jié)礦球團(tuán)礦54高爐煉鐵原料在燒結(jié)礦生產(chǎn)中，加入CaO、MgO，可以改善燒結(jié)礦的冶金性能。在球團(tuán)礦生產(chǎn)中，加入MgO，可以改善球團(tuán)礦的軟熔性能。在燒結(jié)、球團(tuán)的造塊過程，可脫除礦石中的有害雜質(zhì)，如：S、K、Na。造塊過程可以消化冶金企業(yè)產(chǎn)生的大量粉塵和煙塵，起到綜合利用和保護(hù)環(huán)境的作用。55高爐煉鐵原料表2-2高爐除塵灰（瓦斯灰）化學(xué)成分（%）（30kg/t）編號(hào)TFeFeOSiO2

Al2O3

CaOMgOMnOSPC12341.533.438.8210.108.489.712.6210.69.561.250.633.2811.276.68.131.72.951.470.192.180.400.210.330.360.0130.0430.05812.9619.0020.4856高爐煉鐵原料表2-3軋鋼皮化學(xué)成分（%）（占鋼材總量的2~3%）名稱TFeFeOSiO2

CaOMgOS加工鐵皮沉淀池鐵皮72.465.735048.41.456.481.521.090.51.210.0970.0457高爐煉鐵原料2.2.1.2人造富礦的質(zhì)量檢驗(yàn)

人造富礦的質(zhì)量檢驗(yàn)內(nèi)容

物理性能

粒度和粒度組成 及篩分指數(shù) 采用ISO4701標(biāo)準(zhǔn) 轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度及抗磨強(qiáng)度采用GB8209－87標(biāo)準(zhǔn) 球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度采用GB/T14201－

93標(biāo)準(zhǔn)

化學(xué)成分分析

TFe、FeO、

CaO、SiO2、

MgO、Al2O3

、S、P等GB6703－86標(biāo)準(zhǔn)

冶金性能

900℃還原性采用GB/T13241－91標(biāo)準(zhǔn)

500℃低溫還原粉化性能采用GB/T13242－91標(biāo)準(zhǔn) 球團(tuán)礦還原膨脹性采用

GB/T13240－91標(biāo)準(zhǔn) 荷重軟化性能 （無(wú)標(biāo)準(zhǔn)） 荷重熔滴性能 （無(wú)標(biāo)準(zhǔn)）58高爐煉鐵原料1、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度是評(píng)價(jià)燒結(jié)礦抗沖擊和耐磨性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。目前世界各國(guó)的測(cè)定方法尚不統(tǒng)一。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB3209－87方法為：測(cè)定容器Φ1000×500mm，內(nèi)側(cè)有兩塊成180°的提升板,裝料15kg，轉(zhuǎn)速25(r/min)，轉(zhuǎn)200轉(zhuǎn)，鼓后采用機(jī)械搖動(dòng)篩，篩孔為6.3×6.3mm，往復(fù)30次，以>6.3mm的粒級(jí)表示轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度。59高爐煉鐵原料

圖2－3轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)機(jī)基本尺寸示意圖1－計(jì)數(shù)器；2－卸料口蓋板；3－提升板60高爐煉鐵原料2、還原性燒結(jié)礦還原性模擬爐料在高爐上部的條件，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBl3241－91：

(1)試驗(yàn)條件反應(yīng)罐：Φ內(nèi)75mm

試樣：粒度10.0－12.5mm，500g;

還原氣體：CO/N2＝30/70；還原溫度：900±10℃；氣體流量：15Nl/min；還原時(shí)間：180min。61高爐煉鐵原料圖2-4還原管和還原爐的示意圖1－還原爐；2－還原管；3－電熱元件；4－多孔板；5試祥；6－高A12O3球；7－煤氣孔入口；8－煤氣出口；9－熱電偶

62高爐煉鐵原料

3.低溫還原粉化性鐵礦石進(jìn)入高爐爐身上部大約在500～600℃的低溫區(qū)時(shí)，由于熱沖擊及鐵礦石中Fe2O3還原(Fe2O3－Fe3O4－FeO)發(fā)生晶形轉(zhuǎn)變等因素，導(dǎo)致塊狀含鐵物料的粉化。低溫還原粉化性的測(cè)定，就是模擬高爐上部條件進(jìn)行的。低溫還原粉化性能測(cè)定依據(jù)GBl3242－91，為鐵礦石靜態(tài)還原后使用冷轉(zhuǎn)鼓的低溫粉化試驗(yàn)方法。還原粉化性用RDI表示：還原強(qiáng)度指數(shù)：RDI+6.3

還原粉化指數(shù)：RDI+3.1563高爐煉鐵原料試驗(yàn)條件還原試驗(yàn)：反應(yīng)罐：Φ75mm

試樣：粒度10.0～12.5mm，500g；還原氣體：CO：CO2：N2＝20：20：60；氣體流量：15Nl/min；還原溫度：500±10℃；還原時(shí)間：60min；轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)：轉(zhuǎn)鼓：Φ130×200mm；轉(zhuǎn)速：30r/min；時(shí)間：10min。64高爐煉鐵原料產(chǎn)品燒結(jié)礦，按堿度可分為三類:

酸性燒結(jié)礦Ｒ<1.0,高爐冶煉時(shí)需加入石灰石;

自熔性燒結(jié)礦R=1.0~1.40,高爐冶煉時(shí)不需加入石灰石;

熔劑性燒結(jié)礦R>1.40(高堿度燒結(jié)礦R=1.80~2.4),可以提供富余的CaO。65高爐煉鐵原料燒結(jié)礦的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)目前燒結(jié)礦質(zhì)量已超過上述標(biāo)準(zhǔn)，如轉(zhuǎn)鼓指數(shù)平均在75以上。級(jí)別66高爐煉鐵原料2.2.2

燒結(jié)過程及主要反應(yīng)2.2.2.1燒結(jié)工藝流程

將礦粉、燃料、熔劑按一定的比例組成混合料，配以適量水分，經(jīng)混合、造球（3~8mm）后。鋪于燒結(jié)機(jī)臺(tái)車上，在一定負(fù)壓下點(diǎn)火、經(jīng)高溫將礦粉燒結(jié)成塊，經(jīng)破碎、篩分后，粒度合適的成品送往高爐。篩下物返回工序。67高爐煉鐵原料68高爐煉鐵原料69高爐煉鐵原料70高爐煉鐵原料

1、配料的要求與方法（1）目的：礦粉、燃料、熔劑嚴(yán)格按一定的重量比例，組成混合料，使燒結(jié)礦的物理性能和化學(xué)成分穩(wěn)定，符合冶煉要求，同時(shí)使燒結(jié)料具有良好透氣性以獲得較高的燒結(jié)生產(chǎn)率。（2）對(duì)燒結(jié)混合料的要求：我國(guó)：TFe±0.5～0.1％，CaO/SiO2±0.05～0.10；日本：TFe±0.3～0.4％，CaO/SiO2±0.0371高爐煉鐵原料2、混合的目的和要求目的：一是混合料中的各組分混勻；二是加水潤(rùn)濕和制粒。造球粒度在3~8mm間占80%以上，小于3mm或大于8mm不超過20%。一次混合的主要任務(wù)是加水潤(rùn)濕和混勻，使混合料中的水分、粒度及物料中各組分均勻分布。二次混合除有繼續(xù)混勻的作用外，主要任務(wù)是制粒，同時(shí)還可通入蒸汽預(yù)熱混合料，提高料溫。少數(shù)企業(yè)采用三次混合，主要是進(jìn)行外裹煤粉。為強(qiáng)化制粒，兩次混勻制粒時(shí)間不少于6分鐘。72高爐煉鐵原料73高爐煉鐵原料3、布料要求與方法（1）鋪底料在燒結(jié)臺(tái)車的篦條上鋪10～25mm的燒結(jié)礦。然后再在其上布燒結(jié)混合料。為什么要鋪底料,主要作用是什么?74高爐煉鐵原料鋪底料的主要作用：①可防止燒結(jié)時(shí)燃燒帶的高溫與篦條直接接觸，保護(hù)篦條延長(zhǎng)使用壽命，而且還可以防止燒結(jié)礦粘篦條；②過濾層作用，減少煙氣中的灰塵含量，延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子使用壽命；③保持有效抽風(fēng)面積，使氣流分布均勻。75高爐煉鐵原料76高爐煉鐵原料77高爐煉鐵原料（2）燒結(jié)料布料要求：1）粒度、化學(xué)成分及水分等沿臺(tái)車橫向分布均勻；2）粒度、燃料沿縱向合理偏析，從上到下平均粒度逐漸增大，燃料含量逐漸減小；3）料層有一定松散性，表面應(yīng)平整。圖2－5燒結(jié)布料裝置

78高爐煉鐵原料透氣棒或松料器79高爐煉鐵原料4、點(diǎn)火操作

（1）目的：使固體燃料著火燃燒；同時(shí)使表層混合料燒結(jié)。（2）要求：

1）有足夠高的點(diǎn)火溫度，1050℃左右；

2）有一定的點(diǎn)火時(shí)間；

3）適宜的點(diǎn)火負(fù)壓；點(diǎn)火抽風(fēng)負(fù)壓為燒結(jié)負(fù)壓的50~60%，即6000~8000Pa，點(diǎn)火負(fù)壓太低，不易點(diǎn)火，將燃燒層往下引，負(fù)壓過高，會(huì)破壞料層的原始透氣性。

4）點(diǎn)火煙氣中氧含量充足；

5）沿臺(tái)車寬度方向點(diǎn)火要均勻。

80高爐煉鐵原料81高爐煉鐵原料82高爐煉鐵原料5、燒結(jié)過程的判斷（1）點(diǎn)火溫度點(diǎn)火溫度是否適宜，可從點(diǎn)火料面狀況判斷：

1)點(diǎn)火溫度過高（或點(diǎn)火時(shí)間過長(zhǎng)），料層表面過熔，呈現(xiàn)氣泡；

2)點(diǎn)火溫度過低（或點(diǎn)火時(shí)間過短），料層表面呈棕褐色或有花痕，出現(xiàn)浮灰;點(diǎn)火溫度正常的特征：料層表面呈亮黑色，表面已熔結(jié)成堅(jiān)實(shí)的燒結(jié)礦。

83高爐煉鐵原料84高爐煉鐵原料（2）混合料水分在燒結(jié)過程中，混合料水分發(fā)生變化,將影響料層透氣性：1)負(fù)壓突增，透氣性變差，造成點(diǎn)火器火焰不往下抽，而向四周噴射；2)料表面出現(xiàn)未燒結(jié)的粉末，機(jī)尾燒結(jié)礦層有夾生料；3)廢氣溫度降低；4)機(jī)尾燒結(jié)礦斷面出現(xiàn)“花臉”。

85高爐煉鐵原料（3）混和料含碳量燃料過多，臺(tái)車移出點(diǎn)火器后，燒結(jié)礦表面保持紅色；最后風(fēng)箱和主管溫度高出正常水平；垂直燒結(jié)速度降低，燃燒層達(dá)不到鋪底料層；機(jī)尾卸礦時(shí)礦層斷面冒火苗，斷面熔化厲害，燒結(jié)礦有大孔。燃料過少，點(diǎn)火器處料面發(fā)暗，很快變黑，機(jī)尾紅層薄且發(fā)暗，斷面疏松，燒結(jié)礦灰塵大，返礦多，廢氣溫度下降，負(fù)壓變化不大。

86高爐煉鐵原料（4）燒結(jié)終點(diǎn)燒結(jié)終點(diǎn)，就是燒結(jié)過程全部完成時(shí)臺(tái)車所處的位置。燒結(jié)機(jī)的終點(diǎn)一般控制在倒數(shù)第二個(gè)風(fēng)箱。

1）根據(jù)機(jī)尾末端三個(gè)風(fēng)箱及總管的廢氣溫度、負(fù)壓水平來(lái)判斷。通常第二個(gè)風(fēng)箱較前后風(fēng)箱高20~40℃;總管負(fù)壓持續(xù)下降，最后一個(gè)風(fēng)箱負(fù)壓與倒數(shù)第二個(gè)接近。如：135m2燒結(jié)機(jī)14號(hào)風(fēng)箱溫度為260℃，較13號(hào)及15號(hào)風(fēng)箱高20℃~40℃，則14號(hào)風(fēng)箱位置為燒結(jié)終點(diǎn)。

2）機(jī)尾礦層斷面；

3）成品和返礦的殘?zhí)肌?7高爐煉鐵原料88高爐煉鐵原料（5）燒結(jié)工藝的基本參數(shù)點(diǎn)火溫度控制在950～1150℃，一般30~60秒；料層高度為600－750mm；抽風(fēng)負(fù)壓為10000－16000Pa；燒結(jié)溫度為1150－1350℃；機(jī)速1.5-2.5m/min；垂直燒結(jié)速度一般為15-25mm/min。89高爐煉鐵原料136、燒結(jié)過程取一臺(tái)車剖面分析,抽風(fēng)燒結(jié)過程大致可分為五層,即:

（1）燒結(jié)礦層―上冷下熱，約40－50mm為脆性層(T低,急冷)，主要反應(yīng)是液相凝固、礦物結(jié)晶。隨著燒結(jié)過程的進(jìn)行，該層逐漸增厚，抽入空氣通過燒結(jié)礦層被預(yù)熱，而燒結(jié)礦層則被冷卻。（2）燃燒層―即燒結(jié)層，厚度約為15－50mm，溫度為1150～1350℃，主要反應(yīng)為碳的燃燒反應(yīng)和液相形成；90高爐煉鐵原料13（3）預(yù)熱、干燥層―厚度為20－40mm，特點(diǎn)是熱交換劇烈，溫度快速下降，主要反應(yīng)為水分蒸發(fā)、結(jié)晶水及石灰石分解、礦石氧化還原及固相反應(yīng)；（4）冷料層―即過濕層，上層帶入的水分由于溫度低而凝結(jié)，過多的重力水使混合料小球被破壞影響料層透氣性；（5）輔底料層―為保護(hù)燒結(jié)機(jī)爐蓖子不因燃燒帶下移而燒壞。91高爐煉鐵原料92高爐煉鐵原料燒結(jié)機(jī)臺(tái)車縱向剖面示意圖93高爐煉鐵原料7、燒結(jié)礦的冷卻將熾熱的燒結(jié)礦(700～800℃)冷卻至l00～150℃，意義：

1）便于整粒；

2）冷礦可用膠帶機(jī)運(yùn)輸；

3）適應(yīng)提高爐頂壓力，延長(zhǎng)燒結(jié)礦倉(cāng)和高爐爐頂設(shè)備的壽命；

4）有利于冷卻廢氣的余熱利用；

5）有利于改善燒結(jié)廠和冶煉廠的廠區(qū)環(huán)境。燒結(jié)礦的冷卻方式主要有鼓風(fēng)冷卻、抽風(fēng)冷卻和機(jī)上冷卻幾種。94高爐煉鐵原料8、篩分和整粒燒成的燒結(jié)礦，經(jīng)冷卻、破碎，篩分整粒后送往高爐。篩下物稱為返礦，返礦配入混合料重新燒結(jié)。95高爐煉鐵原料燒結(jié)過程主要反應(yīng)有：燃料的燃燒、固體物料的分解、水分的蒸發(fā)與冷凝、鐵氧化物的還原與氧化、有害雜質(zhì)的去除、固相反應(yīng)、液相的形成和冷凝結(jié)晶。96高爐煉鐵原料2.2.2.2燃料的燃燒

燒結(jié)料層中固體燃料在燃燒層中燃燒，放出大量的熱產(chǎn)生高溫并形成一定的還原（或氧化）氣氛，為其它物理化學(xué)反應(yīng)提供了必要條件。燒結(jié)過程中，固體燃料燃燒所提供的熱量占燒結(jié)總需熱量的80~90％（蒸汽、氧化還原反應(yīng)）。然而，燃料在燒結(jié)混合料中所占的比例很小，按重量計(jì)僅為3～5%，體積在10%左右。要使燃料迅速燃燒，需供給過量的空氣，空氣過剩系數(shù)達(dá)1.4～1.5。97高爐煉鐵原料燃料的燃燒并不是燒結(jié)過程的主要熱源，相當(dāng)部分的熱量（約占全部熱量的40%）是靠上部灼熱的燒結(jié)礦層將抽入的空氣預(yù)熱提供的。熱燒結(jié)礦相當(dāng)于“蓄熱室”，隨著燒結(jié)礦層的增厚，燒結(jié)自動(dòng)蓄熱量增加，燃燒層溫度逐漸升高。由于混合料上下層所獲得的熱量不同，燃燒層溫度不同，導(dǎo)致燒結(jié)礦質(zhì)量不均。布料時(shí)混合料中含碳沿料層高度應(yīng)逐漸減少。

“自蓄熱作用”是厚料層燒結(jié)技術(shù)的理論基礎(chǔ)。98高爐煉鐵原料1、固體燃料燃燒熱力學(xué)燒結(jié)料中燃料所含的固體碳在溫度達(dá)700℃以上即著火燃燒，反應(yīng)：

2C＋O2＝2CO（1）

C＋O2＝CO2

（2）

2CO＋O2＝2CO2

（3）

CO2＋C＝2CO（4）在燒結(jié)過程中，反應(yīng)（2）、（3）易于發(fā)生，在高溫區(qū)，碳的周圍，有利于反應(yīng)（1）、（4）的進(jìn)行。因此，燒結(jié)廢氣中含有CO2、CO以及因空氣過量殘留的O2，不參與反應(yīng)的N2。99高爐煉鐵原料

2、固體燃料燃燒動(dòng)力學(xué)燃料燃燒速度主要取決于燃料的反應(yīng)性、粒度、氣體氧含量和流速（料層透氣性）以及溫度等因素。在燒結(jié)過程中，固體燃料呈分散狀分布在料層中，固體碳的燃燒屬非均相反應(yīng)。反應(yīng)過程由產(chǎn)物、反應(yīng)物的擴(kuò)散和碳氧化學(xué)反應(yīng)等五個(gè)環(huán)節(jié)組成，反應(yīng)速度受制于最慢的環(huán)節(jié)。100高爐煉鐵原料燒結(jié)過程中，由于混合料中碳量低，氧量充足，燃料著火點(diǎn)低，燃燒速度較快，在點(diǎn)火后不到一分鐘，燃燒層溫度就升高到1200℃～1350℃，故燃燒反應(yīng)速度受反應(yīng)物和產(chǎn)物的擴(kuò)散速度所控制，而溫度影響不大。因此，一切能夠增加擴(kuò)散速度的因素，如減小燃料粒度、增加氣流速度（改善料層透氣性、增加風(fēng)量）和氣流中的氧含量，都能提高燃燒反應(yīng)速度，強(qiáng)化燒結(jié)過程。101高爐煉鐵原料3、固體燃料特性及用量對(duì)燒結(jié)過程的影響（1）固體燃料的粒度燒結(jié)所用固體燃料的粒度，與混合料中各組分的特性有關(guān)。一般：燃料粒度小于0.5mm時(shí)，難以在自身周圍建立起成塊的燒結(jié)礦，并且在氣流作用下，易從上層吹到下層。粒度太大，燃燒帶變厚，混合料受熱不均勻。生產(chǎn)實(shí)踐證明，1～3mm間的燃料粒度是最適宜的，超過3mm或小于lmm的比例不應(yīng)大于20%。102高爐煉鐵原料（2）固體燃料的種類無(wú)煙煤與焦粉相比孔隙率小得多，相同重量在混合料中的體積就較小，無(wú)煙煤顆粒之間距離增大，使燒結(jié)礦質(zhì)量惡化。同時(shí)無(wú)煙煤反應(yīng)性較差，因而導(dǎo)致垂直燒結(jié)速度下降。要保證燒結(jié)礦的產(chǎn)質(zhì)量，使用無(wú)煙煤代替焦粉時(shí)，要適當(dāng)增加固體燃料的用量和適當(dāng)降低其平均粒度，與此同時(shí)還應(yīng)設(shè)法改善料層透氣性。

103高爐煉鐵原料

若采用揮發(fā)分較高的煤(10％～40％)，因?yàn)閾]發(fā)物在150～700℃溫度下的預(yù)熱帶就從煤中分解出來(lái)，不可能燃燒而進(jìn)入廢氣，危及和妨害整個(gè)抽風(fēng)系統(tǒng)的正常工作。

因此焦粉和無(wú)煙煤中的揮發(fā)分含量，不應(yīng)超過5％。

104高爐煉鐵原料（3）固體燃料的用量適宜的燃料用量應(yīng)保證燒結(jié)礦具有足夠的強(qiáng)度和良好的還原性。對(duì)于磁鐵礦燒結(jié)，由于Fe3O4氧化放熱，需求的燃料用量小些；

赤鐵礦則缺乏氧化時(shí)的熱收入，故燃料用量要高些；菱鐵礦和褐鐵礦則因碳酸鹽和結(jié)晶水的分解需要消耗熱量，則要求更高的燃料用量。具體的礦石原料適宜的燃料用量需由試驗(yàn)確定。105高爐煉鐵原料2.2.2.3水分的蒸發(fā)與冷凝1、燒結(jié)料中的水分主要來(lái)源

a.物料原始含水;b.制粒添加的水;c.褐鐵礦等的化合水;2、水分在燒結(jié)過程中的作用（1）制粒作用由于水在混合料粒子間產(chǎn)生毛細(xì)力，在混合料的滾動(dòng)過程中互相接觸而靠緊，加速制成小球粒。106高爐煉鐵原料

（2）導(dǎo)熱作用由于燒結(jié)料中有水分存在，改善了燒結(jié)混合料的導(dǎo)熱性，有利于減小燃燒帶厚度。（3）潤(rùn)滑作用水分子覆蓋在礦粉顆粒表面，起類似潤(rùn)滑劑的作用，降低表面粗糙度，減少氣流阻力。

107高爐煉鐵原料3、水分的蒸發(fā)（1）水分蒸發(fā)的條件氣相中水蒸汽的實(shí)際分壓P實(shí)小于該條件下的飽和蒸汽壓P0。由于吸附水具有較大的分子結(jié)合力，所以干燥層終了溫度在150℃左右?；旌狭现薪Y(jié)晶水去除溫度大于250℃。結(jié)晶水分解要吸熱，因此在使用含結(jié)晶水的鐵礦粉燒結(jié)時(shí)，要考慮適當(dāng)增加燃料用量。

108高爐煉鐵原料4、水汽的冷凝水分蒸發(fā)并轉(zhuǎn)移到廢氣中，使廢氣的水汽分壓P實(shí)不斷升高；廢氣在穿過下層冷料時(shí)由于熱交換的結(jié)果溫度不斷降低。

P實(shí)=P0

時(shí)，水分停止蒸發(fā)。

P實(shí)>P0時(shí)，廢氣中的水汽開始在冷料表面上冷凝。導(dǎo)致燒結(jié)料層中部分物料超過原始水分，而形成所謂“過濕帶”。濕空氣中的水汽開始在料面冷凝的溫度稱為“露點(diǎn)”，一般燒結(jié)廢氣的露點(diǎn)約為60℃左右。109高爐煉鐵原料5、水汽冷凝對(duì)燒結(jié)過程的影響（1）冷凝下來(lái)的水分充塞在混合料顆粒之間，使氣流通過的阻力增加；（2）過濕現(xiàn)象使料層下部已造好的小球遭受破壞，阻礙氣體通過。110高爐煉鐵原料防止燒結(jié)料層過濕的主要措施（1）提高燒結(jié)混合料的原始溫度：

a.熱返礦預(yù)熱混合料;b.蒸汽預(yù)熱混合料;c.生石灰預(yù)熱混合料（2）提高燒結(jié)混合料的濕容量；（3）降低廢氣中的含水量。111高爐煉鐵原料2.2.2.4固體物料的分解1、碳酸鹽的分解碳酸鹽分解反應(yīng)的通式可寫為：

MeCO3→MeO＋CO2↑

不同碳酸鹽的穩(wěn)定性順序?yàn)椋篫nCO3＜MnCO3＜PbCO3＜FeCO3＜MgCO3＜CaCO3＜Na2CO3；燒結(jié)中常見碳酸鹽的開始分解和沸騰分解溫度如下：

CaCO3：開始分解溫度為530℃，沸騰分解溫度910℃；

MgCO3：開始分解溫度為320℃，沸騰分解溫度680℃；

FeCO3：開始分解溫度為230℃，沸騰分解溫度400℃。

一般在燒結(jié)預(yù)熱帶即可完成，石灰石的分解，主要在燃燒帶進(jìn)行。112高爐煉鐵原料

在燒結(jié)過程中CaCO3分解為CaO后，必須與SiO2、Fe2O3等進(jìn)行化合反應(yīng)，稱為CaO的礦化。如果燒結(jié)礦中有游離的CaO存在(俗稱白點(diǎn))，則遇水消化，體積增大一倍，燒結(jié)礦會(huì)因內(nèi)應(yīng)力而粉碎。氧化鈣的礦化度用下式表示：KH=(CaO總-CaO游-CaO殘)/CaO總×100%

降低石灰石粒度,嚴(yán)格控制在3mm以內(nèi)，提高燒結(jié)溫度或降低燒結(jié)礦堿度均可提高CaO的礦化度。

113高爐煉鐵原料

鐵氧化物的分解是逐級(jí)進(jìn)行的，在570℃以上：6Fe2O3＝4Fe3O4+O22Fe3O4＝6FeO+O22FeO＝2Fe+O2在570℃以下：6Fe2O3＝4Fe3O4+O21/2Fe3O4＝3/2Fe+O2

2、鐵氧化物的分解

FeO和Fe3O4在燒結(jié)溫度下分解壓非常小，在燒結(jié)條件下不可能分解。

114高爐煉鐵原料

Fe2O3在大氣中開始分解溫度為1383℃，在燒結(jié)過程中，負(fù)壓在10kPa以上，氣體總壓力不到90kPa，并且燃燒廢氣中氧分壓較小，F(xiàn)e2O3在低于1383℃分解是可能的。反應(yīng)：3Fe2O3=2Fe3O4+1/2O2

由于在低于1300℃時(shí)，F(xiàn)e2O3已被還原或礦化，所以Fe2O3實(shí)際分解率很小。

115高爐煉鐵原料2.2.2.5鐵氧化物的還原與氧化燒結(jié)過程總體而言是氧化性氣氛，但由于燒結(jié)料中碳分布的偏析和氣體組成分布的不均勻性，存在局部還原性氣氛，1、Fe2O3的還原在550℃-600℃時(shí)，進(jìn)行反應(yīng)：3Fe2O3＋CO=2Fe3O4＋CO2當(dāng)有CaO存在時(shí)，在500~600℃溫度下，CaO與Fe2O3反應(yīng)生成鐵酸一鈣CaOFe2O3，它比自由的Fe2O3還原困難。116高爐煉鐵原料

2、Fe3O4的還原在900℃以上，可進(jìn)行反應(yīng)：Fe3O4＋CO=3FeO+CO2有SiO2存在時(shí)，生成鐵橄欖石，有利于反應(yīng)：2Fe3O4+3SiO2＋2CO=3(2FeOSiO2）+2CO2

的進(jìn)行，有CaO存在時(shí)，則阻止2FeOSiO2(或Fe2SiO4)的生成。3、FeO的還原

在燒結(jié)氣氛條件下，F(xiàn)eO被CO還原的可能性很小。

117高爐煉鐵原料

4、鐵氧化物的氧化燒結(jié)過程氧化和還原反應(yīng)進(jìn)行的程度，可根據(jù)燒結(jié)前后物料的氧化度來(lái)分析。氧化度Ω

:燒結(jié)礦中與鐵結(jié)合的實(shí)際氧量與全部鐵以Fe2O3形態(tài)結(jié)合時(shí)的氧量之比。其計(jì)算式為：

Ω＝[1－w(FeFeO)/3w(TFe)]×100％式中：w(FeFeO)－燒結(jié)礦中以FeO形態(tài)存在的鐵量，％；

w(TFe)－燒結(jié)礦中的全部鐵量，％；118高爐煉鐵原料由上式可見，在燒結(jié)礦品位相同的情況下，燒結(jié)礦中FeO含量越低，其氧化度越高，還原性越好。影響燒結(jié)礦氧化度的主要因素：（1）燃料用量；（2）燒結(jié)礦堿度；（3）燃料及礦粉粒度。

119高爐煉鐵原料2.2.2.6有害雜質(zhì)的去除

燒結(jié)過程可部分去除礦石中硫、鉛、鋅、砷等。1、燒結(jié)過程脫硫鐵礦石中的S以硫化物和硫酸鹽形式存在，焦粉中S以單質(zhì)形式存在。燒結(jié)過程可以去除90%左右的硫,硫均被氧化成二氧化硫隨煙氣排出,影響燒結(jié)脫硫的因素有：

1）礦粉粒度及性質(zhì)；

2）燒結(jié)礦堿度和添加物的性質(zhì)；

3）燃料用量和性質(zhì)；120高爐煉鐵原料2、鉛、鋅、堿金屬等雜質(zhì)的去除鐵礦石中含有的鉛、鋅礦物為方鉛礦（PbS）和閃鋅礦（ZnS）。只有當(dāng)ZnO還原成金屬鋅以后，才能揮發(fā)，而燒結(jié)料中的低碳含量是難以滿足還原條件，因此燒結(jié)過程去鋅不易。鉛的去除，一般是不可能的。

對(duì)一些含堿金屬、鉛、鋅、銅較高的原料，可配入CaCl2，可提高有害元素的揮發(fā)率,但應(yīng)注意設(shè)備的腐蝕和環(huán)境污染問題。砷的脫除需要適當(dāng)?shù)难趸瘹夥?，砷被氧化成As2O3才能去除,脫砷率不超過50%。

121高爐煉鐵原料2.2.3燒結(jié)礦固結(jié)機(jī)理

2.2.3.1固相反應(yīng)固相反應(yīng)是指燒結(jié)混合料礦物成分之間在液相生成之前以固體狀態(tài)進(jìn)行的反應(yīng)。固相反應(yīng)形成低熔點(diǎn)化合物，為燒結(jié)過程產(chǎn)生液相創(chuàng)造了條件。因此，固相反應(yīng)的進(jìn)行直接影響燒結(jié)礦的質(zhì)量。122高爐煉鐵原料在高溫下一些離子獲得了進(jìn)行位移所需要的能量（活化能），它們向附近的固體表面擴(kuò)散。這種固體間的離子擴(kuò)散過程就導(dǎo)致了固相間反應(yīng)的發(fā)生。1、反應(yīng)條件：（1）固相比表面積大，晶格不完整；（2）超過離子脫離離子鍵束縛的臨界溫度。

臨界溫度是固相反應(yīng)開始的溫度。各種鹽類的臨界溫度為其熔化溫度（絕對(duì)溫度）的0.57倍，金屬為0.3-0.4倍，硅酸鹽為0.8-0.9倍。123高爐煉鐵原料 2、固相反應(yīng)特點(diǎn)（1）反應(yīng)溫度遠(yuǎn)低于固相反應(yīng)物的熔點(diǎn)或它們的低共熔點(diǎn)，但只局限于顆粒間接觸區(qū)域，為放熱反應(yīng)；如:CaO－SiO2的反應(yīng)開始溫度為600℃，F(xiàn)e3O4－SiO2的反應(yīng)開始溫度為950℃；（2）溫度高有利于固相反應(yīng)的進(jìn)行；（3）固相反應(yīng)受化學(xué)組成的影響， 例如：Fe3O4不與CaO發(fā)生固相反應(yīng)，

Fe2O3不與SiO2發(fā)生固相反應(yīng)， 固相反應(yīng)雖不能形成有效的固相連接，但為液相的生成打下了基礎(chǔ)。124高爐煉鐵原料

如：CaO與SiO2的混合物在1000℃以下發(fā)生固相反應(yīng)，無(wú)論哪種化合物過剩，在相接觸的界面反應(yīng)結(jié)果最初產(chǎn)物均為：最初產(chǎn)物：總是2CaOSiO2（正硅酸鈣）；

中間產(chǎn)物：2CaOSiO2與CaO的接觸處形成3CaOSiO2（硅酸三鈣）；2CaOSiO2與SiO2的接觸處形成3CaO2SiO2（硅鈣石）和CaOSiO2（硅灰石）若CaO與SiO2比例相同則最終產(chǎn)物為：CaOSiO2（硅灰石）125高爐煉鐵原料2.2.3.2基本液相體系與液相形成1、硅酸鐵體系（FeO—SiO2）

FeO—SiO2體系液相是低堿度（R<1.25)燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相，從相圖可知：

1）SiO2與FeO生成鐵橄欖石（2FeOSiO2），熔點(diǎn)1205℃；

2）鐵橄欖石又可與FeO和SiO2分別組成兩個(gè)共晶體：

2FeOSiO2—SiO2，（62%FeO+38%SiO2），熔點(diǎn)1178℃，2FeOSiO2—FeO，（76%FeO+24%SiO2），熔點(diǎn)1177℃

3）鐵橄欖石還可以與Fe3O4組成共晶體，共晶成分為17%Fe3O4+83%FeOSiO2，熔點(diǎn)1142℃。12學(xué)時(shí)結(jié)束點(diǎn)126高爐煉鐵原料圖2－6127高爐煉鐵原料

形成的共晶體比鐵橄欖石熔點(diǎn)還低，因而它在燒結(jié)過程中首先形成液相。隨物料中Fe3O4逐漸溶入液相，液相的熔點(diǎn)升高。當(dāng)液相達(dá)到影線部分時(shí)，大部分Fe3O4（70%左右）熔入液相中。當(dāng)高溫的液相冷卻時(shí)，首先析出磁鐵礦晶體，隨著溫度下降，液相中鐵橄欖石成分不斷增加，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)。這個(gè)體系是生產(chǎn)低堿度燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相,其生成條件是必須有足夠數(shù)量的FeO和SiO2，要求較高的配碳量。128高爐煉鐵原料圖2－7129高爐煉鐵原料2、

CaO-Fe2O3體系液相高堿度燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相鐵酸半鈣－CaO?2Fe2O3鐵酸一鈣－CaO?Fe2O3鐵酸二鈣－2CaO?Fe2O3在1155－1226℃穩(wěn)定；異分熔點(diǎn)1215℃；

熔點(diǎn)1449℃；CaO?Fe2O3與CaO?2Fe2O3形成該系熔點(diǎn)最低的共晶混合物（1205℃）

該體系的特點(diǎn)：

無(wú)需高溫，燃料消耗少； 礦物強(qiáng)度及還原性均好；

鐵酸鈣理論（低溫?zé)Y(jié)理論）130高爐煉鐵原料圖2－8131高爐煉鐵原料3、硅酸鈣體系C2S（CaO-SiO2）生產(chǎn)熔劑性燒結(jié)礦時(shí)產(chǎn)生CaO-SiO2體系的化合物，主要有：（1）硅灰石（CaOSiO2）熔點(diǎn)1544℃；（2）硅鈣石（3CaO2SiO2）熔點(diǎn)1464℃；（3）正硅酸鈣（2CaOSiO2）熔點(diǎn)2130℃；（4）硅酸三鈣（3CaOSiO2）熔點(diǎn)2070℃；132高爐煉鐵原料共晶體有：SiO2+CaOSiO2熔點(diǎn)1436℃；CaOSiO2+3CaO2SiO2熔點(diǎn)1460℃；2CaOSiO2+CaO熔點(diǎn)2050℃。這個(gè)體系的熔化溫度都很高，不可能成為主要粘結(jié)相。

但2CaOSiO2

能與2FeOSiO2

形成低熔點(diǎn)固溶體（鈣鐵橄欖石），熔點(diǎn)在1170~1206℃之間，因而在燒結(jié)溫度下能形成液相，冷卻時(shí)2CaOSiO2

從共晶混合物中析出。若正硅酸鈣在液相結(jié)晶時(shí)單獨(dú)析出，或被其它粘結(jié)相包裹，將對(duì)燒結(jié)礦產(chǎn)生十分有害的影響。133高爐煉鐵原料圖2－9134高爐煉鐵原料表2-5燒結(jié)料固相反應(yīng)形成的低熔點(diǎn)化合物及共晶混合物體系液相特性熔化溫度SiO2－FeO2FeO?SiO21205SiO2－FeO2FeO?SiO2－SiO2共晶混合物1178SiO2－FeO2FeO?SiO2－FeO共晶混合物1177Fe3O4－2FeO?SiO22FeO?SiO2－Fe3O4共晶混合物1142MnO—SiO22MnO?SiO2

異分熔化點(diǎn)1323MnO－Mn2O3－SiO2MnO－Mn2O3－2FeO?SiO2共晶混合物13032FeO?SiO2－2CaO?SiO2鈣鐵橄欖石CaOx?FeO2－x?SiO2x＝0.191150CaO?Fe2O3CaO?Fe2O3→液相＋2CaO?Fe2O3(異分熔化點(diǎn))1216CaO?Fe2O3CaO?Fe2O3－CaO?2Fe2O3共晶混合物12052CaO?SiO2－FeO2CaO?SiO2－FeO共晶混合物1280FeO－Fe2O3?CaO(18%CaO+82%FeO)－2CaO?Fe2O3固熔體－共晶混合物1140Fe3O4－Fe2O3－CaO?Fe2O3Fe3O4－CaO?Fe2O3；Fe3O4－2CaO?Fe2O31180Fe2O3－CaO?SiO22CaO?SiO2－CaO?Fe2O3－CaO?2Fe2O3(共晶混合物)1192135高爐煉鐵原料由于燒結(jié)原料粒度較粗，微觀結(jié)構(gòu)不均勻，而且反應(yīng)時(shí)間短，從500℃加熱到1350℃通常不大于3min。因此，反應(yīng)體系為不均勻體系，液相反應(yīng)達(dá)不到平衡狀態(tài)，液相形成過程如下：（1）初生液相：固相反應(yīng)所生成的的低熔點(diǎn)化合物處，隨著溫度升高出現(xiàn)初期液相。（2）低熔點(diǎn)化合物加速形成：由于溫度升高和初期液相的促進(jìn)作用，燒結(jié)料中高熔點(diǎn)礦物溶入液相，加速低熔點(diǎn)化合物的形成。

4、液相的形成136高爐煉鐵原料

(3)液相反應(yīng)：液相中的成分在高溫下進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，液相產(chǎn)生氣泡，推動(dòng)碳粒到氣流中燃燒，提高液相溫度。

(4)液相同化：通過液相的流動(dòng)、傳熱，使燒結(jié)過程溫度和成分均勻化。137高爐煉鐵原料5、液相形成在燒結(jié)過程中的作用：

(1)液相是燒結(jié)礦的粘結(jié)相，將未熔的固體顆粒粘結(jié)成塊，使其冷凝后具有強(qiáng)度；

(2)液相具有一定的流動(dòng)性，可進(jìn)行流動(dòng)傳熱，使高溫熔融帶的溫度和成分均勻；

(3)液相保證固體燃料完全燃燒；

138高爐煉鐵原料

(4)從液相中形成并析出燒結(jié)料中所沒有的新生礦物，有利于改善燒結(jié)礦的強(qiáng)度和還原性。液相生成量應(yīng)適當(dāng)，一般30～50%，保留部分固體顆粒，以保證高溫燃燒帶的透氣性。要求形成的液相粘度低和具有良好的潤(rùn)濕性。

139高爐煉鐵原料2.2.3.3液相的冷凝與結(jié)晶液相冷卻實(shí)際上是一個(gè)再結(jié)晶過程,所形成的礦物組成及其結(jié)構(gòu)對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量有重要影響。在液相冷卻時(shí)，高熔點(diǎn)的鐵氧化物(Fe3O4、Fe2O3)、2CaO?SiO2首先析出；其次，它們周圍是低熔點(diǎn)化合物和共晶混合物析出。由于冷卻速度快，一般上層120～130℃／min，下層為40～50℃／min，結(jié)晶能力差的礦物以非晶質(zhì)(玻璃相)存在。在礦物組成和結(jié)構(gòu)形成過程中伴隨著內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。最終形成疏松多孔、略有塑性的燒結(jié)礦層，140高爐煉鐵原料液相生成量是燒結(jié)料固結(jié)的基礎(chǔ)

冷凝固結(jié)

液相放出能量冷卻速度快玻璃體析出熔化物的冷凝成為未熔物之間的粘結(jié)劑，把燒結(jié)料 粘結(jié)成多孔狀的燒結(jié)體 完成燒結(jié)過程冷卻速度慢結(jié)晶體析出141高爐煉鐵原料正硅酸鈣（C2S）造成燒結(jié)礦粉化的原因

正硅酸鈣（C2S）造成燒 結(jié)礦粉化的原因

在燒結(jié)礦冷卻過程中

α`－C2S→γ－C2S，體積膨脹約12％；

β

－C2S→γ

－C2S，體積膨脹約10％。

晶形穩(wěn)定區(qū)及密度（g/cm3）

α

－C2S2130～1438℃3.07

α`－C2S

1438～705℃3.31 β－C2S705～505℃3.28 γ－C2S505℃以下2.97142高爐煉鐵原料硅酸鈣存在的四種微觀結(jié)構(gòu)變形體穩(wěn)定范圍晶系密度（g/cm3）α-C2S（高溫型）2130~1438℃六方3.07(1500℃)α’-C2S（中溫型）1438~850℃斜方3.31(700℃)β-C2S（亞穩(wěn)型）<675℃單斜3.28γ-C2S（低溫型）850~273℃斜方2.97143高爐煉鐵原料抑制C2S相變應(yīng)力產(chǎn)生的對(duì)策

抑制C2S相應(yīng)力產(chǎn)生的對(duì)策抑制C2S生成抑制C2S的相變降低原料中

SiO2含量促進(jìn)鐵酸鈣礦物的生成

添加少量分子 半徑小于Si的 元素，如硼等 取代Si進(jìn)入β－C2S晶格中 以形成固溶體的形式，穩(wěn)定β－C2S的相變

提高原料中

MgO含量 形成鈣鎂橄欖石等，減少SiO2與CaO反應(yīng)的活度

MgO固溶于C2S中，穩(wěn)定β－C2S144高爐煉鐵原料

2.2.3.4燒結(jié)礦的礦物組成及結(jié)構(gòu)

1.礦物組成燒結(jié)礦是多種礦物組成的混合物，礦物組成隨原料及燒結(jié)工藝條件不同而異。一般礦物組成為：

(1)含鐵礦物:磁鐵礦(Fe3O4)、赤鐵礦(Fe2O3)、浮氏體(FexO).(2)粘結(jié)相礦物,一般有以下幾種：鐵橄欖石(2FeO·SiO2)，鈣鐵橄欖石[CaOx·FeO2－x·SiO2(x＝0.25～1.5)]，鐵酸鈣(CaO·Fe2O3、2CaO·Fe2O3、CaO·2Fe2O3)。

(3)其它硅酸鹽正硅酸鈣(2CaO·SiO2堿度>1.0)、硅灰石(CaO·SiO2堿度1.0～1.2)、硅酸三鈣(3CaO·SiO2高堿度生成)。145高爐煉鐵原料

2.礦物結(jié)構(gòu)（1）宏觀結(jié)構(gòu)①粗孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)。有熔融的光滑表面，由于燃料用量大，液相生成量多。②微孔海綿狀結(jié)構(gòu)。燃料用量適量，液相量為40%左右，這種結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，還原性好。③松散狀結(jié)構(gòu)。燃料用量低、液相數(shù)量少，燒結(jié)料顆粒僅點(diǎn)接觸粘結(jié)，故燒結(jié)礦強(qiáng)度低。146高爐煉鐵原料（2）微觀結(jié)構(gòu)

①粒狀結(jié)構(gòu)。燒結(jié)礦中含鐵礦物晶粒與粘結(jié)相礦物晶?；ハ嘟Y(jié)合成粒狀結(jié)構(gòu)，分布均勻。②斑狀結(jié)構(gòu)。燒結(jié)礦中含鐵礦物呈斑晶狀與細(xì)粒的粘結(jié)相礦物或玻璃相相互結(jié)合成斑狀結(jié)構(gòu)。③骸晶結(jié)構(gòu)。早期結(jié)晶的含鐵礦物晶粒發(fā)育不完善，只形成骸晶骨架，其內(nèi)部常為硅酸鹽粘結(jié)相。

147高爐煉鐵原料④丹點(diǎn)狀的共晶結(jié)構(gòu)。含鐵礦物呈圓點(diǎn)狀分布于粘結(jié)相礦物中，例如Fe3O4－CFS共晶部分形成的結(jié)構(gòu)。⑤熔融結(jié)構(gòu)。含鐵礦物被粘結(jié)相所熔融。成它形晶。例如高堿度燒結(jié)礦中的Fe2O3被CF熔融，含鐵礦物與粘結(jié)相接觸密切，強(qiáng)度較好。⑥交織結(jié)構(gòu)。含鐵礦物與粘結(jié)相礦物彼此發(fā)展或者交織構(gòu)成，此種結(jié)構(gòu)的燒結(jié)礦強(qiáng)度最好。148高爐煉鐵原料3、影響燒結(jié)礦礦相組成與結(jié)構(gòu)的因素

影響因素SiO2Al2O3含量MgO含量礦粉的種類、粒度組成、礦點(diǎn)火溫度、料層厚度、布料方式、冷卻速度等堿度燒結(jié)混合料的配碳量原料自身的特性及配礦方案燒結(jié)生產(chǎn)的工藝、技術(shù)參數(shù)

物組成等燒結(jié)礦質(zhì)量及產(chǎn)量149高爐煉鐵原料4、燒結(jié)礦的礦物組成和結(jié)構(gòu)對(duì)其質(zhì)量的影響

1）對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的影響各種礦物成分自身的強(qiáng)度（具有加和性）；燒結(jié)礦冷凝結(jié)晶的內(nèi)應(yīng)力；燒結(jié)礦中氣孔的大小和分布；燒結(jié)礦組織的均勻度。

2）對(duì)還原性的影響各組成礦物的自身還原性；氣孔率、氣孔大小與性質(zhì)；礦物晶粒的大小和晶格能的高低。150高爐煉鐵原料表2-6燒結(jié)礦中主要礦物的機(jī)械強(qiáng)度與還原性151高爐煉鐵原料由上表可看出：（1）磁鐵礦，赤鐵礦，鐵酸一鈣，鐵橄欖石有較高強(qiáng)度，其次為鈣鐵橄欖石及鐵酸二鈣，最差的是玻璃相。（2）赤鐵礦、磁鐵礦和鐵酸一鈣容易還原，鐵酸二鈣還原性較差，玻璃體，鈣鐵橄欖石，特別是鐵橄鈣鐵橄欖石難以還原。（3）燒結(jié)礦中以強(qiáng)度好的組分為主要粘結(jié)相，燒結(jié)礦的強(qiáng)度就好。以還原性好的組分為主要粘結(jié)相，且氣孔率高，晶粒嵌布松弛、裂紋多的燒結(jié)礦易還原。152高爐煉鐵原料燒結(jié)過程主要反應(yīng)燃燒反應(yīng)分解反應(yīng)水分蒸發(fā)與冷凝反應(yīng)還原與再氧化反應(yīng)氣化反應(yīng)

為燒結(jié)過程提供熱量和溫度。C的完全燃燒占主導(dǎo)地位 局部區(qū)域可為還原性氣氛。 燃燒反應(yīng)速度由擴(kuò)散所決定,并決定燃燒帶厚度。 燃料粒度和量是決定燒結(jié)質(zhì)量的重要因素

結(jié)晶水分解需要耗熱 碳酸鹽中石灰石分解相對(duì)需要更高的溫度。 燒結(jié)過程中石灰石的有效分解時(shí)間不足2分鐘少量Fe2O3在燃燒帶可以分解成Fe3O4

制粒需加水進(jìn)行。 精礦粉8％ 富礦粉5％ 燒結(jié)過程水分蒸發(fā)快，故干燥帶很薄。 廢氣中的水蒸氣在溫度下降后，冷凝析出水分，造成燒結(jié)料層下部的過濕現(xiàn)象

燒結(jié)過程既有還原反應(yīng)，又有氧化反應(yīng)。 燒結(jié)過程的目的不在于還原鐵氧化物，相反還要限制還原反應(yīng)的進(jìn)行。

2FeOSiO2、CaOFeOSiO2的再還原性差，高爐不歡迎。

S的氧化性氣化可使燒結(jié)過程脫硫率達(dá)到80％以上。

K、Na、Zn的還原氣化，在燒結(jié)過程只占少量。 用CaCl2進(jìn)行氯化氣化，可脫除原料中的有害元素，但有設(shè)備腐蝕問題。C+O2=CO2（易）2C+O2=2COC+CO2=2CO2CO+O2=2CO2（易）碳酸鹽分解CaCO3=CaO+CO2MgCO3=MgO+CO22FeCO3+1/2O2 =Fe2O3+CO2高價(jià)氧化物分解6Fe2O3=4Fe3O4+O2氧化氣化例如，S+O2=SO2還原氣化例如，2K2O+C=4K+CO2鹵化氣化例如，CaCl2+MeO=MeCl2+CaO153高爐煉鐵原料

固相反應(yīng)

生成低熔點(diǎn)物質(zhì)的臨界溫度①金屬：(0.3-0.4)·T熔②鹽類：0.57·T熔③硅酸鹽：(0.8-0.9)·T熔

為液相生成創(chuàng)造條件

液相生成

FeO-SiO2

系液相

1175～1205℃非自熔性燒結(jié)礦的 主要粘結(jié)相CaO-SiO2-FeO

系液相

1073～1217℃

自熔性燒結(jié)礦 的主要粘結(jié)相

CaO-SiO2

系液相1450～1540℃低碳、高堿度燒結(jié)礦的形成的物相

CaO-Fe2O3

系液相1205～1449℃高堿度燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相條件：比表面積大，晶格不完整；超過離子脫離離子鍵束縛的臨界溫度。

154高爐煉鐵原料（1）燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)t/(m2

h)：式中：P-燒結(jié)機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量，A=B*L,帶式燒結(jié)機(jī)抽風(fēng)面積，m2,用來(lái)表示燒結(jié)機(jī)大小，式中L為燒結(jié)機(jī)有效抽風(fēng)長(zhǎng)度，B為燒結(jié)機(jī)臺(tái)車寬度；d-垂直燒結(jié)速度，m/min；r-燒結(jié)料的堆積密度，t/m3；K-燒結(jié)機(jī)的成品率，%。在原料、設(shè)備條件一定，利用系數(shù)與d成正比，而d主要取決于料層透氣性。

2.2.4強(qiáng)化燒結(jié)過程（提高產(chǎn)量）分析2.2.4.1燒結(jié)生產(chǎn)指標(biāo)155高爐煉鐵原料（2）能耗（kg標(biāo)煤/噸）是指一段時(shí)間內(nèi)，燒結(jié)生產(chǎn)系統(tǒng)，輔助生產(chǎn)系統(tǒng)，為燒結(jié)生產(chǎn)服務(wù)的附屬系統(tǒng)，所消耗的各種能源的實(shí)物消耗量，扣除回收利用能源，并折算成標(biāo)煤（29330kJ/t）與該段時(shí)間內(nèi)燒結(jié)產(chǎn)量之比值。156高爐煉鐵原料面積m2機(jī)速m/min燒結(jié)負(fù)壓Pa料層高度mm垂速mm/min利用系數(shù)t/(m2h)轉(zhuǎn)鼓指數(shù)+6.3mm工序能耗kg標(biāo)煤/噸寶鋼4502.221328065318.81.21781.7660.14鞍鋼2652.971119058219.271.27078.4970.2武鋼4351.651429163022.741.19878.1565.85

表2-7中國(guó)重點(diǎn)企業(yè)燒結(jié)工藝主要技術(shù)指標(biāo)157高爐煉鐵原料燒結(jié)過程的氣體力學(xué)現(xiàn)象

Voice公式描述P－透氣性指數(shù)Q－抽風(fēng)量A－抽風(fēng)面積

h－料層高度Δp－料層壓差

n－系數(shù)Ergun公式描述

P－透氣性指數(shù)

φ－形狀系數(shù)

d－顆粒直徑

ε－料層孔隙率

ρ－氣體密度

υ－Q/A

分析h、Δp不變→Q/A與P成一次方關(guān)系，即：欲提高單位面積風(fēng)量，即提高產(chǎn)量，需改善料層透氣性。P、h不變→Q/A與（Δp）成正比關(guān)系，即：欲提高產(chǎn)量，可提高抽風(fēng)負(fù)壓。P、Δp不變→Q/A與料層高度h成反比，即：透氣性和負(fù)壓不變時(shí)，增加料層厚度會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量下降。透氣性指數(shù)P與燒結(jié)料粒徑d成正比，與料層孔隙率ε成正比。2.2.4.2燒結(jié)過程氣體力學(xué)和傳熱現(xiàn)象1、燒結(jié)料層透氣性158高爐煉鐵原料 （1）燒結(jié)料層中各層阻力損失的變化a－燒結(jié)礦層；b－燃燒層；c－預(yù)熱、干燥層；d－濕料層）159高爐煉鐵原料t（℃）－Δp（mmH2O）（2）燒結(jié)過程中不同料層厚度負(fù)壓的變化情況060030015001200 9001800051015202530

τ（min）060030012009001500z3z2Δpz1圖中:料層Z1<Z2<Z3,隨著過濕層的消失和燒結(jié)礦層的增厚,負(fù)壓逐漸降低.160高爐煉鐵原料（3）二元粒度混合時(shí)的孔隙度變化dk－細(xì)粒級(jí)直徑dg－粗粒級(jí)直徑Vk－細(xì)粒級(jí)量V

－總量161高爐煉鐵原料（4）改善燒結(jié)料層透氣性的對(duì)策

改善燒結(jié)料層透氣性的對(duì)策

提高 料層孔隙度 強(qiáng)化制粒 配天然礦 合適的粒度分布 合適的布料方式

合適的 原料粒度

d↑有利于P↑ d↑不利于燒結(jié)反應(yīng)的進(jìn)行控制粒度差

控制 燃燒帶寬度配C量要合適燃料粒度要合適提高燃料燃燒性

消除 濕料層 嚴(yán)格控制燒結(jié)原料的水分 提高燒結(jié)料的料溫（蒸氣預(yù) 熱等）冷態(tài)熱態(tài)162高爐煉鐵原料2、燒結(jié)過程的傳熱現(xiàn)象（1）燒結(jié)過程的傳熱特點(diǎn)燒結(jié)過程的總速度取決于燃燒速度（指單位時(shí)間內(nèi)碳與氧反應(yīng)所消耗碳的重量）和傳熱速度（指氣－固相間的熱交換速度）兩者之間的最慢者。

在低燃料量條件下，氧量充足，燃料著火點(diǎn)低，燃燒速度較快，燒結(jié)速度取決于傳熱速度，在燃料量較高條件下，則燒結(jié)速度取決于燃燒速度。

163高爐煉鐵原料由上式可見,增加氣流速度,改善料層透氣性,可使傳熱速度增加，高溫區(qū)下移加速。在燒結(jié)過程中最終兩種速度“同步