第二章高爐煉鐵原料2.1鐵礦石和燃料2.2燒結(jié)礦2.3球團(tuán)礦2.4其它固結(jié)方法第二章高爐煉鐵原料2.1鐵礦石和燃料1

幾個(gè)基本概念1）富礦：含鐵品位>50%的鐵礦石；2）貧礦：實(shí)際含鐵量低于理論含鐵量70%的鐵礦石稱貧礦（必須經(jīng)過(guò)選礦后使用）。3）塊礦和粉礦4）精礦：貧礦經(jīng)過(guò)破碎、細(xì)磨，并通過(guò)磁選或浮選得到的高品位細(xì)粉狀礦石（TFe60~68%）2.1鐵礦石和燃料2.1.1鐵礦石

幾個(gè)基本概念2.1鐵礦石和燃料2.1.1鐵礦石2Magnetite磁鐵礦Hematite赤鐵礦Limonite褐鐵礦菱鐵礦各類鐵礦石圖SideriteMagnetite磁鐵礦Hematite赤鐵礦Limon3PyriteGoethite針鐵礦(Fe2O3*H2O)

黃鐵礦PyriteGoethite針鐵礦(Fe2O3*H2O)4鐵礦石理論含鐵量(%)貧富界限實(shí)際品位(%)我國(guó)鐵礦石最低工業(yè)品位(%）冶煉性能赤鐵礦（Fe2O3）704930～35P，S↓易還原磁鐵礦（Fe3O4）72.450.6830P，S↑難還原菱鐵礦（FeCO3）48.333.7425P，S↓焙燒后易還原褐鐵礦（2Fe2O3·3H2O）55.2～66.138.64～46.2730↑易還原各類鐵礦石含量及冶煉性能鐵礦石理論含貧富界限實(shí)際品位(%)我國(guó)鐵礦石最低工業(yè)品位(%5鐵礦石的評(píng)價(jià)A成分⑴品位：含鐵量，理論上品位↑1%，焦比↓2%，產(chǎn)量↑3%⑵脈石成分：SiO2、Al2O3↓越低（須重視Al2O3），MgO↑越好⑶有害雜質(zhì)和有益元素：S、P、Pb、Zn、As、K、Na、Cu、Mn、V、Ni、Cr、Nb

B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(jí)入爐;C還原性：

鐵礦石被CO、H2還原的難易程度，影響焦比;D化學(xué)成分穩(wěn)定性：

TFe波動(dòng)≤±0.5%，SiO2≤±0.03%混勻的重要性（條件：平鋪直取——原料場(chǎng)應(yīng)足夠大）;鐵礦石的評(píng)價(jià)A成分6鐵礦石的準(zhǔn)備處理破碎篩分混勻焙燒選礦造塊

磁選機(jī)輸送機(jī)粗破球磨機(jī)鐵礦石的準(zhǔn)備處理破碎篩分磁選機(jī)輸送機(jī)粗破球磨機(jī)7燒結(jié)球團(tuán)燒結(jié)礦燒結(jié)礦及燒結(jié)球團(tuán)燒結(jié)球團(tuán)燒結(jié)礦燒結(jié)礦及燒結(jié)球團(tuán)82.1.2（助）熔劑（1）作用：形成低熔點(diǎn)易流動(dòng)的爐渣、脫S（堿性熔劑）調(diào)整成分。（2）種類：性質(zhì)使用條件及作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，主要為：SiO2（只在爐況失常時(shí)使用——（Al2O3）≥18%或排堿時(shí)）中性高Al熔劑，主要為：含Al2O3高的鐵礦（只在降低爐渣流動(dòng)性時(shí)使用）2.1.2（助）熔劑（1）作用：形成低熔點(diǎn)易流動(dòng)的爐渣、脫9(3)熔劑的質(zhì)量要求①堿性氧化物含量（CaO+MgO≥52%）

概念：石灰石有效熔劑性能用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減少CaCO3入爐：原因：a.高溫分解吸熱

b.CO2+C=2COc.CO2會(huì)沖淡CO濃度造成焦比K增加。(3)熔劑的質(zhì)量要求102.1.3高爐燃料A.焦炭①主要作用：作為高爐熱量主要來(lái)源的60～80%，其它熱風(fēng)提供提供還原劑C、CO

料柱骨架，保證透氣性、透液性②質(zhì)量要求：含炭量：C↑灰份↓→→渣量↓、強(qiáng)度↑、反應(yīng)性↓→→焦比↓含S量：生鐵中[S]80%±來(lái)源于焦碳強(qiáng)度：M40、M10(轉(zhuǎn)鼓指數(shù))③成分穩(wěn)定（特指水分）：干熄焦技術(shù)（寶鋼）④焦炭反應(yīng)性：

C+CO2=2CO（H2O或O2）開(kāi)始反應(yīng)位置的高低快慢→影響間接還原區(qū)的范圍，從而影響焦比。2.1.3高爐燃料A.焦炭11焦?fàn)t焦?fàn)t12鋼鐵冶金第二章高爐煉鐵原料課件13焦炭焦炭14B.噴吹燃料焦煤減少，價(jià)格上升，尋找替代能源（1）氣體燃料天然氣、焦?fàn)t煤氣、熱轉(zhuǎn)化氣（裂化石油氣、重油裂化氣等）（2）液體燃料重油、柴油、焦油（3）固體燃料煤---無(wú)煙煤、煙煤、褐煤B.噴吹燃料焦煤減少，價(jià)格上升，尋找替代能源152.2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(guò)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,還原性好,含有一定的CaO、MgO，具有足夠的堿度,高爐可不加或少加石灰石。通過(guò)燒結(jié)可除去礦石中的S、Zn、Pb、As、K、Na等有害雜質(zhì)，減少其對(duì)高爐的危害。高爐使用冶煉性能優(yōu)越的燒結(jié)礦后，基本上解除了天然礦冶煉中常出現(xiàn)的結(jié)瘤故障；同時(shí)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料，擴(kuò)大了礦石資源,又改善了環(huán)境。2.2燒結(jié)礦富礦粉和貧礦富選后得到的精礦粉16生產(chǎn)燒結(jié)礦生產(chǎn)燒結(jié)礦172.2.1燒結(jié)礦質(zhì)量評(píng)價(jià)對(duì)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。1）強(qiáng)度和粒度國(guó)內(nèi)外多采用標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)鼓的鑒定方法來(lái)確定燒結(jié)礦強(qiáng)度。取粒度25～150mm的燒結(jié)礦試樣20kg，置于直徑1.0m，長(zhǎng)0.65m的轉(zhuǎn)鼓中轉(zhuǎn)鼓指數(shù)=(1-A/20)×100%式中A--試樣中小于5mm部分的重量，kg。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)大于75%。2.2.1燒結(jié)礦質(zhì)量評(píng)價(jià)對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的要求是：品182）還原性生產(chǎn)中習(xí)慣用燒結(jié)礦中的FeO含量表示還原性。3）堿度燒結(jié)礦堿度一般用R=CaO/SiO2表示,按照堿度的不同,燒結(jié)礦可分為三類：

A)酸性(或普通)燒結(jié)礦堿度(如R＜0.9)低于爐渣堿度。

B)自熔性燒結(jié)礦堿度(1.0～1.4)等于或接近爐渣堿度。C)熔劑性燒結(jié)礦堿度(＞1.4)明顯高于爐渣堿度高堿度(2.0～3.0)超高堿度(3.0～4.0)燒結(jié)礦。為了改善爐渣的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，燒結(jié)礦中常含有MgO(如2～3%或更高)，使渣中MgO含量達(dá)到7～8%或更高，促進(jìn)高爐順行。2）還原性19鼓風(fēng)燒結(jié)法（平地吹土燒法、燒結(jié)鍋、帶式燒結(jié)機(jī)

）抽風(fēng)燒結(jié)法（間隙式固定式及移動(dòng)式燒結(jié)盤(pán)）(連續(xù)式環(huán)式及帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)）目前世界各國(guó)90%以上的燒結(jié)礦由抽風(fēng)帶式燒結(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(pán)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)基本原理基本相同。下面著重以帶式抽風(fēng)燒結(jié)法來(lái)論述。

2.2.2燒結(jié)反應(yīng)過(guò)程鼓風(fēng)燒結(jié)法（平地吹土燒法、燒結(jié)鍋、帶式燒結(jié)機(jī)）2.2.220帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)21帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)22燒結(jié)礦冷卻機(jī)氣體混合室分離器分離器再循環(huán)罩液化氣體帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)燒結(jié)礦冷卻機(jī)氣體混合室分離器分離器再循環(huán)罩液化氣體帶式抽風(fēng)23燒結(jié)生產(chǎn)一般工藝流程精礦、粉礦（0~10mm）石灰石、白云石（80~0mm）碎焦、無(wú)煙煤（25~0mm）瓦斯灰、軋鋼皮（10~0mm）破碎篩分破碎配料皮帶一次混料（混勻）二次混料（制粒）布料點(diǎn)火器燒結(jié)機(jī)除塵破碎抽風(fēng)篩分煙筒冷卻整粒高爐礦槽>3mm3~0mm水水蒸汽煙道灰灰塵熱返礦冷返礦冷返礦3~0mm大氣高爐1）燒結(jié)過(guò)程燒結(jié)生產(chǎn)一般工藝流程精礦、粉礦石灰石、白云石碎焦、無(wú)煙煤瓦斯24鋼鐵冶金第二章高爐煉鐵原料課件252)燒結(jié)過(guò)程的主要反應(yīng)2)燒結(jié)過(guò)程的主要反應(yīng)26鋼鐵冶金第二章高爐煉鐵原料課件272.2.3燒結(jié)礦固結(jié)機(jī)理1）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)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物也是固相。

特點(diǎn)（1）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)與顆粒半徑平方成反比；增加緊實(shí)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)量無(wú)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(zhǎng)時(shí)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)礦的礦粉。

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

（燒結(jié)、機(jī)械混合）2.2.3燒結(jié)礦固結(jié)機(jī)理1）一般固相反應(yīng)282）燒結(jié)料層中的固相反應(yīng)

（1）定義：混合料在燒結(jié)過(guò)程中隨溫度升高，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(diǎn)復(fù)雜化合物，化合物與化合物之間形成熔點(diǎn)更低的共熔體。固相反應(yīng)只為液相的生成提供條件。礦物SiO2CaOMgOAl2O3Fe2O3Fe3O4熔點(diǎn)（℃）173025702799204215651597礦物熔點(diǎn)（℃)2）燒結(jié)料層中的固相反應(yīng)固相反應(yīng)只為液相的生成提供條件。礦物29礦物系熔點(diǎn)或低共熔點(diǎn)（℃）2FeO?SiO212052FeO?SiO2—SiO211782FeO?SiO2—Fe3O41142CaO?Fe2O312462CaO?Fe2O31449CaO?2Fe2O31230CaO?SiO215402CaO?SiO22130CaO?SiO2—2CaO?Fe2O31185CaO0.19?FeO1.81?SiO211502CaO?SiO2—FeO1280Fe3O4—CaO?2Fe2O31180Fe2O3不與SiO2反應(yīng)Fe3O4不與CaO反應(yīng)控制燒結(jié)氣氛產(chǎn)生粘結(jié)物（碳的分布）。燒結(jié)料顆粒間的固相反應(yīng)礦物系熔點(diǎn)或2FeO?SiO212052FeO?SiO2—S30（2）固相反應(yīng)最初形成的化合物的組成與反應(yīng)物比例無(wú)關(guān)

兩種反應(yīng)物無(wú)論以何種比例混合，反應(yīng)的最初產(chǎn)物總是一種。如以1:1混合的CaO和SiO2,最初產(chǎn)物不是CaO·SiO2，而是2CaO·SiO2。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(zhǎng)時(shí)間。燒結(jié)過(guò)程中由于加熱速度快(從500℃加熱到1500℃不超過(guò)3min),在高溫區(qū)停留時(shí)間短，通常得不到與反應(yīng)物質(zhì)量比相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物。因此，對(duì)燒結(jié)過(guò)程有實(shí)際意義的是固相反應(yīng)開(kāi)始溫度和反應(yīng)的最初產(chǎn)物（最初產(chǎn)物對(duì)液相的形成具有貢獻(xiàn)）。

（2）固相反應(yīng)最初形成的化合物的組成與反應(yīng)物比例無(wú)關(guān)31不同固相之間的第一個(gè)反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)物質(zhì)混合料中mol比第一個(gè)反應(yīng)產(chǎn)物開(kāi)始出現(xiàn)溫度（℃）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

正硅酸鈣

3CaO·SiO2

不穩(wěn)定化合物（1225℃以下分解成2CaO·SiO2和CaO）

3CaO·2SiO2

硅鈣石

CaO·SiO2

偏硅酸鈣（硅灰石）不同固相之間的第一個(gè)反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)物質(zhì)混合料中mol比第一個(gè)反32CaOSiO2CaOSiO2SiO2CaO與SiO2接觸帶固相反應(yīng)結(jié)構(gòu)示意圖（CaO:SiO2=1:1）反應(yīng)溫度1000℃（該溫度下沒(méi)有3CaO·SiO2生成）3CaO·SiO22CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·2SiO2CaO·SiO2SiO23CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·2SiO2CaO2CaO·SiO23CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·2SiO2CaO·SiO2SiO2CaO·SiO2SiO22CaO·SiO2CaO·SiO23CaO·2SiO2481216(h)10080604020CaOSiO2CaOSiO2SiO2CaO與SiO2接觸帶固33主要的固相反應(yīng)開(kāi)始出現(xiàn)溫度反應(yīng)物固相反應(yīng)產(chǎn)物開(kāi)始出現(xiàn)溫度℃）Fe2O3+SiO2Fe2O3在SiO2中的固熔體575Fe3O4+SiO22FeO·SiO2鐵橄欖石990~1100CaO+Fe2O3CaO·Fe2O3鐵酸一鈣500、600、610、650、675CaCO3+Fe2O3CaO·Fe2O3鐵酸一鈣590CaO+SiO22CaO·SiO2正硅酸鈣500、610、690MgO+SiO22MgO·SiO2鎂橄欖石680MgO+Fe2O3MgO·Fe2O3鐵酸鎂600主要的固相反應(yīng)開(kāi)始出現(xiàn)溫度反應(yīng)物固相反應(yīng)產(chǎn)物開(kāi)始出現(xiàn)溫度34主要的固相反應(yīng)開(kāi)始出現(xiàn)溫度主要的固相反應(yīng)開(kāi)始出現(xiàn)溫度35

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(shí)，低熔點(diǎn)礦物以及礦物間的共熔體生成熔融狀態(tài)的液相。液相的性質(zhì)和數(shù)量對(duì)燒結(jié)礦的強(qiáng)度和還原性影響很大。（1）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：Fe2O3、Fe3O4、SiO2

酸性燒結(jié)礦成礦過(guò)程的主要液相系：FeO—SiO2

FeO--SiO2：2FeO·SiO2是酸性燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相，隨FeO熔入液相，液相熔點(diǎn)下降；FeO—Fe3O4

（純磁鐵礦燒結(jié)時(shí)的主要粘結(jié)相）Fe3O4—2FeO·SiO2：隨Fe3O4熔入液相，液相熔點(diǎn)升高。3）燒結(jié)礦的液相反應(yīng)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36a)FeO—SiO2體系：固相反應(yīng)產(chǎn)物：2FeO·SiO2

（FeO72%、SiO228%，數(shù)量比較少）熔點(diǎn)1205℃共晶系：2FeO·SiO2—FeO（FeO76%、SiO22.4%）熔點(diǎn)1177℃FeO-SiO2體系形成條件：①較高的溫度（礦石中SiO2很少，即使全部形成2FeO·SiO2，產(chǎn)生的液相量很少,提高溫度讓更多的FeO熔入液相);②較強(qiáng)的還原氣氛，使Fe3O4還原成FeO

2Fe3O4+3SiO2+2CO=3(2FeO·SiO2)+2CO2

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。a)FeO—SiO2體系：37Fe2O3不與SiO2反應(yīng)Fe2O3不與SiO2反應(yīng)38

此體系有一個(gè)低共熔點(diǎn)：2FeO·SiO2（83%）—Fe3O4（17%）熔點(diǎn)1142℃，比鐵橄欖石熔點(diǎn)還低，因而它在燒結(jié)過(guò)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。因此，在燒結(jié)酸性燒結(jié)料時(shí)，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。當(dāng)高溫的液相冷卻時(shí)，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)。

b)Fe3O4—2FeO·SiO2體系此體系有一個(gè)低共熔點(diǎn)：2FeO·SiO39Fe2O3不與SiO2反應(yīng)xFe2O3不與SiO2反應(yīng)x40（2）自熔性燒結(jié)礦的主要液相系二元堿度R=1.0~1.4，燒結(jié)料中加入相當(dāng)數(shù)量的CaO自熔性燒結(jié)料組成：Fe2O3、Fe3O4、CaO、MgO、SiO2

成礦過(guò)程的主要液相體系：CaO-SiO2、CaO-FeO-SiO2、CaO-MgO-SiO2、CaO-SiO2-Al2O3-FeO、2CaO·SiO2-2FeO·SiO2

a)硅酸鈣（CaO-SiO2）系主要化合物：

2CaO·SiO2

正硅酸鈣熔點(diǎn)2130℃開(kāi)始形成溫度500~690℃

3CaO·SiO2

硅酸三鈣在1250~2070℃穩(wěn)定，1250℃以下分解

3CaO·2SiO2

硅鈣石在1464℃分解成2CaO·SiO2+L

CaO·SiO2

硅灰石熔點(diǎn)1544℃共熔點(diǎn)：

CaO·SiO2+SiO2

共熔點(diǎn)1436℃

CaO·SiO2+3CaO·2SiO2

共熔點(diǎn)1460℃

2CaO·SiO2+CaO共熔點(diǎn)2050℃（2）自熔性燒結(jié)礦的主要液相系41鋼鐵冶金第二章高爐煉鐵原料課件42

這個(gè)體系的熔化溫度都比較高，燒結(jié)條件下（1200~1450℃）產(chǎn)生的液相量不會(huì)很多，但其中的正硅酸鈣2CaO·SiO2

是固相反應(yīng)的最初產(chǎn)物，熔點(diǎn)又很高，燒結(jié)過(guò)程不會(huì)全部熔化(熔化后也不分解),直接轉(zhuǎn)移到燒結(jié)礦中。但2CaO·SiO2

能與2FeO·SiO2

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)2CaO·SiO2

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。這個(gè)體系的熔化溫度都比較高，燒結(jié)條件下43b）鈣鐵橄欖石（CaO-FeO-SiO2）系

是高溫還原性氣氛下生產(chǎn)熔劑性燒結(jié)礦時(shí)的主要粘結(jié)相之一。b）鈣鐵橄欖石（CaO-FeO-SiO2）系44鈣鐵橄欖石[（CaO）x（FeO）2-x（SiO2），x=0.25~1.0]是2CaO·SiO2與2FeO·SiO2形成的固熔體，x=1時(shí)的熔點(diǎn)1206℃。該體系的主要礦物：鐵黃長(zhǎng)石

2CaO·FeO·SiO2

鈣鐵橄欖石

CaO·FeO·SiO2

熔化溫度在1030~1206℃

鈣鐵輝石

CaO·FeO·2SiO2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(shí)過(guò)量的2CaO·SiO2從液相中首先析出，最后析出的鈣鐵橄欖石包裹在2CaO·SiO2外面。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(shí)，液相來(lái)不及結(jié)晶而形成各種過(guò)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120~130℃/min，下層40~50℃/min）。鈣鐵橄欖石系粘結(jié)相的生成條件：需要足夠多數(shù)量的FeO，故配碳量要高，還原性氣氛要強(qiáng)。鈣鐵橄欖石[（CaO）x（FeO）2-x（SiO2），x=045c）鈣鎂橄欖石（CaO-MgO-SiO2）系加入部分白云石生產(chǎn)熔劑性燒結(jié)礦時(shí)會(huì)產(chǎn)生此液相系。主要礦物：鎂橄欖石（2MgO·SiO2）熔點(diǎn)1890℃混合物熔點(diǎn)在1400℃左右偏硅酸鎂（MgO·SiO2）1557℃

鈣鎂橄欖石（CaO·MgO·SiO2）1490℃

透輝石（CaO·MgO·2SiO2）1391℃

鎂黃長(zhǎng)石（2CaO·MgO·2SiO2）1454℃

鎂薔薇輝石（3CaO·MgO·2SiO2）1575℃分解為

MgO+2CaO·SiO2

燒結(jié)料中加MgO的原因主要從高爐生產(chǎn)角度考慮：

i)MgO系礦物熔點(diǎn)高(CaO2570℃MgO2799℃)可提高燒結(jié)礦的熔融滴落溫度；

ii）適量MgO可降低爐渣粘度。對(duì)燒結(jié)礦本身來(lái)講：

i）MgO與CaO堿性相當(dāng)，MgO-SiO2和CaO-SiO2之間的親和力相當(dāng)。因此，MgO的存在減少了2CaO·SiO2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)。

ii）MgO可固溶于2CaO·SiO2中，有穩(wěn)定其相變的作用，但燒結(jié)礦中MgO一般不高于2.5~3.0%，否則因熔點(diǎn)太高而生燒。c）鈣鎂橄欖石（CaO-MgO-SiO2）系46Fe3O4不與CaO反應(yīng)Fe3O4不與CaO反應(yīng)47Fe3O4不與CaO反應(yīng)Fe3O4不與CaO反應(yīng)48（3）高堿度燒結(jié)礦的主要液相系

高堿度燒結(jié)礦R＞1.6

超高堿度燒結(jié)礦R＞2.5

燒結(jié)料中配入較多的CaO，從500~700℃開(kāi)始CaO與Fe2O3開(kāi)始形成最初產(chǎn)物CaO·Fe2O3，隨溫度升高，反應(yīng)加速進(jìn)行，且開(kāi)始出現(xiàn)2CaO·Fe2O3和CaO·2Fe2O3。（3）高堿度燒結(jié)礦的主要液相系高堿度燒結(jié)礦49鐵酸鈣體系（CaO-Fe2O3）主要礦物：CaO·Fe2O3

鐵酸一鈣,在1216℃分解成2CaO·Fe2O3+L2CaO·Fe2O3

鐵酸二鈣，熔點(diǎn)1449℃CaO·2Fe2O3

二鐵酸鈣，在1155~1226℃穩(wěn)定存在,冷卻到1155℃時(shí)分解成CaO·Fe2O3和Fe2O3；在1226℃熔化并分解出Fe2O3。CaO·Fe2O3—CaO·2Fe2O3

共晶點(diǎn)1205℃。鐵酸鈣系化合物熔點(diǎn)均很低，液相易于形成。特別是當(dāng)CaO·Fe2O3

液相生成后，當(dāng)其中逐步熔入Fe2O3

時(shí)，其熔點(diǎn)是下降的。這是高堿度燒結(jié)礦燒結(jié)溫度低，F(xiàn)eO低的原因之一(還原性）。Fe3O4不與CaO反應(yīng)鐵酸鈣體系（CaO-Fe2O3）Fe3O4不與CaO反應(yīng)504）冷卻固結(jié)燃燒層移過(guò)后，燒結(jié)礦的冷卻過(guò)程隨即開(kāi)始液相形核---非均質(zhì)形核冷卻速度---快慢---結(jié)晶形態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度礦物結(jié)構(gòu)----體積變化應(yīng)力強(qiáng)度一般堿度的熔劑性燒結(jié)礦中正硅酸鈣(2CaO·SiO2)是常含有的礦物。它是固相反應(yīng)的最初產(chǎn)物，由于熔點(diǎn)很高(2130℃)，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)礦中。由于正硅酸鈣在冷卻過(guò)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)礦粉碎，嚴(yán)重影響燒結(jié)礦強(qiáng)度。4）冷卻固結(jié)燃燒層移過(guò)后，燒結(jié)礦的冷卻過(guò)程隨即開(kāi)始51升溫路線：γ——α’——α830℃1447℃冷卻降溫轉(zhuǎn)變路線：α——α’——β——γ1425℃670℃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）1438~705℃斜方3.31(700℃)β-C2S（亞穩(wěn)型）705~525℃單斜3.28γ-C2S（低溫型）<525℃斜方2.97過(guò)冷極限溫度液相ααα’α’升溫ΔV=12%βγ自由能2CaO·SiO2變體的穩(wěn)定關(guān)系圖525670705830142514472130升溫路線：γ——α’——α硅酸鈣存在的四種微觀結(jié)構(gòu)變形體穩(wěn)定52燒結(jié)礦冷卻時(shí)，在525℃~705℃時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)β-C2S向γ-C2S轉(zhuǎn)變，體積膨脹10%；在高爐內(nèi)燒結(jié)礦溫度升高到830℃以上時(shí)，由γ-C2S向α’-C2S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。防止方法生產(chǎn)高堿度(或超高堿度)燒結(jié)礦(堿度2.5～5.0),促使產(chǎn)生3CaO·SiO2及CaO·Fe2O3，可防止C2S的生成;加入MgO、Al2O3、B2O3、BaO、Cr2O3、磷礦粉、含錳和含釩礦物等添加劑，穩(wěn)定β→C2S，防止其晶型轉(zhuǎn)變；操作過(guò)程中嚴(yán)格控制溫度，減少固相反應(yīng)中產(chǎn)生C2S的機(jī)會(huì)。燒結(jié)礦冷卻時(shí)，在525℃~705℃時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)β53(1)燒結(jié)生產(chǎn)指標(biāo)(a)利用系數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)每m2有效燒結(jié)面積的產(chǎn)量（t/m2.h）(1.0~1.4) (b)成品燒結(jié)礦臺(tái)時(shí)產(chǎn)量Q(t/臺(tái).時(shí))K=

K=50~70%(燒結(jié)礦成品率)

—燒結(jié)混合料堆比重（t/m3）1.5~1.9t/m3F—燒結(jié)機(jī)有效燒結(jié)面積（m3）,F=臺(tái)車寬度B×燒結(jié)機(jī)長(zhǎng)度L—垂直燒結(jié)速度（m/min）10~20mm/min5）強(qiáng)化燒結(jié)過(guò)程分析(1)燒結(jié)生產(chǎn)指標(biāo)(a)利用系數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)每m2有54

燒結(jié)產(chǎn)量同垂直燒結(jié)速度成正比。而d主要同抽過(guò)料層的空氣量有關(guān)，在抽風(fēng)機(jī)能力和負(fù)壓一定時(shí)，垂直燒結(jié)速度主要決定于料層透氣性。燒結(jié)產(chǎn)量同垂直燒結(jié)速度成正比。而d主要同抽過(guò)55(2)燒結(jié)料層透氣性

壓差流量

a燒結(jié)層b燃燒層

c預(yù)熱層d過(guò)濕層

(2)燒結(jié)料層透氣性

壓差流量

56（3）強(qiáng)化燒結(jié)措施a.混合料預(yù)熱—過(guò)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(shí)際粘結(jié)相減少，改善方法

R粉料比鐵礦粉

鋼鐵冶金第二章高爐煉鐵原料課件57e）低溫?zé)Y(jié)工藝

在較低溫度下燒結(jié)（1250~1300℃),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(shí)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

理想的原料條件成分：堿度CaO/SiO2=1.7~2.1，Al2O3/SiO2=0.1~0.37SiO2

不宜小于4%，否則SFCA量少且不為針狀，SiO27%最適宜；

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(shí)必須提高料層高度以增加自動(dòng)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：0.2~0.7mm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。e）低溫?zé)Y(jié)工藝582.3球團(tuán)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。(綜合利用資源、改善成分及冶金性能)

2.3.1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(dòng)成型優(yōu)勢(shì)：（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2.3球團(tuán)礦是人造塊狀原料的一種方法，將粉狀物料（59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球團(tuán)礦生產(chǎn)的工藝流程工藝流程2.3.2球團(tuán)礦生產(chǎn)的工藝流程60球團(tuán)的生產(chǎn)流程球團(tuán)的生產(chǎn)流程612.3.3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(duì)原料適應(yīng)性更強(qiáng)；（2）球團(tuán)添加粘結(jié)劑；（3）燃料：球團(tuán)外部供熱，為強(qiáng)氧化氣氛；

B.冶金性能：球團(tuán)更具優(yōu)勢(shì)：1）粒度小而均勻2）冷態(tài)強(qiáng)度3）鐵份高、堆密大4）還原性好5）原料來(lái)源較寬6）球團(tuán)礦的熱還原強(qiáng)度比燒結(jié)礦差球團(tuán)礦熱還原強(qiáng)度降低冶金性能比較(見(jiàn)下表)

C.經(jīng)濟(jì)效果比較

1）球團(tuán)設(shè)備多，建廠投資高2）加工費(fèi)用各有長(zhǎng)短。

D.環(huán)保（1）煙氣含塵量：球團(tuán)料層透氣性好，強(qiáng)度高，粉末少，故煙氣含塵少；（2）煙氣中SO2、NOX含量高。

2.3.3球團(tuán)礦與燒結(jié)礦的比較622.3.4球團(tuán)生產(chǎn)工藝過(guò)程及理論一、造球理論1礦粉成球過(guò)程中水的作用（1）吸附水；（2）薄膜水；（3）毛細(xì)水；（4）重力水：3、成球過(guò)程分三階段：（1）生成母球（2）母球長(zhǎng)大（3）生球密結(jié)2.3.4球團(tuán)生產(chǎn)工藝過(guò)程及理論63二、球團(tuán)高溫焙燒固結(jié)機(jī)理1焙燒固結(jié)過(guò)程圖生球焙燒固結(jié)各階段示意圖二、球團(tuán)高溫焙燒固結(jié)機(jī)理1焙燒固結(jié)過(guò)程圖生球焙燒64（1）干燥目的：降低生球中的水分，使干燥后的球團(tuán)能夠承受預(yù)熱階段的溫度應(yīng)力。干燥過(guò)程中，生球內(nèi)部水分向外擴(kuò)散，并從表面蒸發(fā)，溫度高，氣流速度快，利于干燥。（2）預(yù)熱進(jìn)一步去除水分，同時(shí)，進(jìn)行各種反應(yīng)，如磁鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦、結(jié)晶水蒸發(fā)、水合物和碳酸鹽分解及硫化物的煅燒。（3）焙燒固結(jié)反應(yīng)：預(yù)熱階段未完成的反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，主要進(jìn)行鐵氧化物的結(jié)晶和再結(jié)晶，固相反應(yīng)以及由此由此產(chǎn)生的低熔點(diǎn)化合物的熔，球團(tuán)體積的收縮和組織致密化。（4）球團(tuán)均熱：主要目的是使球團(tuán)內(nèi)晶體長(zhǎng)大，再結(jié)晶充分，礦物組成均勻，該過(guò)程溫度略低于焙燒溫度。（5）冷卻：將球團(tuán)溫度從1000℃以上降低到皮帶可以承受溫度并回收其熱量，冷卻介質(zhì)為空氣。

(6)固結(jié)

(7)氧化去硫

(8)分解

(9)去水分

（1）干燥65球團(tuán)礦粘結(jié)機(jī)理

球團(tuán)礦粘結(jié)機(jī)理662、造球設(shè)備（1）圓筒造球機(jī)(2）圓盤(pán)造球機(jī)

圓盤(pán)造球機(jī)2、造球設(shè)備圓盤(pán)造球機(jī)67三、球團(tuán)焙燒設(shè)備

1豎爐

三、球團(tuán)焙燒設(shè)備682帶式焙燒機(jī)

50年代開(kāi)始應(yīng)用；60年代其產(chǎn)量占球團(tuán)總產(chǎn)量34.3%；70年代升至56.1%；2004年，世界帶式球團(tuán)生產(chǎn)能力2.05億，占世界總能力的66.43%帶式焙燒機(jī)2帶式焙燒機(jī)帶式焙燒機(jī)69鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯鏈篦機(jī)工作原理：將含鐵球料布在慢速運(yùn)行的篦板上，利用環(huán)冷機(jī)余熱及回轉(zhuǎn)窯排出的熱氣流對(duì)生球進(jìn)行鼓風(fēng)干燥及抽風(fēng)干燥、預(yù)熱、氧化固結(jié)，而后直接進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行焙燒，鏈篦機(jī)上的粉料由灰斗回收再次利用。鏈篦機(jī)- 回轉(zhuǎn)窯鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯鏈篦機(jī)- 回轉(zhuǎn)窯70三種焙燒球團(tuán)方法的生產(chǎn)成本三種焙燒球團(tuán)方法的生產(chǎn)成本71高堿度燒結(jié)礦的冶金性能1)具有良好還原性2)具有較好的冷強(qiáng)度和較低的還原粉化率3)具有較高的荷重軟化溫度4)具有良好的高溫還原性和熔滴特性酸性氧化球團(tuán)礦的冶金特性

1)生球爆裂溫度高，焙燒區(qū)間寬，易于生產(chǎn)，且成品球含鐵量高，強(qiáng)度好；

2)氣孔率高，還原性好，優(yōu)于其他礦石；

3）高溫冶金性能差，軟化溫度低。2.4其它壓力造塊法粘結(jié)劑固結(jié)法其它方法高堿度燒結(jié)礦的冶金性能72本章思考題1.煉鋼生鐵與鑄造生鐵的主要區(qū)別是什么？冶煉煉鋼生鐵與鑄造生鐵時(shí)是造渣制度和熱制度上有什么區(qū)別？2.何為高爐爐料結(jié)構(gòu)？什么是合理的高爐爐料結(jié)構(gòu)？3.高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。4.燒結(jié)生產(chǎn)的目的和意義。5.燒結(jié)料層中的固相反應(yīng)及固相反應(yīng)的特點(diǎn)。6.帶式抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)程的分層性。7.非熔劑性燒結(jié)礦、自熔性燒結(jié)礦和高堿度燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相。自熔性燒結(jié)礦中正硅酸鈣的特點(diǎn)。8.燒結(jié)礦主要質(zhì)量指標(biāo)。9.合理爐料結(jié)構(gòu)。本章思考題1.煉鋼生鐵與鑄造生鐵的主要區(qū)別是什么？冶煉煉鋼73

第二章高爐煉鐵原料2.1鐵礦石和燃料2.2燒結(jié)礦2.3球團(tuán)礦2.4其它固結(jié)方法第二章高爐煉鐵原料2.1鐵礦石和燃料74

幾個(gè)基本概念1）富礦：含鐵品位>50%的鐵礦石；2）貧礦：實(shí)際含鐵量低于理論含鐵量70%的鐵礦石稱貧礦（必須經(jīng)過(guò)選礦后使用）。3）塊礦和粉礦4）精礦：貧礦經(jīng)過(guò)破碎、細(xì)磨，并通過(guò)磁選或浮選得到的高品位細(xì)粉狀礦石（TFe60~68%）2.1鐵礦石和燃料2.1.1鐵礦石

幾個(gè)基本概念2.1鐵礦石和燃料2.1.1鐵礦石75Magnetite磁鐵礦Hematite赤鐵礦Limonite褐鐵礦菱鐵礦各類鐵礦石圖SideriteMagnetite磁鐵礦Hematite赤鐵礦Limon76PyriteGoethite針鐵礦(Fe2O3*H2O)

黃鐵礦PyriteGoethite針鐵礦(Fe2O3*H2O)77鐵礦石理論含鐵量(%)貧富界限實(shí)際品位(%)我國(guó)鐵礦石最低工業(yè)品位(%）冶煉性能赤鐵礦（Fe2O3）704930～35P，S↓易還原磁鐵礦（Fe3O4）72.450.6830P，S↑難還原菱鐵礦（FeCO3）48.333.7425P，S↓焙燒后易還原褐鐵礦（2Fe2O3·3H2O）55.2～66.138.64～46.2730↑易還原各類鐵礦石含量及冶煉性能鐵礦石理論含貧富界限實(shí)際品位(%)我國(guó)鐵礦石最低工業(yè)品位(%78鐵礦石的評(píng)價(jià)A成分⑴品位：含鐵量，理論上品位↑1%，焦比↓2%，產(chǎn)量↑3%⑵脈石成分：SiO2、Al2O3↓越低（須重視Al2O3），MgO↑越好⑶有害雜質(zhì)和有益元素：S、P、Pb、Zn、As、K、Na、Cu、Mn、V、Ni、Cr、Nb

B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(jí)入爐;C還原性：

鐵礦石被CO、H2還原的難易程度，影響焦比;D化學(xué)成分穩(wěn)定性：

TFe波動(dòng)≤±0.5%，SiO2≤±0.03%混勻的重要性（條件：平鋪直取——原料場(chǎng)應(yīng)足夠大）;鐵礦石的評(píng)價(jià)A成分79鐵礦石的準(zhǔn)備處理破碎篩分混勻焙燒選礦造塊

磁選機(jī)輸送機(jī)粗破球磨機(jī)鐵礦石的準(zhǔn)備處理破碎篩分磁選機(jī)輸送機(jī)粗破球磨機(jī)80燒結(jié)球團(tuán)燒結(jié)礦燒結(jié)礦及燒結(jié)球團(tuán)燒結(jié)球團(tuán)燒結(jié)礦燒結(jié)礦及燒結(jié)球團(tuán)812.1.2（助）熔劑（1）作用：形成低熔點(diǎn)易流動(dòng)的爐渣、脫S（堿性熔劑）調(diào)整成分。（2）種類：性質(zhì)使用條件及作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，主要為：SiO2（只在爐況失常時(shí)使用——（Al2O3）≥18%或排堿時(shí)）中性高Al熔劑，主要為：含Al2O3高的鐵礦（只在降低爐渣流動(dòng)性時(shí)使用）2.1.2（助）熔劑（1）作用：形成低熔點(diǎn)易流動(dòng)的爐渣、脫82(3)熔劑的質(zhì)量要求①堿性氧化物含量（CaO+MgO≥52%）

概念：石灰石有效熔劑性能用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減少CaCO3入爐：原因：a.高溫分解吸熱

b.CO2+C=2COc.CO2會(huì)沖淡CO濃度造成焦比K增加。(3)熔劑的質(zhì)量要求832.1.3高爐燃料A.焦炭①主要作用：作為高爐熱量主要來(lái)源的60～80%，其它熱風(fēng)提供提供還原劑C、CO

料柱骨架，保證透氣性、透液性②質(zhì)量要求：含炭量：C↑灰份↓→→渣量↓、強(qiáng)度↑、反應(yīng)性↓→→焦比↓含S量：生鐵中[S]80%±來(lái)源于焦碳強(qiáng)度：M40、M10(轉(zhuǎn)鼓指數(shù))③成分穩(wěn)定（特指水分）：干熄焦技術(shù)（寶鋼）④焦炭反應(yīng)性：

C+CO2=2CO（H2O或O2）開(kāi)始反應(yīng)位置的高低快慢→影響間接還原區(qū)的范圍，從而影響焦比。2.1.3高爐燃料A.焦炭84焦?fàn)t焦?fàn)t85鋼鐵冶金第二章高爐煉鐵原料課件86焦炭焦炭87B.噴吹燃料焦煤減少，價(jià)格上升，尋找替代能源（1）氣體燃料天然氣、焦?fàn)t煤氣、熱轉(zhuǎn)化氣（裂化石油氣、重油裂化氣等）（2）液體燃料重油、柴油、焦油（3）固體燃料煤---無(wú)煙煤、煙煤、褐煤B.噴吹燃料焦煤減少，價(jià)格上升，尋找替代能源882.2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(guò)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,還原性好,含有一定的CaO、MgO，具有足夠的堿度,高爐可不加或少加石灰石。通過(guò)燒結(jié)可除去礦石中的S、Zn、Pb、As、K、Na等有害雜質(zhì)，減少其對(duì)高爐的危害。高爐使用冶煉性能優(yōu)越的燒結(jié)礦后，基本上解除了天然礦冶煉中常出現(xiàn)的結(jié)瘤故障；同時(shí)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料，擴(kuò)大了礦石資源,又改善了環(huán)境。2.2燒結(jié)礦富礦粉和貧礦富選后得到的精礦粉89生產(chǎn)燒結(jié)礦生產(chǎn)燒結(jié)礦902.2.1燒結(jié)礦質(zhì)量評(píng)價(jià)對(duì)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。1）強(qiáng)度和粒度國(guó)內(nèi)外多采用標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)鼓的鑒定方法來(lái)確定燒結(jié)礦強(qiáng)度。取粒度25～150mm的燒結(jié)礦試樣20kg，置于直徑1.0m，長(zhǎng)0.65m的轉(zhuǎn)鼓中轉(zhuǎn)鼓指數(shù)=(1-A/20)×100%式中A--試樣中小于5mm部分的重量，kg。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)大于75%。2.2.1燒結(jié)礦質(zhì)量評(píng)價(jià)對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的要求是：品912）還原性生產(chǎn)中習(xí)慣用燒結(jié)礦中的FeO含量表示還原性。3）堿度燒結(jié)礦堿度一般用R=CaO/SiO2表示,按照堿度的不同,燒結(jié)礦可分為三類：

A)酸性(或普通)燒結(jié)礦堿度(如R＜0.9)低于爐渣堿度。

B)自熔性燒結(jié)礦堿度(1.0～1.4)等于或接近爐渣堿度。C)熔劑性燒結(jié)礦堿度(＞1.4)明顯高于爐渣堿度高堿度(2.0～3.0)超高堿度(3.0～4.0)燒結(jié)礦。為了改善爐渣的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，燒結(jié)礦中常含有MgO(如2～3%或更高)，使渣中MgO含量達(dá)到7～8%或更高，促進(jìn)高爐順行。2）還原性92鼓風(fēng)燒結(jié)法（平地吹土燒法、燒結(jié)鍋、帶式燒結(jié)機(jī)

）抽風(fēng)燒結(jié)法（間隙式固定式及移動(dòng)式燒結(jié)盤(pán)）(連續(xù)式環(huán)式及帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)）目前世界各國(guó)90%以上的燒結(jié)礦由抽風(fēng)帶式燒結(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(pán)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)基本原理基本相同。下面著重以帶式抽風(fēng)燒結(jié)法來(lái)論述。

2.2.2燒結(jié)反應(yīng)過(guò)程鼓風(fēng)燒結(jié)法（平地吹土燒法、燒結(jié)鍋、帶式燒結(jié)機(jī)）2.2.293帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)94帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)95燒結(jié)礦冷卻機(jī)氣體混合室分離器分離器再循環(huán)罩液化氣體帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)燒結(jié)礦冷卻機(jī)氣體混合室分離器分離器再循環(huán)罩液化氣體帶式抽風(fēng)96燒結(jié)生產(chǎn)一般工藝流程精礦、粉礦（0~10mm）石灰石、白云石（80~0mm）碎焦、無(wú)煙煤（25~0mm）瓦斯灰、軋鋼皮（10~0mm）破碎篩分破碎配料皮帶一次混料（混勻）二次混料（制粒）布料點(diǎn)火器燒結(jié)機(jī)除塵破碎抽風(fēng)篩分煙筒冷卻整粒高爐礦槽>3mm3~0mm水水蒸汽煙道灰灰塵熱返礦冷返礦冷返礦3~0mm大氣高爐1）燒結(jié)過(guò)程燒結(jié)生產(chǎn)一般工藝流程精礦、粉礦石灰石、白云石碎焦、無(wú)煙煤瓦斯97鋼鐵冶金第二章高爐煉鐵原料課件982)燒結(jié)過(guò)程的主要反應(yīng)2)燒結(jié)過(guò)程的主要反應(yīng)99鋼鐵冶金第二章高爐煉鐵原料課件1002.2.3燒結(jié)礦固結(jié)機(jī)理1）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)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物也是固相。

特點(diǎn)（1）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)與顆粒半徑平方成反比；增加緊實(shí)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)量無(wú)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(zhǎng)時(shí)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)礦的礦粉。

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

（燒結(jié)、機(jī)械混合）2.2.3燒結(jié)礦固結(jié)機(jī)理1）一般固相反應(yīng)1012）燒結(jié)料層中的固相反應(yīng)

（1）定義：混合料在燒結(jié)過(guò)程中隨溫度升高，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(diǎn)復(fù)雜化合物，化合物與化合物之間形成熔點(diǎn)更低的共熔體。固相反應(yīng)只為液相的生成提供條件。礦物SiO2CaOMgOAl2O3Fe2O3Fe3O4熔點(diǎn)（℃）173025702799204215651597礦物熔點(diǎn)（℃)2）燒結(jié)料層中的固相反應(yīng)固相反應(yīng)只為液相的生成提供條件。礦物102礦物系熔點(diǎn)或低共熔點(diǎn)（℃）2FeO?SiO212052FeO?SiO2—SiO211782FeO?SiO2—Fe3O41142CaO?Fe2O312462CaO?Fe2O31449CaO?2Fe2O31230CaO?SiO215402CaO?SiO22130CaO?SiO2—2CaO?Fe2O31185CaO0.19?FeO1.81?SiO211502CaO?SiO2—FeO1280Fe3O4—CaO?2Fe2O31180Fe2O3不與SiO2反應(yīng)Fe3O4不與CaO反應(yīng)控制燒結(jié)氣氛產(chǎn)生粘結(jié)物（碳的分布）。燒結(jié)料顆粒間的固相反應(yīng)礦物系熔點(diǎn)或2FeO?SiO212052FeO?SiO2—S103（2）固相反應(yīng)最初形成的化合物的組成與反應(yīng)物比例無(wú)關(guān)

兩種反應(yīng)物無(wú)論以何種比例混合，反應(yīng)的最初產(chǎn)物總是一種。如以1:1混合的CaO和SiO2,最初產(chǎn)物不是CaO·SiO2，而是2CaO·SiO2。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(zhǎng)時(shí)間。燒結(jié)過(guò)程中由于加熱速度快(從500℃加熱到1500℃不超過(guò)3min),在高溫區(qū)停留時(shí)間短，通常得不到與反應(yīng)物質(zhì)量比相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物。因此，對(duì)燒結(jié)過(guò)程有實(shí)際意義的是固相反應(yīng)開(kāi)始溫度和反應(yīng)的最初產(chǎn)物（最初產(chǎn)物對(duì)液相的形成具有貢獻(xiàn)）。

（2）固相反應(yīng)最初形成的化合物的組成與反應(yīng)物比例無(wú)關(guān)104不同固相之間的第一個(gè)反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)物質(zhì)混合料中mol比第一個(gè)反應(yīng)產(chǎn)物開(kāi)始出現(xiàn)溫度（℃）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

正硅酸鈣

3CaO·SiO2

不穩(wěn)定化合物（1225℃以下分解成2CaO·SiO2和CaO）

3CaO·2SiO2

硅鈣石

CaO·SiO2

偏硅酸鈣（硅灰石）不同固相之間的第一個(gè)反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)物質(zhì)混合料中mol比第一個(gè)反105CaOSiO2CaOSiO2SiO2CaO與SiO2接觸帶固相反應(yīng)結(jié)構(gòu)示意圖（CaO:SiO2=1:1）反應(yīng)溫度1000℃（該溫度下沒(méi)有3CaO·SiO2生成）3CaO·SiO22CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·2SiO2CaO·SiO2SiO23CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·2SiO2CaO2CaO·SiO23CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·2SiO2CaO·SiO2SiO2CaO·SiO2SiO22CaO·SiO2CaO·SiO23CaO·2SiO2481216(h)10080604020CaOSiO2CaOSiO2SiO2CaO與SiO2接觸帶固106主要的固相反應(yīng)開(kāi)始出現(xiàn)溫度反應(yīng)物固相反應(yīng)產(chǎn)物開(kāi)始出現(xiàn)溫度℃）Fe2O3+SiO2Fe2O3在SiO2中的固熔體575Fe3O4+SiO22FeO·SiO2鐵橄欖石990~1100CaO+Fe2O3CaO·Fe2O3鐵酸一鈣500、600、610、650、675CaCO3+Fe2O3CaO·Fe2O3鐵酸一鈣590CaO+SiO22CaO·SiO2正硅酸鈣500、610、690MgO+SiO22MgO·SiO2鎂橄欖石680MgO+Fe2O3MgO·Fe2O3鐵酸鎂600主要的固相反應(yīng)開(kāi)始出現(xiàn)溫度反應(yīng)物固相反應(yīng)產(chǎn)物開(kāi)始出現(xiàn)溫度107主要的固相反應(yīng)開(kāi)始出現(xiàn)溫度主要的固相反應(yīng)開(kāi)始出現(xiàn)溫度108

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(shí)，低熔點(diǎn)礦物以及礦物間的共熔體生成熔融狀態(tài)的液相。液相的性質(zhì)和數(shù)量對(duì)燒結(jié)礦的強(qiáng)度和還原性影響很大。（1）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：Fe2O3、Fe3O4、SiO2

酸性燒結(jié)礦成礦過(guò)程的主要液相系：FeO—SiO2

FeO--SiO2：2FeO·SiO2是酸性燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相，隨FeO熔入液相，液相熔點(diǎn)下降；FeO—Fe3O4

（純磁鐵礦燒結(jié)時(shí)的主要粘結(jié)相）Fe3O4—2FeO·SiO2：隨Fe3O4熔入液相，液相熔點(diǎn)升高。3）燒結(jié)礦的液相反應(yīng)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109a)FeO—SiO2體系：固相反應(yīng)產(chǎn)物：2FeO·SiO2

（FeO72%、SiO228%，數(shù)量比較少）熔點(diǎn)1205℃共晶系：2FeO·SiO2—FeO（FeO76%、SiO22.4%）熔點(diǎn)1177℃FeO-SiO2體系形成條件：①較高的溫度（礦石中SiO2很少，即使全部形成2FeO·SiO2，產(chǎn)生的液相量很少,提高溫度讓更多的FeO熔入液相);②較強(qiáng)的還原氣氛，使Fe3O4還原成FeO

2Fe3O4+3SiO2+2CO=3(2FeO·SiO2)+2CO2

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。a)FeO—SiO2體系：110Fe2O3不與SiO2反應(yīng)Fe2O3不與SiO2反應(yīng)111

此體系有一個(gè)低共熔點(diǎn)：2FeO·SiO2（83%）—Fe3O4（17%）熔點(diǎn)1142℃，比鐵橄欖石熔點(diǎn)還低，因而它在燒結(jié)過(guò)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。因此，在燒結(jié)酸性燒結(jié)料時(shí)，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。當(dāng)高溫的液相冷卻時(shí)，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)。

b)Fe3O4—2FeO·SiO2體系此體系有一個(gè)低共熔點(diǎn)：2FeO·SiO112Fe2O3不與SiO2反應(yīng)xFe2O3不與SiO2反應(yīng)x113（2）自熔性燒結(jié)礦的主要液相系二元堿度R=1.0~1.4，燒結(jié)料中加入相當(dāng)數(shù)量的CaO自熔性燒結(jié)料組成：Fe2O3、Fe3O4、CaO、MgO、SiO2

成礦過(guò)程的主要液相體系：CaO-SiO2、CaO-FeO-SiO2、CaO-MgO-SiO2、CaO-SiO2-Al2O3-FeO、2CaO·SiO2-2FeO·SiO2

a)硅酸鈣（CaO-SiO2）系主要化合物：

2CaO·SiO2

正硅酸鈣熔點(diǎn)2130℃開(kāi)始形成溫度500~690℃

3CaO·SiO2

硅酸三鈣在1250~2070℃穩(wěn)定，1250℃以下分解

3CaO·2SiO2

硅鈣石在1464℃分解成2CaO·SiO2+L

CaO·SiO2

硅灰石熔點(diǎn)1544℃共熔點(diǎn)：

CaO·SiO2+SiO2

共熔點(diǎn)1436℃

CaO·SiO2+3CaO·2SiO2

共熔點(diǎn)1460℃

2CaO·SiO2+CaO共熔點(diǎn)2050℃（2）自熔性燒結(jié)礦的主要液相系114鋼鐵冶金第二章高爐煉鐵原料課件115

這個(gè)體系的熔化溫度都比較高，燒結(jié)條件下（1200~1450℃）產(chǎn)生的液相量不會(huì)很多，但其中的正硅酸鈣2CaO·SiO2

是固相反應(yīng)的最初產(chǎn)物，熔點(diǎn)又很高，燒結(jié)過(guò)程不會(huì)全部熔化(熔化后也不分解),直接轉(zhuǎn)移到燒結(jié)礦中。但2CaO·SiO2

能與2FeO·SiO2

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)2CaO·SiO2

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。這個(gè)體系的熔化溫度都比較高，燒結(jié)條件下116b）鈣鐵橄欖石（CaO-FeO-SiO2）系

是高溫還原性氣氛下生產(chǎn)熔劑性燒結(jié)礦時(shí)的主要粘結(jié)相之一。b）鈣鐵橄欖石（CaO-FeO-SiO2）系117鈣鐵橄欖石[（CaO）x（FeO）2-x（SiO2），x=0.25~1.0]是2CaO·SiO2與2FeO·SiO2形成的固熔體，x=1時(shí)的熔點(diǎn)1206℃。該體系的主要礦物：鐵黃長(zhǎng)石

2CaO·FeO·SiO2

鈣鐵橄欖石

CaO·FeO·SiO2

熔化溫度在1030~1206℃

鈣鐵輝石

CaO·FeO·2SiO2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(shí)過(guò)量的2CaO·SiO2從液相中首先析出，最后析出的鈣鐵橄欖石包裹在2CaO·SiO2外面。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(shí)，液相來(lái)不及結(jié)晶而形成各種過(guò)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120~130℃/min，下層40~50℃/min）。鈣鐵橄欖石系粘結(jié)相的生成條件：需要足夠多數(shù)量的FeO，故配碳量要高，還原性氣氛要強(qiáng)。鈣鐵橄欖石[（CaO）x（FeO）2-x（SiO2），x=0118c）鈣鎂橄欖石（CaO-MgO-SiO2）系加入部分白云石生產(chǎn)熔劑性燒結(jié)礦時(shí)會(huì)產(chǎn)生此液相系。主要礦物：鎂橄欖石（2MgO·SiO2）熔點(diǎn)1890℃混合物熔點(diǎn)在1400℃左右偏硅酸鎂（MgO·SiO2）1557℃

鈣鎂橄欖石（CaO·MgO·SiO2）1490℃

透輝石（CaO·MgO·2SiO2）1391℃

鎂黃長(zhǎng)石（2CaO·MgO·2SiO2）1454℃

鎂薔薇輝石（3CaO·MgO·2SiO2）1575℃分解為

MgO+2CaO·SiO2

燒結(jié)料中加MgO的原因主要從高爐生產(chǎn)角度考慮：

i)MgO系礦物熔點(diǎn)高(CaO2570℃MgO2799℃)可提高燒結(jié)礦的熔融滴落溫度；

ii）適量MgO可降低爐渣粘度。對(duì)燒結(jié)礦本身來(lái)講：

i）MgO與CaO堿性相當(dāng)，MgO-SiO2和CaO-SiO2之間的親和力相當(dāng)。因此，MgO的存在減少了2CaO·SiO2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)。

ii）MgO可固溶于2CaO·SiO2中，有穩(wěn)定其相變的作用，但燒結(jié)礦中MgO一般不高于2.5~3.0%，否則因熔點(diǎn)太高而生燒。c）鈣鎂橄欖石（CaO-MgO-SiO2）系119Fe3O4不與CaO反應(yīng)Fe3O4不與CaO反應(yīng)120Fe3O4不與CaO反應(yīng)Fe3O4不與CaO反應(yīng)121（3）高堿度燒結(jié)礦的主要液相系

高堿度燒結(jié)礦R＞1.6

超高堿度燒結(jié)礦R＞2.5

燒結(jié)料中配入較多的CaO，從500~700℃開(kāi)始CaO與Fe2O3開(kāi)始形成最初產(chǎn)物CaO·Fe2O3，隨溫度升高，反應(yīng)加速進(jìn)行，且開(kāi)始出現(xiàn)2CaO·Fe2O3和CaO·2Fe2O3。（3）高堿度燒結(jié)礦的主要液相系高堿度燒結(jié)礦122鐵酸鈣體系（CaO-Fe2O3）主要礦物：CaO·Fe2O3

鐵酸一鈣,在1216℃分解成2CaO·Fe2O3+L2CaO·Fe2O3

鐵酸二鈣，熔點(diǎn)1449℃CaO·2Fe2O3

二鐵酸鈣，在11