第2章 鐵礦粉造塊

第二章鐵礦粉造塊武漢科技大學(xué)冶金工程系周進(jìn)東1焦化造塊燒結(jié)球團(tuán)2第二章鐵礦粉造塊為什么要造塊？目前大中型高爐煉鐵生產(chǎn)使用的含鐵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）。鐵礦石中鐵元素的含量富礦塊礦粉礦貧礦高爐鐵礦石破碎、細(xì)磨選礦造塊3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10~45mm的富礦稱為塊礦，塊礦可以直接加入高爐煉鐵；把粒度小于8~10mm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50~90%第二章鐵礦粉造塊4第二章鐵礦粉造塊（1）鐵礦石造塊技術(shù)是基于采礦過(guò)程中產(chǎn)生的粉礦。破碎作業(yè)中產(chǎn)生的粉礦，以及選礦中產(chǎn)生的精礦，粒度太細(xì)，不能滿足冶煉對(duì)料柱透氣性的要求，所以必須造塊以增大粒度。（2）為了保證料柱良好的透氣性，要求爐料粒度大小適宜而均勻、粉末少、機(jī)械強(qiáng)度高，且具有良好的軟化和熔滴性能，為降低焦比，還要求爐料含鐵高，有害雜質(zhì)少，具有一定的堿度和良好的還原性能。這些指標(biāo)可通過(guò)燒結(jié)、球團(tuán)高溫造塊實(shí)現(xiàn)。

（3）對(duì)于含碳酸鹽和結(jié)晶水較多的礦石，以及某些難還原和含有害成分的礦石，均可通過(guò)燒結(jié)球團(tuán)高溫造塊法使用有用成分富集和脫除大部分有害和無(wú)用成分。

（4）鋼鐵廠各種含鐵廢料，也可以通過(guò)燒結(jié)球團(tuán)造塊法返回再利用，充分回收含鐵原料。為什么要造塊？5第二章鐵礦粉造塊造塊的方法？燒結(jié)鐵礦粉燒結(jié)礦燒結(jié)法

是將粉狀物料（如粉礦和精礦）進(jìn)行高溫加熱，在不完全熔化的條件下燒結(jié)成塊的方法。所得產(chǎn)品稱為燒結(jié)礦，外形為不規(guī)則多孔狀。6第二章鐵礦粉造塊造塊的方法？細(xì)粒鐵礦粉造球，焙燒球團(tuán)礦球團(tuán)法

是將細(xì)粒物料（尤其是細(xì)精礦）在加水條件下在專門造球設(shè)備上經(jīng)滾動(dòng)而成生球，然后再經(jīng)焙燒固結(jié)的方法。所得產(chǎn)品稱為球團(tuán)礦，呈球形，粒度均勻，具有高強(qiáng)度和高還原性。7第二章鐵礦粉造塊鐵礦粉造塊的目的

鐵礦粉在一定的高溫作用下，部分顆粒表面發(fā)生軟化和熔化，產(chǎn)生一定量的液相，并與其他未熔礦石顆粒作用，冷卻后，液相將礦粉顆粒粘結(jié)成塊，達(dá)到人造富礦的目的。鐵礦粉造塊的意義（1）充分利用并擴(kuò)大了有用資源的利用，如富鐵粉礦和貧礦經(jīng)深選得到的精礦皆須通過(guò)造塊后才用可能利用；（2）使冶煉廠含有用成分高的廢料、塵泥和渣，在造塊中摻和使用或單獨(dú)使用，使工廠環(huán)境質(zhì)量提高，綜合利用了國(guó)家資源；（3）經(jīng)造塊的產(chǎn)品物理性能和冶金性能改善，強(qiáng)化下一步工序的使用效果，并使之獲得最佳的生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量，取得最大的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。8第二章鐵礦粉造塊

2.1鐵礦石的種類

2.2鐵礦石燒結(jié)生產(chǎn)

2.3球團(tuán)礦生產(chǎn)92.1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Fe2O3?FeO，理論含鐵量72.4%。一般當(dāng)TFe/FeO＜3.5時(shí)稱為磁鐵礦，當(dāng)TFe/FeO＞7.0時(shí)稱為假象赤鐵礦，界于兩者之間稱為半假象赤鐵礦。102.1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。

磁鐵礦可燒性良好，因其在高溫處理時(shí)氧化放熱，且FeO易與脈石成分形成低熔點(diǎn)化合物，故造塊節(jié)能和結(jié)塊強(qiáng)度好。112.1鐵礦石的種類（2）赤鐵礦又稱“紅礦”，主要礦物為Fe2O3，理論含鐵量70%。這種礦石在自然界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）。122.1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。赤鐵礦所含S和P雜質(zhì)比磁鐵礦少。呈結(jié)晶狀的赤鐵礦，其顆粒內(nèi)空隙多，而易還原和破碎。但因其鐵氧化程度高而難形成低熔點(diǎn)化合物，故其可燒性較差，造塊時(shí)燃料消耗比磁鐵礦高。132.1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55~66%。褐鐵礦呈淺褐色，也有呈深褐色或黑色，條痕為褐色。

褐鐵礦因含結(jié)晶水和氣孔多，用燒結(jié)球團(tuán)造塊時(shí)收縮性很大，使產(chǎn)品質(zhì)量降低，只有用延長(zhǎng)高溫處理時(shí)間，產(chǎn)品強(qiáng)度可相應(yīng)提高，但導(dǎo)致燃料消耗增大，加工成本提高。142.1鐵礦石的種類（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。菱鐵礦因在高溫下使碳酸鹽分解，可使產(chǎn)品含鐵量大大提高，但在燒結(jié)球團(tuán)造塊時(shí)，因收縮量大，導(dǎo)致產(chǎn)品強(qiáng)度降低和設(shè)備生產(chǎn)能力低，燃料消耗也因碳酸鹽分解而增加。15燒結(jié)工藝流程圖16鐵礦粉造塊鐵礦粉混勻作業(yè)目的：(1)一次料場(chǎng)將外來(lái)鐵礦粉用堆取料機(jī)堆放在一次料場(chǎng)的指定地點(diǎn)，分類存放，并取樣分析化學(xué)成分和粒度，為勻礦配礦提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

均勻同一種鐵礦粉或不同種類鐵礦粉之間的化學(xué)成分(主要是TFe和SiO2)和粒度組成，使各種鐵礦粉按燒結(jié)配料要求在原料場(chǎng)混勻，得到混勻礦。17鐵礦粉造塊鐵礦粉混勻作業(yè)(2)混勻配料槽：實(shí)現(xiàn)各種被混勻的鐵礦粉按勻礦成分要求的比例配料。(3)混勻料場(chǎng)：進(jìn)行混勻作業(yè)的場(chǎng)地。實(shí)現(xiàn)各種被混勻的鐵礦粉按勻礦成分要求的比例配料?；靹虻V取料機(jī)垂直切取料堆，由皮帶運(yùn)輸機(jī)送往燒結(jié)廠配料車間。182.2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。192.2.2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R＜0.5。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=1.0～1.3。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1.6～2.5。202.2.2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)。212.2.3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)可用燒結(jié)機(jī)的有效燒結(jié)面積表示，如90m2、130m2、290m2和450m2等。

222.2.3燒結(jié)機(jī)結(jié)構(gòu)400m2帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)232.2.3燒結(jié)機(jī)結(jié)構(gòu)武鋼三燒396m2鼓風(fēng)環(huán)式冷卻機(jī)242.2.4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。25鐵礦粉造塊(1)配料與混料將精礦粉、富礦粉(小于8mm)與配入的熔劑粉(小于3mm的石灰石粉和白云石粉等)和燃料粉(焦粉或無(wú)煙煤粉)組成混合料，同時(shí)加入一定量的水，將混合料制成小球。圓筒混料機(jī)(Mixer&Granulator)一混均勻成分二混制粒和提高料溫2.2.4燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程26鐵礦粉造塊(2)布料燒結(jié)混合料布入臺(tái)車之前，先用鋪底料機(jī)在臺(tái)車箅條上鋪一層燒結(jié)礦返礦(SinterforSubstrate)。再通過(guò)布料器將基本上都是小球的混合料鋪在燒結(jié)臺(tái)車(SinteringMachine)上，厚度在400-800mm。燒結(jié)臺(tái)車2.2.4燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程27(3)點(diǎn)火與燒結(jié)

點(diǎn)火器(IgnitionFurnace)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(Windbox)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、燃燒。2.2.4燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程282.2.4燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程燒結(jié)料層縱截面結(jié)構(gòu)示意圖292.2.4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1250~1350℃，高溫持續(xù)時(shí)間約1~1.5min。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。302.2.4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：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℃)312.2.4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85％～95％。FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO22FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO232鐵礦粉造塊

當(dāng)臺(tái)車行走到燒結(jié)機(jī)尾部時(shí)，燒結(jié)過(guò)程結(jié)束。紅熱的燒結(jié)塊滑落到單輥破碎機(jī)(Crusher)上被剪切破碎。

破碎后的燒結(jié)礦經(jīng)熱振動(dòng)篩(HearResistrantShaker)篩除-5mm的粉末后送冷卻機(jī)(Cooler)冷卻，并進(jìn)行整粒(Sizing)。2.2.4燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程33鐵礦粉造塊(4)整粒(Sizing)環(huán)式冷卻機(jī)帶式冷卻機(jī)從燒結(jié)機(jī)上卸下的熱燒結(jié)礦經(jīng)冷卻機(jī)后需要進(jìn)行破碎和篩分分級(jí)，這一工序稱為整粒。2.2.4燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程342.2.4燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程352.2.5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R＞1.6，TFe≥55%。362.2.5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、25mm、16mm、10mm、6.3mm。372.2.5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)軟熔帶的形成與鐵礦石性能之間的關(guān)系。38鐵礦粉造塊燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)利用系數(shù)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)每平方米有效燒結(jié)面積的產(chǎn)量[(t/m2·h)]。作業(yè)率：設(shè)備年開動(dòng)小時(shí)總計(jì)/(年日歷天數(shù)×24)×100%。成品燒結(jié)礦臺(tái)時(shí)產(chǎn)量：每臺(tái)燒結(jié)機(jī)每小時(shí)生產(chǎn)的成品燒結(jié)礦量

[t/臺(tái)·h)]。成品率：成品燒結(jié)礦(扣除熱返礦)占燒結(jié)混合料量的比例(%)。燒成率：混合料扣除燒損后的質(zhì)量(即成品礦+返礦)占混合料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)。2.2.5燒結(jié)礦質(zhì)量392.3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TFe＞60%、粒度均勻(9~15mm)、抗壓強(qiáng)度高(150~200kg)、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。402.3球團(tuán)礦生產(chǎn)8m2豎爐球團(tuán)廠外景鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)廠外景412.3.1豎爐球團(tuán)生產(chǎn)工藝2.3.1豎爐球團(tuán)生產(chǎn)工藝422.3.1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0.8~2.5%。432.3.1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（8~10%），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。442.3.1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?；旌狭嫌闷C(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。圓盤造球機(jī)輥