第2章 鐵礦粉造塊

第二章鐵礦粉造塊武漢科技大學冶金工程系周進東1焦化造塊燒結球團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使用的含鐵物料主要是品位高于55%的塊狀鐵礦石（燒結礦、球團礦和富塊礦）。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、細磨選礦造塊3鐵礦石可分為富礦（實際含鐵品位大于理論品位的70%時）和貧礦（實際含鐵品位低于理論品位的70%時）。在生產中通常把粒度為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，必須經過選礦（磁選或浮選）以提高其品位。選礦后的產品稱為精礦。精礦的粒度很細，一般-0.074mm達到50~90%第二章鐵礦粉造塊4第二章鐵礦粉造塊（1）鐵礦石造塊技術是基于采礦過程中產生的粉礦。破碎作業(yè)中產生的粉礦，以及選礦中產生的精礦，粒度太細，不能滿足冶煉對料柱透氣性的要求，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、機械強度高，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，有害雜質少，具有一定的堿度和良好的還原性能。這些指標可通過燒結、球團高溫造塊實現(xiàn)。

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

（4）鋼鐵廠各種含鐵廢料，也可以通過燒結球團造塊法返回再利用，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？燒結鐵礦粉燒結礦燒結法

是將粉狀物料（如粉礦和精礦）進行高溫加熱，在不完全熔化的條件下燒結成塊的方法。所得產品稱為燒結礦，外形為不規(guī)則多孔狀。6第二章鐵礦粉造塊造塊的方法？細粒鐵礦粉造球，焙燒球團礦球團法

是將細粒物料（尤其是細精礦）在加水條件下在專門造球設備上經滾動而成生球，然后再經焙燒固結的方法。所得產品稱為球團礦，呈球形，粒度均勻，具有高強度和高還原性。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成塊，達到人造富礦的目的。鐵礦粉造塊的意義（1）充分利用并擴大了有用資源的利用，如富鐵粉礦和貧礦經深選得到的精礦皆須通過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使用，使工廠環(huán)境質量提高，綜合利用了國家資源；（3）經造塊的產品物理性能和冶金性能改善，強化下一步工序的使用效果，并使之獲得最佳的生產產品質量，取得最大的經濟效益，促進國民經濟的發(fā)展。8第二章鐵礦粉造塊

2.1鐵礦石的種類

2.2鐵礦石燒結生產

2.3球團礦生產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，化學式也可寫成Fe2O3?FeO，理論含鐵量72.4%。一般當TFe/FeO＜3.5時稱為磁鐵礦，當TFe/FeO＞7.0時稱為假象赤鐵礦，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，因其在高溫處理時氧化放熱，且FeO易與脈石成分形成低熔點化合物，故造塊節(jié)能和結塊強度好。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晶態(tài)片狀赤鐵礦稱鏡鐵礦。結晶態(tài)的赤鐵礦呈鐵黑色或鋼灰色，非結晶態(tài)赤鐵礦呈紅色或暗紅色，但無論是哪種形態(tài)的赤鐵礦，其條痕均為磚紅色。赤鐵礦所含S和P雜質比磁鐵礦少。呈結晶狀的赤鐵礦，其顆粒內空隙多，而易還原和破碎。但因其鐵氧化程度高而難形成低熔點化合物，故其可燒性較差，造塊時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晶水的氧化鐵礦，其化學式為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。

褐鐵礦因含結晶水和氣孔多，用燒結球團造塊時收縮性很大，使產品質量降低，只有用延長高溫處理時間，產品強度可相應提高，但導致燃料消耗增大，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)開采價值的菱鐵礦很少。菱鐵礦因在高溫下使碳酸鹽分解，可使產品含鐵量大大提高，但在燒結球團造塊時，因收縮量大，導致產品強度降低和設備生產能力低，燃料消耗也因碳酸鹽分解而增加。15燒結工藝流程圖16鐵礦粉造塊鐵礦粉混勻作業(yè)目的：(1)一次料場將外來鐵礦粉用堆取料機堆放在一次料場的指定地點，分類存放，并取樣分析化學成分和粒度，為勻礦配礦提供準確數(shù)據(jù)。

均勻同一種鐵礦粉或不同種類鐵礦粉之間的化學成分(主要是TFe和SiO2)和粒度組成，使各種鐵礦粉按燒結配料要求在原料場混勻，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：進行混勻作業(yè)的場地。實現(xiàn)各種被混勻的鐵礦粉按勻礦成分要求的比例配料。混勻礦取料機垂直切取料堆，由皮帶運輸機送往燒結廠配料車間。182.2鐵礦石燒結生產2.2鐵礦石燒結生產

2.2.1燒結礦生產使用的原材料含鐵物料、熔劑和燃料。燒結生產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：焦粉和無煙煤粉。192.2.2燒結礦種類2.2.2燒結礦種類非熔劑性燒結礦（酸性燒結礦、低堿度燒結礦）：燒結配料中不加熔劑或只加少量熔劑，燒結礦的堿度R＜0.5。自熔性燒結礦：燒結混合料中添加較多數(shù)量的熔劑，使燒結礦堿度控制在R=1.0～1.3。高堿度燒結礦：燒結混合料中加入過量熔劑，使燒結礦堿度遠高于正常高爐渣堿度。高堿度燒結礦的堿度（R）通常為1.6～2.5。202.2.2燒結礦種類目前，大、中型高爐煉鐵生產基本上都使用:高堿度燒結礦+酸性球團礦+塊礦高堿度燒結礦+酸性球團礦的爐料結構。212.2.3燒結機結構2.2.3燒結機結構燒結礦生產有鼓風燒結和抽風燒結兩種方法。燒結機的大小(或生產能力)可用燒結機的有效燒結面積表示，如90m2、130m2、290m2和450m2等。

222.2.3燒結機結構400m2帶式抽風燒結機232.2.3燒結機結構武鋼三燒396m2鼓風環(huán)式冷卻機242.2.4燒結生產工藝流程2.2.4燒結生產工藝流程燒結生產工藝流程如圖所示。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(焦粉或無煙煤粉)組成混合料，同時加入一定量的水，將混合料制成小球。圓筒混料機(Mixer&Granulator)一混均勻成分二混制粒和提高料溫2.2.4燒結生產工藝流程26鐵礦粉造塊(2)布料燒結混合料布入臺車之前，先用鋪底料機在臺車箅條上鋪一層燒結礦返礦(SinterforSubstrate)。再通過布料器將基本上都是小球的混合料鋪在燒結臺車(SinteringMachine)上，厚度在400-800mm。燒結臺車2.2.4燒結生產工藝流程27(3)點火與燒結

點火器(IgnitionFurnace)內煤氣燃燒產生的高溫將上部料層中的燃料點燃，并產生熱量。在臺車下風箱(Windbox)抽風產生的負壓作用下，熱量向下傳遞，使下部料層逐漸升溫、燃燒。2.2.4燒結生產工藝流程282.2.4燒結生產工藝流程燒結料層縱截面結構示意圖292.2.4燒結生產工藝流程從燒結料層橫截面看，可以把整個燒結料層從上向下分為燒結礦層、燃燒層、預熱層、干燥層和濕料層。最高溫度在燃燒層中部，可達到1250~1350℃，高溫持續(xù)時間約1~1.5min。在燃燒層內，燃料顆粒燃燒產生的高溫使周圍物料熔融，形成液相。由于液相的浸潤作用，將周圍未熔化的礦粒粘結起來。在冷卻時液相中的礦物結晶，或形成玻璃質（冷卻速度較快時），而將全部燒結料結合成塊。302.2.4燒結生產工藝流程燃燒反應：C+O2，燒結廢氣中以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：結晶水的分解：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燒結生產工藝流程還原與再氧化反應：Fe、Mn等靠近燃料顆粒處：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2;Fe3O4+CO=3FeO+CO2;遠離燃料顆粒處：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3;3FeO+1/2O2=Fe3O4.氣化反應：脫硫85％～95％。FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO22FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO232鐵礦粉造塊

當臺車行走到燒結機尾部時，燒結過程結束。紅熱的燒結塊滑落到單輥破碎機(Crusher)上被剪切破碎。

破碎后的燒結礦經熱振動篩(HearResistrantShaker)篩除-5mm的粉末后送冷卻機(Cooler)冷卻，并進行整粒(Sizing)。2.2.4燒結生產工藝流程33鐵礦粉造塊(4)整粒(Sizing)環(huán)式冷卻機帶式冷卻機從燒結機上卸下的熱燒結礦經冷卻機后需要進行破碎和篩分分級，這一工序稱為整粒。2.2.4燒結生產工藝流程342.2.4燒結生產工藝流程352.2.5燒結礦質量2.2.5燒結礦質量燒結礦質量評價一般包括化學成分、篩分指數(shù)和粒度組成、轉鼓指數(shù)、還原性、低溫還原粉化指數(shù)和熔滴性能。燒結礦化學成分燒結礦化學成分主要包括：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礦的堿度R＞1.6，TFe≥55%。362.2.5燒結礦質量篩分指數(shù)和粒度組成篩分指數(shù)是測定燒結礦中粒度-6.3mm部分的粉末數(shù)量占燒結礦總量的百分比，代表燒結礦粉末量的多少，因此也稱粉末率。粒度組成是測定燒結礦各粒級數(shù)量，可以看出燒結礦的顆粒均勻程度和粒度主要分布范圍，用800×500×100mm方孔篩測定。搖篩方型篩孔尺寸分別為40mm、25mm、16mm、10mm、6.3mm。372.2.5燒結礦質量轉鼓指數(shù)和抗磨指數(shù)。轉鼓指數(shù)是評價燒結礦耐沖擊和耐磨性能的重要指標。還原性。燒結礦還原性是測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)是評價鐵礦石冶金性能優(yōu)劣的重要性指標.鐵礦石軟熔—滴落性能。鐵礦石軟熔—滴落性能用來模擬高爐內軟熔帶的形成與鐵礦石性能之間的關系。38鐵礦粉造塊燒結生產技術經濟指標利用系數(shù)：單位時間內每平方米有效燒結面積的產量[(t/m2·h)]。作業(yè)率：設備年開動小時總計/(年日歷天數(shù)×24)×100%。成品燒結礦臺時產量：每臺燒結機每小時生產的成品燒結礦量

[t/臺·h)]。成品率：成品燒結礦(扣除熱返礦)占燒結混合料量的比例(%)。燒成率：混合料扣除燒損后的質量(即成品礦+返礦)占混合料的質量分數(shù)(%)。2.2.5燒結礦質量392.3球團礦生產2.3球團礦生產高爐煉鐵使用的球團礦是TFe＞60%、粒度均勻(9~15mm)、抗壓強度高(150~200kg)、還原性好的氧化球團。氧化球團的生產方法主要有豎爐工藝、鏈篦機—回轉窯工藝和帶式焙燒工藝。目前，我國主要采用豎爐和鏈篦機—回轉窯生產氧化球團礦。402.3球團礦生產8m2豎爐球團廠外景鏈箅機-回轉窯球團廠外景412.3.1豎爐球團生產工藝2.3.1豎爐球團生產工藝422.3.1豎爐球團生產工藝（1）配料與混料

使用的主要原材料是磁鐵精礦粉，用膨潤土或消石灰做粘結劑。膨潤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能力，能提高精礦粉的成球能力，提高生球落下強度和爆裂溫度。作為粘結劑的膨潤土加入量一般為0.8~2.5%。432.3.1豎爐球團生產工藝精礦粉與粘結劑的混勻在圓筒混料機內完成。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過濕精礦粉進行適度脫水。442.3.1豎爐球團生產工藝（2）造球造球作業(yè)用如圖所示的圓盤造球機完成。混合料用皮帶機連續(xù)送入造球盤后通過滾動形成母球，并逐漸長大形成生球。圓盤造球機輥