新型澳大利亚矿粉烧结性能研究Word文档格式.docx
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1.5.2小球烧结-13-
1.5.3热风烧结-13-
1.5.4低温烧结-14-
1.5.5厚料层烧结-14-
1.5.6高碱度烧结-16-
1.5.7硅含量对烧结矿质量的影响-16-
2A矿粉烧结实验研究-18-
2.1实验方法及实验设备-18-
2.1.1实验方法-18-
2.1.2实验流程-22-
2.1.3实验设备-22-
2.2实验用原燃料性能分析-24-
2.2.1实验用原燃料成分分析-24-
2.2.2实验用原燃料粒度分析-24-
2.3实验方案设计-25-
3烧结杯实验结果与分析-27-
3.1基础实验研究-27-
3.2A取代D实验结果与分析-27-
3.3A取代C实验结果与分析-29-
3.4A取代B实验结果与分析-30-
3.5A取代E实验结果与分析-31-
3.6A部分取代进口粉矿实验结果与分析-32-
3.7不同MgO含量条件下使用A粉矿实验结果与分析-33-
3.8烧结杯优化实验研究-34-
3.9烧结过程其它指标检测-35-
3.10烧结矿冶金性能指标测试-37-
3.11烧结矿微观结果检测-39-
4结论-42-
参考文献-43-
1文献综述
1.1铁矿石资源的现状
1.1.1国内铁矿石资源现状
我国的铁矿石资源比较丰富，目前我国累计探明的铁矿石储量达531亿吨，保有储量为501亿吨。
但在现有的铁矿储量中，可供利用的储量仅170亿吨[1-2]，可供开采设计的储量仅100亿吨左右。
由于我国铁矿石资源的采选难度大，再加上我国矿山生产企业装备水平低，设备陈旧落后，因此扣除开采，冶炼过程中的损失，实际可供利用的金属量仅为20亿吨左右。
我国可供开采铁矿石资源的保证年限不到60年[3-4]。
同时，随着经济的迅速发展，我国钢铁产量大幅度增长，铁矿石作为钢铁工业生产的主要原料，近年来需求量也迅猛增长。
因此，长远来看，我国铁矿石资源并不能满足工业需求的稳定供应。
由于受我国铁矿石特点及其选矿和成本的限制，我国精矿粉的品位尚低，大多数用于烧结的精矿粉的SiO2含量还都在在6.5%以上，很难将烧结矿中的SiO2含量降至4.5%。
表1.1列出了我国几种精矿粉的品位和SiO2含量[5]。
表1.1我国几种精矿粉的品位和SiO2含量%
项目
东烧
大孤山
迁安
邯郸
翼军
峨口
大宝山
梅山
TFe
SiO2
64.7
6.15
66.17
7.00
66.06
6.80
65.58
9.4
64.29
7.15
55.40
6.93
52.18
5.29
63.02
7.57
根据我国现已探明的情况，我国铁矿石资源主要有以下特点[6-7]：
（1）贫矿多，富矿少。
铁矿石品位低，平均含铁约32.0%，贫矿约占93.2%；
含铁较高，能直接入炉的富矿比较少，仅占2.7%。
（2）分布广。
现已探明的铁矿产地有1800余处，分布于我国27个省区的600多个县。
主要铁矿集中在16个地区，约占全国铁矿贮量的70%。
（3）多金属矿多。
我国铁矿约有三分之一除含铁外，还有钒、钛、铜、钴、金、银等元素。
（4）磁铁矿较多，约占总贮量的73%。
其中易选的磁铁矿石达277亿吨，占56%，钒钛磁铁矿石73亿吨，占15%。
根据我国铁矿石资源贫矿多、富矿少以及复合矿石多的特点，应发展综合利用，加强选矿和造块，并根据各种矿石的特殊性质选择特殊的冶炼制度，即可以充分利用资源，回收各种有价值的元素，又可获得良好的高炉冶炼指标和综合经济效益。
我国的铁矿资源分布比较广。
随着地理位置的不同，铁矿石品位及成分有着很大的差异。
主要矿区分布及其特点如下[8]：
（1）鞍本矿区该矿区目前是我国储量最大、采量最大的矿区，是鞍钢和本钢的主要原料基地。
本矿区的特点是以贫矿为主，富矿极少。
含铁量20%~40%，平均30%左右，精选后品位可达到60%以上；
铁矿物以磁铁矿和赤铁矿为主，部分为假象赤铁矿和半假象赤铁矿。
矿物结构致密、坚硬。
大部分矿石可选性好，但还原性较差。
（2）冀东铁矿区本矿区主要包括迁安、邯郸、武安、庞家堡等矿山。
是首钢和邯郸钢铁公司的原料基地。
其中迁安矿为贫磁铁矿，原矿品位为30%左右，可选性好，精矿品位可达68%以上。
邯邢矿区主要是赤铁矿和磁铁矿，矿石含铁在40%~55%之间，矿石强度较差，但还原性较好。
（3）大冶矿区本矿区主要分布在大冶、鄂城一带，是武钢和大冶钢厂的重要原料基地。
矿石中重要矿物为磁铁矿，其次为赤铁矿和半假象赤铁矿，另有少量褐铁矿。
该矿区的特点是：
含铁量高，大部分为45%~60%，低的也有40%~50%；
含磷低，硫高。
矿石多为致密块状，还原性较差。
（4）白云鄂博矿区该矿区是我国最大的复合矿区之一，储量丰富，是包钢的原料基地。
矿区以磁铁矿为主，亦有假象和半假象赤铁矿。
大部分为贫矿，含铁25%~35%，富矿含铁在50%左右。
这种矿石组织致密，但还原性好。
（5）攀西铁矿区本矿区主要分布在攀枝花到西昌一带，是我国最大的复合矿区，为攀枝花等钢铁公司的原料基地。
该矿区的主要特点是：
矿石属含钴、镍细粒嵌布的钒钛磁铁矿型。
主要金属矿物为钛磁铁矿。
含铁量在48%左右，伴有钒、钛、铜、钴镍等多种稀有元素，有很高的综合利用价值。
（6）华东矿区该矿区主要分布在安徽芜湖至江苏南京一带的凹山，南山，梅山，凤凰山等矿山，此外还有山东的全岭镇、利国等地都有丰富的铁矿资源储藏。
芜宁地区矿石主要是赤铁矿，其次是磁铁矿，也有部分硫化矿，如黄铜矿和黄铁矿。
铁矿石的品位不高。
（7）其它铁矿区除了上述主要铁矿区外，我国还有一些分散的中小铁矿区，比如山东的莱芜，河南的安阳，舞阳，河南的湘潭，吉林德通化等，广东的大宝山等。
但是在东南沿海工业发达地区，铁矿石资源却严重不足。
1.1.2国外铁矿石资源现状
国外铁矿石资源主要集中在澳大利亚，巴西，南非，印度等国。
这些国家的铁矿石不仅储量丰富（约占世界储量的78%），而且品位普遍比较高、有害杂质少、烧结性能好。
国外铁矿石资源的主要特点归纳如下[9]：
（1）品位高。
巴西、南非、加拿大、印度等国的铁矿石TFe含量一般大于64%，有的甚至可以高达67%～68%。
（2）SiO2含量适中。
巴西的MBR、卡拉加斯及委内瑞拉、加拿大等国铁矿石的SiO2含量一般为1%或小于1%，其余铁矿石中SiO2含量一般在4.0%左右，最高仅达到5.5%。
（3）有害元素少。
除南非铁矿的钾、钠含量偏高外，其余铁矿石的钾、钠、硫、磷、铅、锌等有害元素的含量均较少。
（4）烧损低。
铁矿石的烧损与烧结率直接相关，同时它还直接影响铁矿石中各个化学组分在烧结矿中的实际作用，由于进口铁矿石多为赤铁矿，所以烧损比较低（褐铁矿除外）[10-13]。
1.2铁矿粉烧结的理论分析
1.2.1烧结成矿机理
烧结成矿机理包括烧结过程的固相反应、液相反应和冷凝结晶三个过程。
这三个过程不仅对烧结矿的矿物组成及结构起着决定性的影响，而且和烧结矿的质量有着很大的关系[14-15]。
烧结过程矿物形成过程如图1.1。
（1）固相反应过程及对烧结矿质量影响分析
混合料在烧结过程中被加热到熔融之前，相互接触的某些组分之间，在固体状态下发生反应，生成新的化合物或共熔体的过程称为固相反应。
固相反应是由离子扩散作用引起的，而在烧结过程中由于固体燃料的燃烧产生的废气加热了烧结料，从而为固相反应的发生创造了有利条件。
固相反应可以形成在原始料中所没有的易熔化的新物质。
这些新物质在烧结过程中产生许多特性，最后获得强度高的烧结矿。
图1.1烧结过程中矿物的形成机理[16]
（2）液相反应过程及对烧结矿质量影响分析
烧结过程一些低熔点物质在高温作用下，熔化成液态物资，在冷却过程中，液态物质凝固而成为那些尚未熔化和溶入液相的颗粒的坚固连接桥。
在烧结物料中，主要矿物都是高熔点的，在烧结温度下大多不能熔化。
但物料加热到一定温度时，各组分之间以及新生化合物与原组分之间存在低共熔点，使得它们在较低的温度下生成液相，开始熔融。
烧结过程形成液相是烧结矿固结成型的基础，液相的性质和数量在很大程度上决定了烧结矿的还原和强度。
从而直接影响烧结矿质量。
（3）冷凝固结过程及对烧结矿质量影响分析
当烧结层移动后，被熔化的物质温度下降，液相放出能量而结晶或变成玻璃体。
如果在冷凝过程中放出了几乎所有的能量，则液相全部转化成结晶体析出。
而在实际烧结中，冷却很快，有相当的潜热来不及释放而蕴藏在里面，从而使部分硅酸盐以玻璃体形态存在于烧结矿中。
从而导致烧结矿强度降低。
1.2.2烧结矿的矿物组成与结构及其对质量的影响
烧结矿是由多种矿物按一定结构方式组成的多孔块状集合体。
因此，它的矿物组成及其结构特征与烧结矿的冶金性能有着密切的关系，对烧结矿的质量有很大的影响。
通过研究烧结矿的矿物组成和结构特征，弄清影响烧结矿质量的因素，可以有效地采取相应的措施来提高烧结矿的质量。
（1）烧结矿的矿物组成及其对质量的影响
烧结矿是由含铁矿物及脉石矿物形成的液相粘结而成的，其矿物组成随原料及烧结工艺条件不同而变化，主要受碱度和燃料用量的影响。
由烧结的固相反应，液相生成和冷凝固结的全过程可以看出，烧结矿是一种有多种矿物组成的复合体，虽然随着原料条件及烧结工艺条件不同其矿物的组成不同，但总是有含铁矿物和粘结相矿物两大类组成的[17]，含铁矿物有磁铁矿、赤铁矿、方铁矿；
粘结相主要有铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅灰石、硅酸二钙、铁酸钙、钙铁辉石等；
此外还有少量反应不完全的游离石英和游离石灰石等。
烧结矿的机械强度和还原性与其中的主要矿物和粘结相的机械强度和还原性有直接的关系。
因此，烧结矿的矿物组成直接影响着烧结矿的质量。
表1.2列出了烧结矿中主要矿物及粘结相的强度和还原性。
表1.2烧结矿中主要矿物及粘结相的强度和还原性[18]
主要矿物及粘结相
抗压强度kg/mm
还原率%
赤铁矿
26.7
49.9
磁铁矿
36.9
铁橄榄石
20~26
1.0~13.2
x=0
20.0
1.0
x=0.25
26.5
2.1
x=0.5
56.6
2.7
x=1.0
23.3
6.6
x=1.5
10.2
4.2
铁酸一钙
37.0
40.1
铁酸二钙
14.2
28.5
从表1.2中可以看出赤铁矿、磁铁矿、铁酸一钙、铁橄榄石等均有较好的强度；
而钙铁橄榄石当x=1.0（玻璃质）时，其强度最差。
要得到强度较好的熔剂性烧结矿，就要使烧结矿的粘结相矿物中最大的形成低氧化钙的钙铁橄榄石（x=0.5）和铁酸一钙。
各种矿物的机械强度和还原性并不完全一样的，铁橄榄石和某些钙铁橄榄石虽有较好的强度，但一般都是还原性较差，只有铁酸一钙机械强度和还原性都好，而玻璃质都差。
（2）烧结矿的结构及其对质量的影响
烧结矿的结构包括宏观和微观两种结构。
由于受液相数量和粘度的影响，烧结矿的宏观结构可分为三种结构。
当燃料用量和烧结温度适宜，液相生成量适度，并在粘度较大的情况下，形成微孔海绵状结构；
当燃料配比多，烧结温度高，并在液相生成量多且粘度小的情况下，形成粗孔蜂窝状结构；
当燃料配比更多，烧结温度过高时，产生过熔现象，结果形成板结的石头状结构。
这三种不同结构的烧结矿所对应的还原度和强度也不同，具体区别见表1.3。
表1.3三种宏观结构的烧结矿的还原度和强度比较
结构
还原度
强度
海绵状结构
好
高
蜂窝状结构
较差
石头状结构
尚好
很差
烧结矿的微观结构，就矿物的结晶形态而言，按结晶的完善程度可分为自形晶、半自形晶和他形晶三种，熔化温度高，比周围其它矿物结晶进行早或结晶生长能力强的矿物形成自形晶，自形晶具有完好的结晶外形；
没有适宜的结晶环境的矿物形成半自形晶，它只有部分结晶面完好；
结晶进行较晚，结晶环境更差，或填充于结晶完好的矿物孔隙中者，形成形状不规整且没有任何良好晶面的他形晶。
由于生产工艺条件不同，烧结矿的显微结构有明显差异，其常见的结构有粒状结构、斑状结构，骸晶结构、共晶结构以及熔蚀结构等。
烧结矿的不同微观结构对烧结矿强度和还原性的影响也不尽相同。
1.3烧结工艺的发展及意义
烧结生产的发展在冶金工业中有着重要的地位，起初是为了处理矿山、冶金、化工厂的废弃物，以便回收重新利用。
烧结生产的历史已有一个多世纪，它起源于资本主义发展较早的英国、瑞典和德国。
在1887年英国人首次申请了硫化矿鼓风烧结法和用于此法的烧结盘设备专利，1906年美国人取得了抽风式带式烧结机专利。
带式烧结机的出现引起烧结生产的重大变革，并得到了广泛的应用。
随着钢铁工业的发展，烧结矿的产量迅速增加，烧结科学技术也得到飞速发展。
日本烧结工艺完善，设备先进，技术可靠，自动化水平高，是世界上烧结技术发展最快的国家。
烧结过程是铁矿石在一定的高温作用下，部分颗粒表面发生软化和熔化，产生一定量的液相，并与其他未熔矿石颗粒作用，冷却后液相将矿粉颗粒粘结成块，这个过程称为烧结。
现代烧结是一种抽风烧结过程，即将铁矿粉，熔剂，燃料，代用品及返矿按一定比例组成混合料，配以适量水分，经混合及造球后，铺于带式烧结机的台车上，在一定的负压下点火烧结。
在钢铁冶金工业中，烧结生产对促进钢铁工业发展起着举足轻重的作用。
高炉炼铁时为了保证高炉炼铁时候在高炉内部的料柱透气性良好，要求炉料粒度大且均匀、粉末少，机械强度高，且具有良好的软熔性能；
同时为了降低焦比要求炉料的含铁量高，有害杂质少，且要求具有自熔造渣性能和良好的还原性能。
生产实际表明，上述要求完全可以通过烧结高温造块达到。
通过烧结可为高炉提供化学成分稳定，粒度均匀，还原性好，冶金性能高的优质烧结矿，为高炉优质、高产、低耗、长寿创造了良好的条件；
可去除有害杂质，如硫、锌等；
可利用工业生产的废弃物，如高炉炉尘、轧钢皮、硫酸渣、钢渣等；
可回收有色金属和稀有稀土金属。
炼铁生产的主要原料是烧结矿、球团矿以及少量高品位天然矿。
各钢铁厂的情况不同和矿源不同决定了其不同的高炉炉料结构。
日本、韩国高炉以烧结矿为主，因为其主要铁料是国际上购买的粉矿，适宜生产烧结矿。
北美高炉以球团矿为主，因为其矿源多为细精矿，适宜生产球团矿。
欧盟由于环保要求，烧结厂的生产和建设受到了严格的限制，为了进一步改善高炉炼铁指标，充分发挥球团矿在高炉炼铁中优越的冶金性能，因而以球团矿为主。
欧美高炉球团矿使用比例一般都较高，个别的高炉达100％。
其中一部分高炉使用熔剂型球团矿，如加拿大Algoma7号高炉熔剂球团矿比例达99％，墨西哥AHMSA公Monclova厂5号高炉熔剂球团矿比例为93％，美国AKSteel公司Ashland．KY厂Amanda高炉熔剂球团矿比例为90％以上；
另一部分高炉以酸性球团矿为主，配比一般在70％以上。
欧洲高炉中，瑞典、英国和德国的部分高炉球团矿的比例很高。
亚洲国家的高炉一般以烧结矿为主，高达70％左右。
日本高炉炉料结构的特点是烧结矿比例高且一直比较平稳，而球团矿比例自1979年以来一直在下降，块矿比一直在上升。
高炉炉料中高碱度烧结矿比例维持在71.3％~76.9％，用量一直比较平稳。
球团矿比例自20世纪70年代初至1979年达到了高峰，为14％，此后逐年下降至现在的10％以下。
典型的如新日铁4号高炉的炉料结构，烧结矿占70％，球团矿占10％，和歌山4号高炉使用75％~80％的烧结矿，巴西块矿占20％。
只有神户制钢神户厂于1998年由于烧结机老化停止生产才开始在高炉中采用高比例球团矿的炉料结构，球团矿配比达70％以上。
韩国浦项光阳厂的高炉炉料结构中烧结矿为74％，球团矿为11.84％。
我国因各钢铁厂情况不同，高炉使用球团矿的比例很不相同。
宝钢高炉的铁料来源与日本大多数高炉相似，所以其炉料结构也与日本大多数高炉相似，烧结矿74.5％，球团矿8.5％，块矿17％。
1.4我国烧结生产的现状
“十五”期间，随着我国生铁产量的高速增长，我国烧结矿产量也增长迅猛，2000年我国烧结矿产量只有16844万吨，2005年达到36923万吨，“十五”期间，我国烧结矿共增产20079万吨，平均每年增长高达4015.8万吨，这样的增长速度前所未有。
我国烧结在原料混匀技术、制粒配料技术、厚料层工艺、节能和环保等技术上取得一系列突破。
我国已经能够自主设计、制造具有国际先进水平的300～450m²
级的大型烧结机，这些烧结机采用了完善的工艺流程，具有原料准备、配料混合、烧结、冷却、成品整粒和铺底料和返矿受料系统，采用厚料层烧结、先进的节能环保技术。
我国烧结不仅在数量上增长迅猛，在技术装备水平上也有一个大飞跃。
“十五”期间我国新建和改造了一大批大型烧结机，“十五”期间重点企业的烧结机结构对比如表1.4所示。
表1.4
“十五”期间不同规模烧结机数量对比
2000年
2001年
2002年
2003年
2004年
2005年
130m2及以上
33
35
38
45
61
79
90－129m2
28
37
40
43
56
63
36－89m2
64
68
75
88
119
19－35m2
95
87
100
102
104
18m2以下
2
6
7
9
4
总台数
222
233
253
272
318
369
表1.5
2005年我国钢铁企业大于300m2烧结机
企业名称
台数
单机面积（m2）
总面积（m2）
宝钢
3
495
1485
鞍钢
360
720
328
656
武钢
435
870
1
邯钢
400
马钢
300
600
沙钢
本钢
韶钢
安钢
济钢
320
总计
19
380
7211
在大型烧结机方面，2005年底我国已投产的烧结机中，有19台300～495m2大型烧结机，面积达7211m2，平均单机面积380m2。
其中“十五”期间300m2以上烧结机共增加了13台。
如表1.5所示。
从表1.4和表1.5中可以看出，我国大、中型烧结机所占的比重逐渐增加，相反，小型烧结机所占比重逐渐减少，但由于小型烧结机数量上还相当大，造成我国烧结机的单机面积仍然偏小。
对烧结面积来说，我国大中型烧结机约占整个烧结面积的2/3，已占明显优势，这说明烧结机大型化的发展速度非常快，而且烧结矿质量稳步提高，技术经济指标得到改善。
我国大中型企业烧结机主要技术指标如表1.6所示。
由14家重点大中型钢铁企业烧结主要技术经济指标看（表1.7），平均品位55.75%，碱度1.971倍，转鼓指数76.40%，固体燃料消耗55kg/t，利用系数1.429t/m2·
h。
鞍本钢集
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