2.冶金概论——铁矿粉造块
铁矿粉造块理论及工艺
铁矿粉造块理论及工艺冯根生高炉炼铁炼铁的任务使矿石中金属铁氧化物中的铁元素和氧元素分离——还原过程；实现矿石中已还原金属与脉石的机械分离——熔化和造渣过程得到温度和化学成分合格的液态铁水炼铁系统—消耗及能耗炼铁系统：物料处理量最大、能耗最高、成本和效益压力最大的工序环节。
铁前系统物料处理量占钢铁企业65-70%。
吨铁消耗1.6-1.8吨矿石，500-550Kg燃料，产生1.5tCO2。
约280-400Kg/t炉渣。
炼铁系统—消耗及能耗铁前能耗占钢铁工业总能耗的70％左右，烧结及炼铁工序能源消耗总量占钢铁冶金过程的60%以上，占全国能源消耗总量的10%。
炼铁系统承担钢铁企业的节能、减排、增效的重任。
高炉炼铁面临的问题矿石资源和能源短缺的制约—关键问题节能、减排的压力市场环境（近几年经济危机）炼铁系统—高产、低耗、高效合理、高效（高效率、高效益）利用国内外资源，改善和稳定入炉原、燃料的质量；要优化高炉操作。
炼铁系统—高产、低耗、高效改善入炉含铁原料的质量不仅仅是提高烧结矿、球团矿的强度，更重要的是改善烧结矿和球团矿的还原性，发展间接还原，提高煤气的利用率，达到降低高炉燃料消耗；改善烧结矿和球团矿的高温冶金性能性能，进一步提高软化和熔融温度，降低软熔带的位臵，使得间接还原时间延长，从而提高煤气的利用率，达到进一步降低燃耗的作用。
炼铁系统—高产、低耗、高效布料技术（上部调剂）：无钟炉顶的高炉上普遍采用大料批、重分装布料模式。
大喷煤配合使用中心加焦。
目的是使炉顶煤气流分布合理。
下部调节技术（下部调剂）：根据操作条件选用不同风速、鼓风动能和合适的风口燃烧带理论燃烧温度控制炉缸燃烧带的位臵和现状及温度，满足高炉煤气合理初始分布和炉缸具有充沛的高温热量的要求。
高炉炼铁原料高炉炼铁用原料及要求主要原料包括：铁矿石烧结矿、球团矿、块矿）；燃料（焦炭、粉煤）熔剂（石灰石、白云石等、萤石）高炉炼铁高炉炼铁用原料及要求—铁矿石：含铁品位高；强度好、粒度均匀、合适；理化性能指标稳定。
铁矿粉造块
富氧点火烧结新工艺
富氧点火可使点火区表层烧结料中的固体燃料充分燃烧， 减少固体燃料消耗并增加炉膛内的氧化气氛，有利于烧结 过程的氧化反应，改善烧结矿的机械强度，提高生产率。
64
烧结混合料中燃料分加
技术对策：
内配燃料：一部分燃料在配料室加入，与铁料、溶剂 在一次混合机内混匀，在运送到二次混合机内造球；外 配燃料：另一部分燃料则在混合料基本成球后再加入， 使之存在于料球表面。 优点：可改善燃料的燃烧条件，又可减少燃料与铁料接 触还原而造成的燃料损失，还可形成合理的3
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116
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球团固结形式比较
100
101
※
102
900~1100℃ 1200~1300℃
103
特殊造块方法
1、压力造块法； 2、粘结剂固结（水泥固结、高压蒸养、氯 化物固结）； 3、其它方法（碳酸化球团、焦化法）
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课堂思考
烧结和球团两种制造块方法的区别与联系？
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109
触点态
Fa
2 r0
/(1
tan
2
)
依次形成摆线结构、网络状结构、毛细管结构。
滴水成球,雾水长大,无水压紧
91
92
93
组成、气氛、温度。
94
焙烧气氛根据燃烧室氧含量来划分
焙烧温度
磁铁矿再氧化温度900~1000℃，固相扩散1200~ 1300℃， 20~30分钟；必须温度~最高限制温度
95
◆ 液相生成在烧结过程中的作用
（1） 液相是烧结矿粘结相； （2）均匀温度和化学成分； （3）润湿作用，拉紧矿粒，增加强度； （4）改善烧结矿的强度和还原性（从液相中析出烧结料 中没有的新的矿物）。
冶金工程概论
冶金工程概论众所周知，冶金对于为我国的国民发展，社会进步起着弥足轻重的作用。
因为它为我国的基础建设，科技进步奠定基础。
而对于冶金，首先必须提到钢铁工业的发展。
钢铁工业是国家的基础工业之一，钢铁产量往往是衡量一个国家工业水平和生产能力的主要标志，钢铁的质量和品种对国民经济其它工业部门产品的质量，都有着极大的影响。
特别值得一提的是，目前，我国冶金技术已进入成熟发展阶段，大型高炉的技术经济指标不断改善，但很多冶金企业重视科学技术而忽视了其中的管理，这就暴露了诸多问题，如果能实现科技进步的同时注重企业的现代化管理，将对钢铁冶金企业实现节能减排，节约成本，提高效率的长远发展需求提供促进作用无论是什么企业，要挑战的都是是一个网络盛行、信息快速普及以及无国界竞争的时代，如何运用独特的商业模式提升企业的生产力、反应力，已是企业的首要问题，由于当前冶金行业投资过热，新建企业逐渐增多，同时国家加大了宏观调控的力度，尤其是近期国家关于淘汰落后产能、节能减排等一系列调控政策的实施，形成了冶金企业重组以及部分落后企业被淘汰出局的格局。
在这样的形式下就形成了钢铁冶金联合企业。
对于冶金行业来说，其生产环节是一个复杂而庞大的生产体系，每个生产环节都有其主要生产过程、主要设备、生产方法以及特点。
主要包括原料处理、炼铁、炼钢、轧钢、能源供应、交通运输等。
生产工序的系统化，创新，成为企业产品竞争实力的主要体现。
钢铁冶金联合企业主要有那些生产环节呢？选矿选矿经历了从处理粗粒物料到细粒物料、从处理简单矿石到复杂矿石、从单纯使用物理方法向使用物理化学方法和化学方法的发展过程。
包括精矿、中间产品、尾矿的脱水，尾矿堆置和废水处理。
选矿主要在水中进行，选后产品需要脱水干燥。
方法有重力泄水、浓缩、过滤和干燥。
尾矿水可回收再用。
不合排放标准的废水须经净化处理。
旧尾矿场地要进行植被、复田。
1.炼铁炼铁是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程，其中，高炉冶炼在钢铁工业中占有重要地位。
第二章 铁矿石造块
1909年铁矿石烧 结锅专利 1911年基于带式烧结机 (Pallet-type/strand)的 铁烧结工艺专利 1952年烧结单机 面积增至90M2
1911年第一台铁矿石烧结的DL在德 国的布鲁克钢铁公司诞生（6M2）
1921年21M2烧结 机投入运行
2FeS2+5.5O2=Fe2O3 +4SO2
K、Na、Zn的还原气化，形成盐类后难还原，高 配碳时易进行，在烧结过程只占少量。
2K2O+C=4K+CO2
用CaCl2进行氯化气化，可脱除原料中的有害元 素(As,Cu,Cd,Pb,K,Na)，但有设备腐蚀问题。
CaCl2+MeO=MeCl2+CaO（生成的氯化物不水解）
2CO+O2=2CO2（易） △G⊕=-561900+170.46T
实测烧结废气成分
烧结废气中以CO2为主，少量的CO，以及一些 自由氧和氮。
燃烧比及其影响因素
生产和研究中常用燃烧比来衡量烧结过程 中的气氛和燃料的化学利用：
燃烧比=ψ(CO)/(ψ(CO)+ψ(CO2))
此值越小，烧结过程的氧化性气氛越强， 能量利用越好。 影响因素：
反应温度远低于固相反应物的熔点或它们的低共熔点； 温度高有利于固相反应的进行； 固相反应受化学组成的影响： 例如：Fe3O4不与CaO发生固相反应， Fe2O3不与SiO2发生固相反应， CaO－SiO2的反应开始温度为600℃， Fe3O4－SiO2的反应开始温度为950℃； 固相反应不给烧结矿矿物组成及结构带来任何影响。
①
03第二章 铁矿粉造块
2.5 球团矿生产
1、配料与混匀 主要原料为铁精粉和膨润土或消石灰做粘结剂，膨润土加入量一般
为0.8～2.5%，最佳水分含量为8～10%。铁精粉粒度小于0.074mm的
要超过90%。 2、造球 A、母球形成：靠毛细力作用使较多颗粒连接起来，形成小球；继
续增加水分，在机械滚动里的作用下，进一步密集，形成坚实稳定
3.冷凝结晶 燃烧带向下移动后，其上方的物料温度下降，熔体冷凝结晶。由于 烧结过程中的冷却速度很快，熔体不会全部转变成晶体，特别是结 晶能力较差的硅酸盐熔体，来不及结晶的就形成玻璃质。玻璃质在 烧结矿内形成内应力，含量多时，烧结矿强度低 结晶的原则是：熔点高的矿物首先开始结晶析出，然后是熔点低的 矿物析出，来不及结晶的就成为玻璃质。 一般说来，表面层冷却速度快，结晶发展不完整，易形成无一定结 晶形状、易碎的玻璃质。下部料层冷却缓慢，结晶较完整，这是下 部烧结矿品质好的主要原因。
钢铁冶金概论
计算中心
王丽丽
2.铁粉状含铁原料配入适量的燃料和熔剂，加 入适量的水，经混合造球后在烧结设备上进行烧结的过程。在 此过程中借助燃料燃烧产生的高温，使物料发生一系列物理化 学变化，并产生一定数量的液相。当冷却时，液相将矿粉颗粒 粘结成块，即烧结矿。 ▲烧结的作用：将粉料制成具有高温强度的块状料,以适应高炉冶 炼要求；改善冶金性能；利用钢铁厂的废弃物回收有益元素，综 合利用资源和扩大铁矿石原料资源。 ▲历史： 20世纪初期最早出现烧结设备的是美国和瑞士，我国 60年代以后，参照日本烧结技术生产了一批国产130M2烧结机。目 前有500多台，大于400M2有20多台。
由于生球矿物组成与焙烧气氛和温度的不同，焙烧固结形式也不 同，磁铁精矿是生产球团矿的主要原料，用它制成的球团矿固结
炼铁工艺04铁矿粉造块
第四讲 铁矿粉造块一、铁矿粉烧结生产1.烧结生产的意义烧结矿的生产是充分利用自然资源，扩大铁矿石来源。
贫矿必须经过选矿和造块才能使用；富矿加工过程中产生的富矿粉也需造块才能使用。
烧结过程中可以加入高炉炉尘、转炉炉尘、硫酸渣等其它钢铁及化工工业的若干废料，使这些废料得到有效利用，既降低成本又变废为宝，化害为利；经过烧结制成的烧结矿（与天然矿相比），粒度合适，还原性和软化性好，成分稳定，造渣性好，保证了高炉冶炼稳定顺行；烧结过程能去除有害元素。
尤其去硫率高达80%-90%。
此外还能去除部分砷、氟等有害元素。
2.烧结生产流程将经过准备处理（破碎、筛分、混匀）的烧结原料（包括燃料、熔剂、铁矿粉等）按一定比例配比，再经过加水混合造小球，所得混合料由布料器铺到烧结机台车上。
铺料厚一般为500毫米。
为了保护台车篦条，在铺入混合料之前，需要在台车上先垫一层约30毫米厚的粒度为10-20毫米的成品烧结矿作为铺底料。
烧结料层经点火器点火，然后台车在向前移动时依靠抽风机从上向下抽过空气，燃烧其料层中的燃料。
燃烧产生的高温，使矿粉局部熔化或软化，生成一定数量的液相。
液相是烧结矿固结成形的基础。
之后，随着温度降低，液相冷凝，矿物逐渐凝结成块，即为烧结矿。
烧结矿从烧结机尾台车上自动卸下，经过齿式单辊破碎机破碎、冷却机冷却，再进行二次破碎筛分，得到成品烧结矿。
烧结生产工艺流程（以宝钢烧结为例）3.烧结原料的准备烧结生产历来是以原料为基础的。
要保证烧结矿优质高产必须从加强原料的管理开始；在加强原料存放管理的同时，要狠抓原料的中和混匀，使配料用的各种原料，特别是矿粉化学成分的波动尽量缩小。
原料的中和可在原料场和原料仓库进行；在仓库中和时，通常是借助于移动漏矿皮带和桥式起重机抓斗，将来料在指定地段逐层铺放，堆到一定高度后，再用抓斗自上而下垂直取料来完成。
中和效果将随着中和次数的增多而改善；配料时，首先根据原料成分和高炉冶炼对烧结矿化学成分的要求，进行配料计算，以保证烧结矿的含铁量、碱度、FeO含量和含硫量等主要指标控制在规定范围内，然后选择适当的配料方法和设备，以保证配料的准确性。
2021年北京科技大学钢铁冶金学炼铁部分知识点复习
炼铁知识点复习第一章概论1、试述3种钢铁生产工艺特点。
答：钢铁冶金任务：把铁矿石炼成合格钢。
工艺流程：①还原熔化过程（炼铁）：铁矿石→去脉石、杂质和氧→铁；②氧化精炼过程（炼钢）：铁→精炼（脱C、Si、P等）→钢。
高炉炼铁工艺流程：对原料规定高，面临能源和环保等挑战，但产量高，当前来说仍占有优势，在钢铁联合公司中发挥这重大作用。
直接还原和熔融还原炼铁工艺流程：适应性大，但生产规模小、产量低，并且很多技术问题尚有待解决和完善。
2、简述高炉冶炼过程特点及三大重要过程。
答：特点：①在逆流（炉料下降及煤气上升）过程中，完毕复杂物理化学反映；②在投入（装料）及产出（铁、渣、煤气）之外，无法直接观测炉内反映过程，只能凭借仪器仪表简介观测；③维持高炉顺行（保证煤气流合理分布及炉料均匀下降）是冶炼过程核心。
三大过程：①还原过程：实现矿石中金属元素（重要是铁）和氧元素化学分离；②造渣过程：实现已还原金属与脉石熔融态机械分离；③传热及渣铁反映过程：实现成分与温度均合格液态铁水。
3、画出高炉本体图，并在其图上标明四大系统。
答：煤气系统、上料系统、渣铁系统、送风系统。
4、归纳高炉炼铁对铁矿石质量规定。
答：①高含铁品位。
矿石品位基本上决定了矿石价格，即冶炼经济性。
②矿石中脉石成分和分布适当。
脉石中SiO2和Al2O3要少，CaO多，MgO含量适当。
③有害元素含量要少。
S、P、As、Cu对钢铁产品性能有害，K、Na、Zn、Pb、F 对炉衬和高炉顺行有害。
④有益元素要恰当。
Mn 、Cr 、Ni 、V 、Ti 等和稀土元素对提高钢产品性能有利。
上述元素多时，高炉冶炼会浮现一定问题，要考虑冶炼特殊性。
⑤矿石还原性要好。
矿石在炉内被煤气还原难易限度称为还原性。
褐铁矿不不大于赤铁矿不不大于磁铁矿，人造富矿不不大于天然铁矿，疏松构造、微气孔多矿石还原性好。
⑥冶金性能优良。
冷态、热态强度好，软化熔融温度高、区间窄。
⑦粒度分布适当。
太大，对还原不利；太小，对顺行不利。
铁矿粉造块
式中：Q——烧结机台时产量，t／h； F—烧结机有效抽风面积，m2 。
17
②烧结机生产能力： 用台时产量表示，即每台烧结机单位时间内生产的烧结 矿数量q（t／h）： q＝60KγCBL＝60KγBHV 式中：Κ—烧结矿产出系数（50％～70％），Κ＝K1K2K3；
K1 ——混合料的干料率，K1 ＝（单位体积中干混合料质量／单位体 积中湿混合料质量）×100％； K2——干混合料的烧成率， K2 ＝（烧成烧结矿的质量／进行烧结的干 混合料的质量）×100％； K3——烧结矿的成品率，K3＝［成品矿／（成品矿十返矿）］×100％： γ——烧结矿体积密度(堆密度)，取值范围为1.5～1.9 t/m3； C——垂直烧结速度，m／min； B——烧结机宽度，m； L——烧结机长度，m； H——烧结料层高度，m； V——烧结台车移动速度，m／min。
铁矿粉造块的目的与意义
1）贫矿利用：贫矿多→选矿（单体分离）→精矿粉→造块
2）将粉状料制成具有高温强度的块状料来适应高炉冶炼、直接还原 等在流体力学方面的要求。（高炉要求入炉矿石粒度大于5mm）
2）通过造块改善铁矿石的冶金性能，使高炉冶炼指标得到改善。
人造富矿的冶金性能优于天然富矿
Ⅰ、还原性好，Ⅱ、强度↑，Ⅲ、软化性↑ 3）通过造块去除某些有害杂质（如： S、As、K、Na、Zn等），回 收有益元素，消化冶金企业产生的大量粉尘和烟尘，达到综合利 用资源和保护环境的目的。
一、矿物
矿物：地壳中天然的物理化学作用和生物作用所产生的天
然元素或天然化合物，具有均一内部结晶结构、化学组成 以及一定物理、化学性质的天然化合物或自然元素称为矿 物。
矿石：是在现有的技术经济条件下能以工业规模从中提取
金属、金属化合物或有用矿物的物质总称。
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冶金概论
General Discussion of Metallurgy
2.1 铁矿石(Iron Ore)：凡是在一定技术条件下，可经济地
提取出金属铁的岩石。
地壳中的Fe元素居第四位，占4.2%，由于以富集状态
存在，故有开采价值。
不存在纯金属状态的铁，而是以氧化物、碳酸盐、硫
化物的形式存在。
冶炼1吨生铁，约需铁矿石1.6~1.8吨。
铁矿粉造块
按矿物组成分类
2.1
磁铁矿(Fe3O4，理论含铁72.4%)
褐铁矿(xFe2O3·yH2O，理论含铁
55%~66%)
赤铁矿(Fe2O3，理论含铁70%)
菱铁矿(FeCO3，理论含铁48.3%)
铁矿粉造块
选矿精矿-0.074mm达到50%~90%
烧结球团
烧结法(Sintering)和球团法(Pelletizing)是应用最广泛的粉矿造块方法
铁矿粉造块
分(主要是TFe和SiO2)和粒度组成，使各种铁矿粉按烧结
配料要求在原料场混匀，得到混匀矿。
(1)一次料场
场的指定地点，分类存放，并取样分析
化学成分和粒度，为匀矿配矿提供准确
数据。
铁矿粉造块
2.2 (2)混匀配料槽：实现各种被混匀的铁矿粉按匀矿成分要求的比例配
料。
(3)混匀料场：进行混匀作业的场
地。
实现各种被混匀的铁矿粉按匀矿
成分要求的比例配料。
混匀矿取料机垂直切取
料堆，由皮带运输机送
往烧结厂配料车间。
铁矿粉造块
2.3 2.
3.1烧结生产工艺流程
抽风烧结工艺流程图
铁矿粉造块
2.3 (1)配料与混料
将精矿粉、富矿粉(小于8mm)与配入的熔剂粉(小于3mm的石灰
石粉和白云石粉等)和燃料粉(焦粉或无烟煤粉)组成混合料，同时加入
一定量的水，将混合料制成小球。
一混均匀成分
二混制粒和提高料温圆筒混料机(Mixer & Granulator)
铁矿粉造块
2.3
(2) 布 料
烧结混合料布入台车之前，先用铺底料机在台车箅条上铺一层烧
结矿返矿(Sinter for Substrate )。
再通过布料器将基本上都是小球的混
合料铺在烧结台车(Sintering Machine )上，厚度在400-800mm 。
烧结台车
铁矿粉造块
2.3
(3)点火与烧结
点火器(Ignition Furnace)内煤气燃烧产生的高温将上部料层中
的燃料点燃，并产生热量。
在台车下风箱(Windbox)抽风产生的负
压作用下，热量向下传递，使下部料层逐渐升温、燃烧。
铁矿粉造块
2.3
Sintered Zone
40~50mm为脆性层
Combustion & Fusion Zone
料燃烧，温度可达1100~1500
15~50mm
Dry & Calcination Zone
度快速下降，厚度约
Wet Zone：上层带入的水分由于温度低而凝结，过多的重力水使混合料小球被破坏。
2.3
当台车行走到烧结机尾部时，烧结过程结束。
红热的烧结块
滑落到单辊破碎机(Crusher)上被剪切破碎。
破碎后的烧结矿经热振动筛(Hear Resistrant Shaker)筛除-5mm的粉
2.3 (4)整粒(Sizing)
从烧结机上卸下的热烧结矿经冷却机后需要进行破碎和筛分分级，
这一工序称为整粒。
环式冷却机
带式冷却机
烧结矿生产 2.3
2.3 2.
3.2烧结生产技术经济指标
利用系数：单位时间内每平方米有效烧结面积的产量[(t/m2·h)]。
成品烧结矿台时产量：每台烧结机每小时生产的成品烧结矿量
[t/台·h)]。
成品率：成品烧结矿(扣除热返矿)占烧结混合料量的比例(%)。
烧成率：混合料扣除烧损后的质量(即成品矿+返矿)占混合料的质
量分数(%)。
作业率：设备年开动小时总计/(年日历天数×24) ×100%。
高碱度烧结矿
指天然富铁矿(块矿)、
烧结矿和球团矿在使
用时的搭配组合。
目前，大、中型高炉炼铁生产基本上都使用高碱度烧结矿+酸性
球团矿+块矿或高碱度烧结矿+酸性球团矿的
2.4
球团矿(Pellet)是细磨铁精矿或其它含铁粉料造块的又
一方法。
粘结剂和燃料）的混合物，在造球机
中滚成直径8~15mm（用于炼钢还要
大些）的生球，然后干燥、焙烧，固
结成型，成为具有良好冶金性质的优
良含铁原料，供给钢铁冶炼需要。
2.4
生产球团矿的背景
因对含铁品位要求高，选矿后精矿粉粒度细，烧结困难，指标差
球团矿机械强度好，粒度均匀
便于长期贮存和长途运输
20年代瑞典提出此方法，50年代美国、加拿大首
先工业化生产
2.4 球团工艺较复杂、投资较大
发展烧结? or发展球团?
最主要看原料条件!
高炉使用的球团矿
生形成生球温焙烧而
以去除<0.5mm Disc pelletizer
磨碎
筛，并具有足够
不合格，同
铁精矿添加剂
灰做粘结剂
燃烧煤气
(精矿过湿时)
加水
燃料
)
)
)
返
矿
通过滚动形成母
球，并逐渐长大
球通过高
固结除直径偏小的的
机械强度生球时还可
部分害元素。
铺
冷却、破碎
筛分(振动筛)
底5~10mm
料
返矿
<5mm
2.4.2
2.4
球团培烧方
竖炉焙烧
Shaft Pelletizing 链箅机-回转窑焙烧Grate-kiln Pelletizing
法
带式焙烧
Travelling Grate Pelletizing
铁矿粉造块
1)竖炉焙烧(最早采用的球团矿焙烧设备)
2.4
废气废气
燃料燃导风墙
烧
室
生球烘干床
燃
烧
室
燃料
现代竖炉在顶部设有烘干床，焙烧室中
央设有导风墙。
燃烧室内产生的高温气体从
两侧喷入焙烧室向顶部运动，生球从上部均
助燃风
冷却风冷却风助燃风
匀地铺在烘干床上被上升热气体干燥、预
热，然后沿烘干床斜坡滑入焙烧室内焙烧固
结，在出焙烧室后与从底部鼓进的冷风气相
成品球遇，得到冷却。
最后用排矿机排出竖炉。
优点：结构简单，对材质无特殊要求
缺点：单炉产量低，只适用于磁精粉球团焙烧
由于竖炉内气体流难控制，焙烧不均匀造成球团矿质量不均匀
铁矿粉造块
1000℃
2)链箅机-回转窑焙烧
2.4
链箅机
回转窑
环冷机
干燥
脱水 预热氧化
焙烧
冷却
调节放气
生球
180℃ 400℃
1100℃
排气
100℃ 180℃ 420℃
1350℃
废气
成品球团
冷却风流
优点：设备简单，可以处理各种矿石，生产各种球团矿 缺点：易结圈
铁矿粉造块
2.4
3)带式焙烧
一冷二冷
鼓风干燥抽风干燥预热焙烧均热鼓风冷却
优点：操作简单，控制方便，可以处理各种矿石，生产能力大
缺点：上下层质量不均，台车易损，需要高温合金，流程复杂
铁矿粉造块。