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1、1文献综述1.1烧结生产概况1.1.1烧结及其开展烧结法是迄今为止除北美以外使用最为广泛的铁矿石造块方法。自20世纪 80年代起烧结技术得到了快速开展，主要表达在烧结工艺和新技术的研究开发 和应用上。烧结工艺方面如自动化配料、混合料强化制粒、偏析布料、冷却筛分、 整粒技术及铺底料技术等；新技术主要表现为球团烧结技术、小球烧结技术、低 温烧结技术等。上述工艺和技术目前已经在大局部钢铁企业推广应用，并取得了 显著的经济效益。1897年，T.Huntington和F,Heberlein申请并注册了第一个有关烧结方面的 专利。1905 年，E.J.Savelsberg 首先把 T.Huntington
2、-F.Heberlein 烧结杯用于铁矿 石烧结，从而开辟了烧结法进展铁矿粉造块的新纪元。在当今的冶金生产中，烧 结已成为一道重要的单元工序并占有相当重要地位。据统计，全世界约有一半的 生铁是用烧结矿生产的。过去十年中，世界上烧结矿年产量维持在538x106t586 x106t范围内。从1989年起，由于独联体和其他局部东欧国家发生巨变，因此, 它们的钢铁工业进展了重新调整，导致烧结矿产量有所下降。欧洲和日本的经济 衰退也影响了产量，但是不久烧结矿的产量又慢慢恢复。东欧和独联体的产量将 下降，而中国、朝鲜和XX的产量将继续上升。尽管出现新的炼铁工艺，但是在 下一个十年中或更长的时间内，它们仍不
3、可能对高炉产量有巨大影响。因此，烧 结矿产量在未来相当长的时间内仍将维持在目前水平。1.1.2烧结生产目的铁矿粉烧结是一种铁矿粉造块的方法，是将细粒含铁物料与燃料、熔剂按一 定比例混合，再加水润湿、混匀和制粒成为烧结料，加于烧结设备上，点火、抽 风，借助燃料燃烧产生高温和一系列物理化学变化，生成局部低熔点物质，并软 化熔融产生一定数量的液相，将铁矿物颗粒润湿粘结起来，冷却后，即成为具有 一定强度的多孔块状产品一侥结矿。烧结生产的目的主要是：1. 将粉状物料制成具有高温强度的块状料以适应高炉冶炼、直接复原等在流 体力学方面的要求；2. 通过烧结改善铁矿石的冶金性能，使高炉冶炼指标得到改善；3.
4、通过烧结去除某些有害杂质，回收有益元素以到达综合利用资源和扩大炼 铁矿石原料资源的目的。1.1.3烧结反响过程烧结反响过程是分层依次向下进展的。抽入的空气通过已烧结好的热烧结矿 层预热，在燃烧层中使固体碳燃烧，放出热量，获得高温（1300C。1600C。）。料层在加热过程中，熔点较低局部首先出现液相，将周围物料浸润和熔融， 相邻液滴产生聚合，引起收缩和形成气孔，并在冷却过程中固结和产生结品，成 为具有一定强度的多孔烧结块。烧结过程中根本的液相是硅酸盐和铁酸盐体系。 从燃烧层下抽出的高温废气，经预热枯燥层，将热量传给烧结料，使烧结料着火， 将料中的游离水和化合水蒸发和分解。废气继续下行，温度继续
5、降低，其中水分 又重新凝结，使物料过湿。如将烧结料预热到一定温度，可以消除过湿现象。1.2烧结矿的烧结特性烧结矿的质量主要指它的冷态强度和冶金性能。冷态强度主要指机械强度； 冶金性能主要指复原性、低温复原粉化性、高温软化和熔滴性。烧结特性的研究 是研究烧结矿的矿物组成和微观构造及其生成机理和对外部工艺条件的依赖关 系，以便在烧结生产中有目的的控制烧结的反响过程和微观构造，以提高烧结矿 的质量。众所周知，由于高炉是逆流工艺，固体炉料相对上升气流而下降，所以必须 供给块状的含铁炉料。因此，必须通过烧结法或球团法将粉块造成块状。烧结矿 是高炉炼铁的根本原料之一，高炉生产要想实现良好的运行，就必须要求
6、炉料具 有较高的冷态强度和良好的冶金性能。1.2.1机械强度机械强度指烧结矿在自然条件下的强度，一般用转鼓指数或落下指数表示。 烧结矿转鼓指数与高炉冶炼指标有密切的关系。西德克虏伯公司NO7及NO8 高炉的生产实践说明:烧结矿的机械强度与高炉产量存在着较好的线性关系;石钢 提高烧结矿强度的工业实验说明:烧结矿强度上升4.35%，那么高炉利用系数提高 0.116t/(m3.d)，焦比下降28kg/t。因此要提高高炉冶炼指标，就必须提高烧结矿 的机械强度。烧结矿的强度是受多方面影响的，主要有以下几点：1. 原料破碎粒度一些研究者指出，如果原料破碎粒度较大，就会导致它们在烧结过程中不可 能熔融。如石
7、灰的剩余物遇水以后形成Ca(OH)2，使烧结矿破裂。2. 单个矿物的强度Loo等人研究了不同矿物的破裂强度，发现矿物强度按以下顺序递减:原生赤 铁矿次生赤铁矿磁铁矿SFCA玻璃质。也就是说，在所有的矿物中玻璃质的 强度是最低的。因此要使烧结矿强度增加，就要从构造消除这些玻璃质以及尽可 能使它转变为结晶体。3. 烧结矿的矿物组成烧结矿是一个由多种矿物组成的复合体。一般说来，烧结矿的矿物组成为: 含铁矿物是磁铁矿、浮士体、赤铁矿；粘结相中有铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅灰 石、硅酸二钙、硅酸三钙、铁酸钙和钙铁硅石。但是根据原料条件及烧结工艺条 件的不同，其矿物组成各异。如当铁矿脉石中氧化镁含量较高时，会
8、出现新的矿 物：钙镁橄榄石、镁黄长石及镁蔷薇辉石等，它们会使硅酸二钙生成量相对减少， 粘结相增加且固溶于硅酸二钙中，对6硅酸二钙相变有稳定作用。这些都有助于 提高烧结矿的强度。1.2.2复原性复原性是冶金性能的根底，烧结矿复原性对高炉冶炼，尤其对加强稳定性和 降低焦比有很大影响，许多冶金工作者进展了大量的研究工作，发现复原度和烧 结矿矿物构造、矿物组成及碱度有很大的关系。1. 烧结矿的矿物构造对复原性的影响磁铁矿是主要的含铁矿物，晶粒细小密集而粘结相少的磁铁矿容易复原而 大块磁铁矿或者被硅酸盐包裹时均难复原或者只是外表复原。另外气孔率高（大 孔和微孔）晶体嵌布松弛以及裂纹多的组织也容易复原。2
9、. 烧结矿的矿物组成对复原性的影响赤铁矿和磁铁矿作为主要的含铁矿物，它们都能复原成浮士体，但进一步复 原成金属的速度不同24J。赤铁矿复原的浮士体能均匀、迅速地复原，即使其中 一局部被金属所包裹。而磁铁矿复原的浮士体的复原是外表的化学过程，几乎所 有的颗粒被金属迅速包裹，阻止了进一步复原。SFCA的复原性与其形态、气孔率以及它是否在玻璃体中有关。低温下生成 的针状SFCA较易复原，而高温下生成的柱状SFCA难于复原。Bristow等人研究 了气孔率对复原率的影响，发现SFCA稳固了复原过程中产生的气孔，导致气孔 率和复原度增加。3. 二烧结矿的碱度对复原性的影响在碱度特别低的烧结矿中，由于液相
10、少，含铁矿物暴露面积大，因而有较好 的复原性。随着碱度的提高（超过酸性烧结矿，一般在1.0以上），烧结矿的气孔 率增加，难复原的铁橄榄石被钙铁橄榄石所代替，烧结矿的复原性也就变好。有 些烧结矿在碱度2.0以上时，复原性又变坏，这可能由于相对复原性差的铁酸二 钙出现的缘故。1.2.3低温复原粉化性低温复原粉化性能是指铁矿石在低温复原条件下矿石复原粉化性能，它是衡 量铁矿石在高炉上部块状带性能的一项指标，对高炉冶炼具有极大的影响。国外 研究说明，烧结矿RDL315,每提高5%，焦比增加约3kg，生铁产量下降1.5%5%。 另外，烧结矿低温复原粉化对炉龄、炉墙及热损失都有很大的影响。冀东铁矿粉 粒度
11、粗，含Si和A12O3高，含P低，极易发生低温复原粉化现象，所以研究烧 结矿发生低温复原粉化的机理及影响因素是非常重要的。烧结矿发生低温复原粉化的最根本原因是烧结矿中的再生三氧化二铁在低 温（450C。550C。）时，由a-Fe2O3复原成y-Fe3O4。由于前者为三方晶系六方晶格, 而后者为等轴晶系立方晶格，在复原气体的作用下发生了晶格的改变，造成了构 造的扭曲，产生极大的内应力，导致在机械作用下严重的破裂。影响烧结矿发生低温复原粉化的因素主要有微观组织构造、烧结矿碱度和其 它成分（如 MgO，A12O3，FeO 和 TiO2）。1.2.4高温软化及熔滴性在过去20年中.由于日本和德国对运转
12、的高炉进展熄火和解剖研究，人们对 高炉内部状态的了解在本质上大大增加。这些研究发现炉料在软熔带上部开场软 化，在软熔带下部开场熔融。由炉料软化到开场滴落这个区间形成一个与焦炭层 交替的软熔带，其透气性很不好.因此高炉内软熔带对高炉操作，尤其对生产率 有显著影响。一个窄的软熔带，即软化和熔融之间的温度区间小在实际高炉操作 中是非常必要的。所以对软熔带内炉料的高温软化及熔滴性能进展研究具有重要 的意义。1. MgO对高温性能的影响在烧结混合料中添加MgO将大大改善烧结矿的高温性能。这主要是由于 MgO提高了烧结矿软化和熔融温度，增加了烧结矿在高温复原过程中料层的透 气性。2. 碱度对高温性能的影响
13、由于提高碱度能导致较高的熔化温度和较低的气流阻力，因此提高碱度能改 善烧结矿高温性能。一些研究指出烧结矿碱度对到达软熔带的初始复原度有重要 影响，当碱度超过1.4时，复原度到达最大值。Beppler等人也提出碱度提高到 1.7以上将导致软熔带较宽。1.3烧结矿的矿物组成和显微构造对其质量的影响烧结矿的质量主要表现在它的强度、复原性及低温复原粉化性上，它们与粘 结相的开展程度、结晶条件、粘结相矿物的强度和复原性等有关。由于液相冷却 析晶时，浓度及温度的不均匀性以及矿物本身的特点不同，各种集合体可以以树 枝状、针状、柱状、片状，板状等形式凝固组成，而这些不同形状的集合体的强 度和复原性又有很大的差
14、异，因此烧结矿冷凝时形成的矿物组成及其构造对烧结 矿的性能有着重要的影响。1.3.1烧结矿中不同矿物组成和显微构造对其强度的影晌1. 烧结矿中各种矿物自身强度对其强度的影响近几年来国内外学者对烧结矿中各种矿物的机械强度作了大量的研究工作， 发现烧结矿中的磁铁矿、赤铁矿、铁酸一钙、铁橄榄石、铁黄长石有较高的抗压 强度，其次那么为钙铁橄榄石、钙镁橄榄石及铁酸二钙，在钙铁橄榄石中，当X =1.0时，其抗压性、耐磨性及脆性的指标均与前一类接近或超过，当X=1.5时， 其强度相当低。而且易产生裂纹，它的晶格常数接近于2CaOSO2。研究说明： 铁酸钙的抗压强度为363N/cm2，玻璃相仅为45N/cm2
15、。因此在烧结矿的构造中 应尽量减少玻璃相的形成，这有利于提高烧结矿的强度。2. 烧结矿在冷却过程中产生的内应力对其强度的影响在冷却过程中，产生不同的内应力：1）由于烧结矿外表与中心存在温差而产生的热应力。这种应力主要取决于冷 却条件，可采用缓冷或热处理的方法来消除。2）烧结矿中各种不同矿物具有不同热膨胀系数，因而引起各矿物之间的应 力，因此减少烧结矿中的矿物组分，有利于提高烧结矿强度。3）熔剂性烧结矿中硅酸二钙在冷却中的多晶转变所引起的相变应力。通常在 熔剂性烧结矿中主要出现介P-C2S和y-C2S。当6-C2S在冷却转变为Y-C2S时，由于相变，体积膨胀10%,因而产生极大应力，导致烧结矿自
16、动粉碎。3. 烧结矿中矿物组分的多少对其强度的影响1）非熔剂性烧结矿，其显微构造为斑状或共晶构造，其中磁铁矿斑晶被钙铁 橄榄石和少量玻璃相所固结，因而强度好。2）熔剂性烧结矿，其显微构造呈斑状构造，其中的磁铁矿斑晶被钙铁橄榄石、 玻璃相以及少量的硅酸二钙和铁酸钙等所固结，强度较差。3）高碱度烧结矿，其显微构造为熔蚀或共晶构造，其中的磁铁矿与铁酸钙等一起固结，具有良好的强度。1.3.2烧结矿的矿物组成和显微构造对其复原性的影响1. 烧结矿的矿物组成对其复原性的影响研究说明:赤铁矿、磁铁矿、铁酸半钙、铁酸一钙、铁酸钙容易复原，铁酸 二钙、铁铝酸四钙复原性稍低，而玻璃相和钙铁橄榄石，特别是铁橄榄石是难复 原的矿物。如非熔剂性烧结矿的气孔壁大局部是由铁橄榄石和玻璃相组成，而熔 剂性烧结矿的气孔壁那么由钙铁橄榄石、玻璃相及铁
