燒結工藝

燒結工藝是指根據原料特性所選擇的加工程序和燒結工藝制度。它對燒結生產的產量和質量有著直接而重要的影響。本工藝按照燒結過程的內在規律選擇了合適的工藝流程和操作制度，利用現代科學技術成果，強化燒結生產過程，能夠獲得先進的技術經濟指標，保證實現高產、優質、低耗。本生產工藝流程有原料的接受，兌灰，拌合，篩分破碎及溶劑燃料的破碎篩分，配料，混料，點火，抽風燒結，抽風冷卻，破碎篩分，除塵等環節組成。

1.低溫預燒階段

在此階段主要發生金屬的回復及吸附氣體和水分的揮發，壓坯內成形劑的分解和排除等。

2.中溫升溫燒結階段

此階段開始出現再結晶，在顆粒內，變形的晶粒得以恢復，改組為新晶粒，同時表面的氧化物被還原，顆粒界面形成燒結頸。

3.高溫保溫完成燒結階段

此階段中的擴散和流動充分的進行和接近完成，形成大量閉孔，並繼續縮小，使孔隙尺寸和孔隙總數有所減少，燒結體密度明顯增加。

燒結生產工藝流程

1.燒結的概念

將各種粉狀含鐵原料，配入適量的燃料和熔劑，加入適量的水，經混合和造球后在燒結設備上使物料發生一系列物理化學變化，將礦粉顆粒黏結成塊的過程。

2. 燒結生產的工藝流程

生產上廣泛採用帶式抽風燒結機生產燒結礦。燒結生產的工藝流程如圖2—4所示。主要包括燒結料的準備，配料與混合，燒結和產品處理等工序。

抽風燒結工藝流程

燒結原料的準備

①含鐵原料

含鐵量較高、粒度<5mm的礦粉，鐵精礦，高爐爐塵，軋鋼皮，鋼渣等。

一般要求含鐵原料品位高，成分穩定，雜質少。

②熔劑

要求熔劑中有效CaO含量高，雜質少，成分穩定，含水3%左右，粒度小於3mm的佔90%以上。

在燒結料中加入一定量的白雲石，使燒結礦含有適當的MgO，對燒結過程有良好的作用，可以提高燒結礦的質量。

③燃料

主要為焦粉和無煙煤。

對燃料的要求是固定碳含量高，灰分低，揮發分低，含硫低，成分穩定，含水小於10%，粒度小於3mm的佔95%以上。

對入廠燒結原料的一般要求見表2—2。

入廠燒結原料一般要求

配料與混合

①配料

配料目的：獲得化學成分和物理性質穩定的燒結礦，滿足高爐冶鍊的要求。

常用的配料方法：容積配料法和質量配料法。

容積配料法是基於物料堆積密度不變，原料的質量與體積成比例這一條件進行的。準確性較差。

質量配料法是按原料的質量配料。比容積法準確，便於實現自動化。

②混合

混合目的：使燒結料的成分均勻，水分合適，易於造球，從而獲得粒度組成良好的燒結混合料，以保證燒結礦的質量和提高產量。

混合作業：加水潤濕、混勻和造球。

根據原料性質不同，可採用一次混合或二次混合兩種流程。

一次混合的目的：潤濕與混勻，當加熱返礦時還可使物料預熱。

二次混合的目的：繼續混勻，造球，以改善燒結料層透氣性。

用粒度10～Omm的富礦粉燒結時，因其粒度已經達到造球需要，採用一次混合，混合時間約50s。

使用細磨精礦粉燒結時，因粒度過細，料層透氣性差，為改善透氣性，必須在混合過程中造球，所以採用二次混合，混合時間一般不少於2．5～3min。

我國燒結廠大多採用二次混合。

燒結生產

燒結作業是燒結生產的中心環節，它包括布料、點火、燒結等主要工序。

①布料

將鋪底料、混合料鋪在燒結機台車上的作業。

當採用鋪底料工藝時，在布混合料之前，先鋪一層粒度為10～25mm，厚度為20～25mm的小塊燒結礦作為鋪底料，其目的是保護爐箅，降低除塵負荷，延長風機轉子壽命，減少或消除爐箅粘料。

鋪完底料后，隨之進行布料。布料時要求混合料的粒度和化學成分等沿台車縱橫方向均勻分佈，並且有一定的鬆散性，表面平整。

採用較多的是圓輥布料機布料。

②點火

點火操作是對台車上的料層表面進行點燃，並使之燃燒。

點火要求有足夠的點火溫度，適宜的高溫保持時間，沿台車寬度點火均勻。

點火溫度取決於燒結生成物的熔化溫度。常控制在1250±50℃。

點火時間通常40～60s。

點火真空度4～6kPa。

點火深度為10～20mm。

③燒結

準確控制燒結的風量、真空度、料層厚度、機速和燒結終點。

燒結風量：平均每噸燒結礦需風量為3200m3，按燒結面積計算為(70～90)m3/(cm2．min)。

真空度：決定於風機能力、抽風系統阻力、料層透氣性和漏風損失情況。

料層厚度：合適的料層厚度應將高產和優質結合起來考慮。國內一般採用料層厚度為250～500mm。

機速：合適的機速應保證燒結料在預定的燒結終點燒透燒好。實際生產中，機速一般控制在1.5～4m/min為宜。

燒結終點的判斷與控制：控制燒結終點，即控制燒結過程全部完成時台車所處的位置。中小型燒結機終點一般控制在倒數第二個風箱處，大型燒結機控制在倒數第三個風箱處。

帶式燒結機抽風燒結過程是自上而下進行的，沿其料層高度溫度變化的情況一般可分為5層，各層中的反應變化情況如圖2—5所示。點火開始以後，依次出現燒結礦層，燃燒層，預熱層，乾燥層和過濕層。然後后四層又相繼消失，最終只剩燒結礦層。

①燒結礦層

經高溫點火后，燒結料中燃料燃燒放出大量熱量，使料層中礦物產生熔融，隨著燃燒層下移和冷空氣的通過，生成的熔融液相被冷卻而再結晶(1000—1100℃)凝固成網孔結構的燒結礦。

這層的主要變化是熔融物的凝固，伴隨著結晶和析出新礦物，還有吸入的冷空氣被預熱，同時燒結礦被冷卻，和空氣接觸時低價氧化物可能被再氧化。

②燃燒層

燃料在該層燃燒，溫度高達1350～1600℃，使礦物軟化熔融黏結成塊。

該層除燃燒反應外，還發生固體物料的熔化、還原、氧化以及石灰石和硫化物的分解等反應。

③預熱層

由燃燒層下來的高溫廢氣，把下部混合料很快預熱到著火溫度，一般為400～800℃。

此層內開始進行固相反應，結晶水及部分碳酸鹽、硫酸鹽分解，磁鐵礦局部被氧化。

④乾燥層

乾燥層受預熱層下來的廢氣加熱，溫度很快上升到100℃以上，混合料中的遊離水大量蒸發，此層厚度一般為l0～30mm。

實際上乾燥層與預熱層難以截然分開，可以統稱為乾燥預熱層。

該層中料球被急劇加熱，迅速乾燥，易被破壞，惡化料層透氣性。

⑤過濕層

從乾燥層下來的熱廢氣含有大量水分，料溫低於水蒸氣的露點溫度時，廢氣中的水蒸氣會重新凝結，使混合料中水分大量增加而形成過濕層。

此層水分過多，使料層透氣性變壞，降低燒結速度。

燒結過程中的基本化學反應

①固體碳的燃燒反應

固體碳燃燒反應為：

反應後生成C0和C02，還有部分剩餘氧氣，為其他反應提供了氧化還原氣體和熱量。

燃燒產生的廢氣成分取決於燒結的原料條件、燃料用量、還原和氧化反應的發展程度、以及抽過燃燒層的氣體成分等因素。

②碳酸鹽的分解和礦化作用

燒結料中的碳酸鹽有CaC03、MgC03、FeC03、MnC03等，其中以CaC03為主。在燒結條件下，CaC03在720℃左右開始分解，880℃時開始化學沸騰，其他碳酸鹽相應的分解溫度較低些。

碳酸鈣分解產物Ca0能與燒結料中的其他礦物發生反應，生成新的化合物，這就是礦化作用。反應式為：

CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2

CaCO3+Fe2O3=CaO ·Fe2O3+ CO2

如果礦化作用不完全，將有殘留的自由Ca0存在，在存放過程中，它將同大氣中的水分進行消化作用：

CaO+H2O=Ca(OH)2

使燒結礦的體積膨脹而粉化。

③鐵和錳氧化物的分解、還原和氧化

鐵的氧化物在燒結條件下，溫度高於l300℃時，Fe203可以分解

Fe304在燒結條件下分解壓很小，但在有Si02存在、溫度大於1300℃時，也可能分解