什么是未烧结铁矿石
铁矿石压块的主要方法之一。贫铁矿选矿得到的铁精矿、富铁矿破碎筛分得到的粉矿、生产中回收的含铁物料(高炉和转炉粉尘、连铸和轧制铁皮等)。)、熔剂(石灰石、生石灰、熟石灰、白云石、菱镁矿等。)和燃料(焦粉和无烟煤)按所需比例混合，加水混合制成颗粒状烧结混合料，平铺在烧结台车上。
铁矿石烧结
1887简史英国T. Huntington和F. Heberlein首次申请了硫化矿鼓风烧结法及该方法中使用的烧结圆盘设备专利。1906年，美国人A. Dwight和R. Lloyd在美国获得了排气带烧结机专利。1911年，第一台有效面积为8m2的连续带式排气烧结机(又称DL烧结机)在美国宾夕法尼亚州布罗肯钢铁公司建成投产。这种设备一出现，就迅速取代了压块机(见方形压块)、烧结盘(见烧结盘)等压块设备。随着钢铁工业的发展，烧结矿的产量也迅速增加。到80年代，世界烧结矿产量已达5亿多吨。我国最早的带式排气烧结机于1926年在鞍山建成投产，有效面积21.81m2。从1935到1937，4台50m2烧结机相继投产，1943最高年产烧结矿达24.7万t，建国后，钢铁工业迅速发展，烧结产能和产量大幅提高。截止1991年底，全国烧结机总有效面积达到9064m2，烧结矿年产量达到9654万吨，重点企业高炉熟料率达到90%。
带式通风烧结法出现后，不仅烧结矿的生产规模和产量有了很大的提高，而且生产技术也有了很大的进步:(1)烧结原料的处理得到了加强，如矿粉的混合、燃料和熔剂的破碎、混合料的精确配料、制粒和预热等。(2)开发了各种增产、节能、提质的新技术，如厚料层烧结、低温烧结、小球烧结、双球烧结、细精矿烧结、双层烧结、热风烧结、新点火技术、烧结矿分级等。(3)烧结设备大型化、机械化、自动化，采用计算机进行生产管理和运行控制；(4)应用除尘、脱硫、去除氮氧化物等环保技术。
矿物粉末的烧结包括许多物理和化学反应过程。无论采用哪种烧结方法，烧结过程基本上都可以分为干燥脱水、烧结物料预热、燃料燃烧、高温固结和冷却三个阶段。这些过程在烧结物中按层顺序进行。图1表示通风条件下烧结过程中各层的反应。泵入的空气通过烧结的热烧结床预热，固体燃料在燃烧床中燃烧，放出热量获得高温(1250 ~ 1500℃)。燃烧层排出的高温废气将对烧结矿进行预热和脱水。根据温度和气氛条件，各层进行不同的物理化学反应:自由水和结晶水的蒸发分解，碳酸盐的分解，氧化铁铁的分解、还原和氧化，硫、砷等杂质的去除，部分氧化物(CaO、SiO _ 2、FeO、Fe2O3、MgO)的固相和液相反应；液相的冷却结晶和固结。
燃烧与传热固体碳的燃烧能提供烧结过程80%以上的热量收入和1250 ~ 1500℃(燃烧层内)的高温，保证了烧结过程中的脱水、石灰石分解、氧化铁分解还原、脱硫、液相生成和固结等物理化学反应。燃烧反应也影响烧结机的产量。
碳在烧结料层中的燃烧反应比较复杂，一般可以表示为:c+O2 = CO2；2C+O2 = 2CO；CO2+C = 2CO；二氧化碳+氧气=二氧化碳.在碳集中的区域，气相中的CO浓度高，CO2浓度低，大气在还原。少碳无碳地区，CO浓度低，CO2浓度高，大气氧化。碳在料层中燃烧的两个最重要的条件是燃料颗粒表面被加热到着火温度和热的燃料表面需要与具有足够氧浓度的气流接触。增加氧气浓度、气体温度、气体流速和燃料的反应表面积都有助于提高燃烧反应速度。烧结常用的燃料是焦粉和无烟煤；高挥发份煤不适合烧结，因为在着火前大量挥发份挥发，容易堵塞管道。
烧结过程中传热速度非常快。烧结材料都是小颗粒，传热效率高，而且还有水的蒸发分解等吸热过程，所以在烧结材料中传热很快。烧结过程中良好的热量利用主要表现在排烟温度低和烧结过程中的“自动蓄热”。后者是指泵入的空气在通过热烧结床(相当于“蓄热室”)时被预热到1000℃以上，增加了燃烧床内的热收入(约占燃烧床总热收入的40% ~ 60%)，提高了燃烧床的温度。随着烧结料层的增厚，这部分热收入增加；随着燃烧层温度的升高，烧结液相增多，烧结强度增加，但烧结速度降低。燃烧层的温度受燃料用量、自动蓄热和燃烧层中各种化学反应的热效应的影响。增加碳含量，增加放热反应，减少吸热反应，有利于提高燃烧层温度，提高料层温度也是如此。
烧结过程中的所有反应和变化都是在气流不断穿过料层的情况下进行的。气流运动对烧结矿的产量和质量有很大影响。垂直烧结速度与通过床的气流成正比。气体流量与抽吸负压、燃烧层温度和料层渗透性有关。因为在烧结过程中各层是不断变化的，所以材料层的透气性和气体流速也在变化。烧结缝孔隙多，透气性好；燃烧层温度高，液相，渗透性差。球形度好的湿料层透气性好，但有时因水蒸气凝结而使料层过湿，破坏了料球，对气流产生很大阻力。如果颗粒在干燥后破碎，干燥层和预热层也会产生更大的阻力。烧结材料的渗透率指数p可由下式表示:
P=F / A(h/S) n
其中f为风量，m3/min；；a为排气面积，m2；h是材料层厚度，m；s为吸入负压，kPa；n是烧结过程中与气流性质、原料性质、物料状态有关的系数，一般n = 0.5 ~ 1.0。烧结料层的透气性与矿粉的粒度、返矿的数量和质量、混合料的加水量、矿粉的成球性能、粘结剂的使用、烧结矿的预热和烧结温度有关。气流是否沿物料表面均匀分布会影响烧结过程的均匀性，尤其是大型烧结机。气流分布不均匀导致烧结不均匀，导致成品率下降，返矿多，质量差，降低烧结矿质量。分布均匀，烧结台车结构合理完整，有利于气流的均匀分布。
水分的蒸发和凝结以及向烧结物中加入一定量的水分是粉体制粒的需要。当烧结温度达到100℃或更高时，水分蒸发剧烈，烧结废气湿度增加。当废气离开干料层进入湿料层时，由于冷却，温度下降到露点以下，废气中的水蒸气在湿料层中凝结，使湿料层的湿度超过了原来的湿度，这就是“过湿现象”。湿度过大会破坏颗粒，降低材料层的透气性。预热烧结矿可以减少或消除湿度过大的现象。烧结过程中细精矿的过湿现象比富矿粉的过湿现象更严重。结晶水形式的水是一种化学结合水，只有在较高的温度下才能分离除去。
分解、氧化和还原烧结过程中的主要分解反应是碳酸盐(CaCO3、MgCO3和FeCO3等)的分解。)和一些氧化物。当碳酸盐分压为101.325 kPa时，其温度为CaCO3 910℃，MgCO3 630℃，FeCO3 400℃。因此，它们可以在烧结过程中完全分解。如果石灰石粒度较粗，不仅会延长分解时间，而且不能完全分解，不能与其他氧化物充分矿化。残留在烧结物中的游离CaO将导致烧结物的粉化。所以要求石灰石的粒径小于3 mm，碳酸盐分解是一个吸热反应，增加石灰石的量一般需要增加碳的量。
在烧结过程中，根据氧化铁的形态、温度和气相组成，氧化铁可以发生分解、还原或氧化反应。Fe2O3在1383℃时的分压为20.6 kPa (0.21大气压)，烧结时的氧分压较低(6.8 ~ 18.6 kPa)，因此可发生在1300 ~ 1350℃(燃烧层)。Fe3O4和FeO的部分减压很小，烧结时不可能产生热分解。Fe2O3的部分减压较高，烧结废气中往往含有少量的CO，在300 ~ 400℃可被还原，所以Fe2O3在预热层和燃烧层被还原。Fe3O4的分解压力较低，只能在CO浓度较高的气氛中还原，所以还原只在燃烧层中燃料颗粒附近温度和CO浓度较高的区域进行。FeO仅在燃料比高(>:10%)时起作用，可以还原成一些金属铁。在低燃料比条件下，Fe2O3的热分解和还原反应相对较少。在烧结矿层中，由于没有碳，Fe3O4和FeO可以部分氧化成Fe2O3。
非铁元素在烧结过程中的行为MnO2 _ 2和mn2o _ 3具有较高的分压(当分压为20.6kPa时，温度为460℃和927℃)，因此它们可以在预热层分解和还原，生成的Mn3O4和SiO2 _ 2形成低熔点的Mn2SiO4。FeS2在565℃开始热分解(2FeS2 = 2FeS+S2)，但分解前可被氧化(4 FeS 2+11o 2 = 2 fe2o 3+8so 2)。在565 ~ 1383℃时，氧化和热分解同时进行，氧化产物处于较高温度。FeS2(FeS)也能被Fe2O3氧化，生成的SO3能被CaO吸收生成CaSO4。减小矿粉的粒径，配合适当的燃料量，保持足够的氧化气氛和高温，有利于去除；提高碱度会降低脱硫率，一般烧结过程可以脱除90%以上的硫。硫酸盐(BaSO4等)的分解温度。)高，脱硫率达80% ~ 85%。As2O3容易去除，但As2O3非常稳定。PbS和ZnS可被氧化成PbO和ZnO，溶解在硅酸盐渣相中。因此，As、Pb、Zn在烧结过程中难以脱除，在高燃料比条件下，部分可以脱除。加入少量氯化物(CaCl2等。)能生成挥发性的AsCl3、PbCl 2和ZnCl2，可去除60%的As、90%的Pb和60%的Zn。K2O、Na2O和P2O5在烧结过程中难以去除。
矿粉的熔化与熔化前固化的矿粉之间存在固态反应。它是矿物粉末加热到低于其熔点的一定温度时，由于颗粒表面离子动能增加而引起的迁移、扩散和相互结合成新的化合物的反应。固态反应产物2 Cao·SiO 2出现的温度为500 ~ 690℃。CaO Fe2O3的温度为400 ~ 600℃；2CaO Fe2O3为400℃；2 FeO SiO 2是970℃。这些反应可以在预热层和燃烧层进行，但由于时间短，不会有大的发展。2CaO SiO2 _ 2在高温熔体中可以完全保存，2FeO SiO2 _ 2部分分解，而CaO Fe2O3和2CaO Fe2O3则完全分解。固态反应是放热反应，其反应程度不仅受温度影响，还受接触条件和化学亲和力的影响。在还原、氧化和固相反应过程中，烧结矿中会出现一些低熔点的物质，如2feo SiO 2(熔点为1205℃)，及其* * *晶体混合物(1177 ~ 1178℃)，Cao。FeO-2CaO SiO2为* *晶体混合物(1280℃)，CaO Fe2O3-CaO 2Fe2O3为* *晶体混合物(1200℃)，CaO Fe2O3-2CaO Fe2O3-Fe3O4为* *晶体混合物(1200℃)，这些物质先熔化，其余物质继续熔化，改变自身成分，形成新的熔体。熔体的成分受烧结矿成分和还原氧化反应程度的影响，但熔体基本上可分为硅酸盐系和铁氧体系。烧结矿品位高(即SiO2 _ 2含量低)、碱度高、氧化程度高，有利于铁素体熔体的形成；相反，它有助于硅酸盐熔体的形成。熔体冷却凝固后形成不同结构的烧结物。在冷却固化过程中，矿物如赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4)、铁酸钙(CaO Fe2O3和2CaO Fe2O3)、硅酸钙(2CaO SiO2和3CaO SiO2)等。)和钙铁橄榄石(CaO FeO SiO2)可根据不同的熔体组成结晶。在含TiO _ 2和caf _ 2的烧结物中，可以形成钙钛矿(CaO TiO2 _ 2)和cuspidine(3 CaO 2 SiO 2 caf _ 2)。最后低熔点的玻璃体固化，其成分主要是硅酸盐，成分复杂。不同的矿物成分对烧结矿的性能有很大的影响。比如铁酸钙的还原性比钙铁橄榄石和铁橄榄石(2feo SiO 2)好；2cao SiO 2在冷却过程中发生晶型转变(β 2cao SiO 2 → γ 2cao SiO 2)，体积膨胀约65，438+00%，导致烧结粉末粉化。非晶态玻璃体的强度比晶态矿物差。在凝固过程中，由于体积收缩，产生不同大小和数量的孔隙。小而多的孔隙有利于提高强度和还原性，而大的孔隙结构不利于提高强度和还原性。
烧结方法和设备烧结方法根据气体在材料层中的流动方向可分为两种:排气烧结法和吹气烧结法。鼓风烧结法虽然具有疏松料层、提高料层透气性的作用，但其主要缺点是环境污染严重、矿粉鼓风损失大。因此，吹气烧结法已被排气烧结法完全取代。烧结设备包括带式烧结机和间歇式圆盘烧结机。带式烧结机以其高产量、机械化和自动化已取代间歇式圆盘烧结机。在世界烧结矿总产量中，99%以上是由带式排气烧结机生产的(见带式烧结机烧结)。我国一些乡镇企业也采用土法烧结(见平吹烧结)。
烧结过程是将铁矿石(精矿、富矿粉)烧结成烧结矿的过程。现代烧结工艺包括原料准备、烧结和烧结矿处理三个部分。每个部分由几个过程组成(见图2)。原料的准备包括原料的储存和混合(见矿石混合)，熔剂和燃料的加工、配料、混合和制粒，以及材料的分配。烧结部分包括点火和排气烧结。烧结矿处理包括冷却、破碎、筛分和分级。
熔剂和燃料的加工和烧结主要的熔剂是石灰和白云石，它们是碳酸盐。在烧结过程中，不仅要完全分解，而且分解的CaO和MgO要能与其他氧化物充分结合，生成新的矿物。否则烧结矿会含有游离CaO，造成粉化，不利于储存。因此，焊剂的粒径应小于3mm；而石灰石和白云石的入料粒度一般为40 ~ 0 mm或更粗，所以必须粉碎。熔剂粉碎工艺基本上是闭路粉碎，粉碎操作大多采用锤式破碎机或反击式破碎机；自定心振动筛用于筛分作业。一般生石灰和熟石灰进厂时粒径都比较细，不需要再次破碎。但生石灰会灼伤人体皮肤，宜采用气体运输，并加强工作区域的密封。