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1、烧结工技能鉴定培训教材（适用范围:高级工）主 编：王 东副主编：孙百合、郑艳芳二零零九年八月三十日前 言针对公司二期规划建设的要求，受公司培训教材开发小组的委托，编写了此书。编写过程中，依据培训教材大纲的要求，合理确定教材的深度和广度，并结合公司生产实际和发展要求，精选教材内容，既阐明必要的理论知识，也结合生产实际，介绍工艺和设备操作要点，并力求简明，易懂，便于专业人员和一线员工以及公司处室人员自学。在编写过程中，得到唐山建龙烧结厂专业工程师王志强、津西烧结厂副厂长蒋仲秋、技术科长王晓民、二车间主任李学恩以及承德建龙烧结厂副厂长刘宝志、技术处白守全等人员的大力支持和帮助，谨表谢意。书中的不足之
2、处，恳请读者批评指正。 编 者 2009年8月目 录编写大纲6第一章 绪论8第一节 概述8第二节 烧结的目的和意义9第三节 烧结技术的发展及现状10第四节 烧结方法11第五节 烧结与球团的区别12第二章 高级工理论知识要求13第一节 烧结原燃料13一、含铁矿石的种类和作用13二、烧结生产所用的熔剂、燃料及其作用15第二节 烧结过程的基本理论18一、抽风烧结过程概述18二、燃料的燃烧与热交换20三、烧结料层中的气流运动22四、水分的蒸发、分解与冷凝25五、碳酸盐分解及氧化钙的矿化作用26六、烧结过程中金属氧化物的分解、还原于氧化28七、固相之间的反应31八、液相生成与冷却结晶36九、烧结矿的矿物
3、组成、结构、及其对品质的影响45十、烧结过程中某些有害元素的脱除52第三章 高级工专业知识要求58第一节 烧结生产工艺流程58一、烧结生产工艺的概念58二、烧结工艺流程的选择和前提58三、抽风烧结生产程序58第二节 烧结机技术操作方针60一、烧结技术操作方针的目的和意义60二、烧结厂20字技术操作方针内容60第三节 烧结原料的准备61一、烧结原料及其要求61二、烧结原料的准备61第四节 烧结配料62一、配料的目的和要求62二、配料方法62三、配料计算及碱度调整注意事项63第五节 烧结料的混合和制粒67一、烧结料混合的目的67二、混匀与制粒方法67三、影响混匀与制粒的因素67四、混匀与制粒效果7
4、0第六节 布料操作71一、烧结对布料操作的要求71二、烧结矿槽仓位控制71第七节 点火操作72一、烧结料的点火必须满足哪些要求72二、点火参数包括哪些参数72三、使用双预热炉点火有哪些注意事项73第八节 混合料的烧结74一、烧结风量和负压74二、料层厚度与机速74三、烧结终点判断75第九节 烧结矿的处理76一、烧结矿的处理流程76二、烧结矿的冷却76三、烧结矿的整粒76第十节 烧结主要技术经济指标及检测方法78一、烧结主要技术经济指标78二、烧结产品的质量指标检测方法79第四章 高级工理论相关知识要求81第一节 带式烧结机的结构、性能及工作原理81一、带式烧结机的结构及工作原理81二、带式烧结
5、机的规格和技术性能82第二节 煤气防爆、防火知识84一、煤气爆炸的条件84二、产生煤气爆炸的原因84三、如何来预防煤气爆炸84四、如何防止煤气着火事故的产生84五、如何处理煤气着火事故85第五章 高级工技能知识要求86第一节 设备联锁开、停机操作86一、控制与操作方式86二、设备开停机操作程序86三、技术操作要求87四、有关注意事项87第二节 引煤气点火操作及控制88一、开机点火准备88二、点火炉和预热炉烘炉操作88三、引煤气操作91四、开机点火操作91五、停机熄火操作（先停预热炉，后停点火炉）92六、煤气使用应注意的事项92第三节 烧结铺底料控制93第四节 布料操作及控制94第五节 烧结终点
6、判断与控制95一、“三点”温度和“五勤”操作的内容95二、烧结“终点”概念，严格控制“终点”的意义，判断和控制“终点”的标准95第六节 烧结料碳和水分的判断与调节96一、烧结料水分的判断和控制96二、烧结过程碳的判断与控制96第七节 烧结过程中应注意的事项97一、烧结操作对FeO的影响97二、烧结操作对碱度的影响97三、烧结料层上下部温度不均匀现象对烧结矿质量的影响97第八节 单辊（润滑油站）岗位技术操作程序98一、单辊部分98二、润滑油站部分98第九节 烧结机常见故障及处理方法100一、烧结机上回车道的现象、原因及处理方法100二、烧结机台车轮卡弯道的现象、原因及处理方法100三、烧结机台车
7、塌腰卡风箱隔板的现象、原因及处理方法100四、烧结机台车挡板卡辊式布料器或反射板或点火器的现象、原因及处理方法100五、烧结机换台车时，新台车放不进去的现象、原因及处理方法100六、烧结机台车在轨道上蠕动的现象、原因及处理方法100七、烧结机台车脱轨的现象、原因及处理方法101第十节 突发情况下异常处理102一、停电102二、停煤气102三、助燃风机突然停风102四、主抽风机突停102五、停水102第十一节 点火炉及预热炉砌筑施工要点103一、点火炉103二、WSD型双预热炉103第六章 工具使用及设备维护105一、烧结生产看火工常用工具都有哪些105二、烧结主机设备维护105第七章 烧结工安
8、全知识107第一节 看火工安全操作技术107第二节 煤气安全知识及煤气中毒急救方法108一、煤气中毒事故的原因108二、煤气中毒事故的预防109三、煤气中毒事故的处理110一、钢铁行业五大安全隐患111二、五大安全隐患的防护措施111第八章 烧结发生的典型设备事故案例112设备事故案列一112设备事故案列二112设备事故案列三113参考文献114编写大纲类别项目鉴定范围鉴定比重知识鉴定内容基本知识（20%）1.烧结基础知识42.烧结原燃料63.烧结过程的基本理论10专业知识（70%）1.烧结生产工艺流程52.烧结机技术操作方针53.烧结原料的准备54.烧结配料105.烧结料的混合和制粒56.布
9、料操作77.点火操作108.混合料的烧结109.烧结矿的处理510.烧结主要技术经济指标及检测方法8相关知识（10%）1 .带式烧结机的结构、性能及工作原理52.煤气防爆、防火知识5操作技能（70%）1.设备联锁开、停机操作52.引煤气点火操作及控制83.烧结铺底料控制34.布料操作及控制55.烧结终点判断与控制86.烧结料碳和水分的判断与调节87.烧结过程中应注意的事项88.单辊（润滑油站）岗位技术操作程序59.烧结机常见故障及处理方法510.突发情况下异常处理811.点火炉及预热炉砌筑7工具及设备维护（20%）正确使用及维护设备20安全及其它（10%）执行安全生产操作规程、预案10第一章
10、绪论第一节 概述所谓烧结，既是将各种粉状含铁原料，按要求配入一定数量的燃料和熔剂，均匀混合制粒后布到烧结设备上点火烧结；在燃料燃烧产生高温和一系列物理化学反应的作用下，混合料中部分易熔物质发生软化、熔化，产生一定数量的液相，液相物质润湿其他未熔化的矿石颗粒；随着温度的降低，液相物质将矿粉颗粒粘结成块。这个过程成为烧结，所得到的块矿叫烧结矿。目前，生产人造富矿的方法主要有烧结法和焙烧球团法。由于烧结矿和球团矿都是经过高温制成的，因此又统称为熟料。第二节 烧结的目的和意义高炉炼铁冶炼过程中，为了保证料柱的透气性良好，要求炉料粒度均匀，粉末少，机械强度（冷强度和热强度）高。为了降低高炉焦比，要求炉料
11、含铁品位高，有害杂质少，且具有自熔性和良好的还原性能。采用烧结方法后几乎全能达到。贫矿经过选矿后所得到的细粒精矿，天然副矿在开采过程中和破碎分级中所产生的粉矿，都必须经过烧结成块才能进入高炉。含碳酸盐和结晶水较多的矿石，经过破碎进行烧结可以除去挥发份而使铁富集。某些难还原的矿石，或还原期间容易破碎或体积膨胀的矿石，经过烧结可以变成还原性良好和热稳定性高的炉料。铁矿石中某些有害元素，如硫、氟、钾、钠、铅、鋅、砷等，都可以在烧结过程中大部分去除或回收利用。通过烧结过程，可以利用工业生产中的副产品，如高炉炉尘、转炉炉尘、轧钢皮、硫酸渣等，使其变废为宝，合理利用资源，扩大原料来源，降低生产成本，并可净
12、化环境。生产实践证明，高炉使用烧结矿和球团矿之后，高炉冶炼可以达到高产、优质、低耗、长寿的目的。第三节 烧结技术的发展及现状烧结生产起源于英国和德国。大约在1870年，这些国家就开始使用烧结锅，用来处理矿山开采、冶金工厂、化工厂等的废弃物。1892年美国也出现了烧结锅。世界钢铁工业第一台带式烧结机于1910年在美国投入生产。这台烧结机的面积为8.325m2（1.07m7.78 m），当时用于处理高炉炉尘，每天生产烧结矿140t。它的出现引起了烧结生产的重大变革，从此带式烧结机得到了广泛的应用。我国铁矿资源十分丰富。由于历史原因，建国前钢铁工业十分落后，烧结生产更为落后，1926年3月在鞍山建成
13、四台21.63m2（1.067m20.269m）带式烧结机，日产量1200t。1935年，1937年又相继建成四台50m2烧结机，每年烧结产量达19万吨。建国后，我国烧结工业有了很大的发展，1952年鞍钢从苏联引进75m2烧结设备技术，这套在当时具有国际先进水平的设备，对新中国的烧结工业起到了示范作用。随着我国钢铁工业的不断发展，一些钢铁公司的烧结厂相继建成投产。目前国内已拥有13m2、18 m2、24 m2、36 m2、50 m2、75 m2、90 m2、130 m2、182 m2、265 m2、450m2的带式烧结机。年生产能力已超过1亿吨。第四节 烧结方法烧结方法根据使用的烧结设备和供风
14、方式不同，可大致分为鼓风烧结、抽风烧结、在窑内烧结三种方法。1、鼓风烧结：分烧结锅、平地吹两种；2、抽风烧结：分连续式和间歇式两种；其中连续式又分带式烧结机和环式烧结机烧结、间歇式粉固定式烧结和移动式烧结；3、在窑内烧结分回转窑烧结和悬浮式烧结两种；目前广泛采用带式抽风烧结机，因为他的生产率高、原料适应性强、机械化程度高、劳动条件好更便于大型化、自动化，世界上有90%以上的烧结矿是用这种方法生产的。间歇式抽风烧结机具有投资少、见效快、易掌握和就地取材等优点，但生产率低、劳动条件差，一些中小型企业采用这种方法。如图1-1。第五节 烧结与球团的区别 人造块矿有烧结矿和球团矿。烧结矿是一种多种矿物组
15、成的多孔集合体，气孔率在4050，它是把各种矿石和熔剂、燃料混合后人工烧结而成的，它的性质受到矿物组成、碱度、烧结过程的影响。球团矿是细精矿粉加少量的添加剂造球后经过干燥和高温氧化性气氛Fe2O3再结晶的晶桥键固结成的品位高、强度好、粒度均匀的球状原料。它的特点是品位高、微气孔、FeO含量低、主要矿物是Fe2O3还原性好、冷强度好、自然堆角小、含硫低。但有还原膨胀和软熔性差的特点。烧结和球团都是粉矿造块的方法。但它们的生产工艺和固结成块的基本原理有很大的区别，在高炉上冶炼的效果也有各自的特点。烧结与球团的区别主要表现在以下三个方面：1、对原料粒度的要求不同：为了保证料层透气性良好，烧结要求的原
16、料是010mm的富矿粉和返矿以及粒度较粗的精矿粉，石灰石和燃料粒度也要求在03mm。球团则相反，为了满足造球的需要，无论何种原料都必须磨细，上限要小于0.2mm。小于0.074mm(-200网目)的要占80%以上，球团生产对原料粒度的这种要求，正好为越来越多的细磨精矿的处理开辟了道路。2、固结成块的机理不同：烧结矿是靠液相固结的，为了保证烧结矿的强度，要求生产一定数量的液相，因此混合料种必须有燃料，为烧结过程提供热源，而球团矿主要是靠矿粉厂颗粒的高温再结晶固结的，不需要产生液相，热量由焙烧炉内的燃料燃烧提供，混合料中不加燃料。3、成品矿的形状不同：烧结矿是形状不规则的多孔质块状，而球团矿是形状
17、规则的1016mm的球。思考题1、烧结的概念？2、烧结的目的和意义？3、烧结生产的起源？4、高炉冶炼对烧结矿质量有哪些要求？5、烧结与球团的区别？第二章 高级工理论知识要求第一节 烧结原燃料一、含铁矿石的种类和作用1、含铁矿石烧结生产使用部分富铁矿粉，不宜直接使用贫铁矿石，但贫铁矿石是选取精矿粉的原料，因此，铁矿石的种类、品质对烧结生产十分重要。自然界中含铁矿物很多，但能利用的只有20余种。其中主要是磁铁矿石、赤铁矿石、褐铁矿石、菱铁矿石。铁矿物按照不同存在形态，分为磁铁矿，赤铁矿，褐铁矿，菱铁矿四大类。磁铁矿的主要存在形式是Fe3O4,比密度为4.95.2，硬度为5.56.5，有金属光泽，具
18、有磁性。其理论含铁量为72.4%。磁铁矿晶体为八面体，组织结构致密坚硬，一般成块状和粒状，表面颜色由钢灰色到黑色，条痕均为黑色，俗称青矿。一般开采出来的磁铁矿石含铁量为30%-60%，当含铁量大于45%，粒度大于10mm，可供炼铁厂使用，粒度小于10mm的作烧结原料。当含铁量低于45%，或有害杂质含量超过规定时，必须经过选矿处理。通常采用磁选法，所得到的高品位磁选精矿，是烧结矿的主要原料。赤铁矿的矿物成分是不含结晶水的三氧化二铁(Fe2O3)，密度为4.85.3，硬度不一，结晶完整的赤铁矿硬度为5.5-6，理论含铁量为70%。赤铁矿的条痕为红色。褐铁矿是一种含结晶水的三氧化二铁，可用mFe2O
19、3.nH2O来表示。褐铁矿的条痕为黄褐色。菱铁矿是一种铁的碳酸盐，化学式FeCO3，理论含铁量为48.2%。在碳酸铁的矿床中，碳酸盐的一部铁往往与其它金属组成各种复盐。自然界中有工业开采价值的菱铁矿比上述三种矿石都少，其含铁量在30%40%。但经焙烧后，因分解放出CO2，使其含铁量提高，矿石也变得多孔而易破碎，还原性好。2、铁矿石的评价 决定铁矿石品质的因素，主要是它的化学成分、物理性质和冶金性能等。 （1）含铁量（矿石品位）矿石含铁量的高低，是评价铁矿石品质的主要指标。它决定了矿石的开采价值和冶金价值。含铁量高，可以提高高炉产量和降低吨铁燃料消耗；含铁量低，生产率下降并增加燃料消耗。因此铁矿
20、石的含铁量愈高愈好。 （2）脉石成分脉石中的SiO2、Al2O3叫酸性脉石，CaO、MgO叫碱性脉石，绝大多数矿石的脉石是酸性脉石。当矿石中（CaO+MgO）/ （SiO2+Al2O3）的比值接近高炉炉渣碱度时，叫做自熔矿石。因此矿石中CaO含量多，冶金价值高；相反SiO2含量高，矿石的冶金价值下降。适当的MgO含量有利于提高烧结矿品质和改善炉渣的流动性，但过高会降低气脱硫能力和炉渣流动性。Al2O3在高炉渣中为酸性氧化物，渣中浓度超过18%22%时，炉渣难熔，流动性差。因此，矿石中Al2O3要加以控制，一半般矿石中SiO2/ Al2O3的比值不小于23。包钢铁矿石含有CaF2脉石，它使熔点降
21、低，流动性增加并腐蚀设备和污染环境；攀钢铁矿石含有TiO2脉石，它使炉渣变黏，而导致渣铁部分，炉钢堆积和生铁含硫升高等。 （3）有害杂质含量矿石中主要有害杂质通常是硫（S）磷（P）铅（Pb）锌( En)、砷（AS）、氟（F）、铜（Cu）锰（Mn）、铬（Cr）、钒（V）、钛（Ti）、碱金属。硫：对钢材是最有害的成份，能造成钢材“热脆性”。炼钢生铁硫的含量最高不能超过0.05%。鞍钢经验、矿石含硫每升高0.1%，焦比升高5%，一般规定，矿石中含硫S0.06%为一级矿；S0.2%为二级矿；S0.3%为高硫矿。S在高炉内可除去90%以上。磷：磷是钢材中的有害成分，它使钢材产生“冷脆性”。在选矿和烧结中
22、不易去除，而炼铁过程中又全部进入生铁，所以控制含磷量的唯一途径就是控制原料的含磷量在0.3%以下。铅、锌、铜、碱金属等在烧结和炼铁过程中都不易或基本无法去除。更不溶于生铁，在炉内不断循环富集，破坏炉底、炉衬、甚至结瘤。所以，矿石中含铅限制在0.1%以下，锌0.10.2%。钒、钛：通常存在与钒、钛磁铁矿中，但含量很少，是非常宝贵合金元素。高炉冶炼中，它们所起的好作用是使炉渣出现粘稠现象，挂在炉墙起到保护作用。坏作用是，减少炉渣流动性，使渣中带铁。（4）矿石的还原性铁矿石还原性是指指矿石被还原性气体或H2还原的难易程度，还原性越高的矿石愈易还原。矿石的还原性与矿物组成，结构致密程度、粒度及气孔率有
23、关。磁铁矿难还原，人造富矿的还原性比天然矿石好。（5）矿石的软化性铁矿石的软化性是指矿石软化温度和矿石区间两个方面。软化温度是指矿石在一定的何种下加热变形的温度；软化温度区间是指矿石开始软化到软化终了的温度范围。对高炉冶炼来讲，矿石软化温度高，软化区间窄，则矿石软化性能好。（6） 矿石的粒度、强度及气孔度矿石强度高，粒度均匀大小适中、气孔度高则高炉料柱透气性好，矿石易还原。矿石的气孔度分体积气孔度和面积气孔度，体积气孔度是矿石中气孔所占体积相当于矿石总体积的百分比，面积气孔度是单位矿石体积内表面的绝对值。气孔分开口和闭口两种。（7）各项指标稳定性高炉冶炼、烧结生产都要求有一个相对稳定的原料条件
24、。不但要有足够数量，还要求原料的理化性能相对稳定。特别是矿石的含铁量、脉石成分和数量、有害杂质等指标的波动，都会影响生产过程的正常进行和产品品质的波动。3、铁精矿粉铁精矿粉是选矿厂的最终产品。铁精矿粉含铁量高，有害杂质少、粒度细，是我国烧结矿生产的主要含铁原料。（1）铁精矿粉的含铁量是衡量铁精矿粉品质的主要指标。精矿粉含铁量愈高，生产出的烧结矿含铁量也高，经济价值就愈高，铁精矿粉含铁量一般为60%68%，当然愈高愈好。精矿脉石矿物SiO2应尽量低，Al2O3/ SiO2应控制在0.10.3，CaO和MgO含量高一点，经济价值高；有害杂质愈少愈好，精矿粉还原性和熔化性能要好。（2）铁精矿粉的粒度
25、精矿粉很细，小于200目的占60%以上，精矿粉粒度粗细与矿石的晶粒大小有关，与磨矿工艺有关。精矿粒度除用网目表示外，还经常用比表面积表示。所谓比表面积是指单位质量或单位体积精矿粉所具有的表面积，单位为cm2/g或cm2/cm3。（3）铁精矿粉的矿物组成精矿主要含铁矿物是磁铁矿，赤铁矿；脉石矿物主要是石英（SiO2），其次是白云石（CaCO3.MgCO3）。（4）铁精矿粉的烧结性能对烧结过程和烧结矿的产量、品质都有十分重要的影响。了解各种精矿粉性能，选择和搭配使用烧结性能不同的铁精矿粉，合理掌握烧结因素，是充分利用资源，达到优质高产的有效措施。对烧结过程影响较明显的铁精矿粉的理化性能，主要包括精
26、矿粉种类、化学成分、粒度、水分、亲水性和成球性，以及软化-熔融特性等。这些因素往往互相交错，从而对烧结过程表现出不同程度的影响。例如，粒度粗的磁铁矿粉，较致密、成球性差，软化和熔化温度区间较窄，一般处于难烧结的精矿；而细磨磁铁矿粉较容易烧结。赤铁矿一般成球性较好，当加入大量熔剂时，熔点也较低，易于烧结；但浮选赤铁矿又常因难脱水，呈泥团状，使烧结产生困难。其他如褐铁矿和菱铁矿烧结时由于结晶水和CO2分解出台，不但要多耗燃料，而且影响烧结矿的强度。脉石的类型和数量对铁精矿粉的烧结也有相助的影响。例如，用含SiO2超过15%的铁精矿粉生产自熔性烧结矿时强度差；但经过精选，把铁精矿粉SiO2含量降低到
27、4%5%以下，又会出现烧结时液相量太少的问题，必须相应采取其他措施才能使烧结矿的强度得到保证。精矿含Al2O3过多时，熔点高，难烧结。另外，铁精矿的软化温度低，软化温度区间越宽，越容易生成液相，这种矿石的烧结性能好。4、其他含铁原料（1）富矿粉，炼铁原料筛下物，在烧结生产时参加配料，既可提高料层透气性又可合理利用这些副矿粉。（2）高炉炉尘，是从高炉煤气系统中回收的高炉瓦斯灰，它主要有矿粉、焦粉及少量石灰石粉组成。平均炼1吨铁可产生3050kg炉尘。做烧结原料，能解决熔剂和燃料消耗，降低生产成本。（3）转炉炉尘，是从氧气转炉的炉气中经除尘器回收的含铁原料，含铁量为60%70%，粒度小于0.1mm
28、。（4）轧钢皮，是从轧钢过程剥落下来的氧化铁皮，轧钢皮一般占总钢材的2%3%，含铁60%75%，并且有害杂质少，密度大，是很好的烧结原料。（5）硫酸渣，是化工厂黄铁矿制硫酸的副产品，红色为赤铁矿，品位小于35%，黑色为磁铁矿，品位在50%左右。详见表1-4。二、烧结生产所用的熔剂、燃料及其作用1、烧结使用的熔剂普遍是含CaO和MgO高的碱性熔剂，常用的有石灰石、白云石、生石灰和消石灰。（1）石灰石：主要化学成份是CaCO3，理论含CaO量为56%。（2）白云石：主要化学成份是CaCO。MgCO3, 理论含CaO量为30.4%，MgO量是21.7%。（3）生石灰：是石灰石经过高温煅烧后的产品，主
29、要成份是CaO。利用生石灰代替部分石灰石作为烧结熔剂，可强化烧结过程。这是因为生石灰遇水后，发生消化反应生成消石灰，并放出热量可以提高料温，减少烧结过程的过湿现象。（4）消石灰：是生石灰加水消化后的熟石灰，其化学式为Ca(OH)2.含CaO65% 左右，含水一般在1020%。作用：熔剂是高炉冶炼过程中的造渣物质。在烧结生产中加如熔剂不仅改善烧结过程，强化烧结，提高烧结矿产量，品质，而且，可以向高炉提供自熔性和高碱度烧结矿。熔剂与矿石中的高熔点脉石熔化生成熔点温度较低的易熔体，能够去除部分有害杂质。2、对熔剂的品质要求：有效成分含量高，酸性氧化物及有害杂质P、S少，粒度和水分适宜。（1）有效熔剂
30、性：是根据烧结矿碱度要求，扣除本身酸性氧化物所消耗的碱性氧化物成分，所剩余的碱性氧化物成分，所剩余的碱性氧化物的含量而确定的。 有效溶剂性 CaOSiO2R（2）有害杂质P、S要低：含S一般为0.01-0.08%，含P一般为0.01-0.03%。（3）粒度和水分：从有利于烧结过程中各种成分之间的化学反应速度和完全这一点来看，熔剂粒度越细越好，熔剂粒度粗，反应速度慢，生成的化合物不均匀程度大，甚至残留未反应的CaO“白点”对烧结矿强度有很坏的影响。但是，熔剂破碎过细，不仅提高生产成本，而且烧结料透气性变坏。熔剂粒度控制在03mm即可。生石灰进厂应尽量不含水或少含水。3、烧结使用的燃料主要是：焦粉
31、和白煤。作用：燃料在烧结过程主要起发热剂和还原剂的作用。4、对燃料的品质要求： （1）固定碳含量高； （2）挥发份和灰分含量低；（3）合适的粒度03mm大于80%； （4）适宜的水分； （5）硫含量低。5、液体燃料成分见表1-10。第二节 烧结过程的基本理论一、抽风烧结过程概述抽风烧结是将准备好的含铁原料、燃料、熔剂经混合制粒，布到烧结台车上，台车沿着烧结机的轨道向排料端移动，台车移动的同时用点火器在烧结料面点火并开始抽风，于是烧结反应便开始。点火时和点火后，下部风箱强制抽风，通过料层的空气和烧结料中燃料燃烧所产生的热量，使烧结混合料经受物理和化学的变化，生成烧结矿。到达排料端时，烧结料层中进
32、行的烧结反应即告终结。 见图2-1。 烧结过程是复杂的物理化学反应的综合过程。在烧结过程中进行着燃料的燃烧和热交换，水分的蒸发和冷凝，碳酸盐和硫化物的分解和挥发，铁矿石的氧化和还原反应，有害杂质的去除，以及粉料的软化熔融和冷却结晶等。其基本现象是：混合料的点火和抽风使其中的碳燃烧产生热量，并使烧结料层在总的氧化气氛中，又具有一定的还原气氛，因而，混合料不断分解、还原、氧化和脱硫等一系列反应，同时在矿物间产生固液相转变，生成的液相冷凝时把未融化的物料粘在一起，体积收缩，得到外观多孔的块状烧结矿。通过大量的实验对正在烧结过程的台车进行断面分析，发现沿料层高度由上向下有五个带，分别为烧结矿带、燃烧带
33、、预热带、干燥带和过湿带。这些反应随着烧结过程的发展而逐步下移，在到达炉箅后才一次消失，最后只剩下烧结矿带。1、烧结五带的特征（1）烧结矿带在点燃后的烧结料中燃料燃烧放出大量热量的作用下，混合料熔融成液相，随着高负压抽风作用和燃烧层的下移，导致冷空气从烧结矿带通过，物料温度逐渐降低，熔融的液相被冷却凝固成网孔状的固体，这就是烧结矿带。此带主要反应是液相凝结、矿物析晶、预热空气，此带表层强度较差，一般是返矿的主要来源。（2）燃烧带该带温度可达13501600，此处混合料软化、熔融及液相生成，发生异常复杂的物理化学变化。该层厚度为1550mm。此带对烧结产量及质量影响很大。该带过宽会影响料层透气性
34、，导致产量低。该带过窄，烧结温度低，液相量不足，烧结矿粘结不好，导致烧结矿强度低。燃烧带宽窄主要受物料特性、燃料粒度及抽风量的影响。（3）预热带该带主要使下部料层加热到燃料的着火温度。一般温度为400800。该带主要反应是烧结料中的结晶水及部分碳酸盐、硫酸盐分解，磁铁矿进行还原以及组分间的固相反应等。（4）干燥带烧结料的热废气从预热带进入下层，迅速将烧结料加热到100以上，因此该带主要是水分的激烈蒸发。（5）过湿带从烧结料点火开始，物料中的水分就开始转移到气流中去。含有水蒸气的废气经过料层冷却后，废气被冷却到露点温度，致使其中水蒸气冷凝，这部分烧结料中的水分含量超过了物料的原始水分，出现了过湿
35、现象，这一区域成为过湿带。该带严重影响了烧结料的透气性，破坏已造好混合料小球，最好的解决办法就是预热混合料。2、烧结过程分层原因带式烧结机有明显的分层性，如图22所示。抽风烧结过程的这种分层性，是烧结过程自上而下进行的特点所决定的。烧结料中的燃料点燃之后，随抽入的空气继续燃烧，于是料层的表面形成了燃烧层，当这一层的燃料燃烧完毕后，下部料层中的燃料继续燃烧，于是燃烧层向下移动，而其上部形成了烧结矿层。燃烧层产生的高温废气进入燃烧层以下的料层之后，很快将热量传递给烧结料，使料温急剧上升。随着温度的升高，到100以上，首先出现混合料中的水分蒸发，达到300400，水分蒸发完毕，继续升高到800，混合
36、料中的燃料着火。这样，燃烧层下部形成了100400之间以水分蒸发为主的干燥层和400800之间的预热层。实际上，干燥层和预热层之间没有明显的界限，因此，也有统称为干燥-预热层的。高温废气将热量传递给混合料使之干燥和预热之后，进入干燥层以下的料层，当温度下降到水蒸气的露点（大约60）以下时，在干燥层中蒸发进入废气的水分在这里重新凝结，形成了过湿层。随着烧结过程的进行，燃烧层、预热层和干燥层逐渐下移，烧结矿层逐渐扩大，湿料层逐渐减小，最后全部烧结料变为烧结矿层。烧结矿层燃烧层预热层干燥层湿料层铺底料料层高度温度，水分凝结去水冷却，再氧化冷却，再结晶固体碳燃烧和液相形式固相反应，氧化和还原，分解图2
37、-2二、燃料的燃烧与热交换烧结过程中，固体燃料燃烧所获得高温和CO气体，为液相生成和一切物理化学反应的进行，提供了所必须的热量和气氛条件。燃料燃烧所产生的热量占全部热量的90%以上。燃烧带是烧结过程中温度最高的区域，也是一些主要反应的策源地。因此，碳的燃烧是决定烧结产量和品质的重要条件，也是影响其他一系列过程的重要因素。1、燃烧反应的一般规律 所谓燃烧反应就是在着火温度下，燃料中的可燃成分被激烈氧化的过程，并放出大量热量。烧结过程中，燃烧层的理论燃烧温度一般在13001500。2、烧结料层中碳的燃烧反应烧结料层中的燃烧特点：一是料层中燃料较少而分散，按质量计燃料只占总料重的3%5%，按体积不到
38、总体积的10%；小颗粒的炭分布于大量矿粉和熔剂之中，致使空气和炭接触比较困难，为了保证完全燃烧需要较大的空气过剩系数（通常为1.41.5）。二是燃料燃烧从料层上部向下部迁移，料层中热交换集中，燃烧速度快，燃烧层温度高。并且燃烧带较窄（1550mm）料层中既存在氧化又存在还原区，炭粒表面附近CO浓度高，O2浓度低；同时铁的氧化物参与了氧化还原反应，燃烧废气离开料层时还存在着自由氧等，这些燃烧特点，决定着料层的气氛；而不同的气氛组成对烧结过程将产生极大的影响。3、烧结料层中的温度分布和热交换 （1）烧结料层中的温度分布特点和热交换燃料燃烧的结果直接影响烧结料层的温度，燃烧过程不是等温过程，所谓烧结
39、温度只反应烧结料层中某一点所能达到的最高温度。燃烧带是温度最高区域，其温度水平主要取决于固体燃料燃烧放出的热量，同时与空气在上部被预热的程度有关。因而，在烧结过程中，随着燃烧带下移，由于上层烧结矿层具有“自动蓄热”作用，最高温度逐渐升高。据试验测定，当燃烧带上部的烧结矿层达180220mm时，上层烧结矿层的“自动蓄热”作用可提供燃烧层总热量的35%45%，所以燃烧层的最高温度是沿料层高度自上而下逐渐升高的。但是，当上部烧结矿层超过200mm以后，换热量的增长速度变慢，此时从上部空气带进燃烧带的热量达到接近恒值的最高水平。因此，从烧结的经济性和解决燃料用量的观点看来，采用高料层烧结是有利的，亦能
40、改善产品的品质，这是当今发展高料层烧结的理论依据。或者采用上层配炭多，下层配炭少的双层烧结工艺。从温度分布规律可以看出烧结过程热交换特性，此时温差、传热面积是对流传热的决定因素。烧结料孔隙率高，总表面积大，热交换进行的十分激烈，使气体温度升高很快；在燃烧带西部区域炽热的气体将热量传给下层烧结料，使之预热干燥，由于热交换面积大，气体温度很快降低，预热干燥料层温度升高，主要是靠对流传热。燃烧带温度高，颗粒因熔融而密集以及空气通过等特点，所以三种热交换形式，对流、传到、辐射都有发生。总之，烧结料层中热交换是非常激烈的，废气通过极短的路程（一般小于40mm），温度从13001400迅速下降到5060；
41、而混合料温度迅速升高，如预热带的升温速度最高可达17002000/min，干燥带物料的升温速度最高可达500/min。因此，烧结过程可在较短时间内完成，当料层小于300mm时，烧结时间一般为1216min。（2）高温区的温度水平和厚度高温区的温度水平和厚度对烧结矿的产量、品质影响很大。高温区温度高生成液相多，可提高烧结矿强度；但温度过高，又会出现过熔现象，恶化烧结料层的透气性，气流阻力大，从而影响产量，同时烧结矿的还原性变差。高温区的厚度过大同样会增加气流阻力，也是造成烧结矿过熔；但厚度过小，则不能保证各种高温反应所必须的时间，当然也会影响烧结矿的产量和品质。因此获得适宜的高温区温度和厚度，是
42、改善烧结生产的重要问题。一般说来，高温区的温度水平和厚度，既取决于高温区的热平衡，也取决于固体碳的用量、燃烧速度、传热速速和粘结相的熔点等。热风烧结时，烧结过程总的速度是由燃烧速度和传热速度决定的。在低燃料条件下，燃烧速度快，烧结过程决定于传热速度；在正常或较高燃料条件下，烧结速度决定于燃烧速度。当燃烧速度与传热速度相差大时，高温区的温度水平和厚度皆受二者的影响，如图2-6所示。在传热速度大大慢于燃烧速度情况下，这时上部的大量热量不能用于提高下部燃料的燃烧速度，燃烧和传热过程不能“同步”进行。因此，高温区最高温度降低，高温区厚度增大。当传热速度大大超过燃烧速度时，燃烧反应放出的热量是该层通过大
43、量的空气之后，因此，二者皆使高温区厚度增大，高温区温度水平降低。只有当燃烧速度与传热速度“同步”时，上层积蓄的大量热量被用来提高的燃烧层燃料的燃烧速度，此时可以获得最高的燃烧速度和最低的高温区厚度。燃烧与传热是密切相关的，因此温度达到一定水平才能燃烧，而燃烧又放出大量热量，若传热速度过快或过慢，以至达不到燃料的着火温度时，皆会中断燃烧。所以，在实际生产中所遇到的情况，多是燃烧与传热速度相近的。（3）高温区的移动速度烧结料层中的高温区移动速度，一般是指燃烧带温度最高点的移动速度，即垂直烧结速度用v（mm/min）来表示：V H / t式中H-烧结料层高度，mm； t-自点火开始到烧结终了的时间（
44、等于烧结机有效长度机速），min。垂直烧结速度是决定烧结矿产量的重要因素，产量同垂直烧结速度基本上成正比关系。但是，当烧结速度过快时，因不能保证烧结料进行物理化学反应必须的高温保持时间，会使烧结矿强度下降，从而影响烧结矿的成品率。因此，只有成品率不降低或是降低不多的情况下，提高垂直烧结速度才是有利的。烧结料层中温度最高点的移动速度，实际上反映了燃烧带的下移速度和传热速度。实验证明，当烧结配料中碳量较低时（3%4%）烧结过程的总速度与传热速度决定；当配碳适宜和较高时，烧结过程的总速度取决于碳的燃烧速度。而碳的燃烧速度与供氧强度、化学反应速度有关。提高通过料层的风量，一方面供氧充足，使碳燃烧加快，
45、另一方面增加风量可改善气流与物料之间的传热条件。因此，凡是增加通过料层风量的因素，都可加快高温区的移动速度。此外，烧结料的性质也影响传热速度，具有热熔量大、导热性好、粒度小及化学反应吸热量大的烧结料，其烧结速度变小。但在混合料中配入灰分和石灰石后，虽然增加了吸热反应，但同时又改善了料层透气性，料层风量增大，总的结果是使高温区的移动速度加快。三、烧结料层中的气流运动烧结过程必须向料层中送风，固体燃料的燃烧反应才得以进行，混合料层才能获得必要的高温，烧结过程才能顺利实现。下面就应用气体力学基本理论来讨论烧结料层的透气性与各种工艺参数的关系，以分析提高烧结矿产量的因素。1、透气性概念 在一定的压差条件下，透气性按单位时间内通过单位面积和一定高度的烧结料层的气体量来表示： G = Q / t F式中 G-透气性，m3/（m2.min）； Q-气体流量，m2/min；