铁矿粉烧结-吴铿

,*,北 京 科 技 大 学,含铁原料的相关研究,2011.06.20,9/14/2024,吴铿,1982年2月获得钢铁冶金学士学位(辽宁科技大学冶金系)之前曾在鞍钢炼铁厂5高炉从事炉前工和高炉工近8年。1985年2月获冶金物化硕士学位(东北大学有色冶金学院)。1993年获得钢铁冶金博士学位(德国亚琛工业大学,TH Aachen)，1994,年回国在北京科技大学工作。现为北京科技大学冶金与生态工程学院教授，博士导师。,研究领域：高炉喷煤、炼铁原料和冶炼新技术，熔融还原，泡沫冶金和冶金过程中的环保。,自我介绍,9/14/2024,铁矿资源现状烧结铁矿粉的基础试验实验室烧结杯试验烧结生产现场的工业实验,内容名录,9/14/2024,铁矿资源现状,1 我国生铁产量和矿石进口量,2,世界三大矿企简介及储备情况,3,进口铁矿粉产能和质量变化趋势,4,资源多元化,5,小结,9/14/2024,1 我国生铁产量和矿石进口量,05,10年我国生铁产量,9/14/2024,1 我国生铁产量和矿石进口量,05,10年我国铁矿石原矿产量,9/14/2024,1 我国生铁产量和矿石进口量,9/14/2024,20062010年全国铁矿石进口总量及进口均价,1 我国生铁产量和矿石进口量,9/14/2024,1 我国生铁产量和矿石进口量,钢铁厂对矿石的需求正快速攀升。也正因为预计到中国近年旺盛的钢铁产量，三大巨头的要价也在不断提高。 08年进口矿量超过4.4亿吨，价格较07年上涨70，08年澳粉价格88美元(FOB价)，巴西粉在80美元左右。,9/14/2024,1 我国生铁产量和矿石进口量,中国进口铁矿粉的主要国家有澳大利亚、巴西、印度、俄罗斯、乌克兰、哈萨克斯坦、加拿大、南非等国。 排名前三位的铁矿石供应商:VALE 巴西淡水河谷；BHP Billiton澳大利亚必和必拓；Rio Tinto澳大利亚力拓。他们掌控了世界铁矿石70%以上的海运量。,9/14/2024,2 世界三大矿企简介及储备情况,VALE,:,铁矿石产量占巴西全国总产量的80%。其铁矿资源集中在“铁四角”地区和巴西北部的巴拉州，拥有挺博佩贝铁矿、卡潘尼马铁矿、卡拉加斯铁矿等，保有铁矿储量约40亿吨，其主要矿产可维持开采近400年。世界最大铁矿公司。,9/14/2024,2 世界三大矿企简介及储备情况,BHP:,主要矿石品种有纽曼粉(块)、MAC粉(块)、扬地粉(块),Rio Tinto:,在澳洲主要由哈默斯利和罗泊河两家铁矿公司组成，铁矿粉主要有PB粉(块)、扬地粉、马萨杰粉(块),FMG,(FMGF Rocket)，目前产能5000万t。,9/14/2024,2 世界三大矿企简介及储备情况,VALE,9/14/2024,2 世界三大矿企简介及储备情况,VALE主要矿粉,产品,Fe,SiO,2,Al,2,O,3,P,Mn,LOI,H,2,O,+6.3,mm,+1.0,mm,-0.15,mm,-0.045,mm,SFCJ,66.0,1.40,1.30,0.035,0.65,1.90,8.50,18.0,55.0,18.0,SSFG,65.0,3.60,1.30,0.055,0.25,1.70,7.50,12.0,51.0,28.0,SSFT,65.0,4.40,0.90,0.049,0.15,1.60,6.50,10.0,51.0,25.0,PFCJ,65.3,1.40,1.70,0.040,0.65,2.20,12.5,1.0,95.0,65.0,PFFG,65.8,2.70,1.00,0.055,0.25,1.60,10.5,2.0,90.0,55.0,PFFT,66.5,2.50,0.70,0.035,0.15,0.70,8.00,2.0,84.0,35.0,9/14/2024,2 世界三大矿企简介及储备情况,BHP,9/14/2024,2 世界三大矿企简介及储备情况,BHP,9/14/2024,2 世界三大矿企简介及储备情况,BHP,9/14/2024,2 世界三大矿企简介及储备情况,BHP,9/14/2024,2 世界三大矿企简介及储备情况,BHP,9/14/2024,2 世界三大矿企简介及储备情况,Rio Tinto,07年底前品种：,哈默斯利混合粉(块)、马拉曼巴粉(块)、扬地粉、西安吉拉斯粉(块)、马萨杰粉(块),07年底后品种：,PB粉(块)、扬地粉、马萨杰粉(块),9/14/2024,2 世界三大矿企简介及储备情况,Rio Tinto,铁矿产能变化,9/14/2024,2 世界三大矿企简介及储备情况,铁矿未来发展规划,皮尔巴拉地区,目标,2012,年,3.2,亿吨,/,年 ，未来,4.2,亿吨,/,年,加拿大铁矿公司,(IOC),分阶段扩产至,2600,万吨,/,年,巴西库伦吧矿山,(,Corumba,),分阶段扩产至,2300,万吨,/,年,几内亚西芒杜矿山,(,Simandou,),分阶段开采，最终,1.7,亿吨,/,年,9/14/2024,2 世界三大矿企简介及储备情况,2007,2008,2009,2010,2011,2012,2014,2016,Fe,63.6,63.6,63.6,62.8,62.8,62.8,62.8,62.8,Fe,烧后,66.5,66.5,66.5,66.2,66.2,66.2,66.2,66.2,块矿,SiO,2,2.9,2.9,2.9,3.2,3.2,3.2,3.2,3.2,Al,2,O,3,1.35,1.35,1.35,1.45,1.45,1.45,1.45,1.45,P,0.068,0.068,0.068,0.077,0.077,0.077,0.077,0.077,LOI,4.35,4.35,4.35,5.1,5.1,5.1,5.1,5.1,Fe,62.2,62.2,62.2,61.7,61.7,61.7,61.7,61.7,Fe,烧后,65.3,65.3,65.3,65.1,65.1,65.1,65.1,65.1,粉矿,SiO,2,3.6,3.6,3.6,3.8,3.8,3.8,3.8,3.8,Al,2,O,3,2.05,2.05,2.05,2.05,2.05,2.05,2.05,2.05,P,0.082,0.082,0.082,0.087,0.087,0.087,0.087,0.087,LOI,4.7,4.7,4.7,5.15,5.15,5.15,5.15,5.15,Rio Tinto,9/14/2024,2 世界三大矿企简介及储备情况,澳洲新矿业公司FMG,澳大利亚FMG集团(FortescueMetalsGroup)，经过3年半的铁路和港口等基础设施建设，首船铁矿石的装船，标志着新兴的FMG正式成为澳大利亚继必和必拓和力拓后的第三大铁矿石企业。,9/14/2024,2 世界三大矿企简介及储备情况,资源品质劣化,PB,粉、巴西矿粉品位下降、,SiO,2,和,Al,2,O,3,含量上升,新低品质资源,FMG,、,Mount Gibson,、,SFOG,、,SFOT,澳洲磁矿粉,(,一种全新资源,),原富矿的尾矿,9/14/2024,3 进口铁矿粉产能和质量变化趋势,布鲁克曼矿,9/14/2024,3 进口铁矿粉产能和质量变化趋势,褐铁矿,9/14/2024,3 进口铁矿粉产能和质量变化趋势,马拉曼巴矿,9/14/2024,4 资源多元化,2009年19月，中国进口铁矿石前5大来源国分别是澳大利亚、巴西、印度、南非和乌克兰，进口来源分布和价格发生了很大的变化。,进口矿,平均到岸均价,累计,同比增幅,澳矿,75.4美元/吨,1.97亿吨,39.5%,巴西矿,89.2美元/吨,1.02亿吨,31.4%,印度矿,67美元/吨,8268万吨,31%,乌克兰矿,82.9美元/吨,2653万吨,144%,南非矿,86.8美元/吨,1140万吨,91.3%,9/14/2024,5 小结,企业成本,中国钢铁产能增加,对进口矿依存度高,铁矿粉价格,高效使用铁矿粉以降低成本,南非、印度、秘鲁,研究铁矿粉自身特性、配矿和烧结技术,拓展资源渠道,技术方面,市场方面,长协谈判,对策,9/14/2024,烧结铁矿粉的基础试验,1 烧结优化配矿研究,2,铁矿粉基础特性研究,3,混合矿高温特性研究,4,烧结矿质量指标及影响因素,5,几种常用铁矿粉烧结性能研究,9/14/2024,1 烧结优化配矿研究,从铁矿粉的烧结过程示意图可以看出：矿粉经历了从低温到高温再到低温的复杂变化过程,9/14/2024,1 烧结优化配矿研究,采用优化配矿目的是达到,保质量、降成本,各种铁矿粉的烧结特性存在显著差异某些劣质铁矿粉的烧结特性较差，但考虑资源和成本又不得不使用之,铁矿粉如何互相搭配(优势互补)才能得到质量优良的烧结矿？,研究铁矿粉的特性、相互影响及优化配矿技术,9/14/2024,1 烧结优化配矿研究,铁矿粉自身特性的研究方法,9/14/2024,1 烧结优化配矿研究,不同类型铁矿粉的同化过程,随着温度的升高，赤铁矿能保留一定的结构；而褐铁矿则同化过多，在一定的温度范围内，不利于粘结。,9/14/2024,1 烧结优化配矿研究,基于铁矿粉特性进行研究:-,混合矿烧结,和,主体矿种,基本特点,磁铁矿,赤铁矿,褐铁矿,马拉曼巴矿,精粉,矿物较单一,粒度较粗,细粉较多,Al,2,O,3,结晶水较低,低Al,2,O,3,Al,2,O,3,和SiO,2,相对较低,结晶水很低,气孔率适宜,SiO,2,较高,矿物和结构复杂,气孔率很低,气孔率、结晶水很高,结晶水较高,9/14/2024,1 烧结优化配矿研究,磁铁矿配加褐铁矿后的矿物组成变化,9/14/2024,1 烧结优化配矿研究,磁铁矿配加赤铁矿烧结,赤铁矿,1300 ,以下即可生成大量,SFCA,，,SFCA,-,I(R2);,磁,-,赤混合烧结,(,赤, 45,),的固结方式与磁铁矿烧结,(,赤,10,),类似。,9/14/2024,1 烧结优化配矿研究,磁铁矿配加赤铁矿烧结,赤铁矿,磁铁矿晶粒熔融的扩散固结，温度需,13501370 ,。,磁铁矿烧结需要更高温度，意味着固体燃耗可能更高。,9/14/2024,1 烧结优化配矿研究,赤铁矿配加褐铁矿烧结(高褐铁矿配比),产量下降；,过多熔相生成导致火焰前锋透气性下降，褐铁矿比赤铁矿更易与熔剂反应；,增加配水量，保证料层原始透气性。,固体燃耗持平；,虽然配水量增加，但褐铁矿分解和挥发配加水所消耗能量并不高。,成品率波动；,褐铁矿烧结，能提高料层上层成品率，与整体原料结构有关系；,通过技术控制，如对熔相、结构进行研究。,9/14/2024,1 烧结优化配矿研究,赤铁矿配加褐铁矿烧结(高褐铁矿配比),强度下降；,烧结褐铁矿配比过高，生成液相量过多，易大孔薄壁结构；,降低配比。,RI,上升；,褐铁矿气孔较多。,RDI,波动；,(1),褐铁矿更易还原，不利于,RDI,。,(2),褐铁矿含较多气孔能减弱裂纹扩展。,FeO,含量波动：,(1),易还原，,FeO,增加、,(2),少分解，,FeO,减少、,(3),促同化，,FeO,增加、,(4),快冷却，,FeO,增加；,控制燃料。,9/14/2024,2,铁矿粉基础特性研究,评价铁矿粉综合考虑它的,物化性能,、,运输条件,及,价格。,烧结生产常引入单烧品位来判断一种矿粉的品位高低， 通过单烧品位可以比较各种矿粉原料成本高低。,品位,66%,地方粉，,6.5% SiO,2,，,0.2%,CaO, R=1.9,，其单烧品位,=66/(1+0.0651.9-0.2%)=58.85,。,若地方粉价格按,1200,元,/,吨考虑，烧结矿品位价格为：,20.09,元,9/14/2024,2,铁矿粉基础特性研究,铁矿粉烧结要经历复杂高温物化反应过程,铁矿粉的理化基础特性,：,化学成份,、,粒度分布,、,矿物组成,、,气孔组成,、,矿物类型,、,晶粒,、,热分解特性。,鉄矿粉的高温烧结基础特性：,同化性,、,液相流动性,、,粘结相自身强度,、,SFCA,生成特性,、,熔融性,等。,铁矿粉的高温烧结基础特性可以对其在烧结过程中的行为和表现进行深入的分析。由于国内铁矿粉的种类越来越多，不同的铁矿粉有不同的优、缺点，通过合理的配比，达到不同铁矿粉之间烧结特性互补，来满足烧结对铁矿粉的要求。,9/14/2024,2,铁矿粉基础特性研究,核矿石,Fe,2,O,3,+ CaO,Fe,2,O,3,CaO,流动的液相,粘结相,未熔颗粒,气孔,铁矿粉高温烧结过程中的现象,同化性,液相流动性,粘结相自身强度,SFCA生成能力,9/14/2024,2,铁矿粉基础特性研究,9/14/2024,2,铁矿粉基础特性研究,9/14/2024,2,铁矿粉基础特性研究,烧结料的固结经历了,固相反应,、,液相生成,和,冷凝固结,三个过程。,高碱度烧结矿的特征是,SFCA,。,同化性可以表征铁矿粉与熔剂间的结合,(,反应,),的能力。,为了得到高质量的高碱度烧结矿，,要求有易于生成的低熔点液相，,获得最佳固相生成物,SFCA,。,由铁矿粉与,CaO,结合的能力，即二者结合,(,反应,),所需的最低温度。作为铁矿粉同化性的指标。,9/14/2024,2,铁矿粉基础特性研究,同化性测定方法,在固定配碳量等条件下，实际烧结过程的温度,(,分布,),是一定的，则铁矿粉的“最低同化温度”越低，表明这种铁矿粉的液相生成越容易。,CaO小饼:,155,铁矿粉小饼:,85,同化界面,未同化,微同化,过同化,Temperature,高温炉试验,9/14/2024,2,铁矿粉基础特性研究,如何评价铁矿粉的同化性？,过低：,不易生成低熔点的液相，从而不利于铁矿粉的液相粘结，导致烧结矿强度的下降；因复合铁酸钙的形成能力过低，从而影响烧结矿还原性的改善。,过高：,烧结过程中会引起大量液相的快速形成，导致起骨架固结作用的核矿粉减少以及烧结层透气性恶化，从而影响烧结矿的产质量。,适合：,适宜的同化性对烧结矿的质量乃至整个烧结工艺过程均具有非常重要的影响。,9/14/2024,2,铁矿粉基础特性研究,流动性表征烧结过程中形成液相的流动能力,液相流动性和同化性是不同的概念。流动性是生产的液相是否易于流动，即与粘性有关，而同化性表示熔化成液相，与熔点有关。,通常两者一致，但也有些矿粉，同化性很高，但流动性却差,(,即渣相熔点低，粘度大,),。,烧结过程：,固相反应,(,反应生成固相生成物，进而熔化生成液相,),液相生成,(,更重要的是液相去,流动,，才能粘结未熔颗粒,),冷凝固结,同化性和流动性对应烧结过程的不同阶段。,9/14/2024,2,铁矿粉基础特性研究,流动性测定方法,垫片:Fe-Cr-Al,铁矿粉与试剂化合物:,85,液相流动面积,随温度升高而增大,Temperature,高温炉试验,9/14/2024,2,铁矿粉基础特性研究,如何评价铁矿粉的液相流动性？,过低：,无法有效粘结周围未熔物料，致使烧结矿粉末多，固结强度弱。,过高：,粘结层厚度的减薄，进而形成薄壁大孔结构，反而使烧结矿整体变脆，强度降低。,适合：,适宜的液相流动性才是确保烧结矿有效固结的基础。,对,铁矿粉的,液相流动性,分级,成不同的等级进行讨论，为配矿提供依据,。,9/14/2024,2,铁矿粉基础特性研究,以液相流动性为例说明。,基于铁矿粉,液相流动性,检测的实验结果，按,流动性指数,的大小，将各种铁矿粉的,液相流动性,分三个等级：,液相流动性,分级,对应的流动性指数,“很大”,大于2,“适宜”,0.82之间,“很小”,小于0.8,液相流动性的分级,9/14/2024,2,铁矿粉基础特性研究,粘结相自身强度,越高越好,。,测定方法与前面相同。,自身强度较高的粘结相可以产生牢固的粘结作用，提高烧结体的固结强度,。,粘结相自身强度较差时，即使未熔核铁矿粉的自身强度较高，裂纹也会最先从粘结相中产生并扩展，导致烧结体破裂。,粘结相自身强度随碱度变化而变化,。,把握铁矿粉的粘结相自身强度特性对获取固结强度良好的烧结矿非常有益。,测定的方法需要改进和完善。,9/14/2024,2,铁矿粉基础特性研究,混合矿高温特性计算,对于多种矿混合的液相流动性和单种矿的同化性液相流动性的关系可以用线性权重叠加的方法表达：,9/14/2024,2,铁矿粉基础特性研究,同化性适宜区域,1280,1200,PBF,HIYF,QAF,CJF,FMG,最低同,化温度,用同化性进行优化配矿设计分析,9/14/2024,2,铁矿粉基础特性研究,用液相流动性进行优化配矿设计分析,液相流动性适宜区域,2.0,0.8,PBF,HIYF,QAF,CJF,FMG,流动性,指数,9/14/2024,2,铁矿粉基础特性研究,基于液相流动性互补的配矿示意图,铁矿粉优化配矿原则,定性,9/14/2024,3,混合矿高温特性研究,日本东京大学月桥文孝等使用高温共焦显微镜观察了,CaO-SiO,2,-FeOx,渣的熔化和固结行为。使用大约,0.1g,置入铂金坩埚里进行加热。试验的氧分压通过调整空气与氩气的配比或者调整,CO,2,和,CO,的配比来变化。试样首先在一定气氛下预热并保持,1,小时以确保熔融试样与炉内气氛达到平衡。达到平衡后，温度升高到,1300,并保持,10-30min,以稳定。然后，观察试样熔化或固结行为。,熔化时间定义为试样全部熔化所需的时间，固结时间定义为试样表面完全被固相所覆盖所需的时间。,9/14/2024,3,混合矿高温特性研究,氧分压为,2.110,4,和,2.110,2,Pa,时，除了在一些低,SiO,2,区域，固结时间总是大于熔化时间；而且固结时间与渣成分有很大关系；固结时间随,CaO/(CaO+SiO,2,),的升高而降低，而,FeOx,的作用则不明显。,9/14/2024,3,混合矿高温特性研究,烧结中液相的生成是由氧分压的降低所控制的。,尤其是氧分压稍减小，与FeO,x,饱和的液相区域即朝着相图上FeO,x,角移动，极大地影响着渣相中的液相比例。,9/14/2024,4,烧结矿质量指标及影响因素,化学成分、粒度：,成分对焦比、炉渣成分、性能等有重要影响；粒度对炉身上部透气性影响较大。,荷重软化及高温熔滴性能：,衡量炉料在高炉内行为的一项重要指标。它模拟炉料在高炉冶炼条件下软化、熔融、滴落的过程，熔滴性能表明了高炉软熔带的性质，在高炉冶炼过程中影响高炉的顺行，同时也影响高炉的冶炼指标,强度：,9/14/2024,4,烧结矿质量指标及影响因素,烧结矿强度好粉末少，可改善高炉料柱透气性，有利于炉况顺行和煤气流合理分布，降低燃料比,。,RDI,在高炉炼铁过程中，当铁矿石进入高炉后，炉料下降到,400,600,的区间，在这里受到来自高炉下部的煤气的还原作用，会发生不同程度的碎裂粉化。严重时则影响高炉上部料柱的透气性，破坏炉况顺行。,荷重软化及高温熔滴性能,模拟炉料自高炉上部进入高温区的条件，用还原气体从铁矿石中排除与铁结合氧的难易程度的一种度量。,9/14/2024,4,烧结矿质量指标及影响因素,化学成分、粒度,荷重软化及高温熔滴性能,强度,RDI,RI,9/14/2024,4,烧结矿质量指标及影响因素,化学成分,主要有：,TFe,、,FeO,、,SiO,2,、,Al,2,O,3,、,MgO,、,R,、,S,、,P,等,高炉入炉品位增加,1%,，焦比下降,2%,，产量提高,3%,，是传统的看法,烧结矿中,SiO,2,含量直接影响高炉渣量。,碱度根据炉渣碱度和高炉炉料结构核定。高炉炉渣中,Al,2,O,3,含量,40,左右来自烧结矿，因此烧结矿中,Al,2,O,3,含量多少直接影响炉渣中,Al,2,O,3,含量。,MgO,含量主要为了保证炉渣流动性，高炉炉渣中的,MgO,，,90,来自烧结矿。,9/14/2024,4,烧结矿质量指标及影响因素,粒度组成和筛粉指数,40mm,。,筛分指数一般指,6.3mm,粒级比例称为转鼓指数，,0.5mm,粒级比例称为抗磨指数,9/14/2024,4,烧结矿质量指标及影响因素,需要注意：转鼓试验所用烧结矿样品不包括40mm粒级烧结矿，不能完全体现烧结矿强度指标。,9/14/2024,4,烧结矿质量指标及影响因素,还原性,(RI),烧结矿还原一定时间内失氧率来表示，该指标对高炉燃料比有一定影响，一般用烧结矿,FeO,含量来表示；,FeO,含量高，烧结矿中难还原的,2FeOSiO,2,或较难还原的钙铁橄榄石数量增加；,FeO,含量增加,1,，焦比升高,1.5%,，产量下降,1.5%,。,低温还原粉化性能,(RDI),烧结矿中再生,Fe,2,O,3,在低温下,(450,550),下发生还原反应，体积膨胀造成。,RDI,指标不好，炉料在高炉下降过程中粉末量增加，影响高炉透气性，从而影响高炉操作。,9/14/2024,4,烧结矿质量指标及影响因素,影响因素,SiO,2,Al,2,O,3,含量,MgO,含量,矿粉的种类粒度组成、矿物组成等,点火温度、料层厚度、布料方式、冷却速度等,碱度,烧结混合料的配碳量,原料自身的特性及配矿方案,烧结生产的工艺、技术参数,烧结矿质量及产量,9/14/2024,4,烧结矿质量指标及影响因素,（Al,2,O,3,=1.5%，SiO,2,=6%，T,max,=1270）,碱度对烧结矿矿物组成的影响,9/14/2024,4,烧结矿质量指标及影响因素,化学成分、粒度,烧结矿作为液相固结的产物，其液相就是通过铁矿粉与添加的熔剂,主要是,CaO,反应形成的低熔点化合物熔化形成的。,碱度,随碱度的提高，赤铁矿总量下降，,SFCA,含量增加，但碱度进一步提高，会出现烧结过程中不希望有的,C,2,S,，这说明，提高碱度有一个限度，过高的碱度,(,超过,2.2),，对高炉操作、烧结矿的软熔性能、还原性、高炉下部透气性等均有不利影响。,9/14/2024,4,烧结矿质量指标及影响因素,SiO,2,低,SiO,2,烧结是发展趋势，直接效果是高炉渣量减少、燃料比降低，以及喷煤大喷吹时高炉操作的稳定化。,随着,SiO,2,含量的降低，烧结矿显微结构的均匀性有所恶化，裂纹逐渐发育，当,SiO,2,含量为,4%,时，有连通整个块矿的裂纹；粘结相总量大大减少。,烧结矿SEM照片（SiO,2,含量分别为6%、5%和4%）,9/14/2024,4,烧结矿质量指标及影响因素,随着,SiO,2,含量的降低，在给高炉带来渣量降低、透气性改善等优点的同时，一定要预防粘结相过少使强度降低、,RDI,有可能升高等缺点。,为了提高低,SiO,2,烧结矿的强度，可以采取提高烧结矿的碱度的措施；碱度提高后，,SFCA,含量明显增多，玻璃相和残余矿石减少，烧结矿强度升高,，但,RDI,指数变化不明显，赤铁矿以原生赤铁矿较多。,二元碱度为,1.85,时，烧结矿组成结构主要是以磁铁矿与,SFCA,形成的交织熔蚀结构为主，磁铁矿与,SFCA,相形成的熔蚀结构和磁铁矿与玻璃相形成的粒状结构为辅。二元碱度为,2.1,时，磁铁矿与玻璃相形成的粒状结构减少,。,9/14/2024,4,烧结矿质量指标及影响因素,Al,2,O,3,目前从高炉的角度出发，不希望,Al,2,O,3,太高。,Al,2,O,3,对烧结的影响比较复杂，它对于烧结优质粘结相,SFCA,的生成是必要的，一定含量的,Al,2,O,3,，还有助于,SiO,2,固溶进入铁酸钙中；但须注意，过多含量的,Al,2,O,3,，对烧结矿的质量，尤其是低温还原粉化有很大危害。,Al,2,O,3,对赤铁矿和磁铁矿相的显微硬度有大的影响，能使得显微硬度提高，这是由于,Al,离子在这些相里的高应力造成的，将导致这些相中裂缝扩展。另有研究表明，,Al,2,O,3,易存在于,SFCA,和玻璃相中，其次是二次赤铁矿及磁铁矿中，但在原生赤铁矿中则很少。,9/14/2024,4,烧结矿质量指标及影响因素,不同形态的,Al,2,O,3,对形成熔相、烧结矿结构和质量都有不同的影响。高,Al2O3,铁矿粉一般分为,SA,和,A,型两种，在前者里,Al,2,O,3,以高岭土,(Al,2,O,3,2SiO,2, 2H2O),的形式存在，而在后者里则以,Al(OH),3,的形式存在；这两种形态不同的铁矿粉在烧结中的行为差异，体现在二者在烧结过程中的反应活性不同。,随着资源的劣质化，铁矿粉的,Al,2,O,3,含量将会越来越高，如何抑制,Al,2,O,3,的负面作用将是一个重要的课题。主要的手段如下：,1),抑制,Al,2,O,3,的作用。无论,Al,2,O,3,影响,RDI,的机理如何，降低烧结矿的二次赤铁矿是能改善烧结矿的,RDI,的。,9/14/2024,4,烧结矿质量指标及影响因素,在料层内加入MgO、CaO和磁铁矿等均能起到中和Al,2,O,3,的作用。如增加FeO，不仅RDI指标改善，RDI对Al,2,O,3,的敏感性也下降。,2) 冲淡Al,2,O,3,的作用。Al,2,O,3,低反应性及造成熔相粘度高的特点，使得高铝矿单独使用时对烧结很不利；但是，可以通过与高反应性物料的混合使用而冲淡，如加入低铝褐铁矿，利用褐铁矿高反应性、熔相粘度低等特性。,3) 局部化Al,2,O,3,的作用。对于细粉可使Al,2,O,3,尽量全部反应进入熔相，避免形成未反应的残余Al,2,O,3,；对于粗粉可使其局部化，不参与反应，减少其作用。选择制粒方式将高铝的矿粉预先制粒，使其处于核中间避免反应。,9/14/2024,4,烧结矿质量指标及影响因素,MgO,烧结矿碱度较低时，适当提高烧结矿,MgO,含量，可以增加粘结相含量，细化晶粒，改善烧结矿矿物组成和结构，有利于提高烧结矿强度；同时，含镁磁铁矿或铁酸镁对,Fe,2,O,3,的还原粉化有抑制作用，可以改善高炉渣的流动性、脱硫和排碱能力，提高高炉的透气性，有利于提高高炉冶炼的技术经济指标。,对磁精粉为主的烧结矿的矿相研究表明，烧结矿,MgO,的质量分数从,1.4%,提高到,2.3%,时，,MgO,对烧结矿微观结构具有明显的影响，在烧结过程中生成了大块再结晶磁,9/14/2024,4,烧结矿质量指标及影响因素,铁矿，同时形成了铁酸镁和镁铁橄榄石等一系列含镁矿,物，MgO稳定了磁铁矿和含镁矿物的晶格，这些矿物与赤铁矿、铁酸钙等共存和互连。其中铁酸钙大部分为条状、少部分为熔蚀状，与Fe,3,O,4,紧密胶结，相互熔蚀，强度高。铁酸盐将周围矿物胶结在一起，形成烧结矿良好的整体骨架。然而，MgO增加后，烧结矿的垂直烧结速度和利用系数下降。,日本采用提高白云石代替蛇纹石的同时，减少石灰石的使用量。研究表明，白云石粒度在,1mm,左右时，代替其它含,MgO,的熔剂，效果最好。,9/14/2024,4,烧结矿质量指标及影响因素,FeO,原料和工艺条件不变时，存在一个,FeO,的适宜值，降低烧结矿中,FeO,有利于改善烧结矿的还原性，但其过低会恶化低温还原粉化性、冷强度及烧结矿合理粒度组成的。,通常改变混合料配碳量的方法来研究不同,FeO,对烧结矿的影响。大多研究表明，随着烧结矿,FeO,的减少，烧结矿中赤铁矿和铁酸钙增加，磁铁矿和硅酸二钙减少。,国内降低烧结矿,FeO,；日本降低烧结原料的,SiO,2,的同时，提高,FeO,，在保证烧结矿强度的同时，提高烧结矿的还原性和,RDI,指标等。粘结相数量必然随着,SiO,2,的下降而减少，调整成分、操作条件等保持烧结矿的强度。,9/14/2024,5,几种常用铁矿粉烧结性能研究,铁矿粉的化学成分,矿粉名,TFe,FeO,SiO,2,CaO,Al,2,O,3,MgO,S,P,Na,2,O,K,2,O,LOI,PBF,62.2,0.36,3.60,0.15,2.05,0.16,0.02,0.07,0.01,0.02,4.70,HIYF,57.6,0.22,4.36,0.00,1.22,0.07,0.02,0.04,0.01,0.01,11.20,MCF,61.7,0.22,3.53,0.20,1.99,0.31,0.03,0.07,0.02,0.01,5.61,FMG,60.1,0.27,3.05,0.16,1.90,0.06,0.03,0.04,0.01,0.02,8.30,IOC,66.7,7.76,3.62,0.24,0.22,0.14,0.01,0.01,0.00,0.01,-0.00,CJF,67.2,0.02,1.03,0.04,0.65,0.11,0.01,0.03,0.02,0.01,1.59,SSF,66.5,1.36,1.53,0.02,0.90,0.07,0.01,0.04,0.02,0.01,1.27,SCT,67.6,7.94,2.55,0.18,0.61,0.27,0.02,0.02,0.01,0.02,0.03,QAF,67.0,28.5,6.13,0.35,0.56,0.27,0.04,0.01,0.02,0.06,-2.70,9/14/2024,5,几种常用铁矿粉烧结性能研究,参数,铁矿,LAT,(),FI（-）,1280,1280,1280,1300,1320,R=4.0,R=5.0,R=6.0,R=4.0,R=4.0,PBF,1205,0.270,1.895,3.186,1.592,2.381,HIYF,1136,2.347,4.789,5.077,3.127,3.823,MCF,1233,0.318,0.450,0.842,0.374,0.390,FMG,1236,0.196,0.925,2.002,1.795,3.294,IOC,1270,2.242,2.946,3.919,4.202,4.759,CJF,1288,0.000,0.000,0.000,0.000,0.000,SSF,1201,0.011,0.032,0.116,0.031,0.055,SCT,1323,0.014,0.216,0.370,0.044,0.057,QAF,1358,0.620,1.128,2.053,0.792,2.508,铁矿粉的同化性和液相流动性,9/14/2024,5,几种常用铁矿粉烧结性能研究,铁矿粉的同化性很大程度上由铁矿粉所含铁矿物的性质决定。不同种类的铁矿粉，其同化性存在明显区别。,各种铁矿粉的同化性的比较,褐,半褐,赤,磁,9/14/2024,5,几种常用铁矿粉烧结性能研究,铁矿粉SiO,2,含量与同化性关系图,属磁铁矿，,同化性较弱, CaO与SiO,2,的反应能力较强，但是在数量上Fe,2,O,3,远比SiO,2,多，故Fe,2,O,3,与CaO的反应起主导作用。, 不同铁矿粉中的SiO,2,的赋存状态也有差异，势必影响铁矿粉的矿化能力。,9/14/2024,5,几种常用铁矿粉烧结性能研究,铁矿粉Al,2,O,3,含量与同化性关系图,铁矿粉中Al,2,O,3,有促进复合铁酸钙形成的作用；,Al,2,O,3,能增加液相表面张力，促进氧离子扩散，有利于铁氧化物的氧化；,铁矿粉中的Al,2,O,3,含量与其铁矿物类型密切相关，澳洲褐铁矿、半褐铁矿的Al,2,O,3,含量相对较高，而巴西赤铁矿、国内磁铁矿则含较少的Al,2,O,3,。,9/14/2024,5,几种常用铁矿粉烧结性能研究,铁矿粉LOI含量与同化性关系图,结晶水挥发后会产生更多的气孔和裂纹，从而提高其同化性。这也进一步解释了褐铁矿同化性远高于其它类型铁矿粉同化性的现象。,9/14/2024,5,几种常用铁矿粉烧结性能研究,CaO配加量与同化性关系图,属磁铁矿,随CaO配加量的增加，液相流动性呈现先增后减的趋势，在CaO配加量大约23时，液相流动性有最大值，这与CaO-Fe,2,O,3,相图中液相线相吻合。,9/14/2024,5,几种常用铁矿粉烧结性能研究,CaO和Fe,2,O,3,相图,在CaO配加量大约23时，液相流动性有最大值。,这与CaO-Fe,2,O,3,相图中液相线相吻合，即,液相线低的区域，流动性高,。,9/14/2024,5,几种常用铁矿粉烧结性能研究,铁矿粉的同化性和液相流动性评价,编号,同化性,液相,流动性,高温特性评价,使用评价,PBF,较高,较大,易于同化，液相流动也较大，液相足,可较多使用,HIYF,很高,很大,极易同化，液相流动很大，液相过多,与致密铁矿粉搭配，可多用,MCF,较高,较小,易于同化，但流动性较小,可适量使用，与磁铁矿搭配,FMG,较高,居中,易于同化，液相流动一般,可适量使用,IOC,居中,较大,同化性适宜，液相流动较大，液相足,受物理性能限制，限量使用,CJF,居中,很小,同化性适宜，液相流动太小,与易熔矿搭配使用,SSF,较高,很小,易于同化，但流动性太小,可适量使用，与磁铁矿搭配,SCT,很低,很小,同化性和流动性都不足,应限量使用,QAF,很低,较大,同化性很低，液相流动较多,可与MCF或SSF互补搭配,9/14/2024,5,几种常用铁矿粉烧结性能研究,FMG/PBF,FMG/MAC,FMG/,地方精,SFOG/SSF,印度/PBF,MGF/PBF,南非/PBF,地方精粉的,最低同化温度很高,混合矿同化性计算结果,1280,1200,9/14/2024,5,几种常用铁矿粉烧结性能研究,2.0,0.8,FMG/PBF,FMG/MAC,FMG/,地方精,SFOG/SSF,印度/PBF,MGF/PBF,南非/PBF,MGF流,动性很大,混合矿液相流动计算结果,9/14/2024,实验室烧结杯试验,1,细粒赤铁精矿厚料层烧结,杯试验,2,低品质铁矿粉烧结杯试验,3,褐铁矿烧结杯试验,4,首秦全进口粉烧结杯实验,5,混合矿粉高温性能试验研究,9/14/2024,1,细粒赤铁精矿厚料层烧结杯试验,为,利用自产精矿生产高品质的烧结矿，鞍钢东烧厂以自产精矿为主(占铁料比65 %)进行超高料层生产工艺参数的实验室烧结杯基础试验研究，为现有360 m,2,烧结机厚料层烧结工艺技术改造提供可靠的依据，并且在实验室烧结杯试验研究试验研究的基础上，完成了东烧厂700 mm料层厚度的工业试验，达到稳定、安全和高产的目标。,实验室条件下的烧结杯试验研究，包括烧结杯基准试验(600mm)和增加料层高度的烧结杯试验(650mm、700mm和750mm)两个阶段。,9/14/2024,1,细粒赤铁精矿厚料层烧结杯试验,实验室条件下的烧结杯试验：,(1) 原料的成分分析：化学成分分析FeO、Fe、SiO,2,、CaO、Al,2,O,3,、MgO、P和S元素分析和粒度组成，生石灰成分、无烟煤的工业分析；,(2) 高料层烧结实验室的预备试验：进行料层高度(600 mm)、水分、透气性，成品烧结矿的粒度组成、配碳量等条件试验；,(3) 最佳料层厚度烧结生产的工艺参数研究：在650、700、750 mm等料层厚度条件下的烧结料水分、烧结料和成品矿的粒度组成、点火温度、抽风负压、透气性、配碳量、配矿等适合自产精矿厚料层烧结的最佳参数及成品烧结矿理化指标的对比；,(4) 为确定最佳生产工艺条件下烧结矿的冶金性能及岩矿相和最佳工艺条件的验证提供依据。,9/14/2024,1,细粒赤铁精矿厚料层烧结杯试验,600 mm试验结果分析与讨论,9/14/2024,1,细粒赤铁精矿厚料层烧结杯试验,650 mm试验结果分析与讨论,9/14/2024,1,细粒赤铁精矿厚料层烧结杯试验,700 mm试验结果分析与讨论,9/14/2024,1,细粒赤铁精矿厚料层烧结杯试验,实验室烧结杯的水分随料层高度变化,9/14/2024,1,细粒赤铁精矿厚料层烧结杯试验,模拟高炉条件的软化熔滴性能实验结果,烧结矿的还原和还原粉化的实验结果 %,烧结矿试样矿物组成含量分析表(镜下数点估计法 %),冶金性能检测与矿相分析,9/14/2024,2,低品质铁矿粉烧结杯试验,烧结优化配矿方案,目标：,保证烧结矿质量和性能,思路：满足烧结矿成分的同时，保证混合矿的高温性能,9/14/2024,2,低品质铁矿粉烧结杯试验,9/14/2024,2,低品质铁矿粉烧结杯试验,FMG/PBF,FMG/MAC,FMG&,地方精,SFOG/SSF,印度/PBF,MGF/PBF,烧结矿化学成分,57%,TFe,SiO,2,5.15%,Al,2,O,3,1.5%,1.0%,1.8%,MgO,2.1%,9/14/2024,烧结矿的成品率,85%,FMG/PBF,FMG/MAC,FMG/,地方精,SFOG/SSF,印度/PBF,MGF/PBF,南非/PBF,79%,矿业公司烧结杯,炼铁厂烧结杯,配料结构不同,2,低品质铁矿粉烧结杯试验,9/14/2024,83%,FMG/PBF,FMG/MAC,FMG/,地方精,SFOG/SSF,印度/PBF,MGF/PBF,南非/PBF,62%,矿业公司烧结杯,炼铁厂烧结杯,烧结矿的转鼓指数,配料结构不同,66%,2,低品质铁矿粉烧结杯试验,9/14/2024,烧结矿的固体燃耗,60kg/t,FMG/PBF,FMG/MAC,FMG/,地方精,SFOG/SSF,印度/PBF,MGF/PBF,47kg/t,矿业公司烧结杯,炼铁厂烧结杯,2,低品质铁矿粉烧结杯试验,9/14/2024,烧结垂直燃烧速度,20mm/min,FMG/PBF,FMG/MAC,FMG/,地方精,SFOG/SSF,印度/PBF,MGF/PBF,17mm/min,矿业公司烧结杯,炼铁厂烧结杯,2,低品质铁矿粉烧结杯试验,9/14/2024,烧结矿低温粉化指标,（FMG方案）,RDI,+6.3,RDI,+3.15,RDI,-0.5,60%,地方粉（磁铁矿）,2,低品质铁矿粉烧结杯试验,9/14/2024,铁矿粉高温特性与烧结技术指标的关系,最低同化温度,LAT,流动性指数,FI,LAT,LAT,LAT,LAT,LAT,FI,FI,FI,FI,FI,成,品,率,成,品,率,转,鼓,转,鼓,固,体,燃,耗,固,体,燃,耗,垂,烧,速,度,垂,烧,速,度,利,用,系,数,利,用,系,数,2,低品质铁矿粉烧结杯试验,9/14/2024,铁矿粉高温特性与烧结技术指标的关系,FI,LAT,最低同化温度,LAT,流动性指数,FI,2,低品质铁矿粉烧结杯试验,9/14/2024,低品质铁矿粉烧结使用评价,FMG,：高烧损矿粉，孔隙率也较高，且微孔比例较大。矿业公司替代,1015%PBF,或,MACF,，虽烧结指标有所下降，但仍在可接受的范围之内。,SFOG,：单烧品位低，烧结性能一般。配加该矿粉替代,SSF,对烧结影响最大的是品位，在配加时需要调整其他料比，以减轻对品位的影响。,印度粉：烧结性能与,PBF,接近；配加,510%,的印度粉替代,PBF,对烧结指标影响不大；但该矿,Al,2,O,3,含量较高，使烧结矿中,Al,2,O,3,含量上升明显,(10%,影响,0.15%,左右,),，,南非粉,2,低品质铁矿粉烧结杯试验,9/14/2024,这限制了其使用比例。另外其Na,2,O达到了0.20%。,南非粉：虽,TFe,高，但单烧品位低；替代,PBF,后可降低烧结矿中,Al,2,O,3,；因制粒性较好，配水量可适当降低；但因烧结性能差，烧结利用系数和转鼓强度等经济指标都下降；配用比例应控制在,10%,以内。,MGF,：品位低，,SiO,2,和,Al,2,O,3,含量较高，其它有害杂质含量低；替代,PBF,后，烧结利用系数和成品率下降；使烧结矿,SiO,2,和,Al,2,O,3,含量明显上升；建议在北京地区替代巴精或澳粉后，将巴西烧结粉调整为,CJF,。,2,低品质铁矿粉烧结杯试验,9/14/2024,111,化学成分,编号,TFe,SiO,2,Al,2,O,3,CaO,MgO,FeO,LOI,Yandi,57.0,5.50,1.70,0.01,0.07,0.22,11.2,AUA,61.6,4.10,2.20,0.41,0.04,0.36,4.70,AUB,61.7,3.53,1.99,0.20,0.31,0.22,5.61,AUC,63.2,3.65,2.17,0.05,0.1,0.32,0.32,BRA,66.0,1.41,1.18,0.05,0.01,0.29,2.30,BRB,67.6,2.55,0.61,0.18,0.27,7.94,0.03,GNJ,67.0,5.02,0.52,0.37,0.49,27.77,-2.87,巴西矿,澳,矿,国内矿,3,褐铁矿烧结杯试验,9/14/2024,112,最低同化温度,高扬地粉配比情况下，为保持烧结过程中,适宜的同化性和液相流动特征,，须配加一定的致密铁矿粉，即同化性较弱和流动不强的铁矿粉，如图中GNJ、BRA、BRB和AUB等,CaO,矿粉,3,褐铁矿烧结杯试验,9/14/2024,113,液相流动性指数,垫片,矿粉与CaO混合物,3,褐铁矿烧结杯试验,高扬地粉配比情况下，为保持烧结过程中,适宜的同化性和液相流动特征,，须配加一定的致密铁矿粉，即同化性较弱和流动不强的铁矿粉，如图中GNJ、BRA、BRB和AUB等,9/14/2024,褐,114,赤,磁,半褐,扬地粉,AUA,AUB,地方粉,AUC,铁料配比,扬地粉配比逐渐升高,不计高返，扬地粉配比最高达到50%。,巴,西,矿,BRA,BRB,50%,配矿方案,3,褐铁矿烧结杯试验,9/14/2024,各方案垂直烧结速度和利用系数,115,方案,1,、,2,、,5,和,7,的垂直烧结速度超过了基准，其它的则较基准的为低,40%扬地粉,50%扬地粉,3,褐铁矿烧结杯试验,9/14/2024,116,各方案成品率和转鼓指数,方案,2,、,4,和,7,的成品率超过了基准，方案,5,的与基准接近，其它的则较基准的为低。,除了方案,2,和,7,的转鼓指数明显高于基准外，其它的均与基准相差不大。,整体上看，方案,2,和,7,的指标较基准有明显提高。,3,褐铁矿烧结杯试验,9/14/2024,各方案烧结矿铁酸钙含量与a)成品率；b)转鼓指数；c)固体燃耗；d)垂直烧结速度的关系,117,由烧结矿X衍射分析的结果可见：,随着铁酸钙含量的增加，烧结矿的成品率、转鼓指数和固体燃耗各指标均呈现改善趋势，显示了优质粘结相对于改善烧结矿质量的积极作用。,3,褐铁矿烧结杯试验,9/14/2024,(1) 传统上烧结过程中褐铁矿高配比带来的生产率低、成品率低和固体燃耗高的担忧，可以通过优化配矿来缓解。在扬地粉配比达50%、澳粉配比70%的条件下，烧结各项指标仍可得到保障。,(2) 与赤铁矿和磁铁矿粉相比，褐铁矿更易同化，烧结过程中易生成过多液相，因而需搭配一定量的致密矿以保证混合料的同化性不至过高。,(3) 两种配矿方案可确保扬地粉配比达50%时，利用系数较其配比为30%时为高，配比分别为“30%巴西粉+10%澳粉A+10%澳粉B +50%扬地粉”或“30%巴西粉+20%澳粉C+50%扬地粉”。,3,褐铁矿烧结杯试验,9/14/2024,原料化学成分,矿粉名称,TFe,FeO,SiO,2,CaO,MgO,Al,2,O,3,S,P,LOI,澳粉1,63.17,0.40,3.24,0.07,1.89,0.093,0.048,0.070,3.09,澳粉2,58.40,0.4,0.001,4.53,0.0064,1.20,0.034,0.053,10.0,巴西粉1,69.00,2.16,0.18,1.32,0.27,0.90,0.04,0.040,0.30,巴西粉2,65.61,23.49,0.34,5.31,0.57,1.80,0.08,0.32,-1.50,秘鲁粉,70.22,29.20,0.17,0.85,0.68,0.12,0.095,0.001,-2.2,4,首秦全进口粉烧结杯实验,9/14/2024,烧结返矿,57.31,7.26,4.89,9.32,1.27,2.63,0.004,0.046,-,除尘灰,52.35,6.76,3.30,12.67,1.37,2.45,-,0.040,2.50,蛇纹石,-,-,36.10,2.65,1.08,34.69,0.098,-,13.70,石灰石,-,-,2.26,47.57,0.65,6.43,0.006,0.016,42.60,白灰,-,-,5.38,75.02,2.68,7.99,0.12,0.035,8.10,焦末,Ad=35.84,Vd=2.10,Fcd=62.05,-,-,-,矿粉名称,TFe,FeO,SiO,2,CaO,MgO,Al,2,O,3,S,P,LOI,原料化学成分,4,首秦全进口粉烧结杯实验,9/14/2024,烧结杯试验方案,矿粉配比,方案0,方案1,方案2,方案3,方案4,澳粉1，,40,30,31,30,30,澳粉2，,0,0,12,10,10,巴西粉1，,10,10,0,10,0,巴西粉2，,0,20,25,20,25,秘鲁粉，,30,20,12,10,15,烧结返矿，,10,10,10,10,10,4,首秦全进口粉烧结杯实验,9/14/2024,烧结杯试验结果,方案,烧损率,垂烧,速度,mm/min,成品率,%,转鼓,指数,%,燃耗,kg/t,系数,t/m,2,.h,TFe,%,SiO,2,%,Al,2,O,3,MgO,%,R,0,14.99,26.42,79.97,64.00,63.91,1.92,58.36,4.57,1.49,2.91,1.74,1,14.55,25.63,81.77,64.00,62.40,1.93,58.60,4.66,1.69,2.58,1.75,2,15.86,27.64,80.76,64.56,63.97,1.98,58.14,4.50,1.58,2.69,1.81,3,15.10,27.67,81.80,66.67,62.79,2.05,58.49,4.64,1.64,2.53,1.85,4,15.42,28.11,82.51,66.96,62.28,2.06,57.85,4.57,1.54,2.55,1.91,方案1,代替方案0,不影响烧结生产,方案2,代替方案0,利用系数和转鼓,指数有所改善,方案3,代替方案0,利用系数和转鼓,指数明显改善,方案4,代替方案0,各项烧结指标,均明显改善,4,首秦全进口粉烧结杯实验,9/14/2024,低温还原粉化(RDI)及还原性(RI)指数,方案,还原粉化指数 %,还原性（%）RI,RDI,+6.3,RDI,+3.15,RDI,-0.5