一、烧结的定义

烧结工艺是将各种细颗粒含铁原料配入一定比例的熔剂和燃料，经过混料机混合均匀并制粒，然后平铺到烧结机上点火烧结。被点燃的燃料产生高温，并会发生一系列的物理化学反应，在此作用下，混匀料中易熔物质发生软化、溶化，产生的熔融状态的物质将润湿并包容粘结未熔化的大颗粒矿石，在冷却过程中，烧结料逐渐粘结成块，最终得到块状物的烧结矿，这整个过程就称为烧结。

烧结的作用

烧结工序为高炉炼铁提供了精细的铁矿石原料，由于越来越多精料的使用，现代高炉生产技术经济指标正在不断提高，这也使得烧结生产成为了钢铁生产过程中必不可少的环节，其作用主要是为了提高入炉后矿石的透气性、熔化性和品味，大致可以概括为以下两个方面：

（1）造块处理。通过烧结造块处理，可以改进铁矿石原料的物理化学性能，这其中包括孔隙率变高、粒度更加均匀、机械强度变高、还原性增强、低温还原粉化率变低、高温还原软化性能变好等。从而提高冶炼效果，保证了高炉高产、优质、低耗的技术要求；

（2）废料回用。通过烧结，可以回收利用炼铁炼钢等生产过程中产生的各种含铁、含碳固体废弃物，如高炉除尘灰、转炉炉尘、氧化铁皮、烧结返回矿等，充分合理利用有效资源，节约生产成本。

三、烧结工艺流程

铁矿石烧结工艺流程主要包括烧结原料的准备、配料混合、烧结生产。

1、烧结原料的准备

烧结混匀料主要包括含铁原料：含铁原料是指铁精矿粉，铁精矿粉是由铁矿石选取而来，因此铁矿石的种类、品质非常重要，一般使用的铁矿石主要是指磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿四种，国内精粉大部分是对磁铁矿进行磁选得到的高品位铁精粉，而引进的国外富矿粉大部分属于赤铁矿。

A、磁铁矿：是一种氧化铁的矿石，主要成份为Fe₃O₄，是Fe₂O₃和FeO的复合物，呈黑灰色，比重大约5.15左右，含Fe72.4%，O 27.6%，具有磁性。

B、赤铁矿：是一种氧化铁的矿石，主要成份为Fe₂O₃，呈暗红色，比重大约为5.26，含Fe70%，O 30%，是最主要的铁矿石。

C、褐铁矿：是含有氢氧化铁的矿石。它是针铁矿和鳞铁矿两种不同结构矿石的统称。

D、菱铁矿：是含有碳酸亚铁的矿石，主要成份为FeCO₃，呈现青灰色，比重在3.8左右。

回用废料：①高炉除尘灰，是从高炉煤气净化系统中回收的瓦斯灰，主要包含矿粉和焦粉，其作为烧结原料，不仅回收了残余的铁分，还降低了烧结的能耗，节约了生产成本；②氧气转炉炉尘，是从氧气转炉中回收的含铁、含钢法粉尘，含铁量较高；③氧化铁皮，是轧钢过程中剥落下来的含铁料，杂质少，密度大，在烧结过程中能够氧化释放大量热量，有效降低烧结能耗。

溶剂：加入溶剂的作用在于造渣，并能去除部分有害杂质（如硫）；由于我国铁矿石的脉石大部分呈酸性，因此普遍采用碱性熔剂，即CaO、MgO含量较高的矿物，一般有石粉、生石灰和高镁粉等。

燃料：是指在烧结过程中燃烧的固体燃料，最常用的是焦炭和无烟煤，一般要求燃料固定碳含量高，挥发分、灰分、硫含量要低。

2、配料与混合

精确配料的目的是为了满足高炉冶炼的要求，使烧结矿有稳定的化学成分和物理性质，并且具有足够的透气性来保证烧结生产率，烧结配料的稳定程度对烧结过程的平稳进行和烧结矿的质量有较大影响。烧结原料的种类繁杂，组分波动相对较大，配料前须经过破碎筛分处理以满足粒度要求，然后根据需要确定烧结的化学成分再进行配料计算，一般需要对含铁量、含硫量、FeO含量、碱度等主要参数进行控制。

配料方法的采用在一定程度上决定了配料的精确度，目前常用配料方法有容积配料法和质量（重量）配料法。现阶段，广泛使用的圆盘给矿机是容积配料的一种，其假定物料堆积密度保持不变，借助套筒的闸门来控制配料的容积，此法设备简单，易于操作，应用较广。质量（重量）配料法是根据物料的质量（重量）来进行配料，此法比容积配料法更加精确，并且能够实现配料自动化。目前国外已经开发出了按化学成分进行配料的方法，此法是通过射线荧光分析仪对烧结原料的化学成分进行分析，进而确定各物料的配比。

混合的目的是为了使烧结混匀料有较好的粒度组成，从而保证烧结矿的质量，提高烧结产量。混合作业中，通过加水润湿、搅拌混匀使得烧结料的成分更加均匀、水分适中，这也便于后续的造球作业。根据烧结原料性质的差异，可采用的混合流程有两种，分别是一次混合和二次混合，一次混合的目的：润湿与混匀，当加热返矿时还可使物料预热。二次混合的目的：继续混匀，造球，以改善烧结料层透气性。

我国烧结厂绝大多数采用二次混合。

当采用粒度0-10mm的富矿粉烧结时，由于其粒度已经达到造球的基本要求，釆用一次混合即可，混合时间一般控制在以1min内；而当釆用细磨精矿粉烧结时，由于其粒度过细，透气性较差，须采用二次混合，混合时间不能低于3min。

3、烧结生产

烧结生产主要包含布料、点火、烧结等工序，整个烧结作业流程如图所示。

布料是将铺底料、烧结混匀料铺在烧结机台车上的作业。在铺烧结料之前，需要先铺一层10-25mm粒度、厚度20-25mm的成品烧结矿，这是为了保护炉篦、降低除尘负载、延长风机转子使用寿命、减少炉篦粘料。底料铺完后再铺烧结料，

布料时要求，沿台车纵横方向，烧结料的粒度和化学成分等分布均匀，并能保持一定的松散性，且表面要平整。目前使用最为广泛的是圆辊布料机。

点火是使用点火罩对铺好的烧结料层表面进行点燃，并使料层燃烧。点火要有足够的点火温度，取决于烧结料的溶化温度，一般控制在1250±50℃：适宜的点火时间，一般控制在40-60s；沿台车宽度方向均匀点火。

烧结过程需要准确控制五个参数：①风量，一般控制在每吨烧结矿3200m³左右的风量，或者按照烧结面积控制在70-90m³/（cm²*min）；②真空度，取决于风机抽风能力、系统风阻、烧结料层透气性以及漏风损失；③料层厚度，其选取能直接影响到烧结的品质，国内烧结机一般采用250-500mm的料层厚度；④机速，机速的控制需要保证烧结料在到达烧结终点前烧透烧好，实际生产中一般控制在1.5-5m/min；⑤烧结终点，烧结终点的控制即是料层烧结全部完成时台车所处位置的控制，一般而言，中小型烧结机烧结终点位置控制在倒数第二个风箱处，大型烧结机烧结终点位置控制在倒数第三个风箱处。

4、料层温度

带式烧结机抽风烧结过程是自上而下进行的，沿其料层高度温度变化的情况一般可分为5层。点火开始以后，依次出现烧结矿层，燃烧层，预热层，干燥层和过湿层。然后后四层又相继消失，最终只剩烧结矿层。

①烧结矿层 
经高温点火后，烧结料中燃料燃烧放出大量热量，使料层中矿物产生熔融，随着燃烧层下移和冷空气的通过，生成的熔融液相被冷却而再结晶(1000—1100℃)凝固成网孔结构的烧结矿。

这层的主要变化是熔融物的凝固，伴随着结晶和析出新矿物，还有吸入的冷空气被预热，同时烧结矿被冷却，和空气接触时低价氧化物可能被再氧化。

②燃烧层 

燃料在该层燃烧，温度高达1350～1600℃，使矿物软化熔融黏结成块。

该层除燃烧反应外，还发生固体物料的熔化、还原、氧化以及石灰石和硫化物的分解等反应。

③预热层 

由燃烧层下来的高温废气，把下部混合料很快预热到着火温度，一般为400～800℃。

此层内开始进行固相反应，结晶水及部分碳酸盐、硫酸盐分解，磁铁矿局部被氧化。

④干燥层 

干燥层受预热层下来的废气加热，温度很快上升到100℃以上，混合料中的游离水大量蒸发，此层厚度一般为10～30mm。

实际上干燥层与预热层难以截然分开，可以统称为干燥预热层。

该层中料球被急剧加热，迅速干燥，易被破坏，恶化料层透气性。

⑤过湿层

从干燥层下来的热废气含有大量水分，料温低于水蒸气的露点温度时，废气中的水蒸气会重新凝结，使混合料中水分大量增加而形成过湿层。

此层水分过多，使料层透气性变坏，降低烧结速度。

烧结过程中的基本化学反应

①固体碳的燃烧反应

固体碳燃烧反应为：

反应后生成CO和CO₂，还有部分剩余氧气，为其他反应提供了氧化还原气体和热量。

燃烧产生的废气成分取决于烧结的原料条件、燃料用量、还原和氧化反应的发展程度、以及抽过燃烧层的气体成分等因素。

②碳酸盐的分解和矿化作用 
烧结料中的碳酸盐有CaCO₃、MgCO₃、FeCO₃、MnCO₃等，其中以CaCO₃为主。在烧结条件下，CaCO₃在720℃左右开始分解，880℃时开始化学沸腾，其他碳酸盐相应的分解温度较低些。

碳酸钙分解产物Ca0能与烧结料中的其他矿物发生反应，生成新的化合物，这就是矿化作用。反应式为：

CaCO₃+SiO₂=CaSiO₃+CO₂

CaCO₃+Fe₂O₃=CaO ·Fe2O₃+ CO₂

如果矿化作用不完全，将有残留的自由Ca0存在，在存放过程中，它将同大气中的水分进行消化作用：

CaO+H₂O=Ca(OH)₂

使烧结矿的体积膨胀而粉化。

③铁和锰氧化物的分解、还原和氧化
铁的氧化物在烧结条件下，温度高于1300℃时，Fe₂O₃可以分解。

Fe₃O₄在烧结条件下分解压很小，但在有SiO₂存在、温度大于1300℃时，也可能分解。