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【摘 要】烧结工艺是整个钢铁工业生产中的一个不可缺少的重要环节，烧结生产的主要任务，是将粒度较细的铁矿粉进行造块，为高炉冶炼提供优质的人造富矿"而能耗高是烧结工艺中存在的一个普遍问题。随着能源价格的不断上升，给高能耗型的钢铁企业带来巨大的市场竟争压力。
【关键词】工艺概述；工艺流程
一、烧结工艺概述
烧结原理
我国钢铁冶炼f21以“烧结（球团）和焦化一高炉一转炉”的长流程为主（如图1-1所示）。
75%以上的高炉炉料来源于烧结矿，因而烧结生产在铁前原料制备方面起着至关重要的作用。
烧结是将各种粉状含铁原料，混合适宜的燃料和熔剂后放于烧结设备上点火烧结，在燃料产生高热和一系列物理化学变化的作用下，使部分混合料表面发生软化和融化，产生一定数量的液相，并湿润其它未熔化的矿石颗粒，当冷却后，液相将矿粉颗粒粘结成烧结矿的过程（见图1-2。）
烧结就是粉末球团坯在一定的温度和气氛中受热所发生的致密化过程，烧结发生的明显标志是烧结体致密度的增加，同时伴随晶粒、气孔尺寸以及形状的改变。烧结之前，粉末球团坯是由许多单个的固体颗粒组成，颗粒之间为点接触，颗粒接触点附近能达到原子引力作用范围的原子数目有限。在高温下，原子振动的振幅加大，接触点附近更多的原子进入原子作用力范围，形成粘结面，颗粒间连接强度增大，烧结体的强度增加。随着粘结面的扩大，烧结颈形成，原来的颗粒界面就成为晶粒界面，随着烧结过程的继续进行，晶界移动，晶粒长大。烧结的主要任务，是将粒度较细的铁矿粉进行造块，为高炉冶炼提供优质的人造富矿。在高炉炼铁工艺为主的背景下，烧结生产具有不可替代的地位：为高炉提供化学成分稳定、粒度均匀、还原性好、冶金性能高的优质烧结矿，为高炉优质、高产、低耗、长寿创造良好条件。
二、烧结工艺流程
烧结工艺通常可分解为原料准备、配料混合、点火烧结、冷却和整粒筛分等五个工序，如图1-3所示。钢铁生产的烧结工艺过程一般包括：原燃料的接受、贮存，溶剂、燃料的准备，配料，混合，制粒，布料，点火烧结，热矿破碎，热矿筛分，熱矿冷却，冷矿筛分，铺底料、成品烧结矿及返矿的贮存、运输等工艺环节。其工艺流程示意图如图1-4所示。
1烧结生产的工艺流程
1.1烧结原料的准备
1.2含铁原料
含铁量较高、粒度<5mm的矿粉，铁精矿，高炉炉尘，轧钢皮，钢渣等。一般要求含铁原料品位高，成分稳定，杂质少。
1.2.1熔剂
要求熔剂中有效CaO含量高，杂质少，成分稳定，含水3%左右，粒度小于3mm的占90%以上。在烧结料中加入一定量的白云石，使烧结矿含有适当的MgO，对烧结过程有良好的作用，可以提高烧结矿的质量。
2燃料
2.1主要为焦粉和无烟煤。
对燃料的要求是固定碳含量高，灰分低，挥发分低，含硫低，成分稳定，含水小于10%，粒度小于3mm的占95%以上。
2.2烧结原料一般要求
2.2.1配料
配料目的：获得化学成分和物理性质稳定的烧结矿，满足高炉冶炼的要求。
常用的配料方法：容积配料法和质量配料法。容积配料法是基于物料堆积密度不变，原料的质量与体积成比例这一条件进行的。准确性较差。质量配料法是按原料的质量配料。比容积法准确，便于实现自动化。
2.2.2混合
（1）混合目的：使烧结料的成分均匀，水分合适，易于造球，从而获得粒度组成良好的烧结混合料，以保证烧结矿的质量和5提高产量。
混合作业：加水润湿、混匀和造球。根据原料性质不同，可采用一次混合或二次混合两种流程。
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。
（2）用粒度10～Omm的富矿粉烧结时，因其粒度已经达到造球需要，采用一次混合，混合时间约50s。使用细磨精矿粉烧结时，因粒度过细，料层透气性差，为改善透气性，必须在混合过程中造球，所以采用二次混合，混合时间一般不少于2.5～3min。
3烧结生产
烧结作业是烧结生产的中心环节，它包括布料、点火、烧结等主要工序。
3.1布料
3.1.1将铺底料、混合料铺在烧结机台车上的作业。
当采用铺底料工艺时，在布混合料之前，先铺一层粒度为10～25mm，厚度为20～25mm的小块烧结矿作为铺底料，其目的是保护炉箅，降低除尘负荷，延长风机转子寿命，减少或消除炉箅粘料。
3.1.2铺完底料后，随之进行布料。布料时要求混合料的粒度和化学成分等沿台车纵横方向均匀分布，并且有一定的松散性，表面平整。目前采用较多的是圆辊布料机布料。
3.2点火
点火操作：对台车上的料层表面进行点燃，并使之燃烧。
点火要求：足够的点火温度，适宜的高温保持时间，沿台车宽度点火均匀。点火温度：取决于烧结生成物的熔化温度。常控制在1250±50℃。
点火时间通常40～60s。点火真空度4～6kPa。点火深度为10～20mm。
3.3烧结
准确控制烧结的风量、真空度、料层厚度、机速和烧结终点。
烧结风量：平均每吨烧结矿需风量为3200m3，按烧结面积计算为（70～90）m3/（cm2.min）。
真空度：决定于风机能力、抽风系统阻力、料层透气性和漏风损失情况。
料层厚度：合适的料层厚度应将高产和优质结合起来考虑。国内一般采用料层厚度为250～500mm。
机速：合适的机速应保证烧结料在预定的烧结终点烧透烧好。实际生产中，机速一般控制在1.5～4m/min为宜。 烧结终点的判断与控制：控制烧结终点，即控制烧结过程全部完成时台车所处的位置。中小型烧结机终点一般控制在倒数第二个风箱处，大型烧结机控制在倒数第三个风箱处。
4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
4.1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。
4.2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。
4.3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l0～30mm。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。该层中料球被急劇加热，迅速干燥，易被破坏，恶化料层透气性。
4.4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。
炼铁厂烧结系统执行“精心备料、低碳厚料、稳定水碳、烧透冷好”的操作方针，通过“四个狠抓”，优化管理，破解难题，确保优质烧结矿入炉。2月份，烧结矿品位稳定率高达99.36%，烧结矿小粒度组成从1月份的16%降低到10%，烧结矿低温还原粉化率大幅度改善，转鼓强度创出了79.23%的新高。
5碳酸盐的分解和矿化作用
分解：CaCO3=CaO+CO2MgCO3=MgO+CO2
CaCO3：700℃开始分解，880℃沸腾分解；大量吸热。
影响碳酸盐分解的因素有：烧结温度：高有利于分解。
石灰石粒度：小有利于分解，要求小于3mm。杂质（Al2O3、SiO2、Fe2O3）：少有利于分解。
活性：高有利于分解。新破碎。矿化作用：固化反应，形成CaO·SiO2、CaO·Fe2O3等。如果没有发生矿化作用，则会形成白点（CaO）
CaO+H2O=Ca（HO）2体积膨胀，产生粉化。
影响矿化作用的因素有：烧结温度，高有利于矿化。
石灰石粒度：小有利于分解，要求小于3mm。
矿粉粒度：小有利于分解。
活性：高有利于分解。新破碎。
铁的氧化物在烧结条件下，温度高于l300℃时，Fe203可以分解。Fe304在烧结条件下分解压很小，但在有Si02存在、温度大于1300℃时，也可能分解。
总结：
烧结作为钢铁工业的主体工艺过程，其能耗占钢铁冶金总能耗的10%}15%，节能潜力巨大，提高烧结生产控制水平，实现科学合理的能源管理，降低烧结工序的生产能耗，对整个钢铁工业的节能降耗具有十分重大的现实意义。
参考文献：
（1）《宝钢烧结生产工艺》作者：钱植仪张景智夏辛明等编著
（2）《烧结过程铁酸钙生成及其矿物学》作者：郭兴敏著
（3）《烧结生产操作技术》收藏到我的图书馆作者：黄英等著
【关键词】工艺概述；工艺流程
一、烧结工艺概述
烧结原理
我国钢铁冶炼f21以“烧结（球团）和焦化一高炉一转炉”的长流程为主（如图1-1所示）。
75%以上的高炉炉料来源于烧结矿，因而烧结生产在铁前原料制备方面起着至关重要的作用。
烧结是将各种粉状含铁原料，混合适宜的燃料和熔剂后放于烧结设备上点火烧结，在燃料产生高热和一系列物理化学变化的作用下，使部分混合料表面发生软化和融化，产生一定数量的液相，并湿润其它未熔化的矿石颗粒，当冷却后，液相将矿粉颗粒粘结成烧结矿的过程（见图1-2。）
烧结就是粉末球团坯在一定的温度和气氛中受热所发生的致密化过程，烧结发生的明显标志是烧结体致密度的增加，同时伴随晶粒、气孔尺寸以及形状的改变。烧结之前，粉末球团坯是由许多单个的固体颗粒组成，颗粒之间为点接触，颗粒接触点附近能达到原子引力作用范围的原子数目有限。在高温下，原子振动的振幅加大，接触点附近更多的原子进入原子作用力范围，形成粘结面，颗粒间连接强度增大，烧结体的强度增加。随着粘结面的扩大，烧结颈形成，原来的颗粒界面就成为晶粒界面，随着烧结过程的继续进行，晶界移动，晶粒长大。烧结的主要任务，是将粒度较细的铁矿粉进行造块，为高炉冶炼提供优质的人造富矿。在高炉炼铁工艺为主的背景下，烧结生产具有不可替代的地位：为高炉提供化学成分稳定、粒度均匀、还原性好、冶金性能高的优质烧结矿，为高炉优质、高产、低耗、长寿创造良好条件。
二、烧结工艺流程
烧结工艺通常可分解为原料准备、配料混合、点火烧结、冷却和整粒筛分等五个工序，如图1-3所示。钢铁生产的烧结工艺过程一般包括：原燃料的接受、贮存，溶剂、燃料的准备，配料，混合，制粒，布料，点火烧结，热矿破碎，热矿筛分，熱矿冷却，冷矿筛分，铺底料、成品烧结矿及返矿的贮存、运输等工艺环节。其工艺流程示意图如图1-4所示。
1烧结生产的工艺流程
1.1烧结原料的准备
1.2含铁原料
含铁量较高、粒度<5mm的矿粉，铁精矿，高炉炉尘，轧钢皮，钢渣等。一般要求含铁原料品位高，成分稳定，杂质少。
1.2.1熔剂
要求熔剂中有效CaO含量高，杂质少，成分稳定，含水3%左右，粒度小于3mm的占90%以上。在烧结料中加入一定量的白云石，使烧结矿含有适当的MgO，对烧结过程有良好的作用，可以提高烧结矿的质量。
2燃料
2.1主要为焦粉和无烟煤。
对燃料的要求是固定碳含量高，灰分低，挥发分低，含硫低，成分稳定，含水小于10%，粒度小于3mm的占95%以上。
2.2烧结原料一般要求
2.2.1配料
配料目的：获得化学成分和物理性质稳定的烧结矿，满足高炉冶炼的要求。
常用的配料方法：容积配料法和质量配料法。容积配料法是基于物料堆积密度不变，原料的质量与体积成比例这一条件进行的。准确性较差。质量配料法是按原料的质量配料。比容积法准确，便于实现自动化。
2.2.2混合
（1）混合目的：使烧结料的成分均匀，水分合适，易于造球，从而获得粒度组成良好的烧结混合料，以保证烧结矿的质量和5提高产量。
混合作业：加水润湿、混匀和造球。根据原料性质不同，可采用一次混合或二次混合两种流程。
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。
（2）用粒度10～Omm的富矿粉烧结时，因其粒度已经达到造球需要，采用一次混合，混合时间约50s。使用细磨精矿粉烧结时，因粒度过细，料层透气性差，为改善透气性，必须在混合过程中造球，所以采用二次混合，混合时间一般不少于2.5～3min。
3烧结生产
烧结作业是烧结生产的中心环节，它包括布料、点火、烧结等主要工序。
3.1布料
3.1.1将铺底料、混合料铺在烧结机台车上的作业。
当采用铺底料工艺时，在布混合料之前，先铺一层粒度为10～25mm，厚度为20～25mm的小块烧结矿作为铺底料，其目的是保护炉箅，降低除尘负荷，延长风机转子寿命，减少或消除炉箅粘料。
3.1.2铺完底料后，随之进行布料。布料时要求混合料的粒度和化学成分等沿台车纵横方向均匀分布，并且有一定的松散性，表面平整。目前采用较多的是圆辊布料机布料。
3.2点火
点火操作：对台车上的料层表面进行点燃，并使之燃烧。
点火要求：足够的点火温度，适宜的高温保持时间，沿台车宽度点火均匀。点火温度：取决于烧结生成物的熔化温度。常控制在1250±50℃。
点火时间通常40～60s。点火真空度4～6kPa。点火深度为10～20mm。
3.3烧结
准确控制烧结的风量、真空度、料层厚度、机速和烧结终点。
烧结风量：平均每吨烧结矿需风量为3200m3，按烧结面积计算为（70～90）m3/（cm2.min）。
真空度：决定于风机能力、抽风系统阻力、料层透气性和漏风损失情况。
料层厚度：合适的料层厚度应将高产和优质结合起来考虑。国内一般采用料层厚度为250～500mm。
机速：合适的机速应保证烧结料在预定的烧结终点烧透烧好。实际生产中，机速一般控制在1.5～4m/min为宜。 烧结终点的判断与控制：控制烧结终点，即控制烧结过程全部完成时台车所处的位置。中小型烧结机终点一般控制在倒数第二个风箱处，大型烧结机控制在倒数第三个风箱处。
4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
4.1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。
4.2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。
4.3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l0～30mm。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。该层中料球被急劇加热，迅速干燥，易被破坏，恶化料层透气性。
4.4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。
炼铁厂烧结系统执行“精心备料、低碳厚料、稳定水碳、烧透冷好”的操作方针，通过“四个狠抓”，优化管理，破解难题，确保优质烧结矿入炉。2月份，烧结矿品位稳定率高达99.36%，烧结矿小粒度组成从1月份的16%降低到10%，烧结矿低温还原粉化率大幅度改善，转鼓强度创出了79.23%的新高。
5碳酸盐的分解和矿化作用
分解：CaCO3=CaO+CO2MgCO3=MgO+CO2
CaCO3：700℃开始分解，880℃沸腾分解；大量吸热。
影响碳酸盐分解的因素有：烧结温度：高有利于分解。
石灰石粒度：小有利于分解，要求小于3mm。杂质（Al2O3、SiO2、Fe2O3）：少有利于分解。
活性：高有利于分解。新破碎。矿化作用：固化反应，形成CaO·SiO2、CaO·Fe2O3等。如果没有发生矿化作用，则会形成白点（CaO）
CaO+H2O=Ca（HO）2体积膨胀，产生粉化。
影响矿化作用的因素有：烧结温度，高有利于矿化。
石灰石粒度：小有利于分解，要求小于3mm。
矿粉粒度：小有利于分解。
活性：高有利于分解。新破碎。
铁的氧化物在烧结条件下，温度高于l300℃时，Fe203可以分解。Fe304在烧结条件下分解压很小，但在有Si02存在、温度大于1300℃时，也可能分解。
总结：
烧结作为钢铁工业的主体工艺过程，其能耗占钢铁冶金总能耗的10%}15%，节能潜力巨大，提高烧结生产控制水平，实现科学合理的能源管理，降低烧结工序的生产能耗，对整个钢铁工业的节能降耗具有十分重大的现实意义。
参考文献：
（1）《宝钢烧结生产工艺》作者：钱植仪张景智夏辛明等编著
（2）《烧结过程铁酸钙生成及其矿物学》作者：郭兴敏著
（3）《烧结生产操作技术》收藏到我的图书馆作者：黄英等著