本发明涉及铁矿混合料的烧结。

本发明尤其涉及含有多孔活性矿，如豆石铁矿的铁矿石混合料的烧结。

本文涉及铁矿混合料时所用的“烧结”一词是描述一个工艺过程，在该 过程中将铁矿颗粒、熔剂(如石灰石、白云石和蛇纹石)、燃料和厂内粉状废 料(如轧制铁皮、高炉烟尘和烧结矿返矿)的未烧结混合料转化成称为“烧结 矿”的块状物。该工艺过程包括下列基本步骤：

(i)在室温下用水将未烧结混合料制成球团状，所形成的球团包括颗粒相 对较大的芯或核，且在该芯或核外包覆着一层细粉状粘性料；

(ii)将这些球团布到一带式烧结机上从而形成料床；

(iii)点燃料床的表面；

(iv)料床内燃料的燃烧从表面向料床下部发展，所产生的热量足以在球 团的粘性层表面产生熔融物；

(v)高温下的反应，包括球团的熔融物与芯或核的反应并导致固状物部分 熔解；

(vi)熔融物的冷却和凝固；

(vii)破碎。

几十年来，在国际铁矿石贸易中占主导地位的一直是来自澳大利亚、巴 西和印度的高品位、致密的主成分为赤铁矿(Fe2O3)的矿石(以下称为赤铁 矿)。

赤铁矿是由地质时代自然富集的带状铁矿石-含铁沉积岩形成的。这种 沉积岩由薄的交叠的磁铁矿层和石英层组成。富集过程包括硅石的去除和铁 的加入，从而产生了大的赤铁矿体，这些矿体中很多都具有非常高的品位。

硬的/致密的赤铁矿混合料烧结时所使用的熔剂通常包括石灰石、白云石 和蛇纹石。根据通常的作法，为达到最佳的烧结机利用系数，熔剂颗粒的尺 寸范围选择在小于3mm，其中小于1mm的颗粒占有相当的比例。

澳大利亚西部的皮尔巴拉地区多孔活性铁矿的储藏量丰富，这种铁矿比 赤铁矿软且孔隙多，多孔活性铁矿与硬的/致密的赤铁矿混合的情况也日益增 加。

多孔活性铁矿(以下称为“软/多孔矿”)包括：(a)豆石矿，例如Yandi矿， 其主要组成是针铁矿(FeO.OH)和少量的赤铁矿；(b)多孔赤铁矿，例如巴西 Carajas矿的某类矿石；(c)赤铁矿-针铁矿，例如Marra Mamba矿。

特别涉及澳大利亚的铁矿，可在1984年6月/7月Ins.Min.Metall的 Australas会议论文集第289期第152-162页刊登的标题为“皮尔巴拉铁矿 分类-BIF衍生浅生铁矿通用分类建议”(“Pilbara iron ore classification-a proposal for a common classification for BIF derived supergene iron ore”)一文查 到软/多孔矿在分类中分属5、6、7级铁矿。

已经发现，现在大量开采的软/多孔矿的主要问题是使烧结机的利用系数 降低。人们还广泛认为，软/多孔矿将引起烧结机成品率下降。

传统观念认为利用系数下降是因为软/多孔矿易于反应/同化形成体积较 大的熔融物，从而降低了烧结料床高温区的透气性并大大延长了完成上述第 iv和第v步骤所需时间。成品率降低通常认为是因局部熔融物增加(过熔化) 导致通过烧结料床的空气流量减小，从而使少量局部区域出现未烧结料。

然而，本申请人的研究结果并不支持上述传统观念，而是支持这样的观 点，即烧结机利用系数降低是因为软/多孔矿在造球工艺中吸收了所添加的大 量的水，而所添加的水用于铁矿颗粒相互粘接。特别是水的吸收量增加致使 混合料床透气性下降。此项研究已在下述两篇论文中进行了讨论，即一篇刊 登在1993年第6届国际烧结研讨会论文集第267～272页，题目为“使用粗 颗粒熔剂烧结含有Yandi豆褐铁矿的铁矿混合料”(“Sintering iron ore blends containing Yandi pisolitic limonite using coarser fluxes”)，另一篇刊登在1994 年5月～8月出版的Instn Min Metall会刊(Sect C：额外的矿物处理，冶金) 第103页，题目为“改进含豆石矿的铁矿混合料的烧结性能”(“Improving sintering performance of ore blends containing pisolite ore”)。

与前述的烧结机利用系数降低的缺点不同，已经发现用软/多孔矿与赤铁 矿混合料制成的烧结矿与只用赤铁矿混合料制成的烧结矿相比具有还原性能 提高和低温粉碎指数降低的优点。还原性能提高被认为是因为软/多孔矿形成 的烧结矿的孔隙度提高以及细小的赤铁矿颗粒的缘故。

已有许多关于提高烧结软/多孔矿，特别是豆石矿，与赤铁矿混合料的烧 结机利用系数的建议。

例如新日铁公司的标题为“烧结矿原料预处理方法”(“Method of Pre -processing Sinter Raw Materials”)的日本58-55221号专利和1988年12 月新日钢铁公司技术报告第59期68～75页刊登的标题为“采用预造球技术 提高烧结机利用系数”(“Increase of Sinter productivity by Pre-granulation Process”)的论文提出在豆石矿与赤铁矿和其它组分形成未烧结混合料球团 之前在豆石矿颗粒表面附着一层蛇纹石。蛇纹石层的目的是在烧结期间使豆 石矿颗粒的同化作用发生改变，并由此提高烧结机的利用系数。

此外，新日铁公司的标题为“含有褐铁矿以利于烧结的铁矿石预处理” (“Preliminary Treating of Ore Containing Limonite for Sintering”)的日本58- 141341号专利建议，豆石矿在与其它组分形成未烧结混合料球团之前，在豆 石矿颗粒表面附着一层细矿粉(80％以上的粉矿粒度小于0.25mm)。附着细矿 粉的目的是烧结期间使豆石矿颗粒的同化作用发生改变，并由此提高烧结机 的利用系数。

1993年第6届国际烧结研讨会论文集第255～260页刊登的标题为“采 用大比例豆石褐铁矿烧结的烧结性能”(“Plant sintering performance with high proportion of pisolitic limonite ore”)的文章和1994年第1届国际炼铁科学与 技术大会论文集刊登的“神户钢铁厂使用掺有大比例豆石矿的操作” (“Operation with high blending ratio of pisolite ore at Kobe Works”)一文提议 在造球期间增加添加的水量以补偿软/多孔矿对水分的大量吸收。然而，这并 不是一项好的技术，由于在豆石矿中含有针铁矿成分而使它已含有足够的水 分。在烧结机中原料的水分含量高将导致废气温度降低、增加风机负担并还 有可能使水在风机架上冷凝并损害静电除尘器的性能。在造球期间添加的水 量增加还会使在烧结过程中高温区的前面形成“非常湿”的湿度冷凝区。这 可能对湿度冷凝区的透气性、湿度冷凝区中球团的破裂以及随后在烧结期间 烧结料床的透气性和通过烧结料床的气流分布产生影响。

本发明的目的是提供一种烧结含有软/多孔矿的铁矿石混合料的工艺，采 用该工艺可使烧结机具有较高的利用系数，其利用系数相当于或高于烧结主 要含有赤铁矿的铁矿石混合料的已知工艺的利用系数。

根据本发明，提供一种烧结混有铁矿石颗粒的铁矿混合料的工艺，其中 铁矿混合料中包括软/多孔矿石，该工艺包括：

(a)形成铁矿石和熔剂组成的未烧结混合料；

(b)通过在未烧结混合料中加水造球；

(c)烧结球化的未烧结混合料，

该工艺的特征是有一个处理步骤，该步骤将阻止水被软/多孔矿吸收。

本发明的实现基础是，通过阻止水被软/多孔矿吸收将有可能将软/多孔 矿混入铁矿混合料中，且不会降低烧结性能(例如可用烧结机利用系数评价) 和烧结矿质量(例如用烧结矿强度评价)。

可以选择的处理步骤是改变用于造球步骤(b)的水的性能(如粘度)。

另外，可以选择的处理步骤是改变软/多孔矿的性能(如表面性能)。例 如，处理步骤可以具有堵塞软/多孔矿孔隙的效果。

另外，可以选择的处理步骤是封闭软/多孔矿的孔隙。

处理步骤可以是阻止水被软/多孔矿吸收的任何其它适当的方法。

处理步骤最好包括添加所选择的一种添加剂以阻止水被软/多孔矿吸 收。

添加剂可以是任何适当的材料并包括，但不限于，淀粉、天然和合成树 胶、植物糖和糖浆、淀粉胶(例如糊精)、糖精炼厂副产品或废物(如废糖浆)、 动植物胶、凝胶、合成聚合物(如聚电解质)和其它聚合物(如聚乙二醇、聚醋 酸乙烯酯、聚乙烯醇)以及蜡。

添加剂最好是一种或多种糖、糖浆、废糖浆，或者是含有蔗糖或转化糖 的化合物。

添加剂可以采用任何适当的方法并在烧结过程中任何适当的阶段加 入。例如，添加剂可以：

(i)在用于造球步骤(b)的水中溶解；

(ii)以固体状态加入到步骤(a)形成的烧结混合料中；

(iii)在步骤(a)之前预涂在铁矿石颗粒上；

(iv)在矿石装料或缺料口岸或矿石堆放场，以固体或液体形式加入到步 骤(a)形成的烧结混合料中。

所选的添加剂最好还可作为一种粘接剂以提高造球期间铁矿石颗粒的 粘合力和(或)改进球团在烧结期间在料床的各个不同区域(如干燥区和湿度冷 凝区)的结构整体性。

就这一点而言，本发明得以实现的基础是，如果添加剂还作为一种粘接 剂使用，那么烧结性能将可能会进一步提高，特别是对于含有软/多孔矿(例 如在室温和高温下均不是特别好的粘接料的Yandi铁矿)的铁矿混合料。

铁矿混合料最好包括大于10％(重量)的软/多孔矿。

铁矿混合料尤其最好包括大于15％(重量)的软/多孔矿。

铁矿混合料尤其特别最好包括大于20％(重量)的软/多孔矿。

下文将参照本申请人所做的一系列烧结试验和现场试验对本发明进行 进一步描述。

烧结试验包括各种铁矿混合料的烧结，以确定糖基合成物是否能够降低 混合料中的软/多孔矿对水的吸收率，从而在试验工厂规模下，在造球期间减 少对水的需要，提高造球性能、烧结机利用系数和烧结矿质量。

烧结试验是在本申请人的Newcastle实验室的中试烧结锅中进行的。所 用烧结锅的面积为0.09m2，料床的高度可达500～530mm。每次烧结试验 所用球团总重量约70kg。烧结设备和操作参数详见ISIJ Int.Vol32 No.10 1992 第1047～1057页刊登的由C.S.Teo、R.Mikka和C.E.Loo撰写的标题为“在 铁矿烧结中焦炭颗粒的分布”(“Positioning coke particles in iron ore sin- tering”)一文，该文在此作为参考资料引用。

烧结试验在下述情况下进行：

(a)采用不含软/多孔矿的基准铁矿混合料(基准混合料)的烧结混合料作 为参照物；

(b)3种含有大量软/多孔矿的烧结混合料(这些烧结混合料在下文中分别 称为Yandi 1号、2号和3号混合料)。

基准混合料含有按基准化学成分选定的赤铁矿且各组分间的比例适 当，以便获得下述目标成分的烧结矿：51.46％Fe、5.07％SiO2、1.84％ Al2O3、10.13％CaO和1.55％MgO。基准混合料和Yandi 1、2、3号混 合料的碱度均保持在2.0。

表1示出基准混合料和Yandi 1、2、3号混合料的组成。

                        表1铁矿混合料     混合料     基准    混合料   Yandi     1   Yandi     2   Yandi     3     Mt Newman原生矿     50.0     10.0   11.1     18.0     Mt Newman次生矿     16.0     16.0   6.8     7.2     Yandi矿     -     40.0   22.2     35.9     Koolan矿     30.0     30.0   -     -     Whyalla粉矿混合料     4.0     4.0   15.6     -     Yarie粉矿     -     -   28.6     28.7     锰矿粉     -     -   0.9     1.2     巴西矿     -     -   3.2     -     Tasmanian磁铁矿     -     -   2.6     -     其它厂内矿粉     -     -   9.0     9.0                       烧结矿碱度     2.0     2.0   2.0     2.0     烧结矿MgO含量     1.55     1.55   1.5     1.5     白云石：蛇纹石(重量比)     0.66：     0.34     0.66：     0.34   0.64：   0.36     0.64：     0.36

总之，烧结试验的目的是获得的返矿稳定在0.95～1.05之间。

在每次烧结试验中，用于造球的由铁矿和熔剂组成的烧结混合料共约 100kg，造球是在直径为1.1m的批量式圆筒造球机中进行的。

造球工艺包括的添加剂有：

(a)水，作为参照；或

(b)5％(重量)糖溶液；或

(c)10％(重量)糖溶液；或

(d)10％(重量)废糖浆。

在每一个试验中，当混合料加入到造球机中时，造球用液以喷淋的方式 喷撒在基准混合料和各Yandi混合料上。在造球10分钟后，将造球机倾斜， 并将所造球团直接倒入漏斗中。

向烧结锅中添加混合料的标准方法包括在烧结锅上方放置一个漏斗，打 开漏斗底部的滑动阀门向烧结锅卸料，然后用刮板将料床刮平。烧结条件示 于表2。

                  表2  烧结试验条件     点    火    温    度     1200℃     点    火    负    压     6KPa     点    火    时    间     1.5min     烧    结    负    压     16KPa     冷    却     在16KPa压力下向下通风   稳  定  化  破    碎     在2m处破碎成4颗     烧    结    矿     +6.4mm

从表1可以看出基准混合料和Yandi 1号混合料成分之间的唯一差别是 Yandi 1号混合料含有40％(重量)的Yandi矿，只有10％(重量)的Mt Newman 原生矿，而基准混合料含有50％(重量)的Mt Newman原生矿且没有Yandi 矿或其它软/多孔矿。因此，基准混合料和Yandi 1号混合料烧结试验结果的 比较提供了很好的评价本发明的基础。此外，Yandi 2号和Yandi 3号混合料 的成分完全不同于Yandi 1号混合料，并且这些混合料的烧结试验结果为评 价糖对含软/多孔矿的铁矿混合料的影响提供了良好的基础。

在这些条件下，基准混合料和Yandi 1号混合料的烧结试验结果示于表 3，Yandi 2号和3号混合料的烧结试验结果示于表4。

表3基准混合料和Yandi1号混合料(Yandi矿湿度为6％)的烧结试验结 果。其中，第一个字母：B表示基准混合料，即非Yandi混合料；数字1表 示Yandi1号混合料，即用40％Yandi矿(豆石矿)取代基准混合料。

在括号中的字符：10S表示10％糖溶液或质量相同的等效物；5S表示 5％糖溶液或质量相同的等效物；W表示水；10M表示10％的废糖浆溶 液。

最后一个字母：G表示将水添加到造球机中；D表示添加干矿石；S 表示Yandi矿在与其它矿混合之前浸在溶液中并且在造球时使用水；C表示 Yandi矿在造球之前用细的固态糖包覆在其外面。

表4 Yandi 2号和3号混合料(Yandi矿湿度为6.0％)的烧结试验结果。 其中，第一个字符：2表示Yandi 2号混合料(在矿石混合料中有约25％的 Yandi矿)；3表示Yandi 3号混合料(在矿石混合料中有约40％的Yandi矿)； 上述#表示被烘干的Yandi样品。

括号中的字符：10S表示10％糖溶液或质量相同的等效物；5S表示5 ％糖熔液；W表示水。

最后一个字母：G表示将水添加到造球机中。

                                  表3   混合料 烧结混合料 湿度(％) 烧结混合料 中返矿量(％) 烧结时间(min) 利用系数 (t/m2d)   焦比(Kg/t)   转鼓指数   (％6.3mm)   返矿平衡   B(W)   1(W)   B(10S)-G   1(10S)-G   1(10S)-G   1(10S)-G   1(10S)-D   1(10S)-S   1(10S)-C   1(5S)-G   1(10M)-G   5.53   5.54   5.52   5.49   5.31   5.14   5.69   5.47   5.80   5.67   5.71   50   55   60   55   55   55   47.5   47.5   47.5   50   47.5   18.1   19.6   16.9   14.9   16.1   17.5   18.2   17.4   17.2   17.5   18.4   43.5   38.0   46.8   51.0   48.3   43.6   43.6   45.8   46.2   44.7   43.0   66.0   67.6   65.9   67.0   66.6   67.5   64.9   67.2   59.1   67.1   68.9   63.2   66.2   64.4   66.6   67.5   68.6   67.9   68.6   69.2   67.0   67.6   0.97   0.95   0.92   0.96   0.91   0.95   0.96   0.95   0.96   0.94   0.97

                                表4     混合料 烧结混合料 湿度(％) 烧结混合料 中返矿量(％) 烧结时间(min)   利用系数   (t/m2.d)   焦比(Kg/t) 转鼓指数(％     -6.3mm) 返矿平衡   2(W)     6.01     50     17.2     43.2     65.3     61.5     1.03   2(10S)-G     5.99     50     14.7     52.8     64.0     61.9     0.98   2(10S)-G     5.60     50     16.3     47.6     63.5     63.1     0.97   2#(10S)-G     5.68     50     15.4     51.0     64.0     61.1     0.97   3(W)     5.96     50     19.7     38.0     69.0     63.8     0.98   3(10S)-G     5.89     50     14.6     50.0     64.1     61.6     0.99

表3示出烧结混合料湿度约为5.5％且没有添加糖，在Yandi1号混合料 中用Yandi矿取代Mt Newman原生矿结果使烧结机利用系数显著降低，从44 吨每平方米每天降至38吨每平方米每天。

表3还示出使用10％的糖溶液取代造球用水对含有Yandi矿的混合料的 烧结有非常有益的影响。在烧结混合料湿度同样为5.5％的情况下，使用糖 溶液取代水造球，可大大缩短烧结时间并可将利用系数从38吨每平方米每天 提高到约50吨每平方米每天。该表还示出将糖溶液用于基准混合料也有一些 积极效果，但是烧结性能提高幅度不大，只从43吨每平方米每天提高到47 吨每平方米每天。

表3还示出使用糖溶液对于Yandi混合料烧结的其它益处。请注意即使 在利用系数高达约51吨每平方米每天的情况下，用Yandi混合料生产的烧结 矿强度(用转鼓指数表示)仍与只使用5.5％湿度的Yandi混合料的烧结矿强度 相当，并且其强度高于基准混合料的烧结矿强度，这表明在获得同样烧结矿 强度情况下，烧结焦比将会下降。

表3还显示出，如果不需要非常高的利用系数，烧结混合料的温度可以 降至约5.1％，并可节约大量的焦炭，这是因为烧结矿的强度大大高于基准 情况(ISO转鼓指数约为69，而基准情况为63)。

从表3还可以看出，Yandi 1号混合料中加入5％的糖溶液，烧结机的 利用系数与使用基准混合料相当，与此同时生产的烧结矿的强度却提高。

从表3还可以看出，糖可以采用其它方法添加而不是溶入造球用水中。 例如，该表还示出，糖以干燥状态加在矿石上对烧结机利用系数也有益处， 虽然效果不如糖在使用前溶于液体所得效果明显。Yandi矿颗粒用糖粒预制 球团或包覆对利用系数也有很大的影响。利用系数的提高还伴随着烧结矿强 度的大幅度提高。所考虑的最后一种方法是将一些Yandi矿(大于1mm的碎 块)在使用前浸泡在含10％糖溶液中。此后在造球过程中使用的是普通自来 水。结果表明烧结机利用系数大幅度提高且烧结矿强度大大提高。

表3还表明，废糖浆(糖浆残留物)也是有益的。后来的试验(本文未给出) 表明由于废糖浆中糖含量较低，因此为提高烧结性能，需用较多的废糖浆。 此外，已经发现，转化糖也有减少Yandi矿对水分吸收和提高利用系数的作 用。

表4示出糖可大大提高Yandi 2号和3号混合料的利用系数。

还试验了其他一些添加剂，以改变水的性能(例如粘度)，从而阻止水被 软/多孔矿吸收。一些物质，如淀粉、聚合物(例如聚丙烯酰胺)、糊精和树胶(在 适当含量下)均对烧结过程有影响，但是影响程度不一样。大多数物质确实对 利用系数有积极影响(即在烧结混合料湿度约5.5％时，利用系数大于38吨 每平方米每天)，但是不同于相同含量的糖的影响程度。几乎在所有情况下， 将这些添加剂引入烧结过程均会在同样的湿度条件下生产出强度高得多的烧 结矿，因为能量并没有用于去除添加的水分。试验结果还表明，焦比也可大 幅度降低而大会使烧结矿强度降至低于约64的基准数值。

在上述的烧结试验完成之后，本申请人又在所在的NSW Port Kembla公 司的板坯及中厚板生产部门的烧结机上进行了一系列的现场试验。

现场试验所使用的烧结混合料含有36.06％(重量)的Port Hedland矿 粉，该矿粉含有65％(重量)的Yandi矿，35％(重量)的Mt Newman矿粉。 因此，在烧结混合料中Yandi矿含量约24％(重量)。烧结混合料的组分示于 表5。

                              表5     混  料  机  送  料     混  合  量     Port Hedland精矿粉     Yarrie P精矿粉     Whyalla精矿粉     M.B.R.     Mt Newman次生矿粉     烧结返回矿U/S     Carol Lake     Tasmania磁铁矿     ASMS烧结返回矿     MBR次生矿粉 烟尘、转炉金属料、滤饼、除尘泥浆、轧制铁皮、Endcone     Yarrie次生矿粉     铁矿粉混合料     煅烧白云石     36.06     19.07     14.64     7.98     5.00     2.75     2.40     2.09     1.07     1.04     5.40     1.00     0.93     0.58     混    合  料  总    计     100.00

烧结混合料的一部分(“试验用烧结混合料”)用糖溶液制备，其余的烧 结混合料(“基准烧结混合料”)没有用糖添加剂制备。未烧结料料床的性能、 烧结机的操作和烧结矿质量的详细情况分别示于表6、表7和表8。

                   表6未烧结料料床的性能   单位    试验件    基准料     差值   未烧结料料床     透气性   日本 透气单位     37.0     33.9     +3.1   烧结混合料湿度     ％     5.73     5.47     -0.26     生球团     平均尺寸     mm     3.01     2.93     +0.08     调和平均尺寸     mm     0.98     0.86     +0.12

                     表7  烧结机操作指标   单位    试验件   基准料     差值     利用系数   t/d.m2     35.4     32.2     +3.2(+10％)     焦比   kg/t-s     51.3     50.3     +1.0     煤气比   Nm3/t-s     1.53     1.65     -0.12     返矿 ％机器送料     20.4     18.7     1.7     布料高度     mm     545     539     +6     焰峰速度   mm/min     24.2     22     +2.2   烧结混合料湿度     ％     5.8     5.9     -0.1

                      表8烧结矿质量     单位   试验件   基准料     差值   平均尺寸     mm     16.2     16.8     -0.6   +5mm     ％     93.7     94.2     -0.5   转鼓指数     ％+10mm     64.5     65.4     -0.9   还原粉化率     ％-3mm     36.8     39.1     -2.3   还原率     ％还原     63.7     63.9     -0.2

参照表6、表7和表8，烧结现场试验得出一个令人感兴趣的结果，这 就是试验用未烧结混合料料床的透气性比基准烧结混合料高3.1％，而它们 的湿度要求相差很小。这说明糖对造球具有有益影响。

烧结现场试验的另一个令人感兴趣的结果是，试验烧结混合料能够使烧 结机利用系数(表7)提高10％，且烧结矿的质量与基准烧结料相当(表8)。

就定量而言，烧结现场试验的结果并不如于烧结试验结果那样好。这是 由于特殊的设备因素，并且本申请人相信在正常的设备条件下，在烧结机上 将会获得更好的结果。

总之，烧结现场试验进一步证实了烧结试验的有益结果。

在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对以上描述的本发明进行 各种改进。