第3章 铁矿烧结基本理论
3.1 铁矿烧结生产的发展
烧结是指在混合料中的燃料燃烧产生高温和一系列的物理化学变化的作用下，部分混合料颗粒表面发生软化和熔化，产生一定液相，并润湿其他未被熔化的矿石颗粒，当冷却后，液相将矿粉颗粒粘结成块的过程。烧结法是将矿粉（包括富矿粉、精矿粉以及其他含铁细粒状物料）、熔剂（石灰石、白云石、生石灰等粉料）、燃料（焦粉、煤粉）按一定比例配合后，经混匀、造粒、加温（预热）、布料、点火，借助炉料氧化（主要是燃料燃烧）产生的高温，使烧结料水分蒸发并发生一系列化学反应，产生部分液相粘结，冷却后成块，经合理破碎和筛分后，最终得到的块矿就是烧结矿。
铁矿烧结生产的历史已有一个多世纪了。它起源于资本主义发展较早的英国、瑞典和德国。这些国家最先开始使用烧结锅处理高炉灰。钢铁工业上第一台烧结机于1910年在美国诞生，烧结面积8.325m2（7.78m×1.07m），每天生产烧结矿140t。它的出现引起烧结生产的重大革新，从此带式烧结机得到广泛的应用。
20世纪50年代以前，由于钢铁工业发展缓慢，天然富矿充足，所以烧结生产的发展不快。随着钢铁工业发展，天然富矿减少，选矿兴起，粉矿、精矿增加，烧结工业迅速发展。近30年，为了拓宽含铁资源，采用“精料方针”提高高炉效益，即所谓“七分原料三分操作”，烧结更是迅猛发展。工艺流程不断完善，设备不断大型化，技术愈趋现代化。
欧美偏重球团，日本偏重烧结。日本烧结工艺完善，设备先进，技术可靠，自动化水平高，是世界上烧结技术发展最快的国家，单机平均烧结面积达218m2，400m2以上的烧结机11台。法国单机烧结面积154m2，400m2以上的烧结机4台。英国单机烧结面积165m2。德国和意大利分别有3台和2台400m2以上的烧结机。菲律宾和澳大利亚分别有1台450m2和420m2烧结机。卢森堡和韩国各有1台400m2的烧结机。目前最大的烧结机为648m2（俄罗斯），机冷带式烧结机为700m2（巴西）。
近年来，各国钢铁企业对原料场的建设特别重视，即冶炼“重心前移”。原因是：
①资源争夺激烈，市场波动大，都有意扩大料场，增加储备；
②运输的不确定因素，易造成供应紧张；
③要稳定烧结矿质量，原料的分类堆放、预配、混匀等准备工作非常重要；特别是原料来源点多而杂，原料准备工作尤其重要；
④有利于原料搭配，综合考虑资源利用，降低成本。
我国在1949年以前，仅鞍山有10台烧结机，总面积330m2。工艺设备落后，生产能力很低，年产量仅十几万吨。
1949年以来，我国烧结工业取得了巨大成就，特别近20多年更是飞速发展。
到2006年止，我国有大型烧结机（300m2以上）20台，全国拥有烧结机300余台，总面积约4×104m2，是新中国成立初的130多倍，年产烧结矿近4亿吨。2015年以来，全国粗钢年产量已达8.02亿吨，是新中国成立初的数百倍。我国已成为世界上烧结矿生产第一大国。近年来我国粗钢、生铁及烧结矿产量见图3-1。
图3-1 近年来我国粗钢、生铁及烧结矿产量
2013年，为支撑中国巨大的高炉炼铁生产，中国的烧结矿和球团矿生产保持同步增加。烧结矿产量达到7.9亿吨，球团矿产量达到2亿吨。高炉的炉料结构得到明显改善，见图3-2，球团矿的比例显著增加。同时，在铁矿原料质量变差及供应稳定性严重恶化的情况下，通过釆取厚料层烧结及链箅机-回转窑球团等先进工艺和技术，实现了优质低成本烧结矿和球团矿的生产，保证了高炉炼铁良好指标的实现。
我国1957年在中南工大（现中南大学）设立烧结球团专业后，我国的铁矿石烧结工业取得了很大的成就。
①烧结工艺方面：自1978年马钢二烧冷矿技术攻关成功后，随后一批重点和地方骨干企业基本都完成了热烧改冷烧工艺。部分企业还建成原料混匀料场，绝大多数钢铁企业实现了自动化配料、混合料强化制粒、冷却筛分、整粒及铺底料技术。
②新工艺、新技术的开发应用：如高碱度烧结矿技术，小球烧结技术，低温烧结技术，厚料层烧结技术，低硅烧结技术等。
③设备大型化和自动化：由20世纪50年代75m2烧结机到90年代450m2烧结机投产，都是我国自行设计，自行制造，并实现自动化生产。
④烧结生产指标和产品质量不断改进和提高。
⑤高炉炉料结构趋向合理：由20世纪70年代高炉炉料结构以单一的烧结矿为主，发展成酸性球团配加高碱度烧结矿的合理炉料结构（见图3-2）。
图3-2 中国高炉炉料结构的变化
近年来，随着我国钢铁工业的快速发展，面临的环境越来越严峻，特别是面临资源和能源短缺、品质劣化，国家宏观调控、产能过剩与淘汰落后、市场低迷与经济危机，环境保护与节能减排的压力与形势。同时，高炉冶炼设备面临大型化的发展趋势，到2013年，我国已投产容积3000m3以上高炉43座，其中4000m3以上高炉21座，高炉冶炼设备的大型化，对原料的质量要求不断提高，与之相应的铁矿粉烧结技术需要进一步提升和发展。我国乃至全世界，今后烧结的发展方向是朝着设备大型化，技术操作现代化发展，生产效率越来越高，人员越来越少。