CN109785910A - 铁矿石优化配矿与烧结方法 - Google Patents

铁矿石优化配矿与烧结方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种铁矿石优化配矿与烧结方法,属于冶金领域。本发明技术方案要点为:对单种铁矿石进行复合配矿,设有M种铁矿石,单种铁矿石配比为A,则共有M个铁矿石配比,分别为A1,A2,A3,…,Am,共有M个单种铁矿石烧结的综合评价指数P,分别为P1,P2,P3,…,Pm,设复合配矿后的综合评价指数为Q,并设Q值为单种铁矿石配比A与单种铁矿石烧结的综合评价指数P的线性组合关系,则Q=A1P1+A2P2+A3P3+…+AmPm;在M种铁矿石中选取N种矿石进行组合;进行铁矿石组合时选取最大的Q值所对应的组合方案进行烧结,或者选取多个Q值所分别对应的组合方案进行烧结,得到烧结综合效果最佳且成本最低的配矿结构与方案。本发明既能降低原料成本又能改善烧结性能。

Description

铁矿石优化配矿与烧结方法
技术领域
本发明涉及冶金领域,特别涉及铁矿石优化配矿与烧结领域。
背景技术
随着自然界优质矿石资源的减少与枯竭,现代烧结使用的矿石品种多而杂,几乎不存在用单一矿石进行烧结的企业,不同矿石的成分、价格与烧结性能不同,其经济利用价值也不同,对于进料品种多、成分相差大、价格悬殊的矿石,如何搭配配矿结构与比例,既能达到降低成本又能改善或保持烧结性能不劣化,国内进行了广泛的研究与实践,但基本做法是凭经验配矿,随意性较大,或顾此失彼,降低成本目的达到但烧结性能变差或恶化,烧结性能得到优化但成本大幅度上升,得不偿失。国内不少研究采用微型烧结装置得出铁矿石的高温特性如同化温度、液相流动性、液相生成量与液相成矿后抗压强度等指标中一项去关联复合配矿后的该项特征,“铁矿粉高温性能特征数的配合性研究”(《烧结球团》2016年第5期)披露了采用单种特矿石的同化性特征数与配比进行线性组合预测复合配矿后的同化性特征数(铁矿石高温特性的一项),同化性特征数只代表了铁矿石与CaO生成液相的能力,这种方法有一定指导性,但与真实烧结性能相去甚远,微型烧结装置不是真实烧结设备,只是检测出了矿石的高温特性,高温特性的一项并不能代表该种铁矿石的综合烧结性能,更得不到烧结利用系数、烧结矿强度、固体燃耗、成品率、冶金性能等具有实际意义的关键指标,由此也就不能得出复合配矿后的烧结综合效果。
“一种高炉冶炼成本计算及优化方法”(专利号CN201210177755.X)在算法上采用逆向算法,约束入炉品位、炉渣成分等指标,在高炉-烧结联合成本优化模块中使用迭代循环方法得到理想的铁矿石配比与成本,在目前冶金行业内属于技术独创,对烧结优化配矿具有较强的指导作用与实用价值。该方法对降低成本有较大的使用价值,但没有考虑复合配矿后的烧结性能。
高炉入炉烧结矿比例占80%以上,烧结矿成本对冶炼成本具有重要影响,而烧结矿原燃料成本中铁矿石成本占80%上,因此研究烧结优化配矿对降本增效具有重要的现实意义。目前国内烧结厂无一例外都根据自身实际开展了优化配矿、改善烧结性能、降低铁矿石成本的技术研究与应用,提高了经济效益与竞争力。铁矿石品种、成分、价格、配比对烧结矿成本与冶炼成本具有决定性作用,降低成本是企业生存与发展的重要途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种铁矿石优化配矿与烧结方法,在采用性价比高的铁矿石进行烧结与降低原料成本的同时,烧结主要技术经济指标不受到影响或有改善。
本发明解决其技术问题,采用的技术方案是:铁矿石优化配矿与烧结方法,包括如下步骤:
对单种铁矿石进行复合配矿,设有M种铁矿石,单种铁矿石配比为A,则共有M个铁矿石配比,分别为A1,A2,A3,…,Am,共有M个单种铁矿石烧结的综合评价指数P,分别为P1,P2,P3,…,Pm,设复合配矿后的综合评价指数为Q,并设Q值为单种铁矿石配比A与单种铁矿石烧结的综合评价指数P的线性组合关系,则Q=A1P1+A2P2+A3P3+…+AmPm;
在M种铁矿石中选取N种矿石进行组合,且2≤N≤M,组合后的综合评价指数Q共有N个,分别为Q1,Q2,Q3,…,Qn;
进行铁矿石组合时选取性价比高即原矿1%铁品位价格低的矿石进行组合,或者选取单烧烧结矿1%铁品位价格低的铁矿石进行组合;
选取最大的Q值所对应的组合方案进行烧结,或者选取多个Q值所分别对应的组合方案进行烧结,得到烧结综合效果最佳且成本最低的配矿结构与方案,当选取的Q值为多个时,选取的多个Q值与最大的Q值相差在预设范围内;
当得到烧结综合效果最佳且成本最低的配矿结构与方案时,进行实际验证试验。
具体的是,所述单种铁矿石烧结的综合评价指数P由单烧烧结矿的主要性能指标确定。
进一步的是,所述单烧烧结矿的主要性能指标包括利用系数、固体燃耗、强度、成品率及单烧烧结矿铁品位。
具体的是,进行单种铁矿石烧结的步骤包括:铁矿石配比固定为80%,固定碱度、调节石灰石配比及燃料配比,在所述燃料配比时考虑碳酸盐分解热。
进一步的是,所述原矿1%铁品位价格=原矿价格/矿石铁品位,所述单烧烧结矿1%品位价格=单烧烧结矿成本/烧结矿品位。
具体的是,所述单烧烧结矿成本通过配料计算得到,烧结矿品位通过计算或化验得到。
进一步的是,对多种铁矿石进行烧结时,通过配料、混合制粒、布料、点火、抽风烧结、冷却、破碎及筛分,得到烧结矿。
本发明的有益效果是,通过上述铁矿石优化配矿与烧结方法,在采用性价比高的铁矿石进行烧结与降低原料成本的同时,烧结主要技术经济指标不受到影响或有改善,进而达到既能降低成本又能改善烧结性能的目的。
具体实施方式
下面结合实施例,详细描述本发明的技术方案。
现代烧结企业使用的铁矿石品种越来越多,基本上每年要使用几十种矿石,有的企业甚至使用上百种矿石,吃“百家矿”,这些矿石成分不同,价格相差大,烧结性能不同,如何搭配既能达到降低成本又能改善或保持或不恶化烧结性能即烧结综合效果,本发明提出一种优化配矿与烧结的方法,达到这些目的,其主要内容有:
【1】对铁矿石进行复合配矿,设有M种铁矿石,其配比为A,则共有M个铁矿石配比,分别为A1,A2,A3,…,Am。设复合配矿后的综合评价指数为Q,并设Q值为单种铁矿石配比A与单种铁矿石烧结的综合评价指数P的线性组合关系,则Q=A1P1+A2P2+A3P3+…+AmPm。
【2】设有M种铁矿石,M=1,2,3,…,m。将每种铁矿石进行单烧,方法是铁矿石配比固定为80%,固定碱度,调节石灰石配比,燃料配比(考虑碳酸盐分解热),进行单种铁矿石烧结,得到单烧烧结矿主要性能指标,共有M组性能指标。
每组性能指标主要为利用系数、固体燃耗、强度、成品率、单烧烧结矿铁品位。
示例性说明,例如有10种矿石,对每种矿石在实验室进行单烧试验,每种矿石会生成一组利用系数、固体燃耗、强度、成品率、单烧烧结矿铁品位等性能指标。这样供产生10组性能指标。
单烧试验在实验室烧结杯上进行。方法是配料、混合制粒、布料、点火、抽风烧结、冷却、破碎、筛分,得到烧结矿
【3】对每组性能指标利用系数,固体燃耗,强度,成品率进行综合评价,得到综合评价指数P,P值越高,则该种铁矿石的烧结综合效果越好,共有M个指数P,分别为P1,P2,P3,…,Pm。
由于烧结矿产品性能指标有多个,不能以某一个指标最好就得出结论认为该组的综合效果最好,必须进行综合评价,现采用国内外普遍使用的综合指数法。对于一个系统的多个指标,有的指标越高越好,称为高优指标,例如ISO转鼓、利用系数等;有的指标越低越好,称为低优指标,例如本固体燃耗、低温还原粉化率等。高优指标的个体指数F,用实测值X与标准值G的商计算,即F=X/G;低优指标的个体指数F,可用标准值G与实测值X的商计算,即F=G/X。标准值就是性能指标最优值。综合指数I有几种计算方法:①P=F1+F2+…+Fn,即个体指数相加。②P=F1·F2·…·Fn,即个体指数相乘。③P=w1F1+w2F2+…+wnFn,即个体指数P乘以权值w后再相加,权值由相关行业的经验值决定。
用上面三种方法分别计算综合指数,主要指标有利用系数、固体燃耗、转鼓指数、成品率,第三种方法权重分配为利用系数:固体燃耗:转鼓指数:成品率=30:30:20:20。
计算出的综合指数P值越高,则综合效果越好。
这样10种矿石单烧就能得出10个P值。
三种方法计算的P值可能不同,但并不影响这10个P值的排序,即能够区分出这10种矿石的单烧性能综合效果的优劣。
【4】在M种铁矿石种选取N种矿石进行组合,且2≤N≤M,组合后的综合评价指数Q共有N个,分别为Q1,Q2,Q3,…,Qn。进行铁矿石组合时首先选取性价比高即原矿1%铁品位价格低的矿石进行组合;也可选取单烧烧结矿1%铁品位价格低的铁矿石进行组合。
结合生产实际,例如生产中一般只能使用4种铁矿石进行烧结,则N=4,在这10种矿石中选取4种矿进行组合搭配,设配比分别为A1、A2、A3、A4,则4种矿石复合配矿后的综合指数Q=A1P1+A2P2+A3P3+A4P4,它代表了复合配矿后的烧结综合效果。
依照该方法,不断变换这10种矿石的品种与配比,在A1-A10种选取4种进行组合并计算相应的Q值,这样就有多个Q值。其组合个数理论上应有C140=210种,当然不可能将这210种进行全部组合,要结合生产实际与资源情况,首先选取性价比高即原矿1%铁品位价格低的矿石进行组合;也可选取单烧烧结矿1%铁品位价格低的铁矿石进行组合。
【5】选取最大的Q值所对应的组合方案进行烧结,或者选取多个Q值所分别对应的组合方案进行烧结,得到烧结综合效果最佳且成本最低的配矿结构与方案,当选取的Q值为多个时,选取的多个Q值与最大的Q值相差在预设范围内。得到烧结综合效果最佳且成本最低的配矿结构与方案,并进行实际验证试验。
在上一步骤得到是若干Q值,优选Q值高或相近的组合方案进行烧结,烧结方法是配料、混合制粒、布料、点火、抽风烧结、冷却、破碎、筛分,得到烧结矿。
验证试验可在实验室试验,也可在烧结机上试验,或二者结合。
【6】对每种铁矿石进行性价比评价,主要计算原矿1%铁品位价格,单烧烧结矿成本,单烧烧结矿1%品位价格。其中:
原矿1%铁品位价格=原矿价格/矿石铁品位;
单烧烧结矿1%品位价格=单烧烧结矿成本/烧结矿品位。
烧结矿成本可通过配料计算得到,烧结矿品位可通过计算或化验得到。
本发明能够解决在多种铁矿石资源条件下,合理优选出适宜的矿石品种进行烧结,达到既能保证烧结矿需求的品位,又能降低成本,同时保证烧结综合效果有改善,或保持现状,或不劣化,或不恶化,从而不影响高炉冶炼,而降低成本带来的收益是显著的。烧结矿成本降低了,则以烧结矿为主要入炉原料的高炉冶炼成本则必然降低,同时烧结矿性能基本不变,对高炉技术经济指标不产生影响。本发明的方法也为采购矿石提供指导与依据。
实施例
下面以攀钢钒公司矿石资源进行了示例性说明本发明的具体实现方式与方法,不失一般性,该方法同样适用于国内外各种铁矿石优化配矿与烧结。
具体步骤为:
第一步:矿石分类
根据铁矿石性价比评价,用原矿1%铁品位价格=原矿价格/矿石铁品位,单烧烧结矿1%品位价格=单烧烧结矿成本/烧结矿品位进行评价,铁矿石可分为以下几类:
第一类:钒钛磁铁精矿。攀精矿属于此类特殊矿石,在攀钢为主流矿石,性价比最高。
第二类:进口矿。进口矿巴西矿、澳矿、南非矿均属于同一类矿石,属于国外高品位富矿粉,性价比最低,试验时可互换。
第三类:国内高品位矿。混合国高,云南矿,58国高粉,周边国高,腾冲精矿,百色矿属于同类矿石,均属于国内高品位矿石,性价比高于进口矿,试验时可互换。
第四类:国内低品位矿。筛加粉、42中粉、42褐粉属于同一类矿石,为国内低品位富矿粉,性价比较高,试验时可互换。
第二步:单烧试验
选取部分矿石进行单烧试验,矿石品种7种,M=7,攀精矿、南非矿、混合国高、云南精矿、58国高粉、百色矿、筛加粉。
熔剂:石灰石
燃料:焦粉
配比见表1。
表1铁矿石单烧配比(%)
名称 攀精矿 南非矿 混合国高 云南精矿 58国高粉 百色矿 筛加粉
铁矿 80.0 80.0 80.0 80.0 80.0 80.0 80.0
石灰石 8.95 15.00 17.50 14.40 17.80 7.80 30.35
焦粉 4.60 4.64 4.66 4.64 4.66 4.59 4.76
试验方法:
(1)原燃料适量加水经机械混匀4-6min,然后装料至圆筒混合机(Φ600×1200mm,转速16.77rpm)内制粒5min,而后装料烧结。
(2)烧结试验在Φ250×800mm烧结杯中进行,点火负压为600×9.8Pa,烧结负压1200×9.8Pa,点火时间2min。固定料层厚度650mm,烧结杯铺底料粒度为10-20mm,铺底料厚度为20mm。
第三步:单烧性能综合评价
表2矿石单烧试验的综合评价指数P值表
可见,由于各种矿石理化性能不同,单烧混合料粒度组成、利用系数、转鼓指数、成品率、烧结矿粒度组成等主要性能指标具有明显的差异性。按利用系数:固体燃耗:转鼓指数:成品率=30:30:20:20进行综合评价,计算出的单种铁矿石烧结的综合评价指数P值,见表2。
最终综合效果评价指数也明显不同,只看单烧性能指标没有任何实际意义,因为基本没有企业采用单种矿石进行烧结生产,只有进行矿石结构优化组合后满足生产实际条件,达到烧结性能最优,成本最低才是最终目的。
第四步:根据综合评价优化组合配矿结构
表3用单烧试验结果进行矿石结构优化方案(配比A%)与复合矿综合评价指数
国内有研究采用单种铁矿石的高温特性同化温度、液相流动性、液相量、液相成矿抗压强度中的一个指标进行复合配矿从而评价出复合矿的一项高温特性,这显然具有局限性。这些高温特性指标是采用微型烧结装置检测出来的,并非真实烧结,用这些指标中一个进行组合并不能代表烧结性能,更不能得出利用系数、固体燃耗、强度等具有实际意义的关键性指标,与实际生产相去甚远。
本发明提出复合结构矿石烧结性能与单种矿石烧结性能成近似线性组合关系,采用综合评价指数P代表烧结性能综合效果,提出关系式Q=A1P1+A2P2+A3P3+…+AmPm代表复合配矿后的烧结综合性能。结合实际生产与资源状况,用表3中的矿石配比A与表2中的单烧矿石的烧结综合评价指数P进行线性组合,计算复合矿石结构的烧结综合评价指数Q,结果见表3。在这里复合矿品位可能约有变化,根本不用考虑,主要考虑综合烧结性能。
(1)进口矿停配,(攀精矿52%+云南矿25%+筛加粉3%)可替代(攀精矿52%+混合国高粉20%+南非矿5%+筛加粉3%),烧结性能综合指数均为50.5左右。
(2)进口矿停配,(攀精矿52%+混合国高25%+筛加粉3%)可替代(攀精矿52%+5国高粉20%+南非矿5%+筛加粉3%),烧结性能综合指数均为48.5左右。
(3)进口矿停配,(攀精矿52%+混合国高25%+筛加粉3%)可替代(攀精矿52%+百色矿20%+南非矿5%+筛加粉3%),烧结性能综合指数48.51,优于后者47.67。
进口矿的利用价值最低,原矿1%铁品位价格与单烧烧结矿1%品位价格最高。减少或停配进口矿而不影响烧结性能才有实际意义,达到降低成本的目的。示例性说明,在攀钢混合国高、云南矿、58国高粉、周边国高、腾冲精矿、百色矿属于同类矿石,均属于国内高品位矿石,性价比高于进口矿,试验时可互换替代进口矿进行验证试验。
第五步:优化配矿实验室验证试验
示例性说明,目前全厂进口矿平均配比在5%左右,考虑到有的系统进口矿配比可能达到10%,因此将上述优化配矿结果进行适当扩充,得到下一步矿石结构优化验证试验方案:
表4停配进口矿用国内高品位矿替代试验方案(配比%)
进口矿巴西矿、澳矿、南非矿均属于同一类矿石,属于国外高品位富矿粉,试验时可互换
混合国高,云南矿,58国高粉,周边国高,腾冲精矿,百色矿属于同类矿石,均属于国内高品位矿石,试验时可互换。
筛加粉、42中粉属于同一类矿石,为国内低品位富矿粉,试验时可互换。
攀精矿属于特殊矿石,为钒钛磁铁精矿,在攀钢为主流矿石。
该方案是在固定烧结矿品位与碱度的条件下得出的,更具可比性。
表5实验室优化配矿(复合配矿)烧结主要性能指标
验证试验在实验室烧结杯上进行,考察烧结性性能。进口矿为南非矿,停配5%与10%南非矿的两种方案,用已有的国内高品位矿石进行替代试验。试验结果见表5,复合配矿条件下实际综合评价指数Q列于表中。
第六步:实验室验证试验综合效果评价
通过以上矿石利用价值评价与单烧试验结果,结合生产实际,合理组合配矿结构,在实验室进行烧结杯试验,达到了预计效果。
南非矿的经济利用价值最低,而国高粉的性价比优于进口矿,在一定范围内,采用国高粉替代进口矿而又不影响烧结性能与效果的条件下进行试验,结果表明:
(1)国内高品位矿替代南非矿5%试验
采用不同品种的国高粉5%替代南非矿5%,成品率、利用系数、转鼓指数、固体燃耗与基准样对比,基本未受到影响或影响不大,而综合效果指数都优于基准样(JN1),基准样综合指数89.48,分别采用5%的云南精矿、白色精矿、周边国高、腾冲精矿替代5%南非矿后,综合指数分别为92.33、94.97、95.01、96.76,均优于配加南非矿的基准样。说明在5%的范围内,以上几种国高粉可任意替代南非矿,烧结综合效果不但未受到影响,反而得到优化,而取得的降本效果是明显的,由表4可见,用国高粉替代5%的进口矿,烧结矿成本降低5-8元/t,千万吨级规模烧结矿产量的企业降本效益5000万元以上。
(2)国内高品位矿替代南非矿10%试验
示例性说明,在攀钢钒生产条件下,长期使用进口矿配比不会超过一般10%,用不同品种的国高粉10%替代南非矿10%,成品率、利用系数、转鼓指数、固体燃耗与基准样对比,基本未受到影响或影响不大,而综合效果指数都优于基准样(JN2),基准样综合指数95.54,分别采用10%的云南精矿、白色精矿、周边国高、腾冲精矿替代10%南非矿后,综合指数分别为92.91、94.03、96.26、96.02,除云南精矿效果稍差于基准样外,其它几种国高粉综合效果接近或优于基准样。
说明在5-10%的范围内,以上几种国高粉可基本可以替代南非矿,烧结综合效果不会产生大的劣化,或基本不受影响,实际生产中烧结综合效果即使出现这种波动,也是正常的,而替代进口矿的降本效果是显著的,由表4可见,用国高粉替代10%的进口矿,烧结矿成本降低11-16元/t,千万吨级规模烧结矿产量的企业降本效益超亿元以上。
以上验证试验在实验室进行,达到了降低成本与改善烧结性能的目标,具有较强的指导性。
第七步:烧结机验证试验
优化配矿在烧结机上进行验证试验更具实际意义,可代表现实生产。试验在一台174m2烧结机上进行。主要用腾冲精矿(国内高粉的一种)替代澳矿进行烧结试验,其它配比变化不大。配比见表6,试验结果见表7。
表6优化配矿烧结机验证试验配料表(%)
表7优化配矿烧结机验证试验主要技术经济指标与综合评价指数
第八步:烧结机验证试验综合效果评价
采用15%腾冲粉替代15%澳矿,用10%腾冲粉替代10%澳矿,用5%腾冲粉替代5%南非矿,综合指数评价权值(台时产量:固体燃耗:转鼓指数:成品率=30:30:20:20)计算试验实际得出的综合评价指数Q。试验结果表明,采用国内高品位矿替代进口矿后,烧结综合效果不但没有变差,反而得到优化,综合评价指数高于同配比的进口矿,采用15%国内高品位矿替代15%进口矿,综合指数上升0.58;采用10%国内高品位矿替代10%进口矿,综合指数上升3.67;采用5%国内高品位矿替代5%进口矿,综合指数上升0.74,未出现烧结综合效果劣化或恶化的结果。
因此,本发明能够解决在多种铁矿石资源条件下,合理优选出适宜的矿石品种进行烧结,达到既能保证烧结矿需求的品位,又能降低成本,同时保证烧结综合效果有改善,或保持现状,或不劣化,或不恶化,从而不影响高炉冶炼,而降低成本带来的收益是显著的。烧结矿成本降低了,则以烧结矿为主要入炉原料的高炉冶炼成本则必然降低,同时烧结矿性能基本不变,对高炉技术经济指标不产生影响。同时,本发明的方法也为采购矿石提供指导与依据。

Claims (7)

1.铁矿石优化配矿与烧结方法,其特征在于,包括如下步骤:
对单种铁矿石进行复合配矿,设有M种铁矿石,单种铁矿石配比为A,则共有M个铁矿石配比,分别为A1,A2,A3,…,Am,共有M个单种铁矿石烧结的综合评价指数P,分别为P1,P2,P3,…,Pm,设复合配矿后的综合评价指数为Q,并设Q值为单种铁矿石配比A与单种铁矿石烧结的综合评价指数P的线性组合关系,则Q=A1P1+A2P2+A3P3+…+AmPm;
在M种铁矿石中选取N种矿石进行组合,且2≤N≤M,组合后的综合评价指数Q共有N个,分别为Q1,Q2,Q3,…,Qn;
进行铁矿石组合时选取性价比高即原矿1%铁品位价格低的矿石进行组合,或者选取单烧烧结矿1%铁品位价格低的铁矿石进行组合;
选取最大的Q值所对应的组合方案进行烧结,或者选取多个Q值所分别对应的组合方案进行烧结,得到烧结综合效果最佳且成本最低的配矿结构与方案,当选取的Q值为多个时,选取的多个Q值与最大的Q值相差在预设范围内;
当得到烧结综合效果最佳且成本最低的配矿结构与方案时,进行实际验证试验。
2.根据权利要求1所述的铁矿石优化配矿与烧结方法,其特征在于,所述单种铁矿石烧结的综合评价指数P由单烧烧结矿的主要性能指标确定。
3.根据权利要求2所述的铁矿石优化配矿与烧结方法,其特征在于,所述单烧烧结矿的主要性能指标包括利用系数、固体燃耗、强度、成品率及单烧烧结矿铁品位。
4.根据权利要求2或3所述的铁矿石优化配矿与烧结方法,其特征在于,进行单种铁矿石烧结的步骤包括:铁矿石配比固定为80%,固定碱度、调节石灰石配比及燃料配比,在所述燃料配比时考虑碳酸盐分解热。
5.据权利要求1所述的铁矿石优化配矿与烧结方法,其特征在于,所述原矿1%铁品位价格=原矿价格/矿石铁品位,所述单烧烧结矿1%品位价格=单烧烧结矿成本/烧结矿品位。
6.根据权利要求5所述的铁矿石优化配矿与烧结方法,其特征在于,所述单烧烧结矿成本通过配料计算得到,烧结矿品位通过计算或化验得到。
7.根据权利要求1所述的铁矿石优化配矿与烧结方法,其特征在于,对多种铁矿石进行烧结时,通过配料、混合制粒、布料、点火、抽风烧结、冷却、破碎及筛分,得到烧结矿。
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