烧结新技术及其发展

烧结新技术及其发展作者：项江辉单位：安徽工业大学冶金与资源学院冶金095班 学号：099014274摘要：高炉强化冶炼对精矿提出了更高的要求，可以用“高、稳、熟、小、匀、净”概括。为实现这些基本要求为强化冶炼创造条件，采用烧结新工艺新技术以提高精矿物理化学性质，可以为高炉强化冶炼提高扎实的基础。本文仅以提高包钢炼铁厂和首钢炼铁厂为例，粗略探讨该厂采用的烧结新工艺及其对提高精料水平强化高炉冶炼的影响及效果。关键词：自动配科技术，强力造球技术，新式生石灰消化器，厚料层烧结技术，柔性密封新技术，热风烧结技术，烧结配加强化剂，喷洒氯化钙技术，球团矿主要新技术。一、原理：1.1强化冶炼基本原理相对高炉常规冶炼而言，采用一切先进技术和工艺方法，缩短冶炼周期，提高高炉炼铁生产率及其综合经济效益的冶炼工艺。高炉生产率常用高炉利用系数来表示。式中i为冶炼强度，t/(m3?d)；k为焦比，t/t。提高冶炼强度与降低焦比是提高利用系数，强化高炉冶炼的两个主要方向。凡能提高冶炼强度，降低焦比的技术措施和方法，都属于高炉强化冶炼的范畴。诸如改善炉料结构，采用高炉精料，高压操作，高炉喷吹燃料，高风温以及富氧鼓风、综合鼓风、加湿鼓风和脱湿鼓风等都是高炉强化冶炼的重要内容。此外，加强管理，如加强设备维护，降低休风(见休风与复风)率、慢风(见慢风操作)率和漏风率等，使高炉常处于全风操作状态，以增加生铁产量，降低单位生铁能耗，也是高炉强化冶炼不可忽视的内容。但是也不能简单地得出高炉生产率与冶炼强度成正比的结论。因为焦比在相当程度上还与冶炼强度有关，即k=f(i)。精料是高炉强化冶炼的物质基础，强化高炉必须把精料放在首位。精料的涵义是要求供给高炉的原料不但质量好，而且数量足。其内容可用“高、稳、熟、小、匀、净”概括。“高”铁矿石的品位高，还原性高，焦炭中固定炭高，熔剂中氧化钙高，各种原料的冷态、热态机械强度高。“稳”一一各种原料的化学成分稳定，波动小。这是稳定炉况稳定操作保证顺行自动控制的先决条件。“熟”一一高炉全部装入烧结矿或者球团矿，熟料率达到100%，尽量不加石灰石入炉。“小、匀、净”一一要求原料平均粒度小粒度匀，缩小上下限间的粒度差。大的要破碎，小的要筛除以保证高炉内的良好透气性和还原性。同时，还可以实行分级入炉制度。高炉冶炼对烧结矿质量的要求主要有3方面：品位高、杂质少、化学成分稳定。这样的原料可使高炉冶炼时炉况顺行，炉渣带出的热量少，有利于提高产量降低焦比。一些工厂生产实践证明，入炉的烧结矿含铁量每增加1%，焦比约降低2%，产量约提高3%。烧结矿中的有害杂质(硫、磷、铜、铅、锌、砷等在冶炼时，有的进入生铁中，影响生铁质量和钢的性能；有的转入渣或变成蒸气挥发，这都会使高炉设备受到破坏或形成结瘤而影响生产。烧结矿成分波动大，会引起炉况不顺。一些工厂生产实践表明，入炉烧结矿的铁品位波动由土1.5%降到土0.5%时，焦比降低2.5%，产量提高4.5%。强度好、粉末少、粒度均匀。烧结矿强度差时，小^mm的粉末就多，除会造成大量炉尘损失外，还会使炉内透气性变坏，冶炼过程失常；粒度过大则还原困难，使焦比增加。一些工厂生产实践证明，小于5mm粉末每减少10%可增产6%〜8%，而6〜50mm粒级每增加10%焦比可降低2%左右。易还原、粉化少、高温性能好。易还原的烧结矿，在高炉中间接还原率高，初渣中的FeO减少，均有利于提高产量和降低焦比。在低温还原的条件下，烧结矿往往会出现粉化现象，若粉化程度达到某一定值时，就会影响炉内的透气性，致使生产指标下降。烧结矿的高温性能，通常是指温度在1250°C以上时的还原性、荷重还原软化性和熔滴性等。在高温下还原时，若发生较大程度的还原停滞现象，就会使还原速度大幅度降低；若开始软化或熔化的温度较低，软熔温度区间较宽，就会增加高炉中软熔带的透气阻力，对炉内的还原过程、炉缸温度和炉料透气性都有不利的影响，同时炉缸就不能保证充足的热量，因而影响炉缸的热工制度。2.1烧结矿主要新技术2.1.1自动配科技术烧结配料的最终目标就是满足产品的物理化学性能、冶金性能并获得较高的烧结产率。采用分层布料和双层烧结，可以克服烧结矿上下层质量不均匀的现象，使烧结混合料层的含碳量自上而下逐层减少，还可以节约燃料。同时，采用偏析布料，使料层中部略厚而边缘稍薄，可以得到成分均匀的烧结矿。2005年在一烧车间原有自动称量的基础上进行改造，采用自动配料技术。2006年1月投人使用，取得很好的效果。烧结矿化学成分波动缩小，成分更趋于稳定。2006年与2005年相比，烧结矿一次合格率提高了9.4个百分点，碱度稳定率提高了6.3个百分点。目前全厂烧结配料除二烧外都实现了自动配料技术。2.1.2强力造球技术烧结过程是一个多种组分在高温下相互作用的过程，烧结矿质量的好坏在很大程度上取决于混合料各组成分分布的均匀性，并对烧结机台时产量也有很大的作用。二烧车间1998年进行了改造性大修由4台75m2改造为4台90m2烧结机，将原有混合机改为强力造球机。经使用并实测表明，强力造球机比普通造球机效率提高11%。炼铁厂近几年投产的3台265m2烧结机都采用强力造球机技术，均取得良好的效果。2.1.3新式生石灰消化器的应用混合料中配入适量的生石灰代替石灰石粉末，可以强化烧结过程。生石灰在混合料中消化成极细的消石灰Ca(OH)2胶凝体颗粒分布于混合料中，夺取精矿颗粒间和表面的水分，使这些颗粒相互间与消石灰颗粒靠近产生毛细力，使混合料中初生小球的强度和密度增大。但生石灰消化时放热，故其用量要适宜，且粒度小于5mm。包钢烧结生产是以细精矿为主要原料。为解决细精矿烧结的问题，在烧结混合料中配加生石灰，以强化细精矿烧结使烧结矿产量和质量提高、能耗降低。经调研将一烧车间原来的消化器改为双轴搅拌式消化器，使得生石灰较充分地消化，从而达到了提高料温、提高了混合料的制粒效果，改善了烧结料层的透气性，提高混合料的湿容性，减少过湿层，为厚料层烧结创造了条件，成功地解决了以细精矿为主要原料烧结的难题。2.1.4厚料层烧结技术厚料层操作可以提高烧结过程的自动蓄热能力，降低固体燃耗，降低W(FeO)，改善烧结矿的还原性。同时厚料层烧结使高温区保持时间延长，熔体结晶较为充分，从而提高烧结矿强度和烧结矿成品率②。目前三烧、四烧料层达到650叫n，在有条件的情况下将达到700mm以上，处于国内领先水平。其他车间也相继把烧结料层提高到630叫n以上。料层提高以后，烧结矿强度明显提高，烧结矿转鼓指数从过去的66%左右逐步提高到80%左右。2.1.5烧结机采用柔性密封新技术烧结机漏风是困扰烧结的一大难题，降低烧结机漏风率是提高烧结机生产率，降低工艺电量消耗的一个关键环节。炼铁厂2003年在二烧车间采用了柔性密封新技术。烧结机漏风率在原有基础上降低了8.6%，烧结机台时产量提高了3.5%，密封原件寿命比过去提高了1.5倍。在取得良好效果后，相继将此项新型密封技术消化移植到全厂所有烧结机上应用。2.1.6热风烧结技术应用在点火后一段时间内采用热风(500C)供气烧结，减轻了急冷造成的表面强度的降低，从而改善机械强度。另外，热风烧结还可以降低混合料中的配炭量，降低气氛的还原性，使FeO含量降低2-4%，而且燃料的均布程度提高，有利于形成均匀分散的小孔，提高气孔率改善透气性和还原性。烧结冷却废气中具有大量的物理热，如果加以科学利用可大幅度节约固体燃料，并使烧结过程热耗降低10%—13%。二烧车间利用机冷工艺冷却段300r的热风，首次实现了热风烧结。随之一烧、三烧、四烧在此基础上又进行了大胆技改创新，从环冷机集取热风，采用无动力热风烧结技术，使烧结料层的温度分布均匀，克服了上层热量不足、冷却过快、烧结矿强度差，下层热量过剩温度过高、亚铁含量高、还原性差的缺点。同时减少燃料配比，降低固体燃耗。达到了提高烧结矿强度，改善烧结矿粒度，降低固体燃耗的效果。2.1.7烧结配加强化剂烧结配加强化剂可以促进燃料中碳与非碳物质的燃烧，使固体燃料燃烧充分，提高烧结温度，促进固体燃料的反应活性，从而改善了燃料的燃烧性能。炼铁厂进行了烧结配加强化剂的工业试验，试验表明配加0.04%强化剂后，烧结机利用系数提高了2%左右，烧结矿转鼓强度提高了1.45个百分点，烧结矿冶金性能也得到改善。2.1.8烧结矿喷洒氯化钙技术快烧结矿的低温粉化率(RDI)的高低将影响高炉料柱的透气性。因此RDI是烧结矿冶金性能的一项重要指标。在烧结工艺和原料条件一定的情况下，控制RDI最直接的办法就是提高烧结矿的W(FeO)，进而有效地抑制烧结矿的低温粉化③。但是烧结矿W(FeO)提高将会严重地影响其还原性能。为了有效地解决这一矛盾，采用烧结矿表面喷洒CaC12，技术。在烧结矿表面喷洒CaCl溶液可使其表面和孔隙被卤化物所覆盖，减缓了烧结矿在450〜550C的还原速度，阻碍了Fe2O3转变成Fe3O4时低温相变导致的体积膨胀，致使还原气体对烧结矿所产生的碎裂粉化作用减弱，从而达到减少烧结矿低温还原粉化的目的。当烧结矿在高炉中进人600C以上温度区时，卤化物开始挥发，还原加快，900C时恢复了还原速度，所以不会影响烧结矿的中温还原度。经生产实践和技术测定烧结矿表面喷洒氯化钙溶液可降低烧结矿的低温还原粉化指数10%左右。2.2球团矿主要新技术应用2.2.1带式焙烧结机全密封技术162m2带式机由于设备老化，系统漏风严重，制约了球团生产的稳定顺行，造成球团矿产、质量下降，能耗升高。为了解决系统漏风，经多次论证，决定采用北京中钢北方测控公司的密封技术，利用中修机会对6到13风箱的预热、焙烧、均热段进行全面的密封。采用全密封技术后，较彻底解决了焙烧系统的漏风、窜风而造成的风系统混乱。同时在抽干段加烧嘴，解决了鼓干、抽干段一直风温较低，干燥效果差的问胚。整个球团焙烧过程得到有效的控制，使球团矿产量质量稳定提高，能耗降低。2.2.2带式焙烧机工艺参数的优化抽干段加烧嘴和带式机采用全密封技术的应用，加之中修对破损炉体的修复，为此焙烧工艺参数必须进行相应的调整。严格控制燃烧室温度，保持的氧化气氛和氧化时间，合理利用有效风量，强化氧化焙烧，固结。带式焙烧机达到了一个较高的产量质量水平。2.2.3竖炉烘干炉及润磨机的应用竖炉生产对生球质量要求很高。2006年3月将4座竖炉进行了工艺配套完善。烘干机，润磨机投入使用。通过一段时间的运行，调试、攻关，制定了合理的工艺操作参数，整个生产系统运行稳定，产质量提高，Et产达到4000t以上，球团矿转鼓指数达到92%左右。2.3高炉原料改善对高炉冶炼的效果包钢高炉原料的改善，为包钢高炉的稳定、顺行、优质、高产、低耗奠定了基础，使高炉生产的各项技术经济指标不断进步(见表1)，产量大幅度的攀升，2003年突破500万t；2006年达到738万t,高炉利用系数达到2.021t/(d•m3)，首次突破2.0t/(d•m3)大关，实现了包钢特殊矿冶炼的历史性突破。包钢炼铁厂现有6座高炉，炉容总计达到12380m3，年生产铁能力l003万t，与之相配套的烧结机总面积1515m2，球团机总面积194m2，年产人造富矿可达到1650万t。表12001年一2006年高炉主要技术经济指标1.首钢炼铁厂高碱度烧结新工艺④长期生产实践证明，高炉使用单一烧结矿或球团矿并不能获得最佳的生产技术经济指标，两种矿物在冶炼时各有其优缺点，所以为结合二者优点规避缺点获得最佳指标，采用高碱度烧结配加酸性炉料。高碱度烧结矿具有优良的冶金性能。高碱度烧结矿具有强度高，稳定性好，粒度均匀，粉末少的特点。高碱度的烧结矿还原性好，软化开始温度和终了温度均有所下降，软化区间变窄。高碱度烧结矿的含硫量有所提高但可以通过添加适当熔剂进行脱硫补偿。北京首钢炼铁厂高炉炉料配比的变化趋势是入炉烧结矿减少、球团矿和块矿增加。为保证高炉炉渣碱度平衡，在实验室进行了烧结矿计划碱度为1.8〜2.1的烧结杯实验。，烧结矿碱度提高以后，其高温冶金性能显著改善：RDI。下降了5.35%；烧结矿的还原度下降了2.84%，其原因是：一方面，随着烧结碱度的提高，为保持烧结矿FeO含量不变，增加了燃料配比，烧结过程的氧化性气氛有所降低，还原性较好的赤铁矿和铁酸钙含量减少；另一方面，烧结矿中SiO：含量的增加也不利于烧结矿还原性的改善，还原度略有下降。烧结矿碱度提高以后，提高了烧结矿的质量，ISO转鼓指数明显提高，降低了返矿率；采用石灰石为调节熔剂，烧结固体燃料消耗有所增加。建议用提高生石灰配比的方式来提高碱度；应减少烧结燃料配比，增加烧结过程的氧化气氛，使烧结矿的FeO含量控制在9%以下，有利于铁酸钙的生成，以此提高烧结矿的还原性。烧结矿低温还原粉化性能明显改善，熔滴性能改善，有利于高炉生产顺行。表二首钢炼铁厂采用高碱度烧结后的技术指标二、发展：高炉炼铁所使用的主要含铁原料是烧结矿。近几年，我国生铁产量不断上升，烧结矿用量大幅度增加，提高烧结矿的质量、降低消耗、节约能源、保护环境在烧结生产中显得越来越重要，也是烧结生产工艺技术发展的永恒的课题和方向。近几年烧结新技术从以下几方面在发展。一、 采取措施减少焦粉中过细粒级和过粗粒级减少焦粉中过细粒级和过粗粒级，可降低固体燃料消耗、提高燃料利用率和改善布料时燃料的偏析条件。如增加破碎前的小焦粉筛分工艺、使用棒磨机破碎、分级筛分和破碎等。二、 实施超高料层操作提高烧结料层高度，可充分利用厚料层的“自动蓄热作用”，节约固体燃料，提高烧结矿的产质量。目前，我国厚料层烧结已达到国际先进水平。烧结机布料厚度已达到750〜800mm，居国际领先水平，生产的烧结矿质量、品位、强度达到国际同行业领先水平。加强混合造球，改善混合料的粒度组成，提高混合料的透气性，采用高效的混匀与造球设备，延长混合和造球时间达5min以上，添加生石灰，使生石灰消化为消石灰，提高混合料的成球性能，烧结混合料运输系统尽量减少落差，减少混合料种的小球运输过程中的粉碎，混合机大型化、降低混合机的填充率等。提高混合料的料温。混合料的料温达65摄氏度以上，消除烧结过程中的“过湿现象”，改善烧结料层的透气性。措施有：在烧结混合料中加入热返矿；加生石灰，全部或部分代替石灰石；蒸汽预热混合料，一是将蒸汽采用强力蒸汽喷头喷入烧结机头的混合料仓内，此方法是蒸汽最大限度的和混合料接触，蒸汽热能利用效率高，但此方法加热的混合料温度不太均匀。在没有热返矿的烧结厂，一般此两种方法同时使用，可保证温度达到要求和混合料温度的均匀性。从节能的观点出发，预热混合料的蒸汽最好利用。三、 生石灰分加和燃料分加技术该技术过程是将铁矿物、返矿、添加剂、部分生石灰和固体燃料在一次或二次加水混合造球后，在二次或三次混合造球前加入部分的燃料和生石灰，再进行混匀和造球，使小球表层外裹一定比例的生石灰和固体燃料，然后进行烧结。燃料分加主要有两个目的：一是改善燃料的燃烧动力学条件提高燃料的利用率好燃烧速度：二是加强燃料箱小粒级偏析，配合偏析布料，可以较容易地控制料层上不烧结温度与下步烧结温度基本相同，提高匀温烧结的程度。生石灰分加可以提高一次混合机的混匀效果，在二混前再加生石灰可以提高二次混合的造球效果：同时会在小球表面上形成胶结壳，能防止小球破裂，增大了小球的接卸强度“生石灰分加使外留燃料更好地粘结在小球表面上，在烧结过程中不易脱落。在小球表面上未完全消化的生石灰在烧结过程中继续消化，吸收了过湿带的水分，使混合料的湿容量增大，能减少烧结料层中过湿带对烧结的不利影响：生石灰分加也为双碱度烧结提供了条件。四、 燃料偏析技术烧结工艺要求烧结料层中燃料含量从上到下逐渐降低，结合烧