小球团烧结技术.doc

武汉科技大学高等造块学课程论文题目：小球团烧结工艺概述 学 院：资源与环境工程学院专 业： 矿物加工工程 年 级： 2008级研究生 姓 名： 汪 彬 学 号： 08112017 指导老师： 张 一 敏 日 期： 2009年7月20日 小球团烧结工艺概述汪彬（武汉科技大学资源与环境工程学院，武汉 430081）摘 要： 本文简要介绍了小球团烧结工艺特点以及其与球团烧结的区别，并详细叙述了小球团烧结的工艺参数与设备的选择，且对其工艺生产中存在的不足做了简单分析。概述了我国小球团烧结的工艺研究与应用。关键词： 小球团烧结； 工艺特点； 雾化加水； 偏析布料； 前 言烧结工艺和球团工艺各有长处， 同时都具有工艺本身难以克服的缺陷， 开发新型的造块工艺是十分必要的。新型的人造块矿应该保持有利于高炉布料控制的烧结矿宏观外形， 同时也能象球团工艺一样，可以处理粒度越来越细的精矿粉。而小球团烧结工艺就是近年来开发的烧结新工艺。该工艺集中了球团与烧结两种造块工艺的优点，强化制粒并改善混合料透气性，减少了烧结过程中料层的阻力。因此改变了烧结矿的生产指标：(1)提高了垂直烧结速度，提高烧结矿产量。(2)增加了氧化性气氛，有利于铁酸钙(FSCA)的大量生成，改善了烧结矿的矿物组成，提高烧结矿强度和还原性。(3)可进一步提高料层厚度，更加有效地利用热能，降低能耗，并使烧结过程反应更加充分，使烧结矿的矿物组成和结构更加均匀。因此小球团烧结工艺是强化烧结生产。提高烧结矿产量和质量，降低能耗的有力措施。为高炉提供优质炉料，为我国以细精矿为主要原料的烧结工艺开辟了一条新的途径。1 小球团烧结法的工艺特点（1）原料的适应范围宽。从普通烧结用原辫到高水分的l全精矿烧结，则晤碱崖刘高碱度，燃料采用焦粉或无烟煤粉一，都能适应。（2）增加丁强化制粒和外滚煤粉工艺环节。在一、二混之间增加面盘造璩机，将混合料粒度造成5l0mm的小球。采用燃料分加技术，在配料室内配2O%，造球后外滚80%。通过强化制粒使外滚煤包裹在生球表面，改变烧结过程中燃料的燃烧条件。改善了料层透气性，使生产能力提高燃料消耗降低。（3）燃料粒度要求较细特别是内配煤要求更严(1mm)，需磨煤设备。（4）为避免生球破碎融台带式球团焙烧机布料系统，在烧结机前不设混合料矿槽。而是采用摆式皮带和宽皮带联合布料方式。（5）烧结点火前。利用环玲机亲热进行抽风干燥。以减少过湿层的影响和点火时生球破裂。该工艺的实质是：将烧结混合料全部造成5lOmm 的小球，外滚煤粉后进行烧结，以得到新型烧结矿。2 球团烧结法与小球烧结法的区别 球团烧结法与小球烧结法有共同点和差别。球团烧结法是烧结和球团工艺的结合，从固结机理分析，烧结矿带有球圃矿和烧结矿两者的特点，上部及边缘带呈球状，以固相扩散型为主，磁铁矿部分氧化，产生赤铁矿“连结桥”，中、下部有一部分小球烧结矿呈葡萄状结构。还有液相熔结块。小球烧结法则完全属于烧结矿范畴，宏观结构与普通烧结矿无明显差别，微观结构铁酸钙和磁铁矿呈交织、熔蚀结构，铁酸钙量比普通烧结矿明显增多。从工艺设备上讲，球团烧结法需要圆盘造球机造球，外滚燃料粒度要求小于l mm，而小球烧结法可以利用现有的圆筒混合机加以改造进行造球，外滚燃料粒度一般小于3mm。球团烧结法已在酒钢、安钢烧结厂投产。由钢铁研究总院开发的小球烧结法在山东泰山钢铁公司应用。由于两法的共同点都是强化制粒，提高混合料透气性，从这个意义来讲本文把它们统称为小球团烧结法。3 小球团烧结工艺参数与设备的选择3.1 工艺参数的选择3.1.1 造球粒度的选择由于原料的特性和工艺条件不同，造球粒度也各不相同。安钢与泰钢烧结厂小球直径为3-10mm 的达到80 左右。酒钢烧结厂的小球直径为5-12mm，鞍钢烧结厂实验室试验小球烧结直径为8-5mm。生产实践证明球径控制在上限而不要过大，球径过大，球外壳和其核心内部的温度就会相差较大，出现烧不透的现象，烧结反应不充分，烧结矿强度差，并在点火时小球出现爆裂，影响料层透气性。3.1.2 料层高度和负压的选择由于小球团结烧工艺是将混合料预先造球，从而改善了烧结料层的透气性。使得小球团烧结工艺能以较低的抽风负压取得较高的生产率，同时也为进一步提高料层厚度创造了条件。鞍钢小球烧结试验表明，料层每提高10ram，焦粉消耗降低0.31kg/t。安钢小球团烧结料层高度为500mm，烧结负压10kPa焦粉消耗降到47.29kg/t。包钢试验结果料层为550mm，烧结负压530kPa，煤耗为62.6kg/t。3.1.3 不同焦粉用量的选择料层中的物料实现熔融和烧结是靠料层中的焦炭的燃烧来完成的。焦炭的不同配量对小球强度，利用系数有较大的影响。配炭过高造成铁酸钙大量分解，影响产品质量和烧结速度。安钢与泰钢小球烧结焦粉用量为4.5-5.0。试验结果认为焦粉用量过多，烧结矿FeO含量提高，还原性变差。选择合适的配炭量是小球烧结工艺的关键。3.1.4 焦粉分加和粒度的选择在普通烧结工艺中，燃料全部加在混合料中，矿粉容易附着在焦粉上并包裹着焦粉，阻碍焦粉颗粒的燃烧，影响料层高温带的透气性。燃料分加是将少部分焦粉在制粒前加到烧结混合料中，而余下大部分焦粉加到圆筒混合机中，使焦粉包裹在生球表面 采用这种分加工艺后，改变以往固体燃料在混合料中的分布状态，从而改善燃料在烧结过程中的燃烧条件，在较短的时间内使焦粉产生有效的燃烧，提高燃烧速度，起到节能增产的作用。安阳水冶烧结厂小球团工艺内配占总燃料量1.5%-2.0% 。外配为2.0%-2.5% 。泰钢烧结厂内配焦分占总加入量的3O%-4O% ，外配为6O%-7O% 。内外配的燃料粒度为-3mm占75% 。安阳水冶烧结厂小球团烧结工艺原设计内配燃料采用棒磨机制粉，粒度控制在小于1mm，固棒磨机不能投入运行，燃料粒度全部为外部筛分小于3mm粒度控制在74% 左右。酒钢精矿粒度细，水分高达15%-16% 粘性大，内外配的燃料粒度希望小于lmm，限于条件控制在小于2mm，燃料量以3.5%-3.7% 为宜。制粒小球的水分为9.5% 左右(而其它烧结厂制粒小球的水分为8% 左右)。所以在点火烧结前设置占烧结面积的10%干燥段。3.2 小球团烧结工艺设备的选择3.2.1 增加造球设施泰钢烧结厂将原来2.86m一次圆筒混合机改为强力混合造球机，混合料在圆筒内停留时间由原来53秒提高到3分44秒，由原来单一混匀变为混匀和造球双重作用。安阳钢厂水冶烧结厂选用似4.2m 圆盘造球机共8台造球，造成3-10mm 的小球，球盘倾角可调。混合料经造球后小于3mm部分由75.14% 降至48.18% 。酒钢选用6.0m 圆盘造球机6台造球，混合料经造球后小于3mm 占5O%-7O% 。3.2.2 增加外滚燃料工艺环节小球团烧结工艺的燃料添加方式是以小球外滚燃料(二次配加)为主。泰钢的二次配加焦分采用15m 圆盘给料机给料，将全部焦粉用量的6O%-70% 加到一混和二混之间的混合皮带上，与生球一起进入圆筒混合机，随着生球在圆筒内滚动，使燃料均匀地粘附在生球表面，同时可使在造球时对未成球的粉料进一步成球。安钢外滚煤粉的设备为3.0m9.0m的胶轮传动圆筒混合机，酒钢采用转速可调的3.0m12.0m胶滚圆筒混合机，滚煤时间为3分钟。3.2.3 采用雾化加水器一、二次混合机采用雾化加水，目的在于改变以往加滴状水分布不均匀情况。在造母球阶段，为使母球迅速长大，将水以雾状喷向母球表面，其关键是严格控制加水量。泰钢在一、二次混合机采用雾化加水器，适宜水分严格控制在9%- 1O% 之间，水分不能超过1O% ，水分过高容易滚成新的3mm 的小粒级生球，破坏透气性。3.2.4 改进布料系统达到偏析布料改进布料设备的目的是为了使烧结混合料和燃料粒度达到一定程度的合理偏析，尽量使含炭高的小粒级烧结物料布于台车上部，以弥补表层热量的不足，含炭低的大颗粒尽量布手台车下部，避免下部过热，并充分利用料层蓄热。泰钢的布料方法是将布料泥辊向上抬高400mm，调整反射板的倾角，延长反射板长度600mm，采用这些技术措施，混合料平均粒径由原来的3.54mm 增至5.48mm，料层透气性由原来的28.38JPU提高到3713JPU。酒钢的布料方法改进是对球团的布料系统作了必要改动，先把生球经摆动胶带机均匀地布在与台车同宽的胶带机上，然后再布到辊式偏板布料机上。4 小球团烧结生产中存在的问题4.1 水分对生产的影响小球团烧结工艺需要将混合料造成一定粒度的小球, 由于造球的合适水分要高于烧结生产需要的水分, 所以存在着烧结料水分偏高的情况。而同时由于该工艺大大改善了混合料的透气性, 使料层厚度提高。在厚料层烧结的条件下, 混合料水分偏高则必然引起过湿现象加剧, 反过来又增大了料层的阻力。加之, 混合料布到台车上之后直接进入点火器, 在高温下, 部分生球所含水分急剧蒸发而产生爆裂,也增加了料层的阻力。4.2 台车边帮效应的影响混合料全部造成小球, 料层透气性改善,但由于偏析和边帮效应的不良影响, 台车栏板附近通过的气流较多, 此处的垂直烧结速度过快, 致使料层边缘和中间不能同时到达终点,能量利用率差, 成品率降低。而且, 制粒效果越好时, 这种边帮效应越明显。4.3 在料层垂直方向上热量分布不均匀小球团烧结采用了燃料二次分加技术, 实际生产中因原料条件不同和外配燃料的方式(指燃料在二混滚筒前加入或滚筒内加入) 不同, 各企业实际采用的燃料内配和外配比例并不一样。我公司的小球团烧结生产实践表明,当外配燃料比例超过60 %时, 烧结废气温度低, 烧结矿强度差, 成品率低。实际生产中,一般将燃料内配和外配比例控制在32 到55 。但从机尾断面看, 烧结料层下部热量仍显不足, 有部分单体球存在。4.4 台车表面烧结矿强度差表层烧结矿强度差通常分为两种情况: 一种情况是, 采用全高炉煤气点火, 且未对点火用空气和煤气进行预热时, 点火温度低。当外配煤比例 60 %时, 表层烧结饼热量不足, 致使表层烧结矿强度差。我公司小球团烧结工艺近几年的生产就是这样。另一种情况是, 点火温度高或外配煤比例较高时, 料层表面易形成硬壳。由于高温作用时间短和急冷应力的破坏, 烧结矿中出现大量玻璃质, 导致上层烧结矿质量变差。5 小球团烧结工艺的研究和应用我国小球团烧结法是在国外研究的基础上，开发适合我国烧结原料条件的新工艺 已被列入l 995年冶金部重点科技攻关项目。该工艺在安阳钢铁公司，酒泉钢铁公司，泰山钢铁公司进行半工业性及工业性试验。在包钢、鞍钢、天钢、新余钢厂的烧结厂进行实验室试验，均取得了很好的效果并已逐步推广。由于各个厂使用的原料品种和设备能力不同，因而在应用小球团工艺中，各厂的工艺装备都是各有特点。5.1 安阳钢铁公司水冶烧结厂安阳钢铁公司水冶烧结厂在取得分流造球工艺效果后，于1995年在新建224m2烧结机进行小球烧结工艺生产，运行一年后生产指标令人满意。水冶烧结厂使用的原料矿点多，成分变化大，为稳定烧结矿的化学成分和冶金性能，采用了两次配料技术，增加一段预配料工序，即把各种含铁原料在预配料室按合适的数量和成分配比使进入一次配料室的含铁料为单一品种，然后与熔剂、燃料一起进入二次配料。在燃料二次添加前，用核子称检测皮带上的生球量，用红外测水仅测生球的水分，外配燃料量根据生球去掉水分后的重量调节矿槽下圆盘给料机的转速。将燃料定量给到生球皮带上，一起进圆筒混合机，燃料配加量随着生球量的变化而相应变化。为稳定混合料水分，用红外测水仪测定一混后混合料水分，测定后根据混合料水分的大小自动补加减增。高炉配用小球团烧结矿利用系数上升030t(m3.d)，入炉焦比降低4770kgt，取得了明显的经济效益。5.2 酒钢烧结厂酒钢烧结厂使用的精矿粒度细，水分高达15%-16% (其它烧结厂的精矿水分为10% 左右)，矿物组成复杂。为满足高炉生产获得合理的炉料结构，经过大量研究可以生产质量好、产量高、燃耗低的酸性小球团烧结矿。在新建130m 烧结机上生产。并设有占烧结面积10% 的干燥段，以防止生球爆裂和过湿层的产生，工业生产指标表明，小球团烧结矿的技术指标优于酒钢生产的自熔性烧结矿。预计新建的130m2 烧结机达产80% ，可生产小球团烧结矿85.12万吨。5.3 泰钢烧结厂泰钢烧结厂的小球团烧结工艺技术特点是在原有的圆筒混合机中加以改造，在原烧结工艺流程中增加焦粉分加系统，设备上不用大的调整，在16m2。烧结机采用小球团烧结工艺，烧结机利用系数由原来的156t(m2.h)，提高到192t(m 2.h)，固体燃耗由原来的542kg/t降到4441kg/t。显微结构特点是铁酸钙主要呈板状，磁铁矿被板状铁酸钙所胶结，形成熔蚀结构，而铁酸钙的含量高于普通烧结矿(碱度为1.62)。泰钢的小球团烧结工艺的生产适合老厂改造的和细精矿烧结。5.4 包钢冶金研究所包钢冶金研究所以包头精矿为原料在实验室用200600mm 的烧结杯进行小球团烧结试验，将烧结混合料内配10%煤粉，用100014mm 圆盘造球机造球、生球水分为7.8% ，采用滴雾状的打水方式，生球粒度控制在5-7mm，选择了合适的小球团烧结工艺条件是：(1)选择较低的烧结负压5.30-5.50kPa时，整个烧结料柱结构比较均匀，烧结负压变化幅度很小。(2)采用较高的点火负压3.02kPa，充分利用点火热量，