烧结工艺课件.ppt

烧结球团工艺及设备,刘义,河北敬业集团,第一章绪论,第一节基本概念第二节烧结原料及其质量要求第三节烧结矿种类,第一节基本概念,1、铁矿石种类赤铁矿：磁铁矿：褐铁矿：菱铁矿：,Fe2O3（化学式），红色，TFe/FeO3.5理论含铁量70%，还原性好。,Fe3O4，黑色或灰色，TFe/FeO70%。,5、固体碳燃烧速度：处于扩散速度范围内固体燃料粒度降低，气流速度提高，气流中含氧增加增加燃烧反应的速度,增加风量强化燃烧过程和增加烧结速度,第五节烧结料层中的热交换,1、烧结过程的温度分布自动蓄热作用：热烧结矿将热量传给气体，气体温度上升，然后气体将热量带给下层烧结料，这种现象称为自动蓄热作用。影响：自动蓄热作用对燃烧带的温度影响很大，可以提供燃烧带全部热量的3840%以上。料层越厚，自动蓄热作用越强。废气温度变化：废气温度在预热层和干燥层迅速降低；过湿层废气和混合料温度变化不大,第五节烧结料层中的热交换,2、高温区对烧结过程的影响垂直烧结速度：燃烧带（高温区）向下移动的速度（本质，但实际上没有该速度，只有台车运行速度）。与料层内的风量（料层透气性）成正比；是决定烧结矿产量的重要因素。,垂直烧结速度、高温区的温度水平、高温区的厚度对烧结过程影响很大垂直烧结速度产量的决定因素。高温度的温度对烧结矿的机械强度影响很大。,3、影响垂直烧结速度的因素1）凡能增加风速的因素即可增加垂直烧结速度2）烧结料性质3）工艺因素,烧结料的热容量大、导热性好、粒度小、吸热反应发展增加烧结料吸收热量的能力高温区的移动速度变慢,增加水分和石灰石用量增加了吸热反应，但改善了透气性，风速增大，其风速增加超过吸热影响垂直烧结速度增大。,4、高温区温度和厚度1）高温区的温度水平：决定于高温区的热平衡和气流与物料间的传热条件。,Q1：空气显热，kJ。Q2：烧结过程中燃料燃烧放热以及所发生的各种反应的热效应总和，kJQ3：从烧结上层下来的废气中吸收的热量，kJ。Q4：废气带走的热量，kJ。Q5：高温区热损失，kJm：高温区物料重量，kg。C：烧结料比热，kJ/kg.。,2）高温区的厚度：高温区是料层透气性最差的一层。在1580mm范围内。3）影响因素配碳量：配碳量增加，两者均增加。返矿用量：增加，提高高温区温度。石灰石用量：增加，Q2下降，T降低燃料粒度：增大，降低燃烧速度，改善透气性，T降低，但厚度增大。燃烧速度与传热速度的配合：P67图4-5,烧结过程合理的加热制度：保证料层上、下部具有合理而均匀的温度和保证烧结矿层具有较慢的冷却速度。,第六节烧结料层中的气体流动,1、表示方法在料层高度和抽风量不变的条件下，透气性可用气体通过料层的压力差P表示。P大，透气性差；P小，透气性好。即：气体流动阻力P=f(、w、d、H),、w、d、H：分别为孔隙度、气体流速、物料直径、料层高度。,2、透气性的变化规律：先增大，后平稳，再降低的过程,3）改善透气性的主要措施改善烧结料粒度和成球效果控制混合料水分添加剂的使用增加有效风量,适当的粗粒度，可增加孔隙率，改善透气性实际生产：精矿粉+富矿粉+返矿；,返矿的作用？,采用大风量、高负压、厚料层操作,第七节烧结过程中的氧化和还原反应,1、Fe2O3：热分解和还原3Fe2O3=2Fe3O4+1/2O2热分解，1300以上发生3Fe2O3+CO/H2=2Fe3O4+CO2/H2O还原，CO的平衡浓度很低。若保留原状不动，则要求低温、并没有还原气氛；若固相反应形成CaOFe2O3系列，则难还原，含量低。,2、Fe3O42Fe3O4+3SiO2=3(2FeOSiO2)+O2Fe3O4+CO=FeO+CO2900,平衡CO/CO2=3.47氧化成Fe2O3：条件是料层透气性好，配碳量比较低，氧化反应是放热反应。,3、FeO在烧结过程中还原比较困难，只有在配碳量特别高时才有可能。在烧结过程中可以被氧化成Fe3O4，条件是料层透气性好，配碳量比较低，供氧充足。既不氧化也不还原；更有可能形成2FeOSiO2,4、锰氧化物MnO2和Mn2O3易进行热分解，比Fe2O3容易Mn3O4不易进行热分解，但可还原成MnO；MnO不易还原，且比FeO还困难注：烧结矿中锰一般认为以MnO和Mn3O4形式存在，但Mn3O4含量低，处理起来认为是MnO,5、降低FeO的条件目的：降低烧结矿中的铁橄榄石（2FeOSiO2）的含量原因：减低FeO的措施：降低配碳量；热风烧结；提高料层厚度；降低燃料粒度，改善料层透气性；降低SiO2含量；提高CaO含量。,6、提高烧结矿强度的措施1）优化原料结构2）提高碱度3）控制MgO含量4）适当提高FeO含量5）改善熔剂质量,1、固相反应的特点和条件固相反应是反应物旧晶格被破坏和新相晶格的形成过程。条件：温度；晶格的不完整特点：1）放热反应2）相对位置保持不变,第八节固相反应和液相生成,3）抽风过程，反应时间极短4）非熔剂性烧结固相反应的特点5）熔剂性烧结固相反应的特点6）固相反应产物不等于最终矿相产物,最终产物：在燃料一定时，主要决定于R；当燃料低，液相少时，固相反应的产物才直接转入成品,2、影响固相反应的因素矿粉粒度：颗粒细，易固相反应，接触面积大；粗不宜固相反应混匀程度：燃料用量：主要是固体燃料，意味着产生的气氛有变化,3、常见的固相反应及产物赤铁矿非熔剂性,3、常见的固相反应及产物赤铁矿熔剂性,3、常见的固相反应及产物磁铁矿非熔剂性,3、常见的固相反应及产物磁铁矿熔剂性,4、影响液相生成量的主要因素烧结温度：高，液相量大碱度：高，液相量大FeO含量：配碳量大，还原性气氛多，FeO多，熔点下降，液相量大SiO2含量：高，液相量大；（生产中SiO2含量小于5%。液相不足）,5、几种液相体系特点铁氧（Fe-O）体系FeO-SiO2体系CaO-SiO2体系CaO-Fe2O3体系CaO-FeO-SiO2体系,1）铁氧（Fe-O）体系高品位烧结矿的主要粘结相，脉石成分比较小。高品位烧结矿的主要缺点是强度差，主要因为粘结相少。2）FeO-SiO2体系：酸性烧结矿的主要粘结相特点：烧结矿强度比较高；但还原性比较差。生成条件：比较低的碱度（高碱度不易形成2FeOSiO2），有SiO2，比较高的温度；还原性气氛。工艺是燃料用量高。,3）CaO-SiO2体系：熔剂性烧结矿的主要粘结相特点：强度比较低，原因是2CaOSiO2有相变问题830-850-2CaOSiO2-2CaOSiO2体积膨胀12%675-2CaOSiO2-2CaOSiO2体积膨胀10%应控制或减少2CaOSiO2的生成量和晶体转变。生成条件：比较高的碱度；高温,4）CaO-Fe2O3体系：熔剂性烧结矿的主要粘结相特点：强度比较高；还原性比较好，最好的粘结相。生成条件：1）高碱度2）低温3）氧化性气氛，固体燃料配量比较低4）SiO2含量比较低,2CaOFe2O3的数量和质量要求：希望生成针状铁酸钙，比片状和柱状铁酸钙的强度高，还原性好。,5）CaO-FeO-SiO2体系：（实际为橄榄石体系）熔剂性烧结矿的主要粘结相典型矿物：黄长石：2CaOFeOSiO2钙铁辉石：CaOFeO2SiO2特点：强度比较高；还原性比较差。生成条件：高碱度；高温；还原性气氛。,6）CaO-SiO2-TiO2体系：钒钛磁铁烧结矿的主要粘结相。2CaOTiO2,特点：硬而脆，粉末比较多；还原性比较好。生成条件：钒钛磁铁矿。7）CaO-MgO-SiO2体系特点：加入一定量MgO可降低硅酸盐的熔化温度，增加液相数量，同时MgO具有阻止2CaOSiO2生成的能力，可提高还原性和强度，并有利于高炉造渣,8）CaO-SiO2-Al2O3-FeO体系特点：矿粉中Al2O3含量高时，易形成铝黄长石2CaO.Al2O3.SiO2作用：降低熔化温度，增加液相；减少-2CaOSiO2的生成，提高C2S开始出现的碱度；减低黏度，促进O2-扩散，利于氧化，利于SCFA生成。,小结：液相成分复杂，生产中积极创造条件，促使有利成分生成，才与抑制措施，减少有损质量的液相生成。,6、液相冷却结晶(1)冷却对烧结矿质量的影响：过快，结晶来不及发展，玻璃质多，导致表层烧结矿强度低；太慢，降低产量，烧结矿卸下温度太高，给运输胶带带来困难。冷却速度的影响因素：受料层透气性、抽风速度、抽风量的影响；解决冷却速度和烧结矿强度矛盾的有效途径：既改烧料层透气性，有增加疗程厚度。,6、液相冷却结晶（2）凝固和结晶1）结晶顺序：熔点高的先结晶，然后为熔点低的，来不及结晶的成为玻璃质。2）规律：3）冷却过程对烧结矿质量的影响影响矿物成分；影响晶体结构；冷却过急产生内应力,下层烧结矿质量好的原因：下层料层冷却缓慢，洁净较完整,第九节烧结过程中有害杂质的去除,S的去除脱F去AsPb和Zn的去除P在烧结过程中不能去除。,一、S的去除1、S的存在状态有机S硫化物硫酸盐,FeS2、FeS（比较易去除）,FeSO4、CaSO4（硬石膏）、BaSO4最难去除,脱硫率的高低和硫的存在形式有关,2、硫化物脱硫的主要反应硫化物280650以下：4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO23FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2650以上：2FeS2=2FeS+S2S+O2=SO24FeS+7O2=2Fe2O3+4SO23FeS+5O2=Fe3O4+3SO2,2、硫化物脱硫的主要反应硫酸盐CaSO4+Fe2O3=CaOFe2O3+SO2+1/2O2BaSO4+SiO2=CaOSiO2+SO2+1/2O2有机硫：氧化为主,硫化物去除率90%以上，有机硫94%，硫酸盐7080%,3)影响烧结过程脱硫的因素矿粉粒度：矿石品位：烧结矿碱度和熔剂性质：燃料用量：返矿用量：操作因素：,二、F的去除2CaF2+SiO2=2CaO+SiF4（SiF4极易挥发，部分被下部料层吸收）影响因素：CaO不利于去F,SiO2有利于去F,H2有利于去F。危害：F对人体有害、腐蚀设备。,三、As的去除存在形式：砷黄铁矿FeAsS（毒砂）、斜方砷铁FeAsS2、含水砷酸铁FeAsO4.2H2O反应：430500，氧化去As，2FeAsS+5O2=Fe2O3+As2O3+2SO21000以上，FeAsO4分解，生成As2O3危害：As有毒。废气含砷量不大于0.3mg/m3,四、Pb、Zn和P的去除存在形式：方铅矿PbS、闪锌矿ZnS主要发生氧化反应，还原法和氯化法可去除Zn，Pb。P在烧结过程中不能去除,第十节烧结矿矿物组成、结构及其对质量的影响,1、烧结矿矿物组成高碱度烧结矿（R2.0）：磁铁矿、铁酸钙（为主要胶结物）、铁酸二钙自熔性烧结矿：磁铁矿、浮氏体、赤铁矿、钙铁橄榄石、金属铁等；主要胶结物为钙铁橄榄石、玻璃体非自熔性烧结矿：磁铁矿、浮氏体、赤铁矿、钙铁橄榄石、铁酸钙、石英等,第十一烧结矿质量评价,1）化学成分及其稳定性,烧结矿品位,品位提高1%，高炉焦比下降2%，产量可提高3%；,烧结矿碱度,高碱度烧结矿R1.6,S、P含量,矿石中含硫升高0.1%，高炉焦比升高5%,2）物理性能转鼓指数和抗磨指数筛分及粒度组成（1）标准筛40mm、25mm、16mm、10mm、6.3mm。（2）粉末率：粒度-6.3mm部分。（3）粒度等级：+40mm、4025mm、2516mm、1610mm、106.3mm、-6.3mm。,3）冶金性能还原性低温还原粉化指数软熔滴落性能,检测方法：1012.5mm烧结矿500g，900，还原气体（CO/N2=30/70）,3h,检测方法：1012.5mm烧结矿500g，500，还原气体（CO2/CO/N2=20/20/60），还原1h，在氮气流中冷却至常温，装入130mm*200mm转鼓，30r/min,转10钟（300转）,检测方法：荷重2kg/m2、还原气体（CO/N2=30/70）、510/min升温速率软化开始温度TA、软化终了温度Ts、滴落开始温度Tm。,第十二节烧结配料计算,1、配料方法2、配料目的3、配料计算的基本原则4、配料计算例题,1、配料目的：原料种类多，成分波动大2、配料方法容积配料法：重量配料法：化学成分配料法：,3、配料计算的基本原则：质量守恒定律，按铁的平衡、碱度平衡列方程根据TFe配料：烧结不能提高品位，只能稳定品位根据碱度CaO/SiO2配料，但碱度的确定也有许多因素，主要根据高炉炉料结构确定有时考虑MgO含量，这主要根据炼铁需要，但MgO含量提高，烧结矿产量降低,4、配料计算例题1、计算各原料量已知条件：各原料的