（冶金工程专业论文）改善烧结料层透气性的研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni ns i n t e r l i i il li lli l l li ii l li iiil y 18 4 213 0 t h er e s e a r c ho f i n c r e a s i n gt h e s i n t e r - b e d p e r m e a b i l i t y b yg o n gz u o y a n s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rx u l i x i a n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y m a v2 0 0 8 少 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 ：艺 思o 文作：毫砰男 日期： 矽9 7 f 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 ， 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 一 l( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： ， 链 l _ ， t 东北大学硕士学位论文摘要 改善烧结料层透气性的研究 摘要 厚料层烧结技术，目前已经被广泛应用于国内外各个钢铁企业，如何改善烧结料层 的透气性是实现该技术的关键所在，本课题围绕影响烧结料层透气性的因素进行了详细 的研究。 在实验室研究阶段设计了两组实验，第一组，采用三因子三水平的正交实验研究生 石灰配比、混合机转数、混合时间对料层透气性的影响，第二组实验根据混合料的成球 机理以及鞍钢西区烧结使用的铁料物化性能，将澳大利亚矿、齐大山矿、大孤山矿的配 比作为因子构成三因子二次回归正交实验，通过实验取得二次回归方程，确定烧结料层 透气性最好的配矿方案。 在工业实验阶段，首先对二次混合机进行分段加水改造，改造后混合料中 3 m m 粒级的百分比及平均粒径作为考察混合料制粒效果的指标。 当混合料水分为7 9 左右时，两种粘结剂的制粒效果明显改善，8 - - 一5 m m 与5 一3 m m 粒级的颗粒量显著增加，添加1 “粘结剂与2 4 粘结剂二混后 3 m m 粒级的颗粒量分别增加 了近2 3 个百分点和2 0 个百分点，平均粒径分别增加了o 8 2 m m 和o 7 6 m m 。混合料中 添加粘结剂后强化了混合料的制粒，提高了料层的透气性，使垂直烧结速度加快，烧结生 产率大幅提高，固体燃耗降低。烧结生产配加1 4 粘结剂后，成品率提高了3 个百分点， 生产率提高了0 3 5 5 t ( m 2 h ) ，固体燃耗降低了1 2 5 k g t ，转鼓强度和低温还原粉化强度 略有降低，还原度基本保持不变；烧结生产配加2 4 粘结剂后，成品率提高了2 5 个百分 点，生产率提高0 2 8 3 t ( m 2 h ) ，燃耗降低1 0 7 k g t ，对转鼓强度和还原度基本没有影响。 1 3 课题的意义及选题依据 近年来，通过一系列技改项目的实施，鞍钢生产步入了一个全新的发展时期，烧结 技术的不断创新带动了生产力的大幅度提升，为炼铁水平的提高奠定了原料基础。随着 鞍钢炼铁生产能力的不断提高，在现有条件下，为了进一步提高烧结矿产质量、降低能 耗成为鞍钢烧结生产迫切需要解决的问题。 在一定的原料和设备条件下，烧结产量同垂直烧结速度成正比，垂直烧结速度主要 同通过料层的空气量有关，在抽风能力和负压一定时，垂直烧结速度主要决定于料层透 气性。改善料层透气性不仅可以提高垂直烧结速度，增加产量，而且由于供氧充足，燃 料充分反应，保证烧好、烧透，从而改善了烧结矿的质量。可见改善料层透气性是强化 烧结过程，提高烧结矿产量和质量的关键。 改善混合料透气性是提高烧结料层厚度的基础，是增产节能的关键，厚料层低温烧 一1 2 东北大学硕士学位论文第1 章引言 结技术正在被我国更多的厂家推广和应用。鞍钢有自己的矿山，烧结的原料以烧自产的 细精矿为主，这使改善料层透气性的难度加大。面对严峻的市场竞争，鞍钢要得到更大 的发展，改善烧结混合料料层透气性是首要考虑而迫切需要解决的重要技术问题。 1 4 课题的研究内容 依据目前国内外改善烧结混合料透气性所采取的措施，并结合鞍钢实际，本人认为： 通过配矿来改善料层透气性切实可行。因为目前鞍钢进口的铁料主要以富矿粉为主，而 鞍钢自产矿粉是精矿粉，其单烧性能较差，如合理的配加富矿粉进行烧结，无论是在烧 结的质量和产量上都将有很大的突破，从而满足高炉生产对精料的要求；鞍钢矿山储量 较大，且开采能力较强，目前烧结生产富矿的配比只占到2 5 左右，适当地提高富矿配 比，虽然会使烧结矿的成本有所加大，但可以取得不错的经济效益。 通过提高生石灰配比来改善混合料透气性也切实可行。因为鞍钢高炉炉料结构比为 高碱度烧结矿配加酸性球团、少量澳大利亚块矿或巴西块矿，目前核定的烧结矿二元碱 度为2 o o ，鞍钢球团矿生产能力仍然有较大的发挥空间，烧结矿碱度还可提升，因此研 究生石灰配比对改善混合料透气性有积极的作用。 另外，我们可以根据目前生产条件，借鉴国内外的改造经验，从生产工艺和优化烧 结操作制度上来改善烧结料层透气性，改变烧结生产操作制度，减薄燃烧带宽度，提高 垂直烧结速度，达到增产的目的。 综上所述，在鞍钢现有生产条件下要改善烧结混合料透气性，可在优化烧结生产操 作的前提下，通过强化制粒、改造生产工艺来实现。因此，我们本次研究的主要内容为： ( 1 ) 在鞍钢西区烧结生产原料条件下，在实验室进行了配矿实验和二次混合机的混 合时间、填充率、生石灰配比试验，探讨了通过优化混合设备参数来实现强化制粒，达 到改善烧结混合料透气性的可行性。 ( 2 ) 在鞍钢西区烧结生产上进行二次混合机的混合时间、填充率、加水方式等优化 混合设备参数及二次混合的最佳水分和加松料器对混合料透气性的影响工业试验研究。 进行本课题研究的有利条件有： ( 1 ) 通过对国内外改善混合料透气性能的研究与应用现状的调研，己基本了解和掌 握了改善混合料透气性途径及其机理，从理论上奠定了一定的基础。 ( 2 ) 具有装备水平较先进的烧结实验室，能进行烧结杯烧结试验、原燃料和烧结矿 一1 3 东北大学硕士学位论文 第1 章引言 物化性能分析、还原性能测定、矿相分析等。 ( 3 ) 实验室为炼铁厂自己的研究所，可直接模拟生产车间的实际生产状况，减小实 验室与实际生产之间的误差。 ( 4 ) 生产车间可根据试验需要，为试验进行小规模的生产技术改造和增置试验用装 备。 ( 5 ) 实验室和生产车间都具有一批素质较高的烧结专业技术人员，能进行各类技术 攻关和现场生产操作。 一1 4 东北大学硕士学位论文第2 章鞍钢烧结原料及西区烧结工艺 第2 章鞍钢烧结原料及西区烧结工艺 2 1 鞍钢烧结原料条件 鞍钢烧结厂混合料中含铁原料主要包括：大磁、齐选、调精、鞍千、弓三、澳粉、 巴西粉、尘泥混料；熔剂主要包括：石灰石、镁石及生石灰：燃料主要包括：碎焦和无烟 煤。各种原料的化学成份见表2 1 、表2 2 。 表2 1 各种原料的化学成份， t a b l e 2 1c h e m i c a lc o m p o s i t i o no fd i f f e r e n tm a t e r i a l s 调精为浮选精矿，粒度较细；齐精、大磁和鞍千为磁选精矿，粒度比较适宜；澳粉、 巴西粉、印度粉的粒度分布较宽，特别是印度粉，+ 5 m m 与0 5 m m 粒级的含量又较多； 焦煤粉粒度分布不太合理，烧结所需的3 0 5 m m 粒级含量太少，o 5 m m 粒级含量太多。 粗粒级熔剂( + 3 m m ) 含量过多，在烧结过程中会使反应速度缓慢，生成的化合物不均匀程 度大，矿化度低，甚至残留有未反应的c a o “白点”，对烧结矿强度有较坏的影响。 一1 5 东北大学硕士学位论文第2 章鞍钢烧结原料及西区烧结工艺 2 2 鞍钢西区烧结生产工艺 2 2 1 西区烧结概况 西区烧结2 台3 2 8 m 2 的烧结机是鞍钢西部新n 5 0 0 万吨的精品板材生产线的起点工 程，为2 座3 2 0 0 m 3 的高炉供应高碱度烧结矿。西区烧结从2 0 0 4 年初开始初步设计，2 0 0 4 年底开始破土动工，2 0 0 5 年1 2 月开始投产。按照鞍钢“高起点、少投入、快产出、高效 益”的技术改造方针，结合国内外同行业技术发展水平，目标要达到国内先进水平。烧 结工艺主要包括铁料、熔剂、燃料的接收和储存，配料、一次混合、二次混合( 制粒) 、 布料、烧结、冷却、整粒、成品输出。采用了自动配料、添加生石灰强化造球、混合料 水分的自动添加和控制、调速型圆筒制粒机、厚料层烧结、预热混和料、热风烧结等新 技术。 2 2 2 西区烧结工艺流程 ( 1 ) 铁料准备 西区使用的含铁原料一部分是自产精矿，另一部分是外国进口富矿，还有一部分杂 矿，通过翻车机翻车，胶带机运输，储存在铁料槽内。 一次配料设有固定矿槽，对应圆盘给料机和电子皮带秤，经过配合的铁料形成含铁 配合料通过胶带机运往二配矿槽参加二次配料。 ( 2 ) 熔剂准备 西区使用的熔剂与老区相同，有石灰石、镁石和生石灰，石灰石和镁石全部使用粉 料，取消了锤式破碎系统。石灰石与镁石通过火车运送到受料槽部位，通过螺旋卸车机 卸入矿槽内，然后胶带机运n - 配矿槽参a n - 次配料；生石灰全部由罐车输送，通过风 送n - 配矿槽待用。 ( 3 ) 燃料准备 西区使用的燃料一部分是高炉返焦，通过胶带机由高炉矿槽直接运到燃料仓库，另 一部分焦粉或煤粉通过火车运送至受料槽部位，卸车后进入燃料仓库储存；再经过四辊 破碎后使用。 ( 4 ) 二次配料 配料矿槽下面是圆盘给料机、电子秤，含铁料、熔剂和燃料经过二次配料后由配料 一】6 一 东北大学硕士学位论文第2 章鞍钢烧结原料及西区烧结工艺 室出来的胶带运输机直接给入一次混合机。 ( 5 ) 一次混合 一次混合在圆筒混合机里进行。一次混合机2 台，规格为0 3 8 0 0 x 1 4 0 0 0 m m ，最大能 力为8 9 0 t h ，倾角为2 5 0 ，混合时间为2 2 6 r a i n ，填充率1 4 1 2 。一次混合的作用是使混 合料成分、粒度、湿度和温度均匀，并加入一定量的水进行适当地造球。 ( 6 ) 二次混合 一混后出来的混合料通过胶带运输机、转运站进入二次混合室。二次混合室布置两 个系列，每个系y u 5 台混合机，规格为0 3 2 0 0 x 1 2 0 0 0 m m ，最大能力为1 7 8 t h ，倾角为1 0 ， 混合时间为5 3 m i n ，填充率10 4 5 。 二次混合机的作用是使混合料水分适宜，进一步造小球，使混合料具有良好的透气 性，二次混合后经过皮带机，再经过7 号转运站到烧结机进行布料。 ( 7 ) 布料 采用梭式布料、小矿槽、泥辊给料机和九辊联合布料。料层厚度7 0 0 m m ，布料前有 铺底料( 1 2 - - - 2 0 m m 烧结矿) ，铺底料厚2 0 5 0 m m 。 ( 8 ) 烧结冷却 点火采用双斜式点火器，烧结点火前设有混合料预热段，其表面点火均匀，点火效 率高、能耗低、寿命长，安装方便。2 台3 2 8 m 2 的烧结机，台车宽4 0 0 0 i m n ，挡板高7 2 0 m m 。 机尾采用单齿辊破碎，经过固定溜槽进入环冷机。 ( 9 ) 整粒筛分 环冷下来的料经过一次筛分( 分级点1 2 m m ) 的筛上物直接进入二次筛分( 分级点 为2 0 m m ) ，二次筛分的筛上物作成品烧结矿，筛下物作铺底料( 多余部分通过胶带机 的三通漏斗溢流到成品胶带机上) ；一次筛分的筛下物给入三次筛分，筛上物作成品烧 结矿，筛下物( o - , 5 m m 部分) 作为冷返矿。 一1 7 一 i i 东北大学工程硕士学位论文第3 章鞍钢烧结料层透气性的烧结杯研究 第3 章鞍钢烧结料层透气性的烧结杯实验 烧结杯实验是对烧结生产过程的模拟，实验用的主要设备是按照相似原理，对照生 产过程中的实际情况进行模拟。实验室的烧结杯装置分为混合制粒装置和烧结装置。 3 1 实验目的 为了使研究结果接近于实际生产情况，对生产的指导有可靠性，本部分实验是在查 阅了国内外有关烧结料层透气性研究及生产实践的基础上，尽可能模拟烧结生产的实际 条件，采用烧结杯实验进行研究，为鞍钢提高烧结料层透气性、采用厚料层烧结提供切 实可行的方案，同时也为下一步的工业实验奠定基础。 3 2 实验原料条件 鞍钢高炉过去是以自熔性烧结矿为主要原料，上世纪9 0 年代，鞍钢为了增铁节焦， 提高企业的经济效益，开始生产高碱度烧结矿，实现高碱度烧结矿配酸性炉料的炉料结 构，由于鞍钢有自己的矿山，铁矿石储量大、采选生产能力强，生产使用的铁料大部分 为自产铁精矿，一部分为外购的富矿粉。 本实验是在鞍钢西区烧结原料条件下进行的有关料层透气性的实验室研究。目前西 区烧结用的原燃料主要有齐大山精矿、大孤山精矿、澳粉、尘泥、生石灰、石灰石粉、 镁石粉和煤粉、焦粉，实验室试验中的原燃料均来自于西区烧结现场，原燃料的化学成 分分别列于表3 1 和表3 2 ，测得的原料粒度、水分见表3 3 ，原料的实验室常规测定结 果见表3 4 。 表3 1 各种原料的化学成分， t a b l e 3 1c h e m i c a lc o m p o s i t i o no fd i f f e r e n tm a t e r i a l s 1 9 一 东北大学工程硕士学位论文第3 章鞍钢烧结料层透气性的烧结杯研究 表3 4 熔剂的粒度组成及水分( 质量百分比) t i b l e 3 4f l u xs i z ea n dm o i s t u r e ( ) 3 3 试验设备 1 ) 鼓风干燥箱 电热鼓风干燥箱型号：a l s 2 2 5 。 2 ) 振动筛 筛孔1 0 、8 、5 、3 、l m m 系列和8 、5 、3 、1 、0 5 、0 2 5 m m 系列。 3 ) 混合机 一次混合机0 7 0 0 4 0 0 m m ，二次混合机0 6 0 0 x10 0 0 m m ，转速可调，见图3 1 。 一2 0 一 东北大学工程硕士学位论文第3 章鞍钢烧结料层透气性的烧结杯研究 图3 1 圆筒造球机 f i g 3 1d r u mm i x e r 4 ) 透气性测量装置 圆杯直径8 0 m m ，高度2 8 0 m m 。 5 ) 烧结杯实验配套装置 0 2 0 0 x 5 5 0 m m 的烧结杯、o l o o m m 的液化气点火器、烧结抽风机、点火风机、烧结 仪表柜。见图3 2 。 6 ) 双齿辊破碎机 规格0 5 0 5 0n l n l 。 7 ) 机械振动筛 筛孔4 0 、2 5 、1 6 、1 0 、5 m m 系列。 8 ) i s o 转鼓强度检测装置 转鼓：中1 0 0 0 m m x 5 0 0 m m ，方孔筛：6 3 x 6 3 m m 。 一2 1 东北大学工程硕士学位论文 第3 章鞍钢烧结料层透气性的烧结杯研究 图3 2 烧结杯实验装置 f i g 3 2s i m e r i n gc u pe x p e r i m e n te q u i p m e n t 9 ) 电子天平 沈阳拓宇f z k 型，其量程和精确度见表3 6 。 表3 6 电子天平量程和精度 t a b l e3 6e l e c t r o n i cb a l a n c em e a s u r e m e n ta n dp r e c i s i o n 3 4 试验流程 根据设计的实验方案，首先进行混合料透气性正交试验，然后进行烧结杯试验。试 验具体步骤如下： ( 1 ) 原燃料水分测定 用电子天平分别称取实验用的原燃料各1 0 0 9 ，置入盘中，放入烘箱，升温至1 0 5 。c ， 恒温3 小时，烘干冷却后，称取各物料干重，计算水分含量。 ( 2 ) 准备烧结试验用的返矿和铺底料 对按烧结杯实验程序烧出的烧结矿进行筛分，将 2 5 m m 的粒级全部破碎为 1 0 m m 、1 0 8 m m 、8 - 5 m m 和5 - 3 m m 较基准分别提高 1 1 0 、o 7 3 、5 3 6 和1 2 6 ，平均粒径比基准大0 4 4 m m ，在风量为3 0 m 3 h 时透气 性指数上升2 6 j p u 。 表3 1 5 验证试验混合料指标 ”table315v a l i d a t ee x p e r i m e n tm i x t u r ei n d e x 烧结饼破碎后，用4 0 、2 5 、1 6 、1 0 和5 m m 的方孔筛进行筛分，结果如表3 1 6 所示。 表3 1 6 验证试验的烧结矿筛分指标 t a b l e 3 16s i n t e ro r es i z ea n l y s eo fv a l i d a t ee x p e r i m e n t 从表3 1 6 可以看出，与基准期相比，烧结矿的粒度组成有所改善。烧结矿 4 0 m m 部分和 3 m m 含量较基准多8 4 5 ，平均粒径比 基准大0 4 4 m m ，混合料3 - - l m m 含量少7 8 9 ， l o m m 、1 0 8 m m 、8 5 m m 和5 3 m m 较 基准分别提高1 1 0 、o 7 3 、5 3 6 和1 2 6 。 ( 4 ) 配矿的二次回归正交实验研究表明，透气性随着大磁和澳粉配比同时增加而 得到改善，单独增加两者其中之一的配比，透气性上升不显著，它们的最佳搭配为大磁 2 4 ，澳粉3 0 。 ( 5 ) 透气性随着尘泥配比的增加而降低，所以要提高混合料的透气性应该尽量控 制尘泥的用量。 ( 6 ) 澳粉与齐大山的交互作用是在固定齐大山配比时，透气性随着澳粉的增加， 透气性逐步改善，在3 2 达到最佳值，继续增加澳粉配比，则透气性出现下降趋势。 一3 8 东北大学工程硕士学位论文第4 章烧结料层透气性的工业试验 第4 章烧结料层透气性的工业