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烧结球团工艺及设备 1 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 2 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 FeO 3 5理论含铁量70 还原性好 Fe3O4 黑色或灰色 TFe FeO 3 5 有磁性 理论含铁量72 4 Fe2O3 nH2O 含有结晶水 含铁品位低 一般37 55 结晶水去掉后 气孔率增加 可改善还原性 褐铁矿的还原性最好 FeCO3 碳酸盐 含铁量不高 易分解氧化成褐铁矿 含铁量提高且多气孔 还原性很好 3 2 贫矿和富矿富矿 实际含铁品位大于理论品位的70 贫矿 实际含铁品位低于理论品位的70 能直接入炉的铁矿石 不能直接入炉的铁矿石 4 3 块矿和粉矿 贫矿和精矿块矿 生产中粒度为10 45mm的富矿 可以直接入炉 粉矿 生产中粒度小于8 10mm的富矿粉 如可以直接入炉 贫矿 含铁品位低 脉石 SiO2 Al2O3 含量高 必需经过选矿以提高品位 精矿 选矿 破碎 细磨至单体分离 后的产品 精矿的粒度细 小于0 074mm的达到50 以上 5 第一节基本概念 4 高炉入炉含铁原料品位高于55 的块矿 烧结矿 球团矿 天然富块矿 5 烧结含铁原料 粉矿 精矿 二次含铁粉尘 石灰石 燃料 焦粉 无烟煤 烧结产品 人造富块矿 6 球团含铁原料 铁精粉 粒度比烧结精粉更细 6 第二节烧结原料及其质量要求 1 含铁原料种类 质量要求 7 第二节烧结原料及其质量要求 8 第二节烧结原料及其质量要求 9 第二节烧结原料及其质量要求 2 熔剂种类 石灰石 消石灰 Ca OH 2 生石灰 白云石 蛇纹石粉等 质量要求 CaO和MgO高 S和P低 粒度要小于3mm 要有利于分解和矿化 高活性度 成分稳定 目的 调整碱度和MgO含量 10 第二节烧结原料及其质量要求 3 燃料点火气体燃料 配加固体燃料 有焦粉和煤粉 最好使用无烟煤 从烧结工艺讲 11 第三节烧结矿种类 非熔剂性烧结矿 不加或少加熔剂 产品碱度小于0 5 高炉使用需加石灰石自熔性烧结矿 加较多数量熔剂 产品碱度1 0 1 3 高炉使用时不加或加少量加石灰石 高碱度烧结矿 加过量熔剂 产品碱度1 6 2 5 合理的炉料结构 高碱度烧结矿 酸性球团 块矿 高碱度烧结矿 酸性球团 12 第二章铁矿粉烧结 烧结原理 第一节抽风烧结过程第二节水分的蒸发 分解和凝结第三节碳酸盐分解及矿化作用第四节固体碳的燃烧第五节烧结料层中的热交换第六节烧结料层中的气体流动第七节烧结过程中的氧化和还原反应第八节固相反应和液相生成第九节烧结过程中有害杂质的去除第十节烧结矿矿物组成 结构及其对质量的影响第十一烧结矿质量评价第十二节烧结配料计算 13 第一节抽风烧结过程 1 烧结的作用利用贫矿和粉矿改善铁矿石的冶金性能利用钢铁厂的废弃物烧结过程可去除有害物质 富矿粉和贫矿富选的铁精粉 高炉炉尘 转炉炉尘 加工铁屑 轧钢皮 人造富矿冶金性能好 粒度合适 高炉可少加石灰 降低热量 14 2 抽风烧结过程 15 特点 烧结矿层燃烧层干燥预热层过湿层混合料层和铺底料 表层 小于1100 厚度逐渐增加 烧结完成时则全部都是 主要反应 空气预热 烧结矿冷却 液相结晶固结 700 至1350 或1500 厚度为15 80mm 温度最高 透气性最差 主要反应 燃料燃烧 软熔 氧化 还原 分解等 露点至700 升温速度快 主要反应 水分蒸发 燃料加热 固相反应 结晶水分解 部分碳酸盐 露点以下至露点 水汽重新凝结于混合料中 产生过湿 透气性差 16 第二节水分的蒸发 分解和凝结 1 水分的来源和作用2 蒸发和凝结的条件蒸发 实际PH2OP H2O 饱和蒸汽压 有利于混合料造球 水膜使料表面变光滑 改善换热条件 17 3 蒸发100 时 P H2O 0 1013MPa 1atm 实际上 烧结料层中PH2O 0 9atm4 凝结 烧结过程中汽化在120 至125 完成的原因 1 烧结过程传热速度快 烧结混合料快速加热 2 分子水与固体颗粒之间的结合力大 不易去除 实际为水分的再分布 温度是露点 PH2O P H2O烧结过程中露点一般为50 60 消除水分凝结的措施是将混合料温提高到露点以上 过湿现象对料层的透气性不利 18 现场消除过湿的措施 1 预热混合料2 提高烧结混合料的湿热容量3 低水分烧结 加入消石灰 19 5 结晶水分解分解吸热 增加燃料消耗 褐铁矿 250 至300 分解 高岭土 Al2O3 SiO2 2H2O 400 开始分解 500 至600 大量分解 完成去除结晶水要到1000 左右 使用结晶水物料 应适当增加燃料用量 20 第三节碳酸盐分解及矿化作用 1 分解规律CaCO3 CaO CO2MgCO3 MgO CO2影响碳酸盐分解的因素 烧结温度 高有利于分解 石灰石粒度 小有利于分解 要求小于3mm 杂质 Al2O3 SiO2 Fe2O3 少有利于分解 活性 高有利于分解 新破碎 21 2 矿化作用定义 CaO与烧结料中的其他矿物 Al2O3 SiO2 Fe2O3 发生反应 生成新的化合物的过程 实质为固化反应 形成CaO SiO2 CaO Fe2O3等 白点的危害 烧结矿储存过程易产生消化反应CaO H2O Ca HO 2体积膨胀而粉化 在高炉槽下筛除 影响烧结矿的碱度 为什么产生白点 消除白点的有效措施 22 影响矿化作用的因素 烧结温度 高有利于矿化石灰石粒度 小有利于矿化 要求小于3mm矿粉粒度 小有利于矿化反应活性 高有利于分解 新破碎 23 第四节固体碳的燃烧 1 特征1 C少 稀而均匀 与空气接触困难 重量比3 5 体积比10 左右 2 传热条件好 抽风过程 且燃烧集中在温度最高的燃烧层 3 具有一定量的空气过剩系数 实际耗氧 理论耗氧 24 2 燃烧过程完全燃烧与不完全燃烧同时存在xC yO2 nCO mCO2t978 CO稳定t1500 1600 CO CO2 2 零级反应 烧结废气成分 CO CO2 N2 H2 O2 25 3 空气过剩系数 一般为1 4 1 5 定义 实际耗氧 理论耗氧计算 N2 N2 3 762O2 根据空气过剩系数可以计算烧结漏风率 2 1 2 100 漏风率一般为40 60 降低漏风率是发挥现有烧结机增产能力的重要途径 26 4 烧结料层的气氛条件 根据废气成分确定气氛条件 烧结过程中 自由氧为2 6 是氧化性或弱氧化性气氛 但在固体燃料表面附近 则是还原性气氛 烧结过程宏观上氧化性气氛 微观上有还原性气氛 固体燃料数量越多 粒度越细 还原气氛越强 要求固体燃料粒度小于3mm 70 27 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 28 第五节烧结料层中的热交换 29 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38 40 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 30 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 31 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 32 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 33 2 高温区的厚度 高温区是料层透气性最差的一层 在15 80mm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 34 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 35 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 36 2 透气性的变化规律 先增大 后平稳 再降低的过程 37 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 38 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CaO Fe2O3系列 则难还原 含量低 39 2 Fe3O42Fe3O4 3SiO2 3 2FeO SiO2 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 40 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2FeO SiO2 41 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 42 5 降低FeO的条件目的 降低烧结矿中的铁橄榄石 2FeO SiO2 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 43 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 44 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 45 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 46 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 47 3 常见的固相反应及产物赤铁矿非熔剂性 48 3 常见的固相反应及产物赤铁矿熔剂性 49 3 常见的固相反应及产物磁铁矿非熔剂性 50 3 常见的固相反应及产物磁铁矿熔剂性 51 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 52 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 53 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2FeO SiO2 有SiO2 比较高的温度 还原性气氛 工艺是燃料用量高 54 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2CaO SiO2有相变问题830 850 2CaO SiO2 2CaO SiO2体积膨胀12 675 2CaO SiO2 2CaO SiO2体积膨胀10 应控制或减少2CaO SiO2的生成量和晶体转变 生成条件 比较高的碱度 高温 55 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 2CaO Fe2O3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 56 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 2CaO FeO SiO2钙铁辉石 CaO FeO 2SiO2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 57 6 CaO SiO2 TiO2体系 钒钛磁铁烧结矿的主要粘结相 2CaO TiO2 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2CaO SiO2生成的能力 可提高还原性和强度 并有利于高炉造渣 58 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 2CaO SiO2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 59 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 60 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 61 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 62 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 63 2 硫化物脱硫的主要反应硫化物280 650 以下 4FeS2 11O2 2Fe2O3 8SO23FeS2 8O2 Fe3O4 6SO2650 以上 2FeS2 2FeS S2S O2 SO24FeS 7O2 2Fe2O3 4SO23FeS 5O2 Fe3O4 3SO2 64 2 硫化物脱硫的主要反应硫酸盐CaSO4 Fe2O3 CaO Fe2O3 SO2 1 2O2BaSO4 SiO2 CaO SiO2 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70 80 65 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 66 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 67 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 430 500 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 68 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 69 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 R 2 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 70 71 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R 1 6 S P含量 矿石中含硫升高0 1 高炉焦比升高5 72 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 40 25mm 25 16mm 16 10mm