烧结工艺脱硫.doc

烧结过程脱硫1.硫的存在形态及其对钢铁生产的影响铁矿石中的疏通常以硫化物和硫酸盐形式存在。以硫化物形式存在的矿物有：FeS2，CuFeS2，CuS，ZnS，PbS等；以硫酸盐形式存在的有BaSO4、CaSO4和MgSO4等，焦粉带入的硫可能以单质形式存在。硫是影响钢质量极为的有害元素，因为大大降低了钢的塑性，在加工过程中晶粒边界先熔化，出现金属热脆现象。此外，硫对铸造生铁同样有害，它降低生铁的流动性，阻止碳化铁分解，使铸件产生气孔并难以切削。为使高炉生产达到先进的技术经济指标，要求铁矿石或人造富矿中的硫含量不超过0.07%0.08%有时甚至要求小于0.04%0.05%。2.烧结过程脱硫原理烧结过程中以单质和硫化物形式存在的硫通常在氧化反应中去除，以硫酸盐形式存在的硫则在分解反应中去除。黄铁矿FeS2是铁矿石中经常遇到的含硫矿物，它具有较大分解压，在空气中加热到565时很容易分解出一半的硫，因此，在烧结的条件下可能分解出元素硫。黄铁矿氧化，在更低的温度(280)就开始了，当温度较低时，从黄铁矿着火(366437)到556硫的蒸气分解压还较小，黄铁矿的氧化去硫反应如下：2FeS2+5O2Fe2O3+4SO2+1668900J3FeS2+8O2Fe3O4+6SO2+2380230J当温度高于565时，黄铁矿分解，分解生成的FeS和S同时进行，其反应式如下：2FeS22FeS+2S-1139650JS+O2SO2+296686J2FeS+3.5O2Fe2O3+2SO2+1230726J3FeS+5O2Fe3O4+3SO2+1723329JSO2+0.5O2SO3当温度低于12501300C时，FeS燃烧主要按2FeS+3.5O2Fe2O3+2SO2进行；当温度更高达到1350以上时，按3FeS+5O2Fe3O4+3SO2进行。因此在这种情况下、Fe2O3的分解压开始明显地增大了。在有催化刑存在的情况下(Fe2O3等)SO2可能进一步氧化成SO3。研究硫化物氧化和硫酸盐分解的热力学可知，FeS2，ZnS，PbS中的硫是较易去除的；而CuFeS、Cu2S的氧化需要比较高的温度，因为这些化合物很稳定，所以从含铜硫化物的烧结料中脱硫是比较因难的。硫酸盐的分解需要相当高的温度，Fe2O3、SiO2、Al2O3、SiO2存在的情况下可以改善这些硫酸盐分解的热力学条件。3.影响烧结脱硫的因素1)矿石的粒度和品位矿石粒度较小时，矿石中的硫化物和硫酸盐氧化和分解产物易于从内部排出，粒度小比表面积较大，硫化物和硫酸盐暴露在表面的机会大。氧向内部扩散也比较容易；但粒度过小时。烧结料层的透气性变差，抽入的空气量减少，不能供给充足的氧量，同时硫的氧化产物和分解产物不能迅速从烧结料层中带走，也对脱硫不利。如果粒度过大时，虽然外部扩散条件改善了，但内扩散条件就变得更困难了，也不利于脱硫。研究表明，脱硫较适宜的矿石粒度10与60mm之间，但考虑生产破碎筛分条件的经济合理性，采用60或80mm可能是较为合理的。矿石含铁品位高含脉石成份少时，一般软化温度较高。这时烧结料需在较高的温度下才能生成液相，所以有利于脱硫。铁矿石中硫以硫化物的形式存在时，烧结脱硫比较容易，一般脱硫率可达90%以上，甚至可达96%98%。硫酸盐的脱除是靠它的热分解，需要很高的温度相较长的时间，在较好的情况下脱硫率也可达到80%85%。2)烧结矿碱度和添加物的性质提高烧结矿的碱度，导致烧结矿的液相增加、烧结层的最高温度降低，烧结速度增快。高温保持时间的缩短以及高温下石灰的吸硫作用强烈等，这些条件均对脱硫不利，所以随着碱度提高，烧结矿的脱硫率明显地下降(见表25)。指标矿石粒度08012烧结矿碱度0.41.01.21.40.41.01.21.4混合料S%0.4500.4000.3820.3620.4500.4000.3820.362烧结矿S%0.0400.0420.0430.0500.0420.0670.0700.086脱硫率%91.289.488.786.289.283.281.776.3添加物的性质对脱硫有不同的影响。消石灰和生石灰对废气中SO2和SO3吸收能力强，对脱硫不利。白云石和石灰石粉粒度较粗，比表面较小，在预热带分解出CO2，阻碍对气体中硫的吸收，对脱硫较前两者有利。在烧结料中添加MgO有可能提高烧结料的软化温度，对脱硫也是有利的。3)燃料用量和性质燃料的用量直接影响到烧结料层中的最高温度水平和气氛(在抽入的空气量一定时)，FeS在11701190时熔化，当有FeO存在时940就可熔化。燃料用量增多时，料层温度高，还原气氛增强，烧结料中FeO增多，FeO-FeS组成易熔的共晶，液相增多会妨碍进一步脱硫。同时，空气中的氧主要为燃料所消耗，也不利于硫化物的氧化，相反，燃料用量不足时，料层中温度低，脱硫条件也变坏。因此，烧结时燃料用量要适宜、燃料的配比要求精确。燃料用量增加，所产生的高温和还原性气氛，对硫酸盐的分解的热力学条件应该说是有利的。燃料的用量，对硫化物和硫酸盐脱硫是有矛盾的，前者需要氧化性气氛，而后者需要中性气氛或弱还原性气氛；前者不需要过高的温度，而后者需要有足够的温度水平。如果同一烧结料中既有硫化物又有硫配盐存在时，就应该考虑含硫矿物以那种为主，合理调整燃料。在考虑合适的燃料用量时，必需估计到硫化物氧化时所产生的热量。一般，认为1kg氧化成时所产生的热量相当于0.23kg中等质量的焦炭燃烧所产生的热量。所以矿石中硫愈多，所用的燃料就要相应减少，配料时大致可按矿石中含硫1%，代替0.5%的焦粉来计算。燃料中的硫大多以有机硫的形态存在，这种硫的分解需要在较高的温度下进行，所以烧结时所用燃料不希望硫太高。一般焦粉硫较无烟煤为低，且前者可能主要是无机硫，比较易于除去，所以烧结脱硫时，一般愿采用焦粉作为燃料。4)返矿的数量返矿对脱硫有互相矛盾的影响，一方面改善烧结料的透气性，促使硫的顺利脱除；另一方面引起液相更多更快的生成，致使相当大量的硫转入烧结矿中，所以适宜的返矿用量要根据具体情况由试验确