炼铁原料对烧结矿的影响

东北大学继续教育学院毕业设计（论文）本科毕业论文（设计）炼铁原料对烧结矿的影响作者姓名： 殷 彤指导教师： 王 楠学院名称： 东北大学专业名称： 冶金工程2014年 3月23日东北大学继续教育学院毕业设计（论文）毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：炼铁原料对烧结矿的影响 基本内容：一、铁矿物的选矿及要求二、实现稳产优质的措施三、严格控制各技术指标四、结语 指导教师：年 月 日摘要随着钢铁工业的发展，天然含铁富矿从产量和质量上都不能满足高炉冶炼的要求，而大量含铁贫矿和多金属共生矿经选矿获得含铁量高的铁精矿粉以及天然含铁富矿粉都不能直接入炉冶炼。为了解决这一矛盾，人们通过人工方法，将这些矿粉制成块状的人造富矿，共高炉使用。这样既解决了天然富矿的不足，开辟和利用了铁矿资源，又通过改善人造富矿的冶金性能，为进一步发展钢铁工业开创了新的优质原料的途径。但是由于钢铁市场的没落，炼铁原料的低成本成为了钢铁企业继续发展的基础。本文介绍了炼铁厂在原燃料烧结生产中采取的有效措施，如铁矿物的选矿，混匀料的处理、烧结矿生产、焦炭要求以及烧结生产的自动化配置。通过这些工作的开展，为炼铁生产提供良好的原料条件，实现烧结、高炉稳定高效生产并实现降本增效。关键词：原燃料处理，厚料层烧结，自动化控制，烧结矿，焦炭 目录毕业设计（论文）任务书1摘要2绪论5一、 铁矿物的选矿及要求6（一） 选矿的目的和意义6（二） 选矿前的准备作业61、 矿石的破碎62、 矿石的筛分63、 细磨与分级6（三） 选矿方法61、 重力选矿法62、 磁力选矿法63、 浮游选矿法6（四） 含铁原料的分类71、 磁铁矿72、 赤铁矿73、 褐铁矿74、 菱铁矿8（五） 烧结生产对含铁原料的要求8（六） 铁矿粉的技术经济评估9二、 烧结矿形成过程9 （一）烧结矿层10 （二）燃烧层10 （三）预热层10 （四）干燥层10 （五）过湿层10三、 实现稳产优质的措施11（一） 做好含铁原料的配比优化及预知预控11（二） 保证固体燃料的化学性能及粒度111、 燃料的化学成分112、 燃料的粒度11（三） 加强配料操作，提高稳定性12（四） 改善烧结料层的透气性131、 加强烧结料准备132、 增加通过烧结料层的有效风量13（五） 强化混合操作，稳定水分14（六） 执行厚料层烧结15（七） 烧结终点的判断与控制15（八） 完善烧结过程的自动化控制161、 配料的控制172、 混合料湿度的控制173、 矿槽料位的自动控制174、 布料厚度的控制17四、 严格控制各技术指标17结束语18参考文献18绪论2014年，钢铁业继续在寒冬中煎熬，在产能过剩、价格下滑的现状下，钢铁冶炼的目光只好转向了“经济料”冶炼上，烧结机作为钢铁热线头道工序中的重要工艺，担当了重要的职责。对于炼铁生产而言，原料烧结这一流程十分重要，合理调整混匀配矿，优化烧结工艺，完善烧结自动化，不仅实现了工业废料完全利用，而且在混匀料含铁料80%以上来自进口矿、燃料含碳量底的情况下，保证烧结矿质量相对稳定；在原燃料资源紧张情况下，通过质量管理，进厂原燃料质量呈逐步提高趋势。上述措施的有效实施保证了烧结矿的质量及产量，同时保证了高炉的顺利运行，各项指标也有大幅提升。一、 铁矿物的选矿及要求（一）选矿的目的和意义自然界可供直接冶炼的富矿不多，一般品味较低，如铁矿石含铁品位只有30%左右，直接冶炼技术有困难，经济上也不合算，只有将其经选矿处理，去掉脉石，使有用矿物品位提高，才能在工业上得到合理利用。选矿过程可以将矿石中的几种有用矿物分别回收，选出符合要求的单独精矿，达到充分利用矿产资源。矿石中除了主要有用矿物外，常常还含有有害杂质，如铁矿石中的磷、硫、钾、钠、氟等。这些杂质必须在冶炼前用选矿的方法除去，以净化矿石成分，提高矿石有用矿物含量。（二）选矿前的准备作业1、矿石的破碎根据矿石破碎程度不同可分为：粗碎：矿石从1000mm破碎到100mm中碎：矿石从100mm破碎到30mm细碎：矿石从30mm破碎到5mm粉碎：矿石从5mm破碎到1mm一下2、矿石的筛分将已碎矿石或原矿分成各种力度级别的作业，叫筛分。筛分时，矿石通过一定筛孔的筛面，可得两种产品，小于筛孔的称筛下产品，颗粒大于筛孔的称筛下产品。3、细磨与分级细磨：当有用矿物在矿石中呈细粒嵌布时，必须将矿石细磨到0.3mm0.1mm，甚至达到0.050.07mm至更细。分级：湿式细磨一般与分级机连成闭路进行，磨过的物料进入分级机后可将其矿颗粒分成粗、中、细、粉。（三）选矿方法1、重力选矿法重选时在运动的介质中按比重或颗粒选分矿物粒群的过程。重选常用的方法有：跳汰机、重介质流槽、平面和离心摇床及离心选矿机等。2、磁力选矿法磁选是利用矿物和脉石的导磁性不同而进行分选的方法。达到单体分离程度的矿物颗粒在通过磁选磁场时，由于矿物、脉石颗粒的磁性不同，在磁场作用下，他们的运动途径不同；其中具有磁性的颗粒在磁场中由于磁感作用而磁化，被磁极所吸引，非磁性矿粒在磁场中不受磁力作用，从而达到矿粒分离。3、浮游选矿法浮选是指用药剂处理过的矿粒，在空气和水的界面上有选择的附着的一种选矿方法。工业上广泛应用的浮选，实质是泡沫浮选。（四）含铁原料的分类烧结生产除部分使用天然富矿粉外，不直接使用铁矿石，但铁矿石是选取铁矿粉的原料，因此，铁矿石的种类、质量对烧结生产十分重要。自然界中含铁矿物很多，目前已经知道的就有300多种，但是能利用的只有20多种。其中主要是磁铁矿石、赤铁矿石、褐铁矿石和菱铁矿石四中类型。由于它们的化学成分、结晶构造以及地质生成条件不同，所以各种铁矿石都具有不同的外部形态和物理特性。1. 磁铁矿磁铁矿俗称黑矿，主要含铁矿物为磁铁矿，其化学式为Fe3O4。磁铁矿具有强磁性，晶体常成八面体、少数为菱形十二面体，集合体常成致密块状、它的外表颜色及条痕均为黑色，半金属光泽、密度4.95.2t/m，硬度5.56.5，无解理，脉石主要为石英、硅酸盐、碳酸盐。还原性差，有害杂质磷、硫较高。2、 赤铁矿赤铁矿俗称红矿，赤铁矿为无水氧化铁矿石，其化学式为Fe2O3，理论含铁量为70%，赤铁矿具有半金属光泽，密度为4.85.3 t/m，硬度则不一样，结晶赤铁矿硬度为5.56.0，土状和粉末状赤铁矿硬度要很低，无解理，仅有弱磁性，较磁铁矿易还原和破碎。有害杂质硫、磷、砷较磁铁矿和褐铁矿少，冶金性能也比他们优越。3、 褐铁矿褐铁矿是含水氧化铁矿石，是由其他矿风化后生成的，在自然界中分布的也很广泛，但埋藏量大的并不多见，其化学式为nFe2O3mH2O（n=13，m=14）。从分子式可以看出，铁氧化物的水花程度，也就是说和氧化铁成化合状态存在的结晶水的数量是不同的。自然界中褐铁矿绝大部分含铁矿物是以2Fe2O33H2O的形式存在，褐铁矿石富矿很少，一般含铁量为3754%，含有害杂质硫、磷、砷较高，其结构松软，密度较小，吸水强，一般吸附着一定水分，在焙烧或入高炉受热后去掉游离水和结晶水，矿石的气孔率增加，从而大大提高了矿石的还原性。所以褐铁矿比赤铁矿、磁铁矿的还原性都好。同时去掉水分后相应的提高了矿石的含铁量。4、 菱铁矿菱铁矿为碳酸盐铁矿石，化学式为FeCO3，理论含铁量为48.2%，FeO为62.1%，CO2为37.9%。菱铁矿的矿物形态，有结晶及集合体两种，结晶者为菱面体，集合体常随其形成条件不同而异，由内生成作用形成的多为结晶粒状，外生成作用形成的为隐晶状、放射状的球形结核。外表颜色为灰色和褐色，风化后变为黑褐色，条痕为灰色或带绿色，具有玻璃光泽、密度3.8t/m，硬度3.54，无磁性、含硫低、但磷含量高，脉石含碱性氧化物。自然界中有工业开采价值的菱铁矿比上述三种铁矿石都少，菱铁矿石氧化带不稳定，易分解成褐铁矿，覆盖在菱铁矿石的表面。自然界中分布较广的为粘土质菱铁矿石，它的夹杂物质为粘土和泥沙以及镁、锰、钙的碳酸盐。菱铁矿石含铁量不高，在3040%之间，但经焙烧后，因分解出CO2，使其含铁量显著增加，矿石也变得多孔易碎，还原性好。（五）烧结生产对含铁原料的要求铁精粉是选矿的最终产品，也是烧结生产的主要原料，它的物理化学性质对烧结矿质量影响最大。1、铁精矿粉的含铁量铁精矿粉的含铁量是衡量铁精矿粉质量的主要指标，含铁量一般5565%，含铁量越高生产出的烧结矿含铁量也高，经济价值就越高。铁精矿粉的脉石矿物SiO2、Al2O3含量要适量，而CaO、MgO含量高一点经济价值也高。铁精矿粉所含的有害杂质P、S、As、Zn、Pb、K、Na、F等越少越好。铁精矿粉的还原性能和熔化性能要好。2、铁精矿粉的粒度铁精矿粉粒度很细，小于200目的应占60%以上，绝大多数矿物颗粒呈单体状态存在。精矿粒度粗细与矿石的晶粒大小有关，与磨矿生产工艺有关。3、铁精矿粉的烧结性能铁精矿粉的烧结性能对烧结过程及烧结产量、质量都有十分重要的影响。选择和搭配使用烧结性能不同的铁精矿粉，合理掌握烧结因素，是充分利用资源，达到优质高产的有效措施。对烧结过程影响较明显的铁精矿粉的理化性能，主要包括精矿种类、化学成分、粒度、水分、亲水性和成球性，以及软化熔融特性等。这些因素往往相互交错、从而对烧结过程表现出不同程度的影响。例如：粗度粗的磁铁矿粉、较致密或球性差，软化和熔化温度区间窄，一般属于难烧结的精矿；而细磨的磁铁精矿就容易烧结。（六）铁矿粉的技术经济评估评价某种矿粉时，必须全面了解每一种矿粉的物化性能、产地、运输、价格和烧结性能等各种技术经济指标，经过综合分析才能做出正确的评价。对铁矿粉做经济分析时，应以最终炼1T铁需要花多少钱来衡量，这里既做烧结原料成本分析，又计算出炼1T生铁所需要的烧结矿量和炼1T铁所需要的烧结矿原料成本。在烧结生产中，单独以某一种矿粉进行烧结时，在一定碱度下生产出来的烧结矿含铁量的百分数称为单烧值。单烧值的大小，反映了由这种矿粉生产出来的烧结矿品位的高低。根据矿粉的价格可以计算出单烧某种矿粉生产1T烧结矿所需要的原料成本，并通过每吨烧结矿每一个品位的价格来比较各种矿粉烧结成本的高低。二、 烧结矿形成过程目前广泛采用带式抽风烧结机，因为它具有生产率高，原料适应性强，机械化程度高，劳动条件好和使于大型化，自动化，所以世界上有90%以上的烧结矿是这种方法生产出来的。抽风烧结是将准备好的一定数量的含铁原料、燃料、熔剂，经混匀制粒，布到烧结机台车上，然后再料面点火，点火的同时开始抽风，在台车炉篦下形成一定负压，空气则自上而下通过烧结料层进入下面的风箱。随着料层表面燃料的燃烧，燃烧带自上逐渐向下部料层迁移、当燃烧带到达炉篦时，烧结过程即告终结。烧结过程是复杂的物理化学反应的综合过程。在烧结过程中进行着燃料的燃烧和热交换，水分的蒸发和冷凝，碳酸盐和硫化物的分解和挥发，铁矿石的氧化和还原反应，有害杂质的去除，以及粉料的软化熔融和冷却结晶等。其基本现象是：混合料借点火和抽风使其中的炭燃烧产生热量，并使烧结料层处在总的氧化气氛中，局部又具有一定的还原气氛，因而，混合料不断发生分解、还原、氧化和脱硫等一系列反应，同时在矿物间产生固液相转变，生成的液相冷凝时把未熔化的物料粘在一起，体积收缩，得到外观多孔的块状烧结矿。按照烧结料层中温度的变化和烧结过程中所发生的物理化学反应，烧结料层点火后从上往下依次出现烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层、过湿层。（一） 烧结矿层在烧结料中燃料燃烧放出大量热量的作用下，混合料中的脉石和部分铁矿物熔化造渣。因而出现熔融液相，随着燃烧层的下移及冷空气的通过，物料温度逐渐下降，熔融液相被冷却凝固成多孔结构的烧结矿。高温熔体在凝固过程中进行结晶，析出新矿物。烧结矿层透气性较混合料好，因此，烧结矿层的逐渐增厚使整个料层的透气性变好，真空度变低。这层的主要变化是：高温熔融物凝固成烧结矿，伴随着结晶和析出新矿物。同时，抽入的冷空气被预热，烧结矿被冷却，与空气接触的低价氧化物可能被再氧化。（二） 燃烧层燃烧层又称高温带，该层燃料激烈的燃烧、产生大量的热量，使烧结料层温度升高，部分烧结料熔化成液态熔体。燃烧层温度一般为13001500该层厚度一般1550毫米，其厚度主要取决于烧结料的物理化学性能。由于熔融物液相对空气穿透阻力大，为强化烧结过程，人们总是设法减薄该层厚度。（三） 预热层空气通过燃烧层参加反应后即携带一部分热量进入下部料层，使下部料层被加热到燃料的着火温度（700），这一区域叫做预热层。预热层的厚度较薄，一般2040毫米，预热层与燃烧层紧密相连，温度一般为400800。在预热层烧结料中的结晶水分解，部分碳酸盐、硫酸盐也开始分解，磁铁矿局部被氧化及组分间的固相反应等。（四） 干燥层从预热带进入下层烧结料的热废气，迅速将物料加热到100以上，因此，烧结料中水分激烈蒸发，这一区域称为干燥层，干燥层厚度一般1030毫米。应该指出：在实际烧结过程中预热层与干燥层难于截然分开，因此有些统称为干燥预热层。干燥层虽然很薄，但由于水分激烈蒸发成球性差的物料团粒易被破坏，使整个料层透气性变差。（五） 过湿层从烧结开始，通过料层的气体含水量就开始增加，这是因为点火后部分烧结料所蒸发的水汽进入气流中。当下部烧结料温度低于“露点”温度（一般为6065）时，气流中的水汽冷凝。因此，这部分的烧结料含水量就超过了原始水分而出现了料层过湿现象。所以这一区域称过湿层，它位于干燥层之下。由于水蒸气的冷凝，使得料层的透气性大大的恶化，对烧结过程产生极大的影响。三、 实现稳产优质的措施（一） 做好含铁原料的配比优化及预知预控由于受市场因素制约，进厂含铁原料呈现种类庞杂、质量不稳的特点，同时作为循环经济的重要组成部分，在混匀配料过程中还需消化炼钢污泥及尘灰等大量固体废弃物，导致混匀料的化学成分及烧结性能波动较大，并进而对烧结过程造成不利影响。为了提高混匀料的稳定性，根据各种铁矿粉的物化成分及焙烧性能（烧损、成结性等）及工艺规程要求的烧结控制参数，利用Excel系统函数公式，结合原料实际情况及烧结生产需要，平衡各类铁矿粉消耗，选择合适的烧结混匀料配比，并对混匀料的烧结性能进行预测。由于在实际焙烧中各种铁矿粉交叉影响，使配料和质量预测有很强的非线性特征，难以进行单因素分析。对此，首先根据不同配比方案，推算其对应的化学成分和配料成本，预测质量指标，初步建立起系统配比方案，然后根据实际值复核调节优化配比，逐步完善，修订各配料方案。为适应实际生产需求，在确定配料方案时，同时制定出2-3个应急方案，以备缺料种时换配比配料应用。在混匀料换堆取料前，及时通知生产车间新料堆的烧结性能和化学成分预测情况，作为烧结操作的指导，达到了预知预控的效果，为烧结生产打下坚实的原料基础。（二） 保证固体燃料的化学性能及粒度烧结过程必须在一定高温下才能进行，而温度是由燃料燃烧造成的。温度的高低、燃烧的速度、燃烧带的宽度及烧结料层中的气氛等都影响到烧结过程的顺利进行和烧结矿的质量和产量，而这些又都与燃料的质量、粒度和用度有关，因此，燃料的性质对烧结过程影响很大。1、 燃料的化学成分在烧结过程中燃料的化学成分具有很大的影响，要求灰分尽可能的低，以减少溶剂用量及影响烧结矿中含铁量的提高；要求挥发分不能太高，以免挥发物挥发时，在温度较低的地方凝结下来，恶化料层的透气性和粘结在集气管道中，粘附在抽风机翼板上，影响烧结作业不能正常进行，所以一般燃料中的挥发分不应超过5%。因此，烧结最好选用