钢铁冶金2.ppt

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1、2 铁矿粉造块造块方法：烧结和球团亢淑梅上 页下 页退 出目录 富矿粉和贫矿富选后得到的精矿粉都不能直接入炉冶炼，必须将其重新造块，烧结是最重要最基本的造块方法之一。2003年中国生铁总产量为2亿吨，2005年达2.5亿吨，2011年达6.29亿吨。2003年美国钢铁产品销售量为1.056亿吨，较上年增长6.5。中国2003年球团矿产量3000万吨，现有63座以上竖炉，生产总面积超过520m2 2.1.12.1.1烧结的意义烧结的意义上 页下 页退 出目录 通过烧结得到的烧结矿具有许多优于天然富矿的冶炼性能。(1)高温强度高，还原性好，含有一定的CaO、MgO，具有足够的碱度，而且已事先造渣，

2、高炉可不加或少加石灰石。(2)通过烧结可除去矿石中的S、Zn、Pb、As、K、Na等有害杂质，减少其对高炉的危害。(3)高炉使用冶炼性能优越的烧结矿后，基本上解除了天然矿冶炼中常出现的结瘤故障；同时极大地改善了高炉冶炼效果。(4)烧结中可广泛利用各种含铁粉尘和废料，扩大了矿石资源，又改善了环境。因此自上世纪50年代以来，烧结生产获得了迅速发展。2.1.1烧结的意义上 页下 页退 出目录烧结矿质量对高炉冶炼效果具有重大影响。改善其质量是“精料”的主要内容之一。对烧结矿质量的要求是：品位高，强度好，成分稳定，还原性好，粒度均匀，粉末少，碱度适宜，有害杂质少。2.1.2 烧结矿质量评价上 页下 页退

3、 出目录1.强度和粒度 烧结矿强度好，粒度均匀，可减少转运过程中和炉内产生的粉末，改善高炉料柱透气性，保证炉况顺行，从而导致焦比降低，产量提高。烧结矿强度提高意味着烧结机产量(成品率)增加，同时大大减少了粉尘，改善烧结和炼铁厂的环境，改善设备工作条件，延长设备寿命。2.1.2 烧结矿质量评价上 页下 页退 出目录2.还原性烧结矿还原性好，有利于强化冶炼并相应减少还原剂消耗，从而降低焦比。还原性的测定和表示方法亦未标准化。生产中习惯用烧结矿中的FeO含量表示还原性。一般认为FeO升高，表明烧结矿中难还原的硅酸铁2FeOSiO2(还有钙铁橄榄石)多，烧结矿过熔而使结构致密，气孔率低，故还原性差。反

4、之，若FeO降低，则还原性好。2.1.2 烧结矿质量评价上 页下 页退 出目录3.碱度烧结矿碱度一般用CaO/SiO2表示。按照碱度的不同，烧结矿可分为三类：凡烧结矿碱度(如0.9)低于炉渣碱度的称为酸性(或普通)烧结矿。高炉使用这种烧结矿，尚须加入相当数量的石灰石才能达到预定炉渣碱度要求，通常高炉渣的碱度(CaO/SiO2)在1.0左右。凡烧结矿碱度(1.0-1.4)等于或接近炉渣碱度的称为自熔性烧结矿。高炉使用自熔性烧结矿一般可不加或少加石灰石。2.1.2 烧结矿质量评价上 页下 页退 出目录3.碱度烧结矿碱度(1.4)明显高于炉渣碱度的称为熔剂性烧结矿或高碱度(2.03.0)、超高碱度(

5、3.04.0)烧结矿。高炉使用这种烧结矿无须加石灰石。由于它含CaO高，可起熔剂作用，因此往往要与酸性矿配合冶炼，以达到合适的炉渣碱度。为了改善炉渣的流动性和稳定性，烧结矿中常含有一定量的MgO(如23%或更高)，使渣中MgO含量达到78%或更高，促进高炉顺行。在此情况下，烧结矿和炉渣的碱度应按(CaO+MgO)/SiO2来考虑。2.1.2 烧结矿质量评价上 页下 页退 出目录 目前世界各国90%以上的烧结矿由抽风带式烧结机生产，其工艺流程如图2-1所示。其他烧结方法有回转窑烧结，悬浮烧结，抽风或鼓风盘式烧结和土法烧结等。各法生产工艺和设备尽管有所不同，但烧结基本原理基本相同。下面着重以带式抽

6、风烧结法来论述。2.2 烧结反应过程上 页下 页退 出目录2.2 烧结反应过程上 页下 页退 出目录2.2 烧结反应过程上 页下 页退 出目录2.2 烧结反应过程上 页下 页退 出目录抽风烧结过程是将铁矿粉、熔剂和燃料经适当处理，按一定比例加水混合，铺在烧结机上，然后从上部点火，下部抽风，自上而下进行烧结，得到烧结矿。取一台车剖面分析，抽风烧结过程大致可分为五层(图3-2)，即烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层和过湿层。这五层并不是截然分开的。点火烧结开始，各层依次出现，一定时间后，各层又依次消失，而最终剩下烧结矿层。一、抽风烧结过程上 页下 页退 出目录一、抽风烧结过程上 页下 页退 出目录(

7、1)烧结矿层 从表面开始随着烧结过程的进行逐渐增厚。抽入的空气通过烧结矿层被预热供给燃烧，而烧结矿层则被冷却和氧化。在同燃烧层接近处，进行液相的冷却结晶(10001100)，使烧结物固结形成多孔的烧结矿。上 页下 页退 出目录(2)燃烧层 燃料被预热空气燃烧，产生13001500的高温，使烧结料局部熔化、造渣并进行还原、氧化，石灰石及硫化物的分解反应。从燃料着火开始到燃烧完毕，需要一定时间。故燃烧层有一定厚度，约1580mm。燃烧层沿着高度下移的速度称为垂直烧结速度，一般为1040mm/min。这一速度决定着烧结机的生产率。上 页下 页退 出目录(3)预热层业已干燥的烧结料被燃烧层的高温气体迅

8、速加热到燃料的着火点(一般为700左右，但在烧结层中实际为10501150)，并进行氧化、还原、分解和固相反应，出现少量液相。上 页下 页退 出目录(4)干燥层 同预热层交界处温度约120150，烧结料中的游离水在此大量蒸发，使料干燥。同时料中热稳定性差的一些球形颗粒可能破裂，使料层透气性变坏。上 页下 页退 出目录(5)过湿层 即原始的烧结混合料层。由于干燥层来的废气中含有大量的水蒸气，当其被湿料层冷却到露点温度以下时，水气便重新凝结，使料的湿分超过原始水分，造成过湿现象，使料层透气性恶化。为避免过湿，应确保湿料层温度在露点以上。上 页下 页退 出目录 可见烧结过程是许多物理和化学变化过程的

9、综合。其中有燃烧和传热；燃烧和传热；蒸发和冷凝；蒸发和冷凝；氧化和还原；氧化和还原；分解和吸附；分解和吸附；熔化和结晶；熔化和结晶；矿矿(渣渣)化和气体动力学等。化和气体动力学等。在某一层中可能同时进行几种反应，而一种反应又可能在几层中进行。下面对各过程分别进行研究和讨论。上 页下 页退 出目录二、燃料燃烧 烧结料中固体碳的燃烧为形成黏结所必需的液烧结料中固体碳的燃烧为形成黏结所必需的液相和进行各种反应提供了必要的条件相和进行各种反应提供了必要的条件(温度、气氛温度、气氛)。烧结过程所需要的热量的烧结过程所需要的热量的80一一90为燃料燃为燃料燃烧供给。然而燃料在烧结混合料中所占比例很小，烧供

10、给。然而燃料在烧结混合料中所占比例很小，按重量计仅按重量计仅3一一5，要使燃料迅速而充分地燃烧，要使燃料迅速而充分地燃烧，必须供给过量的必须供给过量的空气空气，空气过剩系数达，空气过剩系数达1.41.5或更或更高。高。上 页下 页退 出目录混合料中的碳在温度达到混合料中的碳在温度达到700以上即着火燃烧，以上即着火燃烧，发生以下反应：发生以下反应：C焦焦+O2=CO2C焦焦+1/2O2=CO2CO+O2=2CO2CO2+C=2CO上 页下 页退 出目录燃料燃烧虽然是烧结过程的主要热源，但仅靠燃料燃烧虽然是烧结过程的主要热源，但仅靠它并不能把燃烧层温度提高到它并不能把燃烧层温度提高到1300一一

11、1500的水平。的水平。相当部分的热量是靠上部灼热的燃烧矿层将抽入的相当部分的热量是靠上部灼热的燃烧矿层将抽入的空气预热提供的。热烧结矿层相当于一个空气预热提供的。热烧结矿层相当于一个“蓄热室蓄热室”，热平衡分析表明，蓄热作用提供的热量约占供热平衡分析表明，蓄热作用提供的热量约占供热总量的热总量的40。上 页下 页退 出目录烧结过程的烧结过程的总速度总速度取决于燃料燃烧速度和取决于燃料燃烧速度和传热传热速度速度两者之间的最慢者。两者之间的最慢者。在低燃料条件下。氧量充足，燃料着火点低，在低燃料条件下。氧量充足，燃料着火点低，燃烧速度较快，烧结速度取决于传热速度。在燃料燃烧速度较快，烧结速度取决

12、于传热速度。在燃料量正常或较高条件下则烧结速度取决于燃烧速度。量正常或较高条件下则烧结速度取决于燃烧速度。上 页下 页退 出目录 烧结过程主要是对流传热。传热速度主要取决烧结过程主要是对流传热。传热速度主要取决于气流速度、气体和物料的热容量。根据热平衡推导于气流速度、气体和物料的热容量。根据热平衡推导可得传热速度可得传热速度(W)如下：如下：增加气流速度，改善料层透气性，可使传热速度增加气流速度，改善料层透气性，可使传热速度增加，高温区下移加速，产量增加。增加，高温区下移加速，产量增加。C料料、C气气同物料同物料特性有关。特性有关。上 页下 页退 出目录 燃料燃烧速度主要取决于燃料的燃料燃烧速

13、度主要取决于燃料的反应性反应性、粒度粒度、气体含氧量气体含氧量和和流速流速(料层透气性料层透气性)以及以及温度温度等因素。等因素。粒度小，使透气性变坏，不利于燃烧和传热。粒度小，使透气性变坏，不利于燃烧和传热。一般认为烧结用的燃料粒度以一般认为烧结用的燃料粒度以1-3mm为最佳。在实为最佳。在实际生产中，燃料经破碎必然产生小于际生产中，燃料经破碎必然产生小于1mm的粒级，的粒级，一般要求小于一般要求小于3mm粒级的占粒级的占7085%。上 页下 页退 出目录 任何粉料在空气中总含有一定水分，烧结料也不例外。除了各种原料本身带来和吸收大气水分外，在混合时为使矿粉成球，提高料层透气性，常外加一定量

14、的水，使混合料中含水达78%。这种水叫游游离水或吸附水离水或吸附水。100即可大量蒸发除去。如用褐铁矿烧结，则还含有较多结结晶晶水水(化化合合水水)。需要在200300才开始分解放出，若含有粘土质高岭土矿物(Al2O32SiO2H2O)则需要在400-600才能分解，甚至9001000才能去尽。三、烧结料中水分的蒸发、分解和凝结 上 页下 页退 出目录 烧结料中的碳酸盐有CaCO3、MgCO3，如果用菱铁矿和菱锰矿烧结，则还有FeCO3和MnCO3。生产熔剂性或高碱度烧结矿时，需加入大量的CaCO3和一定的MgCO3。它们的分解条件如图所示。CaCO3的分解温度较其他碳酸盐高。其分解反应为:四

15、、碳酸盐分解及矿化作用四、碳酸盐分解及矿化作用上 页下 页退 出目录1.铁氧化物的分解、还原和氧化 烧结过程宏观上是氧化性气氛，但在燃烧颗粒表面附近或燃料集中处，CO浓度极高，故也有局部还原性气氛。即微观来看，在料层中既有氧化区也有还原区，因此对铁矿物同时存在着氧化、还原、分解等反应。五、氧化、还原反应及有害杂质的去除 上 页下 页退 出目录在有CO存在的区域，只要300左右，Fe2O3就很易被还原：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 此反应所需的CO平衡浓度很低。所以一般烧结矿中自由Fe2O3很少。上 页下 页退 出目录磁铁矿(Fe3O4)分解压很小，较难分解。但在有SiO2存在时，F

16、e3O4的分解压接近Fe2O3分解压，故在1300-1350以上亦可进行热分解：2Fe3O4+3SiO2=3(2FeOSiO2)+O2在900以上，Fe3O4可被CO还原，Fe3O4+CO=3FeO+CO2 上 页下 页退 出目录SiO2存在时，促进了这一还原，2Fe3O4+3SiO2+2CO=3(2FeOSiO2)+2CO2 CaO存在时，不利于2FeOSiO2的生成，故不利于反应进行。因此，烧结矿碱度提高后，FeO会有所降低。MnO2和Mn2O3比Fe2O3具有更大的分解压力，在较低温度下即可进行分解。上 页下 页退 出目录FeO分解压力很小，927时为6.410-18MPa，在一般烧结条

17、件下，FeO很难被CO还原为Fe。在配碳量很高和烧结温度很高情况下，上述反应可进行，从而获得一定数量的金属铁。上 页下 页退 出目录在燃烧层中距碳粒较远的区域，氧化性气氛较强。可以使Fe3O4和FeO氧化：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O33FeO+1/2 O2=Fe3O4 在空气通过灼热的烧结矿层时，也进行氧化反应，烧结矿气孔壁表面有氧化层就是证明。正因为如此，烧结过程中还原得到的少量金属铁，很容易被抽入的空气氧化。因此烧结矿中金属铁量甚微，一般在0.5%以下。上 页下 页退 出目录2.有害杂质的去除烧结过程可以部分去除矿石中硫、铅、锌、砷、氟、钾、钠等对高炉有害的物质，以改善烧结矿的质

18、量和高炉冶炼过程。这是铁矿烧结的一个突出优点。上 页下 页退 出目录(1)烧结去硫。烧结可以去除大部分的硫。以硫化物形态存在的硫可以去除90%以上，而硫酸盐的去硫率也可达8085%。铁矿石中的硫常以硫化物形态(FeS2)和硫酸盐(CaSO4、BaSO4等)的形式存在存在。上 页下 页退 出目录在低于在低于1350时，以生成时，以生成Fe2O3为主，为主，在高于在高于1350时，主要生成时，主要生成Fe3O4。上 页下 页退 出目录硫酸盐的分解压很小，开始分解的温度相当高，如CaSO4大于975，BaSO4高于1185。因此其去硫比硫化物困难。但当有Fe2O3和SiO2存在时，可改善其去硫热力学

19、条件。CaSO4+Fe2O3=CaOFe2O3+SO2+1/2O2 H=485J/molBaSO4+SiO2=BaOSiO2+SO2+1/2O2 H=459J/mol 上 页下 页退 出目录(2)烧结去砷率一般可达50%以上。若加入少量CaCl2可使去砷率达6070%，烧结去氟率一般只有1015%，有时可达40%，若在烧结料层中通入水气可使其生成HF，大大提高去氟率。硫、砷、氟、以其有毒气体SO2、As2O3、HF等随废气排除，严重污染空气，危害生物和人体健康。故一般烧结厂都建有高大的烟囱，以便将有害气体实行高空排放。为根本解决问题，在排入烟囱之前，最好先进行化学处理和回收。上 页下 页退 出

20、目录(3)对一些含有碱金属钾、钠和铅、锌的矿石，可在烧结料中加入CaCl2，使其在烧结过程中相应生成易挥发的氯化物而去除和回收。如加入23%CaCl2，可除去铅90%，去锌65%，加0.7%CaCl2去除钾、钠的脱碱率可达70%。它们的去除都应妥善解决环境保护和廉价的氯化剂问题。上 页下 页退 出目录一、固相反应 在未生成液相的低温条件下(500700)，烧结料中的一些组分就可能在固态下进行反应，生成新的化合物。固态反应的机理是离子扩散。烧结料中各种矿物颗粒紧密接触，它们都具有离子晶格构造。在晶格中各结点上的离子可以围绕它们的平衡位置振动。温度升高，振动加剧，当温度升高到使质点获得的能量(活化

21、能)足以克服其周围质点对它的作用能时，便失去平衡而产生位移(即扩散)。相邻颗粒表面电荷相反的离子互相吸引，进行扩散，遂形成新的化合物，使之连接成一整体。2.3 烧结矿固结成型机理上 页下 页退 出目录硅灰石CaOSiO2 熔点 1544硅钙石 3CaO2SiO2 熔点 1478正硅酸钙2CaOSiO2 熔点 2130硅酸三钙3CaOSiO2 熔点 1900共晶体有；SiO2CaOSiO2 熔点 1438CaOSiO23CaO2SiO2 熔点 14572CaOSiO2 CaO 熔点 2065上 页下 页退 出目录上 页下 页退 出目录一、固相反应固相反应开始进行的温度(T固)远低于反应物的熔点(

22、T熔)其关系为：对于金属，T固=(0.30.5)T熔对于盐类，T固=0.75T熔对于硅酸盐，T固=(0.80.9)T熔最具有意义的固相反应是铁矿粉本身含有的Fe3O4与SiO2的作用。它们接触良好，反应能有一定程度的发展，其生成物2FeOSiO2是低熔点物质，可促进烧结反应过程。上 页下 页退 出目录固相反应在温度较低的固体颗粒状态下进行，反应速度一般较慢，而烧结过程又进行得很快，所以固相反应不可能得到充分发展。必须进一步提高温度，发展足够数量的液相，才能完成烧结过程。然后固相反应生成的低熔点化合物已为形成液相打下了基础。上 页下 页退 出目录二、液相粘结及基本液相体系烧结矿的固结主要依靠发展

23、液相来完成。烧结料中许多矿物具有很高的熔点，如磁铁矿(Fe3O4)为1550，CaO为2570，SiO2为1713，都在烧结温度之上，怎么能使它们熔化而烧结呢？一方面是上述固相反应形成的低熔点化合物足以在烧结温度下生成液相；同时随着燃料层的移动，温度升高，各种互相接触的矿物又形成一系列的易熔化合物，在燃烧温度下形成新的液相。上 页下 页退 出目录 液滴浸润并溶解周围的矿物颗粒而将它们粘结在一起；相邻液滴可能聚合，冷却时产生收缩；往下抽入的空气和反应的气体产物可能穿透熔化物而流过，冷却后便形成多孔、坚硬的烧结矿。可见烧结过程中产生的液相及其数量对烧结矿的质量和产量有决定性的影响。上 页下 页退

24、出目录二、液相粘结及基本液相体系1.Fe-O液相体系 在Fe=72.578%，O=1217.5%的范围区间Fe3O4 与FeO可形成低熔富氏体(mFe3O4 nFeO)。如由45%FeO与55%Fe3O4组成的浮氏体熔点只有1420。在烧结过程中，在燃料颗粒附近，依靠FeO的出现并组成低熔浮氏体，完全可以熔为液相。在不加熔剂，烧结高品位铁精矿的条件下，浮氏体是主要粘结液相，依靠它可以生产强度好的普通(酸性)烧结矿。上 页下 页退 出目录2.FeO-SiO2液相体系 铁矿粉中的FeO和SiO2接触紧密，在烧结过程中易于化合成2FeOSiO2(铁橄榄石)，其熔点为1205。2 FeOSiO2还可同

25、SiO2或FeO组成低熔点共晶混合物,其熔点为1178或1177；2FeOSiO2又可同Fe3O4组成熔点更低的混合体(1142)。上 页下 页退 出目录3.CaO-SiO2液相体系 当生产自熔性烧结矿时，同酸性烧结矿比较，由于外加相当多的CaO，它与矿粉中的SiO2作用，在烧结过程中，生成两种可熔的硅酸钙液相，即：(1)硅灰石CaOSiO2(CS)，熔点为1544，它与SiO2在1486时形成最低共熔点。上 页下 页退 出目录(2)硅钙石3CaO2SiO2(C3S2)，熔点为1475。它与CaOSiO2在1455时形成最低共熔点。其它尚有正硅酸钙2CaOSiO2(C2S)等，但其熔点为213

26、0。在烧结中不能熔化为液相。硅酸钙液相体系在生产自熔性烧结矿时占重要地位。但同其它体系比较起来，它的熔化温度较高，它的混合物的最低共熔点也比较高，均在1430以上，所以在烧结温度条件下这个体系所产生的液相不会很多。上 页下 页退 出目录硅灰石CaOSiO2 熔点 1544硅钙石 3CaO2SiO2 熔点 1478正硅酸钙2CaOSiO2 熔点 2130硅酸三钙3CaOSiO2 熔点 1900共晶体有；SiO2CaOSiO2 熔点 1438CaOSiO23CaO2SiO2 熔点 14572CaOSiO2 CaO 熔点 2065上 页下 页退 出目录4.CaO-FeO-SiO2液相体系 在生产自熔

27、性烧结矿时，若温度高，还原性气氛强，则大量存在的CaO、FeO和SiO2便可能结合生成钙铁硅酸盐低熔点化合物，如钙铁橄榄石(CaO)x(FeO)2-xSiO2；(x=0.251)；钙铁辉石CaOFeO2SiO2；铁黄长石2CaOFeO2SiO2。这些化合物能形成一系列的固溶体(区)，并在固相中产生复杂的化学变化和分解作用。上 页下 页退 出目录5.CaO-Fe2O3液相体系 区就是铁酸钙(CaO-Fe2O3)系低熔点区，其SiO2浓度很低。在生产熔剂性烧结矿时，由于要求碱度更高，需加入大量CaO。CaO同矿粉中的Fe2O3在500600即可进行固相反应生成铁酸钙CaOFe2O3。其熔点为121

28、6。可以看到这个体系还有几种化合物，如：2CaOFe2O3 1449，CaO2Fe2O3 1226，CaOFe2O3CaO2Fe2O3共晶 1205。这个体系化合物熔点比较低，特别是CaOFe2O，不仅熔点低，而且生成速度快，对生产熔剂性烧结矿具有重要意义。上 页下 页退 出目录 以上五个液相体系均为产生不同类型烧结矿的主要粘结相成分，其中最重要的是FeO-SiO2，CaO-FeO-SiO2和CaO-Fe2O3三个易熔相。凡高温高碳，低氧势烧结，有利形成前者；凡低温低碳，高氧势烧结有利于后者的形成。在烧结过程过程中，若液相太少，则粘结不够，烧结矿强度不好，若液相过多，则产生过熔，使烧结矿致密，

29、气孔率降低，还原性变差。因此无论靠何种液相粘结，数量都应适当。上 页下 页退 出目录三、冷却固结 燃烧层移过后，烧结矿的冷却过程随即开始。随着温度的降低，液相粘结着周围的矿物颗粒而凝固。各种低熔点化合物(液相)开始结晶。烧结矿的冷却固结实际上是一个再结晶过程。首先是晶核的形成，凡是未熔化的矿物颗粒和随空气带来的粉尘都可充当晶核。晶粒围绕晶核逐渐长大。冷却快时，结晶发展不完整，多呈玻璃相，裂纹较多，强度较差；冷却慢时，晶粒发展较完整，玻璃质较少，强度较好。上层烧结矿容易受空气急冷，强度较差；下层烧结矿的强度则较好。上 页下 页退 出目录 还要看到，在液相冷凝结晶时，成千上万的晶粒同时生成，它们互

30、相排挤，各种矿物的膨胀系数又不相同，因而在晶粒之间产生内应力，使烧结矿内部产生许多微细裂纹，导致强度降低。上 页下 页退 出目录 在烧结矿冷却固结中，2CaOSiO2起到极坏的作用，它虽不能形成液相，但在冷却过程中产生、四种晶型变化。这种相变产生很大的内应力和体积膨胀，使得已固结成型的烧结矿发生粉碎，强度大减，因此烧结过程中要尽量避免正硅酸钙的生成。同时要严格掌握冷却温度，有效控制其晶型转变 。上 页下 页退 出目录四、烧结矿的矿物组成及结构四、烧结矿的矿物组成及结构 熔剂性烧结矿和自熔性烧结矿的主要矿物组成为：熔剂性烧结矿和自熔性烧结矿的主要矿物组成为：磁铁矿、铁酸钙、钙铁橄榄石，其它还有少

31、量的磁铁矿、铁酸钙、钙铁橄榄石，其它还有少量的富氏体、石英、玻璃相等。富氏体、石英、玻璃相等。上 页下 页退 出目录常见的烧结矿显微结构：常见的烧结矿显微结构：（1）粒状结构）粒状结构（2）斑状结构）斑状结构（3）骸状结构）骸状结构（4）单点状的共晶结构）单点状的共晶结构（5）熔蚀结构）熔蚀结构上 页下 页退 出目录2.4 强化烧结过程分析一、烧结机的生产率(台时产量)带式烧结机的生产率(Q)可用下式计算：Q=60KBLd t/(台h)K烧结料成品率，即单位重量混和料所出产的成品烧结矿量(即除去水分、挥发分、烧掉的燃料等烧损和返矿量之后的成品量)，一般 k=0.50.7；B烧结机台车宽度，m；

32、L烧结机有效(抽风)长度，m；烧结混和料松装密度，t/m3d垂直烧结速度，即燃烧层垂直下移的速度烧结产量同垂直烧结速度成正比。而d主要同抽过料层的空气量有关，在抽风机能力和负压一定时，垂直烧结速度主要决定于料层透气性。上 页下 页退 出目录2.4 强化烧结过程分析二、强化烧结的方向及其措施 改善料层透气性，强化烧结过程，归根到底必须提高通过料层的气体量。1.料层透气性，提高值，可以加快气流速度，增加通过料层的空气量。上 页下 页退 出目录2用低料层(降低H)操作，虽可加快烧结速度，但自动蓄热作用削弱，燃耗升高，烧结矿质量降低，是不合理的操作方法。近年实践证明，厚料层操作是科学的，合理的，但它会

33、使烧结速度降低。为保证烧结速度不降低，应在提高料层的同时，进一步改善料层透气性和相应地提高抽风负压。上 页下 页退 出目录3提高负压，可提高抽入风量。可以认为高负压和厚料层相结合是强化烧结过程的一条重要经验，此时应加强系统密封，以防止漏风率增加。上 页下 页退 出目录4采用高压烧结 此与高炉高压操作原理相同。在保持料层压差一定的条件下，同时提高料层上下部的压力，增加气体密度和抽入空气的质量流量，可提高烧结速度。也可保持料层下部压力不变，仅提高上部压力，相当于增加压差(P)，以提高烧结速度，但效果不如前者大。高压烧结尚处于试验研究之中。其它强化烧结，提高烧结矿产量、质量的措施尚有预热抽入空气的所

34、谓“热风烧结”，烧结矿的热处理等等都在发展研究之中。上 页下 页退 出目录三、改善料层中的气流分布 气流在料层中分布的均匀性，对强化烧结的影响很大。不均匀的气流分布会造成不均匀的烧结，不均匀的烧结又会加重不均匀的气流分布，降低风的利用率并产生许多烧不透的生料。这不仅降低成品率，而且会恶化返矿质量，破坏正常的烧结过程。均匀的气流分布必须以料层透气性的均匀为前提。因此除上述改善料层透气性的措施外，均匀布料和减少粒度偏析是造成一个透气性均匀的料床的重要条件。上 页下 页退 出目录四、判断和控制烧结终点位置 烧结终点位置的判断和控制，主要根据废气温度的变化。烧结过程中废气温度变化的规律是：点火后，通过

35、料层的高温废气将热量传给冷料，使冷料温度上升，而废气温度下降到接近冷料温度的水平，直到燃烧层接近炉篦子时，废气温度才急剧上升，燃料燃烧完毕，废气温度又立即下降。因此，废气温度上升到最高点以后开始下降的瞬间就是烧结终点。上 页下 页退 出目录五、烧结矿进行冷却 烧结矿从机尾卸下时，平均温度达750800，这种高温烧结矿如果不进行冷却，运输、加工和贮存都有很大困难，因此，必须进行冷却。高炉使用冷烧结矿，有如下各种好处：1）冷烧结矿可以用皮带运输机直接送到高炉，大大简化运输系统。2）冷烧结矿便于进行高炉槽下过筛，大大减少入炉料中的粉末，有利于改善高炉料柱透气性。3）高炉使用冷烧结矿可以延长贮矿槽、上

36、料系统和炉顶装料设备的使用寿命，并可改善配料和上料系统的劳动条件。上 页下 页退 出目录冷却烧结矿的方法:l）在矿车中冷却 2）露天堆放、自然冷却 3）在料仓中冷却上 页下 页退 出目录强制通风冷却法有：l）带式烧结机上冷却 2）带式冷却机 3）环式冷却机 4）塔式和平式振冷上 页下 页退 出目录1)烧结机利用系数：烧结机每平方米烧结面积上每小时内生产的成品烧结矿量叫做烧结机利用系数。式中 一烧结机利用系数，t/m2h；q烧结机台时产量，t/台h；F一烧结机有效烧结面积，m2。2.5烧结生产有哪些技术经济指标上 页下 页退 出目录2)烧结矿成品率：烧结矿经机尾筛分后，筛上为成品烧结矿，筛下为返

37、矿，成品烧结矿与混合料总量之比为成品率。上 页下 页退 出目录烧结新工艺烧结新工艺低温烧结新工艺低温烧结新工艺球团烧结工艺球团烧结工艺低低SiO2高还原性烧结矿生产新工艺高还原性烧结矿生产新工艺上 页下 页退 出目录 球团矿生产原理和工艺 上 页下 页退 出目录球团生产的意义和特点 球团矿是细磨铁精矿或其它含铁粉料造块的又一方法。它是将精矿粉、熔剂（有时还有粘结剂和燃料）的混合物，在造球机中滚成直径815mm（用于炼钢还要大些）的生球，然后干燥、焙烧，固结成型，成为具有良好冶金性质的优良含铁原料，供给钢铁冶炼需要。上 页下 页退 出目录球团生产的意义和特点 1912年瑞典A.G.安德逊（And

38、son）首先提出球团问题。1948年美国在小高炉上冶炼球团试验成功，本世纪50年代在世界发展起来，形成工业生产规模，6070年代发展很快。1957年世界球团生产能力为1000万吨，1972年为13600万吨，1978年达26000万吨，1985年约38000万吨。我国只生产酸性球团，年生产能力在1300万吨以上，1999年实际生产球团矿1224万吨，仅占高炉炉料的7左右，缺口须从国外进口。上 页下 页退 出目录烧结与球团的区别 烧结和球团都是粉矿造块的方法。但它们的生产工艺和固结成块的基本原理却有很大区别，在高炉上冶炼的效果也有各自的特点。烧结与球团的区别主要表现在以下几方面：上 页下 页退

39、出目录1富矿短缺，必须不断扩大贫矿资源的利用，而选矿技术的进步可经济地选出高品位细磨铁精矿。这种过细精矿不益于烧结，透气性不好，影响烧结矿产量和质量的提高，而用球团方法处理却很适宜，因为过细精矿易于成球，粒度愈细，成球性愈好，球团强度愈高。上 页下 页退 出目录2成品矿的形状不同：烧结矿是形状不规则的多孔质块矿，而球团矿是形状规则的1025mm的球球团矿较烧结矿粒度均匀，微气孔多，还原性好，强度高，且易于贮存，有利于强化高炉生产。上 页下 页退 出目录3适于球团法处理的原料已从磁铁矿扩展到赤铁矿、褐铁矿以及各种含铁粉尘，化工硫酸渣等；从产品来看，不仅能制造常规氧化球团，还可以生产还原球团、金属

40、化球团等；同时球团方法适用于有色金属的回收，有利于开展综合利用。上 页下 页退 出目录4.固结成块的机理不同：烧结矿是靠液相固结的，为了保证烧结矿的强度，要求产生一定数量的液相，因此混合料中必须有燃料，为烧结过程提供热源。而球团矿主要是依靠矿粉颗粒的高温再结晶固结的，不需要产生液相，热量由焙烧炉内的燃料燃烧提供，混合料中不加燃料。上 页下 页退 出目录5）生产工艺不同：烧结料的混合与造球是在混合机内同时进行的，成球不完全，混合料中仍然含有相当数量未成球的小颗粒。而球团矿生产工艺中必须有专门的造球工序和设备，将全部混合料造成1025mm的球，小于10mm的小球要筛出重新造球。上 页下 页退 出目

41、录矿粉造球过程造球造球铁精矿粉滚动成球的基本依据是水对矿粉的润湿铁精矿粉滚动成球的基本依据是水对矿粉的润湿作用和造球机械作用力的结合。作用和造球机械作用力的结合。铁矿粉表面的物理化学特性：铁矿粉表面的物理化学特性：干粉料粒度越细，比表面积越大，表面的自由能干粉料粒度越细，比表面积越大，表面的自由能越大。这种体系有自动减少其自由能的倾向，即减越大。这种体系有自动减少其自由能的倾向，即减少相间界面，使颗粒结合。少相间界面，使颗粒结合。疏水性；亲水性疏水性；亲水性铁矿粉：亲水性铁矿粉：亲水性上 页下 页退 出目录水分在造球过程中的作用 水分是使细磨物料成球的基本因素。没有水分的干料是不能成球的，只有

42、加水润湿后才能使矿粉滚动成球。水分在细磨物料中以如下四种形态存在，各种形态的水分在造球过程中的作用也有所不同。1）吸附水;2）薄膜水;3）毛细水;4）重力水上 页下 页退 出目录1）吸附水（强结合水）：造球物料不仅粒度极细，比表面积大，而且颗粒表面带有电荷，因此，在静电引力作用下水分子被吸附在固体颗粒的表面形成吸附水层。由于吸附水和矿粒之间是靠分子吸引力结合的，因此被牢牢吸附在颗粒表面，不能自由转移，只有在烘干时才能变为蒸汽。因此，仅有吸附水，物料尚不能成球。上 页下 页退 出目录2）薄膜水（弱结合水）：物料进一步被湿润，则在吸附水的外围形成薄膜水。它是由形成吸附水以后剩余的未被平衡的分子力所

43、吸引的分子水层。薄膜水距离颗粒表面较远，所受的吸引力较小，因此水分子具有一定的活动性，当两个矿粉颗粒靠近时，薄膜水可以从水层较厚的颗粒表面向水层较薄的颗粒表面迁移。上 页下 页退 出目录上 页下 页退 出目录 吸吸附附水水和和薄薄膜膜水水合合起起来来组组成成分分子子结结合合水水，或或称称水水化化膜膜。分分子子结结合合水水由由于于受受静静电电力力和和分分子子力力的的作作用用，水水分分子子排排列列紧紧密密，具具有有很很大大粘粘滞滞性性，使使相相邻邻的的矿矿粉粉颗颗粒粒不不容容易易发发生生相相对对移移动动，并并且且当当矿矿粉粉颗颗粒粒相相距距很很近近时时，可可以以形形成成公公共共的的水水化化膜膜（如

44、如图图2 23232中中efef阴阴影影部部分分），使使颗颗粒粒彼彼此此粘粘结结，这这就就是是细细磨磨物物料料成成球球后后具具有有一一定定机机械强度的原因。械强度的原因。物物料料达达到到最最大大分分子子结结合合水水以以后后，在在外外力力作作用用下下表表现出可塑性，这时成球过程才能开始。现出可塑性，这时成球过程才能开始。上 页下 页退 出目录3 3）毛细水：）毛细水：当当物物料料润润湿湿到到超超过过最最大大分分子子结结合合水水时时，水水分分开开始始充充填填在在物物料料颗颗粒粒之之间间的的空空隙隙中中，形形成成毛毛细细水水。毛毛细细水水是是靠靠水水的的表表面面张张力力形形成成的的，在在矿矿粉粉颗颗

45、粒粒的的空空隙隙中中形形成成弯弯曲曲的的液液面面，产产生生毛毛细细压压力力。在在毛毛细细压压力力和和外外力力的的作作用用下下，水水滴滴周周围围的的矿矿粉粉颗颗粒粒被被拉拉向向水水滴滴的的中中心心，形形成成小小球球。因因此此，物物料料的的亲亲水水性性越越强强，颗颗粒粒越越细细，排排列列越越紧紧密密，毛毛细细力力的的作作用用越越大大，成成球球速速度度也也越越快快。成成球球过过程程中中毛毛细细水水起起主主导导作作用用，只只有有当当物物料料润润湿湿到到形形成成毛毛细细水时，成球过程才有较快的发展。水时，成球过程才有较快的发展。上 页下 页退 出目录 4）重力水：当矿粉完全被水饱和时，还存在重力水。它是

46、在重力和压力差的作用下能移动的自由水。由于重力总是向下的，因此重力水总是向下运动。由于重力水对矿粒有浮力作用，故对成球不利。所以，只有当水分处于毛细水含量范围以内时，对矿粉成球才有实际意义。重力水和毛细水合称为自由水。而吸附水、薄膜水、毛细水和重力水的总和称为全水量。上 页下 页退 出目录 综上分析不同形态的水对矿粒成球起着不同综上分析不同形态的水对矿粒成球起着不同的作用。毛细水能将矿粒拉向生球表而，而分子结的作用。毛细水能将矿粒拉向生球表而，而分子结合水能使矿粒黏结在合水能使矿粒黏结在起。当体系为水所充满时，起。当体系为水所充满时，仅有分子结合力起作用。这说明毛细水在形成生球仅有分子结合力起

47、作用。这说明毛细水在形成生球过程中起主导作用，面分子结合水则决定着生球的过程中起主导作用，面分子结合水则决定着生球的机械强度。机械强度。上 页下 页退 出目录细磨物料的成球性细磨物料的成球性细磨物料的成球性是物料在自然状态下滴水成球的性能细磨物料的成球性是物料在自然状态下滴水成球的性能及其在机械作用下的密度能力。及其在机械作用下的密度能力。意义：生球的形成和长大速度及其强度。意义：生球的形成和长大速度及其强度。物理意义：W分:反映了细磨物料的表面能量状态，如比表面，亲水性粒度组成及分子结合力等，W毛则反映了细磨物料的宏观结构状态，如孔隙度等。成球性指数k实际上反映细磨物料结合力的一个综合参数。

48、用它可估计矿粉滚动成球的能力。上 页下 页退 出目录细磨物料的成球性可按k值的大小分成以下几类：k0.80 优等成球性上 页下 页退 出目录成球过程成球过程成核阶段，过渡阶段，生球长大阶段成核阶段，过渡阶段，生球长大阶段（1）成核阶段）成核阶段 母球的形成；毛细效应母球的形成；毛细效应 A.B.C.D上 页下 页退 出目录（2）过渡阶段）过渡阶段 母球长大亦依赖毛细效应，其成球速度决定于母球长大亦依赖毛细效应，其成球速度决定于毛细水的迁移速度。毛细水能在毛细力和外力的作毛细水的迁移速度。毛细水能在毛细力和外力的作用下发生较快的迁移。用下发生较快的迁移。E,F上 页下 页退 出目录（3）生球长大

49、阶段）生球长大阶段 依靠毛细力作用形成生球依靠毛细力作用形成生球的强度是不高的。因此，当区球长大到适当尺寸，的强度是不高的。因此，当区球长大到适当尺寸，需停止加水润湿，靠机械作用把生球中多余的水分需停止加水润湿，靠机械作用把生球中多余的水分挤出。由于进一步的压紧作用有可能使颗粒间的挤出。由于进一步的压紧作用有可能使颗粒间的薄膜水层互相接触、迁移，形成一个为众多颗粒所薄膜水层互相接触、迁移，形成一个为众多颗粒所共有的水膜，产生强大的分子结合力，使生球强度共有的水膜，产生强大的分子结合力，使生球强度不断提高，水分降低，密度增加。当生球达到一定不断提高，水分降低，密度增加。当生球达到一定的粒度和强度

50、后，便从造球机中自动滚出。的粒度和强度后，便从造球机中自动滚出。上 页下 页退 出目录母球形成主要依靠加水点滴润湿；母球形成主要依靠加水点滴润湿；毛细效应对母球长大具有决定作用；毛细效应对母球长大具有决定作用；在生球密实阶段，则主要靠机械作用下分子结合在生球密实阶段，则主要靠机械作用下分子结合力的加强而使生球强度提高。力的加强而使生球强度提高。在加水润湿和机械力作用的前提下加强毛细力、在加水润湿和机械力作用的前提下加强毛细力、分子结合力和颗粒间的内摩擦力，是提高生球强度分子结合力和颗粒间的内摩擦力，是提高生球强度的的关键关键。这三种力的数值愈大，生球强度就愈高。这三种力的数值愈大，生球强度就愈