3 铁矿粉烧结工艺(1-2)白底版

第三章第三章铁矿粉烧结工艺铁矿粉烧结工艺张丽华2011年3月Email:[e-mail]:623349892本章内容介绍本章内容介绍3.1烧结过程物理化学现象3.2烧结过程传输现象3.3烧结矿的固结机理及矿相分析3.4铁矿粉烧结工艺过程3.5强化烧结及烧结新技术3钢铁冶炼工艺流程钢铁冶炼工艺流程4烧结车间全貌图56铁矿粉烧结工艺铁矿粉烧结工艺现代烧结生产是抽风烧结过程，是将现代烧结生产是抽风烧结过程，是将铁矿粉、铁矿粉、熔剂、燃料、代用品及返矿熔剂、燃料、代用品及返矿按一定比例配成烧结按一定比例配成烧结混合料，添加适量的水分，经过混合和制粒后铺混合料，添加适量的水分，经过混合和制粒后铺到烧结机台车上，在一定负压下点火，在强制抽到烧结机台车上，在一定负压下点火，在强制抽风的作用下，料层内的燃料自上至下燃烧，产生风的作用下，料层内的燃料自上至下燃烧，产生热量，混合料在高温作用下发生一系列的物理、热量，混合料在高温作用下发生一系列的物理、化学变化，部分散料熔化生成液相，冷却后粘结化学变化，部分散料熔化生成液相，冷却后粘结周围物料，最终固结生成烧结矿。烧结是液相粘周围物料，最终固结生成烧结矿。烧结是液相粘结的固结过程。结的固结过程。7烧结工艺流程图烧结工艺流程图89烧结料层剖面层状分布示意图烧结料层剖面层状分布示意图空气废气烧结矿层燃烧层干燥预热层过湿层混合料层液相凝固，结晶析出；1000-1100℃15-50mm，1100-1500℃，产生液相固相反应，结晶水分解，碳酸盐分解，物理水蒸发60℃，废气中水蒸汽冷凝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。10铁矿粉烧结研究内容铁矿粉烧结研究内容烧结过程是一个复杂的过程，包括：烧结过程是一个复杂的过程，包括：物理化学物理化学、、传质传质传热传热、、矿物结晶及相变矿物结晶及相变等多个方面的内容。等多个方面的内容。••运用物理化学（热力学、动力学）运用物理化学（热力学、动力学）研究烧结过程中固体研究烧结过程中固体燃料的燃烧、结晶水及碳酸盐分解、铁矿物的氧化还原、燃料的燃烧、结晶水及碳酸盐分解、铁矿物的氧化还原、水分的蒸发和冷凝等基本反应规律；水分的蒸发和冷凝等基本反应规律；••运用传输原理（流体力学、传热学）运用传输原理（流体力学、传热学）研究烧结过程的气研究烧结过程的气体运动规律、料层透气性和影响因素，分析料层的温度体运动规律、料层透气性和影响因素，分析料层的温度分布规律、蓄热现象等热量传输规律；分布规律、蓄热现象等热量传输规律；••运用结晶矿物学和物理化学研究烧结过程的固相反应、运用结晶矿物学和物理化学研究烧结过程的固相反应、液相生成、冷凝固结的成矿过程规律。液相生成、冷凝固结的成矿过程规律。113.13.1烧结过程的物理化学现象烧结过程的物理化学现象烧结过程发生着复杂的物理化学反应。烧结过程发生着复杂的物理化学反应。包括：包括：燃料的燃烧；燃料的燃烧；分解反应；分解反应；铁氧化物的氧化和还原铁氧化物的氧化和还原；；气化反应；气化反应；水分的蒸发与冷凝。水分的蒸发与冷凝。123.1.13.1.1固定碳的燃烧反应固定碳的燃烧反应烧结过程中发生着一系列复杂的物理化学变烧结过程中发生着一系列复杂的物理化学变化，这些变化所需要的温度和热量是由混合料中碳化，这些变化所需要的温度和热量是由混合料中碳的燃烧提供的。的燃烧提供的。混合料中固定碳的燃烧所提供的热量占烧结混合料中固定碳的燃烧所提供的热量占烧结所需热量的所需热量的90%90%左右左右。。1311））..固定碳燃烧反应热力学固定碳燃烧反应热力学••在温度达到在温度达到700700℃℃时，时，混合料中的碳即开始燃烧，其混合料中的碳即开始燃烧，其燃烧反应存在如下四种状态：燃烧反应存在如下四种状态：①①C+OC+O22=CO=CO22ΔΔHH==--33500kJ33500kJ//kgCkgCΔΔGG00==--395350395350--0.54T0.54T②②2C+O2C+O22=2CO=2COΔΔHH==--9800kJ9800kJ//kgCkgCΔΔGG00==--228800228800--171.54T171.54T③③CO+OCO+O22=2CO=2CO22ΔΔHH==--23700kJ23700kJ//kgCkgCΔΔGG00==--561900+170.46T561900+170.46T④④COCO22+C=2CO+C=2COΔΔHH=13800kJ=13800kJ//kgCkgCΔΔGG00=166550=166550--171.0T171.0T14••烧结过程固定碳燃烧主要产物分析：烧结过程固定碳燃烧主要产物分析：反应①随温度变化自由能变化不明显，且具有较大的负值，烧结过程易发反应①随温度变化自由能变化不明显，且具有较大的负值，烧结过程易发生生；；反应②和④的自由能随温度升高负值增加，因而在高温区有利于反应的进反应②和④的自由能随温度升高负值增加，因而在高温区有利于反应的进行。但由于烧结料层中属于高温区域的燃烧带很窄，该两种反应受到抑行。但由于烧结料层中属于高温区域的燃烧带很窄，该两种反应受到抑止；止；但在固体燃料颗粒周围的局部，以及燃料配加量较高或燃料粒度偏析但在固体燃料颗粒周围的局部，以及燃料配加量较高或燃料粒度偏析的条件下，也会有一定程度的发展。的条件下，也会有一定程度的发展。反应③在较低温度下具有较大的自由能负值，易于发展。反应③在较低温度下具有较大的自由能负值，易于发展。由于烧结料层高温区域范围有限，固定碳燃烧的最终产物即烧由于烧结料层高温区域范围有限，固定碳燃烧的最终产物即烧结废气成分中的碳氧化物主要是由反应结废气成分中的碳氧化物主要是由反应①①和和③决定的，即碳氧化物③决定的，即碳氧化物以以COCO22为主。为主。①①C+OC+O22=CO=CO22②②2C+O2C+O22=2CO=2CO③③CO+OCO+O22=2CO=2CO22④④COCO22+C=2CO+C=2CO15••实际测定结果实际测定结果01234567892218141062烧结时间/min气体体积分数/%CO2O2CO16••燃烧比及其影响因素燃烧比及其影响因素生产和研究中，常用燃烧比来衡量烧结过程中的气氛和燃料的生产和研究中，常用燃烧比来衡量烧结过程中的气氛和燃料的化学能利用。化学能利用。燃烧比定义燃烧比定义：：2%CO%COCO％燃烧比＝显然：此值越小，烧结过程的氧化性气氛越强，化学能利用越好。影响这一比值的因素有：•燃料粒度：粒度↗－－燃烧比↘•燃料数量：燃料配加量↗－－燃烧比↗•负压大小：抽风负压↗－－燃烧比↗•料层厚度：料层↗－－燃烧比↗↘•返矿量等：返矿配加量↗－－燃烧比↘↗C+CO22CO1722））..固定碳燃烧反应动力学固定碳燃烧反应动力学••烧结过程中燃料颗粒的燃烧属于气烧结过程中燃料颗粒的燃烧属于气——固相反应，反应步骤：固相反应，反应步骤：①.氧分子扩散到固体燃料表面；②.氧分子被吸附；③.被吸附氧分子与碳发生反应形成中间产物；④.中间产物断裂形成气相反应产物；⑤.反应产物脱附并向废气流扩散。1822））..固定碳燃烧反应动力学固定碳燃烧反应动力学••大量动力学研究和对燃烧带厚度的探索性计算大量动力学研究和对燃烧带厚度的探索性计算表明，烧结过程中表明，烧结过程中燃料燃烧是受扩散控制燃料燃烧是受扩散控制的。的。••烧结混合料中燃料燃烧速度及燃烧带的厚度与烧结混合料中燃料燃烧速度及燃烧带的厚度与燃料颗粒的直径、燃料配加量、燃料颗粒的直径、燃料配加量、气流的流速及气流的流速及料层的透气性料层的透气性有关。有关。增加扩散速度的因素19••燃料粒度的影响：燃料粒度的影响：粒度愈大，燃烧时间愈长，燃烧带愈厚。若粒度过粗，造成过厚的粒度愈大，燃烧时间愈长，燃烧带愈厚。若粒度过粗，造成过厚的燃烧带，增加了料层的阻力。而且混合料在转运和布料时易产生偏析，燃烧带，增加了料层的阻力。而且混合料在转运和布料时易产生偏析，造成局部过熔。造成局部过熔。若粒度过细，则降低料层的透气性，同时由于燃烧速度过快而使燃若粒度过细，则降低料层的透气性，同时由于燃烧速度过快而使燃烧带过薄，来不及产生足够的液相，影响了烧结矿的强度。烧带过薄，来不及产生足够的液相，影响了烧结矿的强度。烧结过程要求燃料有适当的粒度烧结过程要求燃料有适当的粒度：：要求粒度要求粒度00－－3mm3mm。。00－－3mm3mm在在80%80%以上，减少大颗粒。以上，减少大颗粒。对于煤粉为避免过粉碎，可以适当放宽上限。对于煤粉为避免过粉碎，可以适当放宽上限。33））..燃料燃烧对烧结过程的影响燃料燃烧对烧结过程的影响主要表现为燃料粒度和混合料中燃料配加量对烧结过程的影响。20••燃料配加量：燃料配加量：烧结温度烧结温度气氛气氛液相液相透气性透气性烧结矿强度烧结矿强度还原性还原性脱硫率脱硫率CC高高高高还原还原多多差差高高差差低低CC低低低低氧化氧化少少好好低低好好高高燃料种类（焦粉、无烟煤、燃料种类（焦粉、无烟煤、CDQCDQ粉）：粉）：原则：原则：尽量使用焦粉；尽量使用焦粉；当焦粉供不应求时，可考虑使用无烟煤；当焦粉供不应求时，可考虑使用无烟煤；不能使用高挥发分的烟煤。不能使用高挥发分的烟煤。焦粉无烟煤CDQ（干熄焦）粉213.1.23.1.2分解反应分解反应••烧结过程中有三种分解反应发生烧结过程中有三种分解反应发生结晶水分解；结晶水分解；碳酸盐分解；碳酸盐分解；高价氧化物（高价氧化物（FeFe22OO33，，MnOMnO22，，MnMn22OO33）分解。）分解。在烧结混合料中的矿石、脉石和添加剂中往往含有一定的化学在烧结混合料中的矿石、脉石和添加剂中往往含有一定的化学结晶水，它们在烧结料层的预热干燥带和燃烧带进行分解。结晶水，它们在烧结料层的预热干燥带和燃烧带进行分解。一般分解温度为一般分解温度为120120－－500500℃℃，多数矿物在，多数矿物在500500－－700700℃℃下出现结下出现结晶水的剧烈分解。晶水的剧烈分解。11））..结晶水分解结晶水分解22烧结过程常见含结晶水矿物及其分解产物表烧结过程常见含结晶水矿物及其分解产物表原始相原始相分解产物分解产物开始分解开始分解温度℃温度℃原始相原始相分解产物分解产物开始分解开始分解温度℃温度℃水赤铁矿水赤铁矿2Fe2Fe22OO33HH22OO赤铁矿赤铁矿--FeFe22OO33150150--200200高岭土高岭土AlAl22OO332SiO2SiO222H2H22OO偏高岭土偏高岭土AlAl22OO332SiO2SiO22400400--500500褐铁矿褐铁矿2Fe2Fe22OO333H3H22OO针铁矿针铁矿FeFe22OO33HH22OO120120--140140拜来石拜来石(Fe,Al)(Fe,Al)22OO333SiO3SiO222H2H22OO--550550--570570针铁矿针铁矿FeFe22OO33HH22OO赤铁矿赤铁矿--FeFe22OO33190190--328328皂土皂土(Mg,Ca)O(Mg,Ca)OAlAl22OO334SiO4SiO22nHnH22OO--5050--80805050针铁矿针铁矿2Fe2Fe22OO33HH22OO磁性赤铁矿磁性赤铁矿--FeFe22OO33260260--328328石膏石膏CaSOCaSO442H2H22OO半水硫酸钙半水硫酸钙CaSOCaSO440.5H0.5H22OO120120水锰矿水锰矿MnOMnO22Mn(OH)Mn(OH)22((MnOMnOOHOH))褐锰矿褐锰矿MnMn22OO33300300--360360半水硫酸钙半水硫酸钙CaSOCaSO440