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烧结矿

烧结:将各种粉状含铁原料,配入适量的燃料和熔剂,加入适量的水,经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化,将矿粉颗粒黏结成块的过程。烧结设备:生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。1958年“大炼钢铁”时期,在铁矿山比较集中的龙岩地区,开始发展鼓风土烧结,俗称“平地吹”。1968年3月,三钢第一台18平方米烧结机动工兴建。1970年4月,建成投产。

将各种粉状含铁原料,配入适量的燃料和熔剂,加入适量的水,经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化,将矿粉颗粒黏结成块的过程  。

主要包括烧结料的准备,配料与混合,烧结和产品处理等工序。

抽风烧结工艺流程

①含铁原料

含铁量较高、粒度<5mm的矿粉,铁精矿,高炉炉尘,轧钢皮,钢渣等。

一般要求含铁原料品位高,成分稳定,杂质少。

②熔剂

要求熔剂中有效CaO含量高,杂质少,成分稳定,含水3%左右,粒度小于3mm的占90%以上。

在烧结料中加入一定量的白云石,使烧结矿含有适当的MgO,对烧结过程有良好的作用,可以提高烧结矿的质量。

③燃料

主要为高炉筛下焦粉和无烟煤。

对燃料的要求是固定碳含量高,灰分低,挥发分低,含硫低,成分稳定,含水小于10%,粒度小于3mm的占95%以上。

入厂烧结原料一般要求

配料目的:获得化学成分和物理性质稳定的烧结矿,满足高炉冶炼的要求。

常用的配料方法:容积配料法和质量配料法。

容积配料法是基于物料堆积密度不变,原料的质量与体积成比例这一条件进行的。准确性较差。

质量配料法是按原料的质量配料。比容积法准确,便于实现自动化。

混合目的:使烧结料的成分均匀,水分合适,易于造球,从而获得粒度组成良好的烧结混合料,以保证烧结矿的质量和提高产量。

混合作业:加水润湿、混匀和造球。

根据原料性质不同,可采用一次混合或二次混合两种流程。

一次混合的目的:润湿与混匀,当加热返矿时还可使物料预热。

二次混合的目的:继续混匀,造球,以改善烧结料层透气性。

用粒度10~Omm的富矿粉烧结时,因其粒度已经达到造球需要,采用一次混合,混合时间约50s。

使用细磨精矿粉烧结时,因粒度过细,料层透气性差,为改善透气性,必须在混合过程中造球,所以采用二次混合,混合时间一般不少于2.5~3min。

我国烧结厂大多采用二次混合。

烧结作业是烧结生产的中心环节,它包括布料、点火、烧结等主要工序。

①布料

将铺底料、混合料铺在烧结机台车上的作业。

当采用铺底料工艺时,在布混合料之前,先铺一层粒度为10~20mm,厚度为20~30mm的小块烧结矿作为铺底料,其目的是保护炉箅,降低除尘负荷,延长风机转子寿命,减少或消除炉箅粘料。

铺完底料后,随之进行布料。布料时要求混合料的粒度和化学成分等沿台车纵横方向均匀分布,并且有一定的松散性,表面平整。

②点火

点火操作是对台车上的料层表面进行点燃,并使之燃烧。

点火要求有足够的点火温度,适宜的高温保持时间,沿台车宽度点火均匀。

点火温度取决于烧结生成物的熔化温度。常控制在1100±50℃。

点火时间通常40~60s。

点火真空度4~6kPa。

点火深度为10~20mm。

③烧结

准确控制烧结的风量、真空度、料层厚度、机速和烧结终点。

烧结风量:平均每吨烧结矿需风量为3200m3,按烧结面积计算为(70~90)m3/(cm2.min)。

真空度:决定于风机能力、抽风系统阻力、料层透气性和漏风损失情况。

料层厚度:合适的料层厚度应将高产和优质结合起来考虑。国内一般采用料层厚度为250~500mm。

机速:合适的机速应保证烧结料在预定的烧结终点烧透烧好。实际生产中,机速一般控制在1.5~4m/min为宜。

烧结终点的判断与控制:控制烧结终点,即控制烧结过程全部完成时台车所处的位置。中小型烧结机终点一般控制在倒数第二个风箱处,大型烧结机控制在倒数第三个风箱处。

带式烧结机抽风烧结过程是自上而下进行的,沿其料层高度温度变化的情况一般可分为5层,各层中的反应变化情况如图2—5所示。点火开始以后,依次出现烧结矿层,燃烧层,预热层,干燥层和过湿层。然后后四层又相继消失,最终只剩烧结矿层。

①烧结矿层

经高温点火后,烧结料中燃料燃烧放出大量热量,使料层中矿物产生熔融,随着燃烧层下移和冷空气的通过,生成的熔融液相被冷却而再结晶(1000—1100℃)凝固成网孔结构的烧结矿。

这层的主要变化是熔融物的凝固,伴随着结晶和析出新矿物,还有吸入的冷空气被预热,同时烧结矿被冷却,和空气接触时低价氧化物可能被再氧化。

②燃烧层

燃料在该层燃烧,温度高达1350~1600℃,使矿物软化熔融黏结成块。

该层除燃烧反应外,还发生固体物料的熔化、还原、氧化以及石灰石和硫化物的分解等反应。

③预热层

由燃烧层下来的高温废气,把下部混合料很快预热到着火温度,一般为400~800℃。

此层内开始进行固相反应,结晶水及部分碳酸盐、硫酸盐分解,磁铁矿局部被氧化。

④干燥层

干燥层受预热层下来的废气加热,温度很快上升到100℃以上,混合料中的游离水大量蒸发,此层厚度一般为l0~30mm。

实际上干燥层与预热层难以截然分开,可以统称为干燥预热层。

该层中料球被急剧加热,迅速干燥,易被破坏,恶化料层透气性。

⑤过湿层

从干燥层下来的热废气含有大量水分,料温低于水蒸气的露点温度时,废气中的水蒸气会重新凝结,使混合料中水分大量增加而形成过湿层。

此层水分过多,使料层透气性变坏,降低烧结速度。

固体碳燃烧反应

反应后生成C0和C02,还有部分剩余氧气,为其他反应提供了氧化还原气体和热量。

燃烧产生的废气成分取决于烧结的原料条件、燃料用量、还原和氧化反应的发展程度、以及抽过燃烧层的气体成分等因素。

碳酸盐的分解和矿化作用

烧结料中的碳酸盐有CaCO3、MgCO3、FeCO3、MnCO3等,其中以CaCO3为主。在烧结条件下,CaCO3在720℃左右开始分解,880℃时开始化学沸腾,其他碳酸盐相应的分解温度较低些。

碳酸钙分解产物Ca0能与烧结料中的其他矿物发生反应,生成新的化合物,这就是矿化作用。反应式为:

CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2

CaCO3+Fe2O3=CaO ·Fe2O3+ CO2

如果矿化作用不完全,将有残留的自由Ca0存在,在存放过程中,它将同大气中的水分进行消化作用:

CaO+H2O=Ca(OH)2

使烧结矿的体积膨胀而粉化。

铁和锰氧化物的分解、还原和氧化

铁的氧化物在烧结条件下,温度高于l300℃时,Fe203可以分解 。

Fe304在烧结条件下分解压很小,但在有Si02存在、温度大于1300℃时,也可能分解。

评价烧结矿的质量指标主要有:化学成分及其稳定性、粒度组成与筛分指数、转鼓强度、落下强度、低温还原粉化性、还原性、软熔性等。

化学成分主要检测:TFe,FeO,CaO,SiO2,MgO,Al2O3,MnO,TiO2,S,P等,要求有效成份高,脉石成份低,有害杂质(P、S等)少。

根据《我国优质贴烧结矿的技术指标》(YB/T-006-91),TFe≥54%,允许波动±0.4%;FeO<10%,允许波动±0.5%;碱度R(CaO/SiO2)≥1.6,允许波动±0.05;S<0.04%。

取100Kg试样,等分为5份,用筛孔为5X5的摇筛,往复摇动10次,以<5mm出量计算筛分指数:C=(100-A)/100*100%,其中C为筛分指数,A为大于5mm粒级的量。

评价烧结矿冷强度,测量其抗冲击能力,试样量为20±0.2Kg,落下高度为2m,自由落到大于20mm钢板上,往复4次,用10mm筛分级,以大于10mm的粒级出量表示落下强度指标。F=m1/m2X100%,其中F为落下强度,m1为落下4次后,大于10mm的粒级出量,m2为试样总量。F=80~83%为合格烧结矿,F=86~87%为优质烧结矿。

GB3209标准,转鼓为&Oslash;1000X500mm,装料15Kg,转速25r/min,转200转,鼓后采用机械摇动筛,筛孔为6.3X6.3mm,往复30次,以<6.3mm的粒级表示转鼓强度。

转鼓强度T=m1/m0X100%,抗磨强度A=(m0-m1-m2)/m0X100%,其中m0为试样总质量,m1为+6.3粒级部分质量,m2为-6.3+0.5mm粒级部分质量,T,A均取两位小数。要求:T≥70.00%,A≤5.00%。

是模拟炉料自高炉上部进入高温区的条件,用还原气体从烧结矿中排除与铁结合的样的难易程度的一种度量。是评价烧结矿冶金性能的主要质量标准。

低温还原粉化性

实验条件:反应罐:双壁&Oslash;内75mm;试样粒度:10.0~12.5mm,500g;还原气体:CO/N2=30/70,H2、CO2、H2O<0.2%,O2<0.1%;还原温度:500±10摄氏度;气体流量:15Nl/min;还原时间:60min;转鼓实验:&Oslash;130X120mm,转速30r/min,时间:10min。

还原强度指数RDI+6.3=m1/m0X100%;还原粉化指数RDI+3.15=( m1+m2)/ m0X100%;

磨损指数RDI-0.5=(m0- m1- m2-m3)/ m0X100%;其中m0 为还原后转鼓前的试样质量,m1转鼓后+6.3mm的出量, m2转鼓后+3.15~-6.3mm的出量, m3转鼓后-0.5mm的出量。

还原软化-软熔特性

一般以软化温度及软化区间,熔融带透气性,熔融滴下物的性状作为评价指标。 



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