铁矿粉基础性能及其在烧结优化配矿中的应用课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,（）,单击此处编辑母版标题样式,铁矿粉基础性能及在烧结优化配矿中的应用,铁矿粉基础性能及在烧结优化配矿中的应用,本讲的学习脉络,铁矿粉基础性能,如何作用及影响因素,烧结配料中的应用,总结,关键,本讲的学习脉络铁矿粉基础性能如何作用及影响因素烧结配料中的应,2,烧结优化配料,主要内容,引言,铁矿粉的基础性能,总结,1,2,3,4,烧结优化配料主要内容引言铁矿粉的基础性能总结1234,3,烧结优化配矿的必要性,1,2,3,要求入炉烧结矿大幅度降低,SiO,2,含量而强度不能下降,为了提高吨铁效益，要求入炉烧结矿同时具有成本低、性能好的特点,国内铁矿石资源的缺乏和国外铁矿石的大量进口,烧结矿质量,炼铁效益,铁矿石资源紧缺,随着高炉炼铁技术的进步，对烧结矿质量的要求越来越高， 且已涵盖整个技术和经济层面,烧结优化配矿的必要性123要求入炉烧结矿大幅度降低SiO2,4,铁矿粉自身性能的研究现状,铁矿粉的常温性能,化学成分,粒度组成,制粒性,铁矿粉的高温性能,同化性,液相流动性,粘结相强度,铁矿粉自身性能的研究现状铁矿粉的常温性能化学成分粒度组成制粒,5,由于缺乏对铁矿石自身特性的综合认识，特别是不清楚铁矿石在烧结过程中所反映出来的高温物理化学特性， 故不能有目的地对各种铁矿石进行合理的选择和使用，从而无法实现真正意义上的,“,优化配矿,”。,例如，在不了解铁矿粉高温性能的情况下：,1.,往往导致现有的烧结工艺只能是通过操作制度,配碳量、机速、负压、料层高度,等的调整去迎合烧结原料。显然,这种生产方式是非常被动和落后的。,2,.,倘若所用铁矿石的烧结液相生成能力过弱时,必然在烧结粘结相的数量方面造成“ 先天性缺陷”,而现有的烧结工艺对于这种铁矿石的烧结,通常只能是采取提高烧结温度的措施予以解决,这就使得先进的,低温烧结工艺,的实现受到严重制约。,由于缺乏对铁矿石自身特性的综合认识，特别是不清楚铁矿石在烧结,6,纤维状铁酸钙,粗板片状铁酸钙,CF,CF,CF,CF,纤维状铁酸钙粗板片状铁酸钙CFCFCFCF,7,铁矿粉的高温基础性能,铁矿粉的同化性,铁矿粉的液相流动性,铁矿粉的高温基础性能铁矿粉的同化性,8,铁矿粉同化性,铁矿粉的同化性是指铁矿粉与,CaO,发生反应生成低熔点液相的现象，它可以反映铁矿粉与,CaO,反应生成液相的能力的强弱。,根据物理化学原理可知，一个反应进行的难易程度可通过反应所需的温度和时间来衡量。,因此，测定和评价铁矿粉同化性的实验研究方法为：通过测定铁矿粉与,CaO,接触面发生反应,(,产生熔化特征,),的最低温度或最短时间来确定各种铁矿粉同化能力的强弱。,铁矿粉同化性铁矿粉的同化性是指铁矿粉与CaO发生反应生成低熔,9,同化前,同化后,同化性好，则易与,CaO,反应生成铁酸钙，对烧结矿强度改善有促进作用；但同化性也不能太高，否则烧结过程中大量液相的生成会使起骨架作用的矿石大大减少，从而恶化透气性，影响烧结矿的产量。,铁矿粉,CaO,同化前同化后同化性好，则易与CaO反应生成铁酸钙，对烧结矿强,10,影响铁矿粉同化性的因素,铁矿粉种类,铁矿粉中,SiO,2,，,Al,2,O,3,等化学成分,铁矿粉的气孔率,铁矿粉的烧损率,铁矿粉形貌及致密程度,影响铁矿粉同化性的因素铁矿粉种类,11,铁矿粉种类对同化性的影响,铁矿粉种类,褐铁矿,赤铁矿,磁铁矿,同化能力,好,较好,差,国内矿较多属于磁铁矿类型，其同化性较低，而澳大利亚和南非出产的赤铁矿粉则表现出较高的同化性,这是因为,Fe,3,O,4,需氧化成,Fe,2,O,3,后才能与,CaO,反应的缘故。但是，同样属于赤铁矿类型的巴西铁矿粉,其同化性却普遍很低，这与其微观结构有关。 对于具有多孔结构的褐铁矿和半褐铁矿，因,Fe,2,O,3,与,CaO,的反应动力学条件良好而具有同化性很高的特征。,铁矿粉种类对同化性的影响铁矿粉种类褐铁矿赤铁矿磁铁矿同化能力,12,块矿种类,赤铁矿,磁铁矿,褐铁矿,脉石,孔洞,印度矿,70,75,3,5,偶见,20,25,5,10,MBR,块,85,5,7,1,5,7,10,15,哈矿,91.4,0.3,1.6,4,1-3,矿物组成，,印度矿主要以赤铁矿为主，磁铁矿较少，约有,2025%,的脉石。,巴西矿的赤铁矿含量高达,85%,，其它矿物较少，空洞较多。,哈块的两种主要矿物为赤铁矿和褐铁矿，赤铁矿稍多。此外，哈块的孔洞也较多。,块矿种类赤铁矿磁铁矿褐铁矿脉石孔洞印度矿707535偶见,13,SiO,2,对同化性的影响,1.,虽然,CaO,与,SiO,2,的反应能力较强，但是在数量上,Fe,2,O,3,远比,SiO,2,多，故,Fe,2,O,3,与,CaO,的反应起主导作用；,2.,不同铁矿粉中的,SiO,2,的赋存状态也有差异，势必影响铁矿粉的矿化能力。这些因素导致,SiO,2,含量对铁矿粉同化性的影响规律变得不明显,。,SiO2对同化性的影响1.虽然CaO与SiO2 的反应能力较,14,Al,2,O,3,对同化性的影响,1.,Al,2,O,3,含量则与铁矿粉的最低同化温度表现为明显的负相关关系，即,Al,2,O,3,含量高的铁矿粉具有较高同化性；,2.,铁矿粉中,Al,2,O,3,有促进复合铁酸钙形成的作用；,3.,Al,2,O,3,能增加液相表面张力，促进氧离子扩散，有利于铁氧化物的氧化；,Al2O3对同化性的影响1. Al2O3 含量则与铁矿粉的最,15,气孔率对同化性的影响,1.,铁矿粉的气孔率和烧损率越高，其同化性越高；,2.,其原因为：气孔率高的铁矿粉与,CaO,的反应界面大，有助于提高同化反应的速率；,气孔率对同化性的影响1.铁矿粉的气孔率和烧损率越高，其同化性,16,烧损率对同化性的影响,铁矿粉的烧损含量与最低同化温度有着较强的正相关关系；,2.,加之结晶水挥发后会产生更多的气孔和裂纹；从而提高其同化性。,3.,这也进一步解释了褐铁矿同化性远高于其他类型铁矿粉同化性的现象,。,烧损率对同化性的影响铁矿粉的烧损含量与最低同化温度有着较强的,17,铁矿粉形貌对同化性的影响,巴西矿,澳矿,巴西矿晶粒粗大，且比较致密，起反应比表面积小，反应活性差。,澳矿晶粒较小，大多呈豆粒状，结构较疏松，易于,CaO,反应。,铁矿粉形貌对同化性的影响巴西矿澳矿巴西矿晶粒粗大，且比较致密,18,同化性小结,用同化最低温度和同化最短时间可以表征铁矿粉的同化能力；,不同种类的铁矿粉，由于其自身特性的不同，在烧结过程中所呈现出的同化能力各不相同；,3.,铁矿粉中,SiO,2,对同化性的影响没有明显的规律，,Al,2,O,3,含量与同化最低温度呈正相关的关系，在一定范围内，,Al,2,O,3,越高，同化最低温度降低；,4.,铁矿粉结构疏松与否、烧损率、铁矿粉类型、形貌和紧密程度有关。,同化性小结用同化最低温度和同化最短时间可以表征铁矿粉的同化能,19,铁矿粉液相流动性,液相流动性指数：,铁矿粉,+CaO,其中：,L,铁矿粉流动性指数；,S,1,试验流动前面积；,S,2,试样流动后面积,。,液相流动性是指在烧结过程中铁矿石与,CaO,反应生成的液相的流动能力。它表征的是粘结相的,”,有效粘结范围,”,铁矿粉液相流动性液相流动性指数：铁矿粉+CaO其中：液相流动,20,一般来说， 液相流动性较高时,其粘结周围的物料的范围也较大,因此可以提高烧结矿的强度；反之液相流动性过低时,粘结周围物料的能力下降,易导致烧结矿中气孔率增加,从而使烧结矿的强度下降；但是,粘结相的流动性也不能过大,否则对周围物料的粘结层厚度会变薄,烧结矿易形成薄壁大孔结构,使烧结矿整体变脆,强度降低,也使烧结矿的质量变差。,一般来说， 液相流动性较高时, 其粘结周围的物料的范围也较大,21,液相流动性的特征,不同铁矿粉液相流动性的比较,1.,同一温度下，不同铁矿粉的液相流动面积是不同的；,2.,液相流动面积随温度有增高的趋势，但增高的幅度不同；,3.,液相流动面积随温度的增幅速度也不同。,液相流动性的特征不同铁矿粉液相流动性的比较1.同一温度下，不,22,在烧结过程中，靠近燃料处温度较高，而远离燃料处温度较低,由此形成温度的偏析。于是在不同的温度段，铁矿粉有不同的液相流动情况。 因此，根据某个温度下的液相流动面积来推断其在烧结过程中的实际液相流动面积是不足的，例如：以矿,b,与矿,c,比较，在高温区域矿,b,液相流动面积相对大,而在低温区域则矿,c,液相流动面积相对大， 但还需要指出的是：在烧结料层中高、低温区域所占份额存在差异，故为了正确比较，必需结合这一特点来解析铁粉实际产生的液相流动量。,在烧结过程中，靠近燃料处温度较高，而远离燃料处温度较低, 由,23,基于温度分布的液相流动面积,为了结合烧结过程中温度的变化,来判断铁矿粉液相流动特性是否适宜和稳定。,基于燃料分布的准颗粒模型为基础,计算一定数量烧结料的液相流动面积,.,本模型作如下假设,:,(,1),以燃料颗粒为中心,铁矿粉与熔剂分布于其周围，组成一个准颗粒；,(2),准颗粒为液相生成区域， 其质量占总料质量的,1/ 3,，准颗粒外为未熔颗粒，由准颗粒流出的液相粘结；,(3),准颗粒内部温度分布为沿半径方向递减、沿周长方向相等,燃料表层取,1320,，准颗粒表层为,1280,;,(4),忽略燃料燃尽产生的空隙对液相流动的影响。,基于温度分布的液相流动面积为了结合烧结过程中温度的变化, 来,24,准颗粒模型,准颗粒结构与温度分布图,R,2,为准颗粒半径, R,1,为燃料半径, T,与半径,R,呈负指数关系，如下式所示：,C,为基准温度,本模型中取,1 240,准颗粒模型准颗粒结构与温度分布图R2 为准颗粒半径, R1,25,铁矿粉基础性能及其在烧结优化配矿中的应用课件,26,铁矿粉基础性能及其在烧结优化配矿中的应用课件,27,1280,1300,1320,温度，,A,1,A,3,A,2,128013001320温度，A1A3A2,28,铁矿粉基础性能及其在烧结优化配矿中的应用课件,29,铁矿粉基础性能及其在烧结优化配矿中的应用课件,30,液相流动基于温度的敏感性,式（,6,）即为基于温度分布的液相流动面积的计算式,烧结过程中温度变化体现在两方面：一是距燃料远近区域的温度不同，二是同一区域的温度随时间的变化也不同铁矿粉液相流动面积随温度升高而增大，在烧结温度变化过程中，铁矿粉液相流动均存在一个变化率，该变化率过大将引起烧结成矿过程稳定性的下降，出项低温段液相流动不足而高温段流动过大，从而影响烧结矿的质量合理的液相流动不仅需要有合适的液相流动面积，还需要液相流动随温度变化程度小一些，即随温度升高液相能够均匀流动。,液相流动基于温度的敏感性式（6）即为基于温度分布的液相流动面,31,液相流动对温度的敏感指数,为了评价铁矿粉液相流动随温度的变化率，我们定义了液相流动对温度的敏感指数：,右边的分子项表示等体积的物料生成液相流动面积对温度的变化率，分母项表示此温度变化范围内实际料层的真实流动面积，分子除以分母表示液相流动随温度变化对单位液相流动面积的影响。可见，,ISFT,值反映了单位液相内铁矿粉液相流动随温度的变化率；气质越大，表示铁矿粉液相流动对温度的敏感性越大。,液相流动对温度的敏感指数为了评价铁矿粉液相流动随温度的变化率,32,CaO,配加量与液相流动性之间的关系,CaO,配加量与液相流动性之间的关系趋势图,CaO配加量与液相流动性之间的关系CaO配加量与液相流动性之,33,CaO,配加量与液相流动性之间的关系,图为,CaO,配加量与铁矿粉液相流动性关系的趋势图,图中折线为流动性指数随,CaO,配加量含量变化的分布示意线。由图可见,随着,CaO,配加量的提高,铁矿粉的液相流动性呈现先增加后减少的趋势,。,在一定范围内提高,CaO,的配加量能够提高铁矿粉流动性的主要原因是：其一，随着,CaO,的配加量的提高，更倾向于生成,CaOFe,2,O,3,和,CaO2Fe,2,O,3,等化合物的生成，它们的熔点较低，能过增大过热度；其二，随着碱度的升高，有利于硅酸盐的网状物裂解，更有利于流动。,CaO配加量与液相流动性之间的关系图为CaO 配加量与铁矿粉,34,二元系,CaO,和,Fe,2,O,3,相图,二元系CaO和Fe2O3相图,35,上图,中折线为相图中液相线温度随,CaO,含量变化的分布示意线。流动性随,CaO,配加量的变化趋势可用,CaO,和,Fe,2,O,3,二元相图中不同成分对应的液相线温度的不同来解释,由图,可知,在,CaO,质量分数为,21%,左右时,液相线的温度处于,CF(,CaO Fe,2,O,3,),和,CF,2,( CaO 2Fe,2,O,3,),的共晶点,其值最低, CaO,含量过高和过低时,液相线温度均升高。这意味着在一定的烧结温度下,对于,CaO,质量分数接近,21%,的铁矿粉,因其具有较大的过热度,所以其液相流动性较大。,上图 中折线为相图中液相线温度随CaO 含量变化的分布示意线,36,烧结温度和碱度对液相流动性的影响,温度是影响铁矿粉液相流动性的一个敏感因素,其作用可概括为,2,个方面,其一是确保粘附粉内进行物理化学反应的条件,同时也有加快低熔点化合物生成速度的作用,其二是提高液相的过热度,使液相的黏度降低。,烧结温度和碱度对液相流动性的影响温度是影响铁矿粉液相流动性的,37,各种铁矿粉在温度和碱度变化条件下,FI,的平均值的比较,各种铁矿粉在温度和碱度变化条件下FI 的平均值的比较,38,铁矿粉基础性能及其在烧结优化配矿中的应用课件,39,液相流动性的影响因素,温度,确保粘附粉内进行物理化学反应的条件， 同时也有加快低熔点化合物生成速度的效应；提高液相的过热度，使液相的粘度降低。,碱度,随着,CaO,的配入，可逐渐形成低熔点化合物在同一烧结温度条件下，铁矿粉生成的液相的过热度增大，液相的粘度降低。,SiO,2,一方面，,SiO,2,是烧结液相生成的基础，高,SiO,2,含量的矿粉有利于烧结液相的形成，从而增大液相的流动性另一方面，由于,Si0,2,是硅酸盐网络的形成物，其含量的增加有可能伴随液相粘度的升高，从而降低了铁矿粉的液相流动性。,Al,2,O,3,Al,2,O,3,属于高熔点物质，且它对硅酸盐网络的形成有促进作用，导致液相的粘度增大。,MgO,和,FeO,MgO,及,FeO,能形成,Fe,2+,和,Mg,2+,，,Fe,2+,和,Mg,2+,是碱性物质，是硅酸盐网络的抑制物，因而能降低液相的粘度，使液相流动性增大。,同化性,低熔点液相的生成是烧结液相流动的基础，就为低熔点液相的生成创造了条件，确保了液相的数量；另外，在烧结温度一定的情况下，随着液相熔化温度的降低，液相过热度增大，有利于降低液相的粘度。,液相流动性的影响因素温度确保粘附粉内进行物理化学反应的条件，,40,液相流动性小结,1.,铁矿粉的液相流动特性表征了烧结粘结相的“,有效粘结范围,”。各种铁矿粉在烧结条件下形成的液相流动特性各不相同。可以通过测定铁矿粉的流动性指数予以评价。,2.,各种铁矿粉液相流动特性差异的存在除与,烧结温度,和,碱度,有关外，还与铁矿粉的自身特性密切相关。铁矿粉的化学成分以及铁矿粉的同化性是主要的影响因素,3.,把握并合理运用铁矿粉的烧结液相流动特性，有助于实现真正意义的烧结优化配矿以及提高烧结矿的产量与质量。,4.,在考虑铁矿粉的液相流动性时，不仅要考虑铁矿粉与熔剂生成液相的粘结范围，还考考虑到液相流动对,温度的敏感性,。,5.,褐铁矿不仅液相流动面积小,而且它的液相流动对烧结温度变化极为敏感,当在烧结中用量较大时,应通过优化配矿和工艺参数来降低其对烧结生产的负面影响。,液相流动性小结1.铁矿粉的液相流动特性表征了烧结粘结相的“有,41,铁矿粉基础性能在烧结优化配矿中的应用,较差同化性,中等同化性,同化性较好的矿粉：拜恩巴粗铁粉、低印粉、普精粉。,同化性中等的矿粉：高印粉、澳粉。,同化性较差的矿粉：低品铁粉、硼镁铁粉、自熔铁粉和天使巴粗铁粉,。,铁矿粉基础性能在烧结优化配矿中的应用较差同化性中等同化性同化,42,铁矿粉的液相流动性是指铁矿粉与,CaO,反应生成液相的流动能力，它表征的是粘结相的有效粘结范围。,实验条件：碱度,4.0,、,焙烧温度,1300,、,焙烧时间,10min,铁矿粉液相流动性,液相流动性指数：,铁矿粉,+CaO,铁矿粉的液相流动性是指铁矿粉与CaO反应生成液相的流动能力，,43,方案,R,普精,自熔,拜恩,南非,低品,硼镁,天使,澳粉,金帆,1,1.8,16,4,5,8,3,0,12,5,5,2,1.8,16,4,6.5,9,4,1,8,5,4,3,1.8,20,2,6,8,7,1,5,5,4,4,1.8,16,5,6,9,7,2,1,5,6,烧结杯实验,天使巴粗铁矿粉的同化性和液相流动性均较差，我们在保证烧结混合料碱度、,MgO,含量一定的前提下，调整烧结混合料中天使巴粗铁粉的配比，并对的到烧结矿的强度、还原性和低温还原粉化等指标进行测定,。,方案R普精自熔拜恩南非低品硼镁天使澳粉金帆11.816458,44,同理，普精粉的同化性和液相流动性均较好，我们在保证烧结混合料碱度、,MgO,含量一定的前提下，调整烧结混合料中普精粉的配比，并对的到烧结矿的强度、还原性和低温还原粉化等指标进行测定,。,方案,R,普精,自熔,拜恩,南非,低品,硼镁,天使,澳粉,金帆,5,1.9,10,4,5,12,4,0,13,5,4,6,1.9,14,4,5,9,4,1,9,5,4,7,1.9,18,2,5,7,7,0,5,5,4,8,1.9,22,0,5,7,7,0,1,5,4,同理，普精粉的同化性和液相流动性均较好，我们在保证烧结混合料,45,天使巴粗配比对烧结矿产量和质量的影响,随着天使巴粗铁粉配比的提高，烧结矿的垂直烧结速度和转股指数呈现出先提高后降低的趋势。,天使巴粗铁粉的同化性和液相流动性均较差。如果配入量过高，烧结矿的液相较少，不利于烧结矿的固结。,天使巴粗配比对烧结矿产量和质量的影响随着天使巴粗铁粉配比的提,46,普精粉配比对烧结矿产量和质量的影响,普精粉的同化性和液相流动性均较好。当提高普精粉配比时，易生成较多的液相，影响了烧结过程的透气性，这就会导致高温区向下移动的速度变慢，降低了烧结矿的生产率。,转鼓强度随普精粉配比的提高呈现出现升高后降低的趋势。当普精粉配入量合理时，生成了充足的液相，粘结层厚度适宜，粘结较好、微孔状的海绵结构代替了薄壁大孔结构，保证了烧结矿强度。,普精粉配比对烧结矿产量和质量的影响普精粉的同化性和液相流动性,47,天使巴粗配比对烧结矿还原性的影响,烧结矿还原性能的优劣主要与烧结矿的孔隙度和其矿物组成有关,。,当天使巴粗配比为,5%,或,8%,时，易还原的铁酸钙较多,。,天使巴粗配比对烧结矿还原性的影响烧结矿还原性能的优劣主要与烧,48,普精粉配比对烧结矿还原性的影响,随着普精粉配比的提高，烧结矿的还原度先提高后降低。,普精粉对烧结矿还原性的影响表现在对烧结矿矿物组成和孔隙度的影响。,普精粉配比由,12%,提高到,24%,，烧结矿的孔隙度略微升高，但易还原的赤铁矿和铁酸钙的含量显著降低。,普精粉配比对烧结矿还原性的影响随着普精粉配比的提高，烧结矿的,49,天使巴粗配比对烧结矿低温还原粉化性能的影响,随着天使巴粗配比的提高，烧结矿的低温还原粉化性能呈现出先升高后降低的趋势。,天使巴粗铁粉适宜的配比，不仅有利于保证烧结矿适宜的强度，而且避免烧结矿形成薄壁大孔的结构。,天使巴粗配比对烧结矿低温还原粉化性能的影响随着天使巴粗配比的,50,普精粉配比对烧结矿低温还原粉化性能的影响,普精粉配比的提高：,烧结矿中,Al,2,O,3,逐渐降低，烧结矿中次生赤铁矿的含量提高。增加了烧结矿在还原过程中由次生赤铁矿到磁铁矿的相变中所引起的体积的膨胀。,液相流动性变大，由此形成了烧结矿的薄壁大孔结构，这就有利于烧结矿中残存赤铁矿在低温条件下被还原成磁铁矿，因此，会降低烧结矿的低温还原粉化性能。,普精粉配比对烧结矿低温还原粉化性能的影响普精粉配比的提高：,51,总结,1,.,铁矿粉的同化性和液相流动性是铁矿粉基础性能中两个重要内容，正确的理解和把握铁矿粉的基础性能，有助于烧结优化配矿，从而为优质、高效、低成本炼铁奠定了基础。,2.,对烧结用铁矿石的评价仅仅依据化学成分、粒度组成、矿物特征等常温性能是远远不够,:,铁矿石的烧结基础特性贴切、真实地反映了,铁矿石在烧结过程中的高温行为和作用,它既综合了铁矿石的常温特性,又弥补了它们的不足,是影响烧结过程的重要因素。,3.,不同种类铁矿石的烧结基础特性各不相同把握和应用铁矿石的烧结基础特性,可以使铁矿石种类与烧结效果之间的“ 黑箱” 清晰化，从而对完善烧结精料的基础理论、实施烧结的自主优化配矿、优化烧结工艺过程等具有十分重要的意义。,总结1.铁矿粉的同化性和液相流动性是铁矿粉基础性能中两个重要,52,敬请批评与指正,敬请批评与指正,