《钢铁冶金》第二章铁矿烧结综述ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 铁矿烧结,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,。,2.1.1,烧结的意义,2.1,烧结铁矿料,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，如高温强度高，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，高炉可不加或少加石灰石。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。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。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。,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,。,一般要求与天然矿同，仅讨论几个特殊问题,2.1.2,烧结矿质量评价,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。一个年产,500,万吨生铁的炼铁厂，若烧结矿强度差，粉末多，使炉尘吹出量增加,50kg/t,铁，则一年光吹损的烧结矿就达,25,万吨,，相当于浪费了,50,万吨,/,年,的采选能力，再计上炉况不顺带来的损失，那就更大了。相当于损失一个中型炼铁厂。足见提高烧结矿强度特别是高温还原强度之重要。,国内外多采用,标准转鼓,的鉴定方法来确定烧结矿强度。取粒度,25,150mm,的烧结矿试样,20kg,，置于直径,1.0m,，宽,0.65m,的转鼓中,(,鼓内焊有高,100mm,，厚,10mm,，互成,120,布置的钢板三块,),。转鼓以,25r/min,的转速旋转,4,分钟。然后用,5mm,的方孔筛往复摆动,10,次进行筛分，取其中大于,5mm,的重量百分比作为烧结矿的转鼓指数。,式中,A,试样中小于,5mm,部分的重量，,kg,。显然,转鼓指数愈大，烧结矿强度愈好,。一般要求烧结矿的转鼓指数大于,75%,。,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,2FeOSiO,2,(,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,。反之，若,FeO,降低,，则,还原性好,。一般要求,FeO,应低于,10%,。国外有低于,5%,的。鞍钢新烧结厂烧结矿标准规定,FeO,含量,8.5,1.5,为合格品。,3.,碱度,烧结矿碱度一般用,CaO/SiO,2,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/SiO,2,),在,1.0,左右。,凡烧结矿碱度,(1.01.4),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。,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,(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)/SiO,2,来考虑。,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。下面着重以带式抽风烧结法来论述。,2.2,烧结反应过程,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,2-2),，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,(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。,(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,1550mm,。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,。,(3),预热层,已干燥的烧结料被燃烧层的高温气体迅速加热到燃料的,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,。,(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。,(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。,可见烧结过程是许多物理和化学变化过程的综合。其中有,燃烧和传热；,蒸发和冷凝；,氧化和还原；,分解和吸附；,熔化和结晶；,矿,(,渣,),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。,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,，常外加一定量的水，使混合料中含水达,78%,。这种水叫,游离水或吸附水,。,100,即可大量蒸发除去。如用褐铁矿烧结，则还含有较多结晶水,(,化合水,),。需要在,200300,才开始分解放出，若含有粘土质高岭土矿物,(Al,2,O,3,2SiO,2,H,2,O),则需要在,400600,才能分解，甚至,9001000,才能去尽。,二、烧结料中水分的蒸发、分解和凝结,为加速结晶水分解必须严格控制粉料的,粒度,。因为,结晶水,的高温,分解,要,吸收热量,，同时,消耗碳素,，这不论在烧结过程或是高炉冶炼中都要引起燃耗增加，因而不利。其反应为：,5001000,2H,2,O+C=,CO,2,+2 H,2,H=99600J/mol,1000,以上时,H,2,O+C=,CO,+H,2,H=133100J/mol,烧结料中的,碳酸盐,有,CaCO,3,、,MgCO,3,，如果用菱铁矿和菱锰矿烧结，则还有,FeCO,3,和,MnCO,3,。生产熔剂性或高碱度烧结矿时，需加入大量的,CaCO,3,和一定的,MgCO,3,。,CaCO,3,的分解温度较其他碳酸盐高。其分解反应为,:,三、碳酸盐分解及矿化作用,其,分解速度,同温度、粒度、外界气流速度和气相中,CO,2,浓度等相关，,温度升高，粒度减小，气流速度加快，气相中,CO,2,浓度降低，则分解加速,。在烧结过程中，上述分解温度是完全可以满足的。石灰石的粒度一般小于,3mm,。这一方面有利于其迅速分解，更重要的是有利于矿化作用，即,CaO,同其他氧化物反应形成新的矿物的作用。,烧结料中固体,碳的燃烧,为形成粘结所必须的液相和进行各种反应提供了必要的条件,(,温度、气氛,),。烧结过程所需要的热量的,8090%,为燃料燃烧供给。然而燃料在烧结混合料中所占比例很小，按,重量,计仅,35%,，按,体积,计约,10%,。在碳量少，分布稀疏的条件下，要使燃料迅速而充分地燃烧，必须供给,过量的空气,，空气过剩系数达,1.41.5,或更高。,四、燃料燃烧和传热,由于燃料分布不均，在燃料少，透气性好，空气充足处，进行完全燃烧形成,氧化区,。,C,焦,+O,2,=CO,2,在燃料多，透气性差，空气不足处，进行不完全燃烧形成,还原区,。,C,焦,+1/2O,2,=CO,所以，在,燃烧层,的燃烧产物中，同时有,CO,2,和,CO,，还有过剩的,O,2,和不发生反应的,N,2,。在燃烧层中，主要是,氧化区,，也有部分的还原区。,增加燃料用量，减小燃烧速度，可增强还原剂气氛。减少燃料用量，改善料层透气性，增加气流速度和含氧量，可提高燃烧速度，提高烧结过程的氧势。,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,13001500,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空气预热到足够高的温度来供给燃烧层燃料燃烧的。灼热的烧结矿层相当于一个,“,蓄热室,”,。这一作用称为烧结过程中的,自动蓄热作用,。热平衡分析指出，这种自动蓄热作用带来的热量约占供热总量的,40%,。,随着烧结过程的进行，,燃烧层向下移动,，烧结矿层,增厚,，自动蓄热作用愈显著，愈到下层燃烧温度愈高。这就出现上层温度不足,(,一般为,1150,左右,),，液相不多，强度较低，返矿较多；而下部温度过高，液相多，过熔，强度虽高而还原性差，即,上下烧结矿质量不均的现象,。为改善这种状况，提出了具有不同配碳量的,双层或多层,烧结的方法。即,上层含碳量应高于平均含碳量,，,而下层应低于平均含碳量，以保证上下层温度均匀,，质量一致。而且节省燃料。苏联采用分层烧结某矿粉，下部含碳量低,1.2%,，节省燃料,10%,，联邦德国某厂使用双层烧结，节省燃料,15%,，日本用此法节省燃料,10%,。,随着烧结料层的增厚,，自动蓄热量增加，有利于降低燃料消耗，但随着料层厚度增加，蓄热量的增加逐渐减少，所以燃耗降低幅度也减小。当烧结矿层形成一个稳定的蓄热层后，则蓄热量将不再增加，燃耗也不再降低。因此，从热量利用角度看，,厚料层烧结是有利的，但不是愈厚愈好，在一定的条件下，存在着一个界限料层高度。,同时料层高度的进一步增加还受到透气性的限制。,高温区,(,燃烧层,),的,温度，下移速度和厚度,也对烧结过程有重大影响。高温区厚度增加可保证高温烧结反应有充分时间进行，提高质量，但过厚则增加气流阻力。,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,在有,CO,存在的区域，只要,300,左右，,Fe,2,O,3,就很易被,还原,：,3Fe,2,O,3,+CO=2Fe,3,O,4,+CO,2,此反应所需的,CO,平衡浓度很低。所以一般烧结矿中自由,Fe,2,O,3,很少。在有固相反应生成,CaO,Fe,3,O,4,的条件下，,Fe,2,O,3,较难还原，烧结矿中,FeO,较低。,磁铁矿,(Fe,3,O,4,),分解压很小，较难分解。但在有,SiO,2,存在时，,Fe,3,O,4,的分解压接近,Fe,2,O,3,分解压，故在,13001350,以上亦可进行热分解：,2Fe,3,O,4,+3SiO,2,=3(2FeO,SiO,2,)+O,2,在,900,以上，,Fe,3,O,4,可被,CO,还原，,Fe,3,O,4,+CO=3FeO+CO,2,SiO,2,存在时,，,促进,了这一还原，,2Fe,3,O,4,+3SiO,2,+2CO=3(2FeO,SiO,2,)+2CO,2,CaO,存在时,，不利于,2FeO,SiO,2,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。,MnO,2,和,Mn,2,O,3,比,Fe,2,O,3,具有更大的分解压力，在较低温度下即可进行分解。,FeO,分解压力很小，,927,时为,6.4,10-18Mpa,，在,一般烧结条件下，,FeO,很难被,CO,还原为,Fe,。,因为在,700,时，反应,FeO+CO=Fe+CO,2,的,气相平衡中,CO,2,/CO=0.666,，温度升高，此值下降，,所需,CO,浓度较高,。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。,在燃烧层中距碳粒较远的区域，氧化性气氛较强。可以使,Fe,3,O,4,和,FeO,氧化,：,2Fe,3,O,4,+1/2O,2,=3Fe,2,O,3,3FeO+1/2 O,2,= Fe,3,O,4,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。,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，以改善烧结矿的质量和高炉冶炼过程。这是铁矿烧结的一个,突出优点,。,(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%,。高炉要求入炉天然矿石,(,一极品,),含,S0.06%,。国家颁布标准规定入炉一级烧结矿含,S0.08%,。烧结是处理高硫铁矿的一个,有效途径,。,铁矿石中的硫常以,硫化物,形态,(FeS,2,),和,硫酸盐,(CaSO,4,、,BaSO,4,等,),的形式存在。,在低于,1350,时，以生成,Fe,2,O,3,为主，,在高于,1350,时，主要生成,Fe,3,O,4,。,硫酸盐的分解压很小，,开始分解的温度相当高,，如,CaSO,4,大于,975,，,BaSO,4,高于,1185,。因此,硫酸盐,去硫比硫化物困难。但当有,Fe,2,O,3,和,SiO,2,存在时，可改善其去硫热力学条件。,CaSO,4,+ Fe,2,O,3,= CaOFe,2,O,3,+SO,2,+1/2O,2,H=485J/mol,BaSO,4,+ SiO,2,= BaOSiO,2,+SO,2,+1/2O,2,H=459J/mol,硫化物的去硫反应为,放热反应,，而硫酸盐的去硫反应则为,吸热反应,。因此，提高烧结温度对,硫酸盐矿石,去硫有利。而在烧结,硫化物矿石,时，为稳定烧结温度，促进脱硫，应相应降低燃耗。大致,1kg,硫相当于,0.50.6kg,焦粉。,硫化物,烧结去硫主要是,氧化反应,。高温、氧化性气氛有利于去硫。两者都与,燃料量,直接有关。燃料量不足时，烧结温度低，氧化反应速度慢。但燃料过多，温度过高，易产生过熔,(FeO,与,FeS,易形成低熔物,),和表面渣化，阻碍了,O,2,向硫化物表面的扩散吸附和,SO,2,的扩散脱附过程，反使脱硫率降低，同时燃料量过多，料层中还原气氛浓，亦影响去硫。,凡能够提高烧结过程氧势的措施均有利于去硫,。,矿粉粒度大,，扩散阻力增加，不利于去硫；但若,粒度过细,，料层透气性不好，容易引起烧结过程不均，产生烧不透的生料，降低去硫率。最佳去硫率的适宜矿粉粒度为,06mm,。,烧结料中石灰物质硫酸化的结果使去硫平均降低,57%,。事实上熔剂性烧结矿中以,CaS,形态存在的硫较多。表明,CaO,的吸硫作用降低了烧结过程的去硫效率。因此，,使用高硫铁矿烧结，不宜生产高碱度烧结矿,。,(2),烧结,去砷,率一般可达,50%,以上。若加入少量,CaCl,2,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,SO,2,、,As,2,O,3,、,HF,等随废气排除，严重污染空气，危害生物和人体健康。因此国家有严格的工业卫生标准：如规定烟气中,SO,2,0.05%,，大气中日平均浓度不超过,0.15mg/m,3,；烟气中含砷不大于,0.3mg/m,3,；排至大气中的氟，最高允许含量一次不超过,0.03mmg/m,3,，日平均不超过,0.01mg/m,3,。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。,(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,CaCl,2,，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% CaCl,2,，可除,去铅,90%,，,去锌,65%,，加,0.7%CaCl,2,去除钾、钠,的脱碱率可达,70%,。,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,),。,2.3,烧结矿固结成型机理,固相反应,开始进行的温度,(T,固,),远低于,反应物的熔点,(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,Fe,3,O,4,与,SiO,2,的作用。它们接触良好，反应能有一定程度的发展，其生成物,2FeOSiO,2,是低熔点物质，可,促进烧结反应,过程。,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。固相反应生成的低熔点化合物已为形成液相打下了基础。,固相反应的,最初产物,，与反应物的,混合比无关,，两种反应物无论以何种比例混合，反应的最初产物,总是一种,。例如，以,1,：,1,的比例混合,CaO,和,SiO,2,，最初产物不是,CaO,SiO,2,，而是,2CaO,SiO,2,，继续在,2CaO,SiO,2,与,CaO,接触处形成,3CaO,SiO,2,，与,SiO,2,接触处形成,3CaO,2SiO,2,，最后才形成,CaO,SiO,2,。,要想得到与反应物重量比相当的最终产物需要很长的时间。烧结过程中，由于加热速度快,(,从,500,加热到,1500,不超过,3min),，在高温区停留时间短。通常得不到与反应物重量比相对应的固相反应产物，所以，,对烧结过程具有实际意义的是固相反应开始的温度和反应的最初产物,。,赤铁矿非熔剂性烧结料固相中矿物形成过程,赤铁矿熔剂性烧结料固相中矿物形成过程,磁铁矿非熔剂性烧结料中矿物形成过程,磁铁矿熔剂性烧结料固相中矿物形成过程,二、液相粘结及基本液相体系,烧结矿的,固结,主要依靠,发展液相,来完成。,烧结料中许多矿物具有,很高的熔点,，如磁铁矿,(Fe,3,O,4,),为,1550,，,CaO,为,2570,，,SiO,2,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。,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。,1.Fe-O,液相体系,在,Fe=72.578%,，,O=1217.5%,的范围区间,Fe,3,O,4,与,FeO,可形成低熔富氏体,(mFe,3,O,4,nFeO),。如由,45%FeO,与,55%Fe,3,O,4,组成的富氏体熔点只有,1420,。在烧结过程中，在燃料颗粒附近，依靠,FeO,的出现并组成低熔富氏体，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，富氏体是主要,粘结液相,，依靠它可以生产强度好的,普通,(,酸性,),烧结矿,。,2. FeO-SiO,2,液相体系,铁矿粉中的,FeO,和,SiO,2,接触紧密，在烧结过程中易于化合成,2FeOSiO,2,(,铁橄榄石,),，其熔点为,1205,。,2 FeOSiO,2,还可同,SiO,2,或,FeO,组成低熔点,共晶混合物,其熔点为,1178,或,1177,；,2 FeOSiO,2,又可同,Fe,3,O,4,组成熔点更低的,混合体,(1142),。,3.CaO-SiO,2,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,SiO,2,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,CaOSiO,2,(CS),，熔点为,1544,，它与,SiO,2,在,1486,时形成最低共熔点。,(2),硅钙石,3CaO2SiO,2,(C,3,S,2,),，熔点为,1475,。它与,CaOSiO,2,在,1455,时形成最低共熔点。,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,。,4.CaO-FeO-SiO,2,液相体系,在生产自熔性烧结矿时，若,温度高，还原性气氛强,，则大量存在的,CaO,、,FeO,和,SiO,2,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-xSiO,2,；,(x=0.251),；钙铁辉石,CaOFeO2SiO,2,；铁黄长石,2CaOFeO2SiO,2,。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。,5.CaO-Fe,2,O,3,液相体系,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,Fe,2,O,3,在,500600,即可进行固相反应生成,铁酸钙,CaOFe,2,O,3,。其熔点为,1216,。可以看到这个体系还有几种化合物，如：,2CaOFe,2,O,3,1449,，,CaO2Fe,2,O,3,1226,，,CaOFe,2,O,3,CaO2Fe,2,O,3,共晶,1205,。这个体系化合物熔点比较低，特别是,CaOFe,2,O,，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。,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-SiO,2,，,CaO-FeO-SiO,2,和,CaO-Fe,2,O,3,三个易熔相,。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，,增加,Al,2,O,3,可以抑制硅酸铁而促进烧结矿质量的提高,。,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，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。,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。,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,。,在烧结矿,冷却固结中,，,2CaOSiO,2,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，其密度依次为,3.07,、,3.31,、,3.28,、,2.97g/cm,3,。当温度下降到,850,时，,-2CaOSiO,2,转变为,-2CaOSiO,2,，体积增大约,12%,。当冷却至,675,时，,-2CaOSiO,2,转变为,-2CaOSiO,2,，体积又增大,10%,，而且是不可逆转变。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（,2CaOSiO,2,）的生成,。同时要严格掌握冷却温度，有效控制其晶型转变,。,发展铁酸钙液相需要什么条件,生产,高碱度,烧结矿，尤其是生产,超高碱度,烧结矿，使烧结矿的粘结相主要由,铁酸钙,组成。可使烧结矿的,强度,和,还原性,同时得到提高。这是因为：,铁酸钙,(CF),自身,的强度和还原性都很好,;,铁酸钙是固相反应的最初产物，,熔点低，生成速度快，,超过,正硅酸钙的生成速度，能使烧结矿中的游离,CaO,和正硅酸钙减少，提高烧结矿的强度,;,由于铁酸钙能在,较低温度下,通过固相反应生成，,减少,Fe,2,O,3,和,Fe,3,O,4,的分解和还原，从而,抑制,铁橄榄石的形成；,改善,烧结矿的还原性。,所以，发展,铁酸钙液相,，,不需要高温和多用燃料,，就能获得足够数量的液相，以还原性良好的铁酸钙粘结相代替还原性不好的铁橄榄石和钙铁橄榄石，大大改善烧结矿的强度和还原性。这就是,铁酸钙理论,。,生成,铁酸钙粘结相,的条件：,高碱度：,虽然固相反应中铁酸钙生成早，生成速度也快，但一旦形成熔体后，熔体中,CaO,与,SiO,2,的亲和力和,SiO,2,与,FeO,的亲和力都比,CaO,与,Fe,2,O,3,的亲和力大得多，因此，最初形成的,CF,容易分解形成,CaO,SiO,2,熔体，只有当,CaO,过剩时,(,即高碱度,),，才能与,Fe,2,O,3,作用形成铁酸钙。,强氧化性气氛：,可阻止,Fe,2,O,3,的还原，减少,FeO,含量，从而防止生成铁橄榄石体系液相，使铁酸钙液相起主要粘结相作用。,低烧结温度：,高温下铁酸钙会发生剧烈分解，因此低温烧结对发展铁酸钙波相有利。,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),可用下试计算：,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,；,L,烧结机有效,(,抽风,),长度,，,m,；,烧结混和料松装密度,，,t/m,3,d,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,。,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，,可以加快气流速度，增加通过料层的空气量。为此，必须改善混和料的,粒度组成,及其,热稳定性,。保持烧结料适宜的,水分,(78%),，保证足够的混料和制粒,时间,(,不少于,45min),，加入某些,粘结剂,(,如生石灰、消石灰、石灰乳、皂土等,),，添加一定数量的,颗粒性物料,(,如返矿和富矿,),等，都是改善烧结料透气性的有效措施。这对细精矿、厚料层烧结，具有现实意义。,生石灰、消石灰、石灰乳等既是,熔剂,，又是,粘结剂,。如加生石灰在混料过程中遇水消化成为粒度很细的消石灰胶体弥散于混和料中，促进了混和料的,粘结造球,，提高料球的强度和热稳定性，不致受热粉化。生石灰消化放热，可,提高混和料温度,(,一般每增加,1%,生石灰可提高料温,2),，减轻过湿现象，改善料层透气性。,通常所说的,“,小球烧结,”,就是将细精矿为主的混合料造成,35mm,的小球进行烧结。由于,粒度均匀,，,空隙度高,，,料层透气性改善,，可提高产量,1050%,。鞍钢实行小球烧结后，使混和料中小于,1mm,的粉末减少到,10%,，结果垂直烧结速度增加,7%,，产量提高,9.4%,，脱硫率增加,11%,，烧结矿强度也显著提高。为加强制粒成球，可,增设混料机,或,延长混料机,以增加造球时间。同时应重视提高现有混料机的成球效率。苏联克里沃洛格南方采选公司在现有,6m,长圆筒混料机上，实行分段润湿的方法，提高了成球效果，改善了料层透气性。,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。,3,提高负压，可提高抽入风量,。,提高负压；使风量增加的幅度比产量增加的幅度大，使电耗增加幅度比产量增加幅度更大。,在提高,负压,的同时相应提高料层，使,p,/H,在一定数值时，则可保持风量和烧结速度不变，而强度改善，产量提高，燃耗降低，同时单位烧结矿的风量可减少。,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。,4,采用高压烧结,，提高压力,p,。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谓,“,热风烧结,”,，,烧结矿的热处理,等等都在发展研究之中。,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,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。,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,。,生产上，烧结过程的终点是通过,机尾风箱的废气温度,来控制的。一般要求烧结过程在,倒数第二个风箱结束,，即要求这个风箱的废气温度达到最高点。如果废气温度的最高点向前或向后移动，说明烧结终点相应地提前或滞后了，此时必须改变机速来加以调整，使烧结终点回到倒数第二个风箱处。,用废气温度来判断和控制烧结终点的办法有不足之处，主要是因为,台车边缘和中心的烧结速度不同,以及,风箱漏风,，判断不十分准确。为了弥补这种不足，同时参考风箱的负压，即采用,双参数终点控制法,，可提高判断的可靠性。,五、烧结矿进行冷却,烧结矿从机尾卸下时，平均温度达,750,800,，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,。,冷却烧结矿的方法,1,）,在矿车中冷却,：在矿车中借空气的自然抽力冷却烧结矿，这种方法比较简单，但,冷却效率低，冷却时间长,，从,850,冷却到,100,需要,3d,以上时间。因此需要大量矿车和很长的停放线，矿车烧坏量也比较大。,2,）,露天堆放、自然冷却,：这种方法,冷却时间更长,，一个,1800t,的矿堆冷却,150,需要,6d,时间；另外占地面积大，经多次装卸和运输，破碎较严重。,3,）,在料仓中冷却,：在底部有,百叶窗式通风孔,的特制料仓中通过自然通风冷却，冷却效果比前两种方法好一些。据国外试验，一个,3800 t,的大料仓，由,600,冷却到,100,，只需,10,15h,。,强制通风冷却法有：,1,）,带式烧结机上冷却,：烧结终了以后，在烧结机上通过抽风或鼓风进行冷却，,冷却效率较高，冷却速度快,，同时改善了烧结矿的破碎和筛分条件。我国某厂一台,115m,2,烧结机，将前,65m,2,用于烧结，后,50m,2,用于冷却，冷却时间只需,11,13min,。此法的,缺点是功率消耗大，烧结段受冷却段的干扰，冷却不均匀和不能利用热返矿预热烧结料,。,2,）,带式冷却机,：是一种,专用的冷却设备,。烧结矿在带有,密封罩的链板机,上缓慢移动，通过密封罩内的抽风机进行强制冷却。它兼有冷却、输送和提升的功能，是比较成功的冷却设备。,缺点是链板有空行，设备重量大，需要的特殊材料较多,。,3,）,环式冷却机,：环式冷却机由沿着环形轨道水平运动的若干个冷却台车组成。冷却台车在带有抽风机的密封罩内被抽入的冷空气所冷却。这种设备的冷却效果比较好，由,750,800,冷却到,100,150,的时间为,25,30min,，,设备运转平衡可靠，机械事故少,，是比较理想的冷却设备。,缺点是占地较大，设备重，基建投资大,。,4,）,塔式和平式振冷,：坐在弹簧上的机体在电磁振动机的作用下发生振动，热烧结矿在塔式（或平式）振冷机中沿螺旋板（或水平振动板）向下（或向前）运动，同时被抽入或鼓入的冷风冷却。此法在工艺流程上尚存在一些问题有待于进一步解决，但配于小型烧结厂还是可行的。,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/m,2,h,；,q,烧结机台时产量，,t/,台,h,；,F,一烧结机有效烧结面积，,m,2,。,2.5,烧结生产有哪些技术经济指标,2),烧结矿成品率,：烧结矿经机尾筛分后，,筛上为成品烧结矿,，,筛下为返矿,，成品烧结矿与混合料总量之比为成品率。,热风烧结,:,由于,抽入热风,，料层受高温作用的时间较长和冷却速度缓慢，有利于液相的生成和液相数量的增加，有利于晶体的析出和长大，各种矿物结晶较完全；减少急冷而引起的内应力，烧结矿结构均匀，从而烧结矿的强度提高。,热风烧结时，由于抽入的是热风，,降低了空气密度，增加了抽风负荷，气流的含氧量也相对降低，使烧结速度受到一定影响，,为此需采取改善混合料的透气性、适当增加真空度等措施加以弥补，以保持较高的生产率。,2.6,烧结生产技术,小球烧结,:,小球烧结是近年来提出的一种,强化烧结过程,的措施，是把混合料全部制成上限为,6,8 mm,、下限为,1.5,2.0mm,的小球进行烧结的方法。,与一般烧结,的,不同,点在于基本上消灭了混合料中,0,1.5mm,的粉料，全部制成小球；,与球团矿,的,不同,点在于上限为,6,8mm,，没有大于,8mm,的大球，在烧结机上靠液相固结成烧结矿，而不是固结成球团矿。由于需要把全部烧结料制成小球，因此必须强化,造球过程,，采用特殊的有机电解质润湿剂或对水和混合料进行磁场处理等办法，提高混合料的成球性能，并使用高效率的成球设备等。,第二章 铁矿烧结,小球烧结,:,试验研究表明，小球烧结可以提高产量,10,50,。这主要是因为小球料粒度均匀，细粒部分少，强度好，料层内的通气孔较大而均匀，且不易被破坏，这不仅使原始料层的透气性好,(,较一般料高,27,35,),，而且使烧结过程中也能保持良好的透气性，有利于强化烧结过程。此外，小球烧结还有以下各种好处：,2.6,烧结生产技术,1),小球料的冷凝带和干燥带阻力较普通料小,。由于小球料透气性好，透过的风量大，废气中水气分压小，冷凝的水分减少。同时由于小球料孔隙大，比表面小，摩擦力小，有利于气流通过和水分蒸发，使干燥带厚度减小。,2),小球烧结的气流分布合理,。由于冷凝带和干燥带阻力减小，使烧结前期风量增加；又由于小球料堆密度和粒度大，软化和熔融较困难，易形成致密结构的烧结矿，使冷却带的阻力增加，因而烧结后期风量减少，这在一定程度上缓和了一般烧结过程中风量过分集中于后期的矛盾。,烧结料中加稳定剂,:,生产,自熔性烧结矿,(,碱度,1.2,1.4),普遍存在的问题是,强度差,，贮存时间过长而,自然粉化,，影响高炉冶炼效果。研究表明，原因是这种烧结矿中的,2CaOSiO,2,在冷却过程中发生晶型转变，体积膨胀，从而引起烧结矿的粉化。烧结料中加入一定数量的,稳定剂,，目的是与,一,2CaOSiO,2,形成各种类型的,固熔体,，稳定,一,2CaOSiO,2,，使之不再发生晶型转变。常用的稳定剂有：,1),磷类稳定剂,，如磷矿粉，转炉水淬钢渣等含磷物质；,2),硼类稳定剂,，如硼泥、硼矿粉等；,3),锰、钒类稳定剂,，如各种含锰和含钒矿物等。,提高有效风量,:,抽风机抽入的空气中，通过烧结机有效面积上的料层的空气，即除了从机头机尾和两侧密封滑行道等处漏进去的风以外，实际通过料层的风叫做,烧结机有效风量,。目前国内一般烧结机的,漏风率,达,50,60,，造成很大的浪费，这是应该足够重视和尽快研究解决的问题。,为了增加抽过料层的有效风量，可采取以下几方面的措施：,1),改善烧结料层的透气性,：要从两方面着手做到这一点。一方面是改善烧结料的,原始透气性,，即强化造球过程和改善烧结料的粒度组成；另一方面是保证,烧结过程,中的良好透气性。,2),采用大风量风机,：,大风量,、,高料层,和,高负压,操作是强化烧结过程的主要措施，这就需要使用大风量风机。国外风量一般为,90,100m,3,/(m,2,min),，料层高度为,400,500mm,，负压为,(13,16)kPa(1300,1600mmH,2,O),。国内风量一般为,70,100m,3,/(m,2,min),，料层厚度为,250,300mm,，负压为,(10,12)kPa(1000,1200mmH,2,O),。,在技术上可能和经济上合理的条件下，尽量采取大风机是提高风量和提高产量的有效措施,。,3),减少有害漏风,：漏风主要发生在首尾风箱密封不严、布料不平、台车上出现孔洞、台车有缺陷，出现许多缝隙等情况下。技术上解决这些漏风问题，以便提高有效风量，尚有很大潜力。,