炼铁原料课件5烧结矿(定)

铁矿粉烧结理论烧结工艺流程1.原料的接受、贮存、混匀、中和2.熔剂、燃料的粒度准备3.配料4.混合5.布铺底料、布混合料6.点火、抽风烧结7.热破碎、（热筛分）8.冷却9.整粒分出：成品（50~5mm）铺底料（25~15mm）返矿（5~0mm）烧结生产意义(1)合理地利用矿石资源,满足钢铁工业发展的需要；(2)通过烧结可为高炉提供化学成分稳定、粒度均匀、还原性好、冶金性能优良的优质原料，为高炉优质、高产、低耗、长寿创造良好条件；(3)烧结可有效地回收利用冶金、化工等生产的含铁废物，如高炉炉尘、转炉炉尘、轧钢皮、钢渣、硫酸渣等。既充分利用国家资源，又减轻了环境污染，还可以降低生产成本。5.1烧结矿质量要求及技术经济指标5.1.1烧结矿的质量要求（1）烧结矿的质量指标烧结矿的物理性能烧结矿的化学性能烧结矿的物理、化学性能的稳定性（2）烧结矿质量对高炉冶炼的影响a.烧结矿品位和含硫量对高炉冶炼的影响b.烧结矿的碱度对高炉冶炼的影响c.烧结矿FeO含量对高炉冶炼的影响d.烧结矿粒度对高炉冶炼的影响优质烧结矿的技术标准YB／T421－2005化学成分物理性能冶金性能项目TFeFeOCaO/SiO2S转鼓强度筛分指数还原粉化还原度指标≥579≥1.70.01≥72%6.0%≥72%≥78%偏差±0.4±0.5±0.055.1.2烧结生产的主要技术经济指标（1）利用系数利用系数=台时产量/有效抽风面积t/（m2·h）（2）成品率成品率=成品烧结矿量/（成品烧结矿量+返矿量）（3）烧成率烧成率=成品烧结矿量/混合料总消耗量（4）返矿率返矿率=返矿量/混合料总消耗量（5）日历作业率日历作业率=烧结机运转时间/日历时间（6）劳动生产率每人每年生产烧结矿的吨数（7）生产成本生产每吨烧结矿所需的费用由原料费和加工费两项组成（8）工序能耗烧结生产过程中生产一吨烧结矿所消耗的各种能源之和5.2烧结过程及主要变化烧结矿带燃烧带预热带干燥带过湿带原始料带铺底料层烧结矿带厚度逐渐加厚冷风冷却该带上部固体料而被加热空气流过的孔隙发生低价氧化物再氧化，放出氧化热液相冷凝、矿物析晶、放出凝固热热交换燃烧带可达1100~1500℃，存在氧化区域、还原区域固体炭、其他可燃组分燃烧碳酸盐继续分解结晶水继续分解固相反应继续进行脱硫反应铁、锰氧化物发生氧化、还原、分解反应液相生成厚10~40mm，此带对烧结过程产量及质量影响很大该带的厚度：决定于燃料量燃料粒度矿粉粒度通过的空气量该带的温度：预热带热交换迅速，废气温度很快从1500℃下降到60~70℃物料温度很快上升到燃料着火点碳酸盐分解结晶水分解固相反应脱硫反应铁、锰氧化物氧化、分解挥发物的挥发干燥带从预热带下来的热废气加热此带料此带料很快升高到100℃以上游离水迅速蒸发，水分完全蒸发需要到120~150℃干燥带厚度约20~40mm料中小球若热稳定性差时，会在剧烈升温和水分蒸发过程中炸裂，影响料层透气性过湿带从干燥层下来的、含大量水蒸气的废气进入该带，发生热交换，温度下降到露点以下水蒸气冷凝变为液态该带水分不断增加水分堵塞料层孔隙水分破坏料中小球（泥泞化）水分增大料的湿度该带影响料层透气性原始料带处于料层最下部物料的物理性质、化学性质基本不变5.3烧结料中碳的燃烧及热交换混合料中固体燃料燃烧所提供的热量占烧结过程中所需总热量的90%±5.3.1燃烧反应的热力学烧结料中的固体碳在温度达700℃以上即着火燃烧，发生如下反应：碳的不完全燃烧反应：2C＋O2＝2CO△G＝－223426—175.31TJ碳的完全燃烧反应：C＋O2＝CO2△G＝－394133－0.84TJCO的燃烧反应：2CO＋O2＝2CO2△G＝－564840＋173.64TJ布多尔反应（歧化反应、碳素沉积反应）：CO2＋C＝2CO△G＝170707－174.47TJ05001000150020002500-700000-600000-500000-400000-300000-200000-100000978kCO2+C=2CO2CO+O2=2CO2C+O2=CO22C+O2=2COG0,J温度，K1.高温下CO稳定，碳过剩生成CO燃烧带有利于2C＋O2＝2CO进行但由于燃烧带薄，时间短，2C＋O2→2CO受到限制在配碳过多且偏析较大时，2C＋O2→2CO有一定程度的发展碳粒群→碳粒燃烧前沿有C→生成CO2.低温下CO2稳定，氧过剩生成CO22CO＋O2→2CO2在较低温度时有可能发生歧化反应的逆反应即：2CO→C+CO2在较低温度时有可能发生单个碳粒→碳粒燃烧前沿有O2→生成CO2C＋O2→CO2是烧结料层中碳燃烧的基本反应，易发生，温度影响较小3.一般认为：烧结料层中，总体是氧化气氛，局部存在还原气氛碳含量少、粒度细、分散在不含碳的惰性物料中空气过剩系数较高（某些氧化物所含的氧，也是活泼的氧化剂）燃烧快，范围窄，热交换有利，高温废气降低很快，二次燃烧不会明显发展碳粒附近，氧气不足，温度高，还原性气氛占优势（特别是：碳粒被熔融物包裹时，氧更显不足）碳粒远处，氧气充分，温度低得多，明显的氧化性气氛4.烧结废气成分：大量CO2少量COO2一般认为由下列五个步骤组成：1.氧由气流本体通过边界层扩散到固体碳的表面；2.氧在碳粒表面吸附；3.吸附的氧与碳发生化学反应；（反应产物仍为吸附状态）4.反应产物解吸；5.反应产物由碳粒表面通过边界层向气相扩散。限制性环节：1、3、5三步的速率最小，不外乎1、5均为扩散1的扩散条件好，则5的扩散条件也好即氧向碳粒表面的扩散相界面上的化学反应燃烧过程的速度取决于扩散速度、界面化学反应速率气流速度、气流中氧浓度、燃料粒度、温度对燃烧过程速度的影响1.低温下，化学反应速度很慢，燃烧过程的速度取决于化学反应速度燃烧处于“动力学燃烧区”燃烧速度受温度、气流中氧浓度的影响2.高温下，化学反应速度很快，氧的扩散速度相对很慢，燃烧过程的速度取决于氧的扩散速度燃烧处于“扩散燃烧区”燃烧过程的速度主要受气流速度、气流中氧浓度、燃料粒度等影响3.在“动力学燃烧区”与“扩散燃烧区”存在一个过渡燃烧区4.不同反应由动力学燃烧区（低温）进入扩散燃烧区（高温）的温度不同：C和O2的反应于800℃±由动力学区开始转入扩散区C和CO2的反应则在1200℃时由动力学区开始转入扩散区5.烧结过程在点火后不到1min，料层温度便升高到1200~1350℃烧结过程中的燃烧反应基本上是在扩散燃烧区内进行烧结过程影响燃烧速度的因素一切能够增加扩散速度的因素均影响燃烧速度：减小燃料粒度增加气流速度（改善料层透气性、增大风机风量等）增加气流中氧含量燃烧带的结构示意图燃烧带燃料燃烧的特性1.碳含量少、粒度细、分散介于单颗粒与燃料群之间的固定床燃烧2.空气过剩系数较高（常为1.4~1.5）烧结废气中均含一定数量的氧3.料层中热交换十分有利碳粒在10~40mm厚的高温区内迅速燃烧，燃烧处于“扩散燃烧区”4.空气供给氧、某些氧化物供给氧通过废气中O2、CO、CO2中的总氧来佐证：某些氧化物供给氧无MeCO3分解、无氧化物还原、无漏风时：废气中CO2+0.5CO+O2接近21%实际上烧结赤铁矿时：废气中CO2+0.5CO+O2为22~23%实际上烧结软锰矿时：废气中CO2+0.5CO+O2达到23.5%实际上烧结磁铁矿时：废气中CO2+0.5CO+O2降到18.5~20%燃烧带特征燃烧带是一“嵌晶”结构，碳粒燃烧是在不含碳的惰性物料包围下进行的靠近燃料颗粒附近：高温、还原性气氛、氧气不足（特别是在烧结块形成时，燃料被熔融物包裹时氧就更不足）远离燃料颗粒区域：温度低得多、氧化气氛固体燃料的粒度烧结用固体燃料的粒度，与混合料中各组分的特性有关。试验情况：烧结粉矿（0~8mm）时，1~2mm的焦粉是最适宜的，这样的粒度有能力在周围建立18~20mm烧结矿块烧结精矿（0~lmm，其中0~0.074mm占30％）时，0.5~3mm的焦粉最好试验和生产实践证明：焦粉中存在-0.5mm和+3mm粒级是不利的粒度过细时，－0.5mm的燃料颗粒燃烧时，难以在自身周围建立起成块烧结矿焦粉在气流作用下，会从上层吹到下层，从而损害了烧结矿强度粒度过大时，燃料分布不均匀因为：同样用量时，料层中碳的分布点少布料时粒度易于偏析，集中在料层下部燃烧带变厚，料层透气性变差，产质量下降。适宜的燃料粒度为0.5~3mm生产中，筛去小于0.5mm的很困难，实际使用粒度为0~3mm。固体燃料的种类尽量使用焦粉当焦粉供不应求时，可考虑使用无烟煤①无烟煤的孔隙度＜焦粉的孔隙度（即无烟煤的密度＞焦粉的密度）同样重量时，在混合料中的体积就较小，降低了透气性②无烟煤反应性＜焦粉的反应性垂直烧结速度下降③无烟煤的总颗粒数＜焦粉的总颗粒数（同样用量、同样粒度）在料层中无烟煤颗粒之间距离增大，恶化烧结矿质量④无烟煤代替焦粉时，须增加用量、适当降低平均粒度、改善透气性无烟煤代替20～25%的焦粉，对烧结矿的产质量几乎没有影响不能使用高发挥分的烟煤焦粉、无烟煤中的挥发分含量：≤5%因为：挥发物不可能燃烧，随废气－起进入抽风除尘系统，而在管道壁、排灰阀、除尘器，以及抽风机的内壁和转子的叶片上沉积下来，危及和妨害整个抽风系统的正常工作（无烟煤的着火温度为750～770℃，无烟煤的分解挥发温度为380～400℃）固体燃料的用量燃料用量主要影响烧结温度和烧结气氛1.燃料用量高时：烧结温度高，有利于烧结液相的发展，烧结矿强度高还原性气氛强，不利于铁酸钙体系的发展，烧结矿FeO含量高，还原性差，强度低2.最适宜的燃料用量应保证所获得的烧结矿具有足够的强度和良好的还原性最适宜的燃料用量需由试验确定通常：磁铁矿烧结过程中，由于Fe3O4氧化放热，燃料用量小些赤铁矿缺乏磁铁矿氧化的热收入，故燃料用量要高些菱铁矿、褐铁矿则因为碳酸盐和氢氧化物的分解需要消耗热量，－般则要求更高的燃料用量。目前一般烧结的燃料用量为5～6%5.3.2烧结料层的废气成分及影响因素烧结废气中CO的存在，使燃料的发热值受到相当大的损失烧结废气组成通常用、燃烧比来评价COCO22COCOCO产生CO的原因：燃烧不充分（包括反应温度低）CO+O2→CO波多尔反应CO2+C→CO氧化铁的直接还原Fe2O3+C→Fe3O4+CO水煤气反应H2O+C→H2+CO气相组成024681012在烧结试验过程测得废气成分的变化燃烧比——衡量烧结过程中碳的化学能的利用程度燃烧比大则碳的化学能利用差，还原气氛较强燃烧比小则碳的化学能利用好，氧化气氛较强2COCOCO影响燃烧比的因素有:1.燃料粒度粒度变细，燃烧比增大（CO2+C=2CO）2.燃料数量数量增加，燃烧比增大（CO2+C=2CO）3.燃烧温度温度提高，燃烧比增大4.燃料的反应性反应性变好，燃烧比增大上述为布多尔反应的结果5.料层厚度厚度提高，燃烧比增大6.返矿数量返矿减少，燃烧比增大上述为烧结时间延长、温度提高、燃料分布密度增大的结果7.抽风负压抽风负压增大，燃烧比增大上述为C+CO2→CO2过冷、CO来不及燃烧的结果烧结料层废气中一般均含有：CO2COO2N2H2等其相对含量取决于：含铁物料种类熔剂数量燃料数量氧化、还原反应发展的程度抽过燃烧层气体的成分透气性5.3.3烧结料层的温度分布与蓄热沿料层高度的温度分布5——烧结矿带1——燃烧带2——预热带、干燥带3——过湿带4——铺底料层A.燃烧带：温度最高B.燃烧带下移时，最高温度升高C.预热带、干燥带温度迅速降低预热带、干燥带的热交换迅速它的厚度－般小于50mm废气温度从1500~1400℃迅速冷却到60~50℃a－刚点火毕b－点火终了后1－2分钟c－开始烧结后8－l0分钟d烧结终了前燃料用量对料层最高温度的影响A.热波通过不含燃料（0%C）的料层时，最高温度随热波向下移动而不断降低；B.随着物料中含碳量（0.5%~1.5%C）增加，曲线发生变化。在下部各水平层由于固体燃料燃烧所积蓄的热量使温度提高；在同一水平层，最高温度随着燃料用量的增加而增加；C.当含2.5%C时，曲线成