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烧结工艺基础知识培训2019年3月新疆金特钢铁股份有限公司烧结分厂培训人：何力虎第一部分烧结的定义与意义•烧结工艺的产生•烧结方法在冶金生产中的应用，起初是为了处理矿山、冶金、化工厂的废弃物（如富矿粉、高炉除尘、轧钢皮、均热炉渣、硫酸渣等）以便回收利用。•随着钢铁工业的发展，矿石开采量和矿粉的生成量增加，另由于长期开采和消耗造成能冶炼的富矿越来越少，贫矿（含铁25~30%)直接入炉冶炼很不经济，且我国贫矿资源约占80%以上，因此对贫矿进行磁选处理产生铁精粉，但粉状物料不适合直接冶炼。•烧结工艺的定义•广义的烧结是一定温度下靠固体联结力将散状粉料固结成块状的过程。•炼铁领域内的烧结是指把铁矿粉（富矿粉）和其他含铁物料（铁精粉、氧化皮等）通过熔化物固结成具有良好冶金性能的人造块矿的过程，它的产物就是烧结矿。•（熔化物形成的条件？15209962954）•烧结工艺的发展•起源于资本主义发展较早的英国、瑞典和德国。•土烧（平地吹）----箱式烧结机----环式烧结机----带式烧结机•1910年第一台带式烧结机在美国投产•1949年以前，鞍山建有10台烧结机，总面积330㎡，但工艺设备落后，生产能力低，最高产量仅十几万吨。•截止2009年，全国钢铁企业拥有烧结机210台，总面积3690㎡，年产烧结矿1.5亿吨。•当前世界最大的烧结机为648㎡(前苏联）。•烧结方法的分类•按照设备和供风方法的不同可分为以下几种1、鼓风烧结：平地吹（土烧结）2、抽风烧结：（1）连续式：带式烧结机和环式烧结机（2）间歇式：盘式烧结机3、在烟气中烧结：回转窑烧结和悬浮烧结。•烧结的意义•1.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.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。•3.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。•4.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。•烧结生产工艺流程•烧结生产的工艺流程，无混合料场时，一般包括：原燃料接受，储存及溶剂、燃料的准备，配料，布料，点火烧结，热矿破碎，热矿筛分及冷却，冷矿筛分及冷料破碎，铺底料，成品烧结矿的储存和运输等工艺环节。•原料进厂----按质接受验收（破碎）----配料---混合----布料---烧结----破碎----冷却----筛分----高炉第二部分烧结生产工艺流程简介烧结工艺流程图烧结生产所用原料•含铁原料：富矿粉（红矿、鑫特矿沫、鸿源矿）、铁精粉（磁选和浮选之后的精粉）、工业副产品（除尘灰、氧化皮）•对含铁原料的要求：由于含铁原料物理化学性质对烧结矿质量影响最大，所以要求含铁原料品位高、成分稳定、杂质少、脉石成分适宜造渣，粒度适宜。精粉粒度-200目量＜80%。•富矿粉粒度要求：≤8mm粒级≥85%。工业副产品要求无杂物，含铁品位高。•SiO2含量对烧结矿产质量指标有一定的影响。高硅烧结矿熔剂的配加量增加，使得烧结混合料制粒性能得到改善，烧结速度增加，同时烧结的粘结相数量提高，因此烧结矿成品率有所提高，烧结利用系数提高。•粘结相数量的提高有利于烧结矿强度的改善，烧结矿转鼓指数增加。•熔剂：•按其性质分为酸性、中性、碱性三类。由于我国铁矿石脉石成分多为SiO2为主，所以通常采用含有CaO和MgO的碱性熔剂，常用的碱性熔剂由石灰石（CaCO3)、生石灰（CaO）、白云石（Ca.Mg(CO3)2）等•冶金石灰活性度、生烧和过烧•活性度是指冶金石灰水化的反应速度，即石灰水化后用4NHCL中和的毫升数。•生烧是指未分解的石灰石，其主要成分是CaCO3，不能被水化。•过烧是指石灰石在焙烧过程中，由于局部温度过高，而与硅酸盐互相熔融生成的硬块和消化很慢的石灰，不能再指定的时间内被水化。•对溶剂质量的要求：有效成分高，酸性氧化物和硫、磷等有害杂质少，粒度和水分适宜。•溶剂粒度：≤3mm粒级≥85%•燃料•烧结生产过程中使用的燃料分为点火燃料和烧结燃料。点火燃料主要为气体燃料（高炉煤气、焦炉煤气），烧结燃料是指在料层中燃烧的固体燃料，常用的由碎焦（焦粉）和无烟煤等。某些烧结原料中所含的C、S和FeO等物质，在烧结过程中也会氧化放热，成为辅助热源。对烧结固体燃料的要求是：固定碳高、灰分、挥发分、硫低。•燃料粒度：≤3mm粒级≥85%•烧结生产过程•烧结生产，首先按照炼铁生产质量要求，将各种原料按化学成分进行配料计算，然后在配料实准备配料。•配料方式是往运转的皮带上分层连续布料：分层的各种原料经两次加水（内加水与外加水）混合后，布在烧结机台车上；经抽风、点火，燃料燃烧开始进行烧结，在台车上完成全部烧结过程；烧结矿在机尾排出，经破碎、冷却、筛分，获得成品烧结矿。返矿返回混合料皮带参加二次烧结过程。•带式烧结是连续的生产过程，生产效率高，目前，最高台时产量达到50.81t/h。•配料•配料就是指根据烧结矿质量指标要求和原料成分，将各种烧结料（含铁原料、溶剂、燃料）按一定比例进行组合。•配料的作用和意义：（1）提高烧结矿成分的稳定性对高炉顺行、对增铁节焦具有重大意义。实践证明，烧结矿成分的波动将破坏高炉顺行。例如，烧结矿含铁突然升高或者降低（及时波动1%~2%）都会引起高炉炉温急剧下降或者升高。炉温波动过大，会引起炉况失常并造成生铁成分不合格。（2）精心配料是获的优质烧结矿的前提。适宜的原料配比可以生产出足够的性能良好的液相，适宜的燃料用量可以获得强度高、还原性能良好的烧结矿，适宜的烧结料透气性可以提高烧结矿产量。•配料过程中使用的化学元素和化合物名称TFe（铁品位)、SiO2（二氧化硅）、CaO（氧化钙）、MgO（氧化镁）、R（碱度）、Al2O3（三氧化二铝）、FeO(氧化亚铁）、S（硫）R=CaO/SiO2（二元碱度，冶金企业通常都是二元碱度）、R=（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）（四元碱度）常用的配料设备：圆盘给料机和电子皮带秤。•常用的配料方法：容积配料法（基于物料具有一定的堆密度，借助给料设备对添加料的容积进行控制）、重量配料法（按原料的重量进行配料的一种方法，借助于电子皮带秤和定量给料自动调节系统来实现自动配料。化学成分配料（借助于X射线荧光仪分析混合料化学组成，通过电子计算机控制混合料化学成分波动）•影响配料作业的因素1、物料水分的影响。2、物理、化学性能的影响。3、矿槽存料量的影响。4、设备性能的影响。5、操作不当带来的影响。6、取样制样代表性的影响。•混合•混合与造球的目的：混合的主要目的是将配合好的料各组分仔细混匀，并适当的加水润湿，已得到水分、粒度及各种成分均匀分布的烧结料。造球是为了改善烧结料的粒度组成，增加透气性，强化烧结过程，提高烧结矿的质量和产量。•混合料加水的目的：混合料加水的目的是为了润湿混匀混合料，为制粒提供必要的条件，同时改善热交换条件导热性能（传递热量、氧量和溶质的作用）。混合料的造球过程：形成母球----母球长大----长大了的母球进一步紧密•抽风烧结过程•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，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。•烧结矿层•该层温度在1100℃以下，在燃料燃烧放出大量热量的作用下，混合料中的脉石和部分铁矿物熔化造渣，因而出现熔融液相。随着燃烧层的下移及冷空气的通过，物料温度逐渐下降，熔融液相被冷却凝固成多孔结构的烧结矿。高温熔体在凝固过程中进行结晶，析出新矿物。同时，抽入的冷空气被预热，烧结矿被冷却，与空气接触的低价氧化物可能被再氧化。•该层提供燃烧层需要全部热量的40%左右。同时由于抽入的空气温度低，风速较快，烧结矿气孔壁变薄，则热交换条件越好，冷却速度越快，不利于液相的结晶，并增大了热应力，使烧结矿强度变坏。•燃烧层燃料被预热空气燃烧，产生1300~1500℃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15~80mm。燃烧层沿着高度下移的速度称为垂直烧结速度，一般为10~40mm/min。这一速度决定着烧结机的生产率。其厚度主要取决于烧结料的物理化学特性，由于熔融物相对于空气阻力很大，所以，为强化烧结过程，人们总是设法减薄该层厚度。•预热层空气通过燃烧层参加反应后即携带一部分热量进入下部料层，使下部料层加热到燃料的着火温度（700℃），这一区域称为预热带。这一带的温度大约为150-700℃，也就是说燃烧产物通过这一带时，将混合料加热到燃料的着火温度。由于温度的不断升高，化合水和部分碳酸盐、硫化物、高价锰氧化物逐步分解。在废弃中氧的作用下，部分磁铁矿可发生氧化反应。在预热带只有气相与固相或固相之间的反应，没有液相的生成。•干燥层它借助于来自上层的燃烧产物带进的热量，使这一层的混合料水分蒸发。这一带的温度大约为70-150℃。由于水分剧烈的蒸发，在混合料中没有配加粘结剂时，混合料中强度差的小球就有可能遭到破坏。过湿层：从点火开始，烧结料中所含水分就开始蒸发转移到废气中，含水蒸汽的废气经过料层中的冷却部分，被冷却到低于露点，其中部分水汽发生冷凝，使这部分烧结料过湿，即超过原始水分。由预热带带来的热废气在干燥带引起水分激烈蒸发，因此废气损失大部分显热。这层有严重的过湿现象，这是由于在强大的气流和重力作用下，而烧结料水分比较高，烧结料的原始结构被破坏和料层中的水分向下机械转移，特别是那些湿容量较小的物料容易发生这种现象。过湿层的形成将使料层透气性变坏。为克服过湿作用对生产的影响，可采取提高混合料温度至露点温度以上的办法来解决。水分在烧结过程中的行为和作用烧结料中的水分主要来源于矿石、熔剂、燃料带入的水、混合料混匀制粒时添加的水、空气中带入的水、燃料中碳氢化合物燃烧时产生的水以及混合料中矿物分解的化合水。一、水分的蒸发过程•水分在烧结过程中的蒸发可以分为以下几个阶段：•预热阶段当热气体与湿料接触时，在一段很短时间内，蒸发过程进行得较为缓慢，物料含水量没有多大变化，但物料温度却有了明显的升高，在这段期间内，热量主要消耗于预热混合料，直至传给物料的热量与用于汽化的热量之间达到平衡为止，这段时期通常称为“预热阶段”。•等速干燥阶段•物料达到蒸发平衡的温度时，物料中的水分直线规律发生变化，水分以等速进行蒸发，这段时期通常称为“等速干燥阶段”，其特征在于物料表面上的蒸汽压可以认为等于纯液面上的蒸汽压，而与物料的湿度无关。这个阶段持续到物料达到所谓“临界湿度”为止。•水分在烧结过程中的作用•烧结料中含有一定的水分是保证烧结过程顺利进行，提高烧结矿质量必不可少的条件之一，水分在烧结过程中的作用可归结为以下几方面：•制粒作用•烧结混合料加入适当的水分，由于水在混合料粒子间产生毛细力，在混合料的滚动过程中互相接触而靠紧，制成小球粒，以改善料层的透气性。•导热作用烧结料中的水分能够改善烧结料的导热性（水的导热系数为130-400kJ/m2.h.c，而矿石的导热系数为0.6kJ/m2.h.c），料层中的热交换条件十分良好，这就有利于使燃烧带限制在狭窄的范围内，减少了烧结过程中料层的阻力，同时保证了在燃料消耗较少的情况下获得必要的高温。•润滑作用水分子覆盖在矿粉颗粒表面，起类似润滑剂的作用，降低表面粗糙度，减少气流阻力。•助燃作用固体燃料在完全干燥的混合料中燃烧缓慢，因为根据CO和C的链式燃烧机理，要求火焰中有一定含量的OH-和H+根