燒結礦

礦粉顆粒黏結成塊的過程

燒結指將各種粉狀含鐵原料,配入適量的燃料和熔劑,加入適量的水,經混合和造球后在燒結設備上使物料發生一系列物理化學變化,將礦粉顆粒黏結成塊的過程。燒結設備:生產上廣泛採用帶式抽風燒結機生產燒結礦。1958年“大鍊鋼鐵”時期,在鐵礦山比較集中的龍岩地區,開始發展鼓風土燒結,俗稱“平地吹”。1968年3月,三鋼第一台18平方米燒結機動工興建。1970年4月,建成投產。

工藝流程


主要包括燒結料的準備,配料與混合,燒結和產品處理等工序。
抽風燒結工藝流程
準備
①含鐵原料
含鐵量較高、粒度<5mm的礦粉,鐵精礦,高爐爐塵,軋鋼皮,鋼渣等。
一般要求含鐵原料品位高,成分穩定,雜質少。
要求熔劑中有效CaO含量高,雜質少,成分穩定,含水3%左右,粒度小於3mm的佔90%以上。
在燒結料中加入一定量的白雲石,使燒結礦含有適當的MgO,對燒結過程有良好的作用,可以提高燒結礦的質量。
③燃料
主要為高爐篩下焦粉和無煙煤。
對燃料的要求是固定碳含量高,灰分低,揮發分低,含硫低,成分穩定,含水小於10%,粒度小於3mm的佔95%以上。
入廠燒結原料一般要求
配料
配料目的:獲得化學成分和物理性質穩定的燒結礦,滿足高爐冶鍊的要求。
常用的配料方法:容積配料法和質量配料法。
容積配料法是基於物料堆積密度不變,原料的質量與體積成比例這一條件進行的。準確性較差。
質量配料法是按原料的質量配料。比容積法準確,便於實現自動化。
混合
混合目的:使燒結料的成分均勻,水分合適,易於造球,從而獲得粒度組成良好的燒結混合料,以保證燒結礦的質量和提高產量。
混合作業:加水潤濕、混勻和造球。
根據原料性質不同,可採用一次混合或二次混合兩種流程。
一次混合的目的:潤濕與混勻,當加熱返礦時還可使物料預熱。
二次混合的目的:繼續混勻,造球,以改善燒結料層透氣性。
用粒度10~Omm的富礦粉燒結時,因其粒度已經達到造球需要,採用一次混合,混合時間約50s。
使用細磨精礦粉燒結時,因粒度過細,料層透氣性差,為改善透氣性,必須在混合過程中造球,所以採用二次混合,混合時間一般不少於2.5~3min。
我國燒結廠大多採用二次混合。
燒結
燒結作業是燒結生產的中心環節,它包括布料、點火、燒結等主要工序。
①布料
將鋪底料、混合料鋪在燒結機台車上的作業。
當採用鋪底料工藝時,在布混合料之前,先鋪一層粒度為10~20mm,厚度為20~30mm的小塊燒結礦作為鋪底料,其目的是保護爐箅,降低除塵負荷,延長風機轉子壽命,減少或消除爐箅粘料。
鋪完底料后,隨之進行布料。布料時要求混合料的粒度和化學成分等沿台車縱橫方向均勻分佈,並且有一定的鬆散性,表面平整。
②點火
點火操作是對台車上的料層表面進行點燃,並使之燃燒。
點火要求有足夠的點火溫度,適宜的高溫保持時間,沿台車寬度點火均勻。
點火溫度取決於燒結生成物的熔化溫度。常控制在1100±50℃。
點火時間通常40~60s。
點火真空度4~6kPa。
點火深度為10~20mm。
③燒結
準確控制燒結的風量、真空度、料層厚度、機速和燒結終點。
燒結風量:平均每噸燒結礦需風量為3200m3,按燒結面積計算為(70~90)m3/(cm2.min)。
真空度:決定於風機能力、抽風系統阻力、料層透氣性和漏風損失情況。
料層厚度:合適的料層厚度應將高產和優質結合起來考慮。國內一般採用料層厚度為250~500mm。
機速:合適的機速應保證燒結料在預定的燒結終點燒透燒好。實際生產中,機速一般控制在1.5~4m/min為宜。
燒結終點的判斷與控制:控制燒結終點,即控制燒結過程全部完成時台車所處的位置。中小型燒結機終點一般控制在倒數第二個風箱處,大型燒結機控制在倒數第三個風箱處。
帶式燒結機抽風燒結過程是自上而下進行的,沿其料層高度溫度變化的情況一般可分為5層,各層中的反應變化情況如圖2—5所示。點火開始以後,依次出現燒結礦層,燃燒層,預熱層,乾燥層和過濕層。然後后四層又相繼消失,最終只剩燒結礦層。
①燒結礦層
經高溫點火后,燒結料中燃料燃燒放出大量熱量,使料層中礦物產生熔融,隨著燃燒層下移和冷空氣的通過,生成的熔融液相被冷卻而再結晶(1000—1100℃)凝固成網孔結構的燒結礦。
這層的主要變化是熔融物的凝固,伴隨著結晶和析出新礦物,還有吸入的冷空氣被預熱,同時燒結礦被冷卻,和空氣接觸時低價氧化物可能被再氧化。
②燃燒層
燃料在該層燃燒,溫度高達1350~1600℃,使礦物軟化熔融黏結成塊。
該層除燃燒反應外,還發生固體物料的熔化、還原、氧化以及石灰石和硫化物的分解等反應。
③預熱層
由燃燒層下來的高溫廢氣,把下部混合料很快預熱到著火溫度,一般為400~800℃。
此層內開始進行固相反應,結晶水及部分碳酸鹽硫酸鹽分解,磁鐵礦局部被氧化。
④乾燥層
乾燥層受預熱層下來的廢氣加熱,溫度很快上升到100℃以上,混合料中的遊離水大量蒸發,此層厚度一般為l0~30mm。
實際上乾燥層與預熱層難以截然分開,可以統稱為乾燥預熱層。
該層中料球被急劇加熱,迅速乾燥,易被破壞,惡化料層透氣性。
⑤過濕層
從乾燥層下來的熱廢氣含有大量水分,料溫低於水蒸氣的露點溫度時,廢氣中的水蒸氣會重新凝結,使混合料中水分大量增加而形成過濕層。
此層水分過多,使料層透氣性變壞,降低燒結速度。

化學反應


固體碳燃燒反應
反應後生成C0和C02,還有部分剩餘氧氣,為其他反應提供了氧化還原氣體和熱量。
燃燒產生的廢氣成分取決於燒結的原料條件、燃料用量、還原和氧化反應的發展程度、以及抽過燃燒層的氣體成分等因素。
碳酸鹽的分解和礦化作用
燒結料中的碳酸鹽有CaCO3、MgCO3、FeCO3、MnCO3等,其中以CaCO3為主。在燒結條件下,CaCO3在720℃左右開始分解,880℃時開始化學沸騰,其他碳酸鹽相應的分解溫度較低些。
碳酸鈣分解產物Ca0能與燒結料中的其他礦物發生反應,生成新的化合物,這就是礦化作用。反應式為:
CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2
CaCO3+Fe2O3=CaO ·Fe2O3+ CO2
如果礦化作用不完全,將有殘留的自由Ca0存在,在存放過程中,它將同大氣中的水分進行消化作用:
CaO+H2O=Ca(OH)2
使燒結礦的體積膨脹而粉化。
鐵和錳氧化物的分解、還原和氧化
鐵的氧化物在燒結條件下,溫度高於l300℃時,Fe203可以分解。
Fe304在燒結條件下分解壓很小,但在有Si02存在、溫度大於1300℃時,也可能分解。

質量指標


評價燒結礦的質量指標主要有:化學成分及其穩定性、粒度組成與篩分指數、轉鼓強度、落下強度、低溫還原粉化性、還原性、軟熔性等。

化學成分

化學成分主要檢測:TFe,FeO,CaO,SiO2,MgO,Al2O3,MnO,TiO2,S,P等,要求有效成份高,脈石成份低,有害雜質(P、S等)少。

穩定性

根據《我國優質鐵燒結礦的技術指標》(YB/T-006-91),TFe≥54%,允許波動±0.4%;FeO<10%,允許波動±0.5%;鹼度R(CaO/SiO2)≥1.6,允許波動±0.05;S<0.04%。

篩分指數

取100Kg試樣,等分為5份,用篩孔為5X5的搖篩,往複搖動10次,以<5mm出量計算篩分指數:C=(100-A)/100*100%,其中C為篩分指數,A為大於5mm粒級的量。

落下強度

評價燒結礦冷強度,測量其抗衝擊能力,試樣量為20±0.2Kg,落下高度為2m,自由落到大於20mm鋼板上,往複4次,用10mm篩分級,以大於10mm的粒級出量表示落下強度指標。F=m1/m2X100%,其中F為落下強度,m1為落下4次后,大於10mm的粒級出量,m2為試樣總量。F=80~83%為合格燒結礦,F=86~87%為優質燒結礦。

轉鼓強度

GB3209標準,轉鼓為Ø1000X500mm,裝料15Kg,轉速25r/min,轉200轉,鼓后採用機械搖動篩,篩孔為6.3X6.3mm,往複30次,以<6.3mm的粒級表示轉鼓強度。
轉鼓強度T=m1/m0X100%,抗磨強度A=(m0-m1-m2)/m0X100%,其中m0為試樣總質量,m1為+6.3粒級部分質量,m2為-6.3+0.5mm粒級部分質量,T,A均取兩位小數。要求:T≥70.00%,A≤5.00%。

還原性

是模擬爐料自高爐上部進入高溫區的條件,用還原氣體從燒結礦中排除與鐵結合的樣的難易程度的一種度量。是評價燒結礦冶金性能的主要質量標準。
低溫還原粉化性
實驗條件:反應罐:雙壁Ø內75mm;試樣粒度:10.0~12.5mm,500g;還原氣體:CO/N2=30/70,H2、CO2、H2O<0.2%,O2<0.1%;還原溫度:500±10攝氏度;氣體流量:15Nl/min;還原時間:60min;轉鼓實驗:Ø130X120mm,轉速30r/min,時間:10min。
還原強度指數RDI+6.3=m1/m0X100%;還原粉化指數RDI+3.15=( m1+m2)/ m0X100%;
磨損指數RDI-0.5=(m0- m1- m2-m3)/ m0X100%;其中m0 為還原後轉鼓前的試樣質量,m1轉鼓后+6.3mm的出量, m2轉鼓后+3.15~-6.3mm的出量, m3轉鼓后-0.5mm的出量。
還原軟化-軟熔特性
一般以軟化溫度及軟化區間,熔融帶透氣性,熔融滴下物的性狀作為評價指標。