燒結(jié)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(jīng)混合和造球后在燒結(jié)設(shè)備上使物料發(fā)生一系列物理化學變化,將礦粉顆粒黏結(jié)成塊的過程。燒結(jié)設(shè)備:生產(chǎn)上廣泛采用帶式抽風燒結(jié)機生產(chǎn)燒結(jié)礦。1958年“大煉鋼鐵”時期,在鐵礦山比較集中的龍巖地區(qū),開始發(fā)展鼓風土燒結(jié),俗稱“平地吹”。1968年3月,三鋼第一臺18平方米燒結(jié)機動工興建。1970年4月,建成投產(chǎn)。

中文名

燒結(jié)礦

外文名

Sinter ore / Sinter

準備

含鐵原料

工藝流程

抽風燒結(jié)工藝流程

采用

帶式抽風燒結(jié)機

分類

工程技術(shù)

工藝流程

主要包括燒結(jié)料的準備,配料與混合,燒結(jié)和產(chǎn)品處理等工序。

抽風燒結(jié)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(wěn)定,雜質(zhì)少。

②熔劑

要求熔劑中有效CaO含量高,雜質(zhì)少,成分穩(wěn)定,含水3%左右,粒度小于3mm的占90%以上。

在燒結(jié)料中加入一定量的白云石,使燒結(jié)礦含有適當?shù)腗gO,對燒結(jié)過程有良好的作用,可以提高燒結(jié)礦的質(zhì)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(fā)分低,含硫低,成分穩(wěn)定,含水小于10%,粒度小于3mm的占95%以上。

入廠燒結(jié)原料一般要求

配料

配料目的:獲得化學成分和物理性質(zhì)穩(wěn)定的燒結(jié)礦,滿足高爐冶煉的要求。

常用的配料方法:容積配料法和質(zhì)量配料法。

容積配料法是基于物料堆積密度不變,原料的質(zhì)量與體積成比例這一條件進行的。準確性較差。

質(zhì)量配料法是按原料的質(zhì)量配料。比容積法準確,便于實現(xiàn)自動化。

混合

混合目的:使燒結(jié)料的成分均勻,水分合適,易于造球,從而獲得粒度組成良好的燒結(jié)混合料,以保證燒結(jié)礦的質(zhì)量和提高產(chǎn)量。

混合作業(yè):加水潤濕、混勻和造球。

根據(jù)原料性質(zhì)不同,可采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(xù)混勻,造球,以改善燒結(jié)料層透氣性。

用粒度10~Omm的富礦粉燒結(jié)時,因其粒度已經(jīng)達到造球需要,采用一次混合,混合時間約50s。

使用細磨精礦粉燒結(jié)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,所以采用二次混合,混合時間一般不少于2.5~3min。

我國燒結(jié)廠大多采用二次混合。

燒結(jié)

燒結(jié)作業(yè)是燒結(jié)生產(chǎn)的中心環(huán)節(jié),它包括布料、點火、燒結(jié)等主要工序。

①布料

將鋪底料、混合料鋪在燒結(jié)機臺車上的作業(yè)。

當采用鋪底料工藝時,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(jié)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(zhuǎn)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臺車縱橫方向均勻分布,并且有一定的松散性,表面平整。

②點火

點火操作是對臺車上的料層表面進行點燃,并使之燃燒。

點火要求有足夠的點火溫度,適宜的高溫保持時間,沿臺車寬度點火均勻。

點火溫度取決于燒結(jié)生成物的熔化溫度。??刂圃?100±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(jié)

準確控制燒結(jié)的風量、真空度、料層厚度、機速和燒結(jié)終點。

燒結(jié)風量:平均每噸燒結(jié)礦需風量為3200m3,按燒結(jié)面積計算為(70~90)m3/(cm2.min)。

真空度:決定于風機能力、抽風系統(tǒng)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(yīng)將高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)結(jié)合起來考慮。國內(nèi)一般采用料層厚度為250~500mm。

機速:合適的機速應(yīng)保證燒結(jié)料在預定的燒結(jié)終點燒透燒好。實際生產(chǎn)中,機速一般控制在1.5~4m/min為宜。

燒結(jié)終點的判斷與控制:控制燒結(jié)終點,即控制燒結(jié)過程全部完成時臺車所處的位置。中小型燒結(jié)機終點一般控制在倒數(shù)第二個風箱處,大型燒結(jié)機控制在倒數(shù)第三個風箱處。

帶式燒結(jié)機抽風燒結(jié)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(yīng)變化情況如圖2—5所示。點火開始以后,依次出現(xiàn)燒結(jié)礦層,燃燒層,預熱層,干燥層和過濕層。然后后四層又相繼消失,最終只剩燒結(jié)礦層。

①燒結(jié)礦層

經(jīng)高溫點火后,燒結(jié)料中燃料燃燒放出大量熱量,使料層中礦物產(chǎn)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(jié)晶(1000—1100℃)凝固成網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的燒結(jié)礦。

這層的主要變化是熔融物的凝固,伴隨著結(jié)晶和析出新礦物,還有吸入的冷空氣被預熱,同時燒結(jié)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(jié)成塊。

該層除燃燒反應(yīng)外,還發(fā)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(yīng)。

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(nèi)開始進行固相反應(yīng),結(jié)晶水及部分碳酸鹽、硫酸鹽分解,磁鐵礦局部被氧化。

④干燥層

干燥層受預熱層下來的廢氣加熱,溫度很快上升到100℃以上,混合料中的游離水大量蒸發(fā),此層厚度一般為l0~30mm。

實際上干燥層與預熱層難以截然分開,可以統(tǒng)稱為干燥預熱層。

該層中料球被急劇加熱,迅速干燥,易被破壞,惡化料層透氣性。

⑤過濕層

從干燥層下來的熱廢氣含有大量水分,料溫低于水蒸氣的露點溫度時,廢氣中的水蒸氣會重新凝結(jié),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(jié)速度。

化學反應(yīng)

固體碳燃燒反應(yīng)

反應(yīng)后生成C0和C02,還有部分剩余氧氣,為其他反應(yīng)提供了氧化還原氣體和熱量。

燃燒產(chǎn)生的廢氣成分取決于燒結(jié)的原料條件、燃料用量、還原和氧化反應(yīng)的發(fā)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(jié)料中的碳酸鹽有CaCO3、MgCO3、FeCO3、MnCO3等,其中以CaCO3為主。在燒結(jié)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(yīng)的分解溫度較低些。

碳酸鈣分解產(chǎn)物Ca0能與燒結(jié)料中的其他礦物發(fā)生反應(yīng),生成新的化合物,這就是礦化作用。反應(yīng)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(jié)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(jié)條件下,溫度高于l300℃時,F(xiàn)e203可以分解。

Fe304在燒結(jié)條件下分解壓很小,但在有Si02存在、溫度大于1300℃時,也可能分解。

質(zhì)量指標

評價燒結(jié)礦的質(zhì)量指標主要有:化學成分及其穩(wěn)定性、粒度組成與篩分指數(shù)、轉(zhuǎn)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(zhì)(P、S等)少。

穩(wěn)定性

根據(jù)《我國優(yōu)質(zhì)鐵燒結(jié)礦的技術(shù)指標》(YB/T-006-91),TFe≥54%,允許波動±0.4%;FeO<10%,允許波動±0.5%;堿度R(CaO/SiO2)≥1.6,允許波動±0.05;S<0.04%。

篩分指數(shù)

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

落下強度

評價燒結(jié)礦冷強度,測量其抗沖擊能力,試樣量為20±0.2Kg,落下高度為2m,自由落到大于20mm鋼板上,往復4次,用10mm篩分級,以大于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,大于10mm的粒級出量,m2為試樣總量。F=80~83%為合格燒結(jié)礦,F(xiàn)=86~87%為優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦。

轉(zhuǎn)鼓強度

GB3209標準,轉(zhuǎn)鼓為Ø1000X500mm,裝料15Kg,轉(zhuǎn)速25r/min,轉(zhuǎn)200轉(zhuǎn),鼓后采用機械搖動篩,篩孔為6.3X6.3mm,往復30次,以<6.3mm的粒級表示轉(zhuǎn)鼓強度。

轉(zhuǎn)鼓強度T=m1/m0X100%,抗磨強度A=(m0-m1-m2)/m0X100%,其中m0為試樣總質(zhì)量,m1為+6.3粒級部分質(zhì)量,m2為-6.3+0.5mm粒級部分質(zhì)量,T,A均取兩位小數(shù)。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(qū)的條件,用還原氣體從燒結(jié)礦中排除與鐵結(jié)合的樣的難易程度的一種度量。是評價燒結(jié)礦冶金性能的主要質(zhì)量標準。

低溫還原粉化性

實驗條件:反應(yīng)罐:雙壁Ø內(nèi)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(zhuǎn)鼓實驗:Ø130X120mm,轉(zhuǎn)速30r/min,時間:10min。

還原強度指數(shù)RDI+6.3=m1/m0X100%;還原粉化指數(shù)RDI+3.15=( m1+m2)/ m0X100%;

磨損指數(shù)RDI-0.5=(m0- m1- m2-m3)/ m0X100%;其中m0 為還原后轉(zhuǎn)鼓前的試樣質(zhì)量,m1轉(zhuǎn)鼓后+6.3mm的出量, m2轉(zhuǎn)鼓后+3.15~-6.3mm的出量, m3轉(zhuǎn)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(qū)間,熔融帶透氣性,熔融滴下物的性狀作為評價指標。