冶金行业烧结培训.ppt
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1,烧结知识讲座,2,主要内容,高炉炼铁过程烧结生产概述烧结原理提高烧结矿质量的途径球团生产的方法球团矿与烧结矿的比较,3,第一讲高炉冶炼过程,4,高炉冶炼的工艺流程,5,高炉的五大系统,6,铁矿石种类,7,各类铁矿石图,赤铁矿,磁铁矿,菱铁矿,褐铁矿,8,高炉冶炼过程炉料从高炉上部分批加入,9,高炉冶炼过程,热风、煤粉及氧气从风口鼓入燃烧焦炭,产生大量高温还原性煤气,10,高炉冶炼过程,炉料与煤气两大流股逆向运动提高料层的透气性炉料粒度均匀、减少粉末炉料强度高,11,高炉冶炼过程,高炉内发生热交换换热效果好矿石粒度不能过大(840mm),温度升高,温度降低,12,铁氧化物的还原Fe2O3Fe3O4FeOFe提高产量提高矿石的还原性提高矿石含铁量(品位),高炉冶炼过程,13,品位高:
将含Fe量达到理论值的70%以上的矿石称为富矿。
脉石成分少和分布合适:
SiO2、Al2O3越好(须重视Al2O3),CaO要多,MgO要合适有害杂质少:
S、P、As、Cu(影响钢质);Pb、Zn、K、Na(对炉衬和高炉顺行有害)高温冶金性能好:
低温粉化率和高温还原粉化率要小。
软化温度高,软化区间要窄。
铁矿石的评价,14,粒度分布合适:
粒度5mm的粉末要少,830mm为宜;太大对还原不利;太小对顺行不利不同粒度应分级入炉;还原性好:
被CO、H2还原的难易;从矿石种类上说:
褐铁矿赤铁矿磁铁矿;人造富矿天然铁矿;从结构上来说:
疏松结构、微气孔多的矿石还原性好化学成分稳定:
TFe波动0.5%,SiO20.03%混匀的重要性(条件:
平铺直取原料场应足够大);,铁矿石的评价,15,我国现代高炉的追求高产率低能耗低成本,16,含铁原料性能对高炉冶炼的影响,17,含铁原料性能对高炉冶炼的影响,18,含铁原料性能对高炉冶炼的影响,19,有害元素的危害,硫在钢凝固过程中以FeFeS共晶形式凝固在晶界上,在加热过程中先熔化,造成“热脆”现象。
磷化物聚集在晶界周围减弱晶粒间结合力,使钢冷却时发生很大的脆性,从而导致钢的“冷脆”现象。
当铜含量超过0.3时,钢的焊接性能降低,并产生“热脆”现象。
砷能使钢增加脆性,并使钢的焊接性能变坏。
铅的密度大于铁水,极易渗入砖缝,破坏炉底砌砖。
另外,铅在高炉内有富集现象,造成高炉结瘤。
20,有害元素的控制,有害元素的危害,碱金属在炉内有“自动富集”倾向,会破坏炉衬,造成炉墙结厚和结瘤;破坏焦炭的高温强度,扩大直接还原,导致焦比上升;降低人造富矿的热强度,破坏高炉顺行。
锌在高炉内有挥发现象,在炉内低温处可冷凝沉淀,使砖缝膨胀,严重时会引起高炉结瘤。
氟过高会使炉内成渣过早,不利于矿石还原,且其渣会侵蚀高炉风口及炉衬。
氟有循环富集现象,与碱金属结合是造成高炉结瘤的原因之一。
21,为了保证供给高炉的铁矿石中铁含量均匀,并且保证高炉的透气性,需要把选矿工艺产出的铁精矿制成10-25mm的块状原料。
铁矿粉造块目前主要有两种方法:
烧结法和球团法。
两种方法所获得的块矿分别为烧结矿和球团矿。
22,烧结矿及烧结球团,烧结球团,烧结矿,23,第二讲烧结生产过程概述,24,含铁料:
精矿粉200目以下占60%以上(考虑成球性)、富矿粉(58mm,烧结中的骨架)、其他(炉尘、轧钢皮等)要求含铁原料品位高,成分稳定,杂质少。
熔剂:
以CaO为主,CaO1%,烧结产量3%.要求有效CaO含量高,杂质少,成分稳定,含水3左右,粒度小于3mm的占90以上。
燃料:
焦粉、无烟煤35%。
要求是固定碳含量高,灰分低,挥发分低,含硫低,成分稳定,含水小于10,粒度小于3mm的占95以上。
返矿:
机尾筛下物(未烧透影响成品率),烧结料组成,25,烧结生产工艺流程,26,27,烧结厂的带式烧结机,28,带式抽风烧结机烧结流程,29,烧结料层结构,预热层:
主要反应为:
氧化还原、结晶水分解、部分MCO3分解,烧结矿层:
随烧结过程进行不断加厚,抽入空气过冷使烧结矿骤冷将影响烧结矿强度。
燃烧层:
主要反应为:
C的燃烧、MCO3分解、FeS2氧化、形成液相、铁氧化物分解还原氧化。
(由于液相的产生使该层透气性变差),干燥层:
主要为烧结料中水分蒸发,易使烧结料球破坏,过湿层:
原始混合料层,水分凝聚,影响料层透气性,30,烧结过程的主要反应,燃料的燃烧和热交换。
料层中的气流运动水分的蒸发和冷凝。
碳酸盐的分解和氧化钙的矿化铁氧化物的分解、氧化与还原烧结过程的固相反应粉料的软化、熔融和冷却、结晶。
有害杂质的去除。
31,烧结过程的特点,1.燃料分布较稀疏,燃料燃烧需空气过剩,过剩系数=1.41.52.烧结保持弱氧化气氛3.烧结过程存在自动蓄热作用。
分层配炭上高下低4.存在传热速度与燃烧速度的同步问题5.存在如何减少“过湿”现象的问题6.存在有害杂质S的去除问题7.存在选用何种液相体系作为固结成型机理问题8.如何解决还原性与强度矛盾的问题,32,烧结矿的种类,根据烧结矿碱度(CaO/SiO2)不同,分为普通烧结矿(非自熔性烧结矿):
碱度低于1.0自熔性烧结矿:
碱度在1.01.5高碱度烧结矿:
碱度在1.53.5超高碱度烧结:
碱度大于3.5,33,第三讲烧结原理,34,一、燃料燃烧和热交换,烧结料中燃料燃烧的意义固体碳的燃烧所获得的高温和CO气体,为液相的生成和一切反应提供了热量和气氛条件。
固体碳燃烧放出的热量占烧结总热量的90%以上。
固体碳燃烧的好坏,决定了烧结矿的质量和产量。
35,一、燃料燃烧和热交换,固体碳的燃烧1、燃烧反应:
完全燃烧:
C+O2=CO2+Q不完全燃烧:
2C+O2=2CO+Q2、燃料燃烧速度取决于:
C与O2化合的反应速度。
速度最慢时,为限制环节动力学燃烧区域;增加温度,反应速度加快O2分子向燃料表面运动的速度。
速度最慢时,为限制环节扩散燃烧区域,受固体碳的粒度、气流速度和压力等因素有一影响。
提高燃烧速度,加速烧结过程的进行,要求改善固体燃料的配加方式和烧结料层中流体的力学条件(减少漏风率、加大抽风速度、改善烧结料的透气性),36,烧结料层中燃料燃烧的基本特点:
1、固体碳含量低且分散2、固体碳是从上向下燃烧,燃烧速度快且集中在1550mm区域内。
3、料层中氧化带宽,还原带窄。
4、铁氧化物参加氧化,也参加还原。
5、离开烧结机的废气,含有氧气。
限制CO2的还原。
37,燃烧层的温度、厚度对烧结质量的影响,温度高且厚,产生的液相多(高温时间长),强度高。
温度高,还原性气氛强,FeO多,还原性就差。
液相多且厚,透气性变差,风量少,燃烧速度慢,产量低。
温度低且薄,产生液相少,强度低。
温度低,不利于烧结过程,高温时间短,不能保证物料高温反应正常进行,产量低。
38,影响燃烧层温度及厚度的因素,燃料性能影响:
气孔多,燃烧层温度高且薄。
无烟煤比焦粉的气孔率小得多,用无烟煤代替焦粉,烧结层高温区温度水平下降,厚度增加,导致烧结垂直速度下降燃料粒度影响:
粒度大(3mm),燃烧时间延长,速度降低,燃烧层变厚,透气性变差。
粒度大布料时产生偏析:
下部燃料多,烧坏篦条,还原性差;上部燃料少,烧结矿强度差。
粒度过小,燃烧速度快,高温时间短,烧结矿强度差;透气性变差,风量少,产量低;部分燃料被废气带走。
燃料用量影响:
用量多:
燃烧层温度高且厚,液相多,透气性差。
料层下部烧不透,产量降低。
用量少:
无法烧结,,39,烧结料层中的温度变化,1、烧结料层中的温度变化:
1)烧结温度:
指烧结料层中某一点所达到的最高温度。
2)温度分布:
烧结温度实际就是燃烧层温度。
随着燃烧带自上而下移动,燃烧层的温度是逐渐升高的。
烧结过程中烧结矿层有“自动蓄热”的过程,当燃烧带上部的烧结矿层达180220mm时,烧结矿层的自动蓄热作用可提供燃烧层总热量的3545%。
40,二、烧结料层中气流运动,料层透气性G:
在一定的压差下,单位时间内通过单位面积和一定高度的烧结料层的气体流量。
在抽风面积一定时,单位时间内通过料层的空气量越大,则说明烧结料层的透气性越好。
真空度(负压):
在一定料层厚度的抽风量不变的情况下,以气体通过料层时的压头损失P来表示料层的透气性。
真空度越高,透气性越差。
41,料层透气性变化,烧结中,各层透气性烧结矿层:
气孔多,透气性最好。
燃烧层:
液相多,体积膨胀,透气性最差。
预热干燥层:
料球被破坏,透气性较差,影响不太大。
过湿层:
料球被破坏,透气性很差,对烧结过程影响比较大。
烧结过程中,料层透气性的变化点火开始:
料膨胀、抽风作用、过湿层出现,使料层透气性变坏。
烧结过程:
烧结矿层出现,改善透气性;燃烧层有大量液相生成;过湿层仍然存在。
透气性很差。
烧结后期:
烧结矿层加厚、燃烧层继续存在、过湿层消失,透气性变好。
42,提高料层透气性的措施,改善混合料的粒度组成加强二次混合机的制粒作用,提高烧结料粒度,延长混料时间,提高料球强度。
成球效果最好的烧结料粒度组成,应是30mm粒级含量小于15%,35mm含量4050%,510mm含量小于30%,大于10mm的不超过10%。
加粒度较大的富矿粉、返矿。
43,提高料层透气性的措施,降低燃烧层的厚度选择和发展低熔点液相,保持较低燃料用量,低温烧结。
燃料用量少,燃烧速度快,燃烧层薄。
使用小球料烧结:
烧结料层的原始透气性较普通烧结料高2735%,其球粒上限一般为68mm,下限要大于1.21.5mm。
44,提高料层透气性的措施,适宜的混合料水分,提高造球效果。
亲水性顺序:
磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿增加烧结料层的有效风量增加单位烧结面积的抽风量、减少漏风损失、料面耙沟、富氧空气烧结。
45,提高料层透气性的措施,混合料中加入添加物混合料中加入消石灰、生石灰、皂土、水玻璃、亚硫酸盐溶液、氯化钠、氯化钙及丙烯酸酯等有机粘结性物质,可提高混合料的亲水性,对改善混合料的透气性有良好的作用。
加消石灰:
提高矿石的成球性、增大混合料的湿容量,吸附大量的水而不失去物料的透气性、含有消石灰颗粒得料球强度高(消石灰在受热干燥中收缩,使周围的固体颗粒进一步靠近),46,负压对烧结过程的影响,负压小,风量小,燃料燃烧不完全,放出热量少,烧结料达不到需要的温度,产生液相少,强度差。
燃烧速度慢,产量低。
负压提高,风量增加,产量增加,但是电能消耗更高。
负压:
250%,产量:
163%,电耗:
276%。
负压过大,抽风系统的漏风率也增大;废气带走的热量多,造成能量浪费。
47,三、烧结过程中水分蒸发、分解与冷凝,烧结料中水分的来源:
原料自身含水带入、烧结混合造球过程补加的。
烧结料中水分的作用利于混匀造球,改善料层透气性原料颗粒被润湿后减少气体阻力;改善烧结料的换热条件。
水分的用量由于烧结料的性质和组成的差异,一般混合料含水在68%。
48,水分的蒸发,蒸发:
液体表面个别能量高的分子可能挣脱周围分子的引力而逸至空间成为蒸气。
饱和蒸气压:
一定温度下,密闭容器中,开始分子从液体中逸出速度快,随着气体分子数的增多,气体分子返回液体的速度上升,逸出速度与返回速度相等,处于动态平衡时,蒸气所具有的压强。
简称蒸气压。
元素的饱和蒸气压随温度升高而增大。
水分蒸发条件:
气相中水蒸气的实际压力小于水的饱和蒸气压。
49,烧结中水分的蒸发,刚开始时,热废气温度高和废气中水蒸气压力低,满足水蒸汽蒸发的条件,水分蒸发速度逐渐加快,废气的含湿量很快升高,温度很快降低。
烧结料含湿量降低形成干燥层。
由于蒸发吸热,使废气温度下降,饱和蒸气压也相应下降,而废气中水蒸气压力却增大,两者逐渐接近,当相等时,蒸发停止。
干燥层终了温度为150左右。
50,水分的冷凝,冷凝:
在空间蒸气中某些能量较低的分子也会回到液体中的过程。
水分冷凝的条件:
露点:
水蒸气开始冷凝的温度。
影响水气冷凝的因素:
料温低,水气凝结多。
原始含水量多,则凝结水量多。
料细,比表面积大,亲水性强,凝结水多。
51,烧结过程水分的凝结,通过干燥层的带着水气的废气在穿过下层冷料时,由于与料间进行热交换,自身温度不断降低,饱和蒸气压也降低,满足水分冷凝的条件,废气中的水气就开始在冷料表面上发生冷凝,出现过湿层。
过湿层对透气性非常不利:
加大了气体通过的阻力;破坏造好的小球
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