原料和原理资料课件.ppt

主讲人 张淑会 教授,华北理工大学2015.12,炼铁系统工序能耗占钢铁工业总能耗的70%，精料是高炉炼铁的基础。国内外炼铁生产实践表明，高炉炼铁技术水平如何，精料技术的影响占70%，其它因素占30%。随着高炉大型化、自动化以及要求最大限度地降低燃料比，高炉炉料的质量越来越受到重视，特别是大型钢铁企业，把提高生铁产量和质量着眼点放在“铁前”工作上，对入炉原料的质量提出了更高要求。高炉炼铁的精料技术水平可以用“高、熟、净、小、均、稳、少、好”共八个方面来描述。,“高”是指入炉矿石含铁品位要高，焦炭、烧结矿和球团矿的强度要高，烧结矿的碱度要高。1）入炉矿石品位高；2）高强度；3）高碱度烧结矿,1.2.1 入炉矿石品位高,入炉矿石品位提高1%，焦比下降1.5%，生铁产量增长2.5%，渣量减少30kg/t，允许多喷吹煤粉15kg/t。高碱度烧结矿一般品位在58%左右，通过多配加高品位的块矿和球团矿可以有效地提高炼铁入炉矿品位。焦炭：灰分 12.5，S 0.65，K2O+Na2O含量3.0kg/t；烧结矿：TFe 58%（最好TFe 60%），SiO2 5.5%，FeO 5%；球团矿：TFe 65%，SiO23.5%。,1.2.2 高强度,喷煤比在160kg/t以上大高炉的炉料机械强度要求：焦炭：M40 80以上，M10 7。球团矿：抗压强度2500 N/个球，耐磨指数3.5%，膨胀指数 10%。,生产实践表明：烧结、球团矿转鼓指数每升高1%，高炉产量提高1.9%；焦炭的M40提高1%，高炉利用系数提高4%，燃料比下降5.6kg/t。,1.2.3 高碱度烧结矿,与溶剂性烧结矿相比，高碱度烧结矿具有强度好、含FeO低、还原性好、软化温度高和还原粉化率低等优点。高碱度，一般是指碱度在1.82.0。目前，国内外炼铁企业均在调整炉料结构，以取得最佳经济效益。而合理的炉料结构，要根据各厂具体情况而定，如酸性矿供应不足则受到限制。,“熟”是指高炉入炉原料中熟料（指烧结矿和球团矿）比例要高。通常熟料的还原性优于生矿，实践表明，使用熟料的高炉可以大幅度提高各项技术经济指标。随着高炉炼铁生产技术的不断进步，一些企业已不再追求高熟料比，如宝钢高炉的熟料比在84%左右。炉料中天然块矿比例最好不要超过20%，过高对炼铁能耗会有一定负作用。,“净”是指入炉原料中小于5mm的粉末要筛除。据统计，入炉料的粉末降低1%，可使高炉利用系数提高0.4%1.0%，入炉焦比下降0.5%。要求：炉料中5mm以下的炉料占全部炉料的比例不能超过5%。炉料中510mm的颗粒要少于总炉料的30%。,“均”是指入炉原燃料的粒度应当均匀。对于不同粒度的炉料应当进行筛分，按粒度组成不同进行分级入炉，不但可以减少炉料的填充作用（提高炉料透气性），而且还会产生节省焦炭提高产量的作用。粒度范围：烧结矿：2540mm，焦炭：2040mm，一般认为焦炭粒度上限应为矿石平均粒度的35倍）；天然块矿：易还原的赤铁矿和褐铁矿为820mm；对于中小高炉的原燃料粒度还允许再小一点。,“小”是指入炉料的粒度要小、均匀，上限所规定的范围要窄，控制住炉料中的大块。最佳粒度：烧结矿为1025mm，球团矿为1014mm，大高炉块矿在1020mm，小高炉块矿为612mm。根据生产经验，铁矿石块矿入炉粒度从1040mm降到830mm时，高炉产量可增加9.6%，焦比下降3.1%。,“稳”是指入炉料的化学成分和物理性能要稳定，波动范围要小。生产要求：烧结矿含铁品位波动0.5%，碱度波动0.05%；宝钢通过原料场混匀和自动化配料之后，烧结矿的标准偏差值为：品位波动0.256%，SiO2波动为0.087%，碱度波动为0.029，这已是国际先进水平。,“少”是指铁矿石和焦炭、煤粉中有害杂质要少，这也是冶炼优质生铁和纯净钢冶炼的必要条件。高炉炼铁对铁矿石中有害杂质的极限含量：S0.3%；对碱性转炉用生铁：P0.2%1.2%，对酸性转炉用生铁：P0.3%，对普通铸造生铁：P0.05%0.15%，对高磷铸造生铁：P0.15%0.6%；Zn0.1%0.2%，Pb0.1%，Cu0.2%，As0.07%，Ti(TiO2)15%16%；K、Na、F也是有害元素。焦炭的水分 5.0，灰分 12.0，S 0.60，K2O+Na2O含量3.0kg/t。,“好”是指焦炭和铁矿石的冶金性能要好：铁矿石的冶金性能包括：还原性、低温还原粉化性、荷重还原软化性、熔滴性、块矿的热爆裂性、球团矿的还原膨胀性能等。焦炭的冶金性能主要是反应性（CRI）和反应后强度（CSR），焦炭反应性提高1%，则CO的利用率下降0.5%左右，高炉燃料比升高0.6kg/t左右。一般要求，热反应性CRI60。,还原性低温还原粉化性能荷重软化性能熔滴性能,烧结矿、球团矿、块矿的还原性要高，低温还原粉化率要低，荷重软化温度要高，软熔温度要高，软熔温度区间要窄；滴熔温度要高，滴熔温度区间要窄。,RI60%的矿石属于还原性能好的铁矿石，生产实践表明：还原性改善10%，焦比可降低8%9%。,国家清洁生产标准要求，RDI+3.1585%，生产实践表明：RDI+3.15每降低5%（喷洒CaCl2溶液），高炉产量会下降1.5%，焦比升高2%。,铁矿石在弱还原性气氛，一定荷重条件下收缩率在10%40%时的温度。一般认为两者差值140较好，主要影响因素是生成矿物的熔点、FeO含量、炉渣的组成和数量。,希望铁矿石的在还原过程中熔滴温度（Ts、Td）要高、区间要窄（T140)、流动性能好（Pmax，S要小）。熔融的矿石很容易穿透焦炭层进入炉缸，即不粘附在焦炭上，也不造成渣铁不分离，使高炉煤气通畅，便于操作。,块矿的热爆裂性球团矿还原膨胀性能,是指块矿在高炉内受热发生爆裂的程度，其测定方法是将一定粒度的矿石，从常温升到500、恒温40min，以其产生的5mm 矿石所占比例来表示，一般要求小于20%。,球团矿在高炉内还原过程中其体积膨胀。球团矿的膨胀会对高炉顺行产生不利影响。由于球团矿的膨胀会使炉料的间隙变小，造成炉料下降不顺畅，煤气流上升受阻，导致高炉冶炼不正常。另一方面，由于球团矿膨胀，造成抗压强度降低，易产生粉末，也使炉料空隙被堵塞，所以有些企业是限制高配比球团矿入炉。,日本外购球团矿的技术要求为：还原膨胀率20%，还原后抗压强度250N/个球。德国、巴西、俄罗斯要求球团矿还原膨胀率20%，中国一般要求15%。国产酸性球团矿一般还原膨胀率较低。,改善烧结矿和球团矿的质量是“精料”的主要内容。对烧结矿和球团矿的质量要求和检验项目:化学成分、粒度组成和常温机械强度;高温冶金性能，如低温还原粉化率、中温还原性、高温软化熔滴性等。检测目的：一方面为高炉操作提供较全面的原料性能参数，以便采取相应对策；另一方面，给烧结、球团生产反馈信息，不断改进工艺和操作，促进技术水平提高，生产更好地满足高炉需要的优质原料。,普通烧结矿技术指标,优质烧结矿技术指标,实践证明：入炉料含铁品位每提高1%，焦比可降低2%，出铁量可增加3%；铁品位波动范围从1.0%降到0.5%，高炉焦比可降低1.7%，产量可增加1.8%左右；碱度波动范围从0.10%降到0.05%，高炉焦比可降低0.8%，产量可增加1.1%；烧结矿的FeO波动1%，影响高炉焦比1%1.5%、产量1%1.5%，同时FeO影响烧结矿的还原性和软熔性能。,2.1.1 化学成分及其稳定性,化学成分：TFe，FeO，CaO，SiO2，MgO，Al2O3，MnO，TiO2，S，P等，要求烧结矿的有效成份高，脉石含量低，有害杂质（P、S等）少。,根据我国优质铁烧结矿的技术指标（YB/T421-2005），TFe57%，允许波动0.4%；FeO9%，允许波动0.5%；碱度（CaO/SiO2）1.7，允许波动0.05；S0.04%。,提高烧结矿品位的措施：一：优化选矿技术，提高矿粉品位，但由于受矿粉品质及生产成本的影响，矿粉品位提高幅度不大，二：配加部分国外高品位矿粉来改善烧结矿品位。,2.1.2 粒度组成与筛分指数,检测方法：取100kg试样，等分为5份，用筛孔为5mm5mm的摇筛，往复摇动10次，以5mm出量计算筛分指数：C=（100-A）/100100%，,C筛分指数A大于5mm粒级的量。,“均”是指入炉原燃料的粒度应当均匀,高炉内的还原是以焦炭燃烧后的炉气还原烧结矿。炉料的粒度及组成直接影响炉气通过阻力的大小，粒度越均匀，阻力越小。粒度太大，炉料的还原总时间长；粒度太小，炉料在高炉冶炼过程中被吹出炉外。对应精料要求的“匀、小、净”，具体内容如下：,炉料中大小粒度尺寸的比例对炉料在炉内的透气性起着决定性的作用。烧结矿中大粒级和更小的粒级的增加，都会使炉料的空隙度变小，使煤气通过阻力增加。粒级的差别越小的粒度组成越好。,“小”是指入炉料的粒度要小、均匀，上限所规定的范围要窄，并控制住炉料中的大块。,“净”是指入炉原料中小于5mm的粉末要筛除。筛除后的烧结矿、球团矿和焦炭，可称为“净”炉料。,据统计，入炉料的粉末降低1%，可使高炉利用系数提高0.4%1.0%，入炉焦比下降0.5%。要求炉料中5mm以下的炉料占全部炉料的比例不能超过5%，炉料中510mm的颗粒要少于总炉料的30%。,炉料的粒度的理想值为1015mm，实际生产中要求烧结矿粒度在535mm之间，一般小于5mm的比例控制在3%5%之间，510mm的比例不大于30%，控制粒度上限不超过50mm。,2.1.3 机械强度,烧结矿的机械强度包括：落下强度、转鼓强度。烧结矿的ISO指数每升高1.0%，高炉产量提高1.95%。,落下强度主要评价烧结的抗冲击能力,检测方法：落下指数没有统一的检验方法，多根据烧结矿在转运过程中的转运次数来定。一般落下3次。,转鼓强度是烧结矿冷强度的一项重要指标。转鼓指数有ISO标准、JIS标准，我国采用的转鼓基本和ISO转鼓相同。,检测方法：转鼓尺寸为1000mm500mm的（实验室条件下，一般用1/2转鼓，试样为7.5kg），试样为大于10mm的成品烧结矿15kg，以25r/min的转速转动8min，取大于6.3mm的百分比作为转鼓指数，取小于0.5mm的百分比作为耐磨指数。,优质烧结矿的要求：T 72.00%，A 5.00%。,每次做两个平行试验，其转鼓强度之差小于2.0、耐磨强度之差小于1时，则认为其合格，取其平均值(精确到0.1)即可，如果结果超过允许误差，则应再做两个平行试验，这两个补充试验合乎上述规定，则以这两个试验的平均值作为试验结果。若补充试验仍不合格，则采用前后四个试验数据的平均值作为转鼓强度的试验结果。需要强调的是，烧结矿不仅应具有良好的机械强度，其在炉内加热还原过程中的行为，同样会对炉料的透气性具有重要影响，因此其冶金性能尤为重要，主要包括：低温还原粉化性能、中温还原性能、软熔滴落性能。,2.1.4 低温还原粉化性能,检测方法：铁矿石低温粉化试验静态还原后使用冷转鼓的方法（GB/T13242-91）。包括定温还原试验和转鼓试验两部分。还原温度控制为50010，还原气体的成分控制为CO：CO2：N2=20：20：60，还原气体的流量控制为15 L/min，还原的时间控制为1 h。还原后的试样在纯N2保护下冷却至室温。称重后装入尺寸为130mm200mm的转鼓，转鼓以10 r/min的速度转300r，取出后分别用6.3mm、3.15mm、0.5mm的方孔筛进行筛分分离，分别将试样中大于6.3mm的百分比、大于3.15mm的百分比、小于0.5mm的百分比。以还原强度指数（RDI+6.3）、还原粉化指数（RDI+3.15）和磨损指数（RDI-0.5）表示。RDI+3.15为考核指标，RDI+6.3和RDI-0.5为参考指标。,计算方法如下：,mD0还原后转鼓前的试样质量，g；mD1留在6.3mm筛上的试样质量，g；mD2留在3.15mm筛上的试样质量g；mD3留在0.5mm筛上的试样质量，g；,对邯钢7#高炉的生产数据表明，当烧结矿的RDI+3.15在78%100%变化时，RDI+3.15每增加1%，煤比可增加4.48 kgt-1左右。生产实践表明，烧结矿的低温还原率（RDI+3.15）每降低5%，煤气中的CO的利用率降低0.5%，产量下降1.5%，焦比上升1.55%。,烧结矿RDI+3.15与煤比、焦比的关系,2.1.5 中温还原性,炉料还原性能好，煤气与固体炉料的间接还原比例增加，煤气的利用率体高，燃料比降低，高炉才能高产低耗。统计数据表明，还原性每提高10%，焦比降低8%9%，产量增加8%9%，因此各企业对铁矿石的还原性非常重视。检测 方法：按国家标准（GB/T13241-91）进行，在固定床中用CO和N2的混合气体进行等温还原，试样粒度10.012.5mm，试样重量5001g，还原温度90010，还原气体成分CO：N2=30：70，还原气体流量为15 L/min，还原时间3h。主要考核的还原度指数（RI）是指铁矿石还原3h时的还原度。,还原性试验一般进行两次，两次结果绝对值的差值不超过5%（烧结矿）、3%（球团矿）即为合格，以两次结果的平均值计。,铁矿石还原装置示意图,m0试样的质量，g；m1还原开始前试样质量，g；mt还原t min后试样质量，g；W1试验前试样中FeO含量/%；W2试验前试样的全铁含量/%。,1-空气压缩机；2-氮气瓶；3-CO转化炉；4-混合器；5-洗涤瓶（吸收O2）；6-洗涤瓶（吸收CO2）；7-洗涤瓶（干燥气体）；8-分支管；9-流量计；10-还原炉；11-反应管；,12-电子天平；13-废气燃烧器14-运算器；15-记录仪；16-红外气体分析仪（分析记录CO量）；17-红外气体分析仪（分析记录CO2量）；18-温控台；19-温控仪,对邯钢7#高炉的生产数据表明，烧结矿的RI在80%90%之间变化时，RI每增加1%，煤比可增加16.61 kg t-1。,邯钢7#高炉RI与煤比，焦比的关系,2.1.6 还原软化-高温软熔特性,铁矿石软熔滴下特性是高炉选择合理炉料结构，判断和改善高炉软熔带性状及强化高炉冶炼的重要依据。,荷重软化试验装置示意图,荷重软化性能,1-硅碳棒；2-电炉；3-坩埚底座；4-试样；5-硅碳棒压杆；6-紧固螺丝；7-配重；8-百分表；,9-钢棒压杆；10-支架；11-石墨坩埚；12-热电偶；13-温控仪,在升温过程中，当料柱高度收缩10%时的温度为软化开始温度（T10%），收缩40%时的温度为软化终了温度（T40%），T=T40%T10%为软化温度区间。试样粒度为2.53.2mm，荷重为1kg/cm2，料柱高度为40mm。此种方法可以初步判定铁矿石在弱还原性气氛下的软化性能，与实际生产情况具有一定的对应性。,还原熔滴性能,检测方法：北京科技大学的六孔坩埚法（未形成标准）。,铁矿石熔滴特性试验装置示意图,1-荷重块；2-热电偶；3-氧化铝管；4-石墨棒；5-石墨盘6-48mm石墨坩埚；7-焦炭(1012.5mm)；8石墨架；9-熔滴炉；10-试样；11-孔(8mm6)：12-试祥盒,以软化温度及软化区间，熔融带透气性熔融滴下物的质量和性状作为评价指标。试样最终收缩量(mm)软化开始温度()；熔化开始温度()；滴下开始温度()：最高压差值(mm水柱)；滴下量(g)；残留量(g)；残留焦炭(g)。,软化温度高,碱度：碱度的提高，矿石软化熔滴性能将改善,影响炉料软化熔滴性能的因素,SiO2含量：SiO2的降低及铁品位的提高，渣量势必减小，软熔性能一般有所改善,MgO含量：MgO是提高烧结矿软熔性能十分有效的措施,还原度：高的还原度不仅可以提高其软化开始温度，而且可以提高其滴落温度。,气孔率和料层空隙度：孔率增加促进软熔前期的变形，改善还原性，提高软化温度。增加料层空隙度可以降低软化开始温度，对滴落温度影响不大，但开始滴落的收缩却明显升高。所以试验中应该要求试样的粒度均匀,生产高品位、高碱度、易还原、低FeO烧结矿和酸性MgO球团，都可以改善炉料的熔滴性能。大部分骨干企业已将还原度和低温度还原粉化率作为烧结矿的日常考核指标。大量研究认为，烧结矿、球团矿的开始软化温度高于1100，开始熔滴和滴落温度分别高于1350和低于1500。,2.1.7 小结,要求入炉铁矿石应具备以下性能：1）有较高的还原性和较低的粉化率；2）有较高的软化和滴下温度，软化到滴下的温度区间要小；3）软熔前有较好的热强度和粒度组成；4）软熔前有较高的还原率，软熔状态下有较高的还原速度；5）滴下后有较好的流动性和稳定性；6）形成的炉渣有较好脱硫能力与控制非铁元素还原能力，并且流动性要好。事实上，一般天然矿及目前人造块矿都不能同时满足上述几项要求。熔滴试验一般用于测定混合炉料的高温软化、熔滴性能，以判定不同炉料结构的优劣。,研究提高烧结矿的质量必须与其内部的矿物组成及其结构联系起来,2.2.1 矿物组成,1）磁铁矿(Fe3O4)，其含量高的烧结矿一般还原性较差，强度较好。2）赤铁矿(Fe2O3)：其含量高的烧结矿一般还原性好，强度高。3）浮氏体(FexO)：高碱度烧结矿中，FeO含量随碱度升高而降低。随着FeO含量高，烧结矿的强度一般情况下升高，还原性明显下降。低温烧结法的FeO含量与还原性无明显规律。,4）铁酸钙(CaOFe2O3)：这种矿物强度高，还原性好。5）铁橄榄石在高碱度烧结矿中的含量很少，特点是还原性差。6）钙铁橄榄石还原性较差。7）正硅酸钙或称硅酸二钙(2CaOSiO2)：是高硅型烧结矿自然粉化的主要原因，这种矿物强度也较差。8）枪晶石（3CaO2SiO2CaF2）：强度低，熔点高，粘度高，这种烧结矿的强度差。9）黄长石：属于烧结矿中的高熔点矿物，影响烧结矿的强度和还原强度。10）钙钛矿在钒钛烧结矿中常见，影响烧结矿的强度。,几种主要矿物试验结果如下：,烧结矿中几种主要矿物试验结果,单体矿物的抗压强度次序为：CaOxFeO2_x2SiO2(x=0.5)Fe3O4CaOFe2O3 Fe2O3 CaOxFeO2_x2SiO2(x=0.25)2FeOSiO2 2CaOFe2O3玻璃质。还原性次序为：Fe2O3CaOFe2O32CaOFe2O3Fe3O4 CaOxFeO2_x2SiO2(x=0.25、0.5)玻璃质2FeOSiO2，其还原率的大小与自身晶粒大小和存在的状态有关。,2.2.2 烧结矿的结构,烧结矿的结构可分为宏观结构和微观结构，主要与烧结过程生成液相量及其性质有关。,烧结矿是一个具有一定裂纹度和多孔的人造矿，在配碳量较低或正常的条件下，烧结矿可视为许多物质凝块在空间上相互接触的集合物。这些凝块的结构，无论其大小，都是相同的。这种凝块叫做单元烧结体(以后简称烧结体)。这种烧结体之间相互接触点不多，相互间被大而不规则的气孔所分开，而烧结体内则为圆形或椭圆形的小气孔。每个烧结体具有同心层结构。上图为一个具有代表性的烧结矿结构。下图为单元烧结体形成示意图。,1）宏观结构,碱度为1.1的烧结矿结构（八个单元烧结体）,(a)在烧结料中的燃料颗粒；(b)燃烧开始；(c)(d)燃料燃烧形成的液滴和产生收缩；(e)燃烧体边缘开始结晶；(f)中心区结晶后的烧结体。,单元烧结体形成示意图,用肉眼来判断烧结矿孔隙的大小，孔隙分布及孔壁的厚薄。可分为：（1）粗孔蜂窝状结构。（2）微孔海绵状结构。（3）松散状结构。燃料用量低、液相数量少，烧结料颗粒仅点接触粘结，故烧结矿强度低。依烧结条件主要是烧结温度的不同，宏观上可以产生出两种形态的烧结矿结构。均质结构就是肉眼看上去烧结矿的外观均匀，这是在较高温度下(如1300以上)烧结而成的，而在较低的烧结温度下，则生成非均质结构。,2）微观结构,（1）粒状结构（2）斑状结构（3）骸晶结构（4）共晶结构（5）熔蚀结构：常在高碱度烧结矿中出现，是高碱度烧结矿的结构特点。它是晶粒细小、多为浑圆形状的磁铁矿熔蚀残余他形晶与铁酸钙粘结形成的。（6）交织结构：含铁矿物与粘结相矿物彼此发展或者交织构成，此种结构的烧结矿强度最好,2.2.3 矿物组成及显微结构对烧结矿质量的影响,烧结矿显微结构中磁铁矿和赤铁矿的颗粒大小、粘结相矿物组成、显微结构的均匀性都影响着烧结矿的质量。晶粒细小的磁铁矿和赤铁矿与大颗粒的磁铁矿和赤铁矿相比具有更好的还原性能。烧结矿的矿物与粘结相的矿物组成越简单，显微结构越均匀烧结矿的质量越好。烧结矿的矿物组成和显微结构与粘结相的发展程度、结晶条件、粘结相矿物的强度和还原性等有关。,1)对机械强度的影响 非熔剂型烧结矿：斑状或共晶结构，强度好。熔剂型烧结矿：斑状结构，强度较差。高碱度烧结矿：熔蚀或共晶结构，磁铁矿与铁酸钙一起固结，具有良好的强度。各因素对烧结矿强度的影响如下：（1）原料的粒度 粒度过大，在烧结过程中未能熔融或被矿化，特别是CaO残余物的存在，遇水后形成Ca(OH)2，造成烧结矿破裂,（2）烧结矿矿物组成中矿物的强度 磁铁矿、赤铁矿、铁酸一钙及钙铁橄榄石强度较高；其次为铁橄榄石及铁酸二钙；玻璃质的强度最低，分布在钙铁橄榄石及铁橄榄石结晶体中间的整体及单一玻璃质影响强度最严重。要使烧结矿强度增加，就要从结构上消除这些玻璃质以及尽可能使它转变为结晶体。（3）矿物组成和结构形成过程中伴随产生的内应力。原因：烧结矿块表面与中心温差的存在而产生的内应力，各相不同的热膨胀系数而引起的矿相之间的应力和正硅酸钙的多晶转变引起的相应力。,正硅酸钙的多晶转变：-C2S转变为-C2S时，体积膨胀12%；当-C2S转变为-C2S时，体积膨胀10%，在烧结矿内部产生很大的应力，导致烧结矿的粉化。抑制方法：加入P2O5、B2O3 阻止-C2S-C2S的转变。研究表明，在超高碱度烧结矿中（碱度34）有20%25%的2CaOSiO2未粉化，主要就是由于铁酸钙粘结相机械阻止的缘故；还可以在8501430的温度范围内对烧结矿进行淬火，在高速冷却下，使正硅酸钙在常温下保持住-C2S稳定晶形。,各种矿物的机械强度：磁铁矿、赤铁矿、铁酸一钙、铁橄榄石、铁黄长石有较高的抗压强度；其次则为钙铁橄榄石、钙镁橄榄石及铁酸二钙。研究表明：铁酸钙的抗压强度为363N/cm2，玻璃相仅为46N/cm2。因此在烧结矿的结构中应尽量减少玻璃相的形成，这有利于提高烧结矿的强度。,2)对还原性的影响 矿物还原性：赤铁矿、磁铁矿、铁酸半钙、铁酸一钙容易还原，铁酸二钙、铁铝酸四钙还原性稍低，而玻璃相、钙铁橄榄石、特别是铁橄榄石是难还原的矿物。随着烧结矿的碱度提高，气孔率增加，铁橄榄石被钙铁橄榄石和铁酸钙所代替，它强度及还原性都好。但烧结矿在碱度2.02.5以上时，还原性由于铁酸二钙出现而变坏。还原性好坏与矿物晶体大小、分布情况、粘结相的多少及气孔率有关。,3)对低温还原粉化率的影响 根本原因是：烧结矿中的再生Fe2O3在低温(450550)时，由-Fe2O3还原成-Fe2O3时，由于前者为三方晶系六方晶格，而后者为等轴晶系立方晶格，晶格转变造成结构扭曲，产生极大的内应力，导致在机械作用下严重的破裂。还原过程中产生的内应力主要是由烧结矿中赤铁矿逐级还原时体积膨胀引起的。1000时，赤铁矿在被CO-CO2混合气体还原过程中体积变化如下：Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe相对体积%100 125 132 127,烧结矿的冶金性能主要决定于矿物组成和结构在高温还原条件下的稳定性。日本和澳大利亚等国在铁酸钙理论研究的基础上指出，对于赤铁矿粉烧结，理想的烧结矿矿物组成和结构应有部分未反应的残留赤铁矿(约40)，和以硅铝铁酸钙(SFCA)针状结晶作为主要粘结相(约40)非均相结构。这种烧结矿具有高还原性、良好的低温粉化性及高的冷强度。,2.3.1常温转鼓强度,测试方法：将足量的样品全部用五级振动筛，计算出80mm，8060mm，6040mm，4025mm和25mm五个粒度等级的焦炭所占期总量的百分数，按其比例取样50kg。（80年的标准：将50公斤粒度大于60毫米焦炭的焦炭试样）装入1m转鼓中，以50转每分钟的转速转100转（4分钟）后，用孔径是40毫米（或25毫米）的筛子筛分，测量大于40毫米（或25毫米）的焦炭重量，占入鼓焦炭总重量的百分比，记作M40(或M25）。,2.3.2焦炭反应性CRI和反应后强度CSR,焦炭反应性：以损失的焦炭质量占反应前焦样总质量的百分数表示。反应后强度：以转鼓后大于10mm粒级焦炭占反应后残余焦炭的质量百分数表示。CRI(%)=(m-m1)m100%CSR(%)=m2m1100%式中：m焦炭试样质量，g；m1反应后残余焦炭质量，g。m2转鼓后大于10mm粒级焦炭质量，g。,测试方法：1）制样：按GB/T1997规定的取样方法，按比例取大于25mm焦炭20Kg，弃去泡焦和炉头焦。用颚式破碎机破碎、混匀、缩分出10kg，再用25mm、23mm圆孔筛筛分，大于25mm的焦块再破碎、筛分。取23mm筛上物，去掉薄片状焦和细条状焦，保留较厚片状焦和较粗条状焦，并将较厚片状焦和较粗条状焦用手工修整成颗粒状焦块，用23mm圆孔筛筛分后与未经过修整的颗粒状焦块混匀。缩分得焦块2kg，分两次(每次1kg)置于I型转鼓中，以20rmin的转速，转50r，取出后再用23mm圆孔筛筛分，将筛上物缩分出900g作为试样，用四分法将试样分成四份，每份不少于220g。将制好的试样放入干燥箱，在170180温度下烘干2h，取出焦炭冷却至室温，称取200g0.5g待用。,2）设备及步骤：,1 高铝外丝管；2电阻丝；3和4 轻质高铝砖；5 炉壳；6 脚轮；7 炉盖；8绝缘子,第一步：装料 反应器底部铺高铝球，当使用高铝质反应器时，装入已备好的200 g0.5g焦炭试样约一半的颗粒，然后插入热电偶套管，再装入另一半焦炭，将热电偶套管穿过反应器盖子上的中心孔，盖上反应器盖子。四周围上保温棉，减少散热。第二步:升温 当料层中心温度达到400时，以0.8L/min的流量通氮气保护；当中心温度达到1050时，接通带预热装置的二氧化碳减压表的电源插头，预热二氧化碳气瓶出口处，保证二氧化碳气体稳定流出。当料层中心温度达到1100时，切断氮气，改通二氧化碳，流量为5Lmin，反应2h。通二氧化碳后料层温度应在5minl0min内恢复到11005。,反应2h，停止加热。切断二氧化碳气路，改通氮气，流量控制在2Lmin。焦炭冷却到100以下，停止通氮气。取出，称量、记录。第三步：转鼓 将反应后的焦炭全部装入转鼓内，以20rmin的转速共转30 min。总转数为600r。然后取出用10mm圆孔筛筛分、称量筛上物质量、记录。鼓体：用外径140mm，厚5mm6mm的无缝钢管加工而成。鼓内净长度700mm，直径130mm，鼓盖厚5 6mm。,1 鼓体；2 马达；3 减速机；4 机架,1、烧结的作用利用贫矿和粉矿 改善铁矿石的冶金性能 利用钢铁厂的废弃物 可去除有害物质,富矿粉和贫矿富选的铁精粉,高炉炉尘、转炉炉尘、加工铁屑、轧钢皮,人造富矿冶金性能好，粒度合适高炉可少加石灰，降低热量,图1 带式烧结机烧结过程,2、抽风烧结过程,图2 烧结过程的烧结矿层分布示意图,特点：烧结矿层 燃烧层 干燥预热层 过湿层 混合料层和铺底料,表层，小于1100，厚度逐渐增加，烧结完成时则全部都是。主要反应：空气预热；烧结矿冷却；液相结晶固结。,7001350或1500，厚度为15-80mm。温度最高，透气性最差。主要反应：燃料燃烧；软熔；氧化；还原；分解等。,露点700，升温速度快。主要反应：水分蒸发；燃料加热；固相反应；结晶水分解；部分碳酸盐分解。,露点以下至露点。水汽重新凝结于混合料中，产生过湿，透气性差。,1、水分的作用2、蒸发和凝结的条件蒸发：实际PH2OPH2O（饱和蒸汽压）,有利于混合料造球；水膜使料表面变光滑；改善换热条件。,3、蒸发100时：PH2O=0.1013MPa(1atm)实际上：烧结料层中PH2O0.9atm 4、凝结,烧结过程中汽化在120125完成的原因：1）烧结过程传热速度快，烧结混合料快速加热。2）分子水与固体颗粒之间的结合力大，不易去除。,实际为水分的再分布，温度是露点：PH2O=PH2O烧结过程中露点一般为5060，消除水分凝结的措施是将混合料温提高到露点以上。（过湿现象对料层的透气性不利）,现场消除过湿的措施：1）预热混合料2）提高烧结混合料的湿热容量3）低水分烧结,加入消石灰,5、结晶水分解 分解吸热，增加燃料消耗。褐铁矿：250300分解。高岭土（Al2O3SiO22H2O）：400开始分解，500600大量分解，完成去除结晶水要到1000左右。,使用结晶水物料，应适当增加燃料用量,1、分解规律 CaCO3=CaO+CO2 MgCO3=MgO+CO2影响碳酸盐分解的因素：烧结温度高，有利于分解。石灰石粒度小，有利于分解（要求小于3mm）。杂质（Al2O3、SiO2、Fe2O3）少，有利于分解。活性高，有利于分解（使用新破碎）。,2)矿化作用定义：CaO与烧结料中的其他矿物（Al2O3、SiO2、Fe2O3）发生反应，生成新化合物的过程。实质：固化反应，形成CaOSiO2、CaOFe2O3等；白点的危害：烧结矿储存过程易产生消化反应 CaO+H2O=Ca(OH)2 体积膨胀而粉化。在高炉槽下筛除，影响烧结矿的碱度。,影响矿化作用的因素：烧结温度高，有利于矿化石灰石粒度小（要求小于3mm），有利于矿化；矿粉粒度小，有利于矿化；活性高，有利于分解（使用新破碎）,1、特征 1）C少而均匀，与空气接触困难。重量比3%5%，体积比10%左右。2）传热条件好。抽风过程且燃烧集中在温度最高的燃烧层。3）具有一定量的空气过剩系数：=实际耗氧/理论耗氧,2、燃烧过程 完全燃烧与不完全燃烧同时存在 xC+yO2=nCO+mCO2 t 978 CO稳定；t=12001300 CO/CO2=1，一级反应 t=15001600 CO/CO2=2，零级反应,烧结废气成分：CO、CO2、N2、H2、O2,3、空气过剩系数（）：定义=实际耗氧/理论耗氧 计算：=N2/（N2-3.762O2）根据空气过剩系数可以计算烧结漏风率：=（2-1）/2100%,漏风率一般为4060%，降低漏风率是发挥现有烧结机增产能力的重要途径,4、烧结料层的气氛条件(根据废气成分确定)烧结过程中：自由氧为2%6%，是氧化性或弱氧化性气氛，但在固体燃料表面附近，则是还原性气氛。,烧结过程宏观上氧化性气氛；微观上有还原性气氛,固体燃料数量越多、粒度越细还原气氛越强，要求固体燃料粒度小于3mm70%。,5、固体碳燃烧速度：处于扩散速度范围内固体燃料粒度降低，气流速度提高，气流中含氧增加增加燃烧反应的速度。,增加风量强化燃烧过程和增加烧结速度,1、烧结过程的温度分布自动蓄热作用：热烧结矿将热量传给气体，气体温度上升，然后气体将热量带给下层烧结料，这种现象称为自动蓄热作用。影响：自动蓄热作用对燃烧带的温度影响很大，可以提供燃烧带全部热量的38%40%以上。料层越厚，自动蓄热作用越强。废气温度变化：废气温度在预热层和干燥层迅速降低；过湿层废气和混合料温度变化不大。,2、高温区对烧结过程的影响垂直烧结速度：燃烧带（高温区）向下移动的速度（本质，但实际上没有该速度，只有台车运行速度）。与料层内的风量（料层透气性）成正比；是决定烧结矿产量的重要因素。,垂直烧结速度、高温区的温度水平、高温区的厚度对烧结过程影响很大垂直烧结速度产量的决定因素。高温度的温度对烧结矿的机械强度影响很大。,3、影响垂直烧结速度的因素1）凡能增加风速的因素即可增加垂直烧结速度2）烧结料性质 3）工艺因素,烧结料的热容量大、导热性好、粒度小、吸热反应发展增加烧结料吸收热量的能力高温区的移动速度变慢,增加水分和石灰石用量增加了吸热反应，但改善了透气性，风速增大，其风速增加超过吸热影响垂直烧结速度增大。,4、高温区温度和厚度1）高温区的温度水平：决定于高温区的热平衡和气流与物料间的传热条件。,Q1：空气显热，kJ。Q2：烧结过程中燃料燃烧放热以及所发生的各种反应的热效应总和，kJQ3：从烧结上层下来的废气中吸收的热量，kJ。Q4：废气带走的热量，kJ。Q5：高温区热损失，kJm：高温区物料重量，kg。C：烧结料比热，kJ/kg.。,2）高温区的厚度：高温区是料层透气性最差的一层，高度在15 80mm范围内。3）影响因素配碳量增加，两者均增加。返矿用量增加，提高高温区温度。石灰石用量 增加，Q2下降，T降低燃料粒度：增大，降低燃烧速度，改善透气性，T降低，但厚度增大。燃烧速度与传热速度的配合：,烧结过程合理的加热制度：保证料层上、下部具有合理而均匀的温度和保证烧结矿层具有较慢的冷却速度。,1、表示方法 在料层高度和抽风量不变的条件下，透气性可用气体通过料层的压力差P表示。P大，透气性差；P小，透气性好。即：气体流动阻力 P=f(、w、d、H),、w、d、H：分别为孔隙度、气体流速、物料直径、料层高度。,2、透气性的变化规律：先增大，后平稳，再降低的过程,3）改善透气性的主要措施改善烧结料粒度和成球效果 控制混合料水分 添加剂的使用增加有效风量,适当的粗粒度，可增加孔隙率，改善透气性实际生产：精矿粉+富矿粉+返矿；,返矿的作用？,采用大风量、高负压、厚料层操作,1、Fe2O3：热分解和还原3Fe2O3=2Fe3O4+1/2O2 热分解，1300以上发生3Fe2O3+CO/H2=2Fe3O4+CO2/H2O 还原，CO的平衡浓度很低。若保留原状不动，则要求低温并没有还原气氛；若固相反应形成CaOFe2O3系列化合物，则难还原，含量低。,2、Fe3O42Fe3O4+3SiO2=3(2FeOSiO2)+O2 Fe3O4+CO=FeO+CO2 900,平衡CO/CO2=3.47氧化成Fe2O3条件：料层透气性好，配碳量比较低，氧化反应是放热反应。,3、FeO在烧结过程中还原比较困难，只有在配碳量特别高时才有可能。在烧结过程中可以被氧化成Fe3O4，条件是料层透气性好，配碳量比较低，供氧充足。既不氧化也不还原；更有可能形成2FeO SiO2,4、锰氧化物 MnO2和Mn2O3易进行热分解，比Fe2O3容易 Mn3O4不易进行热分解，但可还原成MnO；MnO不易还原，且比FeO还困难 注：烧结矿中锰一般认为以MnO和Mn3O4形式存在，但Mn3O4含量低，处理起来认为是MnO。,5、降低FeO的条件目的：降低烧结矿中的铁橄榄石（2FeOSiO2）的含量，提高矿石的还原性；原因：高炉内高价铁氧化物与还原气体发生间接还原，可以降低焦比；降低FeO的措施：降低配碳量；热风烧结；提高料层厚度；降低燃料粒度，改善料层透气性；降低SiO2含量；提高CaO含量。,6、提高烧结矿强度的措施1）优化原料结构2）提高碱度3）控制MgO含量4）适当提高FeO含量5）改善熔剂质量,1、固相反应的特点和条件 固相反应是反应物旧晶格被破坏和新相晶格的形成过程。条件：温度、晶格的不完整特点：1）放热反应 2）相对位置保持不变,3）抽风过程，反应时间极短；4）非熔剂型烧结固相反应的特点；5）熔剂型烧结固相反应的特点；6）固相反应产物不等于最终矿相产物。,最终产物：在燃料一定时，主要决定于碱度；当燃料低，液相少时，固相反应的产物才直接转入成品。,2、影响固相反应的因素矿粉粒度：颗粒细，易固相反应，接触面积大；粗不宜固相反应；混匀程度：越均匀越有利于发生固相反应；燃料用量：主要是固体燃料，意味着产生的气氛有变化。,3、常见的固相反应及产物赤铁矿非熔剂性,3、常见的固相反应及产物赤铁矿熔剂性,3、常见的固相反应及产物磁铁矿非熔剂性,3、常见的固相反应及产物磁铁矿熔剂性,4、影响液相生成量的主要因素烧结温度高，液相量大；碱度高，液相量大；FeO含量：配碳量大，还原性气氛多，FeO多，熔点下降，液相量大；SiO2含量高，液相量大；（生产中SiO2含量如小于5%，液相不足）。,5、几种液相体系特点 铁氧（Fe-O）体系FeO-SiO2体系CaO-SiO2体系CaO-Fe2O3体系 CaO-FeO-SiO2体系,1）铁氧（Fe-O）体系高品位烧结矿的主要粘结相，脉石成分比较小。高品位烧结矿的主要缺点