钢铁冶金第二章高炉炼铁原料课件.ppt
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1、第二章高炉炼铁原料,2.1 铁矿石和燃料2.2 烧结矿 2.3 球团矿2.4其它固结方法,几个基本概念1)富 矿:含铁品位50%的铁矿石;2)贫矿:实际含铁量低于理论含铁量70%的铁矿石称贫矿(必须经过选矿后使用)。3)块矿和粉矿 4)精矿:贫矿经过破碎、细磨,并通过磁选或浮选得到的高品位细 粉状矿石(TFe6068%),2.1 铁矿石和燃料,2.1.1 铁矿石,Magnetite,磁铁矿,Hematite,赤铁矿,Limonite,褐铁矿,菱铁矿,各类铁矿石图,Siderite,Pyrite,Goethite,针铁矿(Fe2O3*H2O),黄铁矿,各类铁矿石含量及冶炼性能,铁矿石的评价,A
2、成分品位:含铁量,理论上品位1%,焦比2%,产量 3%脉石成分:SiO2、Al2O3越低(须重视Al2O3),MgO 越好有害杂质和有益元素:S、P、Pb、Zn、As、K、Na、Cu、Mn、V、Ni、Cr、Nb B 强度和粒度 强度易粉化影响高炉透气性,不同粒度应分级入炉;C 还原性:铁矿石被CO、H2还原的难易程度,影响焦比;D 化学成分稳定性:TFe波动0.5%,SiO2 0.03%混匀的重要性(条件:平铺直取原料场应足够大);,铁矿石的准备处理,破碎筛分混匀焙烧选矿造块,磁选机,输送机,粗破,球磨机,烧结球团,烧结矿,烧结矿及烧结球团,2.1.2(助)熔剂,(1)作用:形成低熔点易流动的
3、炉渣、脱S(碱性熔剂)调整成分。(2)种类:,(3)熔剂的质量要求碱性氧化物含量(CaO+MgO52%)概念:石灰石有效熔剂性能用CaO(有效)表示CaO(有效)=CaO(石灰石)-RSiO2(石灰石)S、P S(0.010.08%),P(0.0010.03%)减少CaCO3入炉:原因:a.高温分解吸热 b.CO2+C=2CO c.CO2会冲淡CO浓度造成焦比K增加。,2.1.3 高炉燃料,A.焦炭主要作用:作为高炉热量主要来源的6080%,其它热风提供 提供还原剂C、CO 料柱骨架,保证透气性、透液性质量要求:含炭量:C灰份渣量、强度、反应性 焦比 含S量:生铁中S80%来源于焦碳 强 度:
4、M40、M10(转鼓指数)成分稳定(特指水分):干熄焦技术(宝钢)焦炭反应性:C+CO2=2CO(H2O或O2)开始反应位置的高低快慢影响间接还原区的范围,从而影响焦比。,焦炉,焦炭,B.喷吹燃料,焦煤减少,价格上升,寻找替代能源(1)气体燃料 天然气、焦炉煤气、热转化气(裂化石油气、重油裂化气等)(2)液体燃料 重油、柴油、焦油(3)固体燃料 煤-无烟煤、烟煤、褐煤,2.2 烧结矿,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。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
5、的碱度,高炉可不加或少加石灰石。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。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。,生产烧结矿,2.2.1 烧结矿质量评价,对烧结矿质量的要求是:品位高,强度好,成分稳定,还原性好,粒度均匀,粉末少,碱度适宜,有害杂质少。1)强度和粒度 国内外多采用标准转鼓的鉴定方法来确定烧结矿强度。取粒度25150mm的烧结矿试样20kg,置于直径1.0m,长0.65m的转鼓中 转鼓指数=(1-A/20)1
6、00%式中A-试样中小于5mm部分的重量,kg。显然转鼓指数愈大,烧结矿强度愈好。一般要求烧结矿的转鼓指数大于75%。,2)还原性 生产中习惯用烧结矿中的FeO含量表示还原性。3)碱度 烧结矿碱度一般用R=CaO/SiO2表示,按照碱度的不同,烧结矿可分为三类:A)酸性(或普通)烧结矿 碱度(如R0.9)低于炉渣碱度。B)自熔性烧结矿 碱度(1.01.4)等于或接近炉渣碱度。C)熔剂性烧结矿 碱度(1.4)明显高于炉渣碱度 高碱度(2.03.0)超高碱度(3.04.0)烧结矿。为了改善炉渣的流动性和稳定性,烧结矿中常含有MgO(如23%或更高),使渣中MgO含量达到78%或更高,促进高炉顺行。
7、,鼓风烧结法(平地吹土烧法、烧结锅、带式烧结机)抽风烧结法(间隙式 固定式及移动式烧结盘)(连续式 环式及带式抽风烧结机)目前世界各国90%以上的烧结矿由抽风带式烧结机生产,其他烧结方法有回转窑烧结,悬浮烧结,抽风或鼓风盘式烧结和土法烧结等。各法生产工艺和设备尽管有所不同,但烧结基本原理基本相同。下面着重以带式抽风烧结法来论述。,2.2.2 烧结反应过程,带式抽风烧结机,带式抽风烧结机,烧结矿冷却机,气体混合室,分离器,分离器,再循环罩,液化气体,带式抽风烧结机,烧结生产一般工艺流程,精矿、粉矿(010mm),石灰石、白云石(800mm),碎焦、无烟煤(250mm),瓦斯灰、轧钢皮(100mm
8、),破 碎,筛 分,破 碎,配 料 皮 带,一 次 混 料(混匀),二 次 混 料(制粒),布 料,点火器,烧 结 机,除 尘,破 碎,抽 风,筛 分,烟 筒,冷 却,整 粒,高炉矿槽,3mm,30mm,水,水蒸汽,烟道灰,灰 尘,热返矿,冷返矿,冷返矿,30mm,大气,高炉,1)烧结过程,2)烧结过程的主要反应,2.2.3 烧结矿固结机理,1)一般固相反应 粉状物料在熔化之前,固体颗粒在它们的接触界面上发生化学反应,反应产物也是固相。特点(1)固相反应速度决定于温度,温度越高反应速度越快;(2)固相反应速度与反应物颗粒大小成反比,反应速度常数与颗粒半径平方成反比;增加紧实度有利于提高反应速度
9、。(3)固相反应是放热反应,反应的最初产物与反应物的数量无关。要想得到组成与反应物质量相当的最终产物,在大多数情况下需要很长时间。(4)添加活性物质,促进固相反应,可以解决难烧结矿的矿粉。CaOFeOSiO2、CaO3Fe2O3SiO2、CaOFe2O3(烧结、机械混合),2)烧结料层中的固相反应(1)定义:混合料在烧结过程中随温度升高,矿物(Fe2O3、Fe3O4、CaO、SiO2、MgO、Al2O3等)之间以固态形式进行反应,生成新的低熔点复杂化合物,化合物与化合物之间形成熔点更低的共熔体。,固相反应只为液相的生成提供条件。,矿物熔点(),Fe2O3不与SiO2反应Fe3O4不与CaO反应
10、控制烧结气氛产生粘结物(碳的分布)。,烧结料颗粒间的固相反应,(2)固相反应最初形成的化合物的组成与反应物比例无关 两种反应物无论以何种比例混合,反应的最初产物总是一种。如以1:1混合的CaO和SiO2,最初产物不是CaOSiO2,而是2CaOSiO2。要想得到与反应物质量比相当的最终产物,需要很长时间。烧结过程中由于加热速度快(从500加热到1500不超过3min),在高温区停留时间短,通常得不到与反应物质量比相对应的产物。因此,对烧结过程有实际意义的是固相反应开始温度和反应的最初产物(最初产物对液相的形成具有贡献)。,不同固相之间的第一个反应产物,例如:CaOSiO2系中的化合物有 2 C
11、aOSiO2 正硅酸钙 3 CaOSiO2 不稳定化合物(1225以下分解成2CaOSiO2和CaO)3 CaO2SiO2 硅钙石 CaOSiO2 偏硅酸钙(硅灰石),CaO,SiO2,CaO,SiO2,SiO2,CaO与SiO2接触带固相反应结构示意图(CaO:SiO2=1:1),反应温度1000(该温度下没有3CaOSiO2生成),3CaOSiO2 2CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaO2SiO2 CaOSiO2 SiO2,3CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaO2SiO2,CaO,2CaOSiO2,3CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaO2SiO2 CaOSiO2 SiO2
12、,CaOSiO2 SiO2,2CaOSiO2,CaOSiO2,3CaO2SiO2,4 8 12 16(h),100,80,60,40,20,主要的固相反应开始出现温度,主要的固相反应开始出现温度,液相的生成是铁矿石烧结造块的基础,当料层温度升高时,低熔点矿物以及矿物间的共熔体生成熔融状态的液相。液相的性质和数量对烧结矿的强度和还原性影响很大。,(1)非熔剂(酸性)性烧结矿的主要液相系,酸性烧结料的组成:Fe2O3、Fe3O4、SiO2 酸性烧结矿成矿过程的主要液相系:FeOSiO2 FeO-SiO2:2FeOSiO2是酸性烧结矿的主要粘结相,随FeO熔入液相,液相熔点下降;FeOFe3O4(纯
13、磁铁矿烧结时的主要粘结相)Fe3O42FeOSiO2:随Fe3O4熔入液相,液相熔点升高。,3)烧结矿的液相反应,a)FeOSiO2体系:固相反应产物:2FeOSiO2(FeO72%、SiO2 28%,数量比较少)熔点1205共晶系:2FeOSiO2FeO(FeO76%、SiO2 2.4%)熔点1177 FeO-SiO2体系形成条件:较高的温度(矿石中SiO2很少,即使全部形成2FeOSiO2,产生的液相量很少,提高温度让更多的FeO熔入液相);较强的还原气氛,使Fe3O4还原成FeO 2Fe3O4+3SiO2+2CO=3(2FeOSiO2)+2CO2 在酸性烧结矿中,足够的铁橄榄石液相数量是
14、保证烧结矿强度必须的。,Fe2O3不与SiO2反应,此体系有一个低共熔点:2FeOSiO2(83%)Fe3O4(17%)熔点1142,比铁橄榄石熔点还低,因而它在烧结过程中首先形成液相。随物料中Fe3O4逐渐溶入液相,液相的熔点升高。当液相达到影线部分时,大部分Fe3O4(70%左右)熔入液相中。因此,在烧结酸性烧结料时,要在固体物料熔入液相前需加热到很高温度,所以要求较 高的配碳量。当高温的液相冷却时,在阴影部分的液相首先析出磁铁矿晶体,液相中铁橄榄石成分不断增加,当温度继续下降,以铁橄榄石占主要成分的液相最后凝固在磁铁矿晶体周围,形成粒状结构。,b)Fe3O42FeOSiO2体系,Fe2O
15、3不与SiO2反应x,(2)自熔性烧结矿的主要液相系二元碱度R=1.01.4,烧结料中加入相当数量的CaO自熔性烧结料组成:Fe2O3、Fe3O4、CaO、MgO、SiO2 成矿过程的主要液相体系:CaO-SiO2、CaO-FeO-SiO2、CaO-MgO-SiO2、CaO-SiO2-Al2O3-FeO、2 CaOSiO2-2FeOSiO2 a)硅酸钙(CaO-SiO2)系主要化合物:2 CaOSiO2 正硅酸钙 熔点2130 开始形成温度500690 3 CaOSiO2 硅酸三钙 在12502070稳定,1250以下分解 3 CaO2SiO2 硅钙石在1464分解成2 CaOSiO2+L C
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