球團(tuán)理論與工藝7特殊球團(tuán)法.ppt

1、7 特殊球團(tuán)法,7.1 金屬化球團(tuán)礦,7.1.1 概述,金屬化球團(tuán)礦是將生球或經(jīng)氧化焙燒后的球團(tuán)礦，在還原裝置中用還原劑（固體和氣體）進(jìn)行預(yù)還原，除去鐵礦石中鐵氧化物的含氧量，從而可得到有一部分或絕大部分氧化鐵轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘勹F的球團(tuán)礦,7 特殊球團(tuán)法,金屬化程度較低（2050%）和酸性脈石較高的球團(tuán)礦，一般用于煉鐵的原料。 若作為電爐煉鋼的原料，金屬化程度一般較高（7090%以上），且酸性脈石要求愈少愈好,7.1 金屬化球團(tuán)礦,7.1.1 概述,金屬鐵增加10%，焦比降低5-6%，生產(chǎn)率提高5-9,7 特殊球團(tuán)法,7.1.2 金屬化球團(tuán)礦還原機(jī)理,氧化球團(tuán)礦的還原是逐段呈帶狀發(fā)展的。 逐段是氧化鐵

2、與還原劑作用時(shí)，還原經(jīng)過 Fe2O3Fe3O4FeOFe（570以上） 或Fe2O3Fe3O4Fe（570以下）等階段完成。 呈帶狀是還原時(shí)，每個(gè)上列氧化物相形成包圍價(jià)數(shù)比較高的氧化鐵，而中心是未還原的最高價(jià)氧化鐵（Fe2O3或Fe3O4），最外層是金屬鐵,1）金屬化球團(tuán)礦還原過程,7 特殊球團(tuán)法,7.1 金屬化球團(tuán)礦,7.1.2 金屬化球團(tuán)礦還原機(jī)理,但是當(dāng)球團(tuán)較小時(shí)及氣體還原劑能自由穿透整個(gè)球團(tuán)，或者球團(tuán)內(nèi)配有固體還原劑時(shí)，還原僅具有逐段性，而沒有明顯的呈帶性,隨著還原反應(yīng)向球團(tuán)中心推移，外層的金屬鐵層及次層低價(jià)氧化鐵層的厚度不斷增加，而內(nèi)層的較高價(jià)氧化鐵層則依次縮小,7 特殊球團(tuán)法,7.

3、1.2 金屬化球團(tuán)礦還原機(jī)理,氣體還原劑，氧化鐵的還原有兩種機(jī)理起決定性作用： 1）在固體與氣體間的相界反應(yīng)； 2）在固體反應(yīng)劑相界上及其內(nèi)部由于金屬鐵向較高含氧量區(qū)域擴(kuò)散而產(chǎn)生固相反應(yīng),快速還原時(shí)，球團(tuán)外表形成一層多孔的金屬鐵，還原氣體可以在固相層內(nèi)擴(kuò)散，在FexO/Fe界面上，浮士體被還原為金屬鐵，鐵離子向被還原的鐵氧化物內(nèi)擴(kuò)散，使較高級(jí)鐵氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低級(jí)的鐵氧化物，受FexO/ Fe界面反應(yīng)所控制,2）氣體還原劑對(duì)氧化鐵的還原機(jī)理,7 特殊球團(tuán)法,若外表面形成一層比較致密的金屬鐵層時(shí)，還原氣體無法進(jìn)入到球團(tuán)礦內(nèi)部，只能發(fā)生由球團(tuán)表面除去氧的反應(yīng)。而氧化鐵的還原則是通過Fe2（Fe3）和

4、O2-在固相產(chǎn)物層晶格內(nèi)的擴(kuò)散進(jìn)行的，反應(yīng)速度受這些離子擴(kuò)散控制的影響,7.1.2 金屬化球團(tuán)礦還原機(jī)理,2）氣體還原劑對(duì)氧化鐵的還原機(jī)理,7 特殊球團(tuán)法,還原劑為固體燃料時(shí)， 1）在不與鐵礦物混合制成球團(tuán)礦，而以單獨(dú)的方式噴射入還原設(shè)備的高溫區(qū)內(nèi)（回轉(zhuǎn)窯），則煤粉燃料將受高溫作用而氧化成煤氣，此時(shí)的還原過程基本上與氣體還原劑相同。 2）若將固體還原劑經(jīng)細(xì)磨后，混勻到球團(tuán)內(nèi)部，呈均勻分布，還原過程則時(shí)氧化鐵與碳直接發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)較低級(jí)鐵氧化物和CO,7.1.2 金屬化球團(tuán)礦還原機(jī)理,3）固體還原劑對(duì)氧化鐵的還原機(jī)理,7 特殊球團(tuán)法,當(dāng)反應(yīng)溫度高于9001000時(shí)，只要球團(tuán)礦內(nèi)有足夠數(shù)量的固體還

5、原劑，則直接還原產(chǎn)生的CO的濃度，從球團(tuán)中心到外表都超過Fe2O3和CO反應(yīng)生成Fe和CO2時(shí)所需的CO平衡濃度。 此時(shí)，在球團(tuán)內(nèi)部氣相中的CO和CO2的比值，接近固體碳?xì)饣磻?yīng)的平衡值，這樣就可防止外表金屬鐵被CO2再度氧化,7.1.2 金屬化球團(tuán)礦還原機(jī)理,3）固體還原劑對(duì)氧化鐵的還原機(jī)理,為什么鐵氧化物不與碳反應(yīng)生成CO2,7 特殊球團(tuán)法,7.1.3 金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝,塊礦/球團(tuán),粉礦,固態(tài),液態(tài),煤,煤氣,按還原劑和鐵礦石種類分直接還原工藝,7 特殊球團(tuán)法,7.1.3 金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝,不同直接還原工藝的主要特點(diǎn)比較,7 特殊球團(tuán)法,7.1.3 金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝,1）回轉(zhuǎn)窯法（S

6、L-RN法,含鐵原料采用塊礦或氧化性球團(tuán)礦,7 特殊球團(tuán)法,含鐵原料為粉礦或精礦,7.1.3 金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝,1）回轉(zhuǎn)窯法,任何還原劑在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，也是產(chǎn)生熱量的主要來源。 要求固體還原劑灰分熔點(diǎn)高、含硫量低,7 特殊球團(tuán)法,無煙煤作還原劑時(shí)，必須添加天然氣或重油作輔助燃料來提高窯內(nèi)溫度； 煙煤和褐煤等高揮發(fā)分還原劑，因可產(chǎn)生大量可燃?xì)怏w，無須加輔助燃料，但因有一部分可燃?xì)怏w在沒有完全燃燒以前就排出窯外，故使熱量消耗要比無煙煤使用時(shí)高,褐煤能得到最高的金屬化程度，而無煙煤得到的產(chǎn)品強(qiáng)度最好,回轉(zhuǎn)窯法對(duì)礦石粒度的要求，由其還原性而定。塊礦平均粒度為515mm（易還原的可達(dá)20mm），球團(tuán)礦的粒

7、度約515mm。 回轉(zhuǎn)窯內(nèi)最高溫度限制在1100左右,7.1.3 金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝,1）回轉(zhuǎn)窯法,7 特殊球團(tuán)法,7.1.3 金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝,2）豎爐法（“Midrex”法,還原劑主要是天然氣，最終產(chǎn)品的金屬化程度可達(dá)95左右，多作煉鋼用原料,豎爐分作兩部分，上部進(jìn)行預(yù)還原，溫度保持在8001200之間，時(shí)間約為1.2h左右。下部通入冷惰性氣體進(jìn)行循環(huán)冷卻，可使產(chǎn)品冷卻到85,7 特殊球團(tuán)法,7.1.3 金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝,3）豎罐法（“HYL”法,生產(chǎn)過程為間歇式，非連續(xù)性生產(chǎn)，采用四個(gè)罐交替進(jìn)行反應(yīng)，依次輪流進(jìn)行主還原， 次還原（部分還原）， 冷卻和裝卸料等四個(gè)階段,每一個(gè)反應(yīng)器每一

8、階段需要3h，整個(gè)循環(huán)的總時(shí)間為12h,7 特殊球團(tuán)法,7.1.3 金屬化球團(tuán)生產(chǎn)工藝,4）帶式機(jī)法（D-LM法,固體還原劑與鐵礦石共同配料細(xì)磨后造球，然后給到帶式機(jī)上進(jìn)行干燥和還原焙燒，總共時(shí)間不到12min。 也可以將已固結(jié)的氧化性球團(tuán)礦進(jìn)行還原焙燒，還原劑多用氣體。但這種方法由于還原焙燒時(shí)間短，故最終產(chǎn)品的金屬化程度很低，一般僅有1850左右，這種產(chǎn)品通常只能用作煉鐵原料。 球團(tuán)礦利用循環(huán)熱廢氣進(jìn)行干燥，預(yù)熱和還原則用燃燒重油所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行，金屬化產(chǎn)品用水冷卻。 無論配入何種還原劑，都必須使預(yù)熱區(qū)和還原區(qū)氣氛中的氧含量不得超過23和5，以便獲得金屬化程度較高的產(chǎn)品,7 特殊球團(tuán)法,7.

9、2 水硬性球團(tuán)礦,7.2.1 概述,采用硅酸鹽水泥（或無石膏的水泥熟料）、礦渣水泥、火山灰、硅藻土和蛋白石等水硬性材料，均可作為球團(tuán)礦固結(jié)的粘結(jié)劑而得到水硬性球團(tuán)礦，由于不經(jīng)高溫焙燒固結(jié)，故又稱為冷固球團(tuán)。 水硬性球團(tuán)礦不需要高溫處理，因此生產(chǎn)設(shè)備和工藝過程較為簡(jiǎn)單。不適宜處理含硫、砷較高的一類礦石,7 特殊球團(tuán)法,7.2 水硬性球團(tuán)礦,7.2.2 水硬性球團(tuán)固結(jié)機(jī)理,水硬性球團(tuán)固結(jié)機(jī)理，由水硬性粘結(jié)劑加水后的行為所決定。 水硬性粘結(jié)劑各組分在水溶液中與水作用生成凝膠： 一些凝膠能在水中溶解，并能再結(jié)晶。如氫氧化鈣凝膠和水化鋁酸鈣凝膠。 另一些在水中的可溶性極小，因而不易于再結(jié)晶，長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)保持

10、膠體狀態(tài)，如水化硅酸鈣和水化鐵酸鈣凝膠,7 特殊球團(tuán)法,7.2 水硬性球團(tuán)礦,7.2.2 水硬性球團(tuán)固結(jié)機(jī)理,1）易于結(jié)晶的，首先結(jié)晶，并以它們的晶體貫穿于含水硅酸鈣和含水鐵酸鈣以及礦粒的孔隙中，這是硬化的初期。這時(shí)整個(gè)凝膠還是松而不緊密的，相互的粘結(jié)能力較弱。 （2）只有經(jīng)過較長(zhǎng)的時(shí)間，水化反應(yīng)逐漸向顆粒內(nèi)部擴(kuò)散，凝膠的水分減少，粒子互相接近，球團(tuán)礦才具有一定的強(qiáng)度,成球原料的性質(zhì)、粘結(jié)劑用量、溫度、速硬劑等均對(duì)水硬性球團(tuán)固結(jié)有很大的影響,7 特殊球團(tuán)法,7.3 碳酸化固結(jié)球團(tuán)礦,7.3.1 基本原理,將配入石灰的鐵礦粉球團(tuán)置于含CO2的氣流中，球團(tuán)中的CaO在有水存在的情況下生成Ca(OH)2，再?gòu)耐ㄟ^的氣體介質(zhì)中吸收CO2生成CaCO3，同時(shí)在有水和CO2共同存在的條件下，球團(tuán)表面生成的CaCO3薄膜被溶解生