燒結(jié)礦質(zhì)量對高爐冶煉的影響

1、吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文燒結(jié)礦質(zhì)量對高爐冶煉的影響摘 要 燒結(jié)礦是高爐煉鐵生產(chǎn)的主要原料之一，燒結(jié)礦的性能和質(zhì)量直接影響高爐冶煉的順行、操作制度和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。本論文通過對燒結(jié)礦的還原，滴落實驗，驗證不同粒度的半焦、無煙煤代替焦粉作燃料的鐵礦燒結(jié)技術(shù)的比較優(yōu)勢。以及改變其粒度等方面對燒結(jié)進行分析、研究。本項研究內(nèi)容包括：原、燃料的物理化學(xué)性質(zhì)、燃料的性能及反應(yīng)性、燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)的評價；在不同原料配比條件下改變?nèi)剂狭６鹊臒Y(jié)實驗；燒結(jié)礦的物理化學(xué)性能和冶金性能等檢測；對燃料種類和配比對燒結(jié)礦生產(chǎn)指標(biāo)、燒結(jié)礦化學(xué)成分、礦物組成、還原性能、還原粉化性能、軟熔滴落性能的影響進行評價，實驗結(jié)果及

2、其分析。實驗結(jié)果證明：半焦在>5mm粒級控制在15%的粒度下是很好的燒結(jié)燃料。無煙煤相對做燒結(jié)燃料效果不好；<3mm粒級控制在70%左右為宜。關(guān)鍵詞：燒結(jié)礦，無煙煤，焦粉，半焦，礦物組成，燒結(jié)礦冶金性能，改變粒度目錄第一章 緒論- 6 -1.1燒結(jié)生產(chǎn)的目的- 6 -1.2燒結(jié)用原料條件- 7 -1.3燃料的粒度- 7 -1.4燃料的基本性質(zhì)- 8 -1.4.1燃料的工業(yè)分析、元素分析- 8 -1.4.2 燃料的灰成分和灰熔點- 10 -第二章燒結(jié)的作用- 11 -2.1燒結(jié)礦的作用- 11 -2.2燒結(jié)機的作用- 12 -2.3燒結(jié)礦中mgo 作用機理- 12 -第三章 燒結(jié)生成

3、工藝及生產(chǎn)的工藝流程- 13 -3.1燒結(jié)生成工藝- 13 -3.2燒結(jié)生產(chǎn)的工藝流程- 13 -3.2.1燒結(jié)原料的準(zhǔn)備- 14 -3.2.2配料與混合- 14 -3.2.3燒結(jié)生產(chǎn)- 15 -第四章 燒結(jié)礦對高爐冶煉的影響- 18 -4.1燒結(jié)礦指標(biāo)對高爐冶煉過程的影響- 18 -4.2燒結(jié)礦指標(biāo)和冶金性能的影響因素- 20 -第五章 結(jié)論- 24 -參考文獻- 25 -致謝- 26 -ii吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第一章 緒論1.1燒結(jié)生產(chǎn)的目的煉鐵反應(yīng)大多在氣流與固體填充料床之間進行，固體爐料相對上升氣流而下降，穩(wěn)定的操作要求填充床具有一定透氣性，這就要求爐料必須具有一定粒度且粒

4、度均勻。天然或加工的爐料（鐵礦、熔劑及燃料）往往不具備這樣的要求，所以必須供應(yīng)塊狀的含鐵爐料。因此，必須通過燒結(jié)法或球團法將粉塊造成塊狀。高爐生產(chǎn)要想實現(xiàn)良好的運行，就必須要求爐料具有較高的冷態(tài)強度和良好的冶金性能。燒結(jié)生產(chǎn)的目的主要體現(xiàn)在以下幾個方面：鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展加大了燒結(jié)生產(chǎn)對貧礦的利用，特別是貧礦富選，選礦所獲精粉及天然富礦在開采、準(zhǔn)備處理過程中會產(chǎn)生粉末，這些粉末不能直接入爐，必須通過造塊處理才能供高爐使用。粉礦通過燒結(jié)之后，可進一步控制和改善含鐵原料的冶金性能（如成分、粒度、還原性、軟熔性等），為強化高爐冶煉提供更好的原料條件，有助于高爐爐況的穩(wěn)定與經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)的改善與提高。首

5、先，鐵礦粉在燒結(jié)前經(jīng)過仔細的混合，成分更均勻；其次，燒結(jié)中因固體燃料消失，熔劑分解，液相冷凝收縮，形成大量的孔隙，石灰石、白云石提供的cao、mgo與礦粉中的其它組分反應(yīng)，生成有利于還原、造渣的礦物成分；最后，通過燒結(jié)可以去除80%90%的硫，大大減輕了高爐冶煉過程中的脫硫任務(wù)，提高了生鐵質(zhì)量。同時也可去除部分的氟、鋅、鉀、鈉等對高爐冶煉有害的元素，這樣，高爐可以少加或不加生熔劑，使?fàn)t內(nèi)還原、造渣過程得以改善，同時，也有助于操作制度的穩(wěn)定，為優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗創(chuàng)造條件；穩(wěn)定了高爐生產(chǎn)。燒結(jié)礦具有較高的強度可以適應(yīng)高爐冶煉、直接還原等在流體力學(xué)的要求。燒結(jié)對原料的適應(yīng)性強，通過燒結(jié)造塊可有效地回收

6、利用冶金、化工等生產(chǎn)部門產(chǎn)生的含鐵廢料，如礦塵、軋鋼皮、鋼渣、硫酸渣等，即充分利用了資源，又消除了環(huán)境污染，還可以降低成本，增加經(jīng)濟效益和社會效益。 為了使燒結(jié)礦或鐵礦石能經(jīng)濟高效地得到溫度和成分合乎要求的液態(tài)生鐵，高爐能夠穩(wěn)定順行地生產(chǎn)，對燒結(jié)礦的質(zhì)量要求是：具有良好的冷強度，減少燒結(jié)礦在運輸和倒翻過程的破壞作用，保證燒結(jié)礦在冶煉過程時仍能保持一定的粒度及強度；良好的熱強度，減少燒結(jié)礦在還原過程中的破碎及產(chǎn)生的粉末量；具有良好的還原性保證燒結(jié)礦在高爐內(nèi)快速還原；具有良好的軟熔滴落性能，保證高效率地完成還原、造渣、傳熱和渣鐵分離過程。1.2燒結(jié)用原料條件根據(jù)煉鐵廠的實際情況，本實驗采用的含鐵原

7、料分別為60%澳大利亞鐵精礦、20%巴西鐵精礦、20%伊朗鐵精礦和返礦，熔劑分別為石灰石粉、生石灰、菱鎂石粉，其化學(xué)成分見表2.1。表1-1 含鐵原料、熔劑的化學(xué)成分，w%品名tfefeosio2caomgoig澳礦61.860.354.650.140.154.58巴西礦65.390.543.170.10.12.1伊朗礦54.7213.238.165.051.333.51返礦54.5811.316.1810.72.85-0.98石灰石0.280.273.4851.931.7941.50生石灰0.560.186.3168.243.7219.35菱鎂石3.281.357.8212.6732.424

8、0.911.3燃料的粒度為了用盡可能少的燃料達到所需溫度，燒結(jié)過程中的傳熱速度和燃燒速度必須接近。而燃料的粒度、反應(yīng)性和外部燃燒條件等都將影響其燃燒速度。為充分利用燃料的燃燒熱，提高燃料的利用率，需合理選擇燃料的粒度及粒度分布。合理的燃料粒度是根據(jù)燃料本身條件，燒結(jié)原料粒度和燒結(jié)工藝參數(shù)確定的。實驗用燃料的粒度組成見表2.2。由表2.2可見，若以焦粉的粒度為實驗參考，半焦中5mm粒度級只占2.65%，考慮到燒結(jié)過程燃料對透氣性的影響，故半焦的燒結(jié)實驗分為兩步，第一步采用半焦粉自身的粒度進行實驗，第二步是將半焦的粒度調(diào)整到與焦粉相當(dāng)?shù)牧６燃壴俅螌嶒灒欢鵁o煙煤由于反應(yīng)性較強，粒度范圍可適當(dāng)寬一些，

9、但粒度的上、下限應(yīng)盡量與焦粉接近。細粉含量應(yīng)盡量少。一般認(rèn)為3mm粒度級占70.0為宜。實驗用無煙煤中3mm粒度級，與要求的粒度比較接近，粒度較粗。表1-2 燃料的粒度組成，w%編號>55-33-1<1jf15.022.537.525.0bj2.6528.449.0519.9bj*15.3324.7142.6717.31wym14.018.043.025.0注：bj*改變粒度后的半焦1.4燃料的基本性質(zhì)1.4.1燃料的工業(yè)分析、元素分析熱值和可磨性見表2.3。燃料的發(fā)熱量采用gb/t213-2003煤的發(fā)熱量測定方法測定。表1-3燃料的工業(yè)分析、元素分析和熱值燃料工業(yè)分析元素分析q

10、net,v,armj·kg-1hgimtmadadvdaffcdst,dcadhadoadnadjf0.880.8414.101.9883.490.7583.150.240.670.3828.2733bj10.47.5510.4811.2473.460.6171.501.255.760.7224.4053wym5.60.9418.306.4673.790.1674.780.762.950.4924.1468注：mt全水；mad分析基水分；ad干基灰分；vdaf干燥無灰基揮發(fā)份；fcad分析基固定碳；qnet,v,ar低發(fā)熱量。由表2.3可見，三種燃料比較具有如下特點：（1）灰分：半焦

11、的灰分最低為10.48，無煙煤灰分最低為18.30。半焦比焦粉的灰分低3.62%，。無煙煤比焦粉的灰分高4.20%（2）揮發(fā)份：半焦的揮發(fā)份為11.24，為焦粉的5.68倍。無煙煤為6.46，為焦粉的3.263倍。（3）含硫量：半焦的硫份為0.61%，與焦粉的接近。無煙煤的硫份為0.16%，無煙煤為焦粉硫份的21.33%。（4）固定炭：半焦的固定炭為73.46%，與無煙煤相近，比焦粉低12% 。（5）可磨性：半焦的可磨性為53，明顯高于焦粉的可磨性36。無煙煤的可磨性68，也明顯高于焦粉的可耐磨性。（6）發(fā)熱量：半焦的發(fā)熱量為24.40mj·kg-1，無煙煤為24.14，而焦粉的為2

12、8.27 mj·kg-1，半焦比焦粉低13.69%。無煙煤比焦粉低15.69%燒結(jié)要求燃料的灰分盡可能低些，因為燃料中灰分含量增多必然引起燒結(jié)料含鐵量降低和酸性氧化物增多(灰分中的sio2數(shù)量高達50%以上)，因而必然相應(yīng)需要增加溶劑的消耗量，同時灰分的增加將引起燃料消耗量不成正比的增加。做為燒結(jié)燃料，要求它揮發(fā)份的含量不能太高，以免燃料中的揮發(fā)物質(zhì)在溫度較低的地方凝結(jié)下來惡化料層透氣性和粘結(jié)在集氣管及抽風(fēng)機的葉片上，影響燒結(jié)過程的正常進行。此外，燃料中的揮發(fā)分在著火前即已揮發(fā)出去，不能在燒結(jié)過程中被利用。所以，燒結(jié)生產(chǎn)使用的燃料最好選用固定碳高、灰分低、揮發(fā)分低及含硫量低的優(yōu)質(zhì)燃料

13、。燒結(jié)生產(chǎn)對燃料的要求一般是發(fā)熱量25 mj·kg-1，揮發(fā)份10%，灰分15%，硫1%。根據(jù)此要求，半焦粉的灰分、含硫量和發(fā)熱量基本滿足燒結(jié)用燃料的要求，而揮發(fā)份略超出燒結(jié)用燃料的標(biāo)準(zhǔn)。1.4.2 燃料的灰成分和灰熔點燃料的灰成分和灰熔點見表2.4。表1-4 燃料的灰成分和灰熔點燃 料灰熔點/灰成分分析,w%dtsthtftsio2al2o3fe2o3caomgona2ok2otio2so3jf132013601370139039.7622.837.686.821.841.483.79bj115011601170118028.5610.909.3426.942.280.550.66

14、0.506.55wym122012401260128049.8317.495.6211.772.400.802.551.012.17dt變形溫度；st軟化溫度；ht半球溫度；ft流動溫度由表1-4可見，半焦、無煙煤與焦炭相比，半焦灰成分中的cao與fe2o3含量均高，半焦灰成分中cao含量高達26.94%，是焦炭灰分含cao的4倍，無煙煤灰分含cao含量11.77%，是焦炭灰分含cao的1.726倍。半焦灰分中fe2o3為9.34%，是焦粉的1.22倍。無煙煤灰分中fe2o3為5.62%，是焦粉的0.732倍。半焦灰分中的mgo含量為2.28%，與無煙煤的2.40%相近，是焦炭灰成分中mgo含

15、量的1.24倍，無煙煤灰成分中mgo含量是焦粉的1.304倍。上述半焦灰成分中的有用成分cao,mgo,fe2o3都高，可補充燒結(jié)礦的原料和熔劑?；曳种械膍go 對改善鐵礦石的還原強度、爐渣的熔化性能等是有利的。半焦灰分的軟化溫度（熔點）st和流動溫度ft均低于焦粉和無煙煤。軟化溫度（熔點）和流動溫度按焦粉、無煙煤和半焦的順序依次降低。圖2.1示出了燃料灰分軟化溫度st和流動溫度ft與灰分堿度（ra）的關(guān)系?；曳謮A度的計算式為： （1.1）圖1-1軟化溫度（熔點）st和流動溫度ft與堿度r的關(guān)系由圖2.1可見，隨灰分堿度的增加，灰分軟化溫度（熔點）和流動溫度呈降低趨勢，半焦灰分的堿度比焦粉和無

16、煙煤灰分的堿度高出35倍，灰分軟化溫度（熔點）低80200，灰分流動溫度低100210。但是灰分堿度高可以增加燒結(jié)礦中的粘結(jié)相量，尤其是灰分軟化溫度（熔點）和灰分流動溫度降低，在燒結(jié)過程中容易生成液相，有利于礦石的燒結(jié)，灰成分中的mgo對實現(xiàn)低硅燒結(jié)技術(shù)的實施是有利的。第二章燒結(jié)的作用 2.1燒結(jié)礦的作用燒結(jié)是把粉狀物料轉(zhuǎn)變?yōu)橹旅荏w，是一個傳統(tǒng)的工藝過程。人們很早就利用這個工藝來生產(chǎn)陶瓷、粉末冶金、耐火材料、超高溫材料等。一般來說，粉體經(jīng)過成型后，通過燒結(jié)得到的致密體是一種多晶材料，其顯微結(jié)構(gòu)由晶體、玻璃體和氣孔組成。燒結(jié)過程直接影響顯微結(jié)構(gòu)中的晶粒尺寸、氣孔尺寸及晶界形狀和分布。無機材料的性

17、能不僅與材料組成（化學(xué)組成與礦物組成）有關(guān)，還與材料的顯微結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系。2.2燒結(jié)機的作用燒結(jié)機適用于大型黑色冶金燒結(jié)廠的燒結(jié)作業(yè)，它是抽風(fēng)燒結(jié)過程中的主體設(shè)備，可將不同成份，不同粒度的精礦粉，富礦粉燒結(jié)成塊，并部分消除礦石中所含的硫，磷等有害雜質(zhì)。 燒結(jié)機按燒結(jié)面積劃分為不同長度不同寬度幾種規(guī)格，用戶根據(jù)其產(chǎn)量或場地情況進行選用。燒結(jié)面積越大，產(chǎn)量就越高。2.3燒結(jié)礦中mgo 作用機理 (1) 隨著燒結(jié)礦中mgo 含量的增加,燒結(jié)液相開始形成溫度明顯上升, 燒結(jié)液相流動性降低.mgo 的這一燒結(jié)行為是影響燒結(jié)礦產(chǎn)、質(zhì)量指標(biāo)的本質(zhì)問題所在.(2) 在mgo 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在015 % 210 %

18、范圍內(nèi),隨著mgo 含量的增加,燒結(jié)試樣的黏結(jié)相強度有降低趨勢. 為了提高燒結(jié)礦固結(jié)強度,應(yīng)該適當(dāng)降低燒結(jié)礦mgo 含量.(3) 不同鎂質(zhì)熔劑對燒結(jié)試樣黏結(jié)相強度的影響各不相同,鎂質(zhì)熔劑使用蛇紋石試樣的黏結(jié)相強度相對最高,其次是輕燒白云石,而使用白云石時則黏結(jié)相強度相對最低.(4) 基于獲得優(yōu)良的燒結(jié)礦的產(chǎn)量、質(zhì)量指標(biāo)和冶金性能之目的,燒結(jié)礦中適宜的mgo 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在112 %左右,鎂質(zhì)熔劑適宜選用白云石和蛇紋第三章 燒結(jié)生成工藝及生產(chǎn)的工藝流程 3.1燒結(jié)生成工藝鐵礦粉燒結(jié)是一種鐵礦粉造塊方法，即將細粒含鐵原料與燃料、熔劑按一定比例混合，加水潤濕、混勻而制成燒結(jié)料，然后布于燒結(jié)機上，通過點火

19、、抽風(fēng)，并借助燒結(jié)料中燃料燃燒產(chǎn)生高溫，進而發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，生成部分低熔點物質(zhì)，并軟化熔融產(chǎn)生一定數(shù)量的液相，將鐵礦物顆粒潤濕粘結(jié)起來，冷卻后形成具有一定強度的多孔產(chǎn)品一燒結(jié)礦。3.2燒結(jié)生產(chǎn)的工藝流程目前生產(chǎn)上廣泛采用帶式抽風(fēng)燒結(jié)機生產(chǎn)燒結(jié)礦。主要包括燒結(jié)料的準(zhǔn)備，配料與混合，燒結(jié)和產(chǎn)品處理等工序。 如圖3-1燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程圖。圖3-1 燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程圖3.2.1燒結(jié)原料的準(zhǔn)備含鐵原料 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。 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3m

20、m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(dāng)?shù)膍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。 燃料 主要為焦粉和無煙煤。 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。 3.2.2配料與混合配料 配料目的：獲得化學(xué)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(zhǔn)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(zhǔn)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

21、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(dāng)加熱返礦時還可使物料預(yù)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10omm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253min。 我國大多采用二次混合。3.2.3燒結(jié)生產(chǎn)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。

22、布料 將鋪底料、混合料鋪在燒結(jié)機臺車上的作業(yè)。 當(dāng)采用鋪底料工藝時，在布混合料之前，先鋪一層粒度為1025mm，厚度為2025mm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(fēng)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(xué)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。 目前采用較多的是圓輥布料機布料。 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?250±50。 點火時間通常4060s。

23、點火真空度46kpa。 點火深度為1020mm。 燒結(jié) 準(zhǔn)確控制燒結(jié)的風(fēng)量、真空度、料層厚度、機速和燒結(jié)終點。 燒結(jié)風(fēng)量：平均每噸燒結(jié)礦需風(fēng)量為3200m3，按燒結(jié)面積計算為(7090)m3(cm2min)。 真空度：決定于風(fēng)機能力、抽風(fēng)系統(tǒng)阻力、料層透氣性和漏風(fēng)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250500mm。 機速：合適的機速應(yīng)保證燒結(jié)料在預(yù)定的燒結(jié)終點燒透燒好。實際生產(chǎn)中，機速一般控制在1.54mmin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(fēng)箱處，大型燒

24、結(jié)機控制在倒數(shù)第三個風(fēng)箱處。帶式燒結(jié)機抽風(fēng)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25所示。點火開始以后，依次出現(xiàn)燒結(jié)礦層，燃燒層，預(yù)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。 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(10001100)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(yù)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。 燃燒層 燃料在該層燃燒，溫度高達13

25、501600，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)。 預(yù)熱層 由燃燒層下來的高溫廢氣，把下部混合料很快預(yù)熱到著火溫度，一般為400800。 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。 干燥層 干燥層受預(yù)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l030mm。 實際上干燥層與預(yù)熱層難以截然分開，可以統(tǒng)稱為干燥預(yù)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。 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

26、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。燒結(jié)過程中的基本化學(xué)反應(yīng) 固體碳的燃燒反應(yīng) 固體碳燃燒反應(yīng)為： 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cac03、mgc03、fec03、mnc03等，其中以cac03為主。在燒結(jié)條件下，cac03在720左右開始分解，880時開始化學(xué)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

27、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，fe203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 。第四章 燒結(jié)礦對高爐冶煉的影響4.1燒結(jié)礦指標(biāo)對高爐冶煉過程的影響高爐冶煉過程是在

28、一個密閉的豎爐內(nèi)進行的，其特點是：高爐過程中決定性的因素是爐料自上而下，煤氣自下而上的相互緊密接觸才能完成這一過程。在爐料與煤氣逆流運動過程中完成多種錯綜復(fù)雜的化學(xué)變化和物理變化。高爐對爐料質(zhì)量的要求，除含鐵品位高、化學(xué)成分穩(wěn)定、粒度要求合適和冶金性能良好，以及耐磨、抗壓等物理性能良好以外，更重要的是對其在高爐冶煉過程中的還原性、還原粉化和高溫冶金性能的要求。由于含鐵原料的加工工藝過程不同，化學(xué)成分及組織結(jié)構(gòu)直接影響其在爐內(nèi)的冶金性能。爐料的性能指標(biāo)及其對高爐冶煉的影響主要有以下幾個方面：(1)還原性ri鐵礦石還原性是模擬爐料自高爐上部進入高溫區(qū)的條件，用還原氣體從鐵礦石中排除與鐵結(jié)合氧的難易

29、程度的一種度量，高還原性的爐料是高爐冶煉的理想精料。還原性是含鐵爐料冶金性能的基礎(chǔ)，其對高爐冶煉，尤其是加強穩(wěn)定和降低焦比有很大影響，許多冶金工作者進行了大量的研究工作，發(fā)現(xiàn)還原性和含鐵爐料的化學(xué)成分、礦物組成、礦物結(jié)構(gòu)及物理性能（包括粒度、氣孔率、氣孔大小等）有很大的關(guān)系12,13。燒結(jié)礦還原性對高爐上部的間接還原率和高爐煤氣利用率以及軟熔帶初渣中的feo含量產(chǎn)生影響。從而，對高爐的能源利用率，以及爐渣脫硫能力帶來較大影響。燒結(jié)礦和球團礦的還原性及冶金性能優(yōu)于生礦。燒結(jié)礦的還原性好，就表明礦石氧化物中的氧容易通過間接還原反應(yīng)被奪去。還原效率高，高爐煤氣利用率提高，燃料降低，可有效地節(jié)約資源和

30、能源。(2)轉(zhuǎn)鼓指數(shù)ti燒結(jié)礦的冷強度ti，影響到運輸和倒翻過程中的破壞作用，以便進入冶煉過程時仍能保持一定的粒度和強度。燒結(jié)礦冷態(tài)強度指標(biāo)的高低，關(guān)系到高爐上部的透氣性。燒結(jié)礦的強度主要與燒結(jié)礦的礦物組成、單個礦物的強度、原料破碎的粒度、燒結(jié)點火溫度、燃料單耗、料層厚度、燒結(jié)機帶速和燒結(jié)礦冷卻速度等工藝條件有關(guān)。燒結(jié)礦中加入6%10%的石灰，可大幅度提高其冷強度。在堿度合適的范圍內(nèi)，適當(dāng)增加硅石配比，提高粘結(jié)液相的比例，可提高轉(zhuǎn)鼓強度。(3)低溫還原粉化率rdi燒結(jié)礦低溫粉化性能指標(biāo)：表示燒結(jié)礦在低溫條件下（500）受還原氣氛作用及移動后，其塊度變化及粉化程度。該指標(biāo)是模擬燒結(jié)礦在高爐上部低

31、溫區(qū)受還原氣氛作用并下移過程中的塊度變化及粉化情況。燒結(jié)礦的低溫還原粉化率對高爐上部的透氣性有一定影響。燒結(jié)礦在高爐上部的低溫區(qū)還原時發(fā)生還原粉化，會使料柱的空隙度降低，透氣性下降。此外，低溫還原粉化率高會造成爐內(nèi)礦石粉末被較多地帶出爐外，增加爐塵量。生產(chǎn)實踐表明，爐料低溫還原粉化率rdi每升高5%。高爐產(chǎn)量下降1.5%。煤氣利用率下降，焦比有所升高。另外，燒結(jié)礦低溫還原粉化對爐齡、爐墻及熱損失都有很大的影響。影響燒結(jié)礦發(fā)生低溫還原粉化的因素主要有微觀組織結(jié)構(gòu)、燒結(jié)礦堿度和其它成分（如 mgo、al2o3、feo）。(4)軟化、熔融性能燒結(jié)礦的荷重軟化、熔融性能能反映了爐料在高爐下部的高溫軟化

32、和熔化、滴落過程的特性。對高爐軟熔帶的形成（位置、形狀、厚度）和透氣性起著決定性作用。表征此特性的參數(shù)有爐料的開始軟化溫度、軟化終了溫度、熔融溫度、軟化區(qū)間以及熔融區(qū)間。高爐要求具有合適的軟化開始溫度、熔化開始溫度、窄的軟化和熔融溫度區(qū)間，以使高爐軟熔帶位置即不過高也不過低，處于合適的位置，即控制爐內(nèi)塊狀帶區(qū)域的高度，改善上部透氣性。軟熔帶位置或其根部位置過低，熔融渣鐵或爐墻周圍半熔化的黏結(jié)物易直接進入爐缸，導(dǎo)致崩、滑料甚至爐涼。爐料的軟化熔融溫度區(qū)間較寬，表明高爐軟熔帶較厚，煤氣通過軟熔帶的阻力較大，高爐透氣性較差。因此高爐要求燒結(jié)礦的荷重還原軟熔性能好，軟化開始溫度較高，軟化終了溫度較低，

33、軟化熔融區(qū)間窄。燒結(jié)礦成分中2feo·sio2的熔化溫度低為1205，2feo·sio2-sio2共熔混合物熔點僅為1178，2feo·sio2-feo熔點為1177，所以要減少燒結(jié)礦中的feo。提高堿度有利于提高脈石熔點，這也提高了礦石的軟熔性。適當(dāng)提高燒結(jié)礦中mgo含量也有利于改善其軟熔和滴落性能。4.2燒結(jié)礦指標(biāo)和冶金性能的影響因素 (1)堿度燒結(jié)礦的堿度(r=cao/sio2)是燒結(jié)生產(chǎn)極其重要的指標(biāo)，一般為改善燒結(jié)礦的堿度會在燒結(jié)原料中配人石灰石或生石灰。當(dāng)堿度提高向燒結(jié)料中加入石灰石時，燒結(jié)料中的cao在燒結(jié)過程中易形成低熔點化合物，從而可降低燃燒帶的

34、溫度 ；當(dāng)向燒結(jié)料中加入生石灰時，燒結(jié)過程中caco3分解產(chǎn)生大量的cao根據(jù)燒結(jié)過程的氧化還原反應(yīng)得知，cao在反應(yīng)過程中有利于易還原的鐵酸鈣(cao·fe2o3)的生成，抑制難還原的鐵橄欖石(2feo·sio2)的生成。從而降低了燒結(jié)礦中feo的含量。即高堿度燒結(jié)礦可降低feo的含量。但燒結(jié)礦的堿度也不宜過大，因為當(dāng)堿度過高使，過量的cao于以生成還原性較差的鐵酸二鈣，這樣導(dǎo)致燒結(jié)礦還原性有所降低。當(dāng)堿度繼續(xù)升高時，還原性好的鐵酸鈣數(shù)量增加，還原反應(yīng)迅速激烈進行，會導(dǎo)致膨脹應(yīng)力集中，加劇燒結(jié)礦的低溫粉化。而且高堿度燒結(jié)礦容易在燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)大裂紋，影響燒結(jié)礦的強度和低

35、溫還原粉化率。在燃料用量一定的條件下，燒結(jié)礦的最終礦物組成主要取決于燒結(jié)礦的堿度。堿度為1.52.5的熔劑性燒結(jié)礦，主要含鐵礦物為磁鐵礦及及少量浮士體和赤鐵礦，粘結(jié)相主要為鈣鐵橄欖石、鐵酸鈣、硅酸鈣及玻璃體等。隨著堿度的升高，鈣鐵橄欖石和玻璃體急劇下降，鐵酸鈣和硅酸鈣含量明顯增加。當(dāng)堿度高時，熔體中cao濃度高，cao向fe2o3滲透點增多，當(dāng)升溫速度與礦化反應(yīng)速度一致時，則產(chǎn)生的鐵酸鈣類低熔點化合物增多，冷卻時鐵酸鈣迅速以針狀，板狀結(jié)晶，這種燒結(jié)礦強度最好。所以一般高堿度燒結(jié)礦的強度和還原性優(yōu)于自熔性燒結(jié)礦，它所含的礦物還原性較好，強度較高。(2)燃料配比燃料配比的高低決定著燒結(jié)溫度及氣氛條

36、件。燒結(jié)溫度和氣氛條件對燒結(jié)礦質(zhì)量有明顯影響，理論研究對生產(chǎn)實踐表明，燃料配比過低時，燒結(jié)溫度較低，燒結(jié)時產(chǎn)生的液相量不足，鐵礦石的結(jié)晶強度差，主要粘結(jié)相是玻璃質(zhì)，多孔強度差產(chǎn)品率降低。反之，燃料配比過高時，燒結(jié)溫度高，廢氣中的co2/co下降，燒結(jié)氣氛更趨于還原性，利于浮士體及鐵橄欖石礦物的發(fā)展，不利于燒結(jié)過程中燃燒帶擴大，增加了燒結(jié)層的阻力，使料層的透氣性降低，還原反應(yīng)加劇，fe2o3不穩(wěn)定而分解為fe3o4和feo，使feo含量升高，鐵酸鈣生成量降低，直接影響燒結(jié)礦的質(zhì)量。同時，隨著燒結(jié)料中燃料配比的增加，還原反應(yīng)中生成的feo含量增大，熔體中feo含量相應(yīng)增大。而feo含量升高，鐵酸鈣

37、含量下降都會降低燒結(jié)礦還原性能，并影響燒結(jié)礦的熔融滴落性能。(3)燃料粒度燃料粒度的好壞是影響燒結(jié)過程及燃料消耗量的重要因素，不同燃料粒度其燃料速度不同，理想的粒度組成能保證混合料層內(nèi)燃燒速度及放熱，以及燒結(jié)過程的均勻性。燒結(jié)過程中燃料顆粒的燃燒屬于氣固相反應(yīng)。它服從于氧分子擴散到固體燃料表面，氧分子被吸附，被吸附氧分子于碳發(fā)生反應(yīng)形成中間產(chǎn)物。中間產(chǎn)物斷裂形成氣相反應(yīng)產(chǎn)物，反應(yīng)產(chǎn)物脫附并向廢氣流擴散的一般規(guī)律。動力學(xué)研究表明：燒結(jié)過程中燃料燃燒是受擴散控制的，因此，燒結(jié)混合料中燃料燃燒速度及燒結(jié)層的厚度于燒結(jié)顆粒的直徑，氣流的流速及料層的透氣性有關(guān)。在其他條件一定時，粒度的大小成為燒結(jié)過程質(zhì)

38、量的決定性因素：粒度愈大，燃燒時間愈長，燃燒層愈厚。若粒度過細，造成過厚的燃燒層，增加了料層的阻力，同時降低燃燒溫度，且在轉(zhuǎn)運和布料時易產(chǎn)生偏析，造成局部過熔；若粒度過細，則降低料層的透氣性，同時由于燃燒速度過快而使燃燒層過薄，來不及產(chǎn)生足夠的液相，影響燒結(jié)礦的強度。因此燒結(jié)過程要求有合適的燃料粒度。(4)mgo在燒結(jié)配料中添加一些mgo添加劑(白云石)代替石灰石時，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)礦中隨著mgo含量的增加，粉化率有明顯的下降，同時提高爐渣的流動性和脫硫能力，燒結(jié)礦的強度有所改善。當(dāng)mgo存在時，形成新的粘結(jié)物如鈣鎂橄欖石(cao·mgo·sio2),鎂薔薇石(cao·m

39、go·2sio2)及鎂橄欖石(2mgo·sio2)，黃長石(2cao·mgo·2sio2)等礦物，同時燒結(jié)礦物中mgo有穩(wěn)定2cao·sio2作用。此外，加入mgo燒結(jié)礦的還原性能提高，這就可能是由于生產(chǎn)鈣鎂橄欖石等礦物而障礙了還原的鐵橄欖石和鈣鐵橄欖石。研究證明，燒結(jié)礦中的mg2+主要進入磁鐵礦晶格中取代fe2+并充填于磁鐵礦晶格中八面體空位，形成結(jié)構(gòu)式為fe3+(fe2+,mg2+,fe3+)o4的含鎂磁鐵礦。由于晶格中取代和充填于八面體空位中，從而降低了磁鐵礦晶格缺陷的程度，有穩(wěn)定磁鐵礦和防止或減少磁鐵礦氧化成次生赤鐵礦的作用，故能以致燒

40、結(jié)礦的降低低溫還原粉化。從而提高燒結(jié)礦強度49,50。 但是如果加入過多的mgo則會改變燒結(jié)礦的礦相結(jié)構(gòu)，降低燒結(jié)礦中鐵酸鈣的含量，并生成復(fù)雜的化合物，同時裂紋的產(chǎn)生會導(dǎo)致燒結(jié)礦的強度降低、低溫還原粉化率升高。生產(chǎn)實踐表明，當(dāng)武鋼燒結(jié)廠生產(chǎn)的燒結(jié)礦中mgo含量由2%提高到3%4%時，燒結(jié)礦中feo降低2%，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)提高1%2%，燒結(jié)礦的低溫還原粉化率降低3%。(5)sio2當(dāng)鐵礦粉中含有一定數(shù)量的sio2時，在燒結(jié)過程中可產(chǎn)生較多數(shù)量的液相，作為礦粉晶粒粘結(jié)的基礎(chǔ)條件，有利于燒結(jié)礦強度的提高。但是當(dāng)?shù)V粉中的sio2含量較多時，在燒結(jié)過程中易與熔劑中的cao用形成硅酸二鈣，冷卻時硅酸二鈣將發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，型和型的晶型轉(zhuǎn)變，晶型轉(zhuǎn)變后，密度變小，前者使體積增大了12%，后者使體積增大了10%，結(jié)果使燒結(jié)礦內(nèi)具有很大的內(nèi)應(yīng)力，從而降低了燒結(jié)礦強度。燒結(jié)過程中產(chǎn)生的液相量數(shù)量明顯減少，燒結(jié)礦的強度降低53。一般認(rèn)為，精礦粉中的時，燒結(jié)過程中產(chǎn)生的液相量數(shù)量明顯減少，燒結(jié)礦的強度降低。一般認(rèn)為，精礦粉中的sio2的含量以4%5%為宜。目前，一般采用提高燒結(jié)礦堿度的方法來提高低硅燒結(jié)礦中粘結(jié)相含量。(6)al2o3al2o3主要由礦石中的高嶺土和固體燃料灰分帶入，al2o3能增