了解一下烧结工艺

美梦成真

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鲁兰军

                               烧结工艺

        烧结的概念
        将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后，在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化，将矿粉颗粒黏结成块的过程。
        烧结生产的工艺流程
    目前生产上广泛使用带式抽风烧结机生产烧结矿。主要包括烧结料的准备、配料与混合、烧结和产品处理等。
    烧结原料的准备     
        含铁原料
    含铁量较高，粒度＜5mm的矿粉、铁精矿、高炉炉尘、轧钢皮、钢渣等，一般要求含铁原料品位高、成分稳定、杂质少。
        熔剂
        要求熔剂中有效CaO含量高、杂质少、成分稳定，含水3%左右，粒度＜3mm的占90%以上。
        在烧结原料中加入一定量的白云石，使烧结矿含有适当的MgO，对烧结过程有良好的作用，可以提高烧结矿的质量。
        燃料
        主要是焦粉和无烟煤。
        对燃料的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。
        配料与混合
（1）配料
        配料目的：获得化学成分和物理性质稳定的烧结矿，满足高炉冶炼的要求。
        常用的配料方法：容积配料法和质量配料法。
        容积配料法是基于物料堆积的密度不变原料的质量与体积成比例这一条件进行的，准确性较差。
        质量配料法是按原料的质量配料，比容积法准确，便于实现自动化。
（2）混合
        混合的目的：使烧结料的成分均匀，水分合适，易于造球，从而获得粒度组成良好的烧结料，以保证烧结矿的质量和提高产量。
        混合作业：加水润湿、混匀和造球。
        根据原料性质不同，可以采用一次混合或二次混合两种流程。
        一次混合的目的：润湿与混匀。当加热返矿时还可使物料预热。
        二次混合的目的：继续混匀造球，以改善烧结料层透气性。
        用粒度10~0mm的富矿粉烧结时，因其粒度已经达到造球需要，采用一次混合，混合时间约50秒。
        使用细磨精矿粉烧结时，因粒度过细，料层透气性差，为改善透气性，必须在混合过程中造球，所以采用二次混合，混合时间一般不少于2.5~3分钟。
        我国烧结矿大多采用二次混合。
        烧结生产
烧结作业是烧结生产的中心环节，它包括布料、点火、烧结等主要程序。
（1）布料：
        将铺底料、混合料铺在烧结机台车上的作业。
        当采用铺底料工艺时，在布混合料之前，先铺一层里粒度10~25mm、厚度为20~25mm的小块烧结矿作为铺底料，其目的是保护炉箅降低除尘负荷，延长风机转子寿命，减少或消除炉箅蘸料。
        铺完底料后，随之进行布料。布料时要求混合料的粒度和化学成分等沿台车纵横方向均匀分布，并且有一定的松散性，表面平整。
        目前是圆辊布料机布料。
（2）点火：
        点火操作是对台车上的料层表面进行点燃，并使之燃烧。
        点火要求有足够的点火温度、适宜的高温保持时间，沿台车宽度点火均匀。
        点火温度取决于烧结生成物的熔化温度，常控制在1250±50℃，点火时间通常40～60秒。
        点火真空度4～6Kpa。
        点火深度10～20mm。
        烧结：
        准确控制烧结的风量、真空度、料层厚度、机速和烧结终点。
        烧结风量：平均每吨烧结矿需风量为3200m3。按烧结面积计算为70～90m3/cm2.min。
        真空度：决定于风机能力、抽风系统阻力、料层透气性和漏风损失情况。
        料层厚度：合适的料层厚度将高产和优质结合起来考虑。国内一般采用250～500mm。
        机速：合适的机速应保证烧结料在预定的烧结终点烧透烧好。实际生产中，机速一般控制在1.5～4m/min为宜。
        烧结终点的判断与控制：控制烧结终点，即控制烧结过程全部完成时台车所处的位置，中小型烧结机终点一般控制在倒数第二个风箱处，大型烧结机控制在倒数第三个风箱处。
       
        带式烧结机抽风烧结过程是自上而下进行的。沿其料层高度温度变化的情况一般可分为五层。点火开始以后，依次出现烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层和过湿层。然后后四层又相继消失，最终只剩烧结矿层。
        烧结矿层：
        经高温点火后，烧结料中燃料燃烧放出大量热量，使料层中矿物产生熔融。随着燃烧层下移和冷空气的通过，生成的熔融液相被冷却而再结晶（1000～1100℃）凝固成网孔结构的烧结矿。
        这层的主要变化是熔融物的凝固，伴随着结晶和新矿物，还有吸入的冷空气被预热，同时烧结矿被冷却，和空气接触时低价氧化物可能被再氧化。
        燃烧层：
        燃料在该层燃烧，温度高达1350～1600℃，使矿物软化熔融黏结成块。该层除燃烧反应外，还发生固体燃料的熔化、还原、氧化以及石灰石和硫化物的分解反应。
        预热层：
        由燃烧下来的高温废气，把下部混合料很快预热到着火温度，一般为400~800℃。此层内开始进行固相反应，结晶水及部分碳酸盐、硫酸盐分解，磁铁矿局部被氧化。
        干燥层：
      干燥层受预热层下来的废气加热，温度很快上升到100℃以上，混合料中的游离水大量蒸发，此厚度一般为10～30mm。
        实际上干燥层与预热层很难截然分开，可以统称为干燥预热层，该层中料球被急剧加热，迅速干燥，易被破坏，恶化料层透气性。
        过湿层：
        从干燥层下来的热废气含有大量水分，料温低于水蒸汽的露点温度时，废气中的水蒸汽会重新凝结，使混合料中水分大量增加，而形成过湿层。
        此层水分过多，使料层透气性变坏，降低烧结速度。
        烧结过程的基本化学反应
        固体碳燃烧反应为：
        反应后生成CO和CO2，还有部分剩余氧气，为其它反应提供了氧化还原气体和热量。
        燃烧产生的废气成分取决于烧结的原料条件、燃料用量、还原和氧化反应的发展程度，以及抽过燃烧层的气体成分等因素。
        碳酸盐的分解和矿化作用：
        烧结料中的碳酸盐有CaCO3、MgCO3、FeCO3、MnCO3等，其中以CaCO3为主。在烧结条件下，CaCO3在720℃左右开始分解，880℃时开始化学沸腾。其它碳酸盐的分解温度较低些。
        碳酸钙分解产物CaO能与烧结料中的其它矿物发生反应，生成新的化合物，这就是矿化作用，反应式为：
        CaCO3＋SiO2=CaSiO3+CO2
        CaCO3+Fe2O3+CaOFe2O3+CO2
        如果矿化作用不完全，将有残留的自由CaO存在，在存放过程中，他将同大气中的水分进行消化作用。
        CaO+H2O=Ca(OH)2
        使烧结矿的体积膨化而粉化。
        铁和锰氧化物的分解、还原和氧化：
        铁的氧化物在烧结条件下，温度高于1300℃时，Fe2O3可以分解。
        Fe3O4在烧结条件下分解压很小，但在有SiO2存在，温度大于1300℃时，也可以分解。

马门溪龙

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