炼铁主干课2铁矿粉造块.doc

本科生主干课钢铁冶金学－炼铁部分授课资料 北京科技大学冶金学院 吴胜利 60 第二章 铁 矿 粉 造 块 2．1．铁矿粉造块的意义和作用 铁 矿 石 造 块 的 必 要 性 l 现代高炉生产对原料提出更加严格的要求（精料方针）。 l 天然富矿少，造块后粒度细，不适合在填充床中的冶炼。 l 通过造块工艺，可改善铁矿石的冶金性能。 l 通过造块过程，可脱除某些杂质，如S、P、K、Na等。 l 造块过程可综合利用冶金企业产生的大量粉尘和烟尘。 我国烧结矿生产的发展 我国烧结机台数（95年）和产量（97年） ≥130m2 24～129m2 ＜24m2 合计 97年产量（万吨） 22台 197台 200台 417台 12831 我国第一台450M2烧结机建于80年代的上海宝钢 我国第一台55M2烧结机建于20年代的鞍钢 铁矿石烧结的发展简史 1970年 600M2烧结机在日本诞生 1956年 120M2烧结机投入运行 1952年 烧结单机面积增至90M2 1936年 75M2烧结机投入运行 1921年 21M2烧结机投入运行 1911年 第一台铁矿石烧结的DL在德国的布鲁克钢铁公司诞生（6M2） 1911年 基于带式烧结机的 铁烧结工艺专利 1909年 铁矿石烧结锅专利 1902年 侧翻式烧结锅专利 1897年 硫化铅矿烧结工艺专利 2．2 造块的基础理论 散 料 造 块 的 基 础 理 论 散粒物料聚结现象是颗粒间相互联结力与相互排斥力作用的结果 晶桥键联结 粘结物固化 熔化物联结 固相扩散联结 粘性液体桥 表面张力 水桥 磁性引力 过剩电荷力 固相联结力 液相作用力 结合力＝联结力－排斥力（重力） 引力 分子引力 烧结矿的液相固结 球团矿的冷态固结 球团矿 焙烧固结 生料成球 太小，无实际意义 2．3 烧结过程 2．3．1 烧结工艺流程 l 现代烧结生产是一种抽风烧结过程； l 料层高度为350－700mm； l 点火温度为950－1200℃； l 抽风负压为1000－1600mmH2O柱； l 烧结温度为1260－1500℃。 烧结过程沿料层高度的变化状况 1. 烧结矿层上冷下热，约40－50 mm为脆性层（T低、急冷）； 2. 燃烧层即烧结层，厚度约为15－50mm，温度为1100－1400℃，主要反应为燃烧反应； 3. 预热层厚度为20－40 mm，特点是热交换剧烈，温度快速下降，主要反应为水分蒸发、结晶水及石灰石分解、矿石氧化还原及固相反应； 4. 冷料层即过湿层，上层带入的水分由于温度低而凝结， 过多的重力水使混合料小球被破坏 影响料层透气性； 5. 垫底料层为保护烧结机炉蓖子不因燃烧带下移而烧坏。 点火炉 烧结机台车纵向剖面示意图 冷料层 烧结矿层 预热层 燃烧层 垫底料层 台车行进方向 2．3．2 烧结过程的主要反应 还原与再氧化反应 水分蒸发与冷凝反应 气化反应 分解反应 燃烧反应 p S的氧化性气化可使烧结过程脱硫率达到80％以上。 p K、Na、Zn的还原气化，在烧结过程只占少量。 p用CaCl2进行氯化气化，可脱除原料中的有害元素，但有设备腐蚀问题。 p 制粒需加水进行。 精矿粉8％ 富矿粉5％ p 烧结过程水分蒸发快，故干燥带很薄。 p 废气中的水蒸气在温度下降后，冷凝析出水分，造成烧结料层下部的过湿现象 p 烧结过程既有还原反应，又有氧化反应。 p 烧结过程的目的不在于还原铁氧化物，相反还要限制还原反应的进行。 p 2FeOSiO2、 CaOFeOSiO2的再还原性差，高炉不欢迎。 p 结晶水分解需要耗热。 p 碳酸盐中石灰石分解相对需要更高的温度。 p 烧结过程中石灰石的有效分解时间不足2分钟。 p Fe2O3在燃烧带可以分解成Fe3O4 p 为烧结过程提供热量和温度。C的完全燃烧占主导地位。 p 局部区域可有还原性气氛。 p 燃烧反应速度决定燃烧带厚度。 p 燃料粒度是决定烧结质量的重要因素 碳酸盐分解 CaCO3CaOCO2 MgCO3MgOCO2 2FeCO31/2O2 Fe2O3CO2 高价氧化物分解 6Fe2O34Fe3O4 O2 氧化气化 例如，SO2SO2 还原气化 例如， 2K2OC4KCO2 卤化气化 例如， CaCl2MeO MeCl2CaO 高价氧化物分解 6Fe2O34Fe3O4 O2 CO2CO2（易） 2CO22CO CCO22CO 2COO22CO2（易） 2．3．3 烧结过程的固结（烧结矿的成矿机理） 固相反应 生成低熔点物质 l 金属0.3-0.4T熔 l 盐类0.57T熔 l 硅酸盐0.8-0.9 T熔 为液相生成创造条件 液相生成 FeO-SiO2 系液相 CaO-Fe2O3 系液相 CaO-SiO2 系液相 CaO-SiO2-FeO系液相 自熔性烧结矿 的主要粘结相 高碱度烧结矿 的粘结相 高碱度烧结矿 的主要粘结相 1205～1449℃ 1450～1540℃ 1073～1217℃ 1175～1205℃ 非自熔性烧结矿的主要粘结相 液相生成量是烧结料固结的基础 冷凝固结 液相放出能量 冷却速度快 冷却速度慢 熔化物的冷凝成为未熔物之间的粘结剂，把烧结料粘结成多孔状的烧结体 玻璃体析出 结晶体析出 完成烧结过程 固 相 反 应 l 定义－在一定温度下，某些离子克服晶格结合力，进行位置交换，并扩散到与之相邻的其它晶格内的过程，称为固相反应。 l 特点－ 反应温度远低于固相反应物的熔点或它们的低共熔点； 温度高有利于固相反应的进行； 固相反应受化学组成的影响， 例如Fe3O4不与CaO发生固相反应， Fe2O3不与SiO2发生固相反应， CaO－SiO2的反应开始温度为600℃， Fe3O4－SiO2的反应开始温度为950℃； 虽不能形成有效的固相连接，但为液相的生成提供了前提条件（低熔点的固相反应产物） CaO-Fe2O3系液相 高碱度烧结矿的主要粘结相 铁酸半钙－CaO2Fe2O3 在1155－1225℃稳定； 铁酸一钙－CaOFe2O3 异分熔点1215℃； 铁酸二钙－2CaOFe2O3 熔点1449℃； CaOFe2O3-CaO2Fe2O3形成该系熔点最低的共晶混合物（1205℃） 该体系的特点 无需高温，燃料消耗少； 矿物强度及还原性均好； 铁酸钙理论（低温烧结理论） 烧结矿的矿相组成与结构对其质量的影响 烧结矿是多种矿物组成的复合体 含 铁 矿 物 赤铁矿、磁铁矿、方铁矿。 粘结相矿物 铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅灰石、 钙铁灰石、铁酸钙、正硅酸钙、 硅钙石、游离石英、游离氧化钙。 烧结矿中主要矿物的机械强度与还原性 矿物名称 瞬时抗压强度kg/mm 球磨机实验后的筛级 荷重条件下未裂前的印痕数，％ 还原度 ％ 5mm 磁铁矿 l 加水加料方式 l 造球时间 l 物料温度（50℃） l 造球机工作参数（转速、顷角、填充率等） 2．4．3 生球干燥 目的 p 避免焙烧过程的急速加热而使球团爆裂 p 促进添加剂的粘结桥形成，以获得生球的热强度 干燥过程 表面气化 内部扩散 同时进行，但速率不同 收缩应力 膨胀应力 易导致“生球”爆裂（400～600℃时） 对 策 干燥工艺参数调整 添加剂设计 2．4．4 球团矿的焙烧固结 生球抗压强度 1－2kg/个球 干燥后生球抗压强度 8－10 kg/个球 焙烧后球团的抗压强度 200 kg/个球 氧化球团的焙烧固结机理 球团矿的焙烧固结方式 磁铁矿球团的固结方式 赤铁矿球团的固结方式 液相固结 赤铁矿 原 因 l Fe3O4发生氧化、晶变，且为放热反应； l Fe2O3只能靠高温下的再结晶，要求更高的焙烧温度。 2．4．5 特种造块方法（自学） 2．5 烧结矿及球团矿的质量检验 1．高炉对含铁原料的要求 我国现代高炉的追求 l 高 产 率 l 低 能 耗 l 低 成 本 高炉的要求 冷态强度高 含铁品位高 粒度适宜 熟料比高 有害元素含量要少 化学成分稳定 熔融滴落温度高,滴落区间窄 软化温度高软化区间窄 还原性好 还原膨胀率低 低温还原粉化率低 各种含铁原料性能对高炉冶炼的影响（1） 含铁品位的影响 提高入炉原料铁品位 1％ 高炉焦比↓ 2％ 高炉产量↑ 3％ 机械强度增加的影响 l 提高烧结矿转鼓强度 1％ 高炉产量↑ 1％ l 降低烧结矿自然粉化率 1％ 高炉焦比↓ 0.5％ 高炉产量↑ 1％ 还原性能的影响 l 降低烧结矿FeO 1％ 高炉焦比↓ 1～1.5％ 高炉产量↑ 1～1.5％ l 降低原料在高炉内的rd 1％ 高炉焦比↓ 0.8～0.9％ 高炉产量↑ 0.8～0.9％ 各种含铁原料性能对高炉冶炼的影响（2） 低温还原粉化性能的影响 降低烧结矿RDI 1％ 高炉焦比↓ 0.3％ 高炉产量↑ 0.3％ 化学成分稳定性的影响 降低入炉原料含铁量波动 1％ 高炉焦比↓ 3％ 高炉产量↑ 6％ 粒度均匀性的影响 原料粒度由8～40mm→8～25mm 高炉焦比↓ 18Kg/t 有害元素的控制 S P Cu Pb Zn Sn F K2ONa2O 60.0 二级 1.0 58.0 1.00～62.0 二级 1.0 60.0 球 团 矿 的 质 量 标 准 项目 品位 TFe FeO R S 抗压 强度 N/个球 转鼓指数 [6.3 ] 抗磨指数 [