④在不变动料层厚度的情况下,垂直烧结速度,主管的废气温度,真空度波动范围窄,烧结终点稳定。
⑤返矿基本平衡。
当水碳的添加量不适宜时,生产上常见的异常现象有; A、混合料水偏高。
火焰外喷,料面有黑斑,点火温度,垂直烧结速度 加快,机尾断面发红,有”花脸”,局部有类生料,有潮泥层,废气温度下降。
B混合料水分偏低
火焰外喷,料面崩小火星,给料流量变大,垂直烧结速度变慢,机尾断面有”花脸”,粉尘飞杨。
C、混合料碳偏高
离开点火器后台车的红料面向机尾延长,表面过熔结硬壳,机尾断面赤红部分超过1/2,温度高,大气孔并呈峰窝状,断面冒火焰,粘炉篦。废气温度主管负压、FeO含量、转鼓强度均上升。
D、混合料碳偏低
红料面短,欠熔,炒面扬尘,机尾断面红层薄,火色发暗,呈现”花脸”。主管负压、废气温度、FeO含量、转鼓强度均下降。
1.3.2 燃料
在烧结过程中,在烧结过程中,必须加入一定的固体燃料才能产生高温,得以使烧结过程持续下去。它提供了大量的热量,使料层的温度升高,从而为生产液相和其它反应创造条件。固体燃料的物理化学性质,用量结烧结料层温度的高低,燃烧速度的快慢、燃烧带的宽窄及烧结过程的气氛和产品质量有很大的影响。因此燃料的性质是影响烧结过程的重要因素,根据热平衡计算,固体燃料燃烧放出的热量占烧结整个热量 的60~80%。因此固体燃料的燃烧是保证烧结产质量的先决条件。
烧结生产通常使用的固体燃料有焦粉和无烟煤。焦粉和无烟煤的含碳量、发热量、挥发分、灰分必须符合烧结生产所规定的技术规格。固体燃料是复杂的物理化学反应,既有相的变化,也有放热和吸热反应。
固体燃料燃烧属于多相反应。首先是燃料中的固定碳,在氧的帮助下着火燃烧,放出热量,并生产废气,可用一个式子来表示。
固体(碳)+气体(氧)=气体(废气)+热 它的反应过程可分为五个连续步骤:
1、气体分子扩散到固体表面上;2、气体分子被固体表面吸附;3、被吸附的气体与碳发生化学反应,生成中间产物;4、中间产物断裂,形成反应产物——新的气体,但仍然吸附在碳的表面上;5、反应产物新气体脱附,向气体中逸出扩散。
上述所述的吸附,化学反应和脱附的环节是为了叙述方便而人为划分的。实际上它是连续的不可分割的反应过程。
烧结生产是在1200°C以上的高温条件下进行的,因此固体燃料的燃烧基本上是在扩散燃烧区进行的。影响烧结质量的主要因素是燃料的化学性质、粒度和用量大小等因素。
一、燃料的化学性质对烧结过程的影响
烧结生产的燃料包括点火燃料和烧结固体燃料两种。烧结燃料是指在料层中燃烧的无烟煤和焦粉。它是使料层中产生高温的主要来源。对烧结用的固体燃料有严格的要求,即固定
碳高、挥发份少、灰分小、含硫低等。
1㎏标煤的发热量为29307。6㎏J(70000k卡)。固体燃料中固定碳高,发热量就高。选用固定碳含量高的燃料,可以保证料层达到烧结的高温要求。要求煤的含硫量低是为了防止燃料中的一部分残硫转移到烧结矿中,使成品矿的含硫量升高。
焦粉是冶金焦的筛下产物,它的烧结性能优于无烟煤。
二、燃料粒度对烧结过程的影响
烧结燃料粒度的大小,关系到燃料在烧结过程中着火和燃烧速度以及分布均匀性等问题,燃料粒度过大时,将会带来下列的不利影响:
(1)燃烧时间延长,燃烧带增宽,使料层级透气性变坏。
(2)燃料在布料时容易发生偏析,使其在料层中分布不均匀,以致在大颗粒燃料的周围形成局部过熔,而离燃料大颗粒较远的地方温度偏低。
(3)粗颗粒燃料的周围,耗氧量增加,还原气氛较强,而燃料颗粒细或无燃料的地方,氧量过高,空气得不到充分利用。
(4) 燃料一旦发生偏析,大颗粒的燃料集中于料层底部,使料层的表面温度偏低,底部温度过高,这不但造成表层产品强度低,下层FeO上升,而且还会使大量的热有来加热炉篦,随后进入风箱,严重浪费热能。
燃料粒度过小,燃烧速度过快,燃烧时间短,高温持续时间短,产生的液相少而且这少量的液相没有来得及扩散就被冷却下来,使烧结矿的强度难以保证。另外,燃料粒度过细(小于0.5㎜)会使烧结料层的透气性变坏,并有可能被气流带走。
燃料粒度到底多大才适合于烧结工艺? 应该指出,燃料的适宜粒度,应根据混合料中返矿的数量,质量、料层厚度、燃料种类灵活掌握。
三、燃料的用量对烧结过程的影响
在烧结过程中,铁氧化物的再结晶,高价氧化物的还原与分解,液相生成的数量,烧结矿的矿和组成以及烧结矿的宏观结构等,在很大程度上取决于燃料的用量。一般说来,烧结料中燃料用量不足时,达不到必要的烧结温度,液相少,烧结矿强度差;燃料过量时,烧结温度过高,还原气氛强,料层过熔,强度变好,但FeOH升高,还原性能变差。
燃料用量对烧结矿的宏观结构的影响,主要表现为:含碳量低时,烧结矿微孔结构发达;碳量增加时,烧结矿就变成大孔薄壁结构,料层的底部尤为明显。燃料的用量还会影响烧结过程的垂直烧结速度。燃料用量过高,料层的温度水平高,燃烧带加宽,气流阻力变大,透气性差,负压升高,垂直烧结速度降低。
烧结生产的燃料用量应根据燃料的质量,铁矿石的种类和要求的碱度水平等而定。适宜的烧结燃料用量与矿石的软化温度高低、粒度大小、熔剂的添加量、混合料水分含量、料层厚度、点火温度、保温时间、外加热源以及燃料本身的质量等因素有关。燃料用量是否适宜,可以通过垂直烧结速度 的变化、料面火色、废气温度、主管负压以及机尾断面状况反映出来。但是要注意,有时燃料粒度过粗燃烧反应迅速、燃烧时间短,又容易作出燃料用量过少的错误判断。
适宜的燃料用量应保证的烧结矿具有足够的强度,良好的还原性能。在保证烧好烧透的前提下,目前各厂对降低单位燃耗方面都在采用得力措施。
1.3.3 熔剂
熔剂是高炉冶炼过程中造渣的物质。在烧结过程中加入熔剂,生成熔剂性、自熔性、高碱度的烧结矿,既能大幅度地提高高炉冶炼的技术经济指标,也可以强公烧结过程,提高烧
结矿的质量。
熔剂中有效成分是CaO和MgO,杂质成分有S iO2AL2O3、S、P、等。如果SiO2的含量偏高,会大大减低熔剂的效能。
一、熔剂的种类对烧结过程的影响
石灰石加到烧结料中后,在烧结过程中会发生分解,吸收热量。因此在配碳量不变的情况下,料层的温度水平将会降低,这样它可以抑制燃烧带的宽度。加入石灰石后,可以增加料层折松散程度,改善料层的透气性,但石灰石用量过多时,不公要增加燃料用量,而且还会使烧结矿中残存游离的CaO数量增加,“白点”增多,使机械强度下降。
消石灰是生石灰加水消化后的产物,具有粒度细,亲水性强,粘结性好的特点。加入混合料后,可以改善混合料的制粒过程,提高小球强度,还可以增大混合料的湿容量,保持良好的透气性。
提高消石灰的用量,烧结机的生主率将会升高。但过量的消石灰使料层变得过份松散,堆比重降低。虽然垂直烧结速度高,但产量反而降低。
生石灰作为烧结熔剂加入混合料,不仅其有石灰石和消石灰同样的效果,而且还会消化放热,提高料温,对强化烧结过程作用极大。
烧结料中加入白云石或菱镁石,在烧结过程中的作用与石灰石相似,当其加入量适当时结烧结矿的强度和还原性都有良好的影响。
1.3.4 碱度
烧结矿中碱性氧化物总量与酸性氧化物总量之比称为碱度。习惯上把子1.1以下的碱度称为低碱度,1.2—1.4碱度称为自熔性碱度,而在于1.8以上的称为高碱度。生产实践证明,烧结矿碱度高低,不仅对高炉的冶炼效果影响极大,而且对烧结本身影响也很大,碱度不同,烧结生产指标也不同,质量相差极为悬殊。
1、自然碱度烧结矿
烧结矿的矿物以2FeO、SiO2为主,生成温度高,燃料消耗多,烧结时间长,生产率低,还原性能差。但烧结矿强度好,粉末少。
2、自熔性烧结矿
在自然碱度的烧结料中,加入数量的CaO就可以生成自熔性的烧结矿。燃料消耗较低烧结机生产率有所提高。
但就烧结工艺本身而言,生产自熔性碱度的烧结矿仍在着矿物组成复杂,内应力大,强度差,FeO高,粉末多等问题。
3、高碱度烧结矿
高碱度烧结矿对高炉冶炼有如此良好的效果,这是因为高碱度烧结矿具有优良的技术持性。
①提高了烧结矿的强度。
生产碱度烧结时,需要加入大量的熔剂因而使烧矿的矿物组成发生了本质的变化。在自然和自熔性碱度中,烧结矿的粘结构主要以强度脆弱的硅酸盐或铁酸盐为主,而高碱度则不然,粘结相中以强度好的铁酸钙为主,结构上成针状和树状交织结构,从而大大提高了烧结矿的强度。
②降低了FeO的含量
随着选矿技术的为断进步,精矿品位不断提高,用这种高品位,低SiO2含量的矿石生产高碱度烧结矿时,无需加入过多的石灰石。
③烧结矿的粒度趋向无效均匀
根据各厂的研究和生产实践证明,高碱度烧结矿的粒度组成更加趋于无均匀化。与自熔性或低碱度烧结矿比较,大于心不忍40㎜和小于是10㎜的粒级减少,中等腰三角形粒级明显增加,从而更符合于高炉装料和冶炼要求。
④改善了烧结矿的冶金性能
烧结矿的冶金性能是指烧结矿在高炉冶炼过程中强度的好坏,软熔特性和还原度等。高碱度烧结矿由于FeO含量低,气孔度、还原度均升高。同时又为高碱度烧结中存在着低熔点物质,故软化温度有所下降。
⑤降低了脱S率
碱度升高后,烧结过程的脱S率均下降。这是因为碱度提高后,CaO浓度增加,容易与烧结过程产生的SO2在料层的底部生成难以分解的CaO和CaSO4。同时,碱度升高后,烧结的实际料温下降,不能从硫化物或硫酸盐的分解中脱S。高碱度烧结生产时,脱S率可能降低到40-60%。因此,在进行高碱度生产时,应该注意选择含S低的原料或只能少量搭配使用高S原料,以防产品出格。
1.3.5 风量与负压
国内烧结生产实践证明,在一定范围内增加单位烧结面积的风量,能有效的提高烧结矿的产质量。烧结生产过程中气流的运动单位时间内通过料层气流的多少叫做风量。风量的大小对烧结机的生产率有着重要的意义。生产经验证明,在风机能力一定的条件下,通过料层的风速与料层的高度,料层的松散状态以及燃烧反应程度有关,也就是说,与料层中气流运动是畅通还是受阻等因素有关,而气流畅通还是受阻就是人们常说的透气性。
一、透气性的概念
透气性是衡量料层中混合料孔隙度的标志。在生产过程中,透气性随过程的进行而变化,
一般可分成三个阶段,即: 1、原始透气性;
2、点火燃烧过程透气性; 3、 烧结过程的平均透气性。
第一阶段是烧结点火前的混合料原始透气性。它主要取决于原料的性质,加水量、混合料的粒度组成以及有无铺底料和布料方法等。
第二阶段是点火烧结过程的透气性。料层透气性随烧结过程的进行而发生规律性变化。
二、改善料层透气性的措施
改善烧结料层的透气性,能增加料层的有效烧结风量,它是强化生产的有效措施。
而改善料层透气性的主要措施是能通过改进设备来加强混合料制粉、减少料层阻力及增加风机能力等。而混合料粒度组成,对烽结过程影响也很大,加强混合料制粒有着重要的意义。
改善料层透气性的措施有以下几个方面
1、加入返矿
实验证明,在同样条件下,加入返矿比没有加入返矿的混合料,其垂直烧结速度提高
30。8%。同时由于返矿中含有低熔点物质,有助于熔融物的形成,增加液相量,可以提高烧结矿的强度。适宜的返矿用量一般为25~30%。
2、严格控制混合料的水分
水分是混合料滚动成球体的先决条件。
为提高产量而加大混合炎水分会造成产品质量低劣。水分过少,使颗粒表面粗糙而增加气流阻力。适宜的烧结水分低于适宜的造球水分的1~2%。因此,混合料水分应尽量控制在下限,而且范围越窄越好。
烧结料水分的作用,还在于它能限制料层中燃烧带在比较窄的范围内,可以改善料层透气性和保证燃料带达到足够的温度。
3、增加通过料层的有效风量
根据料层透气性公式,在料层高h和抽风负压s一定的条件下,通过料层的风量增加,透气性也增加。因为烧结机的产量与垂直烧结速度成正比。而垂直烧结速度又与通过料层的风量有关。
目前在烧结风量与负压的选择有如下几种情况。
(1)大风量高负压烧结;70年代以来,国外一些烧结厂在不断强化烧结过程的基础上,采用高负压大风量,以满足进一步提高烧结料层厚度的要求。单位烧结面积的风量一般高达85~100m3标/㎡2min,主风机抽风负压为14.2~17.1kpa。有的竟高达19.6kpa以上,首钢2#、3#烧结机对比试验表明,单位烧结面积风量分别为80和100m3标/㎡2min时,烧结机利用系数提高34%。
一般说在料高一定的条件下,提高负压伴随着风量增加,烧结利用系数提高,但烧结矿强度有所下降。若风量一定,随负压和料层高度的增加收入,利用系数乎为一常数,烧结矿强度提高。
(2)低负压大风量烧结;是采用高的单位面积的量和较低的风机负压,在不断强化烧结过程的基础上不断提高烧结料层厚度,其单位烧结面积每分钟的风量为80~90m3,负压为10290~12250pa。
1.3.6 料层厚度
改变料厚度能显著影响烧结生产率、烧结矿质量及固体燃料消耗。生产率随料层厚度的改变有极值特性,这是因为增加料层厚度,一方面使垂直烧结速度降低,另一方面由天烧结矿强度提高而使成品率增加。图1-12为负压一定时,生产率与料层厚度的关系。当料层厚度300mm以内时,随着料层厚度的增加,生产率有一程度的提高。但当料层厚度达到350mm时,再增加料层厚度,生产率则有乐降低。因此在一定的风机负压下,就有一个相应适宜的料层厚度,随着风机负压提高,适宜的料层厚度随之增加。
1.15
1.10 生产率,t/㎡2h
1.05 0.90
200 250 300 350 400 450 料层厚度,㎜
图1-12料层厚度与生产率的关系