《烧结矿问题研究7400字（论文）》

引言烧结矿转鼓指数是衡量烧结矿强度的重要指标，起与烧结矿成品率的高低密切相关，此外在高炉的过程中相较于还能产生更少的粉末，从而提升烧结矿的入炉量，降低运输、烧结成本。另外，在高炉的运行效率上，转鼓指数较高的烧结矿还能保证更高的运行效率，为为高炉的增产提供重要的能量保障。在实际操作过程中，可以发现影响烧结矿转鼓强度的因素很多，配料；强度；温度都是常见的影响因素。虽然高铁低硅可以改善烧结矿的冶金性能，减少高炉冶炼过程中产生的渣量，提高滴落带的透气性，有利于高炉的平稳运行，然而，随着烧结矿中二氧化硅的减少，烧结矿强度开始降低，烧结生产率降低，导致进入高炉的粉末增多，削弱了品位提高对高炉冶炼的强化作用。因此在易于实现的条件下，根据烧结生产特点的反应和过程，对配料以及操作的改善，从而提高烧结矿的转鼓强度是一个较为实在的研究课题，一、烧结机理（一）烧结工艺在钢铁工业越来越强大的时候，冶金研究人员把他们的研究集中在烧结生产的技术和理论上。随着世界钢铁工业的快速发展放缓，钢铁企业带来的污染对人类生活环境的影响逐渐引起了政府和研究者的关注。环境保护已经逐渐成为世界各国的共识，特别是像中国这样今年钢铁产量巨大的发展中国家。烧结过程是钢铁厂能耗最大、环境保护问题最严重的过程，该过程中的节能环保将是钢铁工业改革和发展中最重要的任务之一。目前，世界各大钢铁厂使用的环保技术主要包括:1.固体燃料优化技术首先，实施厚层烧结技术。在烧结机能够承受料层的范围内，逐渐增加料层厚度可以降低烧结过程中的能耗,提高自动蓄热效率，减弱烧结边缘效应的影响，从而降低单位产品能耗率。其次，充分回收利用含碳粉末。钢铁生产将伴随着大量含碳和含铁粉末的生产。如果这些粉末中的有害物质能够得到相应的控制，可以达到替代某些固体燃料和回收铁、碳等原料的效果。最后，提高了固体燃料的燃烧性能。固体燃料的粒径和粒径分布、燃料结构、输入方式和助燃催化剂的使用可以整体提高固体燃料的输出能力，提高固体燃料的利用效率。2.原材料优化技术烧结过程中的原材料由许多不同的物质组成。烧结生产前，原料的配合程度是直接影响烧结产品质量和能耗的关键因素。烧结尺寸相近、均匀的原料颗粒是烧结过程顺利进行的基本保证，也能在一定程度上提高烧结产品的质量。另外，采用球团和球团烧结技术对原料进行处理，使烧结过程更加节能环保。成球处理后原矿粉中的小球数量可以大大增加，从而提高烧结材料的透气性，该烧结过程的实际效果会更好。3.余热回收利用技术在烧结过程中，冷却器中产生的废气和烧结废气将产生相当于生产过程总能耗50%的热量。如果这两部分废气产生的余热能够充分回收利用，烧结过程中的能耗可以明显降低。实现这一目标有两种方式:一是在烧结冷却系统中安装余热锅炉，利用余热产生蒸汽用于发电和供热。二是积极推广余热废气烧结技术。该技术能充分利用热风烧结余热，降低固体燃料消耗。（二）烧结主要过程及反应1.烧结过程烧结是一种在高温下加热粉状材料(如细矿石和精矿)并在粉状材料完全熔化之前烧结成块状的方法。所得产品称为烧结物，其外形通常不规则且多孔。烧结过程中所需的热能主要是由添加到烧结材料中的碳和引入烧结杯的过量空气之间的燃烧反应产生的，因此烧结过程也可以称为氧化烧结。烧结物的内部成分主要依靠液相结合(因此烧结过程也可以称为熔融烧结)，固相结合仅起次要作用。根据烧结材料层的温度变化和烧结过程中的物理化学变化，被烧结的材料层从上到下可分为五层，分别为烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层和过湿层。点火开始后，这五层会一层接一层地出现，并逐渐向下部移动，最后所有烧结材料都会变成烧结缝，得到产品烧结体。2.燃料燃烧烧结过程将伴随着一系列复杂的物理和化学反应。这些反应的前提是有一定的温度和热量需求条件，而这种前提条件的存在需要固体碳在烧结混合原料中燃烧来提供。虽然燃料的燃烧过程是烧结过程中的主要热源，但是将燃烧层区域的温度升高到1300-1500℃是不够的。另一部分热量来自上部温度较高的燃烧接缝，该接缝由吸入的空气预热，然后由气体供应。根据相关热平衡分析结果可知，蓄热提供的热量约占烧结过程总热量的40%。随着烧结材料层的厚度逐渐增加，烧结过程中自动存储的热量也逐渐增加，这更有利于降低烧结过程中的燃料消耗。然而，如果烧结材料层的厚度进一步增加，此时，在烧结矿石层形成稳定的储热层之后，由烧结矿石层提供的储热不会继续增加，这是因为材料层高度的增加也会影响烧结材料层的透气性。随着烧结过程的逐步推进，燃烧层不断向下部移动，烧结矿层的厚度将逐渐增加。此时，自动蓄热效果越来越明显，下层燃烧温度更高。由于上层温度不够高(通常在1150℃左右)，导致烧结强度较低。然而，较低的温度太高，导致烧结矿的还原性能明显降低，从而导致最终烧结矿质量不均匀。烧结过程的总速度由燃料燃烧速度和传热速度中最慢的一个决定。在烧结燃料含量低的情况下，由于燃料供氧充足，燃点低，燃料燃烧速度较快，总烧结速度由传热速度决定。然而，在烧结燃料的含量在正常范围内或高于正常含量的条件下，烧结过程的总速度取决于燃料的燃烧速度。燃料燃烧速度的主要影响因素包括燃料的反应性、颗粒大小、气体中氧气的量、流速(材料层的渗透性)和温度。燃料的颗粒尺寸越小，烧结材料层的透气性越差，这不利于燃料燃烧和热传递。通常，燃料颗粒尺寸最好为1-3毫米。在实际烧结生产过程中，烧结燃料粉碎后会产生一些粒径小于1毫米的颗粒，粒径为3毫米的颗粒通常占70-85%。3.水分的蒸发与冷凝烧结混合原料中的水分主要来源于原矿是、空气带来的水分以及某些结晶产生的水分。当由高温烧结矿层预热的气体与湿烧结材料接触时，水蒸气的蒸发速度非常慢，并且烧结材料中的水分不会增加太多。从上层扩散的废气中的大部分热量用于预热材料，因此此时温度将显著升高。当烧结料温度升至100°C时，此时烧结料中的水分迅速蒸发成废气。然而，当烧结材料的饱和蒸汽压等于总压时，水的蒸发将变得非常强烈，甚至会发生沸腾。烧结过程中，当温度为100℃时，饱和蒸汽压大于实际分压，因此烧结材料中水分的蒸发过程应在温度低于100℃时完成。但事实上，在温度高于100℃的烧结材料中仍然会有残留水分，这是由于烧结废气向混合材料的传热速度太快，当烧结材料的温度高于水分的蒸发温度时，由于热传递过快，水分不能蒸发。此外，少量的分子水和膜水与固体颗粒表面有很大的结合力，这部分水不容易从固体颗粒表面蒸发。在烧结过程中，当烧结燃料点燃时，水分开始蒸发，并逐渐转移到烧结废气中，导致烧结废气中水蒸气的实际分压逐渐增加。水蒸气开始凝结的温度称为“露点”水蒸气凝结的结果是，底层材料的含水量会增加。当烧结材料中的水分含量高于烧结材料中的原始水分含量时，这种现象称为过度润湿。根据烧结材料温度和烧结材料特性的不同，冷凝水的量通常在1-2%之间，而冷凝层的厚度在20-40毫米之间。在烧结过程中，如果水蒸气的冷凝导致过度润湿的发生，将对烧结材料层的透气性极为不利。另一种情况是冷凝水填充整个颗粒之间的间隙，导致材料层电阻大大增加，烧结过程进展极其缓慢，甚至有可能中断燃烧层，出现“熄火”现象，导致烧结矿产量和质量下降。4.碳酸盐的分解烧结混合材料通常含有一些碳酸盐，这些碳酸盐在烧结过程中进入液相的先决条件是它们必须能够分解。如果不能分解，烧结矿的质量将会大大降低。当烧结含菱铁矿和菱锰矿的混合物料时，混合物料通常含有碳酸亚铁和碳酸锰。菱铁矿在烧结过程中容易分解。生产熔剂或高碱度烧结矿时，应加入一定量的碳酸钙或碳酸镁。碳酸钙的分解温度略高于其他碳酸盐。其分解速度与温度、粒度、外部气体流速和气相中浓度有关。当系统温度升高时，样品的粒径减小，气流速度增加，气相中浓度降低，碳酸钙的分解速度增加。用精矿粉生产熔剂或高碱度烧结矿时，碳酸钙的粒度是决定性因素。如果的粒度太大，一种情况是没有时间分解，另一种情况是分解产生的不能完全矿化，而是作为游离大量保留在烧结物中。此时，如果这种游离氧化钙吸收空气中的水分，将发生消化反应，消化反应的结果将扩大烧结物的体积，从而导致烧结物被粉碎。因此，为了确保碳酸钙在烧结过程中能够完全分解，有必要将其粒度严格控制在小于3毫米的范围内。5.铁氧化物的分解、还原及氧化虽然整个烧结过程以样化反应为主，但是已然包含部分还原反应。烧结材料中氧化铁有三种形式:、和。根据热力学知识，三种氧化铁的分解是逐步进行的。然而，只有当温度高于570℃时，才能在热力学上稳定存在。当温度低于570℃时，将转化为。在1300-1350℃以上的烧结层中，:可以完全热分解:在整个烧结过程中，铁氧化物有可能被固体碳或者一氧化碳所还原，当温度大于5700C时，铁氧化物的还原顺序为:→→→；当温度小于570℃时，铁氧化物的还原顺序为：→→（1）C作为还原剂温度高于570°C时：温度低于570°C时：（2）CO作为还原剂的还原：的还原：温度高于570°C时：温度低于570°C时：（3）的还原：所以，在整个烧结过程当中，铁氧化物很可能会发生的转变为:分解压高，高温下可以被分解，但是和不能分解；但有存在时，的分解压很靠近，所以在1300-1350°C以上也可发生热分解:在的还原900°C以上，可被还原，尤其是存在时，更有利于的还原，反应式为：因为的存在对的生成不利，因此也不利于上述反应的进行，所以当烧结矿碱度增加以后，的含量会有所降低。分解压很小，在通常情况下很难被还原成金属即使还原得到少量金属，也很容易被抽入的空气氧化。在燃烧层中距离燃料碳颗粒相对较远的区域，氧化性气氛相对较强，所以又能够使和氧化:在烧结进程中同时存在着氧化和还原的过程，通常情况下可以按照烧结前后含铁原料的氧化程度的改变来分析两种过程进行的水平。氧化度指的是矿石或烧结矿中与铁结合的实际氧含量与假定所有铁(TFe)元素的价态为三价铁时结合的氧含量之比。氧化度的计算公式为:其中，式中，表示的是化学分析得到的亚铁质量分数；为化学分析得到的全铁质量分数；为二价铁的质量分数。由上述的氧化度公式可以看出，烧结燃料用量的多少是影响烧结进程中氧势的主要因素。所以对燃料用量的控制是保证烧结矿中含量处于较低水平和烧结矿最终强度的重要条件。二、影响烧结矿转鼓强度的因素分析（一）燃料的影响在众多影响因素中，燃料比大小影响最大，FeO含量与碳比大小呈正相关。在正常情况下，增加燃料量、提高材料层烧结温度和强化还原气氛有利提高烧结矿的强度。但是，如果FeO含量过高，烧结矿的还原性会变差，从而增加炼铁能耗和烧结成本。在生产实践中，烧结过程中的最高温度不仅取决于燃料粒度的大小，还取决于原料粒度的大小。只有当燃料粒度适合于原料粒度时，即只有当燃烧速度和传热速度同步时，才能使燃料消耗最低。为了降低燃料消耗，合理控制FeO含量，根据原料条件合理选择燃料粒度及其粒度分布非常重要。此外，燃料粒度过细又造成燃料燃烧速度过快，将造成垂直烧结速度过快，高温持续时间短，那么液相数量生成就会不足。烧结过程中液相生成量与烧结矿转鼓强度之间有着良好的线性关系，液相的增多有助于将混合料固结成块而减少烧结散料，随着液相生成量的提高，烧结转鼓强度提高。这也是需要注意的一个地方。（二）碱度和矿物组成的影响1.和含量的影响是烧结过程中形成硅酸盐粘结相的基础。硅酸盐化合物是烧结过程中常见的液相之一，随着烧结材料中二氧化硅质量分数的降低，烧结中液相的量减少。当二氧化硅的含量5%时，液相量不足。烧结研究和生产实践表明，低品位高硅原料适合生产低碱度烧结矿，而高品位低硅原料适合生产高碱度烧结矿。在低硅条件下，应提高碱度以发展铁酸钙粘结相，提高烧结强度和还原性。当烧结矿中含有一定的时候，对高炉炉渣的流动性和提高脱硫能力有一定的提升，同时含的硅酸盐液相粘度大，因而烧结矿呈中小气孔结构，气孔表面积大，但含量高后，烧结矿中赤铁矿量减少、镁磁铁矿增加，会降低烧结矿中铁酸钙的含量，从而不利于烧结矿的冷强度，故含量过高会降低烧结矿的转鼓指数。2.料层厚度的影响烧结过程中材料层厚度对热量利用和烧结成品率的影响十分突出。如果材料层太厚，材料层的电阻会增加，水蒸气的凝结会加剧，这容易导致材料层的渗透性变差，从而降低垂直烧结速度。薄料层烧结可以提高烧结速度和加工速度。然而，由于表面烧结矿相对增加，强度差，产量必然下降。因此，应根据优质高产的原则考虑合适的材料层高度。材料层的厚度影响烧结过程中的自动蓄热强度、高温保温时间、垂直烧结速度和气氛特性，并影响烧结和矿化过程，从而决定成品矿石的质量。随着材料层厚度的增加，热量利用变得更好，高温保温时间延长，氧化气氛增强，有利于铁酸钙结合相的发展，提高烧结矿的强度和产量。3.混合料水分影响混合物的含水量是烧结过程中非常活跃的因素。它直接影响Fe0含量和固体燃料消耗的变化，以及烧结矿强度和粒度组成等指标。合适混合物的含水量随着材料层厚度的增加而降低。合理控制混合料水分是获得低Fe0高强度烧结矿的重要因素。三、提高烧结矿强度的技术措施（一）改善和优化入烧原料结构原材料的质量直接影响并贯穿整个烧结过程。因此，为了满足生产优质烧结矿的条件，不仅要保证烧结产量高、质量好，还要保证烧结矿具有良好的冶金性能，能够满足高炉的要求，从而获得良好的经济效益。为了改善原材料的结构，我们应该从铁、熔剂和燃料开始。车间应及时监测不同外粉的含水率和粒度组成，严格控制粒度组成不良的原料比例，并与粒度组成良好的外粉合理结合使用，尽可能减少较大的粒度含量，优化原料粒度组成，使烧结用混合粒度更适合造粒，保证良好的透气性，进一步提高烧结矿质量。此外，应控制二氧化硅的含量，实现换料过程中的稳定过渡，这不仅使烧结液完全合适，而且提高了烧结矿的碱度稳定率，保证了烧结矿组分的稳定性，有利于烧结矿强度的提高。同时，应严格控制车间无烟煤的质量。严禁卸载含碳量低于75%的燃料，以确保煤炭质量。每班应严格监控和定期测量通量。不合格焊剂不得入库。对熔剂筛进行改造，筛片分成大小相同的两片，前后重叠，筛框四周用皮带密封，保证熔剂粒度，对稳定烧结矿质量指标起到积极作用。（二）提高烧结矿的碱度一般情况下，普通烧结矿机械强度高，还原性差。使用高炉时，不利于提高炉温。自熔性烧结矿的还原性优于普通烧结矿，但其强度差，阻碍了高炉冶炼的进一步强化。这个问题可以通过提高烧结矿的碱度来解决。高碱度烧结矿不仅是一种原料，也是一种熔剂，具有良好的机械强度和还原性。这是因为高碱度烧结矿的粘结主要是一钙铁氧体，具有良好的强度和还原性。高碱度烧结有利于三钙铁酸的形成，对于低硅精矿，高碱度烧结矿明显增加粘结剂的用量，不仅有利于烧结矿强度的提高，而且有利于烧结矿还原性的提高。（三）改善生产操作首先，配料是烧结生产中的一个重要工序，对烧结矿的质量和稳定性有很大的影响。由于常规手工批量配料方法存在误差大、精度低的缺点，我们利用一些精密仪器进行电气和计量改进，开发程序软件，采用自动配料技术实现自动配料。按照设定的比例，下料量稳定，误差减小，精度提高，烧结质量大大提高。采用高温点火技术可以提高上烧结矿的强度，但会导致表层过度熔化，导致透气性差。因此，改进了点火技术，采用低温点火，避免了上层的过度熔化，提高了上层的透气性，显著提高了烧结速度。造球用反向螺旋导料板的高度从进料端到出料端按照一定的坡度变化，从而实现混合物粒径的自动分级，实现强力造球，延长造球时间，提高造球效果。（四）设备改造原料车间配料添加剂仓库为锥形，共有10个仓库。仓库墙壁是金属结构，容易粘材料。上部进料口为立方体形状。设计了喷雾装置，物料混合不均匀时容易结块。下排出口是圆柱形的。上述配料添加剂仓的四个角容易粘料，导致实际仓容积减少，循环不畅，切料频繁。上述配料添加剂仓被迫进行人工加工，这不仅增加了操作人员的劳动强度，而且由于配料的不稳定性而影响烧结矿的强度。为了解决这个问题，我们粘贴了一层耐磨的瓷砖材料，摩擦系数低，表面光滑，不易粘在材料上。引进了20多门空气炮，从而消除了物料粘着的问题，降低了操作人员的劳动强度，进一步提高了烧结强度。四、结语当前不同钢铁企业烧结矿生产过程中使用的烧结原料种类繁多，烧结特性差异十分明显，从而造成烧结矿冶金性能不稳定。还原性是烧结矿重要的冶金性能指标，然而传统铁矿石还原性测定方法由于未充分考虑铁矿石在高炉中的实际状态从而有一定的局限性。因此为了对铁矿石的还原性进行合理的表征，本文首先介绍烧结工艺的基本过程，其后结合影响烧结矿转鼓强度的因素从原料、碱度、生产操作和设备这四个方面方面分别提出建议，旨在对高炉生产具备一定的指导作用。在未来的研究方面，首先可以设定更为精确的实验参数，进一步细化实验步骤，对高炉块状带的还原进行准确的模拟。此外，由于炉内的气体普遍存在一定的滞后效应，因此可以利用特定的铁矿石还原性测定装置进行精确的控制，对对高炉生产会有更加精确的指导。

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