铁矿粉造块

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富氧点火烧结新工艺
富氧点火可使点火区表层烧结料中的固体燃料充分燃烧, 减少固体燃料消耗并增加炉膛内的氧化气氛,有利于烧结 过程的氧化反应,改善烧结矿的机械强度,提高生产率。
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烧结混合料中燃料分加
技术对策:
内配燃料:一部分燃料在配料室加入,与铁料、溶剂 在一次混合机内混匀,在运送到二次混合机内造球;外 配燃料:另一部分燃料则在混合料基本成球后再加入, 使之存在于料球表面。 优点:可改善燃料的燃烧条件,又可减少燃料与铁料接 触还原而造成的燃料损失,还可形成合理的3
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球团固结形式比较
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900~1100℃ 1200~1300℃
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特殊造块方法
1、压力造块法; 2、粘结剂固结(水泥固结、高压蒸养、氯 化物固结); 3、其它方法(碳酸化球团、焦化法)
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课堂思考
烧结和球团两种制造块方法的区别与联系?
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触点态
Fa
2 r0
/(1
tan
2
)
依次形成摆线结构、网络状结构、毛细管结构。
滴水成球,雾水长大,无水压紧
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组成、气氛、温度。
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焙烧气氛根据燃烧室氧含量来划分
焙烧温度
磁铁矿再氧化温度900~1000℃,固相扩散1200~ 1300℃, 20~30分钟;必须温度~最高限制温度
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◆ 液相生成在烧结过程中的作用
(1) 液相是烧结矿粘结相; (2)均匀温度和化学成分; (3)润湿作用,拉紧矿粒,增加强度; (4)改善烧结矿的强度和还原性(从液相中析出烧结料 中没有的新的矿物)。
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烧结过程液相生成与冷却结晶
◆ 影响液相生成量的因素
(1) 烧结温度; (2)碱度(液相量及其类型); (3)烧结气氛;还原性↑,FeO↑,熔点↓,液相↑; (4)化学成分(SiO2含量≯5%),Al2O3 ↑,熔点↓,MgO ↑,熔点↑)。
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课前思考题
1、如何消除烧结矿的热应力和相应力? 2、简要说明低温烧结理论的要点。 ※ 3、为什么厚料烧结能提高烧结矿的质量并降低燃料
消耗? ※ 4、应从哪些方面入手来提高烧结矿的质量?
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对原料中SiO2含量没有严格要求,可以使用品 位很高的精矿粉,降低渣量。
CaO.MgO.SiO2 2CaO.MgO.2SiO2 3CaO.MgO.2SiO2 CaO.MgO.2SiO2 MgO.2SiO2 MgO. SiO2
2CaO.Al2O3.SiO2 4CaO.Al2O3.Fe2O3 CaO.Al2O3-CaO.Fe2O3
熔点
1208℃ 1280℃ 1150 ℃ 1190 ℃
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烧结原料中特有的化合物和混合物熔化温度
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烧结过程的主要液相
体系
FeO-Fe3O4 FeO-SiO2
CaO-SiO2
CaO-Fe2O3
液相名称
FeO-Fe3O4固熔体
2FeO.SiO2 2FeO.SiO2—SiO2 2FeO.SiO2—FeO 2FeO.SiO2—Fe3O4
CaO.SiO2 2CaO.3SiO2 2CaO.SiO2(α,α’,β,γ) 3CaO.SiO2 CaO.SiO2—SiO2 CaO.SiO2— 2CaO.3SiO2 2CaO.SiO2_— CaO
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低SiO2高还原性烧结新工艺
概念:低SiO2高还原性烧结一般是指烧结矿中SiO2含量低 于或等于5.0%,目前先进的企业已达到4.5%的水平。 技术对策:
✓适当提高烧结矿二元碱度以增加烧结矿中CaO的含量; ✓ 适当提高烧结矿的粉/核比例; ✓ 通过配矿设计,形成合适的烧结相,既满足低SiO2烧结矿对粘结相 量的要求,又满足高还原性的要求。
燃料用量多和还原气氛是产生2FeO.SiO2的主要条件
在溶剂性烧结矿中,主要固相反应产物是CaO.Fe2O3
燃料用量低和强氧化气氛是产生CaO.Fe2O3的主要条件
固相反应的产物不等于烧结矿最终矿物组成
SiO2与CaO接触带固相反应
烧结过程中可能产生的固相反应及反应开始温度
烧结过程液相生成与冷却结晶
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固相反应的特点
均为放热反应
两种物质间反应的最初产物为结晶构造最简单的化合物, 与反应分子数配比无关,反应产物往往是低熔点化合物
2CaO+SiO2 =2CaO.SiO2. 3CaO.SiO2 CaO.SiO2
在非溶剂性烧结矿中,Fe2O3不与SiO2间发生固相反应, 而Fe2O3 只能溶入SiO2中形成有限固溶体
(固相反应)
铁橄榄石
熔融物
熔化 分解
结晶
SiO2

烧结矿
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烧结矿的结构
◆ 宏观结构
微孔海绵结构,粗孔蜂窝结构,松散状结构。主要与烧 结条件有关。
◆ 微观结构
含铁矿物与黏结相矿物的微观排列结合方式。包括粒状结构, 斑状结构,骸晶结构,丹点状共晶结构,熔蚀结构,交织结构。
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课堂思考题
焙烧固结机理
➢ 晶桥联结
(1) Fe2O3晶桥的形成 (2)Fe3O4/Fe2O3的再结晶与长大
➢ 固相烧结固结
➢ 液相烧结固结
(1)Fe2SiO4液相的形成 (2) 生成铁酸钙或硅酸钙液相
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晶桥联结氧化气氛
1952年,库克和彭研究建立
(1100℃)
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再结晶和晶粒长大中性或还原气氛
900℃
1、烧结过程发生固相反应的条件,反应过程和反应 产物有何特点,固相反应对烧结过程有何影响? 2、烧结过程中液相是如何形成的,不同碱度的烧结 矿的烧结过程中产生的液相有哪些特点,液相对烧 结矿的质量有何影响?
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△p—料层阻力
紊流时
层流时
p
d 0.6 1.2 1.8 0.4 0
20.2 0.6 (1 )1.2
第二章 高炉炼铁原料
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A=100r × 10-5N
B=103~104A
C=10~100B
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一些概念
固相烧结——由固相分子(离子)扩散而形成颗粒联结桥,是球团焙烧固结的 重要机理。
晶桥联结——一种由固相反应生成盐类,氧化物结晶而呈现的颗粒联结桥,是 球团焙烧固结的另一种机理。 液相烧结——高温作用下物质熔化后再凝固而形成的联结桥,是一种结合力很 强的固结现象。主要见之于铁矿粉烧结。
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球团矿与烧结矿相比具有如下优点:
粒度小而均匀,有利于高炉料柱透气性的改善和气
流的均匀分布(通常8~16或20mm占90~95%);
冷态强度高(抗压和抗磨); 还原性能好,有利于改善煤气化学能的利用; 原料来源广,产品种类多; 适于处理细精矿份。
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球团过程
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球团焙烧工艺
(还原)
Fe FeO Fe3O4
CaO.Fe2O3
(固相反应)

铁橄榄石


(熔化和分解)
分 解
熔融物
2CaO.SiO2
熔 化 和 分 解
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赤铁矿非熔剂性烧结固相反应流程

Fe2O3
SiO2
(还原)
Fe FeO Fe3O4
(固相反应)
铁橄榄石
(熔化和分解)
熔融物
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磁铁矿熔剂性烧结固相反应流程
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(Hybrid pelletized Sinter)
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强化烧结过程的技术措施
⑤ 热风烧结
改善表层烧结矿的强度,降低配碳量,降低烧结矿中FeXO 的含量。
⑥ 改善透气性
加强烧结料准备,加强二次混合机的制粒作用,使用 小球烧结(6~8毫米——1.2~1.5毫米),适宜的混合料 水分,适当的添加剂(消石灰、生石灰、皂土),增加 风量。
1490℃ 1454℃ 1570 ℃ 1391 ℃ 1890 ℃ 1557 ℃
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液相冷却结晶
◆ 结晶的原则
熔点高的矿物首先结晶析出,然后是熔点低的矿物, 来不及结晶的就成为玻璃质。
◆ 冷却
料层中不同部位冷却速度差别很大,受透气性,抽风速度, 抽风量的影响,上层120~130℃/Min,下层40~50℃/Min。
烧结矿的碱度
酸性烧结矿(R=1.0~1.2),自熔性烧结矿(R=1.0~1.4),溶 剂性烧结矿(R>1.4)。
R w(CaO) / w(SiO2 ) R w(CaO MgO) / w(SiO2 )
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固相反应——液相生成——冷凝固结
旧晶格被破坏,新晶格形成,形成比单独存在时熔点更低的稳定化合物。
钩联或镶嵌——见之于金属粉末压块中。 氢键联结——见之于纤维聚结。
化学键联结——见之于铁矿粉锈结。
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烧结矿的质量指标
烧结矿强度和粒度
转鼓指数,热强度
烧结矿的还原性
用烧结矿FeO含量表示(2FeO.SiO2),含量高说明烧结矿过熔 而使结构致密,气孔率低,还原性差。
◆ 凝固与结晶
未熔融的烧结料中的Fe2O3和Fe3O4及烧结料中随抽风带 来的结晶碎片、粉尘充当晶核,依熔点高低先后结晶,沿 传热方向,呈片状、针状、长条状和树枝状不断长大。
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烧结矿中常见的固相反应及反应产物


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赤铁矿熔剂性烧结固相反应流程

Fe2O3
CaO
SiO2
(固相反应)
(固相反应)
毛细水 过渡态
Fc Pe
L KD2
K=sc
(
1-
)
aw
L—生球强度;D—生球直径;K—特性常数;c-结合因
子,0.7;ф—形状因子;ρ—颗粒密度;αw—颗粒比表
面积
Fb sPe Pe X [(1 ) / ] / r0
s-水饱和度;Pe—毛细作用力;X—形状对毛细 作用力的影响因子,对不规则颗粒X=4。
2CaO.Fe2O3 CaO.Fe2O3 CaO.2Fe2O3 CaO.Fe2O3_—CaO.2Fe2O3
熔点
1220℃
1205℃ 1178℃ 1177 ℃ 1142 ℃
1544 ℃ 1478 ℃ 2130 ℃ 1900℃ 1436 ℃ 1460 ℃ 2065 ℃
1449 ℃ 1216 ℃ 1226 ℃ 1205 ℃
液相量小于5%
注意:Fe2O3在中性和氧化气氛下也可形成再结晶与晶桥联结。
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液相烧结固结
➢ Fe2SiO4液相的形成。在还原气氛或中性气氛焙烧磁铁矿
时;
➢ 生成铁酸钙或硅酸钙液相。在生产自熔性球团,氧化钙
较高,在1000℃以上的高温,强氧化气氛中。
固相烧结固结
当温度提高到1100℃时,生球颗粒内部由于固相扩散 形成渣化联结颈,球团空隙减小,密度增加而形成一定的 固结强度。次要的固结方式。
Fe3O4
部分氧化
CaO
Fe2O3
(固相反应)
(固相反应)
SiO2
还原 分解
Fe FeO Fe3O4 Fe2O3
CaO.Fe2O3
2CaO.SiO2
(固相反应)
热熔
分化

铁橄榄石
解和


(熔化和分解)

熔融物
结晶
烧结矿

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磁铁矿非熔剂性烧结固相反应流程
Fe3O4
部分氧化 Fe2O3
还原
Fe FeO Fe3O4 Fe2O3
干燥过程(200~400℃); 预热(600~1000 ℃); 焙烧固结; 球团均热; 球团矿冷却(→90~120℃)。
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滴水成球 雾水长大 无水压紧
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摆 线 结 构
毛 细 结 构
铁矿粉加水聚集状态示意图
网 络 结 构
重 力 水
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生球成球过程中作用力的变化(形成母球)
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烧结新工艺
低温烧结新工艺; 球团烧结新工艺(HPS); 低SiO2高还原性烧结新工艺; 烧结混合料中燃料分加; 富氧点火。
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(1.35)
固体燃料裹在生球的外面。Hybrid Pelletized Sinter
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小球烧结的特点:
➢增设了造球设施; ➢增加了外滚煤粉工艺(外70~80%,内20~30%); ➢采用新型布料系统; ➢点火前设置干燥段; ➢外形为不规则的小球集合体。
CaO.2Fe2O3只在1155~1226 ℃范围内稳定,1150 ℃分解为CaO.Fe2O3和Fe2O3 28
烧结过程的主要液相
体系
CaO-FeO-SiO2
CaO-MgO-SiO2
CaO-SiO2-Al2O3-FeO (当铝含量较高时)
液相名称
CaO.FeO.SiO2 2CaO.FeO.SiO2 CaO.FeO.2SiO2 2CaO.FeO.2SiO2
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