《烧结球团》课件解析

原始烧结料带 物料的物理、化学性质基本不变
①冷却再氧化过程 ②熔体结晶 ③固相反应，氧化还原，原氧化物、 碳酸盐、硫化物的分解 ④燃料燃烧,液相熔体生成,高温分解 ⑤挥发,分解,氧化还原,水分蒸发 ⑥水汽冷凝
烧结过程
（1）混合料接受高温饱和废气中的水分，料层水分提
高而逐渐成为过湿层；
（2）当废气水分由饱和过渡到不饱和时，烧结混合料 开始干燥；
在高温下，化学反应速度很快，氧的扩散速度相对很慢，过 程的总速度取决于氧的扩散速度，称为“扩散燃烧区”。 燃烧速度主要受气流速度，燃料的粒度等因素。
氧气浓度 气流速度 燃料粒度 燃烧温度
在“动力学燃烧区”与“扩散燃烧区”存在一个过渡燃烧 区。 不同反应由动力学区进入扩散区的温度不同： C和O2的反应于800℃左右开始转入；
烧结料层中，总体是氧化气氛，局部存在还原气氛。
1.1.2 固体燃料燃烧动力学
在烧结过程中，固体燃料呈分散状分布在料层中， 燃烧规律介于单体焦粒燃烧与焦粒层燃烧之间， 固体碳的燃烧属非均相反应。
由五个步骤组成： (1)氧由气流本体通过界面层扩散到固体碳的表面； (2)氧在碳粒表面上吸附； (3)吸附的氧与碳发生化学反应； (4)反应产物的解吸； (5)反应产物由碳粒表面通过界面层向气相扩散。 限制性环节（1、3两步的速率最小）： • a 氧向含碳表面的扩散； • b 相界面上的化学反应。
燃烧产物除中除O2外，还包括CO、CO2的O2。 理想状态：CO2+0.5CO+O2接近21%； 赤铁矿：22-23%，软锰矿：23.5%;磁铁矿：18.5-20%。
气相组成
0
2
4
6
8
10
12
图 在烧结试验过程测得废气成分的变化
燃烧比[CO／(CO十CO2)] 衡量烧结过程中碳的化学能的利用程度。 a）燃烧比大则碳素利用差，气氛还原性较强； b）反之碳素利用好，氧化气氛较强。
I 0 ut0
nwd ln(CO / C H ) 1 6 2(1 m) (a1 f a2 f )(1 b arctg ) b
燃烧带的宽度由燃料颗粒的直径d，空气流速w， 原始气体中的氧的浓度CH，料层的透气性质m 及n以及系数b来决定。
1.2.2 燃烧带特性与燃烧废气组成
燃料分散于烧结料中,碳含量少、粒度细而且分散，按重 量计燃料只占总料重的3％~5%，按体积计不到总料体积 的10％；烧结过程中的燃烧是介于单颗粒与燃料群的典型 的固定床燃烧。 空气过剩系数较高(常为1.4~1.5)，故废气中均含一定数量 的氧。烧结过程整体是氧过剩，局部碳过剩。
特
点
燃烧带的特征是一种“嵌晶”结构——碳粒燃烧是在周围 没有含碳的惰性物料包围下进行的。 在靠近燃料颗粒附近，高温度和还原性气氛占优势，氧气 不足。特别是在烧结块形成时，燃料被熔融物包裹时氧更 显得不足。 空气抽过邻近不含碳的区域，温度低得多，明显的氧化气氛
特
点
烧结料层中燃料燃烧除空气供给氧外，混合料中某些氧化物 所含的氧，也往往是燃料活泼的氧化剂。
烧 结 球 团 学
第一篇烧结理论与工艺
烧结工艺流程图（详细介绍）
烧结料层
1一烧结杯；2一炉篦；3一废气出口； 4一煤气点火器；5—铺底料
燃烧带(燃料燃烧带) 温度1100~1500℃ 混合料软化熔融,形成液相. 对烧结过程产量及质量影响很大 过宽则料层透气性差， 导致温度低,液相量不足， 烧结矿粘结不好，强度低。 宽窄受燃料粒度、抽风量等因素影响
无烟煤的着火温度为750-770 ℃，挥发物的分解挥发 温度为380－400℃
挥发物不可能燃烧而进入废气，与废气－起进入抽风除尘 系统，而在管道壁、排灰阀、除尘器，以及抽风机的内壁 和转子的叶片上沉积下来，危及和妨害整个抽风系统的正 常工作。
原 则
1）尽量使用焦粉;
2）当焦粉供不应求时，可考虑使用无烟煤;
碳粒燃烧速度
D D (CO C )
2
s O2
R R (C )
2
s n O2
s O2
D (CO C ) R C
s O2
D C CO D R
s O2
2
碳粒燃烧的总速度
D R CO CO D R
D R 2
2
D —界面层内传质系数（内扩散系数）
-100000
-200000
-300000
O 2C
+
O
2
=
2C
O
2
G, J
C+ O 2= CO 2
-400000
0
978k
-500000
CO
2
+
2C+ O 2= 2CO
-600000
C=
2C
O
-700000 0 500 1000 1500 2000 2500
温度，K
在烧结料层中可能进行的反应
• 高温 CO稳定，低温 CO2稳定； • 氧过剩生成 CO2 碳过剩生成 CO； 燃料所处状态： 燃料群→燃烧前沿有C →生成CO 单颗粒→燃烧前沿有O2→生成CO2 对于烧结料层，碳完全燃烧的可能性大，但在高温 燃烧带，或者当燃料太多时，也可能生成CO。
最适宜的燃料用量应保证所获得的烧结矿具有足够的强度和 良好的还原性。（由试验确定）
1）磁铁矿烧结过程中，由于Fe3O4氧化放热，燃料用量小些；
2）赤铁矿缺乏磁铁矿氧化的热收入，故燃料用量要高些； 3）菱铁矿和褐铁矿则因为碳酸盐和氢氧化物的分解需要消 耗热量，－般则要求更高的燃料用量。 目前一般烧结的燃料用量为5～6%
R —化学反应速率常数
0 CO 2 —气流中氧浓度
kDkR 1 1 1 令：k 或者 kD kR k kD kR 1 称为反应的总阻力 k 1 称为扩散阻力 kD 1 kR 称为化学反应阻力
反应的总阻力 扩散阻力 化学反应阻力
氧气浓度 气流速度 燃料粒度 燃烧温度
在低温下，化学反应速度很慢，过程的总速度取决于化学反 应速度，称为“动力学燃烧区”。燃烧速度主要受温度的影 响，次之为氧气的浓度。
（3）预热由水分干燥基本结束时开始，燃料着火为止；
（4）焦粉燃烧，温度迅速升高,进行烧结过程； （5）燃烧基本结束，烧结料开始冷却，固结成烧结矿。
1400 1200
1000
料层温度/℃
800 600 400 200 0
焦粉着火温度（700℃）
原料带
水汽 冷凝带
干燥 预热带
燃烧带
烧结矿带
第1章 烧结过程燃料燃烧 与传热规律
1.1.1 固体燃料燃烧热力学
固体炭在温度达700℃以上即着火燃烧，发生如下反应： 碳的不完全燃烧反应： 2C＋O2＝2CO △G0＝－223426—175.31T J 碳的完全燃烧反应： C＋O2＝CO2 △G0 ＝－394133－0.84T J CO的燃烧反应： 2CO＋O2＝2CO 2 △G0 ＝－564840＋173.64T J 布都尔反应（歧化反应、碳素沉积反应）： CO 2＋C＝2CO △G0 ＝170707－174.47T J
1.3.1 固体燃料的粒度
固体燃料的粒度，与混合料中各组分的特性有关。 当烧结8～0毫米粉矿时，燃料粒度稍大时对烧结过程 影响不大，而当减少燃料粒度时，烧结质量则明显地 下降。
烧结粒度为-8mm的铁矿粉时，粒度为1~2mm的焦粉 最适宜，这样的粒度有能力在周围建立18~20mm烧 结矿块。
铁精矿由于粒度细，当燃料粒度减少时对烧结过程影响不大， 而当其粒度稍有增大时，却使成品烧结矿的产率和强度显著 下降
在烧结精矿时(-lmm，其中-0.074mm占30％)，焦粉粒度 0.5~3mm最好；
1.3.2 固体燃料的种类
碎焦粉粉末和无烟煤
焦碳是炼焦煤在隔绝空气高温加热后的固体产物
碎焦粉末是高炉用的焦碳的筛下物，粒度一般小于25毫米
焦 粉
衡量焦碳的质量—化学成分、物理机械性能、物理化学性质。 化学成分－工业分析（固定炭、灰分、挥发分和含硫量） 物理机械性能－机械强度 （如耐磨性和抗冲击强度、抗压强度）及筛分粒度组成 物理化学性质－燃烧性和反应性。 燃烧反应速度越快，燃烧反应性越高， 反应性好的焦碳燃烧性也好。
1.2.2 燃烧带特性与燃烧废气组成
烧结料层中的热交换十分有利，固体碳颗粒燃烧迅速，在 一个厚度不大(一般为30~40mm)的高温区内进行。燃烧在 “扩散燃烧区”进行。 计算氧平衡时，考虑碳酸盐的分解、铁氧化物的氧化或还 原，废气中（CO2+1/2CO+O2）与空气和单一碳的燃烧反 应的平衡组成不同。
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1.3 固体燃料特性及用量对烧结过程的影响
1.3.1 固体燃料的粒度
燃料的粒度过大时，会带来一系列的不良影响 a.燃烧带变宽，从而使烧结料层透气性变坏。
b.燃料在料层中分布不均匀，在大颗粒燃料的周围熔化得厉害， 离燃料颗粒较远的地方的物料则不能很好地烧结。 c.粗粒燃料周围，还原性气氛较强，而没有燃料地方空气 得不到利用 d.在向烧结机布料时，易产生燃料偏析现象，大颗粒燃料集中 在料层的下部，再加上烧结料层下部的蓄热作用，使烧结料层 的温度差异更大，以至造成上层烧结矿的强度差，下层过熔 FeO含量偏高。
1.4 烧结料层中的温度分布及蓄热
1.4.1 烧结料层中的温度分布特点
1.2 烧结料层中燃烧带的特性分析
1.2.1 烧结过程中燃烧带的特性分析
研究烧结过程中碳粒燃烧速度的目的之一是要研 究燃烧带的厚度和燃烧带的移动速度。
假定烧结料是由惰性物料与燃料组成，并不发生 任何化学反应，同时燃料的燃烧反应以扩散为主。 此外，在推算中考虑到燃料颗粒相对表面积的作 用及影响燃烧速度的化学反应速度的因素。
本章内容
1.1 燃料燃烧基本原理 1.2 燃烧带的特性分析 1.3 固体燃料特性及用量对烧结过程的影响 1.4 烧结料层中的温度分布及蓄热 1.5 烧结过程传热规律及应用
1.1烧结料层燃料燃烧基本原理
烧结过程中，混合料中固体燃料燃烧所提供的热量占烧结 总需热量的90%左右，因此，主要介绍固体燃料燃烧规律。
烧结矿带(成矿带): 熔融物（液相）冷凝 矿物析晶 空气得到预热
预热干燥带： 水分蒸发， 结晶水及石灰石分解 矿石氧化还原 固相反应 热交换迅速 废气温度 从1500 ℃下降到60~70 ℃
水分冷凝带(过湿带): 上层高温废气带入较多的水气 进入下层冷料时水分析出 影响烧结透气性 破坏已造好的混合料小球
燃料的粒度过小时： a.烧结速度快，燃烧所产生的热量难以使烧结料 达到所需的高温，从而使烧结矿的强度下降 b.小的燃料颗粒（小于0.5毫米）使烧结料层的透气性变坏， 并有可能被气流带走。 燃料最适宜的粒度为0.5～3毫米，日本规定燃料粒度下限为 0.25毫米，我国一般烧结厂只要求控制在3～0毫米范围内。
影响燃烧比的因素
a）燃料粒度变细，燃烧比增大（CO2+C=2CO） b）混合料中燃料含量增加，燃烧比增大（ CO2+C=2CO ） c）烧结负压增大，燃烧比增大（燃烧产生的CO来不及燃烧） d）料层高度提高,燃烧比增大 （烧结时间延长和烧结温度提高） e）返矿量减少,燃烧比增大 （燃料分布密度增大、烧结时间延长和烧结温度提高）
3）不能使用高发挥份的烟煤。 焦粉和无烟煤中的挥发分含量，不应超过5％。 燃料的灰分尽可能低些。燃料中灰分含量增多必然引起烧结 料含铁量降低和酸性氧化物增多（灰分中SiO2的数量高达 50%以上）因而必然相应需要增加熔剂的消耗量 。
1.3.3 固体燃料的用量
燃料用量影响烧结的温度和烧结气氛。 燃料用量高时： 1）烧结温度高，有利烧结液相的发展，烧结矿强度高； 2）还原性气氛强，不利于铁酸钙体系的发展，烧结矿FeO含 量高，强度低，还原性差。
C和CO2的反应则在1200℃时才转入。
烧结过程影响燃烧速度的因素
在点火后不到1min，料层温度升高到1200-1350℃
烧结过程燃烧反应基本上是在扩散区内进行。 一切能够增加扩散速度的因素，都能提高燃烧反应
速度，强化烧结过程：
减小燃料粒度
增加气流速度（改善料层透气性、增大风机风量等）
气流中的氧含量
无烟煤
随着煤炭化的程度不同，煤中的挥发物含量的差别是很大的。 炭化程度越高，它的挥发分含量也就越少。 无烟煤是各种煤中炭化最好的烧结燃料。
要求无烟煤的发热量大于6000千卡/公斤，挥发分小于10%， 灰分小于15%，硫小于2.5%，进厂的粒度小于40毫米。
无烟煤
无烟煤孔隙率小，反应性较差，导致垂直烧结速度 下降和烧结矿质量恶化。