烧结生产理论研究与工艺进展高级研修班报告杨永斌

1）孔隙率
散料层孔隙率：散料层中空隙体积与总体积之比
理想球体
1 堆 真
A：28mm,ε=0.365
B：14mm,ε=0.365
C：7mm,ε=0.365
等径颗粒：ε与粒径无关 不等径颗粒： ε下降 粒径相差大，比例接近， ε下降大
2.2 烧结料层气体运动规律—料层阻力特性
2）孔隙率、粒径与料层阻力的关系
强
3.1.1主抽风变频技术
2）应用效果
负压 (kPa) -12.87 -12.57 -12.88 -12.72 -13.15 -13.37 -13.00 -13.28 -12.56 -12.21 -11.99 -12.16 -10.33 -10.12
风量 (Nm³/m) 11300.00 10450.00 12100.00 10921.00 12990.00 10921.00 12760.00 11457.00 9920.00 8907.00 9580.00 9980.00 8907.00 8787.00
液相固结区： 满足优质粘结 相（针状铁酸 钙）成分要求 的区域，发展
液相固结
过滤区：液相向固相表层渗透，与固相区紧 密相连，形成固相固结的球料在液相基体中 紧密嵌布的复合式结构
2.1 偏析成矿固结理论基础—固结模式
Fe2O3 铁酸钙
固相固结区域—过渡区—液相固结区域
2.2 烧结料层气体运动规律—料层阻力特性
熔化带 烧结矿带
K1×108 （m-2）
11.5 28.0 24.6 31.0 6.0 4.2
K2×103 （m-1）
24.2 78.3 57.8 75.0 24.6 12.6
2.2 烧结料层气体运动规律—烧结料层阻力分配 3）烧结料层提高各带厚度的变化
增加
略 增
增加
因此，原始料层 透气性的提高是 实现超高料层烧
2）蓄热分析
传 热 方 向
Tg=T原始料
热烧 结饼
Tg>T原始料 热废气
可利用蓄热率：总蓄量中可被利用的部分所占 的百分比
未被利用的部分：
烧结饼带走
热废气带走
2.3 烧结传热规律与料层蓄热基础—蓄热特性
蓄热率/% 燃料配比/%
3）蓄热曲线
80
5.0
各单元总蓄热率
70
各单元可利用蓄热率
焦粉配比
4.5
风机功率 (kW)
6613.00 4678.00 6785.00 4761.00 6912.00 4983.00 6889.00 4799.00 6543.00 4637.00 6390.00 4290.00 6147.00 3997.00
电耗比 0.71 0.70 0.72 0.70 0.71 0.67 0.65
热波移动速率 mm/min 73.70 50.80 31.80 31.75
2.3 烧结传热规律与料层蓄热基础—蓄热作用
1）蓄热原理
料层
上部
T=Ts-Tg
Ts
Tg
料层
T'=Tg-Ts
下部
温度
蓄热方式： 热交换
蓄热效应： 上层燃料化学
热一部分用于下层 物料的预热
（预先升温）
2.3 烧结传热规律与料层蓄热基础—蓄热作用
细粒高铁低硅铁精矿
烧 低品位（高
铁、高硅） 褐铁矿
结
复杂共生 二次资源
难
度
精矿产量增大
增
选矿技术的发展
品位提高，SiO2下降 粒度变细
大
1. 我国铁矿粉烧结的现状与挑战-3
节能环保的要求日益迫切
高能耗工序
依
能耗高
成本高 排放量大
赖
高污染工序
技
粉尘
术
全方位污染
气体排放物
进
高温 噪音
步
2015年新环保法实施，将对烧结环保提出更高的要求！！！
热气体
二氧化碳 空气 氩气 氦气
气体性质的影响
气体密度
气体平均热容
kg/m3
kJ/kg·K
1.872
1.249
1.216
1.155
源自文库
1.680
0.521
0.176
5.196
kJ/m3·K 2.338 1.404 0.875 0.914
莫来石 1.029 1212 1248 35.6
氧化铝 1.059 1586 1680 27.9
2 烧结理论研究进展
偏析成矿固结理论基础 烧结料层气体运动规律 烧结传热规律与料层蓄热基础
6
2.1 偏析成矿固结理论基础—背景
偏析成矿概念：原料的综合成分不符合整体液相固 结生成优质粘结相（针状铁酸钙）的要求，采用局 部控制成分、液相固结与固相固结相结合的成矿固 结模式。
高硅、高铝矿 高铁低硅矿
料层厚度，cm
20
18
16
14
12
40
60
80
100
120
140
160
混合料中的返 矿量，%
降低燃烧比措施：粗粒、低量、 高料层、低负压
2.3 烧结传热规律与料层蓄热基础—燃料燃烧 2）燃烧带厚度
燃烧颗粒燃烧时间：
t0 6
nd0 ln(C0 / CH ) 2(1 m)u(1 f 2 f )(1 barctg
气流速率和点火温度的影响
2.3 烧结传热规律与料层蓄热基础—传热规律
1）热波移动速率
固体性质的影响（Vg=0.6m/s)
参数
铝硅酸盐熟料 石英
平均热容，kJ/kg.K 堆密度，kg/m3
物料热当量，kJ/m3.K ，mm/min
1.105 740 818 92.5
0.988 1060 1047 50.8
局部混匀
扩散
颗粒间局部位 置交换
微区混匀
3.1.2 强力混合技术 2）应用展望
将强力混合机引入烧结领域，有望取代圆筒混 合机、圆筒制粒机，甚至取消混合料场。
3）关键问题
烧结原料磨损性强，搅拌轴和浆叶的摩损是强 力搅拌用于烧结需要解决的关键问题
3.1.2 强力混合技术 4）气垫抗磨技术
3.1.2 强力混合技术 5）耐磨材料
管道气流阻力（拉沃隆科夫公式）：
P / H 1 g 2
2D
料层气流阻力（厄贡公式）：
P H
150
(1 )2 3
(d p )2
1.75
1 3
2 d p
ε增大→气流阻力减小
粒径增大→孔隙直径增大→气流阻力减小
形状系数增大→ 迷宫系数增大→气流阻力减小
2.2 烧结料层气体运动规律—烧结料层阻力分配
1）料层阻力损失系数
厄贡公式转变如下：
P H
150
(1 )2 3
(d p )2
1.75
1 3
2 d p
K1 K2 2
K1 摩擦阻力损失系数 K2 局部（形状）阻力损失系数
2.2 烧结料层气体运动规律—烧结料层阻力分配
2）烧结料层阻力分配
压力损失系数
各带气体流速与压力降
各带名称
原始料带 水份冷凝带 干燥预热带 反应(燃烧)带
3.1.3 液密封冷却机技术
CF
%
R
SiO2
%
CaO Fe2O3 CaO
2.0 5.0% 216 56
38.57%
2.1 偏析成矿固结理论基础—液相量与液相成分
SiO24.0%时，若R维持2.0不变，CF的理论最大生成量：：
CF
%
R
SiO2
%
CaO Fe2O3 CaO
2.0 4.0% 216 56
30.86%
废 气燃烧比 [CO/(CO+CO2], %
0.5~1.0
1）燃烧比
20
18
16
14
12
2.0~3.0
1.0~2.0
10
0
1
2
3
燃料粒度，mm
废 气燃烧比
[CO/(CO+CO2], %
3.0~4.0 4.0~5.0
4
5
废 气燃烧比 [CO/(CO+CO2], %
22
20
18
16
14
12
4
5
6
7
8
9
10
偏析成矿的客观需求
分割制粒新工艺的提出 复合造块新工艺的提出
偏析成矿的工艺方法
2.1 偏析成矿固结理论基础—液相量与液相成分
1）高铁低硅烧结
铁酸钙的生成反应为:
CaO+Fe2O3=CaO•Fe2O3 当 SiO2=5.0%、R=2.0时，设CaO全部与Fe2O3反应生 成CF，则烧结矿中CF的理论最大生成量为：
搅拌桨耐磨材料金相结构
6）应用情况
宝钢新建烧结生产线应用，取代一次混合圆筒
3.1.3 液密封冷却机技术
1）技术特点
不需风箱、双层卸灰阀、环形拉链机（电动小车） 等配套设施，减少了维护、检修工作量； 运行阻力小，台车运行平稳; 密封装置使用寿命长； 由于漏风量大大减少，泄漏到大气中的粉尘也减少， 改善了环式冷却机的周边环境。
风门开度（% ）
70.00 100.00 70.00 100.00 75.00 100.00 75.00 100.00 75.00 100.00 70.00 95.00 70.00 100.00
风机转速（ r/m)
1000.00 820.00 1000.00 820.00 1000.00 830.00 1000.00 830.00 1000.00 820.00 1000.00 760.00 1000.00 740.00
3.1.1 主抽风变频技术
2）应用效果
2014年3月在包钢试车，效果如下： 与传统风门调节方式相比，节约电耗 20%以上 通过调节风机转速控制烧结终点，可以 保证台车速度稳定，烧结矿产量稳定，烧 结矿质量更好
3.1.2 强力混合技术
1）混匀机理—全尺度混匀
对流
颗粒群整体运 动
整体混合
剪切
颗粒层间相对 运动
结的基础条件
可控
2.3 烧结传热规律与料层蓄热基础—燃料燃烧
1）燃烧比
燃烧反应： C+CO2=CO CO+O2=CO2
燃烧比： 指燃烧废气中CO/(CO+CO2)的比值，以 %表示，以衡量碳燃烧的充分程度或其 化学能的利用程度
影响因素： 燃烧粒度 混合料中燃料含量 烧结负压 料层厚度 返矿量
2.3 烧结传热规律与料层蓄热基础—燃料燃烧
27
3.1 现行烧结工艺中的技术革新
主抽风变频技术 强力混合技术 液密封冷机却技术
3.1.1 主抽风变频技术
1）技术实质
通过变频器的作用调节抽风负压，以达到 稳定烧结负压的要求
烧结负压调整方式
调压方式 抽风负压 节能效果 稳定性
传统方式 风门调压 不变
不节能 弱
变频技术 变频调压 改变
节能
60
4.0
50
40
3.5
30
3.0
20
2.5
10
0
2.0
第一层 第二层 第三层 第四层 第五层 第六层 第七层
烧结料层单元
蓄热曲线为通过燃料合理偏析实现烧结 节能提供重要的理论依据
3.烧结工艺与技术的进展与动向
现行烧结工艺中的技术革新 复合造块新工艺 烧结优化配矿技术 专家系统与控制技术 难造块铁矿烧结技术 烟气循环烧结工艺 偏析布料均热烧结技术
烧结生产理论与工艺研究进展
报告人: 杨永斌
sanyayou@126. com
中南大学 (CSU)
2013 年 11 月
报告提纲
1.我国铁矿粉烧结的现状与挑战 2.烧结理论研究进展 3.烧结工艺与技术的进展与动向
1. 我国铁矿粉烧结的现状与挑战
铁矿粉造块担负着为钢铁冶炼制备优质炉料的任 务，90%以上的含铁物料须经造块后才能供高炉 冶炼。
混合料中燃料的含量，%
22
20
18
16 4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
负压，Pa
2.3 烧结传热规律与料层蓄热基础—燃料燃烧
1）燃烧比
废 气燃烧比 [CO/(CO+CO2], % 废 气燃烧比 [CO/(CO+CO2], %
18 16 14 12 10
16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
CF的理论生成量减少：38.57%-30.86%=7.71%
维持相同的液相量所需要的碱度：
R CF % CaO 38.57% 56 2.5 CaO Fe2O3 SiO2 % 216 4.0%
2.1 偏析成矿固结理论基础—液相量与液相成分
2）高硅矿烧结
当 SiO2提高时，维持碱度不变将增加过剩碱含量： 高炉渣过剩碱量：
铁矿粉造块是现代钢铁联合企业中物料处理量居 于第二位（仅次于炼铁）、能耗居于第三位（仅 次于炼铁和轧钢）的重要生产工序。
目前，我国铁矿粉造块生产规模已达10亿吨/年。
1. 我国铁矿粉烧结的现状与挑战-2
原料类型及特性正在变化
非传统含铁原料增加
优质炼铁原料短缺 降低原料成本的需要
非传统 或经济 性原料
1） b
其中：b M ( dm )2 N d0
燃烧带厚度：
z0 ut0
2.3 烧结传热规律与料层蓄热基础—传热规律
1）热波移动速率
VB, mm/min
80
950℃
70
1050℃
1150℃
60
1250℃
1340℃
50
40
30
20
10
0
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
V0,g, m/s
烧结矿带入的过剩碱量：
n(CaO过剩) R SiO2 / 56 2SiO2 / 60 SiO2 (R / 56 1/ 30)
过剩碱量的增加将使高炉需要配加更多的酸性料，而 酸性料不能增加时，只能降低烧结矿碱度。但是低碱 度烧结将显著降低烧结矿产质量
2.1 偏析成矿固结理论基础—固结模式
固相固结区： 硅含量过高或 过低的区域， 不与CaO接触， 采用固相固结