烧结物料平衡计算4.docx

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烧结物料平衡计算4

烧结物料平衡计算

关键词：

烧结物料平衡

1.1燃烧反应

烧结过程中进行着一系列复杂的物理化学变化，这些变化的依据是一定的温度和热量

需求条件，而创造这种条件的是混合料中碳的燃烧。

混合料中的碳在温度达到700℃以上即

着火燃烧，发生以下凹种反应：

C+O2＝C02△H＝-33500kj/mol△Go＝-395350-0．54T（1-1）2C+O2＝2CO△H＝-9800kg/mol△Go＝一228800-171.547T（1-2）

2CO+O2＝2CO2△H＝-23700kJ/mol△Go＝-561900十170.46T（1-3）

CO2+C＝2CO△H＝13800N／k8△Go＝l66550-171.02T（1-4）

在烧结过程户，反应（2j1）易发生，在高温区有利于（2—2）和（2—4）进行，但由于燃烧层薄，废气经过预热层温度很快下降，所以它们受到限制，但是在混合料中燃料粒度过细，配碳过多而且偏析较大时，此类反应仍有一定程度的发展。

反应（2—3）在烧结过程的低温区易于进行。

总的来说，烧结废气个以cO：

为主，有少量的co，还有一些自出氧和氮。

图1—1显示了烧结过程中废气成分变化的一般规律。

图（1-1）

1.2分解反应

烧结过程中有三种分解反应发生：

结晶水分解，碳酸盐分解，高价氧化物（Fezo：

，Mno2.Mn203）分解。

（1）结晶水分解。

一般固溶体内的水容易在120一200℃就分解出来，以OH—根存在的针铁矿（Fez03·H：

O系y—FeO．OH），针铁矿（Fe2O3·H2O系Y—FeO．OH），水锰矿[MnO2·Mn（OH）2系MnO．OH]由于分解过程伴随有品格转变，其开始分解温度要高些约300℃左右。

而脉石中的高岭土（A12O3·2SiO2·2H2O），拜来石[（Fe·AL）2O2·3SiO2·3H2O]的早格中进入了OH-，它们均需到500℃才开始分解。

分解反应为吸热反应，因而用褐铁矿或强磁选和浮选的褐铁矿精矿粉烧结时，需要更多的燃料，配量一股高达9％一11％。

（2）碳酸盐分解。

如果混合料中有菱铁矿，在烧结过程中比较容易分解，在300一350℃就分解了。

配入混合料的熔剂白云石和石灰石的分解与废气小的cO2分压有关。

根据烧结废气户CO2含量变化（图1-2）和总压88．3kPa（0．9趾）的条件，可以得出白云石和石灰石开始分解的温度相应为720℃和809℃。

沸腾分解温度为910℃。

溶剂的分解过程示与图（1-2）。

图（1-2）

（3）高价氧化物分解。

铁和恬的高价氧化物的分解压较高，它们在大气户开始分解和沸腾分解温度如下：

在烧结过程中，负压在9．8kPa（1000mmH2O）以上，实际气体总压力不到88.3kPa（0.9at），气氛巾氧的分压11．76-18．6kPa（o．18-0.19nt），而在预热层中废气含氧8％-10％（图1-2），氧的分压7.1-8．8kPa（0.072-0.09次）；在燃烧层温度高达1350-1500℃，氧分压在碳素周围比预热层低，因此Mno：

、Mn20；

在预热层开始分解，在燃烧层达到沸腾分解，同时Fczo：

也

在燃烧层分解，有时甚至是剧烈分解。

Fe304和FexO因其分

解压很小，在烧结条件下不可能分解。

1.3.还原与再氧化反应

总的来说，烧结过程是氧化性气氛，但由于烧结料中碳分布的偏析和气体组成分布的不均匀性，使得某些地区，特别是在燃料颗粒周围的P（CO2）／P（CO）比值很小，而该处的温度又较高，部分Fe3O4‘可能被还原成FcxO，甚至后者还可能被还原成Fc（图1—3）。

然而在远离燃料颗粒的地区g（CO2）冲（CO）比值可能很大，相应氧含量可能很多，Fe3O4和Fexo就可能被氧化。

所以，在烧结条件下，不可能使所有的Fe3O4，甚至所有的Fe2O3还原。

图（1-3）富赤铁矿粉烧结自熔性烧结矿时的铁矿物组成变化

1.4气化反应

烧结过程中的气化反应能脱除某些有害杂质，气化反应有三种类型：

（1）氧化。

烧结过程中硫是氧化成气态s02而排除的，大部分混合料宁硫以如下式方式被脱除：

2FeS2十5十O2＝Fe2O3十4SOz（1-5）

2FcS十3十O2＝Fc2O3十2SO2（1-6）

（2）还原。

某些易挥发的元素如能征烧结过程个被还原也可以气化脱除，这些元素包括Zn、K、Na等。

主要的困难是这些元素的氧化物在烧结料中形成盐类，甚难还原。

在高配碳条件下可以脱除少量的zn、K、Na。

（3）氯化。

应用氯化反应脱除某些元素的必要条件是：

在烧结条件下能生成低熔点氯化物、不会与烧结气流中水蒸气发生如下式的水解作用而再度沉析：

MeCl2十H2O—MeO十2HCl（1—7）

符合这些条件的元素有As、cu、cd、Pb、K、Na等。

zncl虽可以发生水解作用，但氯化脱除效果不好。

常用的氯化剂为cacls及Nacl。

加入cacl22％一般可脱除As60％、zn65%、Pb90％。

2.1平衡计算

烧结是粉料造块最重要的工艺方法。

将精矿粉或富矿粉、燃料（焦末或无烟煤粉等）、熔剂（白云石、石灰石等）及其他辅助添加

剂按一定比例加水混合并造成小球，混合料铺在带式烧结机的台车

上，在一定负压下点火即开始烧结，整个烧结过程是在10。

16kPa或更高的抽风负压下从前到后、自上而下进行的。

在烷结料中的燃料燃烧所产生的高温（约1500Y左右）下，混合料局部熔化生成液相，

冷却后矿粉相互茹结在一起，形成坚实而多孔的烧结矿。

在焙烧过程中原料中的熔剂可伴随完成某些初步的造渣反应，使

烷结矿的碱度M（Cao）／M（si02）达到1．6左右，从而可使高炉人炉料少加或不加熔剂。

同时，在烧结过程中可以去除原料中的有害杂质硫等，对原料中的其他有益元素也可进行综合回收。

烧结好的烧结矿经破碎、筛分（筛下的碎矿和粉矿可返回重新烧

结）和冷却（使温度降到伽骡左右），可成为品位高、化学成分稳

定、碱度适宜、还原性好、有害杂质少、强度高、粒度均匀的烧结矿。

烧结过程可大致分为烧结料的准备、铺料（布料）点火烧结和

产品处理三个工艺环节，其一般工艺流程如图1—1所示。

原料准备对烧结生产影响很大。

备料工作的主要内容是破碎整

粒、配料和温匀造球。

烧结原料主要有矿粉（粗矿粉和富矿粉）、燃料（焦末和无烟煤）和熔剂（石灰石、白云石或生石灰、消石灰），其他加高炉和转炉炉尘、轧钢皮、铁屑、硫酸渣等都可作为烧结附加物。

为了保证烧结过程顺利进行，改善烧结生产技术经济指标，对烧结原料的化学成分、粒度和水分等均应有一定的要求。

含铁高的矿粉，对提高烧结矿的品位有利，所以一般要求：

棺矿的含铁量为60％以上（质量分数），且波动范围应在1％以内；富矿粉的含铁量为45％—50％（质量分数），含铁量波动也在1％以内。

矿粉粒度过大，会降低烧结矿强度，对脱硫也不利，因此一般要求矿粉粒度在6mm以下为宜。

焦粉（或煤粉）和熔剂的粒度一般控制在3mm以

下，过大或过小均不利于提高烧结矿产量和质量。

烧结料含水分太高

将影响整个烧结过程，通常控制在10％以内（质量分数）。

由于矿粉的含铁量和其他化学成分常有较大的波动，为了保证侥结质量均匀，成分稳定，以利于高炉冶炼，需要进行很好的配料和混匀作业c配料就是将各种烧结原料按其不同的数量比例进行配合。

燃料配量一般不超过6％，熔剂视碱度要求而定。

配料设备采用圆盘给料机。

配好的料运到混料机混合均匀，同时加水润湿造成小球，以改善烧结料

层的透气性。

当含铁料以细磨精矿为主时一般采用两次混合，以富矿粉为主时一般采用一次混合就可以了，其棍料设备多采用圆筒混料机

经过破碎、配料和混匀造球后的烧结混合料，随即运往烧结机头

部，并由专用布料设备向台车算面进行布料，布好的料层在通过煤气

点火器下部时，即被点火抽风烧结。

由于抽风机的作用台车下部风箱

内产生一定的负压，这时大气中的空气被吸人料层，并使其中的燃料

迅速燃烧而产生大量的热量，当温度达1200-1600℃记时形成液相体系。

在其后的冷却过程中，这些液相体系仍使矿粉固结成块。

烧结机是一条由许多金属结构台车密排而成的槽形链带，链带与

抽风箱之间是密封的。

台车链带依靠传动装置驱动机头大齿轮运行，

在机民则靠摆架机构使台车下行时不发生碰撞。

台车倾翻卸矿之后，

倒置进入返回的下行倾斜轨道．并借车身自重滑行。

轨道倾角一般为

30左右。

当空载台车滑行至机头下部时，再由机头大齿轮将其依次啮合提升，并将车体又复反转过来恢复到受料位置再次接受布料。

如此往复，连续作业。

所得烧结矿经破碎、筛分和冷却处理后，便成为高炉成品烧结矿产品。

产生的烧结废气由台车下部各抽风箱汇总进入集气总管，并在抽风机前部进行除尘处理之后由烟囱排人大气。

2.1焕结配料计算准备工作

配料计算前需做的准备工作有：

（1）调查原料的种类（铁矿、熔剂的可靠性和数量；

（2）对各种原料均需取样分析化学成分，并测定烧损，还要测

定其物理性质（物理水、粒度组成、密度等）；

（3）厂解炼铁车间对烧结矿主要成分（TFe、Mgo、碱度）的要求；

（4）对各原料化学成分、分析数据进行数据处理，凡是原料成

分分析出的各氧化物的质量分数之和不是100％，都需进行处理，最

后使其成为100％。

表1—1为原料成分的数据处理计算表。

数据处理方法之一；用原料成分中的各氧化物的质量分数之和

99.643，分别去除分析得出的各元素或化合物的质量分数，再乘以

100％（例如（61.22/99.643）*100％＝61.44％），就得到经数据处

理后的质量分数。

数据处理方法之二：

该方法是按化验的允许偏差范围表1—3，变动分析结果，最后使各氧化物（或化合物）质量分数之和为100％。

变动分析数据应符合下表中所示的各元素或化合物的允许误差范围。

若分析数据相差太大，要查是分析问题，还是原料本身的特殊情况，属哪种原因造成。

2.2烧结配料计算基本原则

烧结配料计算的基本原则有：

（1）各原料有计划搭配使用，合理利用矿物资源；

（2）力求烧结矿成分满足炼铁车间提出的要求；

（3）烧结矿具有足够的机械强度和良好的还原性。

烧结配料计算方法有联立方程计算法、分析计算法等。

2.3联立方程计算法

首先规定烧结矿的含铁量、碱度和燃料量。

含铁量取决于原料品

位；碱度主要取决于高炉炉料结构中配加烧结矿后使高炉可以实现不

加石灰石的要求；燃料配用量则主要是通过试验或者参照类似生产条

件进行确定。

然后根据“物质守恒”原理，按不向成分的平衡关系

列出一系列方程并求解c这些方程主要是：

按Fe的平衡可列方程（以单位质量烧结矿计）

W（Fe）＝2Mw（Fe）ixi

按碱度的平衡可列方程

及ROXMw（Si02）i=Mw（CaO）IXi

技Mgo的平衡可列方程

w（Mg0）烧=2Mw（MgO）ixi（1—3）

上列式中，M（Fe）M和M（M80）M为烧结矿Fe及M80含量（质量

分数）；及o为碱度人为单位质量烧结矿的有关原料用量（如矿粉、石灰石、白云石及燃料等）；w（Fe），、w（SiO2）I,w（Cao）i及

w（MgO）i为各原料中相应成分之含量。

（2）现将计算出的矿粉用量、石灰用量与已知的无烟煤用量、白云石用量、炉尘用量，按照它们的物理水含量换算为该原料的湿料配比，其计算如表1—5所示。

1某原料今成的烧结矿量（kg）＝该原料干料用量（kg）x（1—烧损）：

口粉矿为例；粉矿生成烧结矿量（kg）；55.35x（1-51％）；52.527kg

2某原料湿料用量（kg）＝该原料干料Na（kg）X（1+w（H2O）〕。

以粉矿为例；粉矿湿料用量（kg）＝55.35x（1+5％）＝58．12kg

3某原料湿料配比（%）=该原料湿料用量/各原料湿料用量之和*100%

（3）烧结矿成分的计算

烧结矿中全铁的质量分数=（各原料带入烧结矿中的铁之和/各原料生成烧结矿量之和*）100%

参考文献：

（1）杨双平《冶金课程工艺设计计算（炼铁部分）》冶金工业出版社

（2）刘竹李永清高泽平《炼铁原料》化学工业出版社

（3）袁熙志《冶金工艺工程设计》冶金工业出版社

（4）忘筱留《钢铁冶金学》冶金工业出版社

（5）周传典《高炉炼铁生产技术手册》冶金工业出版社