烧结物料平衡计算4.docx
《烧结物料平衡计算4.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《烧结物料平衡计算4.docx(9页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
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