試論燒結(jié)生產(chǎn)工藝流程

【摘 要】燒結(jié)工藝是整個鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中的一個不可缺少的重要環(huán)節(jié)，燒結(jié)生產(chǎn)的主要任務(wù)，是將粒度較細(xì)的鐵礦粉進(jìn)行造塊，為高爐冶煉提供優(yōu)質(zhì)的人造富礦\"而能耗高是燒結(jié)工藝中存在的一個普遍問題。隨著能源價格的不斷上升，給高能耗型的鋼鐵企業(yè)帶來巨大的市場竟?fàn)帀毫Α?/p>

【關(guān)鍵詞】工藝概述；工藝流程

一、燒結(jié)工藝概述

燒結(jié)原理

我國鋼鐵冶煉f21以“燒結(jié)（球團(tuán)）和焦化一高爐一轉(zhuǎn)爐”的長流程為主（如圖1-1所示）。

75%以上的高爐爐料來源于燒結(jié)礦，因而燒結(jié)生產(chǎn)在鐵前原料制備方面起著至關(guān)重要的作用。

燒結(jié)是將各種粉狀含鐵原料，混合適宜的燃料和熔劑后放于燒結(jié)設(shè)備上點火燒結(jié)，在燃料產(chǎn)生高熱和一系列物理化學(xué)變化的作用下，使部分混合料表面發(fā)生軟化和融化，產(chǎn)生一定數(shù)量的液相，并濕潤其它未熔化的礦石顆粒，當(dāng)冷卻后，液相將礦粉顆粒粘結(jié)成燒結(jié)礦的過程（見圖1-2。）

燒結(jié)就是粉末球團(tuán)坯在一定的溫度和氣氛中受熱所發(fā)生的致密化過程，燒結(jié)發(fā)生的明顯標(biāo)志是燒結(jié)體致密度的增加，同時伴隨晶粒、氣孔尺寸以及形狀的改變。燒結(jié)之前，粉末球團(tuán)坯是由許多單個的固體顆粒組成，顆粒之間為點接觸，顆粒接觸點附近能達(dá)到原子引力作用范圍的原子數(shù)目有限。在高溫下，原子振動的振幅加大，接觸點附近更多的原子進(jìn)入原子作用力范圍，形成粘結(jié)面，顆粒間連接強度增大，燒結(jié)體的強度增加。隨著粘結(jié)面的擴大，燒結(jié)頸形成，原來的顆粒界面就成為晶粒界面，隨著燒結(jié)過程的繼續(xù)進(jìn)行，晶界移動，晶粒長大。燒結(jié)的主要任務(wù)，是將粒度較細(xì)的鐵礦粉進(jìn)行造塊，為高爐冶煉提供優(yōu)質(zhì)的人造富礦。在高爐煉鐵工藝為主的背景下，燒結(jié)生產(chǎn)具有不可替代的地位：為高爐提供化學(xué)成分穩(wěn)定、粒度均勻、還原性好、冶金性能高的優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦，為高爐優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、長壽創(chuàng)造良好條件。

二、燒結(jié)工藝流程

燒結(jié)工藝通常可分解為原料準(zhǔn)備、配料混合、點火燒結(jié)、冷卻和整粒篩分等五個工序，如圖1-3所示。鋼鐵生產(chǎn)的燒結(jié)工藝過程一般包括：原燃料的接受、貯存，溶劑、燃料的準(zhǔn)備，配料，混合，制粒，布料，點火燒結(jié)，熱礦破碎，熱礦篩分，熱礦冷卻，冷礦篩分，鋪底料、成品燒結(jié)礦及返礦的貯存、運輸?shù)裙に嚟h(huán)節(jié)。其工藝流程示意圖如圖1-4所示。

1燒結(jié)生產(chǎn)的工藝流程

1.1燒結(jié)原料的準(zhǔn)備

1.2含鐵原料

含鐵量較高、粒度<5mm的礦粉，鐵精礦，高爐爐塵，軋鋼皮，鋼渣等。一般要求含鐵原料品位高，成分穩(wěn)定，雜質(zhì)少。

1.2.1熔劑

要求熔劑中有效CaO含量高，雜質(zhì)少，成分穩(wěn)定，含水3%左右，粒度小于3mm的占90%以上。在燒結(jié)料中加入一定量的白云石，使燒結(jié)礦含有適當(dāng)?shù)腗gO，對燒結(jié)過程有良好的作用，可以提高燒結(jié)礦的質(zhì)量。

2燃料

2.1主要為焦粉和無煙煤。

對燃料的要求是固定碳含量高，灰分低，揮發(fā)分低，含硫低，成分穩(wěn)定，含水小于10%，粒度小于3mm的占95%以上。

2.2燒結(jié)原料一般要求

2.2.1配料

配料目的：獲得化學(xué)成分和物理性質(zhì)穩(wěn)定的燒結(jié)礦，滿足高爐冶煉的要求。

常用的配料方法：容積配料法和質(zhì)量配料法。容積配料法是基于物料堆積密度不變，原料的質(zhì)量與體積成比例這一條件進(jìn)行的。準(zhǔn)確性較差。質(zhì)量配料法是按原料的質(zhì)量配料。比容積法準(zhǔn)確，便于實現(xiàn)自動化。

2.2.2混合

（1）混合目的：使燒結(jié)料的成分均勻，水分合適，易于造球，從而獲得粒度組成良好的燒結(jié)混合料，以保證燒結(jié)礦的質(zhì)量和5提高產(chǎn)量。

混合作業(yè)：加水潤濕、混勻和造球。根據(jù)原料性質(zhì)不同，可采用一次混合或二次混合兩種流程。

一次混合的目的：潤濕與混勻，當(dāng)加熱返礦時還可使物料預(yù)熱。

二次混合的目的：繼續(xù)混勻，造球，以改善燒結(jié)料層透氣性。

（2）用粒度10～Omm的富礦粉燒結(jié)時，因其粒度已經(jīng)達(dá)到造球需要，采用一次混合，混合時間約50s。使用細(xì)磨精礦粉燒結(jié)時，因粒度過細(xì)，料層透氣性差，為改善透氣性，必須在混合過程中造球，所以采用二次混合，混合時間一般不少于2.5～3min。

3燒結(jié)生產(chǎn)

燒結(jié)作業(yè)是燒結(jié)生產(chǎn)的中心環(huán)節(jié)，它包括布料、點火、燒結(jié)等主要工序。

3.1布料

3.1.1將鋪底料、混合料鋪在燒結(jié)機臺車上的作業(yè)。

當(dāng)采用鋪底料工藝時，在布混合料之前，先鋪一層粒度為10～25mm，厚度為20～25mm的小塊燒結(jié)礦作為鋪底料，其目的是保護(hù)爐箅，降低除塵負(fù)荷，延長風(fēng)機轉(zhuǎn)子壽命，減少或消除爐箅粘料。

3.1.2鋪完底料后，隨之進(jìn)行布料。布料時要求混合料的粒度和化學(xué)成分等沿臺車縱橫方向均勻分布，并且有一定的松散性，表面平整。目前采用較多的是圓輥布料機布料。

3.2點火

點火操作：對臺車上的料層表面進(jìn)行點燃，并使之燃燒。

點火要求：足夠的點火溫度，適宜的高溫保持時間，沿臺車寬度點火均勻。點火溫度：取決于燒結(jié)生成物的熔化溫度。?？刂圃?250±50℃。

點火時間通常40～60s。點火真空度4～6kPa。點火深度為10～20mm。

3.3燒結(jié)

準(zhǔn)確控制燒結(jié)的風(fēng)量、真空度、料層厚度、機速和燒結(jié)終點。

燒結(jié)風(fēng)量：平均每噸燒結(jié)礦需風(fēng)量為3200m3，按燒結(jié)面積計算為（70～90）m3/（cm2.min）。

真空度：決定于風(fēng)機能力、抽風(fēng)系統(tǒng)阻力、料層透氣性和漏風(fēng)損失情況。

料層厚度：合適的料層厚度應(yīng)將高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)結(jié)合起來考慮。國內(nèi)一般采用料層厚度為250～500mm。

機速：合適的機速應(yīng)保證燒結(jié)料在預(yù)定的燒結(jié)終點燒透燒好。實際生產(chǎn)中，機速一般控制在1.5～4m/min為宜。

燒結(jié)終點的判斷與控制：控制燒結(jié)終點，即控制燒結(jié)過程全部完成時臺車所處的位置。中小型燒結(jié)機終點一般控制在倒數(shù)第二個風(fēng)箱處，大型燒結(jié)機控制在倒數(shù)第三個風(fēng)箱處。

4燒結(jié)礦層

經(jīng)高溫點火后，燒結(jié)料中燃料燃燒放出大量熱量，使料層中礦物產(chǎn)生熔融，隨著燃燒層下移和冷空氣的通過，生成的熔融液相被冷卻而再結(jié)晶（1000—1100℃）凝固成網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的燒結(jié)礦。

這層的主要變化是熔融物的凝固，伴隨著結(jié)晶和析出新礦物，還有吸入的冷空氣被預(yù)熱，同時燒結(jié)礦被冷卻，和空氣接觸時低價氧化物可能被再氧

4.1燃燒層

燃料在該層燃燒，溫度高達(dá)1350～1600℃，使礦物軟化熔融黏結(jié)成塊。該層除燃燒反應(yīng)外，還發(fā)生固體物料的熔化、還原、氧化以及石灰石和硫化物的分解等反應(yīng)。

4.2預(yù)熱層

由燃燒層下來的高溫廢氣，把下部混合料很快預(yù)熱到著火溫度，一般為400～800℃。此層內(nèi)開始進(jìn)行固相反應(yīng)，結(jié)晶水及部分碳酸鹽、硫酸鹽分解，磁鐵礦局部被氧化。

4.3干燥層

干燥層受預(yù)熱層下來的廢氣加熱，溫度很快上升到100℃以上，混合料中的游離水大量蒸發(fā)，此層厚度一般為l0～30mm。實際上干燥層與預(yù)熱層難以截然分開，可以統(tǒng)稱為干燥預(yù)熱層。該層中料球被急劇加熱，迅速干燥，易被破壞，惡化料層透氣性。

4.4過濕層

從干燥層下來的熱廢氣含有大量水分，料溫低于水蒸氣的露點溫度時，廢氣中的水蒸氣會重新凝結(jié)，使混合料中水分大量增加而形成過濕層。此層水分過多，使料層透氣性變壞，降低燒結(jié)速度。

煉鐵廠燒結(jié)系統(tǒng)執(zhí)行“精心備料、低碳厚料、穩(wěn)定水碳、燒透冷好”的操作方針，通過“四個狠抓”，優(yōu)化管理，破解難題，確保優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦入爐。2月份，燒結(jié)礦品位穩(wěn)定率高達(dá)99.36%，燒結(jié)礦小粒度組成從1月份的16%降低到10%，燒結(jié)礦低溫還原粉化率大幅度改善，轉(zhuǎn)鼓強度創(chuàng)出了79.23%的新高。

5碳酸鹽的分解和礦化作用

分解：CaCO3=CaO+CO2MgCO3=MgO+CO2

CaCO3：700℃開始分解，880℃沸騰分解；大量吸熱。

影響碳酸鹽分解的因素有：燒結(jié)溫度：高有利于分解。

石灰石粒度：小有利于分解，要求小于3mm。雜質(zhì)（Al2O3、SiO2、Fe2O3）：少有利于分解。

活性：高有利于分解。新破碎。礦化作用：固化反應(yīng)，形成CaO·SiO2、CaO·Fe2O3等。如果沒有發(fā)生礦化作用，則會形成白點（CaO）

CaO+H2O=Ca（HO）2體積膨脹，產(chǎn)生粉化。

影響礦化作用的因素有：燒結(jié)溫度，高有利于礦化。

石灰石粒度：小有利于分解，要求小于3mm。

礦粉粒度：小有利于分解。

活性：高有利于分解。新破碎。

鐵的氧化物在燒結(jié)條件下，溫度高于l300℃時，F(xiàn)e203可以分解。Fe304在燒結(jié)條件下分解壓很小，但在有Si02存在、溫度大于1300℃時，也可能分解。

總結(jié)：

燒結(jié)作為鋼鐵工業(yè)的主體工藝過程，其能耗占鋼鐵冶金總能耗的10%}15%，節(jié)能潛力巨大，提高燒結(jié)生產(chǎn)控制水平，實現(xiàn)科學(xué)合理的能源管理，降低燒結(jié)工序的生產(chǎn)能耗，對整個鋼鐵工業(yè)的節(jié)能降耗具有十分重大的現(xiàn)實意義。

參考文獻(xiàn)：

（1）《寶鋼燒結(jié)生產(chǎn)工藝》作者：錢植儀張景智夏辛明等編著

（2）《燒結(jié)過程鐵酸鈣生成及其礦物學(xué)》作者：郭興敏著

（3）《燒結(jié)生產(chǎn)操作技術(shù)》收藏到我的圖書館作者：黃英等著