了解烧结和烧结厂操作

了解烧结和烧结厂操作              

烧结是通过由固体燃料在物质本身内燃烧产生的热量引起的初熔而将细矿物颗粒附聚成多孔和块状物质的过程。烧结过程是铁生产中的一个预处理步骤，其中铁矿石的细颗粒以及二次氧化铁废料（收集的粉尘、磨屑等）以及熔剂（石灰、石灰石和白云石）通过燃烧进行团聚.在高炉操作过程中，为了使热气能够通过，细粉的团聚是必要的。

烧结被称为在受控条件下燃烧与矿石混合的燃料的技术。它包括用熔剂和焦粉或煤加热细铁矿石，以产生半熔体，然后凝固成具有送入高炉所需尺寸和强度特性的多孔烧结块。

虽然原则上很简单，但烧结厂需要观察其设计和操作中的许多重要因素才能获得最佳性能。烧结工艺简化流程示意图见图1。

 图 1 烧结过程的简化流程图

基本上有以下三种烧结矿。

• 无助熔剂或酸性烧结矿——在这些烧结矿中，在制备烧结混合物时不会向铁矿石中添加助熔剂。如今，非助熔剂烧结物已很少生产。
• 自熔或碱性烧结矿 - 考虑到高炉炉料中的酸性氧化物，这些烧结矿在烧结混合物中添加了足够的熔剂，以便在高炉中生产所需碱度 (CaO/SiO2) 的矿渣。
• 超级熔剂烧结矿——这些烧结矿在烧结混合物中添加了足够的熔剂，以便在高炉中生产所需碱度的炉渣，同时考虑到焦灰中的酸性氧化物以及高炉中的其他酸性氧化物炉料。

与块矿和酸性烧结矿相比，熔剂烧结矿在高炉中具有优异的高温性能。这些改进包括更高的软化和熔化温度以及更高水平的还原性。

烧结工艺的灵活性允许对多种材料进行转化，包括天然细铁矿石、筛分操作产生的矿粉、捕获的粉尘、精矿、不适合下游加工的返回细粉、其他小粒径的含铁材料（污泥、轧屑等），以及石灰、石灰石和白云石的废料和筛分物，形成非常适合在高炉中使用的熟料状团块。

烧结厂在显着提高生产率和节省高炉焦炭率方面取得了巨大成功。与分级铁矿石相比，熔剂烧结矿代表一种改进的高炉材料。通过将高炉熔剂加入烧结矿而不是在炉顶单独装料，已经获得了改进，因为需要仅装料经过分级的铁矿石。根据经验法则，熔剂烧结矿的使用表明，每净吨铁水从高炉炉料中取出并装入烧结厂以制造熔剂烧结矿，每 100 公斤石灰石，约 20-35 公斤冶金焦每吨铁水节约，高炉生产率提高约 3% 至 5%。节省焦炭的主要原因是石灰石在烧结炉排而不是在高炉中煅烧。

烧结矿质量

烧结矿的两个重要特性是碱度（由石灰石/石灰量控制）和强度（由焦炭含量控制）。

高炉要求烧结物具有高冷强度、低还原降解指数 (RDI) 和高还原性指数 (RI)，化学变化范围非常窄，细粉含量尽可能低，并且平均尺寸良好。烧结矿的化学和结构组成非常重要，烧结矿的稳定性好，这样初渣和终渣在软化和熔化温度、液体温度和粘度等方面都具有足够的特性，以保证高炉的稳定运行炉子。

重要的是具有高铁含量、低脉石含量和1.6-2.1数量级的碱度。与磁铁矿相比，赤铁矿含量越高，烧结矿的还原性和烧结矿质量越高，其结构随着初生或残余赤铁矿和铁素体含量的增加而改善。

FeO含量是烧结厂的一​​个重要控制参数。当矿石混合物的化学成分固定时，FeO 可以提供烧结条件的指示，特别是焦炭率。已发现烧结矿中 FeO 含量增加 2% 会使 RDI 降低（提高）8 个点。然而，较高的 FeO 含量会对还原性产生负面影响。为了在不改变烧结矿其他性能的情况下提高 RDI，找到一个最佳的 FeO 含量非常重要。

氧化铝含量的危害最大。它使烧结矿 RDI 恶化，随着氧化铝含量的增加而增加。烧结矿的强度和质量随着氧化铝含量的增加而下降。氧化铝促进钙铝硅铁氧体 (SFCA) 的形成。氧化铝增加了烧结过程中形成的初级熔体的粘度，导致烧结结构更弱，具有更多相互连接的不规则孔。

烧结矿的还原性由化学和矿物组成以及孔隙结构决定。

就良好的流动性和脱硫性而言，MgO 提供了最佳的高炉渣条件。向原料混合物中添加 MgO 可提高 RDI。

已经确定，对于 1.6-1.9 的碱度，用白云石形式的 MgO 代替 CaO 会导致烧结矿强度、还原性和生产率略有降低。 CaO 与氧化铁结合形成具有低熔点的化合物，有利于初级熔体的形成，为了制造坚固的烧结体，需要最低水平的初级熔体。这些化合物是Fe2O3·CaO（1205℃）和FeO·CaO（1120℃）。

二氧化硅 (SiO2) 与 FeO 和 CaO 结合形成具有低熔点的化合物，有利于初级熔体的形成。这些化合物是FeO·SiO2（1180℃）、2FeO·SiO2（1205℃）和FeO·SiO2·CaO（1223℃）。提高附着细粒的二氧化硅含量和碱度，使初熔体形成温度下降，有利于细粒与核粒子液固界面的后续同化反应。

从烧结机中的篦子倾倒后，烧结饼被压碎和热筛分。其粒度分布是烧结矿质量的重要工艺参数。 10-30 毫米的部分被直接送到高炉储料仓，较大的部分被粉碎以获得较小尺寸的部分，负 5 毫米的部分（返回细粉）被回收到烧结厂的料斗中。为了工艺的良好运行，重要的是要在返还细粉的产生和回收之间保持平衡。

还原性是烧结矿的一个重要特性，它衡量在高炉还原过程中转移氧气的能力，从而了解高炉中的燃料消耗需求。烧结矿及其矿物相的孔隙率和结构与其可还原性密切相关。异质结构比均质结构更易还原。

烧结矿的劣化由低温劣化指数（LTDI）和RDI决定。降解在一定程度上源于赤铁矿还原为磁铁矿过程中发生的转变，伴随着体积的增加，导致烧结矿中存在结构应力。高炉烧结矿的降解发生在低温区还原过程中，对炉内炉料强度产生不利影响，从而降低还原性气体的渗透性，增加焦炭消耗量。低温还原过程中烧结体的低降解值是可取的。

RDI 是一个非常重要的参数，在所有烧结工作中用作参考，用于预测烧结矿在高炉烟囱下部的降解行为。 RDI 与烧结厂的室外环境温度之间存在很强的关系。 RDI 也强烈依赖于烧结物中的 Ti 含量，即使它非常小。与氧化铝没有关系，但烧结混合物中的焦炭比是RDI最重要的控制变量。

烧结矿的冷强度由不倒翁指数决定，取决于各个矿石成分的强度、粘结基质成分的强度和矿石成分。该指标决定了烧结矿在处理、运输和高炉过程中因冲击和磨损而导致的尺寸减小。冷机械强度与烧结机和高炉喉部之间的运输和搬运过程中细粉的形成趋势直接相关。

烧结体孔隙率是一个重要参数，它显着影响其性能，特别是其还原行为。可以看出，为了使还原气体有足够的通道进入孔隙以令人满意地还原烧结物，孔径需要大于 0.01 微米。当微孔聚结成尺寸大于 1 至 5 微米的孔时，烧结矿的比表面积减少，其减少也随之减少。消除微孔的聚结和增加小孔的数量可以增加烧结矿的表面积并获得其还原性的显着改善。铁素体稳定了微孔并导致孔隙率上升，从而获得更高的还原性。

鉴于构成烧结混合物的矿物成分的多样性以及混合物的异质性，可以理解烧结结构是复杂的并且主要由通过脉石基质结合的氧化铁和铁酸钙颗粒形成。铁素体的含量随着烧结矿碱度的增加而增加，很容易被还原，通过将烧结矿的机械韧性提高到一定水平，被认为是非常有用的成分。铁氧体为SFCA型，由赤铁矿与Fe2O3·CaO熔体发生固液反应，随后SiO2和Al2O3在熔体中同化形成。脉石由难以还原的钙、铁和镁的硅酸盐组成，在高炉中形成渣的一部分。

烧结厂运营

一个典型的烧结厂由多个连续的操作单元组成，烧结机是工厂的核心。

生产目标质量的烧结矿需要对原材料（矿石、焦炭、添加剂等）进行准确的装料。要修改生料配方，应考虑焦炭添加量、烧结矿碱度、原料分析及其对烧结矿参数的影响。这个过程很复杂。生料计算的目的是建立生料成分，以自动达到指定的焦炭添加量、烧结矿碱度、总Fe、SiO2平衡、氧化铝平衡和MgO平衡目标值。

烧结过程从准备原料混合物开始。由矿粉、熔剂、厂内废料、燃料和返回的细粉组成的材料储存在存储箱中。它们使用称重料斗/盘式进料器以正确的比例混合，每个存储箱一个。对于返还罚款，有时使用冲击仪代替。称重是连续的，整个烧结过程也是如此。称重的物料沿着传送带传送到初级混合筒，在此手动添加水或按进入混合筒的物料重量的计算百分比添加水。

焦粉需要破碎（通常在四辊破碎机中）以获得正确的粒度（0.25 毫米至负 3 毫米），以提高烧结矿的生产率和还原性。小于 0.25 mm 的焦炭尺寸会对生产率产生负面影响，而 – 3.15 mm 至 + 1.00 mm 的焦炭尺寸显示出更好的产量。

熔剂即石灰石和白云石被破碎（通常在锤式破碎机中）以获得至少 90% 的 – 3 毫米部分。

饲料原料的紧密混合是最重要的方法之一。烧结矿石、钢铁厂废氧化物、熔剂和固体燃料的预混料（通常称为基础混合物）在旋转的初级混合桶中制成，然后转移到开放的基础混合物混合场。然后用少量的助焊剂和固体燃料补充混合的基础混合物。该总进料混合物在混合装置例如成球滚筒或圆盘中进行加水。操作这些混合器以生产显着提高烧结床渗透性的小尺寸球粒或球团。成球转鼓又称二次混合球化转鼓。

添加的初级水的量与进入成球滚筒的基础混合物的重量成正比。如今，成球搅拌机中的加水量现在是自动控制的。二次进水设定点通常被视为基础混合皮带秤的一部分。

连续烧结过程在传送准备好的混合物（烧结混合物）床的烧结机移动炉排上进行。烧结混合物被小心地输送到烧结机，以确保保持渗透性。在将烧结混合物从成球混合机转移到烧结机的炉排时，必须小心地进料，以提供均匀、均质的床层并防止床层压实。为避免饲料直接落到炉排上，首先将约 25 毫米至 50 毫米的粗（已烧结）材料的炉床层喂入移动炉排上。给料装置通常包括与溜槽相结合的辊式给料机，溜槽起到避免烧结混合物压实的作用。用于将制备好的烧结混合物分配到这些料斗中的给料斗和给料器的设计同样重要，因为如果烧结混合物在处理和装载到炉排（球团）期间被压实或分离，则通过良好的给料制备获得的所有优点可能是丢失的。在此之后烧结混合物被整平。

床层深度通过调节切割板来设置并保持恒定，该切割板配有探头以感应材料的深度并自动改变辊式进料器的速度。通过自动调整各个烧结混合料仓的进料速度，进料斗本身的材料数量保持恒定。

烧结料装入移动炉排后，已沿炉排纵向插入约 2 m 至 4 m 距离的金属棒或棒有助于松散混合物以提高渗透性。

此后，使用混合气体（焦炉煤气和高炉煤气），或仅使用焦炉煤气或仅使用高炉煤气，在移动炉排的头部或进料端附近点燃烧结混合物的表面。在只有高炉煤气的情况下，通常进行预热。烧结混合物的正确点火很重要。点火不良会导致点状燃烧，并可能在床表面上留下未烧结的材料。相反，过于强烈的点火火焰会导致炉床结渣并降低烧结率。辐射罩点火炉提供良好的点火。控制气体混合物的热值和设定的罩温。提供了一个单独的控制系统，通过调节点火罩下方的风箱阻尼器来保持固定的罩压。

当烧结混合料在移动炉排上移动时，空气被引风机吸入通过点燃的烧结混合料层以通过下吸式燃烧来燃烧燃料。随着炉篦在风箱上不断向铸流的排放端移动，床中的燃烧前沿逐渐向下移动。这会产生足够的热量和温度，大约 1300 摄氏度至 1480 摄氏度，以将细矿石颗粒一起烧结成多孔熟料。气路应完全防漏，不允许系统吸入虚假空气。这样可以节省废气回路中的电力。

烧结过程的一个重要部分是烧穿。燃烧前沿接触床底的沿移动炉排的位置称为烧穿点。理想情况下，烧穿点应位于线床末端附近。它是通过改变绞线速度来控制的。许多变量会影响烧穿点，例如线床深度、含水量和烧结矿的质量。烧穿通常由烧结床下方的温度探头检测到。应实现烧穿，但不得在点火罩后过早发生。通过根据风干管中的压力测量值控制主风扇百叶窗，将绞线上的风量保持在预设值。这决定了烧穿发生的点。

绞线速度可以手动控制，也可以通过测量废气温度作为烧穿点的指示来控制。如果它发生得太早，平均废气温度就会升高。如果发生得太晚，废气温度会降低，钢绞线速度会减慢以进行补偿。风箱温度可用于改善监测。

主风扇产生的吸力由风扇入口附近的百叶窗改变，这些百叶窗由风扇吸力控制器控制。如果废气温度升高到安全工作极限以上，则选择开关允许废气温度控制器定位百叶窗。

根据矿石材料的特性和烧结条件，烧结机的日平均产量预计为 22.5-44 吨/平方米/天。

移动炉排结束后，烧结矿通过尖刺辊破碎机和热筛进入烧结矿冷却器。通常采用多台风机进行冷却，冷却器的转速要与运行篦条的需求相匹配，由运行篦条转速和床层深度决定。热筛去除的细粉被输送到返回细粉仓。

将烧结矿冷却到 150 摄氏度以下，以便可以在传送带上进行处理，这是该操作的重要组成部分。烧结冷却器可以是旋转冷却器或直线冷却器。旋转冷却器更常用。期望避免水淬，因为淬火不利地影响烧结物性质。这些冷却器排出的空气用于一些烧结厂的热量回收。

冷却后的烧结矿进入卸料仓。在这个阶段，通过改变出口进料速度（通常是振动进料器）来控制液位。烧结矿随后进入冷筛区，在此通过破碎机和筛网，对烧结矿产品、垫层和返回细粉进行分离。不适合下游加工的返料在烧结过程中被输送到料仓回收。

为了提高高炉的生产率，使用上浆烧结矿是合乎需要的。此外，在烧结厂将烧结矿破碎至 30 mm 尺寸会产生更稳定的烧结矿，因为较小的尺寸部分更能抵抗降解。

监控站控制烧结过程的所有步骤。在控制室，操作员可以通过 PC 终端完全控制整个工厂。

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