CN1125839A - 铁矿石烧结造块工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种铁矿石烧结造块工艺方法,改现有技术带式烧结机的抽风式烧结为鼓风式烧结,烧结混合料平均粒度为1~4mm,总料层厚度≥500mm,采用大面积烧结机,对鼓风烧结段的鼓风量进行分段控制,主烧结段风量为24±6标m3/m2·min,流态化控制烧结段的鼓风量为13±4标m3/m2·min。当烧结矿在烧结机上冷却时,其冷却段也改为鼓风式。该工艺方法在风机节能、烧结烟气和冷却废气的余热利用、延长台车部件使用寿命等方面优于现有技术。
Description
本发明属于铁矿石的烧结造块领域,特别涉及带式烧结机烧结铁矿石的工艺方法。
现在,铁矿石烧结造块儿乎都是采用带式烧结机抽风式烧结工艺,其主要工艺过程为:将含铁原料,燃料,熔剂首先经过必要的备料,配料以及混合与制粒工序处理为满足化学和物理性质要求的烧结混合料,再将混合料布于带式烧结机的台车上进行抽风式的点火和烧结,混合料在不完全熔化的条件下固结为烧结矿,然后将烧结矿进行破碎,冷却和整粒,得到成品烧结矿和返粉。现有烧结工艺虽然技术成熟可靠,机械化和自动化程度较高,但仍然存在着难以克服的缺点:由于抽风烧结工艺的漏风率较高,烧结烟气的量大且温度低等原因,使导主抽风机的动力消耗高,烧结烟气的余热难以回收利用,烟气的除尘净化设施庞大;由于台车部件承受着长时间热的反复作用和高温燃气的腐蚀等原因,导致台车部件容易损坏。
本发明的任务是提供一种铁矿石烧结造块的新工艺。新工艺在保证烧结矿质量和生产能力的前提下,对现有抽风烧结工艺存在的缺点有明显改进,获得更好的经济效益。
在杂志《烧结球团》1989年第1期的《烧结100年》一文中指出:从烧结料层下部向上鼓风烧结,往工作平台上直接喷出粉尘和废气并且当炉篦下的鼓风压力超过5000Pa时,烧结过程转变为流态化状态,固体燃烧带的连续性受到破坏,这点在当时乃至现在仍然是这种烧结方法的最大缺点,所以鼓风带式烧结机在黑色冶金中未得到应用,仅用于焙烧重金属硫化矿。
本发明克服了长期存在的铁矿石鼓风烧结工艺生产环境差和流态化无可靠解决办法的技术偏见,在研究了铁矿石鼓风烧结过程工艺特性和颗粒物料流态化原理的基础上,提出了优于现有技术的铁矿石鼓风烧结工艺方法。
在鼓风带式烧结机上加烟罩,控制烟罩烟气出口为微负压,可以保证良好的生产环境。
科学实验与实践表明:颗粒物料流态化临界速度的大小,主要取决于物料颗粒的大小,密度以及气体的物理性质。对于铁矿石鼓风烧结过程来说,混合料的平均粒度愈小,烧结料面温度愈高,愈容易产生流态化。当高温燃烧带远离料面时,通过上部料层的气流温度低,此时采用较大的鼓风量也不容易产生流态化。当高温燃烧带接近或者已经达到料面时,由于此时通过上部料层的气流温度高,上部料层尚未固结的颗粒物料即使在较小的鼓风量条件下,也容易产生流态化。故适当加大烧结混合料的平均粒度,采用厚料层布料和大面积烧结机,根据烧结料面的温度调控鼓风烧结段的鼓风量以及在条件允许时采用富氧烧结等,都是控制铁矿石鼓风烧结过程流态化,提高烧结矿质量和生产能力的有效方法。分析《烧结理论与工艺》一书(中南工业大学出版社,1992年出版)第393页所列举的铁矿石鼓风烧结试验(见图17-3)可知,该试验的工艺方法不尽合理:如烧结料层太薄,鼓风烧结后段烟气量过大,完成整个烧结过程的时间较短等。这样的工艺方法,不能有效地控制铁矿石烧结过程流态化,其结果是烧结矿返粉率较高和燃料消耗较高。
本发明采用鼓风带式烧结机,从烧结料层下部向上鼓风烧结,控制烧结矿碱度≥1.5,烧结混合料平均粒度1~4mm,采用两次布料法,一次点火料层厚度为30~60mm,点火温度1050~1300℃,点火时间1~3分钟,点火炉抽风机抽风量为60~100m3/m2·min,点火炉吸风箱负压为800~1600Pa,总料层厚度≥500mm。将鼓风烧结段由前向后划分为两个烧结段:主烧结段和流态化控制烧结段,主烧结段的鼓风量为24±6标m3/m2·min流态化控制烧结段的鼓风时间为4~8分钟,流态化控制烧结段的鼓风量为13±4标m3/m2·mim 。
在鼓风烧结过程中,随着燃烧带上移,烧结料层的阻力逐渐降低。为了便于调控鼓风烧结段的鼓风量和节省风机的动力消耗,在带式烧结机鼓风烧结段配备不少于两台规格性能不尽相同的鼓风机。主烧结段下部风箱鼓风压力的控制范围为(8.4~4.9).H料.r料;上述风压计算式中:H料为烧结总料层厚度,单位为mm;r混为烧结混合料的堆比重,单位为t/m3;所计算出的鼓风压力单位为Pa。在每个鼓风箱上部的烧结料面上均设置测温装置测报料面温度,测点离料面距离<300mm。每个鼓风箱的送风支管上均设调节阀,以便根据烧结料而温度以及烧结矿质量等参数随时调节风量和台车运行速度。以料面温度为依据,实施对流态化控制烧结段鼓风量的自动调节。
流态化控制烧结段的鼓风量与烧结料而温度的连锁控制对应关系如下:
Q鼓=(0.8~1.1)(0.3d均+0.45)×16052/(273+T料)
关系式中:Q鼓为鼓风量,单位为标m3/m2·min;d均为混合料的平均粒度,单位为mm;T料为烧结料面温度,单位为℃。当d均≤2mm时,T料的取值范围为500~1100℃,当d均)2mm时,T料的取值范围为600~1100℃。
混合料平均粒度d均的计算式为:d均=1/∑(xi/di),其中di为物料各筛分级的平均粒度,单位为mm;di=(d1、d2)1/2,这里d1和d2为相邻筛网的网眼尺寸;Xi为对应各粒级的重量分数。
上文所述的鼓风烧结段的鼓风量均指通过烧结料层的有效鼓风量。
烧结矿的冷却可采用烧结机机下冷却法和烧结机机上冷却法。烧结矿在烧结机外进行冷却时,其工艺步骤及条件与现有技术相同。本发明提出的机上冷却法,是在鼓风带式烧结机上增设鼓风式冷却段冷却烧结矿。机上冷却法又可分为半机上冷却和全机上冷却两种。当采用半机上冷却时,冷却时间∶烧结时间=0.2~0.4∶1,冷却段鼓风量为30~50标m3/m2·min。当采用全机上冷却法时,冷却时间∶烧结时间=0.5~0.9∶1,高温冷却段与低温冷却段的冷却时间之比为0.5~0.8∶1。烧结矿冷却段鼓风箱的鼓风压力为5000~9000Pa。
本发明的鼓风烧结段所排烟气的平均温度约300℃,其中高温段所排烟气的温度在500℃以上。可将一部份或者全部烧结烟气导入余热回收系统进行余热回收。
当采用烧结矿的半机上冷却法时,可将鼓风冷却段的冷却废气与一部分或者全部烧结烟气一起导入余热回收系统进行余热回收。
当采用烧结矿的全机上冷却法时,可将高温鼓风冷却段的冷却废气与一部份或者全部烧结烟气一起导入余热回收系统进行余热回收。
生产过程中,应经常根据原料的变化情况进行烧结试验,以求得最佳的生产工艺条件。这与现有技术的要求基本相同(现有大中型铁矿石烧结厂大多建有烧结试验室)。然后根据试验室试验,提供试验报告。试验报告应包括原料,熔剂以及燃料的物理化学性质,烧结矿的各种指标以及烧结单位生产率,合适的配料,合适的烧结矿碱度和烧结混合料粒度,混合料的适宜水分及固定碳含量,加生石灰或消石灰对烧结的影响,合适的料层厚度和与其相对应的烧结过程的风量,风压控制条件,烧结过程料面烟气温度的变化情况,对有害杂质硫,砷,氟等的除去率等内容。根据试验所得的最佳工艺条件指导生产,并根据生产实际随时进行适量的调整。
本发明与现有技术相比较具有以下特点:
风机节能:鼓风烧结系统的漏风率低,鼓风部份一般≤5%,烟气抽送部份一般为10%。现有抽风烧结系统的漏风率高,一般为50~60%;鼓风烧结工艺所用的鼓风机输送的气体介质是冷空气,现有抽风烧结工艺所用的主抽风机是输送热烟气,且鼓风烧结要比抽风烧结所需要的风压低,故本发明的烧结风机系统与现有抽风烧结系统所用的主抽风机相比较,前者所耗动力仅为后者所耗动力的30~40%。
烧结烟气余热回收效率高:由于鼓风烧结烟气量约为抽风烧结烟气量的50~60%,由于烧结台车的散热损失小等原因,使得鼓风烧结的烟气温度要比抽风烧结的烟气温度高一倍左右。故本发明的烧结烟气进行余热回收时效率高。
台车部件使用寿命长:在现有的抽风烧结过程中,烧结机台车的恶劣工作条件决定了台车体和台车篦条容易损坏。而采用鼓风烧结工艺,由于是向上鼓冷风,从根本上缓解了不利条件的影响。可以大大延长台车易损件的使用寿命。
工程建设投资较低:现有抽风烧结工艺可以加大抽风量来提高生产能力,而鼓风烧结工艺为了确保烧结矿质量,一般不能采用加大鼓风量的方法来增产。所以,鼓风烧结机的面积一般应比抽风烧结机的面积大10~30%以保证烧结矿的产量要求。就烧结机部分比较,鼓风烧结要比抽风烧结的投资多,但由于鼓风烧结系统烟气量减少,使得烟气除尘和烟气输送设施部分的投资大量降低;由于取消铺底料设施,这部分的投资也相应节省。故在均不考虑烧结烟气余热回收系统投资的条件下,比较鼓风烧结系统与现有抽风烧结系统的工程投资,前者比后者低。
克服现有技术烧结矿机上冷却动力消耗高的缺点:烧结矿采用机上冷却时,现有技术为抽风式冷却。由于抽风式冷却所用风机输送的冷却废气温度高,气量大,致使动力消耗大。故目前世界上采用机上冷却法的烧结厂较少。由于本发明将机上冷却法改为鼓风式,冷却风机输送的是冷空气,气量大大减少,使动力消耗大大降低。这为烧结矿机上冷却法的推广应用创造了有利条件。
为烟气净化创造有利条件:日本等发达的工业国家早已开展了对铁矿石烧结烟气所含SO2等有害成分的净化处理,而我国目前尚未开始这样做。我国相当一部分烧结厂含SO2等有害物质的烧结烟气长年超标排放,不是长久之计。采用鼓风烧结工艺,可使烧结烟气量大大减少,当需要进行烟气的净化处理时,其净化设施会相应减小,净化设备的动力消耗也会相应降低,这使得烟气净化系统的投资和经营费用可以大大减少。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
附图是本发明实施例1的主要设备工艺流程图。
实施例1
实施例1所用铁矿石,熔剂,燃料的备料条件见表1
表1实施例1备料条件
原料名称 | 品位 | 允许波动范 围 | 粒度(mm) | 附注 |
精矿 | TFe 65%,SiO2 4%,S 0.1%,P 0.09% | TFe±0.5 | -200日占76% | 以磁铁矿为主 |
矿粉 | TFe 54%,SiO2 8%,S 0.1%,P 0.09% | TFe±0.5 | 8~0 | |
无烟煤 | 灰分<15%,挥发分<8%,S≤1% | ≤3 | 也可用焦粉 | |
石灰石 | CaO≥52%,SiO2≤3%,MgO≤3% | ≤3 | ||
生石灰 | CaO≥84%,SiO2≤3.5%,MgO≤5% | ≤4 |
实施例1混合配料重量比见表2
表2实施例1原料配比
原料名称 | 铁精矿 | 铁矿粉 | 石灰石 | 生石灰 | 尢烟煤 | 返矿 | 水 | 合计 |
% | 25.805 | 25.805 | 14.22 | 3.56 | 3.45 | 20.12 | 7.04 | 100.00 |
将满足配比要求的物料送圆筒混合机1混合,混合时间2分钟,转送圆筒制粒机2,制粒时间4.5分钟。经制粒后的混合料粒度为∶2~6毫米的混合料量多于50%,大于10mm粒度的混合料量少于10%,小于1mm粒度的混合料量少于10%。烧结混合料的平均粒度为1.5~2.5mm。
混合料由梭式分料机3向鼓风烧结机4进行一次布料,点火层厚度为40~50mm,经过点火炉5,点火助燃风机6和点火炉抽风机7的作用进行点火,点火温度1100~1200℃,点火吸风箱负压为900~1500Pa,抽风机抽风量为70~90m3/m2·min,点火时间为1.5~2.5分钟。
完成点火后由梭式分料机3向鼓风烧结机4进行二次布料,二次烧结料层厚560~600mm,接着进入鼓风烧结段开始进行鼓风烧结。鼓风烧结段设有1号鼓风机8,2号鼓风机9,3号鼓风机10向上鼓风。在主烧结段初期,控制鼓风量为20±2标m3/m2·min,3~5分钟后,控制鼓风量为24±3标m3/m2·min。主烧结段下部风箱的鼓风压力为8500~4500Pa。流态化控制烧结段:鼓风时间5~7分钟,鼓风量为13±3标m3/m2·min,鼓风压力为5000~3000Pa。
控制整个鼓风烧结过程的平均垂直烧结速度为20±3mm;烧结机台车常用运行速度为1.2~1.5m/min;鼓风烧结段上部烟罩排烟口压力为0~-50Pa。
流态化控制烧结段的鼓风量与料面温度的连锁控制关系根据下式确定:
Q鼓=(0.8~1.1)(0.3d均十0.45)× 16052/(273+T料)
上式中T料的取值范围为500~1100℃。
烧结机所产烧结矿经单辊破碎机11,热矿振动筛12,烧结矿冷却机13,冷却用鼓风机14,1号筛15,破碎机16,2号筛17,3号筛18等设备进行破碎冷却以及整粒筛分,大于5mm粒度的成品烧结矿送高炉冶炼,小于5mm的物料返回配料工序参与配料。
所产烧结矿的碱度为1.7~2.0。
将60~100%的烧结烟气导入热管式余热锅炉系统进行余热回收,热管式余热锅炉的主要技术参数见表3:
表3实施例1热管式余热锅炉技术参数
参数名称 | 参数 | 参数名称 | 参数 |
烟气量(标mm3/h) | (9~15)×104 | 蒸气温度(℃) | 169 |
烟气温度(℃) | 300~400 | 蒸气压力(MPa) | 0.5~0.6 |
蒸汽量(t/h) | 4.5~6 | 年产蒸气量(t) | 32000~42000 |
本实施例的烧结烟气含SO2成分甚微,不设烧结烟气净化系统,经过余热回收的烧结烟气送电收尘20除尘后,经排烟风机21和烟囱22排空。
实施例1的主要设备规格性能见表4。
实施例1的工艺参数及技术指标与现有技术的比较见表5。
表4实施例1主要设备规格性能
设备名称 | 规格与性能 | 数量 | 备注 |
圆筒混合机 | Ф2800×9000 | 1 | 调速 |
圆筒制粒机 | Ф3200×13000 | 1 | 调速 |
鼓风带式烧结机 | 108m2 | 1 | |
点火炉抽风机 | Y5-48型No10C,Q=41438m3/h,H=3548Pa | 1 | N=75KW |
1号鼓风机 | 9-26型No12.5D,Q=58697m3/h,H=7987Pa | 1 | N=225KW |
2号鼓风机 | 9-26型No16D,Q=52392m3/h,H=6880Pa | 1 | N=160KW |
3号鼓风机 | 9-26型No10D,Q=30053m3/h,H=5116Pa | 1 | N=75KW |
排烟风机 | Y4-73型No25F,Q-337700m3/h,H=3214Pa | 1 | N=630KW |
电除尘器 | HSTD72型,72m2 | 1 | |
其它主要设备 | 与现有90m2抽风带式烧结机系统的配套设备相同 |
表5实施例1工艺参数及技术指标与现有技术的比较
项目名称 | 鼓风烧结工 艺 | 抽风烧结工 艺 | 备注 |
烧结矿产量(万t/a) | 90 | 90 | 现有技术均为我国重点钢铁企业1991年的技术指标 |
烧结机面积(m2) | 108 | 90 | |
烧结机利用系数(t/m2.h) | 1.12 | 1.34 | |
料层厚度(mm) | 600~650 | 420 | |
燃耗(kg标煤/t) | ≤56 | 57.21 | |
FeO(%) | 6~8 | 10.2 | |
ISO转(≥5mm) | ≥78% | ≥78% | |
台车篦条消耗(kg/t) | 0.002 | 0.07 | 篦条材质为球墨铸铁 |
台车使用寿命(a) | >15 | <5 | |
烧结烟气余热回收 | 易回收,效果好 | 难回收,尚未回收 | |
风机系统装机容量(KW) | 1165 | 3200 | 这里是将取代主抽风机的5台风机与主抽风机进行比较。 |
风机动力消耗(KWH/a) | 510×104 | 1638×104 |
实施例2
实施例2采用铁矿石鼓风烧结,烧结矿半机上冷却的工艺方法。
实施例2与实施例1的差别是在烧结机上增加一部份面积作为烧结矿冷却段,而将所采用的烧结矿冷却机的有效冷却面积相应减小,烧结机和冷却机这两种设备的面积增减比一般为1∶1,除与此有关的设施外,实施例2与实施例1的工艺条件及设备一致。
实施例2的烧结机总面积为144m2,其中108m2为烧结段,36m2为冷却段,在冷却段配备G4-68型No14D鼓风机1台,鼓风机性能为∶Q=102772~91027m3/h,H=6537~6674Pa,风机装机容量为250KW。
将烧结段的部分或者全部烟气与冷却段的冷却废气一起导入余热回收系统进行余热回收。
实施例3
实施例3采用铁矿石鼓风烧结,烧结矿全机下冷却的工艺方法。
实施例3与实施例1的区别在于铁矿石的烧结和烧结矿的冷却在同一烧结机上完成,不另设烧结矿冷却机,将烧结机尾部的热矿振动筛改为常温振动筛,除此之外,其它工艺条件及相关设备与实施例1一致。
实施例3的烧结机总面积为198m2,其中108m2为烧结段,36m2为高温冷却段,54m2为低温冷却段。高温冷却段配备G4-68型No14D鼓风机1台,鼓风机性能为:Q=102772~91027m3/h,H=6537~6674Pa,风机装机容量250KW。低温冷却段配备G4-68型No14D鼓风机两台,鼓风机性能为:Q=114518~91027m3/h,H=6321~6674Pa,风机装机容量为260KW。
将烧结机上高温冷却段的冷却废气与一部分或者全部烧结烟气一起导入余热回收系统进行余热回收。
Claims (10)
1.一种铁矿石烧结造块的工艺方法,其特征在于采用鼓风带式烧结机,从烧结料层下部向上鼓风烧结,烧结混合料的平均料度为1~4mm,点火料层厚度30~60mm,点火温度1050~1300℃,点火时间1~3分钟,点火炉抽风机抽风量为60~100m3/m2·min,总料层厚度≥500mm,主烧结段的鼓风量为24±6标m3/m2·min,流态化控制烧结段的鼓风时间为4~8分钟,流态化控制烧结段的鼓风量为13±4标m3/m2.min。
2.根据权利要求1所述的工艺方法,其特征在于带式烧结机的鼓风烧结段配备不少于两台规格性能不尽相同的鼓风机,主烧结段下部风箱鼓风压力的控制范围为(8.4~4.9)H料.r混,流态化控制烧结段下部风箱鼓风压力的控制范围为(4.9~3)H料,r混,上述风压计算式中:H料为烧结总料层厚度,单位为mm;r混为烧结混合料的堆比重,单位为t/m3;所计算出的鼓风压力单位为Pa。
3.根据权利要求1所述的工艺方法,其特征在于以烧结料面温度为依据,自动地调节流态化控制烧结段的鼓风量,鼓风量与料面温度的对应关系为:
Q鼓=(0.8~1.1)(0.3d均+0.45)×16052/(273+T料)
关系式中:Q鼓为鼓风量,单位为标m3/m2·min;d均为混合料的平均粒度,单位为mm;T料为烧结料面温度,单位为℃,当d均≤2mm时,T料的取值范围为500~1100℃,当d均)2mm时,T料的取值范围为600~1100℃。
4.根据权利要求1所述的工艺方法,其特征在于烧结矿碱度1.7~2.0,2~6mm粒度的混合料量多于50%,大于10mm粒度的混合料量少于10%,小于1mm粒度的混合料量少于10%,点火料层厚度为40~50mm,点火温度1100~1200℃,点火时间1.5~2.5分钟,点火炉抽风量为70~90m3/m2·min,总料层厚度为600~650mm,主烧结段初期的鼓风量为20±2标m3/m2·min,3~5分钟后,控制主烧结段的鼓风量为23±3标m3/m2·min,流态化控制烧结段的鼓风时间为5~7分钟,鼓风量为13±3标m3/m2·min。
5.根据权利要求1所述的工艺方法,其特征在于将一部分或全部烧结烟气导入余热回收系统进行余热回收。
6.一种铁矿石烧结造块的工艺方法,其特征在于采用权利要求1所述工艺方法的司时,又在带式烧结机上设有鼓风式冷却段冷却烧结矿,冷却时间∶烧结时间=0.2~0.9∶1,冷却段鼓风量≥30标m3/m2·min。
7.根据权利要求6所述的工艺方法,其特征在于冷却时间∶烧结时间=0.2~0.4∶1,冷却段鼓风量为30~50标m3/m2·min。
8.根据权利要求7所述的工艺方法,其特征在于将烧结机鼓风冷却段的冷却废气与一部分或者全部烧结烟气一起导入余热回收系统进行余热回收。
9.根据权利要求6所述的工艺方法,其特征在于冷却时间∶烧结时间=0.5~0.9∶1,高温冷却段的鼓风量为30~50标m3/m2.mim,低温冷却段的鼓风量为40~60标m3/m2·min,高温冷却段与低温冷却段时间之比为0.5~0.8∶1。
10.根据权利要求9所述的工艺方法,其特征在于将烧结机上高温冷却段的冷却废气与一部份或者全部烧结烟气一起导入余热回收系统进行余热回收。
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