烧结新技术培训第二讲(毕学工)-镶嵌式烧结工艺.pptVIP

* 镶嵌式烧结工艺 武汉科技大学教育部钢铁冶金与资源利用重点实验室 毕学工教授 1 镶嵌式烧结工艺的提出背景 世界钢产量大幅增加，导致高品位赤铁矿的耗尽和针铁矿、褐铁矿和含结晶水铁矿石使用量的增加。例如在日本，粗颗粒的褐铁矿类型的豆铁矿（pisolitic ores）的比例已经增加了好几倍。而且大量储存的粉状Marra Mamba针铁矿（goethite ores）已经在澳大利亚被开发并出口到亚洲国家。这样的趋势未来会继续。 铁矿石的性能变化影响的不只是烧结的产、质量， 还影响着矿石在高炉里的冶金特性，因此需要更一步地 开发包括原料预处理方法在内的烧结技术和烧结过程。 为了做关于上述问题的更深入研究，2005年开始， ISIJ（日本钢铁协会）成立了“通过设计合成造粒床结 构的新烧结工艺”的研究项目，这是日本钢铁公司和几 所大学的合作项目。 New Sintering Process through Designing of Composite Granulation Bed Structure 项目的主要目的：- 研究豆铁矿和针铁矿的特性，了解其在烧结过程中的行为。- 针对矿石的特性，进行有关原料混合、造粒、床层结构的最优化设计和烧结矿冶金性能的基础研究。课题发明了一个新烧结过程的工艺原理，名叫镶嵌式铁矿石烧结工艺（MEBIOS）Mosaic EmBedding Iron Ore Sintering Process 图1 MEBIOS工艺流程图 MEMIOS工艺的特点用马拉曼巴 矿制备的生球（烧成层）均匀地 分布在诱导层中 料层设计为两个部分: （1）诱导层（induction bed），要有很好的透气性， 并为下层提供充足的热量； （2）烧成层（aging bed），含大的料粒或压块，被来 自诱导层的热量烧结。 在这种情况下，因为两层的热分布是不一样的，所以可 以根据使用铁矿石的性能对各层的功能进行优化。 因此，可以预期既提高烧结矿的产量，又改善烧结矿的质量。 成立了三个工作组 工作组1的成果（制粒）： 原料的制粒过程对烧结的生产率和生产的烧结矿的冶金性能影响很大。因此，提出并运用了各种提高制粒效果的技术。比如用细颗粒Marra Mamba褐铁矿粉制成10mm~15mm的小球用作MEBIOS过程的下层 图2 MEBIOS工艺改善料层透气性的原理，以及大球与气流之间传热和气体流动的示意图 图2显示了采用MEBIOS烧结改进透气性的原理。 粗颗粒的作用像一堵墙，这里的堆密度低于整个料层的堆密度。这样就提高了料层的透气性和烧结速度。 粗颗粒可以是生球，但是它们要有干净而硬的表面以及良好强度，以受得了从制粒到布料过程的输送过程。 当小球的尺寸在10mm~15mm时（干球团密度为3.1 g/cm3），目标强度应达到200 kPa。 球团的强度指数FN，用球团从0.5m高度落下破碎的次数表示。 干湿球团的抗压性分别为Std和Stw，单位kPa，用以下关系式计算： FN = 0.052 Stw (1) Std = f Stw (2) 在这里，f是指干球团与湿球团的强度之比，赤铁矿、马拉曼巴和豆状矿铁矿的f值分别为0.18~0.32、4.0、7.8。f值同时还和制粒物料中小颗粒（-10 μm）的比例有关。马拉曼巴和豆状矿铁矿的料粒通过干燥可能会提高抗压强度。 Kawachi等人指出，在造球工艺中原料的合适水含量会随着能悬浮在水中的微小颗粒（10μm）的增加和添加分散剂而减小，这意味着，细颗粒作为悬浮液会渗入料粒中颗粒之间的缝隙中，在干燥过程中，将进一步形成固体键桥（图3），而导致公式2中的强度比f的增大。 图3 微颗粒在制粒和干燥过程中的行为 工作组2的成果（模拟）： 通过数值模拟来设计渗透作用和床身结构 烧结过程数学模型的基本方程式： εCGρG(TG/t) = hαs(Ts - TG)+ug CG(TG/Z) 气相热平衡 (3) (1 -ε) CsρG(Ts/t) = hαs(Ts - TG) + Rc(-ΔH) 固相热平衡 (4) Rc = 4πr2 nc kcCO2 焦炭燃烧速率 (5) 方程组中与烧结料层结构有关的参数： ε- 料层的孔隙度，取决于料粒的粒度分布 αs- 传热面积，取决于料粒的直径和形状 ug- 气流速度，取决于料层的孔隙度 kc- 焦炭颗粒的燃烧反应速度，取决于焦炭在料粒中的存在形式，即添加方式和制粒方式 因此，在MEBIOS烧结工艺中，采用了大颗粒的料粒，即烧成层，来改善烧结床