范文一:第九章 陶瓷的烧结原理及工艺
第九章 陶瓷的烧结原理及工艺
1. 烧结通常是指在高温作用下粉粒集合体(坯体)表面积减少,气孔率降低、致密度提高、颗粒间接触面积加大以及机械强度提高的过程。
2. 陶瓷的烧结可以分为气相烧结、固相烧结、液相烧结
若物质的蒸汽压较高,以气相传质为主,叫做气相烧结;
若物质的蒸汽压较低,烧结以固相扩散为主,叫固相烧结;
有些物质因杂质存在或人为添加物在烧结过程中有液相出现,称为液相烧结;
3. 烧结过程中的物质的传递即传质过程,包括:(1)蒸发和凝聚;(2)扩散;(3)粘性流动;
(4)塑性流变;(5)溶解和沉淀
a 、气相传质(气相烧结)……公式要记住
气相烧结中的传质过程主要是蒸发和凝聚
b 、固相传质(固相烧结)………….. 公式要记住
目前公认的机制有(1)扩散机制;(2)粘滞性流动和塑性流变
c 、液相传质(液相烧结)
s 2γV ln =sl 0
s 0rRT
s 与s 0分别为颗粒和大块物质的溶解度;
γsl 为液固表面张力;
V 0为摩尔体积;r 为颗粒半径
液相烧结可以分成三个阶段:
(1)在成形体中形成具有流动性的液相,并在表面张力的作用下,使固体颗粒以更紧密方式重新排列的粘滞流动过程,称为重排过程;
(2)通过颗粒向液相中溶解和重新淀析而发生致密度增大的阶段,称为溶解与沉淀过程;
(3)液相的重新结晶和颗粒长大,最终形成固相陶瓷-凝结过程
二、影响烧结的因素
烧结时间, 颗粒半径, 气泡和晶界, 杂质及添加剂
烧结促进剂、烧结阻滞剂、反应接触剂或矿化剂, 烧结气氛
氧化性气氛、中性气氛、还原性气氛
9.2陶瓷的烧结方法
1、根据烧结时是否有外界加压可以将烧结方法分为常压烧结和压力烧结
常压烧结又称为普通烧结,指在通常的大气条件下无须加压进行烧结的方法(传统陶瓷大都在隧道窑中进行烧结,而特种陶瓷大都在电窑中烧成)
压力烧结可以分为热压烧结和热等静压烧结
a 、热压烧结是指在粉体加热时进行加压,以增大粉体颗粒间的接触应力,加大致
密化的动力,使颗粒通过塑性流动进行重新排列,改善堆积状况。
b 、热等静压烧结工艺是将粉体压坯或将装入包套的粉料放入高压容器中,在高温
和均衡的气体压力作用下,将其烧结为致密的陶瓷体。
2、根据烧结时是否有气氛可以将烧结方法分为普通烧结和气氛烧结
3、根据烧结时坯体内部的状态可以分为气相烧结、固相烧结、液相烧结、活化烧结, 反
应烧结
反应烧结是通过多孔坯件同气相或液相发生反应,使坯体的质量增加、气孔率减少并烧结成具有一定强度和尺寸精度的成品的一种烧结工艺
9.3 陶瓷烧结后的处理
一、陶瓷表面的施釉
所谓的施釉是指通过高温方式,在瓷件表面烧附一层玻璃状物质使其表面具有光亮、美观、致密、绝缘、不吸水、不透水及化学稳定性等优良性能的一种工艺方法
二、陶瓷的加工
磨削加工、激光加工、超声波加工
三、陶瓷的金属化与封接
二者的膨胀系数差别在±2?10-7/oC 内,封接处有良好的热稳定性, 如果膨胀系数差别大于4?10-7/oC ,封接效果就会变差。
第十章 典型的陶瓷材料
需要查和总结的
10.2
压电性产生的原因:1,晶体材料可分为32种点群,11种有对称中心,21种没有对称中心;2,当无对称中心的晶体受外界压力时,正负电荷中心分离,产生电偶极距,在晶体两端表面出现相反电荷,显示正压电效应;反之当施加一电场时,晶体产生与电场强度成比例的应变,显示逆压电效应,这两种情况统称为压电性。 3,但是即便属于20种不对称点群也不一定有压电性,因为晶粒的取向是任意的,个晶粒之间的压电效应相互抵消,宏观不显示压电性。有些铁电体的极化之后就会显示压电性,如钛酸钡。4,钛酸钡晶胞中:间隙半径大于钛离子半径,钛离子在间隙中有偏离中心的可能,当温度低于居里点时,就会变成四方晶系,钛离子会在c 轴方向偏离中心。材料极化后,c 轴方向与极化方向一致,去除外界电场,会留下剩余电偶极距。这时在钛酸钡晶体表面施加一与极化方向平行的压力,电偶极距减小,出现放电现象;反之出现充电现象。若沿极化方向施加电场,钛离子则会产生位移,c 轴方向会有形变,瓷片发生变形。所以钛酸钡陶瓷有压电性。
10.3
Tg 的确定方法:图中A 点是开始偏离基线的点。将转变前后的基线延长,两线之间的垂直距离为阶差ΔJ,在ΔJ/2 处可以找到C 点,从C 点作切线与前基线相交于B 点,B 点所对应的温度值即为玻璃化转变温度Tg 。
范文二:烧结工艺的主要设备及其工作原理
烧结工艺的主要设备及其工作原理
为了保证供给高炉的铁矿石中铁含量均匀,并且保证高炉的透气性,需要把选矿工艺产出的铁精矿制成10-25mm 的块状原料。铁矿粉造块目前主要有两种方法:烧结法和球团法。两种方法所获得的块矿分别为烧结矿和球团矿。本专题将详细介绍烧结生产的工艺流程,主要工艺设备的工作原理以及控制要求等信息,其次,我们将简要介绍球团法生产的工艺流程,主要工艺设备的工作原理以及控制要求等信息。
铁矿粉造块的目的:
◆综合利用资源,扩大炼铁用的原料种类。
◆去除有害杂质,回收有益元素,保护环境。
◆改善矿石的冶金性能,适应高炉冶炼对铁矿石的质量要求。
铁矿粉造块的方法:烧结法和球团法。
铁矿粉造块后的产品:分别为烧结矿和球团矿。(供高炉炼铁生产的主要原料)
一、烧结生产的工艺流程介绍:
烧结是钢铁生产工艺中的一个重要环节,它是将铁矿粉、粉(无烟煤)和石灰、高炉炉尘、轧钢皮、钢渣按一定配比混匀。经烧结而成的有足够强度和粒度的烧结矿可作为炼铁的熟料。利用烧结熟料炼铁对于提高高炉利用系数、降低焦比、提高高炉透气性保证高炉运行均有一定意义。
烧结生产的流程
目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。烧结生产的工艺流程如图下所示。主要包括烧结料的准备,配料与混合,烧结和产品处理等工序。
配料与混合的主要设备:
电子计量称:对放置在皮带上并随皮带连续通过的松散物料进行自动称量的衡器。主要有机械式(常见的为滚轮皮带秤) 和电子式两大类。电子皮带秤是使用最广泛的皮带秤。由承重装置、称重传感器、速度传感器和称重显示器组成。
主要用到的自动化产品:称重传感器、速度传感器、数显表、变频器、电动机
混合机:混合机械是利用机械力和重力等,将两种或两种以上物料均匀混合起来的机械。混合机械广泛用于各类工业和日常生活中。常用的混合机械分为气体和低粘度液体混合器、中高粘度液体和膏状物混合机械、热塑性物料混合机、粉状与粒状固体物料混合机械四大类。 【查看工作原理】
主要用到的自动化产品:断路器、接触器、电动机
烧结生产:
烧结作业是烧结生产的中心环节,它包括布料、点火、烧结等主要工序。
布料:将铺底料、混合料铺在烧结机台车上的作业
点火:点火操作是对台车上的料层表面进行点燃,并使之燃烧。
烧结:准确控制烧结的风量、真空度、料层厚度、机速和烧结终点。
主要用到的自动化产品:PLC ,组态软件,变频器,电动机
二、球团矿生产工艺流程
把细磨铁精矿粉或其他含铁粉料添加少量添加剂混合后,在加水润湿的条件下,通过造球机滚动成球,再经过干燥焙烧,固结成为具有一定强度和冶金性能的球型含铁原料。
球团矿生产的流程:
一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序,如下图所示。
球团矿的生产流程中,配料、混合与烧结矿的方法一致;将混合好的原料经造球机制成10-25mm 的球状。
球团矿生产中的主要设备:
圆盘造球机:将焦炭粉、石灰石粉或生石灰、铁精矿粉混合后,输入圆盘造球机上部的混合料仓内,均匀地向造球机布料,同时由水管供给雾状喷淋水,倾斜(倾角一般为40一50°)布置的圆盘造球机,由机械传动旋转,混合料加喷淋水在圆盘内滚动成球。 【查看工作原理】
主要用到的自动化产品:断路器、接触器、电动机
带式焙烧机:带式焙烧机工艺使球团焙烧的整个工艺过程——干燥、预热、焙烧、冷却都在一个设备上完成,具有工艺过程简单、布置紧凑、所需设备吨位轻等特点,为工厂缩小占地面积、减少工程量、实现焙烧气体的循环利用以及降低热耗和电耗创造了条件。【查看工作原理】
主要用到的自动化产品:断路器、接触器、电动机
范文三:烧结钕铁硼永磁材料的制造工艺原理
烧结钕铁硼永磁材料的制造工艺原理!
2009年06月26日
烧结钕铁硼系永磁材料是用粉末冶金方法制造的。其工艺流程如下:
原材料准备→冶炼→铸锭→破碎与制粉→磁场取向与压型→烧结→回火→机加工与表面处理→检测。下面按工艺流程的顺序简介其工艺原理。
烧结钕铁硼系永磁材料的磁性能主要由Nd2Fe14B基体相来决定的。因为其磁极化强度Js(Js=μ0Ms,Ms为饱和磁化强度)和各向异性场HA主要取决于Nd2Fe14B相的化学成分。虽然剩磁Br、矫顽力Hci和磁能积(BH)max是组织敏感量,但Br的极限值是Js,Hci的极限值是HA,(BH)max的极限值是(Js2)/4μ0,所以合金成分设计和原材料选择是至关重要的。 熔炼的目的是将纯金属料(Fe、Nd、B-Fe、Dy、A1、Nb、Co、Cu等)熔化,并确保(1)所有的金属料熔清。纯Fe和金属Nd等的熔点较高,应设法使它们完全熔清;(2)合金的设计成分准确。造成成分不准确的原因是金属的挥发和氧化损失(总称烧损)。为此一般采用真空感应炉熔炼,真空度应达10-2~10-3Pa以上;(3)保证合金成分均匀;(4)确保合金干净,防止夹杂物和气体污染。
铸锭组织不仅对制粉、取向、烧结工艺,而且对粉末性质和最终烧结磁性能均有重要影响。没有优良的铸锭组织,就不可能制造出高性能烧结永磁体。铸锭组织是制约磁体性能的关键技术之一。良好的铸锭组织应是:柱状晶生长良好,其尺寸细小,富Nd相沿晶界均匀分布,但不得有大块的富Nd相,以及不存在α-Fe晶体。铸锭凝固是一个形核长大的过程。在结晶过程中,形核率越大,将有更多的晶核同时成长。这样,得到的片状晶尺寸会更细小。为了制造高性能Nd-Fe-B系永磁体,将铸锭组织的片状晶尺寸控制在5μm以下是较为理想的。
制粉目的是将大块合金锭破碎成一定尺寸的粉末。包括粗破和磨粉两个工艺过程。粗破碎方法有两种:一种是氢破碎(HD),另一种是机械破碎。将粗破后的246μm~175μm (60~80目)的中等粉末研磨至3~4μm细粉,该种磁粉绝大多数为单晶体。一般采用球磨制粉或气流磨制粉两种方法。球磨制粉有滚动球磨、振动磨、高能球磨等。气流磨制粉是利用气流将粉末颗粒加速到超音速,使之相互对撞而破碎。目前生产规模较小的厂家用滚动球磨,多数Nd-Fe-B生产厂采用气流磨制造磁粉。
粉末磁场取向是制造高性能烧结Nd-Fe-B永磁体的又一关键工艺技术之一。烧结Nd-Fe-B系永磁体的磁性能主要来源于具有四方结构的Nd2Fe14B基体相,它是单轴各向异性晶体,c轴为易磁化轴,a轴为难磁化轴。对于单晶体来说,当沿其易磁化轴磁化时,有最大的剩磁Br=μ0Ms。如果烧结永磁体的各个粉末颗粒的c轴是混乱取向的,则得到的是各向同性磁体,Br=μ0Ms/2=Js/2,这是最低的。如果使每一个粉末颗粒的易磁化方向(c轴)沿相同方向取向,制成各向异性磁体,则沿粉末颗粒c轴取向的方向有最大的剩磁。在制粉阶段得到的3~5μm的粉末颗粒,一般来说它们是单晶体,但不是单畴体,所以粉末颗粒在磁场中的
取向分两个阶段完成。第一阶段是各个粉末颗粒变成单畴体。第二阶段是磁畴内的磁矩转动过程。
粉末压形有两个目的:(1)将粉末压制成一定的形状与尺寸的压坯;(2)保持在磁场取向中所获得的晶体取向度。目前,普遍采用的压形方法有三种,即模压法、模压加冷等静压、橡皮模压(加冷等静压)。也可分为干压和湿压两种。
烧结过程是将Nd-Fe-B粉末压坯加热到粉末基体相熔点以下的温度约(0.70~0.85)T熔,进行保温处理一段时间。目的是提高压坯密度,改进粉末颗之间的接触性质,提高强度。使磁体具有高永磁性能的显微组织特征。烧结可粗略地分为固相烧结和液相烧结。
Nd-Fe-B永磁合金烧结并快冷后(烧结态),磁性能较低,回火处理可显著提高Nd-Fe-B合金的磁性能,尤其是矫顽力。回火处理有一级回火和二级回火处理两种。两级回火处理可获得较好的磁性能。
范文四:铁矿粉烧结原理与工艺
1;概述抽风烧结过程,按烧结料层自上而下分哪几带,并指出各带的特点以及各带是怎样变化的,
答:抽风烧结过程是将混合料配以适量的水分,混合、制粒后,铺在带式烧结机的炉箅上,点火后用一定负压抽风,使烧结过程自上而下地进行。烧结从烧结台车上卸下,经破碎、冷却、制粒、筛分,分出成品烧结矿、返矿和铺底料。
自上而下分为:烧结矿层)燃烧层)预热层)干燥层)过湿层。
(1)烧结层:温度在1000?,随着烧结矿层的下移和冷空气的通过,物料温度逐渐下降,熔融液相被冷却,凝固成多孔结构的烧结矿。烧结矿层逐渐增厚,整个料层透气性变好真空度变低;高温熔融物凝固成烧结矿,伴随着结晶和析出矿物,同时抽入的冷空气被预热,烧结矿被冷却,与空气接触的低价氧化物可能被氧化。
(2)燃烧层:被烧结矿层预热的空气进入燃烧层,与固体碳接触时发生燃烧反应,放出大量的热,温度1300—1500?的高温,形成一定的气相组成;低熔点物质继续发生并熔化,形成一定数量的液相,部分氧化物分解、还原、氧化,硫化物、硫酸盐和碳酸盐等分解。
(3)预热层:热交换很剧烈,废气温度很快降低,此层温度很薄,所处温度在150–700?之间;部分结晶水,碳酸盐分解。硫化物,高价铁氧化物分解氧化。部分铁氧化物还原以及固相反应等。
(4)干燥层:由于湿料的导热性好,料湿很快升高到100?以上,水分完全蒸发需要到120–150?左右;由于升温速度快,干燥层和预热层很难截然分开,有时又称为干燥预热层,其厚度只有20–40nm。
(5)过湿层:根据不同的物料,过湿层增加的冷凝水介于1,–2,之间。但在实际烧结矿时,发现在烧结料下层有严重的过湿现象,这是因为在强大的气流和重力作用下烧结水分比较高,烧结料的原始结构被破坏,料层中的水分向下机械转移,特别是那些湿容量较小的物料容易发生这种现象。水汽冷凝使得料层的透气性大大恶化,对烧结过程产生很大影响。
2:请画出抽风烧结工艺与球团工艺的流程图。
铁矿粉 溶剂 燃料 高炉灰 返矿
? ? ?
混匀 破碎 破碎
?
筛分
?
配 料
?
混合
?
布料
煤气
点火
空气 ?
结 烧
? ?
除尘 破碎
? ?
热返矿 筛分 抽风
? ?
冷却 烟气排入大气
?
整 料
铺底料 ? ? ? 冷返矿
成品烧结矿
抽风烧结工艺流程图
膨润土接受储存 精矿接受储存
煤气
精矿 干燥
助燃风
配料 废气
?
混合
?
造球
?
破碎 筛分
8–16?
布料
? 煤气
鼓风 焙烧
鼓风
冷却
废气 ?
筛分
<6mm 6—16mm="">6mm>
除尘 除尘 储存 成品受矿
灰尘 灰尘 去炼铁 火车
废气 灰尘 废气 返矿
排至 回收 排至 装车
大气 利用 大气 送烧结
坚炉生产球团工艺流程图
3:何谓固相反应,固相反应对烧结过程和球团焙烧有何作用,如何促进固相反应。
答:(1)固相反应:物料在没有熔化之前,两种固体物质在它们的接触面上发生的化学反应。
(2)固相反应在烧结中的作用:固相反应产物能形成原始烧结料所没有的低熔点的新物质,但不能决定烧结矿最终矿物成分。在温度持续升高时,就成为液相形成的先导,使液相生成的温度降低。因此,固相反应的类型与最初形成的固相反应产物对烧结过程具有重要作用,直接影响烧结矿的质量。
(3)固相反应在球团烧结中的作用:依据热力学平衡的趋势,具有较大界面的微细颗粒在较粗的颗粒上,同时表面能减少。在有充足的反应时间,足够的温度以及界面能继续减少的情况下,这些颗粒便聚集,进一步成为颗粒大的聚集体。生球中的精矿具有极高的分散性,着种高度分散的晶体具有严重的缺陷,并具有极大的表面自由能,因而处于不稳定的状态,具有很大的降低其能量的趋势,当达到一定的温度后,并呈现现出强烈的
扩散位移的作用,其结果是使结晶缺陷逐渐得到矫正,微小的粉末也将聚集成较大的颗粒,从而变成活性较低较稳定的颗粒。
(4)促进固相反应:提高原始物料的分散度,添加活性物质,使颗粒接触界面得到改善,升高温度。
4:在圆盘选球机中,生球是怎样形成,长大和紧密的,
答:(1)在圆盘造球机转动几圈之后,被润湿的粒子彼此接触,在接触点的液体层形成氺环,并将各粒子连接在一起形成许多聚集体,各个聚集体中的粒子呈点状连接。
(2)阶段:干燥—预热—焙烧—均热—冷却。
(3)目的:滚动成形所得的生球,相对于造球物料,其颗粒之间的接触程度有所增加。
5:烧结球团的目的和意义是什么,
答:烧结球团的目的:是将大量贫矿经选矿后得到的精矿粉制成块状的人造矿供
意义:(1)通过烧结可为高炉提供化学成分稳,粒度均匀,还原性好,冶金性能高的优质烧结矿,为高炉优质,高产低耗长寿创造了良好的条件。
(2)可去除有害杂质,如硫,锌等。
(3)可扩大炼铁原料来源,利用工业生产的废弃物,如高炉炉尘,轧钢皮,硫酸渣,钢渣等,对钢铁冶金过程减少排放,发展循环经济发挥着重要作用。
6:评价烧结矿球团矿质量的指标主要有哪些,
答:(1)评价烧结矿:粒度组成)化学成分及其稳定性)转鼓强度与筛分指数)低温还原粉化性)软化熔融特性。
(2)评价球团矿:生球粒度)生球抗压强度)生球下落强度)生球破裂温度。 7:写出烧结料层中CO和C逐级还原铁氧化物的反应式,说明烧结矿中金属铁 含量为什么很少,
答:(1)C作为还原剂1 温度高于570?时: 3FeO+C=2FeO+CO 2334
FeO+C=3FeO+CO 34
FeO+C=Fe+CO
温度低于570?时:FeO+3C=3Fe+4CO 34
(2)CO作为还原剂时1 Fe2O3的还原剂:3FeO+CO=2FeO+CO2 2334
2 Fe3O4的还原,温度高于570?时:FeO+CO=3FeO+CO 342
温度低于570?时:FeO+4CO=3Fe+4CO 342
3 FeO的还原:FeO+C=Fe+CO
(3)因为原矿中的金属铁含量本来就低,在经过烧结过程之后会损失一部分,所以烧结矿中金属铁的含量就不高。
8:简述烧结料层透气性,概念及烧结料层中透气性变化规则,并说明改善烧结料层透气性有哪些措施。
答:(1)烧结料层的透气性:固体散料层容许气体通过的难易程度,即料层对气体通过的阻力的大小。
(2)烧结料层中透气性的变化规律:在点火开始阶段,料层被抽风压实气体温度快速升高,有液相开始生成,使料层阻力增加,负压升高,烧结矿层形成以后,烧结料层的阻力出现一个较平稳阶段。随着烧结矿的不断增厚,过湿层逐渐消失,整个矿层的阻力减少,透气性变好,负压逐渐降低。废气流量的变化和负压的变化相对应。当料层阻力增加时,在相同的压差下,废气流量下降,反之废气流量增加。而温度的变化规律与燃烧烧结和烧结矿层的自动蓄热作用有关。
(3)改善措施:加强烧结原料准备,添加富矿粉和返矿,控制好返矿比例,加强
返矿粒度控制,加强燃料和溶剂粒度的控制;提高制粒效果,控制混合料水分,添加适当
生石灰,完善制粒及设备参数;采用大风量,高负压,厚料层操作。
范文五:烧结工艺
烧结工艺流程图:
图片:
烧结工艺流程图:
烧结是钢铁生产工艺中的一个重要环节,它是将铁矿粉、粉(无烟煤)和石灰按一定配比混匀。经烧结而成的有足够强度和粒度的烧结矿可作为炼铁的熟料。利用烧结熟料炼铁对于提高高炉利用系数、降低焦比、提高高炉透气性保证高炉运行均有一定意义。
由于烧结技术具体的作用和应用太广泛了, 以下介绍一下烧结生产在钢铁工业粉矿造块的意义和作用
我国的铁矿石大部分都是贫矿,贫矿直接入炉炼铁是很不合算b,因此必须将贫矿进行破碎、选出高品位的精矿后,再将精矿粉造块成为人造富矿才能入高炉冶炼。所以,粉矿造块是充分合理利用贫矿的不可缺少的关控环节。
富矿的开采过程中要产生粉矿,为了满足高炉的粒度要兔在整较过程中也会产生粉矿,粉矿直接入炉会51起高炉不顺。恶化高炉技术经济指标,因此粉矿也必须经过造块才能入炉。
粉矿经过迭决后,可以进一步控制相改善合铁原料的性肠获得气孔串高、还原性好、强度合适、软熔温度较高、成份稳定的优质冶金原料,有助于炉况的稳定和技术经济指标的改善。粒矿造块过程中,还可以除去部份有害杂质,如硫、氟、砷、锌等,有利于提高生铁的质量。因为人造富矿比天然富矿更具有优越性,成为了现代商炉原料的主要来源。
粉矿迭块还可综合利用含铁、合被、台钙的粉状工业废料,如高炉炉尘、钢迢、轧钢皮、均热炉渣、硫酸渣、染料铁红、电厂烟尘灰笔适当配入可以成为廉价的高炉好原料,又可以减少环境污染,取得良好的经济效益和社会效益。
粉矿造铁是现代高炉冶炼并获得优质高产的基础,对于高炉冶炼有君十分重要的意义,是钢铁工业生产必不可少的重要工序,对钢铁生产的发展起着重要作用。
1.2 粉矿造块的方法
粉矿造块方法很多,主要是烧结矿和球团矿。此外,还有压制方团矿、辊压团矿、蒸养球团t碳酸化球团,其成球方式和固结方法与球团矿不同,还有小球烧结,国外称为HPs球团化挠结矿,界于球团和烧结之间;还有铁焦生产,是炼焦和粉矿造块相结合。
球团矿的焙烧方法主要乞竖队带式焙烷仇链蓖机—回转窃。目前地方小铁厂还有平地堆烷的。
烧结方法主要有吹风烧结法和抽风烧结法两大类。吹风烧结有平地堆挠、饶结识、挠结盘,抽风烧结有路式侥结、艰面步进式烧绍机、带式烧结机、环形挠结机电即日本矢作式)。
国内外苫遍采用的是常式抽风烧结机,在我国地方小铁广还有相当一部分用平地吹风堆烧和箱式抽风烧结。比外,还有回转窑浇结法、悬浮烧结法。
所
谓“烧结”就是指粉状物料加热到熔点以下而粘结成固体的现象.
烧结过程简单来说,就是把品位满足要求,但粒度却不满足的精矿与其他辅助原料混合后在烧结机上点火燃烧,重新造块,以满足高炉的要求。点火器就是使混合料在烧结机上燃烧的关键设备,控制好点火器的温度、负压等,混合料才能成为合格的烧结成品矿。
烧结的主要体系是,配料,混料,看火等。看火的经验:看火主要控制的三点温度是;点火温度,终点温度,和总管废气温度。一般来说把终点温度控制在倒数第2号风箱的温度。
铁矿粉造块
铁矿粉造块目前主要有两种方法:烧结法和球团法。两种方法所获得的块矿分别为烧结矿和球团矿。
铁矿粉造块的目的:
◆综合利用资源,扩大炼铁用的原料种类。
◆去除有害杂质,回收有益元素,保护环境。
◆改善矿石的冶金性能,适应高炉冶炼对铁矿石的质量要求。
一、铁矿粉烧结生产
1.烧结的概念
将各种粉状含铁原料,配入适量的燃料和熔剂,加入适量的水,经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化,将矿粉颗粒黏结成块的过程。
2. 烧结生产的工艺流程
目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。烧结生产的工艺流程如图2—4所示。主要包括烧结料的准备,配料与混合,烧结和产品处理等工序。
图2-4 抽风烧结工艺流程
◆烧结原料的准备
①含铁原料
含铁量较高、粒度<>
一般要求含铁原料品位高,成分稳定,杂质少。
②熔剂
要求熔剂中有效CaO含量高,杂质少,成分稳定,含水3%左右,粒度小于3mm的占90%以上。
在烧结料中加入一定量的白云石,使烧结矿含有适当的MgO,对烧结过程有良好的作用,可以提高烧结矿的质量。
③燃料
主要为焦粉和无烟煤。
对燃料的要求是固定碳含量高,灰分低,挥发分低,含硫低,成分稳定,含水小于10%,粒度小于3mm的占95%以上。
对入厂烧结原料的一般要求见表2—2。
表2-2 入厂烧结原料一般要求
◆配料与混合
①配料
配料目的:获得化学成分和物理性质稳定的烧结矿,满足高炉冶炼的要求。
常用的配料方法:容积配料法和质量配料法。
容积配料法是基于物料堆积密度不变,原料的质量与体积成比例这一条件进行的。准确性较差。
质量配料法是按原料的质量配料。比容积法准确,便于实现自动化。
②混合
混合目的:使烧结料的成分均匀,水分合适,易于造球,从而获得粒度组成良好的烧结混合料,以保证烧结矿的质量和提高产量。
混合作业:加水润湿、混匀和造球。
根据原料性质不同,可采用一次混合或二次混合两种流程。
一次混合的目的:润湿与混匀,当加热返矿时还可使物料预热。
二次混合的目的:继续混匀,造球,以改善烧结料层透气性。
用粒度10~Omm的富矿粉烧结时,因其粒度已经达到造球需要,采用一次混合,混合时间约50s。
使用细磨精矿粉烧结时,因粒度过细,料层透气性差,为改善透气性,必须在混合过程中造球,所以采用二次混合,混合时间一般不少于2.5~3min。
我国烧结厂大多采用二次混合。
◆烧结生产
烧结作业是烧结生产的中心环节,它包括布料、点火、烧结等主要工序。
①布料
将铺底料、混合料铺在烧结机台车上的作业。
当采用铺底料工艺时,在布混合料之前,先铺一层粒度为10~25mm,厚度为20~25mm的小块烧结矿作为铺底料,其目的是保护炉箅,降低除尘负荷,延长风机转子寿命,减少或消除炉箅粘料。
铺完底料后,随之进行布料。布料时要求混合料的粒度和化学成分等沿台车纵横方向均匀分布,并且有一定的松散性,表面平整。
目前采用较多的是圆辊布料机布料。
②点火
点火操作是对台车上的料层表面进行点燃,并使之燃烧。
点火要求有足够的点火温度,适宜的高温保持时间,沿台车宽度点火均匀。
点火温度取决于烧结生成物的熔化温度。常控制在1250±50℃。
点火时间通常40~60s。
点火真空度4~6kPa。
点火深度为10~20mm。
③烧结
准确控制烧结的风量、真空度、料层厚度、机速和烧结终点。
烧结风量:平均每吨烧结矿需风量为3200m3,按烧结面积计算为(70~90)m3/(cm2.min)。
真空度:决定于风机能力、抽风系统阻力、料层透气性和漏风损失情况。
料层厚度:合适的料层厚度应将高产和优质结合起来考虑。国内一般采用料层厚度为250~500mm。
机速:合适的机速应保证烧结料在预定的烧结终点烧透烧好。实际生产中,机速一般控制在1.5~4m/min为宜。
烧结终点的判断与控制:控制烧结终点,即控制烧结过程全部完成时台车所处的位置。中小型烧结机终点一般控制在倒数第二个风箱处,大型烧结机控制在倒数第三个风箱处。
带式烧结机抽风烧结过程是自上而下进行的,沿其料层高度温度变化的情况一般可分为5层,各层中的反应变化情况如图2—5所示。点火开始以后,依次出现烧结矿层,燃烧层,预热层,干燥层和过湿层。然后后四层又相继消失,最终只剩烧结矿层。
图2-5烧结过程各层反应示意图
①烧结矿层
经高温点火后,烧结料中燃料燃烧放出大量热量,使料层中矿物产生熔融,随着燃烧层下移和冷空气的通
过,生成的熔融液相被冷却而再结晶(1000—1100℃)凝固成网孔结构的烧结矿。
这层的主要变化是熔融物的凝固,伴随着结晶和析出新矿物,还有吸入的冷空气被预热,同时烧结矿被冷却,和空气接触时低价氧化物可能被再氧化。
②燃烧层
燃料在该层燃烧,温度高达1350~1600℃,使矿物软化熔融黏结成块。
该层除燃烧反应外,还发生固体物料的熔化、还原、氧化以及石灰石和硫化物的分解等反应。
③预热层
由燃烧层下来的高温废气,把下部混合料很快预热到着火温度,一般为400~800℃。
此层内开始进行固相反应,结晶水及部分碳酸盐、硫酸盐分解,磁铁矿局部被氧化。
④干燥层
干燥层受预热层下来的废气加热,温度很快上升到100℃以上,混合料中的游离水大量蒸发,此层厚度一般为l0~30mm。
实际上干燥层与预热层难以截然分开,可以统称为干燥预热层。
该层中料球被急剧加热,迅速干燥,易被破坏,恶化料层透气性。
⑤过湿层
从干燥层下来的热废气含有大量水分,料温低于水蒸气的露点温度时,废气中的水蒸气会重新凝结,使混合料中水分大量增加而形成过湿层。
此层水分过多,使料层透气性变坏,降低烧结速度。
烧结过程中的基本化学反应
①固体碳的燃烧反应
固体碳燃烧反应为:
反应后生成C0和C02,还有部分剩余氧气,为其他反应提供了氧化还原气体和热量。
燃烧产生的废气成分取决于烧结的原料条件、燃料用量、还原和氧化反应的发展程度、以及抽过燃烧层的气体成分等因素。
②碳酸盐的分解和矿化作用
烧结料中的碳酸盐有CaC03、MgC03、FeC03、MnC03等,其中以CaC03为主。在烧结条件下,CaC03在720℃左右开始分解,880℃时开始化学沸腾,其他碳酸盐相应的分解温度较低些。
碳酸钙分解产物Ca0能与烧结料中的其他矿物发生反应,生成新的化合物,这就是矿化作用。反应式为:
CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2
CaCO3+Fe2O3=CaO ?Fe2O3+ CO2
如果矿化作用不完全,将有残留的自由Ca0存在,在存放过程中,它将同大气中的水分进行消化作用:
CaO+H2O=Ca(OH)2
使烧结矿的体积膨胀而粉化。
③铁和锰氧化物的分解、还原和氧化
铁的氧化物在烧结条件下,温度高于l300℃时,Fe203可以分解:
Fe304在烧结条件下分解压很小,但在有Si02存在、温度大于1300℃时,也可能分解:
二 、球团矿生产
1.球团矿的概念
把细磨铁精矿粉或其他含铁粉料添加少量添加剂混合后,在加水润湿的条件下,通过造球机滚动成球,再经过干燥焙烧,固结成为具有一定强度和冶金性能的球型含铁原料。
2.球团矿生产迅速发展的原因:
◆天
然富矿日趋减少,大量贫矿被采用。
铁矿石经细磨、选矿后的精矿粉,品位易于提高。
过细精矿粉用于烧结生产会影响透气性,降低产量和质量。
细磨精矿粉易于造球,粒度越细,成球率越高,球团矿强度也越高。
◆球团法生产工艺的成熟。
从单一处理铁精矿粉扩展到多种含铁原料。
生产规模和操作也向大型化、机械化、自动化方向发展。
技术经济指标显著提高。
球团产品也已用于炼钢和直接还原炼铁等。
◆球团矿具有良好的冶金性能:粒度均匀、微气孔多、还原性好、强度高,有利于强化高炉冶炼。
3.球团矿生产的工艺流程
一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序,如图2-6所示。
图2-6 球团矿生产的工艺流程
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