¿Qué es el mineral de hierro sin sinterizar?
Uno de los principales métodos de briquetado del mineral de hierro. Concentrado de hierro obtenido del beneficio de mineral de hierro pobre, mineral en polvo obtenido de la trituración y cribado de mineral de hierro rico y materiales que contienen hierro recuperados en la producción (polvo de alto horno y convertidor, colada continua y laminado de láminas de hierro, etc.). ), fundente (piedra caliza, cal viva, cal apagada, dolomita, magnesita, etc.) y combustible (coque en polvo y antracita) se mezclan según la proporción requerida, se añade agua y se mezcla hasta formar una mezcla granular de sinterización, que se extiende sobre una superficie plana. el carro de sinterización.
Sinterización de mineral de hierro
Una breve historia de 1887. T. Huntington y F. Heberlein del Reino Unido solicitaron por primera vez una patente para el método de sinterización por explosión de mineral de sulfuro y el disco de sinterización. Equipo utilizado en el método. En 1906, los estadounidenses A. Dwight y R. Lloyd obtuvieron una patente para la máquina sinterizadora de cinta de escape en Estados Unidos. En 1911, se construyó y puso en producción la primera máquina de sinterización por escape de cinta continua (también conocida como máquina de sinterización DL) con un área efectiva de 8 m2 en Broken Steel Company en Pensilvania, EE. UU. Tan pronto como apareció este equipo, reemplazó rápidamente a los equipos de briquetas, como las máquinas briquetadoras (ver briquetas cuadradas) y las bandejas de sinterización (ver bandejas de sinterización). Con el desarrollo de la industria siderúrgica, la producción de sinterizado también ha aumentado rápidamente. En la década de 1980, la producción mundial de sinterizado había alcanzado más de 500 millones de toneladas. La primera máquina de sinterización de gases de escape tipo correa de mi país se construyó y puso en producción en Anshan en 1926, con una superficie efectiva de 21,81 m2. De 1935 a 1937, se pusieron en producción cuatro máquinas de sinterización de 50 m2, una tras otra, y la mayor producción anual de sinterización alcanzó las 247.000 toneladas en 1943. Después de la fundación de la República Popular China, la industria del acero se desarrolló rápidamente y la capacidad y producción de sinterización aumentó significativamente. A finales de 1991, el área efectiva total de máquinas de sinterización en todo el país alcanzó los 9.064 m2, la producción anual de sinterización alcanzó los 96,54 millones de toneladas y la tasa de clinker de alto horno de las empresas clave alcanzó el 90%.
Después de la aparición del método de sinterización por ventilación por correa, no solo la escala de producción y la producción de sinterizado mejoraron enormemente, sino que también la tecnología de producción mejoró enormemente: (1) El procesamiento de materias primas de sinterización. Se ha fortalecido, como la mezcla de mineral en polvo, trituración de combustible y fundente, dosificación precisa de mezclas, granulación y precalentamiento, etc. (2) Se han desarrollado varias tecnologías nuevas para aumentar la producción, ahorrar energía y mejorar la calidad, como la sinterización de capa gruesa, la sinterización a baja temperatura, la sinterización de bolas pequeñas, la sinterización de bolas dobles, la sinterización de concentrados finos, la sinterización de capas dobles, la sinterización de aire caliente, etc. tecnología de encendido, clasificación de sinterizado, etc. (3) El equipo de sinterización es de gran escala, mecanizado y automatizado, y se utilizan computadoras para la gestión de la producción y el control de operaciones. (4) Se aplican tecnologías respetuosas con el medio ambiente, como la eliminación de polvo, la desulfuración y la eliminación de óxido de nitrógeno;
La sinterización de polvo mineral incluye muchos procesos de reacción físicos y químicos. Independientemente del método de sinterización que se utilice, el proceso de sinterización se puede dividir básicamente en tres etapas: secado y deshidratación, precalentamiento del material de sinterización, combustión del combustible, consolidación a alta temperatura y enfriamiento. Estos procesos se llevan a cabo capa por capa en el sinterizado. La Figura 1 muestra la reacción de cada capa durante el proceso de sinterización en condiciones de ventilación. El aire bombeado se precalienta a través del lecho de sinterización caliente y el combustible sólido se quema en el lecho de combustión, liberando calor para obtener una temperatura alta (1250 ~ 1500 ℃). Los gases de escape a alta temperatura descargados de la capa de combustión precalentarán y deshidratarán el sinterizado. Dependiendo de la temperatura y las condiciones atmosféricas, cada capa sufre diferentes reacciones físicas y químicas: evaporación y descomposición de agua libre y agua cristalina, descomposición de carbonatos, descomposición, reducción y oxidación de óxido de hierro, eliminación de impurezas como azufre y arsénico, parcial. oxidación Reacciones en fase sólida y fase líquida de sustancias (CaO, SiO_2, FeO, Fe2O3, MgO); cristalización por enfriamiento y solidificación de la fase líquida.
Combustión y transferencia de calor La combustión de carbón sólido puede proporcionar más del 80% del ingreso de calor en el proceso de sinterización y una alta temperatura de 1250 ~ 1500 ℃ (en la capa de combustión), asegurando la deshidratación, la piedra caliza. Descomposición y oxidación durante el proceso de sinterización. Reacciones físicas y químicas como descomposición y reducción del hierro, desulfuración, generación de fase líquida y consolidación. La reacción de combustión también afecta el rendimiento de la máquina de sinterización.
La reacción de combustión del carbono en la capa de material sinterizado es relativamente compleja y generalmente se puede expresar como: c+O2 = CO2; 2C+O2 = 2CO2+C = 2CO; dióxido de carbono. En carbono En áreas concentradas, la concentración de CO en la fase gaseosa es alta, la concentración de CO2 es baja y la atmósfera se está reduciendo. En áreas con y sin carbono, la concentración de CO es baja, la concentración de CO2 es alta y la atmósfera se oxida. Las dos condiciones más importantes para la combustión de carbono en el lecho son que la superficie de las partículas de combustible se calienta hasta la temperatura de ignición y que la superficie del combustible caliente debe estar en contacto con un flujo de gas con suficiente concentración de oxígeno. El aumento de la concentración de oxígeno, la temperatura del gas, el caudal de gas y el área de superficie de reacción del combustible contribuyen al aumento de las velocidades de reacción de combustión.
Los combustibles más utilizados para la sinterización son el coque en polvo y la antracita; el carbón altamente volátil no es adecuado para la sinterización porque una gran cantidad de materia volátil se evapora antes de la ignición y puede bloquear fácilmente las tuberías.
La velocidad de transferencia de calor es muy rápida durante el proceso de sinterización. Todos los materiales sinterizados son partículas pequeñas con alta eficiencia de transferencia de calor y existen procesos endotérmicos como la evaporación y descomposición del agua, por lo que la transferencia de calor en los materiales sinterizados es muy rápida. El buen aprovechamiento del calor durante el proceso de sinterización se refleja principalmente en la baja temperatura de escape y en el "almacenamiento automático de calor" durante el proceso de sinterización. Esto último significa que el aire bombeado se precalienta por encima de los 1000°C cuando pasa a través del lecho de sinterización caliente (equivalente al "regenerador"), lo que aumenta el ingreso de calor en el lecho de combustión (que representa aproximadamente el 40% del ingreso de calor total). del lecho de combustión) ~ 60%), aumentando la temperatura del lecho de combustión. A medida que la capa de material de sinterización se espesa, la entrada de calor de esta parte aumenta; a medida que aumenta la temperatura de la capa de combustión, aumenta la fase líquida de sinterización, aumenta la fuerza de sinterización, pero disminuye la velocidad de sinterización. La temperatura de la capa de combustión se ve afectada por la cantidad de combustible, el almacenamiento automático de calor y los efectos térmicos de diversas reacciones químicas en la capa de combustión. Aumentar el contenido de carbono aumenta la reacción exotérmica y reduce la reacción endotérmica, lo que es beneficioso para aumentar la temperatura de la capa de combustión, así como para aumentar la temperatura de la capa de material.
Todas las reacciones y cambios durante el proceso de sinterización se llevan a cabo con el flujo de aire pasando continuamente a través de la capa de material. El movimiento del flujo de aire tiene una gran influencia en el rendimiento y la calidad del sinterizado. La tasa de sinterización vertical es directamente proporcional al flujo de aire a través del lecho. El caudal de gas está relacionado con la presión negativa de succión, la temperatura de la capa de combustión y la permeabilidad de la capa de material. Debido a que cada capa cambia constantemente durante el proceso de sinterización, la permeabilidad al gas y el caudal de gas de la capa de material también cambian. Las costuras de sinterización tienen muchos poros y buena permeabilidad al aire; la capa de combustión tiene una temperatura alta, fase líquida y mala permeabilidad. La capa de material húmedo con buena esfericidad tiene buena permeabilidad al aire, pero a veces la capa de material está demasiado húmeda debido a la condensación del vapor de agua, lo que destruye la bola de material y crea una gran resistencia al flujo de aire. Si las partículas se rompen después del secado, la capa de secado y la capa de precalentamiento también crearán una mayor resistencia. El índice de permeabilidad p del material sinterizado se puede expresar mediante la siguiente fórmula:
P=F / A(h/S) n
donde f es el volumen de aire, m3/ min; a es el área del gas de escape, m2; h es el espesor de la capa de material, m; s es la presión negativa de succión, kPa; n es el coeficiente relacionado con las propiedades del flujo de aire, las propiedades de la materia prima y el estado del material; durante el proceso de sinterización, generalmente n = 0,5 ~ 1,0. La permeabilidad al aire de la capa de material sinterizado está relacionada con el tamaño de las partículas del mineral en polvo, la cantidad y calidad del mineral devuelto, la cantidad de agua añadida a la mezcla, el rendimiento de formación de bolas del mineral en polvo, el uso de aglutinantes, el precalentamiento del sinterizado y la temperatura de sinterizado. El hecho de que el flujo de aire se distribuya uniformemente a lo largo de la superficie del material afectará la uniformidad del proceso de sinterización, especialmente en máquinas de sinterización grandes. La distribución desigual del flujo de aire conduce a una sinterización desigual, lo que resulta en un rendimiento reducido, un retorno excesivo de mineral, una calidad deficiente y una calidad de sinterización reducida. La distribución es uniforme y la estructura del carro de sinterización es razonable y completa, lo que favorece la distribución uniforme del flujo de aire.
La evaporación y condensación del agua y la adición de una determinada cantidad de agua al sinterizado son los requisitos para la granulación del polvo. Cuando la temperatura de sinterización alcanza los 100°C o más, el agua se evapora violentamente y la humedad de los gases de escape de sinterización aumenta. Cuando el gas de escape sale de la capa de material seco y entra en la capa de material húmedo, debido al enfriamiento, la temperatura cae por debajo del punto de rocío. El vapor de agua en el gas de escape se condensa en la capa de material húmedo, provocando la humedad de la capa de material húmedo. exceder la humedad original. Este es el fenómeno de "sobrehumedad". La humedad excesiva destruirá las partículas y reducirá la transpirabilidad de la capa de material. El precalentamiento del sinterizado puede reducir o eliminar la humedad excesiva. El fenómeno de sobrehumectación del concentrado fino durante el proceso de sinterización es más grave que el del polvo de mineral rico. El agua en forma de agua de cristalización es agua unida químicamente que sólo puede separarse y eliminarse a temperaturas más altas.
Descomposición, oxidación y reducción La principal reacción de descomposición durante el proceso de sinterización es la descomposición de carbonatos (CaCO3, MgCO3, FeCO3, etc.). ) y algunos óxidos. Cuando la presión parcial del carbonato es 101,325 kPa, su temperatura es CaCO3 910 ℃, MgCO3 630 ℃ y FeCO3 400 ℃. Por tanto, pueden descomponerse completamente durante el proceso de sinterización. Si el tamaño de las partículas de piedra caliza es grueso, no solo prolongará el tiempo de descomposición, sino que tampoco podrá descomponerse por completo y no podrá mineralizarse completamente con otros óxidos. El CaO libre que queda en el sinterizado provocará la pulverización del sinterizado. Por lo tanto, se requiere que el tamaño de partícula de la piedra caliza sea inferior a 3 mm. La descomposición de carbonatos es una reacción endotérmica. Aumentar la cantidad de piedra caliza generalmente requiere aumentar la cantidad de carbono.
Durante el proceso de sinterización, el óxido de hierro puede descomponerse, reducirse u oxidarse dependiendo de su morfología, temperatura y composición de la fase gaseosa. La presión parcial de Fe2O3 a 1383 ℃ es 20,6 kPa (0,21 atmósferas) y la presión parcial de oxígeno durante la sinterización es baja (6,8 ~ 18,6 kPa), por lo que puede ocurrir a 1300 ~ 1350 ℃ (capa de combustión). La descompresión parcial de Fe3O4 y FeO es muy pequeña y es poco probable que se produzca descomposición térmica durante la sinterización. La descompresión parcial del Fe2O3 es alta y los gases de escape de sinterización a menudo contienen una pequeña cantidad de CO, que se puede reducir a 300 ~ 400 °C, por lo que el Fe2O3 se reduce en la capa de precalentamiento y en la capa de combustión. El Fe3O4 tiene una baja presión de descomposición y sólo puede reducirse en una atmósfera con una alta concentración de CO. Por lo tanto, la reducción sólo se realiza en el área cercana a las partículas de combustible en la capa de combustión donde la temperatura y la concentración de CO son altas. El FeO solo funciona cuando la proporción de combustible es alta (>:10%) y puede reducirse a algo de hierro metálico. En condiciones de baja relación de combustible, las reacciones de descomposición térmica y reducción del Fe2O3 son relativamente pequeñas. En la capa de sinterización, dado que no hay carbono, el Fe3O4 y el FeO pueden oxidarse parcialmente a Fe2O3.
El comportamiento de los elementos no ferrosos en el proceso de sinterización MnO2_2 y mn2o_3 tienen presiones parciales más altas (cuando la presión parcial es 20,6 kPa, la temperatura es 460 ℃ y 927 ℃), por lo que pueden La capa de precalentamiento se descompone y reduce, y el Mn3O4 y SiO2_2 generados forman Mn2SiO4 con un punto de fusión bajo. El FeS2 comienza a descomponerse térmicamente a 565°C (2FeS2 = 2FeS+S2), pero puede oxidarse antes de la descomposición (4 FeS 2+11o 2 = 2 fe2o 3+8so 2). A 565 ~ 1383°C, la oxidación y la descomposición térmica se producen simultáneamente y los productos de oxidación se encuentran a una temperatura más alta. FeS2 (FeS) también puede ser oxidado por Fe2O3, y el SO3 generado puede ser absorbido por CaO para formar CaSO4. Reducir el tamaño de las partículas del mineral en polvo, igualar la cantidad adecuada de combustible y mantener una atmósfera oxidante suficiente y una temperatura alta favorecen la eliminación. El aumento de la alcalinidad reducirá la tasa de desulfuración. Generalmente, se puede eliminar más del 90% del azufre durante el proceso. proceso de sinterización. Temperatura de descomposición de sulfatos (BaSO4, etc.). ), la tasa de desulfuración alcanza el 80% ~ 85%. As2O3 es fácil de eliminar, pero As2O3 es muy estable. El PbS y el ZnS se pueden oxidar a PbO y ZnO y disolverse en la fase de escoria de silicato. Por lo tanto, As, Pb y Zn son difíciles de eliminar durante el proceso de sinterización, pero algunos pueden eliminarse en condiciones de alta proporción de combustible. La adición de una pequeña cantidad de cloruro (CaCl2, etc.) puede generar AsCl3, PbCl2 y ZnCl2 volátiles, que pueden eliminar el 60% de As, el 90% de Pb y el 60% de Zn. K2O, Na2O y P2O5 son difíciles de eliminar durante el proceso de sinterización.
Existe una reacción en estado sólido entre la fusión del polvo mineral y el polvo mineral solidificado antes de la fusión. Es una reacción en la que los polvos minerales se calientan a una determinada temperatura por debajo de su punto de fusión, provocando migración, difusión y combinación mutua para formar nuevos compuestos debido al aumento de la energía cinética de los iones en la superficie de las partículas. La temperatura a la que aparece el producto de reacción sólido 2 Cao·SiO 2 es de 500 ~ 690°C. La temperatura de CaO Fe2O3 es de 400 ~ 600 ℃; 2CaO Fe2O3 es de 400 ℃; 2 FeO SiO 2 es de 970 ℃. Estas reacciones pueden tener lugar en la capa de precalentamiento y en la capa de combustión, pero debido al corto tiempo, no se desarrollarán significativamente. El 2CaO SiO2_2 se puede conservar completamente en fundidos a alta temperatura, el 2FeO SiO2_2 se descompone parcialmente y el CaO Fe2O3 y el 2CaO Fe2O3 se descomponen por completo. Las reacciones en estado sólido son reacciones exotérmicas y el alcance de la reacción se ve afectado no sólo por la temperatura, sino también por las condiciones de contacto y la afinidad química. Durante el proceso de reducción, oxidación y reacción en fase sólida, algunas sustancias de bajo punto de fusión aparecerán en el sinterizado, como 2feo SiO 2 (el punto de fusión es 1205 ℃) y su * * * mezcla de cristales (1177 ~ 1178 ℃), Cao. FeO-2CaO SiO2 es una * * mezcla de cristales (1280 ℃), CaO Fe2O3-CaO 2Fe2O3 es una * * mezcla de cristales (1200 ℃), CaO Fe2O3-2CaO Fe2O3-Fe3O4 es una * * mezcla de cristales (1200 ℃), estos Las sustancias se funden primero, el resto del material continúa fundiéndose, cambiando su composición y formando una nueva masa fundida. La composición de la masa fundida se ve afectada por la composición del sinterizado y el grado de reacciones de reducción y oxidación, pero la masa fundida se puede dividir básicamente en sistema de silicato y sistema de ferrita. El alto grado de sinterización (es decir, bajo contenido de SiO2_2), la alta alcalinidad y el alto grado de oxidación favorecen la formación de ferrita fundida, por el contrario, favorecen la formación de silicato fundido; La masa fundida se enfría y solidifica para formar sinterizado con diferentes estructuras. Durante el proceso de enfriamiento y solidificación se desprenden minerales como hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), ferrita de calcio (CaO Fe2O3 y 2CaO Fe2O3), silicato de calcio (2CaO SiO2 y 3CaO SiO2), etc. ) y fayalita (CaO FeO SiO2) pueden cristalizar según diferentes composiciones de masa fundida. En el sinterizado que contiene TiO _ 2 y caf _ 2, se pueden formar perovskita (CaO TiO 2 _ 2) y cuspidina (3 CaO 2 SiO 2 caf _ 2). Finalmente, el vidrio de bajo punto de fusión se solidifica, su composición es principalmente de silicato, y su composición es compleja. Las diferentes composiciones minerales tienen una gran influencia en las propiedades del sinterizado. Por ejemplo, la ferrita de calcio tiene mejores propiedades reductoras que la fayalita de calcio y la fayalita (2feo SiO 2 sufre una transformación cristalina durante el proceso de enfriamiento (β 2cao SiO 2 → γ 2cao SiO 2), con una expansión de volumen de aproximadamente 65. , 438+00%, dando como resultado la pulverización del polvo sinterizado. La resistencia del vidrio amorfo es peor que la de los minerales cristalinos. Durante el proceso de solidificación, se producen poros de diferentes tamaños y números debido a la contracción del volumen. Los poros pequeños y numerosos favorecen la mejora de la resistencia y la reducibilidad, mientras que las estructuras de poros grandes no favorecen la mejora de la resistencia y la reducibilidad.
Métodos y equipos de sinterización Los métodos de sinterización se pueden dividir en dos tipos según la dirección del flujo del gas en la capa de material: método de sinterización por escape y método de sinterización por soplado de aire. Aunque el método de sinterización por chorro de aire puede aflojar la capa de material y mejorar la permeabilidad al aire de la capa de material, sus principales desventajas son la grave contaminación ambiental y la gran pérdida de polvo mineral por explosión. Por lo tanto, el método de sinterización por soplado de aire ha sido completamente reemplazado por el método de sinterización por escape. El equipo de sinterización incluye máquinas de sinterización de cinta y máquinas de sinterización de disco intermitente.
Las máquinas de sinterización de cinta han sustituido a las máquinas de sinterización de discos intermitentes gracias a su alto rendimiento, mecanización y automatización. De la producción total de sinterización mundial, más del 99% se produce mediante máquinas de sinterización por escape de tipo cinta (ver sinterización con máquina de sinterización de cinta). Algunas empresas municipales y rurales de nuestro país también utilizan métodos de sinterización locales (ver sinterización por soplado plano).
El proceso de sinterización es el proceso de sinterizar mineral de hierro (concentrado, polvo de mineral rico) para convertirlo en sinterizado. El proceso de sinterización moderno incluye tres partes: preparación de la materia prima, sinterización y procesamiento de sinterización. Cada parte consta de varios procesos (ver Figura 2). La preparación de materias primas incluye el almacenamiento y mezcla de materias primas (ver mezcla de minerales), el procesamiento, dosificación, mezcla y granulación de fundentes y combustibles, y la distribución de materiales. La parte de sinterización incluye la sinterización por ignición y por escape. El procesamiento de sinterización incluye enfriamiento, trituración, cribado y clasificación.
Los principales fundentes para el procesamiento y sinterización de fundentes y combustibles son la cal y la dolomita, que son carbonatos. Durante el proceso de sinterización, no sólo debe descomponerse completamente, sino que el CaO y MgO descompuestos deben combinarse completamente con otros óxidos para generar nuevos minerales. De lo contrario, el sinterizado contendrá CaO libre, provocando una pulverización que no favorece el almacenamiento. Por lo tanto, el tamaño de las partículas del fundente debe ser inferior a 3 mm, mientras que el tamaño de las partículas de alimentación de piedra caliza y dolomita es generalmente de 40 ~ 0 mm o mayor, por lo que debe triturarse. El proceso de trituración de fundente es básicamente trituración de circuito cerrado, y la mayoría de las operaciones de trituración utilizan trituradoras de martillos o trituradoras de impacto para las operaciones de cribado; Generalmente, la cal viva y la cal apagada tienen tamaños de partículas relativamente finas cuando ingresan a la fábrica y no es necesario triturarlas nuevamente. Sin embargo, la cal viva quema la piel humana, por lo que es aconsejable utilizar transporte de gas y reforzar el sellado del área de trabajo.