烧结杯简介及介绍

烧结杯是开展铁矿石烧结性能评价，铁矿石烧结配矿优化。烧结工艺参数优化以及提高烧结矿质量相关技术研究的重要手段。烧结杯能够模拟烧结生产工艺流程的全过程，在烧结杯上布料层表面点燃煤气烧嘴，通过引风机将热风引入混合料层并将料层中的燃料点燃，从而达到一定的温度将细小颗粒的混合料烧结成多孔的块矿，然后通过对成品烧结矿的检测得到烧成率，粒度组成，转鼓强度，固体燃料，利用系数等工艺技术指标。

二，烧结杯的组成及生产流程。

1，配料：根据已知原料的化学成分、烧结矿碱度、燃料配加量等数据进行计算，根据计算结果准确称娶相应的原料。

2，混料：各种原料称量完毕后，进行混料，混料分两步进行。首先一次混料，在钢板上将混合料倒数遍，然后加入适量的水进行混匀，一次混料的目的是混匀及加水湿润。然后进行二次混料，将混合料装入圆筒混料机内盖好端盖进行混料，时间为3分钟，混料完毕取100g混合料进行水分测定。

3，装料：在烧结杯底部首先加入1kg10~15mm的烧结矿作为铺底料铺平，以保护烧结杯炉箅，测量料面高度记做H1。将经过二次混料机制粒的烧结混合料进行称重，然后采用多点加入法加到烧结杯中，无压实，记录装入的混合料质量记做G0。装好后测定料面到烧结杯口的高度记做H2，料层高度H=H1-H2。

4，点火烧结：开启煤气与助燃风机，准备计时。点火将点火器推到烧结杯上面，同时启动主抽风机，计时烧结开始。调整点火抽风负压到6000Pa，点火时间1.5min。点火完毕移开点火器。将抽风负压调整到10000Pa，每隔2min记录一次废气温度和抽风负压变化。废气温度达到最高值时，烧结结束记录时间T即为烧结时间。将烧结饼倒出，称重记做G1。

5，烧结矿性能检验：落下强度检验是检验烧结矿成品率、利用系数、成品矿粒度组成的指标。它是将烧结饼放到落下装置中，两米高落下四次，然后进行筛分，筛孔尺寸分别为40mm、25mm、10mm、5mm得到的大于25mm、25~10mm、10~5mm小于5mm烧结矿的质量分别记做G2、G3、G4、G5。

烧结矿转鼓指数检验是检验烧结矿强度指标。将大于10mm的烧结矿按比例取3kg，加入到标准的1/5转鼓中。转鼓直径为1m，宽度为100mm，内置对称两块挡板，转数为25r/min，时间为8min。转鼓后将烧结矿筛分，筛孔为6.3mm方孔筛。筛上质量记做G6，筛上质量占入鼓质量的百分比为烧结矿的转鼓指数。

三，烧结杯的的设计

本次试验设计的是100公斤的烧结杯，为了更好的利用炉气和炉体的热量，减少热量的散失，达到更好的除尘效果和提高除尘效率，本次实验采用的烧结杯是倒U型设计。也就是在烧结杯的内胆和主体之间砌筑空腔，使抽风机将粉尘由空腔抽出并经管道进入除尘器。这样就可以使炉气的热量损失降低，同时使除尘效率大大提高。

本次试验物料种类：含铁精矿、粉矿，物料堆密度：1.6—2.5t/m3,物料粒度≤13mm，物料水分4—18%（来源：招标公告）

由资料可知：本次试验烧结料的碱度R=1.8，物料水分为10%，物料粒度10mm，选取物料密度为1.8t/m3。

已知：m=100kg，ρ=1.8×103㎏/m3

设定烧结杯的直径Φ=300mm，由V=，得

V==0.05556m3

h===0.786m=786mm

所以料层高度为786mm

烧结杯的参数：

烧结杯内胆Φ300 *786mm

烧结杯本体Φ400 *800mm

烧结翻杯机120°角/0.75KW

燃烧器，点火温度1100—1200℃

烧结负压15kPa。

四，设计设备的选取

（1）点火器

点火器应考虑满足点火强度、温度、点火时间、点火烟气的组成与烧结生产实际过程的边界条件相等或相似，由点火烧嘴及点火罩组成。为此，选用液化石油气燃料点火。烧结杯实验中，烧结杯点火器能否模拟生产上的烧结机点火器，将直接影响该实验的模拟性。

点火器的主要技术参数：

满足烧结杯尺寸Φ300*400mm

点火温度1100--1200℃

点火时间2min

点火负压9kPa

电子打火，自动点火，自动复位。通过点火器向烧结混料表层供热，与此同时在抽风作用下使混合料中的碳在高温下燃烧实现矿粉的烧结。液化石油气通过蒸发器进入燃烧室，由调速风机供给助燃空气，点火温度分布均匀，升降温速度快，可用于点火也可作保温预热用。

（2）除尘抽风系统

     本次试验设计采用的是双管道除尘器，设计为倒U型与烧结杯炉体连接，在两个管道结合处有风量调节阀，用于调节每个管道的风量和风速，使两根管道的风量和风速稳定，并 在管道上设置有风压调节器和废气取样孔，根据风压和废气成分调节烧结速度和烧结温度以及抽风机。

(3)其他设备

φ600mm×1000mm圆筒混料机一台，用于烧结混合料的混匀和制粒；烧结矿性能检测装置主要包括落下、筛分装置及转鼓。烧结过程示意图

五,结过程传热及蓄热

在烧结料层中各层的最高温度是逐步上升的，这主要是烧结过程的自动蓄热造成的。由资料查得，废气带入的热量Q可由下式计算：

                    Q =VgC (tm-50℃) 

      式中 ：tm----料层的最高温度

                Vg-----废气的体积 

                 C ----废气的热容（自50 ℃至料层的最高温度 ）

1）点火供热

第一层热收入

q1=Q×1/v×q

式中 ：v----台车的速度，以1.5米/分计；

       q----煤气发热值，百万焦耳/米3

        Q---单位时间煤气消耗量，米3/分

2)燃料燃烧热

q2=w×c×(0.9qco2 + 0.1qco)

式中：w---该单元混合料量，千克；

      c---混合料含碳量，%

qco , qco2每千克碳烧成co，co2的放热量，百万焦耳（33.85及9.83百万焦耳/千克C）

3)Fe3O4氧化放热

q3=w ×a×(1/aFeO料-FeO矿) ×qFeO

式中：a---烧结成品率

4)混合料带入的物理热

q4=w×60×0.2×0.0042+w×c×60×0.2×0.0042

式中：0.2×0.0042---混合料的比热容，千焦/千克℃

5)矿物生成热q5

6)总热收入

Q= q1+ q2+ q3+ q4+q5

第一层热支出：

1）石灰石分解

q6=w1·q1+ w2·q2

式中：w1 ,w2---该单元CaO,MgO的含量，千克；

q1 ,q2---每千克CaO,MgO的分解热，百万焦耳/千克。

2）水分蒸发

q7=WH2O·qH2O

式中; WH2O,qH2O—该单位混合料含水量，千克，及水的蒸发热，百万焦耳/千克。

3）外部热损失

q8=0.15Q

4)废气及烧结矿带走的热量

q9=Q-q6-8

由计算可知：

1）料层中的蓄热量量随着料层高度的提高是逐步积累的，当料层高度达到400mm时。蓄热率达65%。

2）由于烧结过程的这种自动蓄热作用，使烧结层的温度随着料层的提高而提高，因而烧结矿的强度也俞高。

六，配料计算

已知100公斤烧结矿炉尘消耗量12千克，焦粉7.5千克。矿石消耗为X，石灰石消耗为Y。要求烧结矿含FeO=18%，碱度R=1.20；

解：求X,Y必须列出两个方程式，其一为FeO平衡方程式，其二为碱度平衡方程式。

（1）FeO平衡方程式

 由于烧结过程中碳燃烧，硫氧化，碳酸盐分解等原因而形成的减重为a.

 则混合矿减重

                 ax=0.005×0.9+0.96=0.005%

炉尘减重

         ad=0.04×0.9+6.2+1.78+1.5×16/229=8.12%

石灰石减重

         ay=42.7%

焦炭减重

ak=2×0.9+0.19×16/229+83=84.813%

a=X· ax+Y·ay+12 ad+7.5 ak

设烧结过程中由于还原和氧化作用氧的变化为O变，则

X+Y+12+7.5-a-O变=100 

  O变=X+Y+19.5-100-0.01X-0.427Y-12×0.081-7.5×0.848

     =0.99X+0.573Y-87.84                              (1—1)

此外从FeO的变化按下列反应可以列出O变的公式：

Fe2O3+CO=2FeO+CO2

2FeO+1/2O2=Fe2O3

不论是氧化或是还原对于1千克FeO的变化相应氧的变化为O/2 FeO=16/2×72=1/9千克FeO，则每100千克烧结矿O变的数量为：

   O变=1/9(100×18/100-X(FeO)X/100-D(FeO)D/100-Y(FeO)Y/100)     

=1/9(18.0-0.01×1.8X-0.01×12×12)                      (1---2)

两式相等则：0.99X+0.573Y-87.84=-0.002X+1.84

            0.992X+0.573Y=.68                          (1---3)

(2)碱度平衡式

 X(FeO)X+ D(FeO)D+ Y(FeO)Y+K(CaO)K

=R                 (1---4)

代入数据得：

           19.72X-51.22Y=--295.17                                 (1---5)

解（1—3和（1---5）得：

X=71.34   Y=33.23   D=12   K=7.5

如果计算也不考虑去硫，失养。则（1---1）式中O变=0

则            0.99X+0.573Y=87.84

 这样可求得不同的X,Y值。

七，烧结的产量和质量的指标计算：

  垂直烧结速度=料层高度/烧结时间=H/T(mm/min)

  烧损率=[装料量-（烧结饼质量-铺底料质量）]/装料量×100%=[G0-(G1-1)]/G0×100%

  成品率=（成品矿质量-铺底料质量）/（烧结饼质量-铺底料质量）×100%

=(G2+G3+G4-1)/(G1-1) ×100%

  利用系数=（成品矿质量-铺底料质量）/烧结时间×烧结面积t/( m2·h)

          =(G2+G3+G4-1)/(T×A) t/( m2·h)

  转鼓指数=转鼓后>63的质量/入鼓烧结矿质量×100%=(G6/3) ×100

参考文献：铁矿石造块理论及工艺        （冶金工业出版社）

          钢铁冶金实验技术和研究方法   （冶金工业出版社）