铁矿烧结工艺过程基础理论如下:
1.烧结过程燃料燃烧与传热规律
在烧结过程中,混合料中固体燃料(焦粉或无烟煤粉)燃烧提供的热量占烧结总需热量的90%左右。固体燃料燃烧效率及燃烧速度对烧结矿产质量和能耗有着显著影响。
烧结料中固体炭在温度达700℃以上即着火燃烧,燃烧反应以完全燃烧为主,燃烧反应速度处于扩散燃烧区。
在烧结过程中,必须保证传热前沿速度和燃烧前沿速度相匹配。在配炭正常或稍高的情况下,燃烧前沿速度往往落后于传热前沿速度。炭的燃烧处于扩散燃烧区,因此一切能加快扩散速度的因素,如减小燃料粒度、降低燃料配比、增加气流速度(改善料层透气性、增大风机风量等)和气流中的含氧量、添加氧化剂以提供活性氧等,都能提高燃烧反应速度。倘若配炭较低,剩余氧浓度很大,燃烧前沿速度高于传热前沿速度,烧结总速度受传热前沿速度控制。例如含硫矿石烧结即属此例,可通过提高气体热容量、改善料层透气性等措施加快传热前沿速度,从而提高烧结速度。
烧结料层具有自动蓄热的作用,故料层从上到下各点最高温度逐渐升高。据此可采用高料层烧结技术,减少料层下部的配炭量,从而改善烧结矿质量和节省能耗。
2.烧结过程的物理化学原理
烧结料中含有一定量的水分是烧结顺利进行的前提条件之一。但水分在烧结过程中可反复产生蒸发和冷凝,使料层下部产生“过湿现象”,降低料层透气性。为此,可通过提高混合料原始温度(热返矿、蒸汽预热或生石灰预热)和湿容量、降低废气中的含水量等措施减轻或防止过湿。
结晶水、碳酸盐必须在干燥预热带分解完全,否则,导致烧结矿强度下降。含铁原料中的硫在烧结过程中可脱除80% ~ 90%。
3.烧结料层的气体力学
气体在烧结料层内的流动状态及变化规律,关系到烧结过程的燃料燃烧、传质、传热和物理化学变化。气体进入料层的多少及难易程度用透气性来描述。烧结矿产量正比于烧结料层透气性。E.W.Voice等人提出用下式 来描述料层透气性: