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耐火保温材料教学课件电子教案全书整套课件幻灯片.ppt
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概述,耐火度要高:,10001800,高温结构强度大:,高温下荷重不变形,热稳定性好:,高温下能抵抗温度骤变引起破坏的能力。,抗渣侵蚀能力:,能抵抗炉内高温下熔融炉渣、金属和炉气等的化学腐蚀。,高温体积稳定:,高温下使用,其内部由于晶型转变会产生不可恢复的体积收缩或膨胀,而造成炉体破坏。,外形尺寸规整、公差小:,筑炉时砌体要规整、砖缝小,不能有大的扭曲、缺损、熔洞和裂缝等;尺寸公差合乎规定要求,1.1.2冶金炉对耐火材料的要求,1.2 耐火材料的分类、组成及性质,1.2.1 耐火材料的分类,耐火材料的分类有多种方式。如有按耐火材料的化学矿物组成、耐火材料的外型尺寸以及耐火材料制造方法等分类;而根据耐火材料的,耐火度高低,可分为:,普通耐火材料 :,1580-1770;,高级耐火材料,:1770-2000;,特级耐火材料,:,2000以上。,1.2.2.1 化学组成:,1.2.2 耐火材料的一般化学矿物组成1/2,基质的熔点低,数量虽少,但它对耐火材料的性能影响很大,在耐火材料的使用过程中,往往首先从基质部分开始损坏。,1.2.2 耐火材料的一般化学矿物组成2/2,1.2.2.2 矿物组成,1.2.3.1,致密性,:,用气孔率、吸水率、体积密度、真密度和透气率表示,(1)气孔率:,气孔总体积与耐火材料总体积,V,的比值,总气孔率:,1.2.3 耐火材料的性质1/9,式中:,V,、,V,1,、,V,2,、,V,3,分别为试样总体积、闭口气孔、开口气孔和贯通气孔的体积,m,3,。,显气孔体积与耐火材料总体积的比值,显气孔率:,包括:,致密性;力学性质;热学性质、导电性和外形尺寸。,1,1,2,1,1,2,2,2,1,1-闭口气孔;2-开口气孔;3-贯通气孔,图1-1-1 耐火制品中气孔类型,3,式中:,G,耐火材料烘干质量,kg;,G,1,耐火材料吸水后质量,kg。,透气性:,是指耐火材料对一定压力的气体的透过程度,用透气率表示,即在单位压力差的空气作用下,在单位时间内,通过单位厚度和单位面积制品的空气量。,标志致密性高低,要求透气性愈小愈好,。,1.2.3 耐火材料的性质2/9,(,2)吸水率和透气性:,吸水率:,耐火材料制品中显气孔吸水重量与耐火材料制品重量的比值,即,式中,:m,耐火材料的质量,kg。,(4)真密度:,它是指耐火材料除去全部气孔后,单位体积的质量,用符号,“,”,表示。,1.2.3 耐火材料的性质3/9,(3)体积密度:,它是单位体积(含气体体积)耐火材料的质量,用符号,“,”,表示。,1.2.3.2 力学性质:,1.2.3 耐火材料的性质4/9,1.2.3.2 力学性质:,1.2.3 耐火材料的性质5/9,1.2.3 耐火材料的性质6/9,式中 E,弹性模量,N,-2,材料制品所承受的应力,N,-2,L/L,材料制品相对长度的变化,即弹性变量。,1.2.3.3 热学性质和导电性:,热膨胀性、导热性、导电性和热容性,(1)热膨胀性:,热胀冷缩的可逆变化的性质,其大小用线膨胀率,“,m,”,表示;,1.2.3 耐火材料的性质-7/9,式中:,t,0,、,t,试样试验开始与终止温度,;,L,0,、L,1,试样分别在,t,0,、,t,的长度,m;,m,制品的平均线膨胀率,,-1,(2)导热性:,即耐火材料传导热量的能力,用导热系数表示。,影响其导热能力的主要因素是化学矿物组成、气孔率及温度。,(3)比热容:,常压下加热1kg样品使之升温1所需的热量称之为耐火材料的比热容,用,“,C,P,”,表示。,C,P,与矿物组成、气孔率及温度有关。,表1-1-2列出了几种耐火材料的平均比热容。,1.2.3 耐火材料的性质-8/9,表1-1-2 耐火材料的平均比热容(kJ,kg,-1,K,-1,),温度范围/,25600,251000,251200,251400,粘土砖,0.921,0.963,0.996,1.022,镁质,0.883,0.942,0.971,1.000,硅质,1.130,1.193,1.214,(4)导电性:,低温下,碳质、石墨粘土质、碳化硅质等耐火材料导电性好;其它耐火材料均是电的绝缘体,但高温下其导电性增加。,1.2.3 耐火材料的性质9/9,1.2.4.1 耐火度:,是,指耐火材料锥形体试样在没有荷重情况下,抵抗,高温,作用而不软化熔倒的摄氏温度。,1.2.4.2 荷重软化温度:,是,指耐火材料在高温时抵抗荷重的能力。,通常耐火材料在高温下其耐火度就显著下降。,注意:,耐火度是在不承受荷重情况下的软化变形温度,,荷重软化温度必须低于耐火度,。荷重软化温度受多种因素影响,提高耐火材料的致密度,烧成温度和原料纯度,可以提高荷重软化温度。,1.2.4 耐火材料的工作性能1/3,1.2.4.3 抗渣性,是,指耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀的能力。,1.2.4 耐火材料的工作性能2/3,影响抗渣性的因素有:,(1)耐火材料与熔渣的化学成分;,(2)炉内温度;,(3)耐火材料的气孔率。,1.2.4.4 耐急热急冷性:,是指耐火材料抵抗温度急变而不被破坏的能力,。,制品名称,细粒致密粘土砖,粗粒粘土砖,普通粘土砖,镁砖,镁铝砖,硅砖,热震稳定性,58,25100,1012,23,25,12,各种耐火砖的热震稳定性,1.2.4.5 高温体积稳定性:,耐火材料在高温下长期使用,其外形体积保持稳定不发生非可逆变化的能力。,耐火砖在高温下使用时,体积若发生收缩或膨胀,通常称为,残存收缩或残存膨胀,,亦称,重烧收缩或重烧膨胀,,都是,不可逆的,。,过大的,残存收缩和残存膨胀,均给设备带来,不利,的影响,因此,规定各种耐火材料的,重烧率不得超过 0.5%1.0%。,1.2.4 耐火材料的工作性能3/3,1.3.1 硅酸铝质耐火材料,主成分,:SiO,2,、Al,2,O,3,(基本化学组成,),副成分,:Fe,2,O,3,、K,2,O、Na,2,O、TiO,2,、CaO,(杂质),半硅砖,按,Al,2,O,3,的含量分三类:高铝砖,粘土砖,1.3 常用耐火材料及其特性,共晶点,t,三个平,衡固相,图 1 Al,2,O,3,-SiO,2,二元系状态图,根据Al,2,O,3,SiO,2,二元系相图1,随着t的变化找到两个共晶点(,1540和1810,)和三个平衡固相(,方石英、莫来石、刚玉。),随着,Al2O3的含量增加,,方石英减少,莫来石和刚玉增加,液相线温度升高,,硅酸铝质耐火材料的性能愈好,。,1.3.2 硅砖,SiO,2,的同质异性体,硅砖的主成分是SiO,2,,而,SiO,2,具有同质异性体的性质,。在加热和冷却时,SiO,2,不同的异性体会发生转变,并伴随有体积的变化。,硅砖:,是指含,SiO,2,93%,的耐火制品。,用天然所产的石英岩为原料,并加入少量的矿化剂(铁磷、石灰乳)和结合剂,成型后经高温(13501430)烧制而成。,图2 SiO,2,的晶型转变,表1 SiO,2,有三类晶型七种变体及石英玻璃体,晶体,变体,体积变化(%),熔点(),石英,-石英,-石英,0.82,1600,方石英,-方石英,-方石英,2.8,1728,鳞石英,-鳞石英,-鳞石英,-鳞石英,0.28,0.20,表2 硅砖的性能,指标,一级,二级,SiO,2,的含量(%),94.5,93,耐火度(),1710,1690,荷重软化温度,1640,1620,显气孔率(%),23,26,热震稳定性(水冷),次,12,12,高温体积稳定性,产生残存膨胀,产生残存膨胀,硅砖的性质和应用,硅砖的应用,因是,酸性,耐火材料、,荷重软化温度高,、,热震稳定性差,;适用于高温和荷重大的地方,如,反射炉的炉顶,炼焦炉炉体,等处;在使用时应尽量减少和防止温度的变化(尤其是600以下)和避免,碱性,炉渣的侵蚀。,1)定义:通常把以方镁石为主晶(MgO80%)的耐火材料统称为镁质耐火材料。,产品有,冶金镁砂,镁砖,镁铝砖,镁铬砖,镁硅砖,等。,2)普通镁砖的性能:,耐火度,高,:2000,属于高级耐火材料;,荷重软化温度,较低,:15001550,不能砌筑高温炉的炉拱顶;,抗碱性渣浸能力,强,;,耐急冷急热性,很差,仅23次;,高温体积稳定性,较差,:热膨胀系数最大,砌筑过程中,应留有足够的膨胀缝;,导热性,很好,:筑炉时要加隔热层以防散热。,1.3.3 镁质耐火材料,含碳耐火材料是指由,碳或碳的化合物制成,的耐火材料。,比较常见的有:碳砖,石墨粘土制品,碳化硅制品。,1.3.4 含碳耐火材料,耐火材料名称,碳砖,石墨粘土制品,碳化硅制品,原料,冶金焦炭粉或焦油或沥青混无烟煤粉加捏隔空气烧成。,石墨中配入软粘 土混合,隔空气烧成。C2070%。,人造碳化硅(金刚砂)加入粘结剂,经高温煅烧而成含SiC3090%。,耐火度(),高,3500时升华。,低:2000左右,1770,抗渣性,极强,好,好,热震稳定性,好,较好,好,抗氧化性,极差,比碳砖强,好,应用,如高炉炉底和炉缸、化铁炉炉缸、冶炼铁合金的电炉炉衬以及冶炼铅、铝、锑等有色金属炉子的炉底、炉缸内衬等。,坩锅和蒸馏罐等。,炼钢的盛钢桶、水口砖和塞头砖等。,表3 碳质耐火砖的特性,1定义:,不定形耐火材料,是由一定级别的耐火骨料和粉料与一种或多种结合剂混合而成,而无须预先成型、烧成即可在现场按规定的形状和尺寸构筑成所需要的砌体,又称,散状,耐火材料。,2种类:,包括,耐火浇注料、耐火喷涂料、耐火混凝土、耐火可塑料、耐火泥、补炉料、捣打料,等。,1.3.5 不定形耐火材料,3组成:以耐火基体作为,“,骨料,”,胶结料。,骨料:,粘土质、高铝质、硅石质、碱性耐火材料和其他特殊耐火材料;,胶结料:,各种水泥、磷酸盐、硫酸盐、水玻璃、膨润土以及其他特殊材料。,4特点:,与耐火砖比较,不定形耐火材料的,优点,是:生产和使用简便,投资少,热能消耗低,生产效率高;可塑成任何形状的炉体构件,炉体的整体性、密封性和坚固性好;修补炉衬即迅速又经济。它的,缺点,是气孔率高,耐侵蚀性差,许多胶结剂使制品的耐火性降低。,1.3.5 不定形耐火材料,1,通用耐火砖形状尺寸标准:(GB299282)。2砖号及代号命名方法参见表4所示。,表 4砖号及代号命名,各种形状砖的砖号、规格尺寸参见有关手册,。,1.4 耐火材料的尺寸,在火法冶金生产过程中,许多的冶金炉如鼓风炉、烟化炉、闪速炉以及转炉和电炉等都有金属质水套或水箱作为其水冷保护层,有些金属构件在水冷的同时进行挂渣保护,还有一些转炉(窑)的耐火砖内衬,进行热挂渣保护。这些措施均,可延长炉衬的使用寿命,。,1.5 水冷与挂渣保护,1.5.1 水冷挂渣机理,高温冶金炉内耐火材料炉衬和熔融物之间的接触表面温度愈低,耐火砖的损失愈慢。,当接触表面的温度低于某一临界点时,熔融物便,凝结,,因而,炉衬被固态渣覆盖而被保护,。由于炉衬外表面温度因水冷而保持恒定,温度梯度最大,因而热传导最强。局部热损失也最大,但导热率低的熔融物来不及将这些热量传导到衬砖最薄处,此处熔融物温度迅速降低,如果,低于熔渣软化温度,则在衬砖表面形成起保护作用的一层致密固渣层,侵蚀即停止,。,1.5.2 水套,水套或水箱是高温冶金炉内产生水冷挂渣必不可少的装置。,水套装置通常有水冷水套和汽冷水套两种。根据不同的炉子有不同材质的水套。,.,冷却水水套,.docx,高炉或者冶金炉的炉身、炉腰、炉腹以及风口等部位的重要位置均安装着冷却水套,冷却水套在高炉上应用见下图所示。,1.5.3 热挂渣保护,与水冷挂渣不同,在冶金炉内人为地将熔渣粘挂到炉壁上,以保护衬砖不被迅速损坏的方法称之为热挂渣保护。,热挂渣保护一般可分为,挂渣护炉,和,溅渣护炉,两类。,1 概述,为了减少炉子砌体的导热损失,必须在耐火砖外层加砌绝热材料。,绝热材料:,导热系数较低(一般0.3 W,m,-1,-1,,气孔率50%以上,气孔多,体积密度小(1300 kg,m,-3,),机械强度低。,1.6 绝热材料,2分类,(1)低温绝热材料:,使用温度,900,如硅藻土、石棉、水淬渣和矿石棉等制品。,(2)中温绝热材料:,使用温度,9001200,如蛭石,轻质粘土砖等制品。,(3)高温绝热材料:,使用温度,1200,如轻质硅砖、轻质高铝砖、轻质镁砖,氧化铝空心球和耐火纤维等。,1.6 绝热材料,3绝热材料的特性,气孔率高(50%),体积密度小,5001000kg/m,3,;,热容量和导热系数小(外),,则内水分向表面扩散,内扩散,。,4干燥过程中的,水分扩散,5干燥方法,3.2湿空气的性质,用热空气或热烟气干燥湿物料时,湿物料表面蒸发的水蒸气进入热空气或热烟气中;热空气中含有水蒸气而成为湿空气。因而湿空气的性质对干燥有很大的影响,因此,研究干燥必须研究湿空气的性质。,湿空气是干空气和水蒸气的混合物。,湿空气的总压力P为:,P=干空气P,g,+水蒸气的分压为P,v,而:P,g,=,g,R,g,T,P,v,=,v,R,v,T,R,g,=287.1 kJ/kg.K,,R,v,=462 kJ/kg.K,R,v,R,g,气体常数,一、干空气和水蒸气的分压,二、空气的湿度:,(三种表示方法),三、湿空气的密度和比容:,2比容:,单位质量湿空气的体积。,1湿空气的密度:,指单位体积湿空气所具有的质量,国际单位为:kg/m,3,。,定义:,湿空气中的干空气的热含量与水蒸气的热含量之和。,基准:1kg干空气,0。,每千克干空气热含量:,I,g=,Cg,t1.00t,(kJ/kg干空气),每千克水蒸气热含量:,I,v=,Cv,t+24921.93t+2492,(kJ/kg水蒸气),湿空气的焓:,I,=Cg t+(Cv t+2492)H=(Cg+Cv H)t+2492 H,(kJ/kg干空气),其中:,Cg,干空气的比容,其值为1.00kJ/(kg,);,Cv,水蒸汽的热容,其值为1.93kJ/(kg,);,2492(kJ/kg水蒸气)为水在0时的汽化,潜热,。,五、湿空气的温度参数,四个温度参数,湿纱布表面处的空气湿度Hv比空气主流中的湿度H大,则水汽由纱布向空气中扩散,导致湿纱布表面的水分不断汽化。,汽化水分所需要的汽化潜热,首先来自湿纱布,使其温度下降(即湿球温度计的读数下降),从而使气流与纱布之间产生温差,纱布将从空气中获得热量供水份蒸发。,当空气向湿纱布的传热速率等于水分汽化耗热的速率时,湿球温度计的读数维持不变,此时的温度为湿球温度tw。,定义:,在绝热的条件下,空气达到饱和时所显示的温度。,不饱和空气进入到饱和绝热容器内,容器内的水分蒸发到不饱和气体中,不饱和气体的,湿含量增加,(H,ac,H),水分蒸发需要热量来源于不饱和气体,使其,温度降低到饱和水的温度t,ac,(t,ac,t).,水分蒸发需要热量又被以湿含量的形式带入饱和气体,所以该过程近似为等热焓过程(,I,ac,=,I,),焓湿图,七水分的表示方法,1绝对水分:,干基含水量 X,(kg水/kg干物料),2相对水分:,湿基含水量,w,(kg水/kg湿物料),w,3.3干燥过程的物料和热量平衡,3.4干燥设备,3.4干燥设备,干燥器(机,)分类明细,1,回转圆筒烘干机,:(适用烘干小块状或颗粒状物料(沙子.矿渣.粘土),结构:回转运动的金属圆筒,,筒体厚度:10-20mm 直径:1-3m,转速:2-7r/min,长径比:5-8 倾斜度:3-6%,内部结构,(,a)(b)抄板式:优点:结构简单,维修方便。缺点:粉尘大,扬料板容易损坏。(a)型适用于散粒状或较干的物料,如砂子、矿渣等。,(b)型适用于湿而粘的物料,如粘土等。,(c)扇形:适用于烘干密度大的大块物料,如石灰石、页岩,(d)蜂窝式格板(适用于细粒物料的干燥),优点:物料在筒体截面上分布较均匀,填充率较高,干燥速度和热效率较高,缺点:结构复杂,清理与维修较困难,,(c)悬链式:适用于含水量高、粘性大的物料,如粘土、泥浆;可击碎料块,避免物料粘附于筒壁,效果较好,但容易引起粉尘。,(f)双筒式扬料板:物料在双筒的间隙中运动而干燥介质则在内筒中流过,属于间接的对流,传导传热型干燥器,适用于对高温敏感或怕污染的物料。,2连续通风带式干燥器,(a)正视图示意,(b)断面图示意,连续通道式干燥器示意图,(a),(b),3 真空干燥机,真空耙式干燥器,1-壳体;2-耙齿;3-出料装置;4-加料装置;5-粉碎棒;6-密封装置;7-搅拌轴;8-传动装,4 流化床式干燥机,单层圆筒流化床干燥机,1,料室;2,湿物料;3,进料器;4,分布板;5,加热器;6,鼓风机;7,空气入口;8,干物料;9,旋风分离器;10,空气出口,ZLG,系列振动流化床干燥器示意图,5 输送型干燥机,气流式干燥机装置示意图,喷雾干燥机示意图,6 热传导干燥机,传导型双圆筒干燥器,7 微波干燥器与红外干燥器,1,微波干燥器,将需要干燥的物料置于高频电场内,借助于高频电场的交变作用而使物料加热,以达到干燥物料的目的,这种干燥器称为,高频干燥器,。电场的频率在,300MHz,的称,高频加热,,在,300MHz300GHz,之间的称,超高频加热,,也称,微波加热,。,2红外线干燥器,红外线加热干燥利用红外线辐射源发出的红外线(,0.721000m)投射到被干燥物料,使温度升高,溶剂汽化。,3.5 干燥系统设备的选用,干燥系统主要由,通风设备、加热设备、主机(干燥设备)、气固分离设备、供料设备,等组成。,实际生产中选用,干燥设备,,要考虑的因素:,(1)生产能力。,(2)产品质量。,(3)物料性质,(4)经济合理性。,选择干燥设备一定要兼顾配套设备。,其它内容参见课本自学,作业,1空气的湿度的三种表示方法的含义,2什么是湿空气的焓?计算公式,3湿空气的四个温度参数的含义,4干燥的设备有哪几大类?如何选用?,END,4 焙烧,与烧结设备,4.1概述,4.2流态化焙烧及流态化焙烧炉,4.3 烧结设备,4.4 回转窑,学习重点,焙烧:,矿石、精矿在低于熔点的高温下,与空气、氯气、氢气等气体或添加剂起反应,改变其化学组成与物理性质的过程称为焙烧。,。,焙烧大多为下步的熔炼或浸出等主要冶炼作业做准备,因而在冶炼流程中常常,是一个炉料准备工序,,但有时,也可作为一个富集、脱杂、金属粉末制备或精炼过程,。,1焙烧、,煅烧、烧结的区别:,4.1概述,煅烧:,是在低于熔点的适当温度下,加热物料,使其分解,并除去所含结晶水、二氧化碳或三氧化硫等挥发性物质的过程。,两者的,共同点,:,都在低于炉料熔点的高温下进行;,不同点,:焙烧是原料与空气、氯气等气体以及添加剂发生化学反应;煅烧是物料发生分解反应,失去结晶水或挥发组分。,烧结:,固体矿物粉配加助熔剂、燃料和其他必要反应剂,并添加适当水分,在炉料熔点温度(或炉料软化点温度)发生化学反应,生成一定量的液相,冷却后使颗粒产生黏结成块的过程。,烧结与焙烧不同,:焙烧在低于固相炉料的熔点下进行反应,而烧结需在高于炉内物料的熔点下进行反应。,烧结也与煅烧不同,:煅烧是固相物料在高温下的分解过程,而烧结是物料配加还原剂、助熔剂的化学转化过程。,烧结、焙烧、煅烧虽然,都是高温反应过程,,但烧结是在物料,熔融状态下,的化学转化,这是它与焙烧、煅烧的不同之处。,焙烧,煅烧,烧结,加热温度,低于炉料的熔点,低于熔点,高于炉内物料的熔点,过程,与空气、氯气、氢气、甲烷和氧化碳等气体或添加剂产生化学反应,分解反应,失去结晶水或挥发组分,物料配加还原剂、助熔剂的化学转化,为主要冶炼作业做准备接湿法冶金过程,产出冶金产品或半产品,后接火法冶金过程。,焙烧、,煅烧、烧结的区别,本章相关内容介绍主要以,焙烧、,烧结,为主。,2 焙烧与烧结的分类,A焙烧过程根据,反应性质,可分为以下六类,(1),氧化焙烧,硫化精矿,矿石中部分或全部的金属硫化物变为氧化物,同时除去易于挥发的杂质。,硫铁矿(FeS,2,)焙烧的反应式为:,4FeS,2,+11O,2,2Fe,2,O,3,+8SO,2,3FeS,2,+8O,2,Fe,3,O,4,+6SO,2,硫化铜、硫化锌矿,的火法冶炼用的是氧化焙烧。,硫化铜(CuS)精矿,的焙烧分半氧化焙烧和全氧化焙烧两种,全氧化焙烧用于还原熔炼,得到氧化铜。焙烧多用流态化沸腾焙烧炉。,锌精矿中的硫化锌(ZnS)转变为可溶于稀硫酸的氧化锌也用氧化焙烧,焙烧后产物中90以上为可溶于稀硫酸的氧化锌,只有极少量不溶于稀酸的铁酸锌(ZnO,Fe,2,O,3,)和硫化锌。,(2),硫酸化焙烧:,使某些金属硫化物氧化成为易溶于水的硫酸盐的焙烧过程,,主要反应有,2MeS+3O,2,2MeO+2SO,2,2MeO+SO,2,+O,2,MeO,MeSO,4,MeO,MeSO,4,+SO,2,+O,2,2MeSO,4,式中Me为金属。例如一定组成下的铜的硫化物,在,600,下焙烧时,生成,硫酸铜,;在,800,下焙烧时,生成,氧化铜,。所以控制较高的SO,2,气氛及较低的焙烧温度,有利于生成硫酸盐;反之,则易变为氧化物,成为氧化焙烧。,对,锌的硫化矿及其精矿,,用火法冶炼时,用氧化焙烧;用湿法处理时,采用硫酸化焙烧。,(3),挥发焙烧,将,硫化物在空气中加热,使提取对象变为挥发性氧化物,呈气态分离出来。,例如,火法炼锑中将锑矿石(含Sb,2,S,3,)在空气中加热,氧化为易挥发的Sb,2,O,3,:,2Sb,2,S,3,+9O,2,2Sb,2,O,3,+6SO,2,此反应从290开始,至400可除去全部硫。,(4),氯化焙烧,借助于氯化剂(如Cl2、HCl、NaCl、CaCl2等)的作用,使物料中某些组分转变为气态或凝聚态的氯化物,从而与其他组分分离。,金属的硫化物、氧化物或其他化合物在一定条件下大都能与化学活性很强的氯反应,生成金属氯化物。,金属氯化物与该金属的其他化合物相比,具有熔点低、挥发性高、较易被还原,常温下易溶于水及其他溶剂等特点。并且各种金属氯化物生成的难易和性质上存在明显区别。生产中,常利用上述特性,,借助氯化焙烧有效实现金属的分离、富集、提取与精炼的目的,。,(5),还原焙烧,将氧化矿预热至一定温度,然后用还原气体(含CO、H,2,、CH,4,等)使其中某些氧化物部分或全部还原,以利于下一步处理。,磁化焙烧也属于还原焙烧,,其目的是将弱磁性的赤铁矿(Fe,2,O,3,)还原为强磁性的磁铁矿(Fe,3,O,4,),以便于磁选,使之与脉石分离。,(6),氧化钠化焙烧,向矿石中加适量钠化剂(如Na,2,CO,3,、NaCl、Na,2,SO,4,等),焙烧后生成易溶于水的钠盐,。,例如,湿法提钒过程中,细磨钒渣,经磁选除去铁后,加钠化剂并在回转炉中焙烧,渣中的三价钒氧化成五价的偏钒酸钠:,Na,2,CO,3,+V,2,O,3,+O,2,2NaVO,3,+CO,2,1),鼓风烧结,:,2),抽风烧结,:,连续式:带式烧结机和环式烧结机等;,间歇式:固定式烧结机,如盘式烧结机和箱式烧结机;移动式烧结机,如步进式烧结机;,3),在烟气中烧结,:回转窑烧结和悬浮烧结。,B根据烧结的方法,烧结可分为:,3焙烧与烧结设备,焙烧技术有固定床、移动床、流态化和飘悬焙烧技术。,焙烧设备,统称,焙烧炉,,主要有多膛焙烧炉、回转窑、流态化焙烧炉、飘悬焙烧炉、烧结机和竖式焙烧炉等。,烧结设备,有烧结机、竖式焙烧炉和链篦机回转窑三种,以烧结机为主。常用的烧结机主要为,带式烧结机,。,参见课本P94,4.2流态化焙烧及流态化焙烧炉,1流态化技术、流态化、固定床:,1)流态化技术:,利用流动流体的作用,将固体颗粒群悬浮起来,从而使固体颗粒具有某些流体表观特征,利用这种流体与固体间的接触方式实现生产过程的操作,称为流态化技术。,2)固定床,使流体自下而上通过床层。由于流体的流动及其与颗粒表面的摩擦,造成流体通过床层的压力降。当流体通过床层的表观流速(,按床层截面计算的流速,)不大时,颗粒之间仍保持静止和互相接触,这种床层称为,固定床,。,3)流化床,当表观流速增大至起始流化速度时,床层压力降等于单位分布板面积上的颗粒浮重(颗粒的重力减去同体积流体的重力),这时颗粒不再相互支撑,并开始悬浮在流体之中。进一步提高表观流速,床层随之膨胀,床层压力降近乎不变,但床层中颗粒的运动加剧。这时的床层称为,流化床,。,当表观流速增加到等于颗粒的自由沉降速度时,所有颗粒都被流体带走,而流态化过程进入输送阶段。,2 流化床的形式,按,气固流化形态,,流化床有气固稀相流化床、密相流化床两种基本形式;,按,多个流化床室的组合,,流化床有卧式多室床与竖式多层床两种形式。,3冶金流态化焙烧方法,1,),循环流化床,2)气态悬浮焙烧(GSC),3)密相流化床焙烧,焙烧设备連接图及特点,参见课本P99102,4流态化焙烧炉,流态化焙烧(干燥)炉是,利用流态化技术,的热工设备(习惯称,沸腾炉,)(如图)。它具有气,固之间热质交换速度快、层内温度均匀、产品质量好、流态化层与冷却(或加热)器壁间的传热系数大、生产率高、操作简单、便于实现生产连续化和自动化等一系列优点。因此,流态化焙烧(干燥)炉已愈广泛地应用在有色金属矿物的氧化焙烧、硫酸化焙烧、氯化、还原、硫化、离解、挥发、干燥以及某些物料的烧结焙烧。,焙烧(干燥)炉,1,加料孔;,2,事故排出口;,3,前室进风口;,4,炉底进风口;,5,排料口;,6,排烟口;,7,点火孔;,8,操作门;,9,开炉用排烟口,1)流态化焙烧炉工作原理,流态化焙炉工作的基本原理是:利用流态化技术,使参与反应或热、质传递的气体和固体充分接触,实现它们之间最快的传质,传热和动量传递速度,获得最大的设备生产能力。,2)流化床的形成,当流体的,表观速度继续增大到一定值,,床层开始膨胀和变松,全部颗粒都悬浮在向上流动的流体中,形成,强烈搅混流动,。这种,具有流体的某些表观特征的流-固混合床,称为,流化床,,在气-固流化床中,形成颗粒强烈翻滚,故又称为,沸腾床,。,3)流态化焙烧炉构造,流态化焙烧炉的设备系统及一般构造:,流态化焙烧炉的设备系统包括以下几个组成部分:,流态化焙烧炉体及空气分布板、给料设备、供风设备、收尘设备、排除余热或燃烧供热装置。,炉体及主要部件:,包括砖砌体、气体分布板、进风箱、排热装置、加料、排料及排烟等装置。,参见课本P102图:4849,4.3 烧结设备,炼铁和铅锌共生矿熔炼需要块料入炉,而选矿厂送来的是粉矿,不能直接入炉冶炼,需要,造块,。,造块,就是将不能直接入炉的,富矿粉、精矿粉,及冶金工业生产中产生的,粉尘和烟尘,,根据冶炼要求,制成具有一定,粒度的块矿,的工艺过程。,粉矿造块方法:,烧结法造块和球团法造块,铁矿粉烧结是最重要的造块技术之一。,抽风烧结生产程序是:,将经过必要准备处理(破碎、混匀和预配料)的烧结原料(包括燃料、熔剂及含铁原料)运至配料室,按一定比例进行配料,然后再配入一部分返矿,并送到混合机进行加水润湿、混匀、制粒,便得到可以烧结的混合料。混合料由布料器铺到烧结台车上进行点火烧结。烧结过程是靠,抽风机从上向下抽进的空气,,燃烧混合料层中的燃料,,自上而下,不断进行,。烧结中,产生的废气,经除尘器除尘后,由风机抽入烟囱,排入大气。,烧成的烧结矿,,经单齿辊破碎机破碎后筛分,筛上物为成品热烧结矿送往高炉,筛下物为返矿,返矿配入混合料重新烧结。在生产冷烧结矿的流程中,经破碎筛分后的热烧结矿再经冷却机冷却,通过二次筛分筛去粉末便得到冷的烧结矿。,1烧结机,烧结生产的设备连接,烧结生产的设备连接图,带式烧结机,带式烧结机类似一环形的运输带,由许多紧密联接的小车组成(如图)。,目前广泛采用,带式抽风烧结机,,它是钢铁工业的主要烧结设备。,烧结机结构示意图,球团烧结焙烧,就是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的过程。,球团烧结焙烧,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。,2竖式焙烧炉,球团烧结焙烧,有竖炉焙烧、带式焙烧机焙烧和链篦机-回转窑法焙三种方法。,球团竖炉为矩形立式炉,基本构造参见课本P116图427;428所示。,4.4 回转窑,END,4 焙烧,与烧结设备,4.1概述,4.2流态化焙烧及流态化焙烧炉,4.3 烧结设备,4.4 回转窑,学习重点,焙烧:,矿石、精矿在低于熔点的高温下,与空气、氯气、氢气等气体或添加剂起反应,改变其化学组成与物理性质的过程称为焙烧。,。,焙烧大多为下步的熔炼或浸出等主要冶炼作业做准备,因而在冶炼流程中常常,是一个炉料准备工序,,但有时,也可作为一个富集、脱杂、金属粉末制备或精炼过程,。,1焙烧、,煅烧、烧结的区别:,4.1概述,煅烧:,是在低于熔点的适当温度下,加热物料,使其分解,并除去所含结晶水、二氧化碳或三氧化硫等挥发性物质的过程。,两者的,共同点,:,都在低于炉料熔点的高温下进行;,不同点,:焙烧是原料与空气、氯气等气体以及添加剂发生化学反应;煅烧是物料发生分解反应,失去结晶水或挥发组分。,烧结:,固体矿物粉配加助熔剂、燃料和其他必要反应剂,并添加适当水分,在炉料熔点温度(或炉料软化点温度)发生化学反应,生成一定量的液相,冷却后使颗粒产生黏结成块的过程。,烧结与焙烧不同,:焙烧在低于固相炉料的熔点下进行反应,而烧结需在高于炉内物料的熔点下进行反应。,烧结也与煅烧不同,:煅烧是固相物料在高温下的分解过程,而烧结是物料配加还原剂、助熔剂的化学转化过程。,烧结、焙烧、煅烧虽然,都是高温反应过程,,但烧结是在物料,熔融状态下,的化学转化,这是它与焙烧、煅烧的不同之处。,焙烧,煅烧,烧结,加热温度,低于炉料的熔点,低于熔点,高于炉内物料的熔点,过程,与空气、氯气、氢气、甲烷和氧化碳等气体或添加剂产生化学反应,分解反应,失去结晶水或挥发组分,物料配加还原剂、助熔剂的化学转化,为主要冶炼作业做准备接湿法冶金过程,产出冶金产品或半产品,后接火法冶金过程。,焙烧、,煅烧、烧结的区别,本章相关内容介绍主要以,焙烧、,烧结,为主。,2 焙烧与烧结的分类,A焙烧过程根据,反应性质,可分为以下六类,(1),氧化焙烧,硫化精矿,矿石中部分或全部的金属硫化物变为氧化物,同时除去易于挥发的杂质。,硫铁矿(FeS,2,)焙烧的反应式为:,4FeS,2,+11O,2,2Fe,2,O,3,+8SO,2,3FeS,2,+8O,2,Fe,3,O,4,+6SO,2,硫化铜、硫化锌矿,的火法冶炼用的是氧化焙烧。,硫化铜(CuS)精矿,的焙烧分半氧化焙烧和全氧化焙烧两种,全氧化焙烧用于还原熔炼,得到氧化铜。焙烧多用流态化沸腾焙烧炉。,锌精矿中的硫化锌(ZnS)转变为可溶于稀硫酸的氧化锌也用氧化焙烧,焙烧后产物中90以上为可溶于稀硫酸的氧化锌,只有极少量不溶于稀酸的铁酸锌(ZnO,Fe,2,O,3,)和硫化锌。,(2),硫酸化焙烧:,使某些金属硫化物氧化成为易溶于水的硫酸盐的焙烧过程,,主要反应有,2MeS+3O,2,2MeO+2SO,2,2MeO+SO,2,+O,2,MeO,MeSO,4,MeO,MeSO,4,+SO,2,+O,2,2MeSO,4,式中Me为金属。例如一定组成下的铜的硫化物,在,600,下焙烧时,生成,硫酸铜,;在,800,下焙烧时,生成,氧化铜,。所以控制较高的SO,2,气氛及较低的焙烧温度,有利于生成硫酸盐;反之,则易变为氧化物,成为氧化焙烧。,对,锌的硫化矿及其精矿,,用火法冶炼时,用氧化焙烧;用湿法处理时,采用硫酸化焙烧。,(3),挥发焙烧,将,硫化物在空气中加热,使提取对象变为挥发性氧化物,呈气态分离出来。,例如,火法炼锑中将锑矿石(含Sb,2,S,3,)在空气中加热,氧化为易挥发的Sb,2,O,3,:,2Sb,2,S,3,+9O,2,2Sb,2,O,3,+6SO,2,此反应从290开始,至400可除去全部硫。,(4),氯化焙烧,借助于氯化剂(如Cl2、HCl、NaCl、CaCl2等)的作用,使物料中某些组分转变为气态或凝聚态的氯化物,从而与其他组分分离。,金属的硫化物、氧化物或其他化合物在一定条件下大都能与化学活性很强的氯反应,生成金属氯化物。,金属氯化物与该金属的其他化合物相比,具有熔点低、挥发性高、较易被还原,常温下易溶于水及其他溶剂等特点。并且各种金属氯化物生成的难易和性质上存在明显区别。生产中,常利用上述特性,,借助氯化焙烧有效实现金属的分离、富集、提取与精炼的目的,。,(5),还原焙烧,将氧化矿预热至一定温度,然后用还原气体(含CO、H,2,、CH,4,等)使其中某些氧化物部分或全部还原,以利于下一步处理。,磁化焙烧也属于还原焙烧,,其目的是将弱磁性的赤铁矿(Fe,2,O,3,)还原为强磁性的磁铁矿(Fe,3,O,4,),以便于磁选,使之与脉石分离。,(6),氧化钠化焙烧,向矿石中加适量钠化剂(如Na,2,CO,3,、NaCl、Na,2,SO,4,等),焙烧后生成易溶于水的钠盐,。,例如,湿法提钒过程中,细磨钒渣,经磁选除去铁后,加钠化剂并在回转炉中焙烧,渣中的三价钒氧化成五价的偏钒酸钠:,Na,2,CO,3,+V,2,O,3,+O,2,2NaVO,3,+CO,2,1),鼓风烧结,:,2),抽风烧结,:,连续式:带式烧结机和环式烧结机等;,间歇式:固定式烧结机,如盘式烧结机和箱式烧结机;移动式烧结机,如步进式烧结机;,3),在烟气中烧结,:回转窑烧结和悬浮烧结。,B根据烧结的方法,烧结可分为:,3焙烧与烧结设备,焙烧技术有固定床、移动床、流态化和飘悬焙烧技术。,焙烧设备,统称,焙烧炉,,主要有多膛焙烧炉、回转窑、流态化焙烧炉、飘悬焙烧炉、烧结机和竖式焙烧炉等。,烧结设备,有烧结机、竖式焙烧炉和链篦机回转窑三种,以烧结机为主。常用的烧结机主要为,带式烧结机,。,参见课本P94,4.2流态化焙烧及流态化焙烧炉,1流态化技术、流态化、固定床:,1)流态化技术:,利用流动流体的作用,将固体颗粒群悬浮起来,从而使固体颗粒具有某些流体表观特征,利用这种流体与固体间的接触方式实现生产过程- 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