《鋼鐵冶金》第二章鐵礦燒結(jié)

1、第二章第二章 鐵礦燒結(jié)鐵礦燒結(jié)v富礦粉和貧礦富選后得到的精礦粉都不能直接入爐富礦粉和貧礦富選后得到的精礦粉都不能直接入爐冶煉，必須將其重新造塊，冶煉，必須將其重新造塊，燒結(jié)是最重要最基本的燒結(jié)是最重要最基本的造塊方法之一造塊方法之一。2.1.1燒結(jié)的意義燒結(jié)的意義2.1 燒結(jié)鐵礦料燒結(jié)鐵礦料v通過燒結(jié)得到的燒結(jié)礦具有許多通過燒結(jié)得到的燒結(jié)礦具有許多優(yōu)于優(yōu)于天然富礦的冶煉性能，天然富礦的冶煉性能，如高溫強(qiáng)度高，還原性好，含有一定的如高溫強(qiáng)度高，還原性好，含有一定的CaOCaO、MgOMgO，具有足，具有足夠的堿度，而且已事先造渣，高爐可不加或少加石灰石。通夠的堿度，而且已事先造渣，高爐可不加或少

2、加石灰石。通過燒結(jié)可過燒結(jié)可除去除去礦石中的礦石中的S S、ZnZn、PbPb、AsAs、K K、NaNa等等有害雜質(zhì)有害雜質(zhì)，減少其對高爐的危害。高爐使用冶煉性能優(yōu)越的燒結(jié)礦后，減少其對高爐的危害。高爐使用冶煉性能優(yōu)越的燒結(jié)礦后，基本上基本上解除解除了天然礦冶煉中常出現(xiàn)的了天然礦冶煉中常出現(xiàn)的結(jié)瘤故障結(jié)瘤故障；同時(shí)極大地；同時(shí)極大地改善了高爐冶煉效果。燒結(jié)中可廣泛利用各種含鐵粉塵和廢改善了高爐冶煉效果。燒結(jié)中可廣泛利用各種含鐵粉塵和廢料，擴(kuò)大了礦石資源，又改善了環(huán)境。因此自上世紀(jì)料，擴(kuò)大了礦石資源，又改善了環(huán)境。因此自上世紀(jì)5050年代年代以來，燒結(jié)生產(chǎn)獲得了迅速發(fā)展。以來，燒結(jié)生產(chǎn)獲得了迅

3、速發(fā)展。v燒結(jié)礦質(zhì)量對高爐冶煉效果具有重大影響。改善其質(zhì)量是燒結(jié)礦質(zhì)量對高爐冶煉效果具有重大影響。改善其質(zhì)量是“精料精料”的主要內(nèi)容之一。的主要內(nèi)容之一。v對燒結(jié)礦質(zhì)量的要求是：對燒結(jié)礦質(zhì)量的要求是：品位高，強(qiáng)度好，成分穩(wěn)定，還原品位高，強(qiáng)度好，成分穩(wěn)定，還原性好，粒度均勻，粉末少，堿度適宜，有害雜質(zhì)少性好，粒度均勻，粉末少，堿度適宜，有害雜質(zhì)少。v一般要求與天然礦同，僅討論幾個(gè)特殊問題一般要求與天然礦同，僅討論幾個(gè)特殊問題2.1.2 燒結(jié)礦質(zhì)量評價(jià)燒結(jié)礦質(zhì)量評價(jià)v1. 強(qiáng)度和粒度強(qiáng)度和粒度v燒結(jié)礦燒結(jié)礦強(qiáng)度好，粒度均勻強(qiáng)度好，粒度均勻，可減少轉(zhuǎn)運(yùn)過程中和爐內(nèi)產(chǎn)生，可減少轉(zhuǎn)運(yùn)過程中和爐內(nèi)產(chǎn)生的

4、粉末，改善高爐料柱透氣性，保證爐況順行，從而導(dǎo)致的粉末，改善高爐料柱透氣性，保證爐況順行，從而導(dǎo)致焦比降低，產(chǎn)量提高焦比降低，產(chǎn)量提高。燒結(jié)礦強(qiáng)度提高意味著燒結(jié)機(jī)產(chǎn)量。燒結(jié)礦強(qiáng)度提高意味著燒結(jié)機(jī)產(chǎn)量(成品率成品率)增加，同時(shí)大大減少了粉塵，改善燒結(jié)和煉鐵廠增加，同時(shí)大大減少了粉塵，改善燒結(jié)和煉鐵廠的環(huán)境，改善設(shè)備工作條件，延長設(shè)備壽命。一個(gè)年產(chǎn)的環(huán)境，改善設(shè)備工作條件，延長設(shè)備壽命。一個(gè)年產(chǎn)500萬噸生鐵的煉鐵廠，若燒結(jié)礦強(qiáng)度差，粉末多，使?fàn)t萬噸生鐵的煉鐵廠，若燒結(jié)礦強(qiáng)度差，粉末多，使?fàn)t塵吹出量增加塵吹出量增加50kg/t鐵，則一年光吹損的燒結(jié)礦就達(dá)鐵，則一年光吹損的燒結(jié)礦就達(dá)25萬萬噸噸，相

5、當(dāng)于浪費(fèi)了，相當(dāng)于浪費(fèi)了50萬噸萬噸/年年的采選能力，再計(jì)上爐況不的采選能力，再計(jì)上爐況不順帶來的損失，那就更大了。相當(dāng)于損失一個(gè)中型煉鐵廠。順帶來的損失，那就更大了。相當(dāng)于損失一個(gè)中型煉鐵廠。足見提高燒結(jié)礦強(qiáng)度特別是高溫還原強(qiáng)度之重要。足見提高燒結(jié)礦強(qiáng)度特別是高溫還原強(qiáng)度之重要。v國內(nèi)外多采用國內(nèi)外多采用標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)鼓標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)鼓的鑒定方法來確定燒結(jié)礦強(qiáng)度。取粒度的鑒定方法來確定燒結(jié)礦強(qiáng)度。取粒度2525150mm150mm的燒結(jié)礦試樣的燒結(jié)礦試樣20kg20kg，置于直徑，置于直徑1.0m1.0m，寬，寬0.65m0.65m的轉(zhuǎn)鼓中的轉(zhuǎn)鼓中( (鼓內(nèi)鼓內(nèi)焊有高焊有高100mm100mm，厚，厚10m

6、m10mm，互成，互成120120布置的鋼板三塊布置的鋼板三塊) )。轉(zhuǎn)鼓以。轉(zhuǎn)鼓以25r/min25r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)4 4分鐘。然后用分鐘。然后用5mm5mm的方孔篩往復(fù)擺動(dòng)的方孔篩往復(fù)擺動(dòng)1010次進(jìn)行次進(jìn)行篩分，取其中大于篩分，取其中大于5mm5mm的重量百分比作為燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)。的重量百分比作為燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)。v式中式中AA試樣中小于試樣中小于5mm5mm部分的重量，部分的重量，kgkg。顯然。顯然轉(zhuǎn)鼓指數(shù)愈大，燒轉(zhuǎn)鼓指數(shù)愈大，燒結(jié)礦強(qiáng)度愈好結(jié)礦強(qiáng)度愈好。一般要求燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)大于。一般要求燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)大于75%75%。v2.還原性還原性v燒結(jié)礦燒結(jié)礦還原性好還

7、原性好，有利于強(qiáng)化冶煉并相應(yīng)減少還原劑消耗，有利于強(qiáng)化冶煉并相應(yīng)減少還原劑消耗，從而從而降低焦比降低焦比。還原性的測定和表示方法亦未標(biāo)準(zhǔn)化。生。還原性的測定和表示方法亦未標(biāo)準(zhǔn)化。生產(chǎn)中習(xí)慣用燒結(jié)礦中的產(chǎn)中習(xí)慣用燒結(jié)礦中的FeO含量含量表示還原性。一般認(rèn)為表示還原性。一般認(rèn)為FeO升高升高，表明燒結(jié)礦中難還原的硅酸鐵，表明燒結(jié)礦中難還原的硅酸鐵2FeOSiO2(還有還有鈣鐵橄欖石鈣鐵橄欖石)多，燒結(jié)礦過熔而使結(jié)構(gòu)致密，氣孔率低，多，燒結(jié)礦過熔而使結(jié)構(gòu)致密，氣孔率低，故故還原性差還原性差。反之，若。反之，若FeO降低降低，則，則還原性好還原性好。一般要求。一般要求FeO應(yīng)低于應(yīng)低于10%。國外有低

8、于。國外有低于5%的。鞍鋼新燒結(jié)廠燒結(jié)的。鞍鋼新燒結(jié)廠燒結(jié)礦標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定礦標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定FeO含量含量8.51.5為合格品。為合格品。v3.堿度堿度v燒結(jié)礦堿度一般用燒結(jié)礦堿度一般用CaO/SiO2表示。按照堿度的不同，燒表示。按照堿度的不同，燒結(jié)礦可分為三類：結(jié)礦可分為三類：v凡燒結(jié)礦堿度凡燒結(jié)礦堿度(如如0.9)低于低于爐渣堿度的稱為爐渣堿度的稱為酸性酸性(或普通或普通)燒結(jié)礦燒結(jié)礦。高爐使用這種燒結(jié)礦，尚須加入相當(dāng)數(shù)量的石灰。高爐使用這種燒結(jié)礦，尚須加入相當(dāng)數(shù)量的石灰石才能達(dá)到預(yù)定爐渣堿度要求，通常高爐渣的堿度石才能達(dá)到預(yù)定爐渣堿度要求，通常高爐渣的堿度(CaO/SiO2)在在1.0左右。左右。v

9、凡燒結(jié)礦堿度凡燒結(jié)礦堿度(1.01.4)等于或接近等于或接近爐渣堿度的稱為爐渣堿度的稱為自熔性自熔性燒結(jié)礦燒結(jié)礦。高爐使用自熔性燒結(jié)礦一般可不加或少加石灰石。高爐使用自熔性燒結(jié)礦一般可不加或少加石灰石。v燒結(jié)礦堿度燒結(jié)礦堿度(1.4)明顯高于明顯高于爐渣堿度的稱為爐渣堿度的稱為熔劑性燒結(jié)礦熔劑性燒結(jié)礦或高堿度或高堿度(2.03.0)、超高堿度、超高堿度(3.04.0)燒結(jié)礦燒結(jié)礦。高爐使用。高爐使用這種燒結(jié)礦無須加石灰石。由于它含這種燒結(jié)礦無須加石灰石。由于它含CaO高，可起熔劑作高，可起熔劑作用，因此往往要與酸性礦配合冶煉，以達(dá)到合適的爐渣堿用，因此往往要與酸性礦配合冶煉，以達(dá)到合適的爐渣堿

10、度。度。v為了改善爐渣的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，燒結(jié)礦中常含有一定量為了改善爐渣的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，燒結(jié)礦中常含有一定量的的MgO(如如23%或更高或更高)，使渣中，使渣中MgO含量達(dá)到含量達(dá)到78%或或更高，促進(jìn)高爐順行。在此情況下，燒結(jié)礦和爐渣的堿度更高，促進(jìn)高爐順行。在此情況下，燒結(jié)礦和爐渣的堿度應(yīng)按應(yīng)按(CaO+MgO)/SiO2來考慮。來考慮。v目前世界各國目前世界各國90%以上的燒結(jié)礦由以上的燒結(jié)礦由抽風(fēng)帶式燒結(jié)機(jī)抽風(fēng)帶式燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)，生產(chǎn)，其工藝流程如圖其工藝流程如圖2-1所示。其他燒結(jié)方法有所示。其他燒結(jié)方法有回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)，懸浮燒結(jié)懸浮燒結(jié)，抽風(fēng)或鼓風(fēng)盤式燒結(jié)抽風(fēng)或鼓風(fēng)盤式燒結(jié)和和

11、土法燒結(jié)土法燒結(jié)等。各法生產(chǎn)等。各法生產(chǎn)工藝和設(shè)備盡管有所不同，但燒結(jié)基本原理基本相同。下工藝和設(shè)備盡管有所不同，但燒結(jié)基本原理基本相同。下面著重以帶式抽風(fēng)燒結(jié)法來論述。面著重以帶式抽風(fēng)燒結(jié)法來論述。 2.2 燒結(jié)反應(yīng)過程燒結(jié)反應(yīng)過程v抽風(fēng)燒結(jié)過程是將抽風(fēng)燒結(jié)過程是將鐵礦粉、熔劑和燃料鐵礦粉、熔劑和燃料經(jīng)適當(dāng)處理，按一定經(jīng)適當(dāng)處理，按一定比例比例加水混合加水混合，鋪在燒結(jié)機(jī)上，然后從上部點(diǎn)火，下部抽風(fēng)，鋪在燒結(jié)機(jī)上，然后從上部點(diǎn)火，下部抽風(fēng)，自上而下進(jìn)行燒結(jié)，得到燒結(jié)礦。取一臺車剖面分析，抽風(fēng)自上而下進(jìn)行燒結(jié)，得到燒結(jié)礦。取一臺車剖面分析，抽風(fēng)燒結(jié)過程大致可分為五層燒結(jié)過程大致可分為五層(圖圖

12、2-2)，即，即燒結(jié)礦層、燃燒層、預(yù)燒結(jié)礦層、燃燒層、預(yù)熱層、干燥層和過濕層熱層、干燥層和過濕層。v這五層并不是截然分開的。點(diǎn)火燒結(jié)開始，這五層并不是截然分開的。點(diǎn)火燒結(jié)開始，各層依次各層依次出現(xiàn)，出現(xiàn)，一定時(shí)間后，各層又依次消失，而最終剩下燒結(jié)礦層。一定時(shí)間后，各層又依次消失，而最終剩下燒結(jié)礦層。一、抽風(fēng)燒結(jié)過程一、抽風(fēng)燒結(jié)過程v(1)燒結(jié)礦層燒結(jié)礦層v從表面開始隨著燒結(jié)過程的進(jìn)行從表面開始隨著燒結(jié)過程的進(jìn)行逐漸增厚逐漸增厚。抽入的空氣通過。抽入的空氣通過燒結(jié)礦層被預(yù)熱供給燃燒，而燒結(jié)礦層則被冷卻和氧化。在燒結(jié)礦層被預(yù)熱供給燃燒，而燒結(jié)礦層則被冷卻和氧化。在同燃燒層接近處，進(jìn)行液相的同燃燒層

13、接近處，進(jìn)行液相的冷卻結(jié)晶冷卻結(jié)晶(10001100)，使，使燒結(jié)物燒結(jié)物固結(jié)形成固結(jié)形成多孔的燒結(jié)礦。多孔的燒結(jié)礦。v(2)燃燒層燃燒層v燃料被預(yù)熱空氣燃燒，產(chǎn)生燃料被預(yù)熱空氣燃燒，產(chǎn)生13001500的高溫，的高溫，使使燒結(jié)料燒結(jié)料局部局部熔化、造渣熔化、造渣并進(jìn)行還原、氧化，石并進(jìn)行還原、氧化，石灰石及硫化物的灰石及硫化物的分解反應(yīng)分解反應(yīng)。從燃料著火開始到燃。從燃料著火開始到燃燒完畢，需要一定時(shí)間。故燃燒層有一定厚度，燒完畢，需要一定時(shí)間。故燃燒層有一定厚度，約約1550mm。燃燒層沿著高度下移的速度稱為。燃燒層沿著高度下移的速度稱為垂直燒結(jié)速度垂直燒結(jié)速度，一般為，一般為1040mm

14、/min。這一速這一速度決定著燒結(jié)機(jī)的生產(chǎn)率度決定著燒結(jié)機(jī)的生產(chǎn)率。v(3)預(yù)熱層預(yù)熱層v已干燥的燒結(jié)料被燃燒層的高溫氣體迅速加熱到燃已干燥的燒結(jié)料被燃燒層的高溫氣體迅速加熱到燃料的料的著火點(diǎn)著火點(diǎn)(一般為一般為700左右，但在燒結(jié)層中實(shí)際左右，但在燒結(jié)層中實(shí)際為為10501150)，并進(jìn)行氧化、還原、分解和固相，并進(jìn)行氧化、還原、分解和固相反應(yīng)，出現(xiàn)少量反應(yīng)，出現(xiàn)少量液相液相。v(4)干燥層干燥層v同預(yù)熱層交界處溫度約同預(yù)熱層交界處溫度約120150，燒結(jié)料中的，燒結(jié)料中的游離水游離水在此大量蒸發(fā)，使料在此大量蒸發(fā)，使料干燥干燥。同時(shí)料中熱穩(wěn)。同時(shí)料中熱穩(wěn)定性差的一些球形顆?？赡芷屏眩沽蠈?/p>

15、透氣性定性差的一些球形顆粒可能破裂，使料層透氣性變壞。變壞。v(5)過濕層過濕層v即即原始的燒結(jié)混合料層原始的燒結(jié)混合料層。由于干燥層來的廢氣中。由于干燥層來的廢氣中含有大量的水蒸氣，當(dāng)其被濕料層冷卻到露點(diǎn)溫含有大量的水蒸氣，當(dāng)其被濕料層冷卻到露點(diǎn)溫度以下時(shí)，水氣便重新凝結(jié)，使料的濕分超過原度以下時(shí)，水氣便重新凝結(jié)，使料的濕分超過原始水分，造成過濕現(xiàn)象，使料層透氣性惡化。始水分，造成過濕現(xiàn)象，使料層透氣性惡化。為為避免過濕，應(yīng)確保濕料層溫度在露點(diǎn)以上。避免過濕，應(yīng)確保濕料層溫度在露點(diǎn)以上。 v可見燒結(jié)過程是許多物理和化學(xué)變化過程的綜合。其中有可見燒結(jié)過程是許多物理和化學(xué)變化過程的綜合。其中有燃

16、燒和傳熱；燃燒和傳熱；蒸發(fā)和冷凝；蒸發(fā)和冷凝；氧化和還原；氧化和還原；分解和吸附；分解和吸附；熔化和結(jié)晶；熔化和結(jié)晶；礦礦( (渣渣) )化和氣體動(dòng)力學(xué)等。化和氣體動(dòng)力學(xué)等。v在某一層中可能同時(shí)進(jìn)行幾種反應(yīng)，而一種反應(yīng)又可能在幾層中進(jìn)行。在某一層中可能同時(shí)進(jìn)行幾種反應(yīng)，而一種反應(yīng)又可能在幾層中進(jìn)行。下面對各過程分別進(jìn)行研究和討論。下面對各過程分別進(jìn)行研究和討論。v任何粉料在空氣中總含有一定水分，燒結(jié)料也不例外。除任何粉料在空氣中總含有一定水分，燒結(jié)料也不例外。除了各種原料本身帶來和吸收大氣水分外，在混合時(shí)為了各種原料本身帶來和吸收大氣水分外，在混合時(shí)為使礦使礦粉成球，提高料層透氣性粉成球，提高

17、料層透氣性，常外加一定量的水，使混合料，常外加一定量的水，使混合料中含水達(dá)中含水達(dá)78%。這種水叫。這種水叫游離水或吸附水游離水或吸附水。100即可即可大量蒸發(fā)除去。如用褐鐵礦燒結(jié)，則還含有較多結(jié)晶水大量蒸發(fā)除去。如用褐鐵礦燒結(jié)，則還含有較多結(jié)晶水(化合水化合水)。需要在。需要在200300才開始分解放出，若含有粘才開始分解放出，若含有粘土質(zhì)高嶺土礦物土質(zhì)高嶺土礦物(Al2O32SiO2H2O)則需要在則需要在400600才能分解，甚至才能分解，甚至9001000才能去盡。才能去盡。 二、燒結(jié)料中水分的蒸發(fā)、分解和凝結(jié)二、燒結(jié)料中水分的蒸發(fā)、分解和凝結(jié) v為加速結(jié)晶水分解必須嚴(yán)格控制粉料的為加

18、速結(jié)晶水分解必須嚴(yán)格控制粉料的粒度粒度。因?yàn)?。因?yàn)榻Y(jié)晶水結(jié)晶水的高溫的高溫分解分解要要吸收熱量吸收熱量，同時(shí)，同時(shí)消耗碳素消耗碳素，這不論在燒結(jié)過，這不論在燒結(jié)過程或是高爐冶煉中都要引起燃耗增加，因而不利。其反應(yīng)程或是高爐冶煉中都要引起燃耗增加，因而不利。其反應(yīng)為：為：v5001000v2H2O+C=CO2+2 H2H=99600J/mol v1000以上時(shí)以上時(shí)vH2O+C= CO+H2 H=133100J/molv燒結(jié)料中的燒結(jié)料中的碳酸鹽碳酸鹽有有CaCO3、MgCO3，如果用菱鐵礦和，如果用菱鐵礦和菱錳礦燒結(jié)，則還有菱錳礦燒結(jié)，則還有FeCO3和和MnCO3。生產(chǎn)熔劑性或高。生產(chǎn)熔劑性

19、或高堿度燒結(jié)礦時(shí)，需加入大量的堿度燒結(jié)礦時(shí)，需加入大量的CaCO3和一定的和一定的MgCO3。CaCO3的分解溫度較其他碳酸鹽高。其分解反應(yīng)為的分解溫度較其他碳酸鹽高。其分解反應(yīng)為:三、碳酸鹽分解及礦化作用三、碳酸鹽分解及礦化作用v其其分解速度分解速度同溫度、粒度、外界氣流速度和氣相中同溫度、粒度、外界氣流速度和氣相中COCO2 2濃濃度等相關(guān)，度等相關(guān)，溫度升高，粒度減小，氣流速度加快，氣相溫度升高，粒度減小，氣流速度加快，氣相中中COCO2 2濃度降低，則分解加速濃度降低，則分解加速。在燒結(jié)過程中，上述分解。在燒結(jié)過程中，上述分解溫度是完全可以滿足的。石灰石的粒度一般小于溫度是完全可以滿足

20、的。石灰石的粒度一般小于3mm3mm。這一方面有利于其迅速分解，更重要的是有利于礦化作這一方面有利于其迅速分解，更重要的是有利于礦化作用，即用，即CaOCaO同其他氧化物反應(yīng)形成新的礦物的作用。同其他氧化物反應(yīng)形成新的礦物的作用。v燒結(jié)料中固體燒結(jié)料中固體碳的燃燒碳的燃燒為形成粘結(jié)所必須的液相和進(jìn)行為形成粘結(jié)所必須的液相和進(jìn)行各種反應(yīng)提供了必要的條件各種反應(yīng)提供了必要的條件(溫度、氣氛溫度、氣氛)。燒結(jié)過程所需。燒結(jié)過程所需要的熱量的要的熱量的8090%為燃料燃燒供給。然而燃料在燒結(jié)混為燃料燃燒供給。然而燃料在燒結(jié)混合料中所占比例很小，按合料中所占比例很小，按重量重量計(jì)僅計(jì)僅35%，按，按體積

21、體積計(jì)約計(jì)約10%。在碳量少，分布稀疏的條件下，要使燃料迅速而。在碳量少，分布稀疏的條件下，要使燃料迅速而充分地燃燒，必須供給充分地燃燒，必須供給過量的空氣過量的空氣，空氣過剩系數(shù)達(dá)，空氣過剩系數(shù)達(dá)1.41.5或更高?；蚋摺?四、燃料燃燒和傳熱四、燃料燃燒和傳熱v由于燃料分布不均，在燃料少，透氣性好，空氣充足處，進(jìn)行完全由于燃料分布不均，在燃料少，透氣性好，空氣充足處，進(jìn)行完全燃燒形成燃燒形成氧化區(qū)氧化區(qū)。 C焦焦+O2=CO2v在燃料多，透氣性差，空氣不足處，進(jìn)行不完全燃燒形成在燃料多，透氣性差，空氣不足處，進(jìn)行不完全燃燒形成還原區(qū)還原區(qū)。 C焦焦+1/2O2=COv所以，在所以，在燃燒層

22、燃燒層的燃燒產(chǎn)物中，同時(shí)有的燃燒產(chǎn)物中，同時(shí)有CO2和和CO，還有過剩的，還有過剩的O2和和不發(fā)生反應(yīng)的不發(fā)生反應(yīng)的N2。在燃燒層中，主要是。在燃燒層中，主要是氧化區(qū)氧化區(qū)，也有部分的還原區(qū)。，也有部分的還原區(qū)。v增加燃料用量，減小燃燒速度，可增強(qiáng)還原劑氣氛。減少燃料用量，增加燃料用量，減小燃燒速度，可增強(qiáng)還原劑氣氛。減少燃料用量，改善料層透氣性，增加氣流速度和含氧量，可提高燃燒速度，提高改善料層透氣性，增加氣流速度和含氧量，可提高燃燒速度，提高燒結(jié)過程的氧勢。燒結(jié)過程的氧勢。v燃料燃燒燃料燃燒雖然是燒結(jié)過程的主要熱源，但僅靠它并不能雖然是燒結(jié)過程的主要熱源，但僅靠它并不能把燃燒層溫度提高到把

23、燃燒層溫度提高到1300150013001500的水平。相當(dāng)部分的熱的水平。相當(dāng)部分的熱量是靠上部灼熱的燃燒礦層將抽入的空氣預(yù)熱到足夠高量是靠上部灼熱的燃燒礦層將抽入的空氣預(yù)熱到足夠高的溫度來供給燃燒層燃料燃燒的。灼熱的燒結(jié)礦層相當(dāng)?shù)臏囟葋砉┙o燃燒層燃料燃燒的。灼熱的燒結(jié)礦層相當(dāng)于一個(gè)于一個(gè)“蓄熱室蓄熱室”。這一作用稱為燒結(jié)過程中的。這一作用稱為燒結(jié)過程中的自動(dòng)蓄自動(dòng)蓄熱作用熱作用。熱平衡分析指出，這種自動(dòng)蓄熱作用帶來的熱。熱平衡分析指出，這種自動(dòng)蓄熱作用帶來的熱量約占供熱總量的量約占供熱總量的40%40%。 v隨著燒結(jié)過程的進(jìn)行，隨著燒結(jié)過程的進(jìn)行，燃燒層向下移動(dòng)燃燒層向下移動(dòng)，燒結(jié)礦層，燒

24、結(jié)礦層增厚增厚，自動(dòng)蓄熱作用愈顯著，愈到下層燃燒溫度愈高。這就出自動(dòng)蓄熱作用愈顯著，愈到下層燃燒溫度愈高。這就出現(xiàn)上層溫度不足現(xiàn)上層溫度不足( (一般為一般為11501150左右左右) )，液相不多，強(qiáng)度較，液相不多，強(qiáng)度較低，返礦較多；而下部溫度過高，液相多，過熔，強(qiáng)度低，返礦較多；而下部溫度過高，液相多，過熔，強(qiáng)度雖高而還原性差，即雖高而還原性差，即上下燒結(jié)礦質(zhì)量不均的現(xiàn)象上下燒結(jié)礦質(zhì)量不均的現(xiàn)象。為改。為改善這種狀況，提出了具有不同配碳量的善這種狀況，提出了具有不同配碳量的雙層或多層雙層或多層燒結(jié)燒結(jié)的方法。即的方法。即上層含碳量應(yīng)高于平均含碳量上層含碳量應(yīng)高于平均含碳量，而下層應(yīng)低而下

25、層應(yīng)低于平均含碳量，以保證上下層溫度均勻于平均含碳量，以保證上下層溫度均勻，質(zhì)量一致。而，質(zhì)量一致。而且節(jié)省燃料。蘇聯(lián)采用分層燒結(jié)某礦粉，下部含碳量低且節(jié)省燃料。蘇聯(lián)采用分層燒結(jié)某礦粉，下部含碳量低1.2%1.2%，節(jié)省燃料，節(jié)省燃料10%10%，聯(lián)邦德國某廠使用雙層燒結(jié)，節(jié)省，聯(lián)邦德國某廠使用雙層燒結(jié)，節(jié)省燃料燃料15%15%，日本用此法節(jié)省燃料，日本用此法節(jié)省燃料10%10%。v隨著燒結(jié)料層的增厚隨著燒結(jié)料層的增厚，自動(dòng)蓄熱量增加，有利于降低燃，自動(dòng)蓄熱量增加，有利于降低燃料消耗，但隨著料層厚度增加，蓄熱量的增加逐漸減少，料消耗，但隨著料層厚度增加，蓄熱量的增加逐漸減少，所以燃耗降低幅度也

26、減小。當(dāng)燒結(jié)礦層形成一個(gè)穩(wěn)定的所以燃耗降低幅度也減小。當(dāng)燒結(jié)礦層形成一個(gè)穩(wěn)定的蓄熱層后，則蓄熱量將不再增加，燃耗也不再降低。因蓄熱層后，則蓄熱量將不再增加，燃耗也不再降低。因此，從熱量利用角度看，此，從熱量利用角度看，厚料層燒結(jié)是有利的，但不是厚料層燒結(jié)是有利的，但不是愈厚愈好，在一定的條件下，存在著一個(gè)界限料層高度。愈厚愈好，在一定的條件下，存在著一個(gè)界限料層高度。同時(shí)料層高度的進(jìn)一步增加還受到透氣性的限制。同時(shí)料層高度的進(jìn)一步增加還受到透氣性的限制。v高溫區(qū)高溫區(qū)( (燃燒層燃燒層) )的的溫度，下移速度和厚度溫度，下移速度和厚度也對燒結(jié)過程有也對燒結(jié)過程有重大影響。高溫區(qū)厚度增加可保證高

27、溫?zé)Y(jié)反應(yīng)有充分重大影響。高溫區(qū)厚度增加可保證高溫?zé)Y(jié)反應(yīng)有充分時(shí)間進(jìn)行，提高質(zhì)量，但過厚則增加氣流阻力。時(shí)間進(jìn)行，提高質(zhì)量，但過厚則增加氣流阻力。v1.鐵氧化物的分解還原和氧化鐵氧化物的分解還原和氧化v燒結(jié)過程燒結(jié)過程宏觀上是氧化性氣氛宏觀上是氧化性氣氛，但在燃燒顆粒表，但在燃燒顆粒表面附近或燃料集中處，面附近或燃料集中處，CO濃度極高，故也有局濃度極高，故也有局部還原性氣氛。即部還原性氣氛。即微觀來看，在料層中既有氧化微觀來看，在料層中既有氧化區(qū)也有還原區(qū)區(qū)也有還原區(qū)，因此對鐵礦物同時(shí)存在著氧化、，因此對鐵礦物同時(shí)存在著氧化、還原、分解等反應(yīng)。還原、分解等反應(yīng)。五、氧化、還原反應(yīng)及有害雜質(zhì)

28、的去除五、氧化、還原反應(yīng)及有害雜質(zhì)的去除 v在有在有COCO存在的區(qū)域，只要存在的區(qū)域，只要300300左右，左右，F(xiàn)eFe2 2O O3 3就很就很易被易被還原還原： 3Fe 3Fe2 2O O3 3+CO=2Fe+CO=2Fe3 3O O4 4+CO+CO2 2 此反應(yīng)所需的此反應(yīng)所需的COCO平衡濃度很低。所以一般燒結(jié)礦平衡濃度很低。所以一般燒結(jié)礦中自由中自由FeFe2 2O O3 3很少。在有固相反應(yīng)生成很少。在有固相反應(yīng)生成CaOFeCaOFe3 3O O4 4的條件下，的條件下，F(xiàn)eFe2 2O O3 3較難還原，燒結(jié)礦較難還原，燒結(jié)礦中中FeOFeO較低。較低。v磁鐵礦磁鐵礦(F

29、e(Fe3 3O O4 4) )分解壓很小，較難分解。但在有分解壓很小，較難分解。但在有SiOSiO2 2存在時(shí)，存在時(shí)，F(xiàn)eFe3 3O O4 4的分解壓接近的分解壓接近FeFe2 2O O3 3分解壓，分解壓，故在故在1300135013001350以上亦可進(jìn)行熱分解：以上亦可進(jìn)行熱分解： 2Fe 2Fe3 3O O4 4+3SiO+3SiO2 2=3(2FeOSiO=3(2FeOSiO2 2)+O)+O2 2在在900900以上，以上，F(xiàn)eFe3 3O O4 4可被可被COCO還原，還原， Fe Fe3 3O O4 4+CO=3FeO+CO+CO=3FeO+CO2 2 vSiOSiO2

30、2存在時(shí)存在時(shí)，促進(jìn)促進(jìn)了這一還原，了這一還原，v2Fe2Fe3 3O O4 4+3SiO+3SiO2 2+2CO=3(2FeOSiO+2CO=3(2FeOSiO2 2)+2CO)+2CO2 2 vCaOCaO存在時(shí)存在時(shí)，不利于，不利于2FeOSiO2FeOSiO2 2的生成，故的生成，故不利不利于反應(yīng)進(jìn)行于反應(yīng)進(jìn)行。因此，燒結(jié)礦。因此，燒結(jié)礦堿度提高堿度提高后，后，F(xiàn)eOFeO會(huì)會(huì)有所降低。有所降低。vMnOMnO2 2和和MnMn2 2O O3 3比比FeFe2 2O O3 3具有更大的分解壓力，在具有更大的分解壓力，在較低溫度下即可進(jìn)行分解。較低溫度下即可進(jìn)行分解。vFeOFeO分解壓

31、力很小，分解壓力很小，927927時(shí)為時(shí)為6.46.410-18Mpa10-18Mpa，在，在一般燒結(jié)條件下，一般燒結(jié)條件下，F(xiàn)eOFeO很難被很難被COCO還原為還原為FeFe。因?yàn)橐驗(yàn)樵谠?00700時(shí)，反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)FeO+CO=Fe+COFeO+CO=Fe+CO2 2的的氣相平衡中氣相平衡中COCO2 2/CO=0.666/CO=0.666，溫度升高，此值下降，溫度升高，此值下降，所需所需COCO濃度較高濃度較高。在。在配碳量很高配碳量很高和和燒結(jié)溫度很高燒結(jié)溫度很高情況下，情況下，上述反應(yīng)可進(jìn)行，從而獲得一定數(shù)量的金屬鐵。上述反應(yīng)可進(jìn)行，從而獲得一定數(shù)量的金屬鐵。 v在燃燒層中距碳粒較

32、遠(yuǎn)的區(qū)域，氧化性氣氛較強(qiáng)?？梢栽谌紵龑又芯嗵剂］^遠(yuǎn)的區(qū)域，氧化性氣氛較強(qiáng)?？梢允故笷eFe3 3O O4 4和和FeOFeO氧化氧化： 2Fe 2Fe3 3O O4 4+1/2O+1/2O2 2=3Fe=3Fe2 2O O3 3 3FeO+1/2 O 3FeO+1/2 O2 2= Fe= Fe3 3O O4 4 v在空氣通過灼熱的在空氣通過灼熱的燒結(jié)礦層燒結(jié)礦層時(shí)，也進(jìn)行氧化反應(yīng)，燒結(jié)時(shí)，也進(jìn)行氧化反應(yīng)，燒結(jié)礦氣孔壁表面有氧化層就是證明。正因?yàn)槿绱?，燒結(jié)過礦氣孔壁表面有氧化層就是證明。正因?yàn)槿绱?，燒結(jié)過程中還原得到的少量金屬鐵，很容易被抽入的空氣氧化。程中還原得到的少量金屬鐵，很容易被抽入的空

33、氣氧化。因此燒結(jié)礦中金屬鐵量甚微，一般在因此燒結(jié)礦中金屬鐵量甚微，一般在0.5%0.5%以下。以下。 v2.有害雜質(zhì)的去除有害雜質(zhì)的去除v燒結(jié)過程可以部分去除礦石中燒結(jié)過程可以部分去除礦石中硫、鉛、鋅、砷、硫、鉛、鋅、砷、氟、鉀、鈉氟、鉀、鈉等對高爐有害的物質(zhì)，以改善燒結(jié)礦等對高爐有害的物質(zhì)，以改善燒結(jié)礦的質(zhì)量和高爐冶煉過程。這是鐵礦燒結(jié)的一個(gè)的質(zhì)量和高爐冶煉過程。這是鐵礦燒結(jié)的一個(gè)突突出優(yōu)點(diǎn)出優(yōu)點(diǎn)。v(1)燒結(jié)去硫。燒結(jié)可以去除燒結(jié)去硫。燒結(jié)可以去除大部分大部分的硫。以硫化的硫。以硫化物形態(tài)存在的硫可以去除物形態(tài)存在的硫可以去除90%以上，而硫酸鹽的以上，而硫酸鹽的去硫率也可達(dá)去硫率也可達(dá)8

34、085%。高爐要求入爐天然礦石。高爐要求入爐天然礦石(一極品一極品)含含S0.06%。國家頒布標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定入爐一。國家頒布標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定入爐一級燒結(jié)礦含級燒結(jié)礦含S0.08%。燒結(jié)是處理高硫鐵礦的一。燒結(jié)是處理高硫鐵礦的一個(gè)個(gè)有效途徑有效途徑。v鐵礦石中的硫常以鐵礦石中的硫常以硫化物硫化物形態(tài)形態(tài)(FeS2)和和硫酸鹽硫酸鹽(CaSO4、BaSO4等等)的形式存在。的形式存在。 在低于在低于1350時(shí)，以生成時(shí)，以生成Fe2O3為主，為主，在高于在高于1350時(shí)，主要生成時(shí)，主要生成Fe3O4。 v硫酸鹽的分解壓很小，硫酸鹽的分解壓很小，開始分解的溫度相當(dāng)高開始分解的溫度相當(dāng)高，如如CaSO4大于大于9

35、75，BaSO4高于高于1185。因此。因此硫酸鹽硫酸鹽去硫比硫化物困難。但當(dāng)有去硫比硫化物困難。但當(dāng)有Fe2O3和和SiO2存在時(shí)，可改善其去硫熱力學(xué)條件。存在時(shí)，可改善其去硫熱力學(xué)條件。vCaSO4+ Fe2O3= CaOFe2O3+SO2+1/2O2 H=485J/molvBaSO4+ SiO2= BaOSiO2+SO2+1/2O2 H=459J/mol v硫化物的去硫反應(yīng)為硫化物的去硫反應(yīng)為放熱反應(yīng)放熱反應(yīng)，而硫酸鹽的去硫反應(yīng)則為，而硫酸鹽的去硫反應(yīng)則為吸熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)。因此，提高燒結(jié)溫度對因此，提高燒結(jié)溫度對硫酸鹽礦石硫酸鹽礦石去硫有利。而在燒結(jié)去硫有利。而在燒結(jié)硫化物礦石硫化物礦石

36、時(shí)，為穩(wěn)定燒結(jié)溫度，促進(jìn)脫硫，應(yīng)相應(yīng)降低燃耗。大致時(shí)，為穩(wěn)定燒結(jié)溫度，促進(jìn)脫硫，應(yīng)相應(yīng)降低燃耗。大致1kg1kg硫相當(dāng)硫相當(dāng)于于0.50.6kg0.50.6kg焦粉。焦粉。v硫化物硫化物燒結(jié)去硫主要是燒結(jié)去硫主要是氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)。高溫、氧化性氣氛有利于去硫。高溫、氧化性氣氛有利于去硫。兩者都與兩者都與燃料量燃料量直接有關(guān)。燃料量不足時(shí)，燒結(jié)溫度低，氧化反應(yīng)直接有關(guān)。燃料量不足時(shí)，燒結(jié)溫度低，氧化反應(yīng)速度慢。但燃料過多，溫度過高，易產(chǎn)生過熔速度慢。但燃料過多，溫度過高，易產(chǎn)生過熔(FeO(FeO與與FeSFeS易形成低熔易形成低熔物物) )和表面渣化，阻礙了和表面渣化，阻礙了O O2 2向硫化

37、物表面的擴(kuò)散吸附和向硫化物表面的擴(kuò)散吸附和SOSO2 2的擴(kuò)散脫附的擴(kuò)散脫附過程，反使脫硫率降低，同時(shí)燃料量過多，料層中還原氣氛濃，亦過程，反使脫硫率降低，同時(shí)燃料量過多，料層中還原氣氛濃，亦影響去硫。影響去硫。凡能夠提高燒結(jié)過程氧勢的措施均有利于去硫凡能夠提高燒結(jié)過程氧勢的措施均有利于去硫。v礦粉粒度大礦粉粒度大，擴(kuò)散阻力增加，不利于去硫；但若，擴(kuò)散阻力增加，不利于去硫；但若粒度過粒度過細(xì)細(xì)，料層透氣性不好，容易引起燒結(jié)過程不均，產(chǎn)生燒，料層透氣性不好，容易引起燒結(jié)過程不均，產(chǎn)生燒不透的生料，降低去硫率。最佳去硫率的適宜礦粉粒度不透的生料，降低去硫率。最佳去硫率的適宜礦粉粒度為為06mm06

38、mm。v燒結(jié)料中石灰物質(zhì)硫酸化的結(jié)果使去硫平均降低燒結(jié)料中石灰物質(zhì)硫酸化的結(jié)果使去硫平均降低57%57%。事實(shí)上熔劑性燒結(jié)礦中以事實(shí)上熔劑性燒結(jié)礦中以CaSCaS形態(tài)存在的硫較多。表明形態(tài)存在的硫較多。表明CaOCaO的吸硫作用降低了燒結(jié)過程的去硫效率。因此，的吸硫作用降低了燒結(jié)過程的去硫效率。因此，使用使用高硫鐵礦燒結(jié)，不宜生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦高硫鐵礦燒結(jié)，不宜生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦。v(2)燒結(jié)燒結(jié)去砷去砷率一般可達(dá)率一般可達(dá)50%以上。若加入少量以上。若加入少量CaCl2可使去砷率達(dá)可使去砷率達(dá)6070%，燒結(jié)去，燒結(jié)去氟率氟率一般只有一般只有1015%，有時(shí)可達(dá)，有時(shí)可達(dá)40%，若在燒結(jié)，若在燒

39、結(jié)料層中通入水氣可使其生成料層中通入水氣可使其生成HF，大大提高去氟率。，大大提高去氟率。v硫、砷、氟、以其有毒氣體硫、砷、氟、以其有毒氣體SO2、As2O3、HF等隨廢氣排除，嚴(yán)重等隨廢氣排除，嚴(yán)重污染空氣，危害生物和人體健康。因此國家有嚴(yán)格的工業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)：污染空氣，危害生物和人體健康。因此國家有嚴(yán)格的工業(yè)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)：如規(guī)定煙氣中如規(guī)定煙氣中SO2 0.05%，大氣中日平均濃度不超過，大氣中日平均濃度不超過0.15mg/m3；煙氣中含砷不大于煙氣中含砷不大于0.3mg/m3；排至大氣中的氟，最高允許含量一次；排至大氣中的氟，最高允許含量一次不超過不超過0.03mmg/m3，日平均不超過，日平均

40、不超過0.01mg/m3。故一般燒結(jié)廠都建。故一般燒結(jié)廠都建有高大的煙囪，以便將有害氣體實(shí)行高空排放。為根本解決問題，有高大的煙囪，以便將有害氣體實(shí)行高空排放。為根本解決問題，在排入煙囪之前，最好先進(jìn)行化學(xué)處理和回收。在排入煙囪之前，最好先進(jìn)行化學(xué)處理和回收。 v(3)對一些含有對一些含有堿堿金屬金屬鉀、鈉和鉛、鋅鉀、鈉和鉛、鋅的礦石，可的礦石，可在燒結(jié)料中加入在燒結(jié)料中加入CaCl2，使其在燒結(jié)過程中相應(yīng)，使其在燒結(jié)過程中相應(yīng)生成易揮發(fā)的氯化物而去除和回收。如加入生成易揮發(fā)的氯化物而去除和回收。如加入23% CaCl2，可除，可除去鉛去鉛90%，去鋅去鋅65%，加，加0.7%CaCl2去除鉀

41、、鈉去除鉀、鈉的脫堿率可達(dá)的脫堿率可達(dá)70%。v一、固相反應(yīng)一、固相反應(yīng)v在在未生成液相未生成液相的低溫條件下的低溫條件下(500700)，燒結(jié)料中的一，燒結(jié)料中的一些組分就可能在固態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)，生成新的化合物。固些組分就可能在固態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)，生成新的化合物。固態(tài)反應(yīng)的機(jī)理是態(tài)反應(yīng)的機(jī)理是離子擴(kuò)散離子擴(kuò)散。燒結(jié)料中各種礦物顆粒緊密。燒結(jié)料中各種礦物顆粒緊密接觸，它們都具有接觸，它們都具有離子晶格構(gòu)造離子晶格構(gòu)造。在晶格中各結(jié)點(diǎn)上的。在晶格中各結(jié)點(diǎn)上的離子可以圍繞它們的平衡位置振動(dòng)。溫度升高，振動(dòng)加離子可以圍繞它們的平衡位置振動(dòng)。溫度升高，振動(dòng)加劇，當(dāng)溫度升高到使質(zhì)點(diǎn)獲得的能量劇，當(dāng)溫度升高到使

42、質(zhì)點(diǎn)獲得的能量(活化能活化能)足以克服其足以克服其周圍質(zhì)點(diǎn)對它的作用能時(shí)，便失去平衡而產(chǎn)生位移周圍質(zhì)點(diǎn)對它的作用能時(shí)，便失去平衡而產(chǎn)生位移(即即擴(kuò)擴(kuò)散散)。2.3 燒結(jié)礦固結(jié)成型機(jī)理燒結(jié)礦固結(jié)成型機(jī)理v固相反應(yīng)固相反應(yīng)開始進(jìn)行的溫度開始進(jìn)行的溫度(T固固)遠(yuǎn)低于遠(yuǎn)低于反應(yīng)物的熔點(diǎn)反應(yīng)物的熔點(diǎn)(T熔熔)其其關(guān)系為：關(guān)系為：v對于對于金屬金屬，T固固=(0.30.5)T熔熔v對于對于鹽類鹽類，T固固=0.75T熔熔v對于對于硅酸鹽硅酸鹽，T固固=(0.80.9)T熔熔v最具有意義的固相反應(yīng)是鐵礦粉本身含有的最具有意義的固相反應(yīng)是鐵礦粉本身含有的Fe3O4與與SiO2的的作用。它們接觸良好，反應(yīng)能有

43、一定程度的發(fā)展，其生成物作用。它們接觸良好，反應(yīng)能有一定程度的發(fā)展，其生成物2FeOSiO2是低熔點(diǎn)物質(zhì)，可是低熔點(diǎn)物質(zhì)，可促進(jìn)燒結(jié)反應(yīng)促進(jìn)燒結(jié)反應(yīng)過程。過程。v固相反應(yīng)在溫度較低的固相反應(yīng)在溫度較低的固體顆粒固體顆粒狀態(tài)下進(jìn)行，反應(yīng)狀態(tài)下進(jìn)行，反應(yīng)速度一般速度一般較慢較慢，而燒結(jié)過程又進(jìn)行得很快，所以固，而燒結(jié)過程又進(jìn)行得很快，所以固相反應(yīng)不可能得到充分發(fā)展。必須進(jìn)一步相反應(yīng)不可能得到充分發(fā)展。必須進(jìn)一步提高溫度提高溫度，發(fā)展足夠數(shù)量的發(fā)展足夠數(shù)量的液相液相，才能完成燒結(jié)過程。固相反，才能完成燒結(jié)過程。固相反應(yīng)生成的低熔點(diǎn)化合物已為形成液相打下了基礎(chǔ)。應(yīng)生成的低熔點(diǎn)化合物已為形成液相打下了基

44、礎(chǔ)。v固相反應(yīng)的固相反應(yīng)的最初產(chǎn)物最初產(chǎn)物，與反應(yīng)物的，與反應(yīng)物的混合比無關(guān)混合比無關(guān)，兩，兩種反應(yīng)物無論以何種比例混合，反應(yīng)的最初產(chǎn)物種反應(yīng)物無論以何種比例混合，反應(yīng)的最初產(chǎn)物總總是一種是一種。例如，以。例如，以1 1：1 1的比例混合的比例混合CaOCaO和和SiOSiO2 2，最，最初產(chǎn)物不是初產(chǎn)物不是CaOSiOCaOSiO2 2 ，而是，而是2CaOSiO2CaOSiO2 2，繼續(xù)在，繼續(xù)在2CaOSiO2CaOSiO2 2與與CaOCaO接觸處形成接觸處形成3CaOSiO3CaOSiO2 2，與，與SiOSiO2 2接觸處形成接觸處形成3CaO2SiO3CaO2SiO2 2 ，最后

45、才形成，最后才形成CaOSiOCaOSiO2 2。 v要想得到與反應(yīng)物重量比相當(dāng)?shù)淖罱K產(chǎn)物需要很長要想得到與反應(yīng)物重量比相當(dāng)?shù)淖罱K產(chǎn)物需要很長的時(shí)間。燒結(jié)過程中，由于加熱速度快的時(shí)間。燒結(jié)過程中，由于加熱速度快( (從從500500加加熱到熱到15001500不超過不超過3min)3min)，在高溫區(qū)停留時(shí)間短。通，在高溫區(qū)停留時(shí)間短。通常得不到與反應(yīng)物重量比相對應(yīng)的固相反應(yīng)產(chǎn)物，常得不到與反應(yīng)物重量比相對應(yīng)的固相反應(yīng)產(chǎn)物，所以，所以，對燒結(jié)過程具有實(shí)際意義的是固相反應(yīng)開始對燒結(jié)過程具有實(shí)際意義的是固相反應(yīng)開始的溫度和反應(yīng)的最初產(chǎn)物的溫度和反應(yīng)的最初產(chǎn)物。赤鐵礦非熔劑性燒結(jié)料固相中礦物形成過程

46、赤鐵礦非熔劑性燒結(jié)料固相中礦物形成過程赤鐵礦熔劑性燒結(jié)料固相中礦物形成過程赤鐵礦熔劑性燒結(jié)料固相中礦物形成過程 磁鐵礦非熔劑性燒結(jié)料中礦物形成過程磁鐵礦非熔劑性燒結(jié)料中礦物形成過程 磁鐵礦熔劑性燒結(jié)料固相中礦物形成過程磁鐵礦熔劑性燒結(jié)料固相中礦物形成過程二、液相粘結(jié)及基本液相體系二、液相粘結(jié)及基本液相體系v燒結(jié)礦的燒結(jié)礦的固結(jié)固結(jié)主要依靠主要依靠發(fā)展液相發(fā)展液相來完成。來完成。v燒結(jié)料中許多礦物具有燒結(jié)料中許多礦物具有很高的熔點(diǎn)很高的熔點(diǎn)，如磁鐵礦，如磁鐵礦(Fe3O4)為為1550，CaO為為2570，SiO2為為1713，都在燒結(jié)溫度，都在燒結(jié)溫度之上，怎么能使它們?nèi)刍鵁Y(jié)呢？一方面是上

47、述固相反之上，怎么能使它們?nèi)刍鵁Y(jié)呢？一方面是上述固相反應(yīng)形成的應(yīng)形成的低熔點(diǎn)化合物低熔點(diǎn)化合物足以在燒結(jié)溫度下生成液相；同時(shí)足以在燒結(jié)溫度下生成液相；同時(shí)隨著燃料層的移動(dòng)，溫度升高，各種互相接觸的礦物又形隨著燃料層的移動(dòng)，溫度升高，各種互相接觸的礦物又形成一系列的成一系列的易熔化合物易熔化合物，在燃燒溫度下形成新的液相。，在燃燒溫度下形成新的液相。v液滴液滴浸潤并溶解浸潤并溶解周圍的礦物顆粒而將它們周圍的礦物顆粒而將它們粘結(jié)粘結(jié)在一在一起；相鄰液滴可能聚合，冷卻時(shí)產(chǎn)生收縮；往下抽起；相鄰液滴可能聚合，冷卻時(shí)產(chǎn)生收縮；往下抽入的空氣和反應(yīng)的氣體產(chǎn)物可能穿透熔化物而流過，入的空氣和反應(yīng)的氣體產(chǎn)

48、物可能穿透熔化物而流過，冷卻后便形成多孔、堅(jiān)硬的冷卻后便形成多孔、堅(jiān)硬的燒結(jié)礦燒結(jié)礦?？梢姛Y(jié)過程?？梢姛Y(jié)過程中產(chǎn)生的中產(chǎn)生的液相及其數(shù)量液相及其數(shù)量對燒結(jié)礦的質(zhì)量和產(chǎn)量有決對燒結(jié)礦的質(zhì)量和產(chǎn)量有決定性的影響。定性的影響。v1.Fe-O液相體系液相體系v在在Fe=72.578%，O=1217.5%的范圍區(qū)間的范圍區(qū)間Fe3O4 與與FeO可形成低熔富氏體可形成低熔富氏體(mFe3O4 nFeO)。如由如由45%FeO與與55%Fe3O4組成的富氏體熔點(diǎn)只有組成的富氏體熔點(diǎn)只有1420。在燒結(jié)過程中，在燃料顆粒附近，依靠。在燒結(jié)過程中，在燃料顆粒附近，依靠FeO的出現(xiàn)并組成低熔富氏體，完全可以

49、的出現(xiàn)并組成低熔富氏體，完全可以熔為液熔為液相相。在不加熔劑，燒結(jié)高品位鐵精礦的條件下，。在不加熔劑，燒結(jié)高品位鐵精礦的條件下，富氏體是主要富氏體是主要粘結(jié)液相粘結(jié)液相，依靠它可以生產(chǎn)強(qiáng)度好，依靠它可以生產(chǎn)強(qiáng)度好的的普通普通(酸性酸性)燒結(jié)礦燒結(jié)礦。v2. FeO-SiO2液相體系液相體系v鐵礦粉中的鐵礦粉中的FeO和和SiO2接觸緊密，在燒結(jié)過程中接觸緊密，在燒結(jié)過程中易于化合成易于化合成2FeOSiO2(鐵橄欖石鐵橄欖石)，其熔點(diǎn)為，其熔點(diǎn)為1205。2 FeOSiO2還可同還可同SiO2或或FeO組成低熔組成低熔點(diǎn)點(diǎn)共晶混合物共晶混合物,其熔點(diǎn)為其熔點(diǎn)為1178或或1177；2 FeOS

50、iO2又可同又可同F(xiàn)e3O4組成熔點(diǎn)更低的組成熔點(diǎn)更低的混合體混合體(1142)。v3.CaO-SiO2液相體系液相體系v當(dāng)生產(chǎn)自熔性燒結(jié)礦時(shí)，同酸性燒結(jié)礦比較，由當(dāng)生產(chǎn)自熔性燒結(jié)礦時(shí)，同酸性燒結(jié)礦比較，由于外加相當(dāng)多的于外加相當(dāng)多的CaO，它與礦粉中的，它與礦粉中的SiO2作用，作用，在燒結(jié)過程中，生成兩種可熔的在燒結(jié)過程中，生成兩種可熔的硅酸鈣液相硅酸鈣液相，即：，即：v(1)硅灰石硅灰石CaOSiO2(CS)，熔點(diǎn)為，熔點(diǎn)為1544，它與，它與SiO2在在1486時(shí)形成最低共熔點(diǎn)。時(shí)形成最低共熔點(diǎn)。v(2)硅鈣石硅鈣石3CaO2SiO2(C3S2)，熔點(diǎn)為，熔點(diǎn)為1475。它與它與CaO

51、SiO2在在1455時(shí)形成最低共熔點(diǎn)。時(shí)形成最低共熔點(diǎn)。v硅酸鈣液相硅酸鈣液相體系在生產(chǎn)體系在生產(chǎn)自熔性燒結(jié)礦自熔性燒結(jié)礦時(shí)占重要地時(shí)占重要地位。但同其它體系比較起來，它的熔化溫度較高，位。但同其它體系比較起來，它的熔化溫度較高，它的混合物的最低共熔點(diǎn)也比較高，均在它的混合物的最低共熔點(diǎn)也比較高，均在14301430以上，所以以上，所以在燒結(jié)溫度條件下這個(gè)體系所產(chǎn)生的在燒結(jié)溫度條件下這個(gè)體系所產(chǎn)生的液相不會(huì)很多液相不會(huì)很多。 v4.CaO-FeO-SiO2液相體系液相體系v在生產(chǎn)自熔性燒結(jié)礦時(shí)，若在生產(chǎn)自熔性燒結(jié)礦時(shí)，若溫度高，還原性氣氛溫度高，還原性氣氛強(qiáng)強(qiáng)，則大量存在的，則大量存在的CaO

52、、FeO和和SiO2便可能結(jié)合便可能結(jié)合生成生成鈣鐵硅酸鹽低熔點(diǎn)化合物鈣鐵硅酸鹽低熔點(diǎn)化合物，如鈣鐵橄欖石，如鈣鐵橄欖石(CaO)x(FeO)2-xSiO2；(x=0.251)；鈣鐵輝石；鈣鐵輝石CaOFeO2SiO2；鐵黃長石；鐵黃長石2CaOFeO2SiO2。這些化合物能形成一系列的固溶體這些化合物能形成一系列的固溶體(區(qū)區(qū))，并在固，并在固相中產(chǎn)生復(fù)雜的化學(xué)變化和分解作用。相中產(chǎn)生復(fù)雜的化學(xué)變化和分解作用。v5.CaO-Fe2O3液相體系液相體系v在生產(chǎn)在生產(chǎn)熔劑性熔劑性燒結(jié)礦時(shí)，由于要求燒結(jié)礦時(shí)，由于要求堿度更高堿度更高，需加入大量，需加入大量CaO。CaO同礦粉中的同礦粉中的Fe2O

53、3在在500600即可進(jìn)行固相反應(yīng)即可進(jìn)行固相反應(yīng)生成生成鐵酸鈣鐵酸鈣CaOFe2O3。其熔點(diǎn)為。其熔點(diǎn)為1216?？梢钥吹竭@個(gè)體?？梢钥吹竭@個(gè)體系還有幾種化合物，如：系還有幾種化合物，如：2CaOFe2O3 1449，CaO2Fe2O3 1226， CaOFe2O3CaO2Fe2O3共晶共晶 1205。這個(gè)體系。這個(gè)體系化合物熔點(diǎn)比較低，特別是化合物熔點(diǎn)比較低，特別是CaOFe2O，不僅熔點(diǎn)低，而且生，不僅熔點(diǎn)低，而且生成速度快成速度快，對生產(chǎn)熔劑性燒結(jié)礦具有重要意義。，對生產(chǎn)熔劑性燒結(jié)礦具有重要意義。v以上五個(gè)液相體系均為產(chǎn)生不同類型燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相以上五個(gè)液相體系均為產(chǎn)生不同類型燒結(jié)礦

54、的主要粘結(jié)相成分，其中最重要的是成分，其中最重要的是FeO-SiOFeO-SiO2 2， CaO-FeO-SiOCaO-FeO-SiO2 2和和CaO-CaO-FeFe2 2O O3 3三個(gè)易熔相三個(gè)易熔相。凡高溫高碳，低氧勢燒結(jié)，有利形成。凡高溫高碳，低氧勢燒結(jié)，有利形成前者；凡低溫低碳，高氧勢燒結(jié)有利于后者的形成，前者；凡低溫低碳，高氧勢燒結(jié)有利于后者的形成，增加增加AlAl2 2O O3 3可以抑制硅酸鐵而促進(jìn)燒結(jié)礦質(zhì)量的提高可以抑制硅酸鐵而促進(jìn)燒結(jié)礦質(zhì)量的提高。v在燒結(jié)過程過程中，在燒結(jié)過程過程中，若液相太少，則粘結(jié)不夠，燒結(jié)礦強(qiáng)若液相太少，則粘結(jié)不夠，燒結(jié)礦強(qiáng)度不好，若液相過多，則產(chǎn)

55、生過熔，使燒結(jié)礦致密，氣孔度不好，若液相過多，則產(chǎn)生過熔，使燒結(jié)礦致密，氣孔率降低，還原性變差。率降低，還原性變差。因此無論靠何種液相粘結(jié)，數(shù)量都因此無論靠何種液相粘結(jié)，數(shù)量都應(yīng)適當(dāng)。應(yīng)適當(dāng)。三、冷卻固結(jié)三、冷卻固結(jié)v燃燒層移過后燃燒層移過后，燒結(jié)礦的冷卻過程隨即開始。隨著，燒結(jié)礦的冷卻過程隨即開始。隨著溫度溫度的的降低降低，液相粘結(jié)著周圍的礦物顆粒而，液相粘結(jié)著周圍的礦物顆粒而凝固凝固。各種低熔點(diǎn)化。各種低熔點(diǎn)化合物合物(液相液相)開始結(jié)晶。燒結(jié)礦的冷卻固結(jié)實(shí)際上是一個(gè)開始結(jié)晶。燒結(jié)礦的冷卻固結(jié)實(shí)際上是一個(gè)再再結(jié)晶結(jié)晶過程。首先是過程。首先是晶核的形成晶核的形成，凡是未熔化的礦物顆粒和，凡是

56、未熔化的礦物顆粒和隨空氣帶來的粉塵都可充當(dāng)晶核。晶粒圍繞晶核逐漸隨空氣帶來的粉塵都可充當(dāng)晶核。晶粒圍繞晶核逐漸長大長大。冷卻快冷卻快時(shí)，結(jié)晶發(fā)展不完整，多呈玻璃相，裂紋較多，強(qiáng)時(shí)，結(jié)晶發(fā)展不完整，多呈玻璃相，裂紋較多，強(qiáng)度較差；度較差；冷卻慢冷卻慢時(shí)，晶粒發(fā)展較完整，玻璃質(zhì)較少，強(qiáng)度時(shí)，晶粒發(fā)展較完整，玻璃質(zhì)較少，強(qiáng)度較好。上層燒結(jié)礦容易受空氣急冷，強(qiáng)度較差；下層燒結(jié)較好。上層燒結(jié)礦容易受空氣急冷，強(qiáng)度較差；下層燒結(jié)礦的強(qiáng)度則較好。礦的強(qiáng)度則較好。v還要看到，在液相冷凝結(jié)晶時(shí)，成千上萬的晶粒還要看到，在液相冷凝結(jié)晶時(shí)，成千上萬的晶粒同時(shí)生成，它們互相排擠，各種礦物的膨脹系數(shù)同時(shí)生成，它們互相排

57、擠，各種礦物的膨脹系數(shù)又不相同，因而在又不相同，因而在晶粒之間產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力晶粒之間產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，使燒結(jié)，使燒結(jié)礦內(nèi)部產(chǎn)生許多礦內(nèi)部產(chǎn)生許多微細(xì)裂紋微細(xì)裂紋，導(dǎo)致，導(dǎo)致強(qiáng)度降低強(qiáng)度降低。v在燒結(jié)礦在燒結(jié)礦冷卻固結(jié)中冷卻固結(jié)中，2CaOSiO2起到極壞的作用起到極壞的作用，它雖，它雖不能形成液相，但在冷卻過程中產(chǎn)生不能形成液相，但在冷卻過程中產(chǎn)生、四種晶四種晶型變化，其密度依次為型變化，其密度依次為3.07、3.31、3.28、2.97g/cm3。當(dāng)溫度下降到當(dāng)溫度下降到850時(shí)，時(shí)，-2CaOSiO2轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?2CaOSiO2，體積增大約，體積增大約12%。當(dāng)冷卻至。當(dāng)冷卻至675時(shí)，時(shí)，-2C

58、aOSiO2轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?2CaOSiO2，體積又增大，體積又增大10%，而且，而且是不可逆轉(zhuǎn)變。這種是不可逆轉(zhuǎn)變。這種相變產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力和體積膨脹相變產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力和體積膨脹，使得已固結(jié)成型的燒結(jié)礦發(fā)生粉碎，強(qiáng)度大減使得已固結(jié)成型的燒結(jié)礦發(fā)生粉碎，強(qiáng)度大減，因此燒結(jié)，因此燒結(jié)過程中要盡量過程中要盡量避免正硅酸鈣（避免正硅酸鈣（ 2CaOSiO2 ）的生成）的生成。同。同時(shí)要嚴(yán)格掌握冷卻溫度，有效控制其晶型轉(zhuǎn)變時(shí)要嚴(yán)格掌握冷卻溫度，有效控制其晶型轉(zhuǎn)變 。發(fā)展鐵酸鈣液相需要什么條件發(fā)展鐵酸鈣液相需要什么條件生產(chǎn)生產(chǎn)高堿度高堿度燒結(jié)礦，尤其是生產(chǎn)燒結(jié)礦，尤其是生產(chǎn)超高堿度超高堿度燒結(jié)礦，使燒結(jié)

59、礦的粘燒結(jié)礦，使燒結(jié)礦的粘結(jié)相主要由結(jié)相主要由鐵酸鈣鐵酸鈣組成?？墒篃Y(jié)礦的組成?？墒篃Y(jié)礦的強(qiáng)度強(qiáng)度和和還原性還原性同時(shí)得到同時(shí)得到提高。這是因?yàn)椋禾岣?。這是因?yàn)椋鸿F酸鈣鐵酸鈣(CF)(CF)自身自身的強(qiáng)度和還原性都很好的強(qiáng)度和還原性都很好; ;鐵酸鈣是固相反應(yīng)的最初產(chǎn)物，鐵酸鈣是固相反應(yīng)的最初產(chǎn)物，熔點(diǎn)低，生成速度快，熔點(diǎn)低，生成速度快，超過超過正正硅酸鈣的生成速度，能使燒結(jié)礦中的游離硅酸鈣的生成速度，能使燒結(jié)礦中的游離CaOCaO和正硅酸鈣減少，和正硅酸鈣減少，提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度; ;由于鐵酸鈣能在由于鐵酸鈣能在較低溫度下較低溫度下通過固相反應(yīng)生成，通過固相反應(yīng)生成，減少減

60、少FeFe2 2O O3 3和和FeFe3 3O O4 4的分解和還原，從而的分解和還原，從而抑制抑制鐵橄欖石的形成；鐵橄欖石的形成；改善改善燒結(jié)礦的燒結(jié)礦的還原性。還原性。所以，發(fā)展所以，發(fā)展鐵酸鈣液相鐵酸鈣液相，不需要高溫和多用不需要高溫和多用燃料燃料，就能獲得足夠數(shù)量的液相，以還原，就能獲得足夠數(shù)量的液相，以還原性良好的鐵酸鈣粘結(jié)相代替還原性不好的性良好的鐵酸鈣粘結(jié)相代替還原性不好的鐵橄欖石和鈣鐵橄欖石，大大改善燒結(jié)礦鐵橄欖石和鈣鐵橄欖石，大大改善燒結(jié)礦的強(qiáng)度和還原性。這就是的強(qiáng)度和還原性。這就是鐵酸鈣理論鐵酸鈣理論。生成生成鐵酸鈣粘結(jié)相鐵酸鈣粘結(jié)相的條件：的條件：高堿度：高堿度：雖然固