鋼鐵冶金課件

1、鋼鐵冶金課件第1頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三第四章 鐵礦粉燒結(jié)理論第2頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 鐵礦粉燒結(jié)過程：將細粒含鐵物料與熔劑、燃料按一定比例混合，再加水潤濕 、混勻、制粒成為燒結(jié)料，鋪于燒結(jié)機臺車上，通過點火、抽風，借助燃料燃燒產(chǎn)生的高溫和一系列物理化學變化，生成部分低熔點物質(zhì)，并軟化熔融產(chǎn)生一定數(shù)量的液相，將鐵礦物顆粒粘結(jié)起來，冷卻后即成為具有一定強度的多孔塊狀燒結(jié)礦。 燒結(jié)的目的： 1. 合理地利用礦石資源，滿足鋼鐵工業(yè)發(fā)展的需要； 2. 通過燒結(jié)可為高爐提供化學成分穩(wěn)定、粒度均勻、還原性好、冶金性能優(yōu)良的優(yōu)質(zhì)原料，為

2、高爐優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、長壽創(chuàng)造良好條件。 3. 燒結(jié)可有效地回收利用冶金、化工等生產(chǎn)的含鐵廢料，既充分利用了國家資源，又減輕了環(huán)境污染，還可降低生產(chǎn)成本。 第3頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 燒結(jié)礦帶：燒結(jié)礦的冷卻與再氧化過程； 靠近燃燒帶的燒結(jié)礦帶：熔體結(jié)晶； 干燥預(yù)熱帶、燃燒帶與靠近燃燒帶的燒結(jié)礦帶：固相反應(yīng)，氧化還原，原鐵的氧化物、碳酸鹽、硫化物的分解； 燃燒帶：燃料燃燒，液相熔體生成，高溫分解； 干燥預(yù)熱帶：揮發(fā)，分解，氧化還原，水分蒸發(fā)； 水分冷凝帶：水汽冷凝。4.1 燒結(jié)過程及主要變化 對燒結(jié)過程的臺車進行解剖，根據(jù)溫度的高低和其中的物理化學變化，自上而

3、下可以將正在燒結(jié)的料層分為燒結(jié)礦帶、燃燒帶、干燥預(yù)熱帶、過濕帶和原始料帶五個帶。圖41 燒結(jié)過程的解剖 1燒結(jié)盤；2爐篦；3廢氣出口； 4煤氣點火器；5鋪底料 第4頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三帶式燒結(jié)機抽風燒結(jié)過程的分層性燒結(jié)礦層燃燒層預(yù)熱層干燥層濕料層鋪底料層10001100 冷卻、再氧化冷卻、再結(jié)晶（塑性燒結(jié)礦）固體碳燃燒和液相形成固相反應(yīng)、氧化、還原、分解去水水分凝結(jié)溫度70080030040012060負壓10001600mmH2O最高溫度點在燃燒層中部，高溫持續(xù)時間11.5min 點火表面赤熱部分過濕層脆性燒結(jié)礦收縮強度好的燒結(jié)礦預(yù)強 干燥塑性結(jié)燒礦第5

4、頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 1.燒結(jié)礦帶。即成礦帶，主要反應(yīng)是液相凝結(jié)，礦物析晶，預(yù)熱空氣，此帶表層強度較差，其原因是： 1)燒結(jié)溫度低。 2)受空氣劇冷作用，表層礦物來不及析晶，玻璃質(zhì)較多，內(nèi)應(yīng)力很大，所以性脆，在燒結(jié)機卸礦端被擊碎而進入返礦。表層厚度一般為4050，只有在燒結(jié)機點火器采取保溫措施才能改善其表層強度。近年來由于燒結(jié)采用高料層作業(yè)，表層所占比例相對減少，它對燒結(jié)礦強度總體影響較少，為了節(jié)約煤氣，已不用保溫了。 2.燃燒帶。即燒結(jié)帶，該帶是燃料燃燒帶，溫度可達11001500。此處混合料軟化、熔融及液相形成。該層厚度為1550。此帶對燒結(jié)過程產(chǎn)量及

5、質(zhì)量影響很大。該帶過寬會影響料層透氣性，導(dǎo)致產(chǎn)量低；過窄燒結(jié)溫度低，液相量不足，燒結(jié)礦粘結(jié)不好，強度低。該層的寬窄受燃料粒度、抽風量的影響。 第6頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 3.預(yù)熱干燥帶。主要過程是干燥與預(yù)熱。該帶特點是熱交換迅速，由于熱交換劇烈，廢氣溫度很快從1500下降到6070。此帶主要反應(yīng)是水分蒸發(fā)，結(jié)晶水及石灰石分解，礦石的氧化還原以及固相反應(yīng)等，該帶寬度一般在2040。 4.水分冷凝帶。即過濕帶，因為上層高溫廢氣中帶入較多的水氣，進入下層冷料時水分析出而形成水分冷凝帶。該帶影響燒結(jié)透氣性，破壞已造好的混合料小球，解決的辦法是預(yù)熱混合料。 5.原始燒

6、結(jié)料帶：處于料層最下部。此層中的物理、化學性質(zhì)基本不變。第7頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.2 燒結(jié)料層燃料燃燒基本原理 燒結(jié)料層中固體燃料放出大量的熱產(chǎn)生高溫并造成一定的氣氛，為其它物理化學變化提供了必要條件。燒結(jié)過程中，混合料中固體燃料燃燒所提供的熱量占燒結(jié)總需熱量的90左右。4.2.1 固體燃料燃燒熱力學 燒結(jié)料中燃料所含的固體炭在溫度達700以上即著火燃燒，發(fā)生如下反應(yīng)： 2CO22CO CO2CO2 2COO22CO2 CO2C2CO第8頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.2.2 固體燃料燃燒動力學 在燒結(jié)過程中，固體燃料呈分散

7、狀分布在料層中，其燃燒規(guī)律性質(zhì)介于單體焦炭顆粒與焦粒層燃燒之間，固體碳的燃燒屬非均相反應(yīng)。反應(yīng)過程由五個環(huán)節(jié)組成。 （1）氧通過邊界層擴散到固體碳的表面； （2）氧在碳粒表面吸附； （3）吸附的氧與碳發(fā)生化學反應(yīng)； （4）反應(yīng)產(chǎn)物的解吸； （5）反應(yīng)產(chǎn)物由碳粒表面的邊界層向氣相中擴散。 為了建立碳粒燃燒速率方程，假設(shè)上述五個步驟中氧向碳粒表面的擴散和氧與碳的化學反應(yīng)兩步的速率最小，這樣整個反應(yīng)就被（1）、（3）兩個步驟控制。第9頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 a.氧氣向固體碳表面擴散遷移的速率： 式中： 氣流中氧的濃度； 碳粒表面氧的濃度； 界面層內(nèi)傳質(zhì)系數(shù)。 b.

8、相界面上的化學反應(yīng)速率： 式中： 化學反應(yīng)速率常數(shù)； n 反應(yīng)級數(shù)，設(shè)n = 1。 當擴散速率與化學反應(yīng)同步，即 = 時，整個反應(yīng)穩(wěn)定進行，則碳粒燃燒的總速度為：第10頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 在低溫下， ， ，此時，過程的總速度取決于化學反應(yīng)速度，稱燃燒處于“動力學燃燒區(qū)”。 在高溫下， ， ，此時，過程的總速度取決于氧的擴散速度，稱燃燒處于“擴散燃燒區(qū)”。 當燃燒處于動力燃燒區(qū)時，燃燒速度受溫度影響較大，隨溫度升高而增加，而不受氣流速度、壓力和固體燃料粒度的影響。當燃燒處于擴散燃燒區(qū)時，燃燒速度取決于氣體的擴散速度，而溫度的改變影響不大。 燒結(jié)過程在點火后

9、不到一分鐘，料層溫度升高到12001350，故其燃燒反應(yīng)基本上是在擴散區(qū)內(nèi)進行，因此，一切能夠增加擴散速度的因素，如減小燃料粒度、增加氣流速度（改善料層透氣性、增加風機風量）和氣流中的氧含量，都能提高燃燒反應(yīng)速度，強化燒結(jié)過程。 第11頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.2.3 燒結(jié)料層的廢氣組成及影響因素 燒結(jié)料層是典型的固定床，但與一般固定床燃料燃燒相比又有很大的不同。 (1)燒結(jié)料層中碳含量少、粒度細而且分散，按重量計燃料只占總料重的35%，按體積計不到總料體積的10； (2)燒結(jié)料層中的熱交換十分有利，固體碳顆粒燃燒迅速，且在一個厚度不大(一般為3040mm)

10、的高溫區(qū)內(nèi)進行。高溫廢氣降低很快，二次燃燒反應(yīng)不會有明顯的發(fā)展； (3)燒結(jié)料層中一般空氣過剩系數(shù)較高(常為1.41.5)，故廢氣中均含一定數(shù)量的氧。 一般來說，碳的燃燒在較低溫度和氧含量較高的條件下，以生成CO2為主；在較高溫度和氧含量較低的條件下，以生成CO為主。燒結(jié)廢氣中，碳的氧化物是以CO2為主，只含少量的CO。 第12頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三圖42 在燒結(jié)試驗過程測得廢氣中的氧氣、二氧化碳和一氧化碳的變化(試驗所用燃料量為7) 第13頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 通常用燃燒比(CO/CO+CO2)來衡量燒結(jié)過程中碳的化學

11、能利用程度，用廢氣成分來衡量燒結(jié)過程的氣氛。燃燒比大則碳的利用差，還原性氣氛較強，反之碳的利用好，氧化氣氛較強。還原性氣氛較強時，CO可以將Fe2O3還原為Fe3O4，因此，燒結(jié)混合料中配碳量越過，燒結(jié)礦亞鐵含量越高。 影響燃燒比的因素有： a.燃料粒度 (圖4-3) b.混合料中燃料含量 (圖4-4) c.燒結(jié)負壓 (圖4-5) d.料層高度 (圖4-6) e.返礦量 (圖4-7)圖4-3 廢氣燃燒比與燃料粒度的關(guān)系 第14頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三圖4-4 廢氣燃燒比與混合料中燃料量的關(guān)系 圖4-5 廢氣燃燒比與負壓間的關(guān)系 圖4-6 廢氣燃燒比與料層厚度的

12、關(guān)系 圖4-7 廢氣燃燒比與返礦量的關(guān)系 第15頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.2.4 固體燃料特性及用量對燒結(jié)過程的影響 4.2.4.1.固體燃料的粒度 燒結(jié)所用固體燃料的粒度，與混合料中各組分的特性有關(guān)。一般可由實驗決定。 粒度-0.5mm的燃料顆粒燃燒時，難以在自身周圍建立起成塊的燒結(jié)礦。 根據(jù)試驗資料，在燒結(jié)原料粒度為-8mm的鐵礦粉時，粒度為12mm的焦粉是最適宜的，這樣的粒度有能力在周圍建立1820mm燒結(jié)礦塊。 在燒結(jié)精礦時(-lmm，其中-0.074mm占30)，試驗表明焦粉粒度0.53mm最好；第16頁，共68頁，2022年，5月20日，23點1

13、7分，星期三 試驗和生產(chǎn)實踐證明，焦粉中-0.5和+3mm粒級的存在是不利的。 太細的焦粉在氣流作用下，會從上層吹到下層，從而損害了燒結(jié)礦的強度。 粒度過大時，燃料分布不均勻，這是因為同樣用量時，料層中碳的分布點少；另一方面，布料時粒度易于偏析集中在料層下部，燃料粗，燃燒帶變厚，料層透氣性變差，也會導(dǎo)致產(chǎn)質(zhì)量下降。圖48 燃料粒度對各項燒結(jié)指標的影響第17頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.2.4.2.固體燃料的種類 無煙煤與焦粉相比孔隙率小得多，因此同樣的重量時，在混合料中的體積就較小，降低了燒結(jié)料層的透氣性。同時無煙煤反應(yīng)性較差，因而導(dǎo)致垂直燒結(jié)速度下降。在同樣用

14、量和同樣粒度時，無煙煤的總顆粒數(shù)小于焦粉，在料層中無煙煤顆粒之間距離增大，也使燒結(jié)礦質(zhì)量惡化。 要保證燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量，使用無煙煤代替焦粉時，必須適當增加固體燃料的用量和適當降低其平均粒度，與此同時還應(yīng)設(shè)法改善料層透氣性。 若采用揮發(fā)分較高的煤(1040)，因為揮發(fā)物在150700溫度下的預(yù)熱帶就從煤中分解出來，不可能燃燒而進入廢氣，與廢氣一起進入抽風除塵系統(tǒng)，而在管道壁、排灰閥、除塵器，以及抽風機的內(nèi)壁和轉(zhuǎn)子的葉片上沉積下來，危及和妨害整個抽風系統(tǒng)的正常工作。 因此焦粉和無煙煤中的揮發(fā)分含量，不應(yīng)超過5。 第18頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三圖49 焦、煤對比(

15、韶鋼試驗)第19頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.2.4.3.固體燃料的用量 在燒結(jié)過程中，氧化物的再結(jié)晶，高價氧化物的還原和分解，低價氧化物的氧化物的氧化,液相生成數(shù)量，燒結(jié)礦的礦物組成及燒結(jié)礦的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)等，在很大程度上取決于燃料的用量，對不同種類的礦石，燒結(jié)最適宜的燃料用量亦不同； 燃料用量增加，燒結(jié)礦FeO的含量也增加，燒結(jié)礦的還原性下降（圖410）。 圖410 FeO對RI（JIS還原性）,RDI（JIS還原粉化）的影響第20頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 燃料用量對燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)的影響：含碳量少時，燒結(jié)礦微觀結(jié)構(gòu)發(fā)達，隨著含碳

16、量的增加，燒結(jié)礦逐漸發(fā)展成為薄壁結(jié)構(gòu)；而且沿料層高度也有變化，上部微孔多，而下部多為大孔薄壁結(jié)構(gòu)。 最適宜的燃料用量應(yīng)保證所獲得的燒結(jié)礦具有足夠的強度和良好的還原性。通常在磁鐵礦燒結(jié)過程中，由于Fe3O4氧化放熱，需求的燃料用量小些，赤鐵礦則缺乏氧化時的熱收入，故燃料用量要高些，對于菱鐵礦和褐鐵礦則因為碳酸鹽和氫氧化物的分解需要消耗熱量，一般則要求更高的燃料用量。對于具體的礦石原料最適宜的燃料用量需由試驗確定。第21頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三圖411 焦粉用量影響（韶鋼試驗，低硅燒結(jié)）第22頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.2.4.4

17、.燃料分加 燃料分加能減小制?；旌狭现械慕狗酆?，有利于混合料制粒小球的形成與長大，減少焦粉被混合料包裹，提高焦粉的燃燒效率，從而改善燒結(jié)混合料的透氣性和燒結(jié)過程透氣性，改善燒結(jié)料層的氣體動力學特征，提高燒結(jié)速度。圖412 燃料分加(韶鋼試驗)第23頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.2.5 燒結(jié)層的溫度分布 4.2.5.1 料層溫度的變化 （1）當熱風達到某一料層時，假定料層為室溫的含水料層，這時，料溫逐漸上升至露點溫度，水分蒸發(fā)，溫度不變； （2）水分蒸發(fā)完后，料溫繼續(xù)上升，由于燒結(jié)料的熱容量較小，溫度上升很快，到700左右，燃料著火，料溫迅速升高。 （3）由于料

18、溫與熱風溫度差的減少，渣化反應(yīng)、熔化的吸熱，溫度上升速度降低，料溫緩慢升高達到最高溫度。 （4）燃燒結(jié)束，料層溫度開始降低，冷卻之初，溫差較大，降溫較快，隨著溫差的減小，降溫速度慢慢降低。第24頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.2.5.2 沿料層高度的溫度分布 燒結(jié)料層中溫度分布的特點為： （1）由低溫到高溫，然后又從高溫迅速下降到低溫的典型溫度分布曲線，在燃燒帶有最高點； （2）燃燒帶下部的熱交換是在一個很窄的干燥、預(yù)熱帶完成的，它的高度一般小于50mm； （3）燃燒帶下移時，最高溫度升高，高溫保持時間延長。圖413 沿料層高度的溫度分布a剛點火畢；b點火終了后1

19、2分鐘；c開始燒結(jié)后8l0分鐘；d燒結(jié)終了前；1燃燒帶；2 預(yù)熱、干燥帶；3水分冷凝帶；4鋪底料；5燒結(jié)礦帶 第25頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三圖414 實驗室燒結(jié)過程廢氣溫度的變化 第26頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.2.5.3 影響料層溫度的因素 1.燃料用量對料層溫度分布規(guī)律的影響 “料層自動蓄熱”，是由于上層物料對下層物料的加熱(傳導(dǎo)、輻射)和上層物料對通過下層物料的氣流預(yù)熱，使下層物料獲得更多的熱量，越是接近料層底部，料層積蓄的熱量越多，料層的最高溫度越高。 圖415 燃料用量對各料層最高溫度的影響 圖416 沿料層高度自

20、上而下蓄熱量的增加 第27頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三2.物料粒度對料層最高溫度的影響 圖417 燒結(jié)料粒度對料層各水平面最高溫度的影響燒結(jié)料粒度：曲線1，2，3分別為58，35，0.841.68mm圖418 燃料粒度對料層中最高溫度的影響燃料粒度：曲線101mm；曲線236mm第28頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.2.6 燒結(jié)過程傳熱規(guī)律及應(yīng)用 垂直燒結(jié)速度：般指燃燒帶中溫度最高點移動速度。 燃燒速度：單位時間內(nèi)碳與氧反應(yīng)所消耗碳的重量。 傳熱速度：指氣固相間的熱交換速度。 前沿速度：各帶的推進速度，Ew沃依斯(Voice)定名為前

21、沿速度。 燃燒速度與傳熱速度的關(guān)系： 在燒結(jié)過程中，當傳熱速度相對慢于燃燒速度時，料層上部的大量熱量不能完全用於下部燃料的燃燒，也不能有效地傳給下部的混合料，因此高溫帶溫度降低。這時高溫區(qū)的移動速度決定於傳熱速度。 當傳熱速度相對地快于燃燒速度時，高溫帶的最高溫度也不夠高，高溫帶的移動速度則決定于燃燒速度。 因此，在燒結(jié)過程中要求這兩種速度能夠很好配合，即能“同步”進行”。第29頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 主要影響因素： （1）燃料用量與燃料粒度：用量少，粒度細，燃燒性好，燃燒速度快。 （2）料層氣流速度的影響。 傳熱速度與氣流速度的0.81.0次方成正比； 燃

22、燒速度與氣流速度的0.5次方成正比。 當通過料層的氣流速度增加到極限時，就可能出現(xiàn)燃燒速度落后于傳熱速度的現(xiàn)象，即火焰前沿的移動速度落后于熱波前沿移動速度的現(xiàn)象。 燒結(jié)過程不僅要求燃燒速度和傳熱速度同步，而且燒結(jié)料層各帶的推進速度也要求協(xié)調(diào)一致，同步前進。如果某一反應(yīng)層的推進受到阻礙，燒結(jié)過程就可能遭到破壞。第30頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三傳熱前沿速度受下列因素影響： 氣體速度較大，傳熱前沿速度較大； 氣體密度較大，傳熱前沿速度較大； 氣體比熱較大，傳熱前沿速度較大； 固體料堆密度大、比熱容較大，則傳熱前沿速度較??； 固體料層水分較多、碳酸鹽較多、料層孔隙率較小

23、，則傳熱前沿速度較小。燃燒前沿速度主要受下列因素所制約： 空氣中含氧量越大，燃燒前沿速度越大； 固體燃料的可燃性越好、粒度越小，燃燒前沿速度越大； 固體燃料用量與燃燒前沿速度間的關(guān)系有極大值； 增加風量會使燃燒前沿速度加快。第31頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 在一般情況下傳熱前沿速度和燃燒前沿速度在數(shù)量上是不相同的。在配碳正常或稍高的情況下，碳的燃燒速度決定了燒結(jié)過程的總速度?！叭紵把亍钡囊苿铀俣韧浜笥凇皞鳠崆把亍钡囊苿铀俣龋@種燒結(jié)制度由于氧供應(yīng)不足，即使焦粒已經(jīng)加熱到燃點也不會燃燒。應(yīng)采用富氧加速燃燒，或用壓力燒結(jié)促使燃燒前沿速度加快，從而使整個燒結(jié)過程

24、加快。倘若配碳較低，剩余氧很大，在此情況下加熱到燃點的焦粉劇烈燃燒，燃燒前沿移動速度大。因此燒結(jié)過程的總速度決定于傳熱前沿速度。例如燒結(jié)含硫礦石時，傳熱前沿移動速度慢于燃燒前沿速度，因此可提高氣體熱容量，改善透氣性，增加氣流速度，從而加速燒結(jié)過程。 使用焦粉或無煙煤作燃料，并且使用空氣進行燒結(jié)生產(chǎn)時，料層中的傳熱和燃燒前沿速度大體上是協(xié)調(diào)的。但對不同的原料和操作條件還需要作具體的研究.并通過調(diào)整，使兩種速度盡可能同步，從而得到最優(yōu)操作參數(shù)。第32頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.3 水分在燒結(jié)過程中的作用與行為4.3.1 燒結(jié)料中的水分的來源 a.物料原始含水; b

25、.制粒添加的水; c.空氣中帶入的水; d.褐鐵礦等的化合水; e.燃料中氫燃燒時生成的水。4.3.2 水分在燒結(jié)過程中的作用 （1）制粒作用 燒結(jié)混合料加入適當?shù)乃?，由于水在混合料粒子間產(chǎn)生毛細力，在混合料的滾動過程中互相接觸而靠緊，制成小球粒，以改善料層的透氣性。第33頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 （2）導(dǎo)熱作用 由于燒結(jié)料中有水分存在，改善了燒結(jié)料的導(dǎo)熱性(水的導(dǎo)熱系數(shù)為130400kJ/h，而礦石的導(dǎo)熱系數(shù)為0.60kJ/h)，料層中的熱交換條件十分良好，這就有利于使燃燒帶限制在較窄的范圍內(nèi)，減少了燒結(jié)過程中料層的阻力，同時保證了在燃料消耗較少的情況下獲

26、得必要的高溫。 （3）潤滑作用 水分子覆蓋在礦粉顆粒表面，起類似潤滑劑的作用，降低表面粗糙度，減少氣流阻力。 （4）助燃作用 固體燃料在完全干燥的混合料中燃燒緩慢，因為根據(jù)CO和C的鏈式燃燒機理，要求火焰中有一定含量的H和OH，所以混合料中適當加濕，在一切情況下都是必要的。（水煤氣反應(yīng)：CH2O=H2+CO） 第34頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.3.3 水分的蒸發(fā)與冷凝 4.3.3.1 水分的蒸發(fā) 水分在燒結(jié)過程中的蒸發(fā)可以分為以下幾個階段： (1)預(yù)熱階段 當熱氣體與濕料接觸時，在一段很短時間內(nèi)，蒸發(fā)過程進行得較為緩慢，物料含水量沒有多大變化，但物料溫度卻有了

27、明顯的升高，在這段期間內(nèi)，熱量主要消耗于預(yù)熱混合料，直至傳給物料的熱量與用于汽化的熱量之間達到平衡為止，這段時期通常稱為“預(yù)熱階段”。 (2)等速干燥階段 物料達到蒸發(fā)平衡的溫度時，物料中的水分直線規(guī)律發(fā)生變化，水分以等速進行蒸發(fā)，這段時期通常稱為“等速干燥階段”，其特征在于物料表面上的蒸汽壓可以認為等于純液面上的蒸汽壓，而與物料的濕度無關(guān)。這個階段持續(xù)到物料達到所謂“臨界濕度”為止。第35頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 (3)降速干燥階段 在達到臨界濕度以后就進入“降速干燥階段”，干燥速度逐漸變小，而物料逐漸被加熱，氣體與物料溫度差較小。當達到所謂“平衡濕度”時，

28、即氣體中蒸汽分壓與物料表面水的飽和蒸汽壓達到平衡時，干燥速度等于零。圖419 在穩(wěn)定條件下干燥特性曲線 圖420 在穩(wěn)定條件下混合料含水率和溫度的變化 第36頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 4.3.3.2 水汽的冷凝 1.水汽的冷凝與過濕帶的形成 從干燥帶帶下來的廢氣，其中含有較多的水汽，由于廢氣溫度進一步降低，致使其水蒸氣分壓(Pc)大于物料表面上的飽和蒸汽壓(Ps)；廢氣中的水汽再次返回到物料中，即在物料表面冷凝下來，導(dǎo)致燒結(jié)料層中部分物料超過原始水分，而形成所謂“過濕帶”。 濕空氣中的水汽開始在料面冷凝的溫度稱為“露點”，即水汽分壓（Pc）的濕空氣在露點溫度下

29、達到飽和狀態(tài)(Ps)。燒結(jié)廢氣的露點約為60左右。第37頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三2.燒結(jié)過程中冷凝現(xiàn)象的試驗測定 圖421 燒結(jié)廢氣曲線 圖422 料層中最初2min溫度變化曲線 第38頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 3.防止燒結(jié)料層過濕的主要措施 （1）提高燒結(jié)混合料的原始溫度； 預(yù)熱混合料的方法有： a.熱返礦預(yù)熱混合料; b.蒸汽預(yù)熱混合料; c.生石灰預(yù)熱混合料 （2）提高燒結(jié)混合料的濕容量； （3）降低廢氣中的含水量。第39頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.4 固體物料的分解 固體物料的分解反應(yīng)

30、，可以以下式表示：AB固=A固+B氣 其分解的難易程度，用反應(yīng)的分解壓表示，分解壓越高，則固體物料越容易分解。分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，因此，溫度越高，固體物料的分解壓越高，固體物料越容易分解。 當固體物料的分解壓等于環(huán)境中對應(yīng)氣體的分壓時，固體物料開始分解，其對應(yīng)溫度稱為“開始分解溫度”； 當固體物料的分解壓等于環(huán)境中對應(yīng)氣體的總壓時，固體物料開始劇烈分解，其對應(yīng)溫度稱為“沸騰分解溫度”。第40頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三表41 結(jié)晶水開始分解的溫度及分解后的固體產(chǎn)物原 始 相分解產(chǎn)物開始分解溫度原 始 相分解產(chǎn)物開始分解溫度水赤鐵礦2Fe2O3H2O赤鐵礦Fe2O3

31、 150-200 高嶺土A12O32SiO22H2O偏高嶺土Al2O32SiO22H2O 400-500褐鐵礦2Fe2O33H2O(H2O在-FeOOH的固溶體) 針鐵礦 Fe2O3H2O(-FeOOH) 120140 拜 來 石(Fe，A1)2O33SiO22H2O 550-575針鐵礦 Fe2O3H2O(-FeOOH)赤鐵礦Fe2O3 190328 皂 土( Mg，Ca)O2.A12O34SiO2nH2O 5080 50針鐵礦 Fe2O3H2O(-FeOOH)磁性赤鐵礦-Fe2O3 260328 石 膏CaSO42H2O半水硫酸鈣CaSO40.5H2O 120水錳礦 MnO2Mn(OH)2

32、 (MnO.OH)褐錳礦Mn3O3 300360半水硫酸鈣CaSO40.5H2O硬石膏 CaSO4 170水鋁礦 A1(OH)3單水鋁礦A1O(OH) 390340 臭 蔥 石 FeAsO43H2O 100250單水鋁礦 -AlO(OH)剛玉(立方) A12O3 490550 鱗綠泥石8FeO4(AI，F(xiàn)e)zO36SiO29H2O 410硬水鋁礦 -A1O(OH)剛玉(三斜) -A12O3 450500 緬綠泥石 15(Fe，Mg)O 5Al2O316H2O 3904.4.1 結(jié)晶水的分解 第41頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.4.2 碳酸鹽的分解 碳酸鹽分解反

33、應(yīng)的通式可寫為：MeCO3 MeO CO2 不同碳酸鹽的穩(wěn)定性順序為：ZnCO3MnCO3PbCO3FeCO3MgCO3CaCO3BaCO3Na2CO3； 當在大氣中焙燒碳酸鹽時，燒結(jié)中常見碳酸鹽的開始分解溫度和沸騰分解溫度如下： CaCO3：開始分解溫度為530，沸騰分解溫度910； MgCO3：開始分解溫度為320，沸騰分解溫度680； FeCO3：開始分解溫度為230，沸騰分解溫度400。 因此，這些礦物在燒結(jié)料層內(nèi)部都不難分解，一般在燒結(jié)預(yù)熱帶即可完成，石灰石的分解，主要在燃燒帶進行。第42頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 在燒結(jié)過程中CaCO3分解為CaO后

34、，必須與SiO2、Fe2O3等進行化合反應(yīng)，稱為CaO的礦化。如果燒結(jié)礦中有游離的CaO存在，則遇水消化，體積增大一倍，燒結(jié)礦會因內(nèi)應(yīng)力而粉碎。 氧化鈣的礦化度用下式表示：KH=( CaO總- CaO游- CaO殘)/ CaO總100%式中: CaO總混合料或燒結(jié)礦中以不同形式存在的CaO總含量，%; CaO游燒結(jié)礦中游離CaO含量，%； CaO殘燒結(jié)礦中以CaCO3形式殘存的CaO總含量，%； KHCaO的礦化度，%。 降低石灰石粒度、提高燒結(jié)溫度或降低燒結(jié)礦堿度均可提高CaO的礦化度。 第43頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.4.3 氧化物的分解 氧化物如MO2

35、的分解可表示為：MO2(s)=M(s)+O2 1.氧化物分解的熱力學 金屬氧化物能否分解和分解的難易程度，取決于它們的分解壓與環(huán)境中氧的分解壓的關(guān)系。 當某一溫度下氧化物的分解壓PO2大于環(huán)境中的分解壓PO2時該氧化物就發(fā)生分解；反之，若該氧化物的分解壓PO2小于環(huán)境中氧的分解壓PO2時，則被環(huán)境中的氧所氧化。 氧化物的分解壓隨溫度升高而升高。但絕大多數(shù)金屬氧化物的分解壓在一般冶煉溫度(14001700)下都是比較小的，遠小于大氣的氧分壓，所以僅用熱分解的方法是難以得到金屬的。 同一金屬中高價氧化物的分解壓高，低價氧化物的分解壓低。第44頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期

36、三圖423 氧化物的分解壓與溫度的關(guān)系 第45頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 2.鐵氧化物的分解特性 鐵有幾種氧化物，它們的分解是逐級進行的，但是，F(xiàn)eO僅在570以上才能在熱力學上穩(wěn)定存在，570以下要轉(zhuǎn)變成Fe3O4，所以氧化鐵的分解以570為界，在570以上，分為三步進行：6Fe2O34Fe3O4+O22Fe3O46FeO+O22FeO2Fe+O2在570以下分二步進行：6Fe2O34Fe3O4+O21/2Fe3O43/2Fe+O2 圖4-24 氧化鐵分解壓與溫度的關(guān)系 類似的，錳氧化合物的逐級分解過程為： MnO2Mn2O3Mn3O4MnOMn 第46頁，共

37、68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.5 鐵氧化物的還原與氧化 4.5.1 鐵氧化物的還原 在燒結(jié)過程中，鐵氧化物可能為CO所還原，鐵的還原反應(yīng)是逐級進行的： 570時 Fe2O3Fe3O4FeOFe 570時 Fe2O3Fe3O4Fe 其還原反應(yīng)為： Fe2O3的還原 用CO還原Fe2O3的反應(yīng)為： 3Fe2O3+CO2Fe3O4+CO2 Fe3O4的還原 Fe3O4還原在高溫與低溫有不同的反應(yīng)。 當溫度高于570時，反應(yīng)為：Fe3O4+CO3FeO+CO2 當溫度低于570時，反應(yīng)為：1/4Fe3O4+CO3/4Fe+CO2 FeO的還原反應(yīng)為：FeO+COFe+CO2第

38、47頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三圖425 CO還原鐵氧化物的平衡氣相組成與溫度的關(guān)系 第48頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.5.2 鐵氧化物的氧化 氧化度:礦石或燒結(jié)礦中與鐵結(jié)合的實際氧量與假定全部鐵(TFe)為三價鐵時結(jié)合的氧量之比。其計算式為：1w(FeFeO)/3w(TFe) 100 式中： 燒結(jié)礦的氧化度，； w(FeFeO)燒結(jié)礦中以FeO形態(tài)存在的鐵量，； w(TFe)燒結(jié)礦中的全部鐵量， ； 影響燒結(jié)礦氧化度的主要因素： （1）燃料用量； （2）燒結(jié)礦堿度； （3）燃料及礦粉粒度。 第49頁，共68頁，2022年，5月2

39、0日，23點17分，星期三4.6 有害雜質(zhì)的去除4.6.1 燒結(jié)過程脫硫 1.硫的存在形態(tài) 鐵礦石中的硫化物和硫酸鹽，及焦粉中的單質(zhì)硫。 2.燒結(jié)過程脫硫原理 硫化物：氧化、分解； 硫酸鹽：分解； 單質(zhì)硫：氧化。 3.影響燒結(jié)脫硫的因素 （1）礦粉粒度及性質(zhì)； （2）燒結(jié)礦堿度和添加物的性質(zhì)； （3）燃料用量和性質(zhì)； （4）返礦的數(shù)量。第50頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.7 燒結(jié)料層中的氣流運動4.7.1 燒結(jié)抽風量與燒結(jié)生產(chǎn)率的關(guān)系 燒結(jié)生產(chǎn)率：q60Fk 式中：q燒結(jié)機的生產(chǎn)率，t/（臺時）； k燒結(jié)礦的成品率，； 燒結(jié)礦的堆密度，t/m3; 垂直燒結(jié)速度，

40、/min; F燒結(jié)機的有效抽風面積，。 在抽風能力一定的情況下，改善燒結(jié)料層的透氣性，能提高燒結(jié)生產(chǎn)率。第51頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.7.2 料層透氣性及其影響因素 透氣性：指固體散料層允許氣體通過的難易程度，即料層對氣體通過的阻力的大小。表示方法有兩種： (1)在一定的壓差(真空度)條件下，透氣性用單位時間內(nèi)通過單位面積和一定料層高度的氣體量來表示，即：GQ/(tF) 式中：G透氣性，m3/m2min； Q氣體流量，m3； t時間，min； F抽風面積，m2。 顯然，當抽風面積和料層高度一定時，單位時間內(nèi)通過料層的空氣量愈大，則表明料層對氣體通過的阻力小

41、，燒結(jié)料層的透氣性愈好。 第52頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 (2)在一定料層高度，且抽風量不變的情況下，料層透氣性可以用氣體通過料層時壓頭損失p表示。壓頭損失愈高，則料層透氣性愈差，反之亦然。透氣性指數(shù)（Voice）： 式中：P料層的透氣性指數(shù)； Q通過料層的風量，m3/min； F抽風面積，m2； h料層高度，m； p負壓，Pa。 料層的透氣性指數(shù)是指在單位壓力梯度下單位面積上通過的氣體流量，因而它是表示料層透氣性的一種指標，其計量單位采用米制單位時叫JPU。透氣性越好，即JPU指數(shù)高，氣流越容易通過料層。 公式中的值，由于流動狀態(tài)不同，其值是變化的。對于燒結(jié)

42、工藝一般取n0.6。 第53頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 改善燒結(jié)料層透氣性的途徑： （1）加強燒結(jié)原料準備 加強燒結(jié)原料準備的目的在于改進混合料粒度和粒度組成，可通過向混合料中配加富礦粉或添加適量的、具有一定粒度組成的返礦。 （2）強化制粒 a.控制混合制粒水分； b.添加粘結(jié)劑或添加劑； c.完善制粒工藝及設(shè)備參數(shù)。 （3）強化燒結(jié)操作 a.提高抽風機的能力，減少燒結(jié)機漏風率; b.預(yù)熱燒結(jié)混合料，控制燃燒帶的厚度。 第54頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.8 燒結(jié)過程的成礦機理 4.8.1 固相反應(yīng) 固相反應(yīng)是指物料在沒有熔化之前

43、，兩種固體在它們的接觸界面上發(fā)生的化學反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物也是固體。 固相反應(yīng)特點： （1）開始進行固相反應(yīng)的溫度遠低于反應(yīng)物的熔點或它們的低共熔點； （2）固相反應(yīng)只能是放熱的化學反應(yīng)； （3）兩種物質(zhì)間反應(yīng)的最初產(chǎn)物，只能是一種結(jié)晶構(gòu)造最簡單的化合物； （4）固相反應(yīng)速度取決于溫度：其速度隨著溫度的提高而加速； （5）固相反應(yīng)速度與反應(yīng)物顆粒大小成反比； （6）固相反應(yīng)速度較慢，只局限于顆粒間的接觸面發(fā)生位移，其傳遞過程的速度小于溶液內(nèi)化學反應(yīng)速度。第55頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 固相反應(yīng)在燒結(jié)過程中的作用 在燒結(jié)過程中固體燃料產(chǎn)生的廢氣加熱了燒結(jié)料，為固相反應(yīng)

44、創(chuàng)造了有利條件。在燒結(jié)料部分或全部熔化以前，料中每一顆粒相互位置是不變的，因此，每個顆粒僅僅與它直接接觸的顆粒發(fā)生反應(yīng)。 圖426 燒結(jié)混合料中各組分相互作用示意圖第56頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.8.2 液相的形成表42 燒結(jié)料形成的易熔化合物及共熔混合物 系 統(tǒng) 液相特性 熔化溫度SiO2FeO2FeOSiO21205SiO2FeO2 FeOSiO2 SiO2共晶混合物1178SiO2FeO2 FeOSiO2FeO共晶混合物1177Fe3O42FeOSiO22 FeOSiO2Fe3O4共晶混合物1142MnOSiO22MnOSiO2 異分熔化點1323Mn

45、OMn2O3SiO2MnOMn2O32 FeOSiO2共晶混合物13032 FeOSiO22CaOSiO2鈣鐵橄欖石CaOxFeO2xSiO2 x0.191150CaOFe2O3CaOFe2O3液相2 CaOFe2O3(異分熔化點)1126CaOFe2O3CaOFe2O3CaO2 Fe2O3共晶混合物12002 CaOSiO2FeO2 CaOSiO2FeO共晶混合物1280FeOFe2O3CaO(18% CaO+82% FeO)2 CaOFe2O3固熔體共晶混合物1140Fe3O4Fe2O3CaOFe2O3Fe3O4CaOFe2O3；Fe3O42CaOFe2O31180Fe2O3CaOSiO2

46、2 CaOSiO2CaOFe2O3CaO2 Fe2O3 (共晶混合物)1192第57頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 由于燒結(jié)原料粒度較粗，微觀結(jié)構(gòu)不均勻，而且反應(yīng)時間短，從500加熱到1500通常不大于3min。因此，反應(yīng)體系為不均勻體系，液相反應(yīng)達不到平衡狀態(tài)，液相形成過程如下： (1)初生液相：在固相反應(yīng)所生成的原先不存在的新生的低熔點化合物處，隨著溫度升高而首先出現(xiàn)初期液相。 (2)低熔點化合物加速形成：這是由于溫度升高和初期液相的促進作用，在熔化時部分分解成簡單化合物，部分熔化成液相。 (3)液相擴展：使燒結(jié)料中高熔點礦物熔點降低，大顆粒礦粉周邊被熔融，形成

47、低共熔混合物液相。 (4)液相反應(yīng)：液相中的成分在高溫下進行置換、氧化還原反應(yīng)，液相產(chǎn)生氣泡，推動碳粒到氣流中燃燒。 (5)液相同化：通過液相的粘性和塑性流動傳熱，使燒結(jié)過程溫度和成分均勻化，趨近于相圖上穩(wěn)定的成分位置。 第58頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三 液相形成在燒結(jié)過程中的作用： (1)液相是燒結(jié)礦的粘結(jié)相，將未熔的固體顆粒粘結(jié)成塊，保證燒結(jié)礦具有一定的強度； (2)液相具有一定的流動性，可進行粘性或塑性流動傳熱，使高溫熔融帶的溫度和成分均勻，液相反應(yīng)后的燒結(jié)礦化學成分均勻化； (3)液相保證固體燃料完全燃燒，大部分固體燃料是在液相形成后燃燒完畢的，液相的數(shù)

48、量和粘度應(yīng)能保證燃料不斷地顯露到氧位較高的氣流孔道附近，在較短時間內(nèi)燃燒完畢； (4)液相能潤濕未熔的礦粒表面，產(chǎn)生一定的表面張力將礦粒拉緊，使其冷凝后具有強度； (5)從液相中形成并析出燒結(jié)料中所沒有的新生礦物，這種新生礦物有利于改善燒結(jié)礦的強度和還原性。 液相生成量多少為佳的定量結(jié)論，有待進一步研究，一般應(yīng)有5070%的固體顆粒不熔，以保證高溫帶的透氣性。而且要求液相粘度低和具有良好的潤濕性。 第59頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.8.3 液相的冷凝與結(jié)晶 燒結(jié)料中的液相，在抽風過程中冷凝，從液相中先后析出晶質(zhì)和非晶質(zhì)，最后使物料固結(jié)，而形成燒結(jié)礦。 1.結(jié)晶

49、過程 高熔點的鐵氧化物(Fe3O4、Fe2O3)在冷卻時首先析出；其次，它們周圍是低熔點化合物和共晶混合物析出，質(zhì)點從液態(tài)的無序排列過渡到固態(tài)的有序排列，體系自由能降低到趨于穩(wěn)定狀態(tài)。由于冷卻速度快，結(jié)晶能力差的礦物就以非晶質(zhì)(亦稱玻璃相)存在。 2.冷凝過程 在結(jié)晶過程的同時，液相逐漸消失，形成疏松多孔、略有塑性的燒結(jié)礦層，由于抽風使燒結(jié)礦以不同的冷卻速度(或冷卻強度)降溫，一般上層120130min，下層為4050min，差別甚大，不僅有物理化學反應(yīng)，而且還有內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。 第60頁，共68頁，2022年，5月20日，23點17分，星期三4.9 燒結(jié)礦的礦物組成、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)對其質(zhì)量的影響 4.9.1 燒結(jié)礦中礦物組成和結(jié)構(gòu)及其性質(zhì) 1.燒結(jié)礦的礦物組成 燒結(jié)礦是一種多種礦物組成