1、第二章第二章 铁矿烧结铁矿烧结v富矿粉和贫矿富选后得到的精矿粉都不能直接入炉富矿粉和贫矿富选后得到的精矿粉都不能直接入炉冶炼，必须将其重新造块，冶炼，必须将其重新造块，烧结是最重要最基本的烧结是最重要最基本的造块方法之一造块方法之一。2.1.1烧结的意义烧结的意义2.1 烧结铁矿料烧结铁矿料v通过烧结得到的烧结矿具有许多通过烧结得到的烧结矿具有许多优于优于天然富矿的冶炼性能，天然富矿的冶炼性能，如高温强度高，还原性好，含有一定的如高温强度高，还原性好，含有一定的CaOCaO、MgOMgO，具有足，具有足够的碱度，而且已事先造渣，高炉可不加或少加石灰石。通够的碱度，而且已事先造渣，高炉可不加或少
2、加石灰石。通过烧结可过烧结可除去除去矿石中的矿石中的S S、ZnZn、PbPb、AsAs、K K、NaNa等等有害杂质有害杂质，减少其对高炉的危害。高炉使用冶炼性能优越的烧结矿后，减少其对高炉的危害。高炉使用冶炼性能优越的烧结矿后，基本上基本上解除解除了天然矿冶炼中常出现的了天然矿冶炼中常出现的结瘤故障结瘤故障；同时极大地；同时极大地改善了高炉冶炼效果。烧结中可广泛利用各种含铁粉尘和废改善了高炉冶炼效果。烧结中可广泛利用各种含铁粉尘和废料，扩大了矿石资源，又改善了环境。因此自上世纪料，扩大了矿石资源，又改善了环境。因此自上世纪5050年代年代以来，烧结生产获得了迅速发展。以来，烧结生产获得了迅
3、速发展。v烧结矿质量对高炉冶炼效果具有重大影响。改善其质量是烧结矿质量对高炉冶炼效果具有重大影响。改善其质量是“精料精料”的主要内容之一。的主要内容之一。v对烧结矿质量的要求是：对烧结矿质量的要求是：品位高，强度好，成分稳定，还原品位高，强度好，成分稳定，还原性好，粒度均匀，粉末少，碱度适宜，有害杂质少性好，粒度均匀，粉末少，碱度适宜，有害杂质少。v一般要求与天然矿同，仅讨论几个特殊问题一般要求与天然矿同，仅讨论几个特殊问题2.1.2 烧结矿质量评价烧结矿质量评价v1.强度和粒度强度和粒度v烧结矿烧结矿强度好，粒度均匀强度好，粒度均匀，可减少转运过程中和炉内产生，可减少转运过程中和炉内产生的粉
4、末，改善高炉料柱透气性，保证炉况顺行，从而导致的粉末，改善高炉料柱透气性，保证炉况顺行，从而导致焦比降低，产量提高焦比降低，产量提高。烧结矿强度提高意味着烧结机产量。烧结矿强度提高意味着烧结机产量(成品率成品率)增加，同时大大减少了粉尘，改善烧结和炼铁厂增加，同时大大减少了粉尘，改善烧结和炼铁厂的环境，改善设备工作条件，延长设备寿命。一个年产的环境，改善设备工作条件，延长设备寿命。一个年产500万吨生铁的炼铁厂，若烧结矿强度差，粉末多，使炉万吨生铁的炼铁厂，若烧结矿强度差，粉末多，使炉尘吹出量增加尘吹出量增加50kg/t铁，则一年光吹损的烧结矿就达铁，则一年光吹损的烧结矿就达25万万吨吨，相当
5、于浪费了，相当于浪费了50万吨万吨/年年的采选能力，再计上炉况不的采选能力，再计上炉况不顺带来的损失，那就更大了。相当于损失一个中型炼铁厂。顺带来的损失，那就更大了。相当于损失一个中型炼铁厂。足见提高烧结矿强度特别是高温还原强度之重要。足见提高烧结矿强度特别是高温还原强度之重要。v国内外多采用国内外多采用标准转鼓标准转鼓的鉴定方法来确定烧结矿强度。取粒度的鉴定方法来确定烧结矿强度。取粒度2525150mm150mm的烧结矿试样的烧结矿试样20kg20kg，置于直径，置于直径1.0m1.0m，宽，宽0.65m0.65m的转鼓中的转鼓中(鼓内鼓内焊有高焊有高100mm100mm，厚，厚10mm10
6、mm，互成，互成120120布置的钢板三块布置的钢板三块)。转鼓以。转鼓以25r/min25r/min的转速旋转的转速旋转4 4分钟。然后用分钟。然后用5mm5mm的方孔筛往复摆动的方孔筛往复摆动1010次进行次进行筛分，取其中大于筛分，取其中大于5mm5mm的重量百分比作为烧结矿的转鼓指数。的重量百分比作为烧结矿的转鼓指数。v式中式中AA试样中小于试样中小于5mm5mm部分的重量，部分的重量，kgkg。显然。显然转鼓指数愈大，烧转鼓指数愈大，烧结矿强度愈好结矿强度愈好。一般要求烧结矿的转鼓指数大于。一般要求烧结矿的转鼓指数大于75%75%。v2.还原性还原性v烧结矿烧结矿还原性好还原性好，有
7、利于强化冶炼并相应减少还原剂消耗，有利于强化冶炼并相应减少还原剂消耗，从而从而降低焦比降低焦比。还原性的测定和表示方法亦未标准化。生。还原性的测定和表示方法亦未标准化。生产中习惯用烧结矿中的产中习惯用烧结矿中的FeO含量含量表示还原性。一般认为表示还原性。一般认为FeO升高升高，表明烧结矿中难还原的硅酸铁，表明烧结矿中难还原的硅酸铁2FeOSiO2(还有还有钙铁橄榄石钙铁橄榄石)多，烧结矿过熔而使结构致密，气孔率低，多，烧结矿过熔而使结构致密，气孔率低，故故还原性差还原性差。反之，若。反之，若FeO降低降低，则，则还原性好还原性好。一般要求。一般要求FeO应低于应低于10%。国外有低于。国外有
8、低于5%的。鞍钢新烧结厂烧结的。鞍钢新烧结厂烧结矿标准规定矿标准规定FeO含量含量8.51.5为合格品。为合格品。v3.碱度碱度v烧结矿碱度一般用烧结矿碱度一般用CaO/SiO2表示。按照碱度的不同，烧表示。按照碱度的不同，烧结矿可分为三类：结矿可分为三类：v凡烧结矿碱度凡烧结矿碱度(如如0.9)低于低于炉渣碱度的称为炉渣碱度的称为酸性酸性(或普通或普通)烧结矿烧结矿。高炉使用这种烧结矿，尚须加入相当数量的石灰。高炉使用这种烧结矿，尚须加入相当数量的石灰石才能达到预定炉渣碱度要求，通常高炉渣的碱度石才能达到预定炉渣碱度要求，通常高炉渣的碱度(CaO/SiO2)在在1.0左右。左右。v凡烧结矿碱
9、度凡烧结矿碱度(1.01.4)等于或接近等于或接近炉渣碱度的称为炉渣碱度的称为自熔性自熔性烧结矿烧结矿。高炉使用自熔性烧结矿一般可不加或少加石灰石。高炉使用自熔性烧结矿一般可不加或少加石灰石。v烧结矿碱度烧结矿碱度(1.4)明显高于明显高于炉渣碱度的称为炉渣碱度的称为熔剂性烧结矿熔剂性烧结矿或高碱度或高碱度(2.03.0)、超高碱度、超高碱度(3.04.0)烧结矿烧结矿。高炉使用。高炉使用这种烧结矿无须加石灰石。由于它含这种烧结矿无须加石灰石。由于它含CaO高，可起熔剂作高，可起熔剂作用，因此往往要与酸性矿配合冶炼，以达到合适的炉渣碱用，因此往往要与酸性矿配合冶炼，以达到合适的炉渣碱度。度。v
10、为了改善炉渣的流动性和稳定性，烧结矿中常含有一定量为了改善炉渣的流动性和稳定性，烧结矿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含量达到含量达到78%或或更高，促进高炉顺行。在此情况下，烧结矿和炉渣的碱度更高，促进高炉顺行。在此情况下，烧结矿和炉渣的碱度应按应按(CaO+MgO)/SiO2来考虑。来考虑。v目前世界各国目前世界各国90%以上的烧结矿由以上的烧结矿由抽风带式烧结机抽风带式烧结机生产，生产，其工艺流程如图其工艺流程如图2-1所示。其他烧结方法有所示。其他烧结方法有回转窑烧结回转窑烧结，悬浮烧结悬浮烧结，抽风或鼓风盘式烧结抽风或鼓风盘式烧结和和土法烧结土
11、法烧结等。各法生产等。各法生产工艺和设备尽管有所不同，但烧结基本原理基本相同。下工艺和设备尽管有所不同，但烧结基本原理基本相同。下面着重以带式抽风烧结法来论述。面着重以带式抽风烧结法来论述。2.2 烧结反应过程烧结反应过程v抽风烧结过程是将抽风烧结过程是将铁矿粉、熔剂和燃料铁矿粉、熔剂和燃料经适当处理，按一定经适当处理，按一定比例比例加水混合加水混合，铺在烧结机上，然后从上部点火，下部抽风，铺在烧结机上，然后从上部点火，下部抽风，自上而下进行烧结，得到烧结矿。取一台车剖面分析，抽风自上而下进行烧结，得到烧结矿。取一台车剖面分析，抽风烧结过程大致可分为五层烧结过程大致可分为五层(图图2-2)，即
12、，即烧结矿层、燃烧层、预烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层和过湿层热层、干燥层和过湿层。v这五层并不是截然分开的。点火烧结开始，这五层并不是截然分开的。点火烧结开始，各层依次各层依次出现，出现，一定时间后，各层又依次消失，而最终剩下烧结矿层。一定时间后，各层又依次消失，而最终剩下烧结矿层。一、抽风烧结过程一、抽风烧结过程v(1)烧结矿层烧结矿层v从表面开始随着烧结过程的进行从表面开始随着烧结过程的进行逐渐增厚逐渐增厚。抽入的空气通过。抽入的空气通过烧结矿层被预热供给燃烧，而烧结矿层则被冷却和氧化。在烧结矿层被预热供给燃烧，而烧结矿层则被冷却和氧化。在同燃烧层接近处，进行液相的同燃烧层接近处，进行
13、液相的冷却结晶冷却结晶(10001100)，使，使烧结物烧结物固结形成固结形成多孔的烧结矿。多孔的烧结矿。v(2)燃烧层燃烧层v燃料被预热空气燃烧，产生燃料被预热空气燃烧，产生13001500的高温，的高温，使使烧结料烧结料局部局部熔化、造渣熔化、造渣并进行还原、氧化，石并进行还原、氧化，石灰石及硫化物的灰石及硫化物的分解反应分解反应。从燃料着火开始到燃。从燃料着火开始到燃烧完毕，需要一定时间。故燃烧层有一定厚度，烧完毕，需要一定时间。故燃烧层有一定厚度，约约1550mm。燃烧层沿着高度下移的速度称为。燃烧层沿着高度下移的速度称为垂直烧结速度垂直烧结速度，一般为，一般为1040mm/min。这
14、一速这一速度决定着烧结机的生产率度决定着烧结机的生产率。v(3)预热层预热层v已干燥的烧结料被燃烧层的高温气体迅速加热到燃已干燥的烧结料被燃烧层的高温气体迅速加热到燃料的料的着火点着火点(一般为一般为700左右，但在烧结层中实际左右，但在烧结层中实际为为10501150)，并进行氧化、还原、分解和固相，并进行氧化、还原、分解和固相反应，出现少量反应，出现少量液相液相。v(4)干燥层干燥层v同预热层交界处温度约同预热层交界处温度约120150，烧结料中的，烧结料中的游离水游离水在此大量蒸发，使料在此大量蒸发，使料干燥干燥。同时料中热稳。同时料中热稳定性差的一些球形颗粒可能破裂，使料层透气性定性差
15、的一些球形颗粒可能破裂，使料层透气性变坏。变坏。v(5)过湿层过湿层v即即原始的烧结混合料层原始的烧结混合料层。由于干燥层来的废气中。由于干燥层来的废气中含有大量的水蒸气，当其被湿料层冷却到露点温含有大量的水蒸气，当其被湿料层冷却到露点温度以下时，水气便重新凝结，使料的湿分超过原度以下时，水气便重新凝结，使料的湿分超过原始水分，造成过湿现象，使料层透气性恶化。始水分，造成过湿现象，使料层透气性恶化。为为避免过湿，应确保湿料层温度在露点以上。避免过湿，应确保湿料层温度在露点以上。v可见烧结过程是许多物理和化学变化过程的综合。其中有可见烧结过程是许多物理和化学变化过程的综合。其中有燃烧和传热；燃烧
16、和传热；蒸发和冷凝；蒸发和冷凝；氧化和还原；氧化和还原；分解和吸附；分解和吸附；熔化和结晶；熔化和结晶；矿矿(渣渣)化和气体动力学等。化和气体动力学等。v在某一层中可能同时进行几种反应，而一种反应又可能在几层中进行。在某一层中可能同时进行几种反应，而一种反应又可能在几层中进行。下面对各过程分别进行研究和讨论。下面对各过程分别进行研究和讨论。v任何粉料在空气中总含有一定水分，烧结料也不例外。除任何粉料在空气中总含有一定水分，烧结料也不例外。除了各种原料本身带来和吸收大气水分外，在混合时为了各种原料本身带来和吸收大气水分外，在混合时为使矿使矿粉成球，提高料层透气性粉成球，提高料层透气性，常外加一定
17、量的水，使混合料，常外加一定量的水，使混合料中含水达中含水达78%。这种水叫。这种水叫游离水或吸附水游离水或吸附水。100即可即可大量蒸发除去。如用褐铁矿烧结，则还含有较多结晶水大量蒸发除去。如用褐铁矿烧结，则还含有较多结晶水(化合水化合水)。需要在。需要在200300才开始分解放出，若含有粘才开始分解放出，若含有粘土质高岭土矿物土质高岭土矿物(Al2O32SiO2H2O)则需要在则需要在400600才能分解，甚至才能分解，甚至9001000才能去尽。才能去尽。二、烧结料中水分的蒸发、分解和凝结二、烧结料中水分的蒸发、分解和凝结 v为加速结晶水分解必须严格控制粉料的为加速结晶水分解必须严格控制
18、粉料的粒度粒度。因为。因为结晶水结晶水的高温的高温分解分解要要吸收热量吸收热量，同时，同时消耗碳素消耗碳素，这不论在烧结过，这不论在烧结过程或是高炉冶炼中都要引起燃耗增加，因而不利。其反应程或是高炉冶炼中都要引起燃耗增加，因而不利。其反应为：为：v5001000v2H2O+C=CO2+2 H2H=99600J/mol v1000以上时以上时vH2O+C=CO+H2 H=133100J/molv烧结料中的烧结料中的碳酸盐碳酸盐有有CaCO3、MgCO3，如果用菱铁矿和，如果用菱铁矿和菱锰矿烧结，则还有菱锰矿烧结，则还有FeCO3和和MnCO3。生产熔剂性或高。生产熔剂性或高碱度烧结矿时，需加入大
19、量的碱度烧结矿时，需加入大量的CaCO3和一定的和一定的MgCO3。CaCO3的分解温度较其他碳酸盐高。其分解反应为的分解温度较其他碳酸盐高。其分解反应为:三、碳酸盐分解及矿化作用三、碳酸盐分解及矿化作用v其其分解速度分解速度同温度、粒度、外界气流速度和气相中同温度、粒度、外界气流速度和气相中COCO2 2浓浓度等相关，度等相关，温度升高，粒度减小，气流速度加快，气相温度升高，粒度减小，气流速度加快，气相中中COCO2 2浓度降低，则分解加速浓度降低，则分解加速。在烧结过程中，上述分解。在烧结过程中，上述分解温度是完全可以满足的。石灰石的粒度一般小于温度是完全可以满足的。石灰石的粒度一般小于3
20、mm3mm。这一方面有利于其迅速分解，更重要的是有利于矿化作这一方面有利于其迅速分解，更重要的是有利于矿化作用，即用，即CaOCaO同其他氧化物反应形成新的矿物的作用。同其他氧化物反应形成新的矿物的作用。v烧结料中固体烧结料中固体碳的燃烧碳的燃烧为形成粘结所必须的液相和进行为形成粘结所必须的液相和进行各种反应提供了必要的条件各种反应提供了必要的条件(温度、气氛温度、气氛)。烧结过程所需。烧结过程所需要的热量的要的热量的8090%为燃料燃烧供给。然而燃料在烧结混为燃料燃烧供给。然而燃料在烧结混合料中所占比例很小，按合料中所占比例很小，按重量重量计仅计仅35%，按，按体积体积计约计约10%。在碳量
21、少，分布稀疏的条件下，要使燃料迅速而。在碳量少，分布稀疏的条件下，要使燃料迅速而充分地燃烧，必须供给充分地燃烧，必须供给过量的空气过量的空气，空气过剩系数达，空气过剩系数达1.41.5或更高。或更高。四、燃料燃烧和传热四、燃料燃烧和传热v由于燃料分布不均，在燃料少，透气性好，空气充足处，进行完全由于燃料分布不均，在燃料少，透气性好，空气充足处，进行完全燃烧形成燃烧形成氧化区氧化区。C焦焦+O2=CO2v在燃料多，透气性差，空气不足处，进行不完全燃烧形成在燃料多，透气性差，空气不足处，进行不完全燃烧形成还原区还原区。C焦焦+1/2O2=COv所以，在所以，在燃烧层燃烧层的燃烧产物中，同时有的燃烧
22、产物中，同时有CO2和和CO，还有过剩的，还有过剩的O2和和不发生反应的不发生反应的N2。在燃烧层中，主要是。在燃烧层中，主要是氧化区氧化区，也有部分的还原区。，也有部分的还原区。v增加燃料用量，减小燃烧速度，可增强还原剂气氛。减少燃料用量，增加燃料用量，减小燃烧速度，可增强还原剂气氛。减少燃料用量，改善料层透气性，增加气流速度和含氧量，可提高燃烧速度，提高改善料层透气性，增加气流速度和含氧量，可提高燃烧速度，提高烧结过程的氧势。烧结过程的氧势。v燃料燃烧燃料燃烧虽然是烧结过程的主要热源，但仅靠它并不能虽然是烧结过程的主要热源，但仅靠它并不能把燃烧层温度提高到把燃烧层温度提高到13001500
23、13001500的水平。相当部分的热的水平。相当部分的热量是靠上部灼热的燃烧矿层将抽入的空气预热到足够高量是靠上部灼热的燃烧矿层将抽入的空气预热到足够高的温度来供给燃烧层燃料燃烧的。灼热的烧结矿层相当的温度来供给燃烧层燃料燃烧的。灼热的烧结矿层相当于一个于一个“蓄热室蓄热室”。这一作用称为烧结过程中的。这一作用称为烧结过程中的自动蓄自动蓄热作用热作用。热平衡分析指出，这种自动蓄热作用带来的热。热平衡分析指出，这种自动蓄热作用带来的热量约占供热总量的量约占供热总量的40%40%。v随着烧结过程的进行，随着烧结过程的进行，燃烧层向下移动燃烧层向下移动，烧结矿层，烧结矿层增厚增厚，自动蓄热作用愈显著
24、，愈到下层燃烧温度愈高。这就出自动蓄热作用愈显著，愈到下层燃烧温度愈高。这就出现上层温度不足现上层温度不足(一般为一般为11501150左右左右)，液相不多，强度较，液相不多，强度较低，返矿较多；而下部温度过高，液相多，过熔，强度低，返矿较多；而下部温度过高，液相多，过熔，强度虽高而还原性差，即虽高而还原性差，即上下烧结矿质量不均的现象上下烧结矿质量不均的现象。为改。为改善这种状况，提出了具有不同配碳量的善这种状况，提出了具有不同配碳量的双层或多层双层或多层烧结烧结的方法。即的方法。即上层含碳量应高于平均含碳量上层含碳量应高于平均含碳量，而下层应低而下层应低于平均含碳量，以保证上下层温度均匀于
25、平均含碳量，以保证上下层温度均匀，质量一致。而，质量一致。而且节省燃料。苏联采用分层烧结某矿粉，下部含碳量低且节省燃料。苏联采用分层烧结某矿粉，下部含碳量低1.2%1.2%，节省燃料，节省燃料10%10%，联邦德国某厂使用双层烧结，节省，联邦德国某厂使用双层烧结，节省燃料燃料15%15%，日本用此法节省燃料，日本用此法节省燃料10%10%。v随着烧结料层的增厚随着烧结料层的增厚，自动蓄热量增加，有利于降低燃，自动蓄热量增加，有利于降低燃料消耗，但随着料层厚度增加，蓄热量的增加逐渐减少，料消耗，但随着料层厚度增加，蓄热量的增加逐渐减少，所以燃耗降低幅度也减小。当烧结矿层形成一个稳定的所以燃耗降低
26、幅度也减小。当烧结矿层形成一个稳定的蓄热层后，则蓄热量将不再增加，燃耗也不再降低。因蓄热层后，则蓄热量将不再增加，燃耗也不再降低。因此，从热量利用角度看，此，从热量利用角度看，厚料层烧结是有利的，但不是厚料层烧结是有利的，但不是愈厚愈好，在一定的条件下，存在着一个界限料层高度。愈厚愈好，在一定的条件下，存在着一个界限料层高度。同时料层高度的进一步增加还受到透气性的限制。同时料层高度的进一步增加还受到透气性的限制。v高温区高温区(燃烧层燃烧层)的的温度，下移速度和厚度温度，下移速度和厚度也对烧结过程有也对烧结过程有重大影响。高温区厚度增加可保证高温烧结反应有充分重大影响。高温区厚度增加可保证高温
27、烧结反应有充分时间进行，提高质量，但过厚则增加气流阻力。时间进行，提高质量，但过厚则增加气流阻力。v1.铁氧化物的分解还原和氧化铁氧化物的分解还原和氧化v烧结过程烧结过程宏观上是氧化性气氛宏观上是氧化性气氛，但在燃烧颗粒表，但在燃烧颗粒表面附近或燃料集中处，面附近或燃料集中处，CO浓度极高，故也有局浓度极高，故也有局部还原性气氛。即部还原性气氛。即微观来看，在料层中既有氧化微观来看，在料层中既有氧化区也有还原区区也有还原区，因此对铁矿物同时存在着氧化、，因此对铁矿物同时存在着氧化、还原、分解等反应。还原、分解等反应。五、氧化、还原反应及有害杂质的去除五、氧化、还原反应及有害杂质的去除 v在有在
28、有COCO存在的区域，只要存在的区域，只要300300左右，左右，FeFe2 2O O3 3就很就很易被易被还原还原：3Fe 3Fe2 2O O3 3+CO=2Fe+CO=2Fe3 3O O4 4+CO+CO2 2 此反应所需的此反应所需的COCO平衡浓度很低。所以一般烧结矿平衡浓度很低。所以一般烧结矿中自由中自由FeFe2 2O O3 3很少。在有固相反应生成很少。在有固相反应生成CaOFeCaOFe3 3O O4 4的条件下，的条件下，FeFe2 2O O3 3较难还原，烧结矿中较难还原，烧结矿中FeOFeO较低。较低。v磁铁矿磁铁矿(Fe(Fe3 3O O4 4)分解压很小，较难分解。但
29、在有分解压很小，较难分解。但在有SiOSiO2 2存在时，存在时，FeFe3 3O O4 4的分解压接近的分解压接近FeFe2 2O O3 3分解压，分解压，故在故在1300135013001350以上亦可进行热分解：以上亦可进行热分解：2Fe 2Fe3 3O O4 4+3SiO+3SiO2 2=3(2FeOSiO=3(2FeOSiO2 2)+O)+O2 2在在900900以上，以上，FeFe3 3O O4 4可被可被COCO还原，还原，Fe Fe3 3O O4 4+CO=3FeO+CO+CO=3FeO+CO2 2 vSiOSiO2 2存在时存在时，促进促进了这一还原，了这一还原，v2Fe2F
30、e3 3O O4 4+3SiO+3SiO2 2+2CO=3(2FeOSiO+2CO=3(2FeOSiO2 2)+2CO)+2CO2 2 vCaOCaO存在时存在时，不利于，不利于2FeOSiO2FeOSiO2 2的生成，故的生成，故不利不利于反应进行于反应进行。因此，烧结矿。因此，烧结矿碱度提高碱度提高后，后，FeOFeO会会有所降低。有所降低。vMnOMnO2 2和和MnMn2 2O O3 3比比FeFe2 2O O3 3具有更大的分解压力，在具有更大的分解压力，在较低温度下即可进行分解。较低温度下即可进行分解。vFeOFeO分解压力很小，分解压力很小，927927时为时为6.46.410-
31、18Mpa10-18Mpa，在，在一般烧结条件下，一般烧结条件下，FeOFeO很难被很难被COCO还原为还原为FeFe。因为因为在在700700时，反应时，反应FeO+CO=Fe+COFeO+CO=Fe+CO2 2的的气相平衡中气相平衡中COCO2 2/CO=0.666/CO=0.666，温度升高，此值下降，温度升高，此值下降，所需所需COCO浓度较高浓度较高。在。在配碳量很高配碳量很高和和烧结温度很高烧结温度很高情况下，情况下，上述反应可进行，从而获得一定数量的金属铁。上述反应可进行，从而获得一定数量的金属铁。v在燃烧层中距碳粒较远的区域，氧化性气氛较强。可以在燃烧层中距碳粒较远的区域，氧化
32、性气氛较强。可以使使FeFe3 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在空气通过灼热的在空气通过灼热的烧结矿层烧结矿层时，也进行氧化反应，烧结时，也进行氧化反应，烧结矿气孔壁表面有氧化层就是证明。正因为如此，烧结过矿气孔壁表面有氧化层就是证明。正因为如此，烧结过程中还原得到的少量金属铁，很容易被抽入的空气氧化。程中还原得到的少量金属铁，很容易被抽入的空气氧化。因此烧结矿中金属铁量甚微，一般在因此烧结矿中金属铁量甚微，一
33、般在0.5%0.5%以下。以下。v2.有害杂质的去除有害杂质的去除v烧结过程可以部分去除矿石中烧结过程可以部分去除矿石中硫、铅、锌、砷、硫、铅、锌、砷、氟、钾、钠氟、钾、钠等对高炉有害的物质，以改善烧结矿等对高炉有害的物质，以改善烧结矿的质量和高炉冶炼过程。这是铁矿烧结的一个的质量和高炉冶炼过程。这是铁矿烧结的一个突突出优点出优点。v(1)烧结去硫。烧结可以去除烧结去硫。烧结可以去除大部分大部分的硫。以硫化的硫。以硫化物形态存在的硫可以去除物形态存在的硫可以去除90%以上，而硫酸盐的以上，而硫酸盐的去硫率也可达去硫率也可达8085%。高炉要求入炉天然矿石。高炉要求入炉天然矿石(一极品一极品)含
34、含S0.06%。国家颁布标准规定入炉一。国家颁布标准规定入炉一级烧结矿含级烧结矿含S0.08%。烧结是处理高硫铁矿的一。烧结是处理高硫铁矿的一个个有效途径有效途径。v铁矿石中的硫常以铁矿石中的硫常以硫化物硫化物形态形态(FeS2)和和硫酸盐硫酸盐(CaSO4、BaSO4等等)的形式存在。的形式存在。在低于在低于1350时，以生成时，以生成Fe2O3为主，为主，在高于在高于1350时，主要生成时，主要生成Fe3O4。v硫酸盐的分解压很小，硫酸盐的分解压很小，开始分解的温度相当高开始分解的温度相当高，如如CaSO4大于大于975，BaSO4高于高于1185。因此。因此硫酸盐硫酸盐去硫比硫化物困难。
35、但当有去硫比硫化物困难。但当有Fe2O3和和SiO2存在时，可改善其去硫热力学条件。存在时，可改善其去硫热力学条件。vCaSO4+Fe2O3=CaOFe2O3+SO2+1/2O2 H=485J/molvBaSO4+SiO2=BaOSiO2+SO2+1/2O2 H=459J/mol v硫化物的去硫反应为硫化物的去硫反应为放热反应放热反应，而硫酸盐的去硫反应则为，而硫酸盐的去硫反应则为吸热反应吸热反应。因此，提高烧结温度对因此，提高烧结温度对硫酸盐矿石硫酸盐矿石去硫有利。而在烧结去硫有利。而在烧结硫化物矿石硫化物矿石时，为稳定烧结温度，促进脱硫，应相应降低燃耗。大致时，为稳定烧结温度，促进脱硫，应
36、相应降低燃耗。大致1kg1kg硫相当硫相当于于0.50.6kg0.50.6kg焦粉。焦粉。v硫化物硫化物烧结去硫主要是烧结去硫主要是氧化反应氧化反应。高温、氧化性气氛有利于去硫。高温、氧化性气氛有利于去硫。两者都与两者都与燃料量燃料量直接有关。燃料量不足时，烧结温度低，氧化反应直接有关。燃料量不足时，烧结温度低，氧化反应速度慢。但燃料过多，温度过高，易产生过熔速度慢。但燃料过多，温度过高，易产生过熔(FeO(FeO与与FeSFeS易形成低熔易形成低熔物物)和表面渣化，阻碍了和表面渣化，阻碍了O O2 2向硫化物表面的扩散吸附和向硫化物表面的扩散吸附和SOSO2 2的扩散脱附的扩散脱附过程，反使
37、脱硫率降低，同时燃料量过多，料层中还原气氛浓，亦过程，反使脱硫率降低，同时燃料量过多，料层中还原气氛浓，亦影响去硫。影响去硫。凡能够提高烧结过程氧势的措施均有利于去硫凡能够提高烧结过程氧势的措施均有利于去硫。v矿粉粒度大矿粉粒度大，扩散阻力增加，不利于去硫；但若，扩散阻力增加，不利于去硫；但若粒度过粒度过细细，料层透气性不好，容易引起烧结过程不均，产生烧，料层透气性不好，容易引起烧结过程不均，产生烧不透的生料，降低去硫率。最佳去硫率的适宜矿粉粒度不透的生料，降低去硫率。最佳去硫率的适宜矿粉粒度为为06mm06mm。v烧结料中石灰物质硫酸化的结果使去硫平均降低烧结料中石灰物质硫酸化的结果使去硫平
38、均降低57%57%。事实上熔剂性烧结矿中以事实上熔剂性烧结矿中以CaSCaS形态存在的硫较多。表明形态存在的硫较多。表明CaOCaO的吸硫作用降低了烧结过程的去硫效率。因此，的吸硫作用降低了烧结过程的去硫效率。因此，使用使用高硫铁矿烧结，不宜生产高碱度烧结矿高硫铁矿烧结，不宜生产高碱度烧结矿。v(2)烧结烧结去砷去砷率一般可达率一般可达50%以上。若加入少量以上。若加入少量CaCl2可使去砷率达可使去砷率达6070%，烧结去，烧结去氟率氟率一般只有一般只有1015%，有时可达，有时可达40%，若在烧结，若在烧结料层中通入水气可使其生成料层中通入水气可使其生成HF，大大提高去氟率。，大大提高去氟
39、率。v硫、砷、氟、以其有毒气体硫、砷、氟、以其有毒气体SO2、As2O3、HF等随废气排除，严重等随废气排除，严重污染空气，危害生物和人体健康。因此国家有严格的工业卫生标准：污染空气，危害生物和人体健康。因此国家有严格的工业卫生标准：如规定烟气中如规定烟气中SO2 0.05%，大气中日平均浓度不超过，大气中日平均浓度不超过0.15mg/m3；烟气中含砷不大于烟气中含砷不大于0.3mg/m3；排至大气中的氟，最高允许含量一次；排至大气中的氟，最高允许含量一次不超过不超过0.03mmg/m3，日平均不超过，日平均不超过0.01mg/m3。故一般烧结厂都建。故一般烧结厂都建有高大的烟囱，以便将有害气
40、体实行高空排放。为根本解决问题，有高大的烟囱，以便将有害气体实行高空排放。为根本解决问题，在排入烟囱之前，最好先进行化学处理和回收。在排入烟囱之前，最好先进行化学处理和回收。v(3)对一些含有对一些含有碱碱金属金属钾、钠和铅、锌钾、钠和铅、锌的矿石，可的矿石，可在烧结料中加入在烧结料中加入CaCl2，使其在烧结过程中相应，使其在烧结过程中相应生成易挥发的氯化物而去除和回收。如加入生成易挥发的氯化物而去除和回收。如加入23%CaCl2，可除，可除去铅去铅90%，去锌去锌65%，加，加0.7%CaCl2去除钾、钠去除钾、钠的脱碱率可达的脱碱率可达70%。v一、固相反应一、固相反应v在在未生成液相未
41、生成液相的低温条件下的低温条件下(500700)，烧结料中的一，烧结料中的一些组分就可能在固态下进行反应，生成新的化合物。固些组分就可能在固态下进行反应，生成新的化合物。固态反应的机理是态反应的机理是离子扩散离子扩散。烧结料中各种矿物颗粒紧密。烧结料中各种矿物颗粒紧密接触，它们都具有接触，它们都具有离子晶格构造离子晶格构造。在晶格中各结点上的。在晶格中各结点上的离子可以围绕它们的平衡位置振动。温度升高，振动加离子可以围绕它们的平衡位置振动。温度升高，振动加剧，当温度升高到使质点获得的能量剧，当温度升高到使质点获得的能量(活化能活化能)足以克服其足以克服其周围质点对它的作用能时，便失去平衡而产生
42、位移周围质点对它的作用能时，便失去平衡而产生位移(即即扩扩散散)。2.3 烧结矿固结成型机理烧结矿固结成型机理v固相反应固相反应开始进行的温度开始进行的温度(T固固)远低于远低于反应物的熔点反应物的熔点(T熔熔)其其关系为：关系为：v对于对于金属金属，T固固=(0.30.5)T熔熔v对于对于盐类盐类，T固固=0.75T熔熔v对于对于硅酸盐硅酸盐，T固固=(0.80.9)T熔熔v最具有意义的固相反应是铁矿粉本身含有的最具有意义的固相反应是铁矿粉本身含有的Fe3O4与与SiO2的的作用。它们接触良好，反应能有一定程度的发展，其生成物作用。它们接触良好，反应能有一定程度的发展，其生成物2FeOSiO
43、2是低熔点物质，可是低熔点物质，可促进烧结反应促进烧结反应过程。过程。v固相反应在温度较低的固相反应在温度较低的固体颗粒固体颗粒状态下进行，反应状态下进行，反应速度一般速度一般较慢较慢，而烧结过程又进行得很快，所以固，而烧结过程又进行得很快，所以固相反应不可能得到充分发展。必须进一步相反应不可能得到充分发展。必须进一步提高温度提高温度，发展足够数量的发展足够数量的液相液相，才能完成烧结过程。固相反，才能完成烧结过程。固相反应生成的低熔点化合物已为形成液相打下了基础。应生成的低熔点化合物已为形成液相打下了基础。v固相反应的固相反应的最初产物最初产物，与反应物的，与反应物的混合比无关混合比无关，两
44、，两种反应物无论以何种比例混合，反应的最初产物种反应物无论以何种比例混合，反应的最初产物总总是一种是一种。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，最初产物不是初产物不是CaOSiOCaOSiO2 2 ，而是，而是2CaOSiO2CaOSiO2 2，继续在，继续在2CaOSiO2CaOSiO2 2与与CaOCaO接触处形成接触处形成3CaOSiO3CaOSiO2 2，与，与SiOSiO2 2接触处形成接触处形成3CaO2SiO3CaO2SiO2 2 ，最后才形成，最后才形成CaOSiOCaOSiO2 2。v要想得到与反应物重量比相当的最终产物需
45、要很长要想得到与反应物重量比相当的最终产物需要很长的时间。烧结过程中，由于加热速度快的时间。烧结过程中，由于加热速度快(从从500500加加热到热到15001500不超过不超过3min)3min)，在高温区停留时间短。通，在高温区停留时间短。通常得不到与反应物重量比相对应的固相反应产物，常得不到与反应物重量比相对应的固相反应产物，所以，所以，对烧结过程具有实际意义的是固相反应开始对烧结过程具有实际意义的是固相反应开始的温度和反应的最初产物的温度和反应的最初产物。赤铁矿非熔剂性烧结料固相中矿物形成过程赤铁矿非熔剂性烧结料固相中矿物形成过程赤铁矿熔剂性烧结料固相中矿物形成过程赤铁矿熔剂性烧结料固相
46、中矿物形成过程 磁铁矿非熔剂性烧结料中矿物形成过程磁铁矿非熔剂性烧结料中矿物形成过程 磁铁矿熔剂性烧结料固相中矿物形成过程磁铁矿熔剂性烧结料固相中矿物形成过程二、液相粘结及基本液相体系二、液相粘结及基本液相体系v烧结矿的烧结矿的固结固结主要依靠主要依靠发展液相发展液相来完成。来完成。v烧结料中许多矿物具有烧结料中许多矿物具有很高的熔点很高的熔点，如磁铁矿，如磁铁矿(Fe3O4)为为1550，CaO为为2570，SiO2为为1713，都在烧结温度，都在烧结温度之上，怎么能使它们熔化而烧结呢？一方面是上述固相反之上，怎么能使它们熔化而烧结呢？一方面是上述固相反应形成的应形成的低熔点化合物低熔点化合
47、物足以在烧结温度下生成液相；同时足以在烧结温度下生成液相；同时随着燃料层的移动，温度升高，各种互相接触的矿物又形随着燃料层的移动，温度升高，各种互相接触的矿物又形成一系列的成一系列的易熔化合物易熔化合物，在燃烧温度下形成新的液相。，在燃烧温度下形成新的液相。v液滴液滴浸润并溶解浸润并溶解周围的矿物颗粒而将它们周围的矿物颗粒而将它们粘结粘结在一在一起；相邻液滴可能聚合，冷却时产生收缩；往下抽起；相邻液滴可能聚合，冷却时产生收缩；往下抽入的空气和反应的气体产物可能穿透熔化物而流过，入的空气和反应的气体产物可能穿透熔化物而流过，冷却后便形成多孔、坚硬的冷却后便形成多孔、坚硬的烧结矿烧结矿。可见烧结过
48、程。可见烧结过程中产生的中产生的液相及其数量液相及其数量对烧结矿的质量和产量有决对烧结矿的质量和产量有决定性的影响。定性的影响。v1.Fe-O液相体系液相体系v在在Fe=72.578%，O=1217.5%的范围区间的范围区间Fe3O4 与与FeO可形成低熔富氏体可形成低熔富氏体(mFe3O4 nFeO)。如由如由45%FeO与与55%Fe3O4组成的富氏体熔点只有组成的富氏体熔点只有1420。在烧结过程中，在燃料颗粒附近，依靠。在烧结过程中，在燃料颗粒附近，依靠FeO的出现并组成低熔富氏体，完全可以的出现并组成低熔富氏体，完全可以熔为液熔为液相相。在不加熔剂，烧结高品位铁精矿的条件下，。在不加
49、熔剂，烧结高品位铁精矿的条件下，富氏体是主要富氏体是主要粘结液相粘结液相，依靠它可以生产强度好，依靠它可以生产强度好的的普通普通(酸性酸性)烧结矿烧结矿。v2.FeO-SiO2液相体系液相体系v铁矿粉中的铁矿粉中的FeO和和SiO2接触紧密，在烧结过程中接触紧密，在烧结过程中易于化合成易于化合成2FeOSiO2(铁橄榄石铁橄榄石)，其熔点为，其熔点为1205。2 FeOSiO2还可同还可同SiO2或或FeO组成低熔组成低熔点点共晶混合物共晶混合物,其熔点为其熔点为1178或或1177；2 FeOSiO2又可同又可同Fe3O4组成熔点更低的组成熔点更低的混合体混合体(1142)。v3.CaO-S
50、iO2液相体系液相体系v当生产自熔性烧结矿时，同酸性烧结矿比较，由当生产自熔性烧结矿时，同酸性烧结矿比较，由于外加相当多的于外加相当多的CaO，它与矿粉中的，它与矿粉中的SiO2作用，作用，在烧结过程中，生成两种可熔的在烧结过程中，生成两种可熔的硅酸钙液相硅酸钙液相，即：，即：v(1)硅灰石硅灰石CaOSiO2(CS)，熔点为，熔点为1544，它与，它与SiO2在在1486时形成最低共熔点。时形成最低共熔点。v(2)硅钙石硅钙石3CaO2SiO2(C3S2)，熔点为，熔点为1475。它与它与CaOSiO2在在1455时形成最低共熔点。时形成最低共熔点。v硅酸钙液相硅酸钙液相体系在生产体系在生产
