粉體固結(jié)資源加工學(xué)

1、粉體固結(jié)資源加工學(xué)燒結(jié)和球團(tuán)的傳熱分為三個部分一個熱氣體以質(zhì)量流速穩(wěn)定地通過一個冷料層，產(chǎn)生一個明顯的溫度前鋒固結(jié)過程的傳熱規(guī)律一個熱的氣體脈沖以比加熱整個料層短得多的時間通過料層，然后其溫度降到原始固體溫度，質(zhì)量速度保持常數(shù)，出現(xiàn)一個溫度波考慮料層中的放熱以及在（1）和（2）中發(fā)生的氣固相熱交換過程。對于氣相的基本傳熱方程：對于固相的基本傳熱方程：11.1.1 傳熱前沿 對于充填床的一微小料層面積，可以看作是處于靜止?fàn)顟B(tài)的非穩(wěn)態(tài)傳熱來分析（即Vs=0）。 假設(shè)料層僅僅發(fā)生固相熱交換，沒有發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)（即QR=0 ），料層內(nèi)部不發(fā)生導(dǎo)熱（Keff=0），料層的傳熱系數(shù)足夠大，使料層內(nèi)任何時

2、刻任何點處固體和氣體都具有相同的溫度（即Ts=Tg）。這樣，傳熱方程變?yōu)椋?對于氣體： 對于固體： 兩式相加，求解得： 當(dāng)t=0時，溫度場是沿料層距離Z的函數(shù)； 當(dāng)t=t時，與距離Z有關(guān)的溫度場增加 。 如果進(jìn)氣溫度為常數(shù)，則原始溫度場將以 經(jīng)料層穩(wěn)定傳播。這個速度稱為溫度前沿速度或傳熱前沿速度，即： 結(jié)論： 傳熱前沿速度既不決定于氣固相的原始溫差，也不決定于傳熱系數(shù)，而是決定于氣體質(zhì)量流速、比熱以及固體的比熱、堆積密度和料層空隙率。 另外，上述速度方程同樣適用于冷氣體對熱料層的冷卻過程。11.1.2 燃燒前沿料層單元燒結(jié)與傳熱試驗時的溫度變化曲線a 硅鋁磚 b 石英（箭頭表示廢氣最高溫度）

3、料層中未加燃料而外加熱源的傳熱試驗的溫度變化曲線（實線）稱為溫度波（或稱熱波） 料層中配加燃料的燒結(jié)試驗的溫度變化曲線（虛線）稱為燃燒波（火焰波）。結(jié)論 火焰波移動較溫度波移動得快，即料層中有燃料時，火焰波的傳播速度加快。燒結(jié)過程的傳熱規(guī)律-高溫帶的移動速度 高溫帶的移動速度 一般是指燃燒帶中溫度最高點移動速度，即垂直燒結(jié)速度。 與抽入空氣的速度、燒結(jié)料的性質(zhì)有以及燃料燃燒速度和氣固熱交換的傳熱速度有關(guān)。燃燒速度 在燒結(jié)過程中是指單位時間內(nèi)燃料與氧反應(yīng)所消耗燃料的重量。在燒結(jié)溫度下燃燒速度處于擴(kuò)散控制，一切能夠影響擴(kuò)散速度的因素都影響燃燒速度。傳熱速度 在燒結(jié)過程中是指氣固相的熱交換速度。燒結(jié)

4、過程中希望燃燒、傳熱兩速度能夠很好配合，即能“同步”進(jìn)行。“傳熱前沿” 在沒有內(nèi)部熱源時，規(guī)定當(dāng)料層溫度開始均勻上升時傳熱前沿即已到達(dá)，一般以100等溫線為準(zhǔn)。“燃燒前沿” 當(dāng)配有燃料時，規(guī)定當(dāng)料層溫度迅速上升時表明燃燒前沿到達(dá)，一般以600或1000等溫線為基準(zhǔn)。熱波曲線和燃燒波曲線的特點熱波曲線的特點整個料層比熱相同，空氣流速相同，熱波曲線是以最高溫度為中心，兩邊對稱的曲線。熱波曲線隨著熱波向下前進(jìn)，最高溫度逐步下降，而且熱波曲線不斷加寬。燃燒波曲線的特點燃燒波曲線隨著火焰波（或燃燒帶）向下移動，最高點的溫度升高。燃燒波曲線由于配有燃料，所以曲線兩邊不對稱，是不等溫曲線。燃燒前沿速度的影響

5、因素 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(fēng)量會使燃燒前沿速度加快固結(jié)過程傳質(zhì)規(guī)律傳質(zhì) 在兩種以上組分的物系中，當(dāng)某組分存在濃度差時，該組分即由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)轉(zhuǎn)移，直至濃度差消失為止，這種物質(zhì)分子定向遷移的過程稱為“物質(zhì)傳遞”，簡稱“傳質(zhì)” 。傳導(dǎo)傳質(zhì) 分子擴(kuò)散以分子熱運動的形式實現(xiàn)的遷移，它與傳熱中的傳導(dǎo)傳熱機(jī)構(gòu)類似。紊流傳質(zhì) 呈紊流運動的流體內(nèi)，分子的遷移可以直接借助于流體微團(tuán)的混合而實現(xiàn)，它與紊流傳熱機(jī)構(gòu)類似。11.2.1 燃料的燃燒 在燒結(jié)過程中，固體燃料呈分散狀分布在料層中，其燃燒規(guī)律性介

6、于單體焦粒燃燒與焦粒層燃燒之間，固體碳的燃燒屬非均相反應(yīng)。 由下列五個步驟組成：氧由氣流本體通過界面層擴(kuò)散到固體碳的表面氧在碳粒表面上吸附吸附的氧與碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物的解吸反應(yīng)產(chǎn)物由碳粒表面通過界面層向氣相擴(kuò)散碳粒燃燒速率方程 假設(shè)固體炭燃燒的五個步驟中氧向碳粒表面的擴(kuò)散和相界面上的化學(xué)反應(yīng)兩步的速率最小。氧氣向固體炭表面擴(kuò)散遷移的速率方程 式中：Co2氣流本體中氧的濃度； Cso2炭粒表面上氧的濃度； KD界面層內(nèi)傳質(zhì)系數(shù)， KD =D/; D擴(kuò)散系數(shù); 附面層厚度，取決于流速。相界面上的化學(xué)反應(yīng)速率方程 式中：KR化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)； n反應(yīng)級數(shù)，為討論方便，設(shè)n1。 當(dāng)擴(kuò)散速率與化學(xué)反

7、應(yīng)速率同步，整個反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行。即:則 : 碳粒燃燒的總速度為： 其中： 燃燒反應(yīng)的總阻力（1/k）為擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)阻力之和。分析：在低溫下， ，過程的總速度取決于化學(xué)反應(yīng)速度，稱燃燒處于“動力學(xué)燃燒區(qū)”。特點：燃燒速度受溫度的影響較大，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。在高溫下， ，過程的總速度取決于氧的擴(kuò)散速度，稱燃燒處于“擴(kuò)散燃燒區(qū)”。特點：燃燒速度取決于氣體的擴(kuò)散速度，而溫度的改變影響不大。說明：不同的反應(yīng)由動力學(xué)區(qū)進(jìn)入擴(kuò)散區(qū)的溫度不同如：碳和氧氣的反應(yīng)于800左右開始轉(zhuǎn)入，而C和CO2的反應(yīng)則在1200時才轉(zhuǎn)入。燒結(jié)過程在點火后不到一分鐘，料層溫度升高到120

8、01350，故其燃燒反應(yīng)基本上是在擴(kuò)散區(qū)內(nèi)進(jìn)行。一切能夠增加擴(kuò)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、增大風(fēng)機(jī)風(fēng)量等）和氣流中的氧含量等，都能提高燃燒反應(yīng)速度，強(qiáng)化燒結(jié)過程。11.2.2 分解反應(yīng)1)結(jié)晶水的分解燒結(jié)混合料中的礦石和添加劑中往往含有一定結(jié)晶水，它們在預(yù)熱帶及燃燒帶進(jìn)行分解。 在700的溫度下，燒結(jié)料中的水合物都會在干燥和預(yù)熱帶強(qiáng)烈分解。由于混合料處于預(yù)熱帶的時間短（12分鐘），如果礦石粒度過粗和導(dǎo)熱性差，就可能有部分結(jié)晶水進(jìn)入燒結(jié)帶。 燒結(jié)條件下，約8090結(jié)晶水可在燃燒帶下的混合料中脫除掉，其余水則在最高溫度下脫除。2)碳酸鹽的分解 碳酸鹽的分解為多相反應(yīng)

9、，由相界面上的結(jié)晶化學(xué)反應(yīng)和CO2在產(chǎn)物層MeO中的擴(kuò)散環(huán)節(jié)組成。 當(dāng)分解過程由界面上結(jié)晶化學(xué)反應(yīng)控制時，由于天然碳酸鹽結(jié)構(gòu)都很致密，球形或立方體顆粒分解反應(yīng)符合收縮未反應(yīng)核模型，其動力學(xué)方程為： 分解產(chǎn)物雖是多孔性的，但隨著反應(yīng)向顆粒內(nèi)部推移，CO2離開反應(yīng)界面向外擴(kuò)散的阻力將增大，當(dāng)粒度較大時尤甚。CO2的擴(kuò)散成為過程的控制環(huán)節(jié)，反應(yīng)的動力學(xué)方程為：分析：如果界面反應(yīng)是限制環(huán)節(jié)，由實驗測得 對反應(yīng)時間t的關(guān)系是直線關(guān)系，表明礦塊完全分解的時間與其半徑的一次方成正比。如CO2的擴(kuò)散是限制環(huán)節(jié)，那么 對t不是直線關(guān)系，表明礦塊完全分解的時間與其半徑的二次方成正比。在混合限制范圍內(nèi)， 對t的關(guān)系

10、是曲率較小的“S”形曲線。在一般條件下石灰石的分解是位于過渡范圍內(nèi)的，即界面反應(yīng)和CO2的擴(kuò)散在不同程度上限制了石灰石的分解速度。3)氧化物的分解 氧化物如MO2的分解可表示為：MO2（s）=M（s）+O2 在燒結(jié)條件下，進(jìn)入燒結(jié)礦冷卻帶氣體中氧的分壓為，經(jīng)過燃燒帶進(jìn)入預(yù)熱帶的氣相氧的分壓一般為0. 09atm。 在13501450燒結(jié)溫度下，F(xiàn)e 2O3將發(fā)生分解，F(xiàn)e3O4和FeO由于分解壓極?。?500以下為10和10atm），將不發(fā)生分解。 MnO2和Mn2O3有很大的分解壓，故在燒結(jié)條件下都將劇烈分解。11.2.3 氧化反應(yīng) 在鐵礦粉造塊工藝中，低價鐵氧化物的氧化程度，決定了造塊產(chǎn)品

11、中鐵的存在形態(tài)和固結(jié)方式，產(chǎn)品的礦相結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品性能。1)燒結(jié)過程中的氧化反應(yīng) 燒結(jié)過程料層的溫度和氣氛由上而下出現(xiàn)不同的變化，導(dǎo)致燒結(jié)料層氧化度也不同。燒結(jié)料層中FeO變化趨勢與溫度分布的波形變化基本同步。 在同一料層中在靠近碳粒處發(fā)生局部還原，靠近氣孔處則發(fā)生氧化。 對同一原料而言，盡力提高燒結(jié)礦氧化度，降低結(jié)合態(tài)FeO生成是提高燒結(jié)礦質(zhì)量的重要途徑。2)球團(tuán)過程中的氧化反應(yīng) 磁鐵礦球團(tuán)的氧化是成層狀由表面向球中心進(jìn)行，符合化學(xué)反應(yīng)的吸附一擴(kuò)散學(xué)說。 首先，大氣中氧被吸附在磁鐵礦顆粒表面，且從Fe2Fe3e的反應(yīng)中失去電子而電離，引起Fe3擴(kuò)散，使晶格連續(xù)重新排列轉(zhuǎn)變?yōu)楣倘荏w。磁鐵精礦球團(tuán)的

12、氧化反應(yīng)氧向磁鐵精礦球團(tuán)表面的外擴(kuò)散；氧向磁鐵精礦球團(tuán)反應(yīng)界面上的擴(kuò)散；氧在磁鐵精礦球團(tuán)反應(yīng)界面上的吸附及化學(xué)反應(yīng)。11.2.4 還原反應(yīng)1)鐵礦還原模型 鐵礦石逐層還原 還原反應(yīng)在各層之界面上進(jìn)行，構(gòu)成逐層還原，即熱力學(xué)逐級還原反應(yīng)，動力學(xué)上呈層狀發(fā)展，其中心是未反應(yīng)核，可用收縮未反應(yīng)核模型。 實驗證明，中間產(chǎn)物層Fe3O4、FeO薄，可忽略中間產(chǎn)層假設(shè)反應(yīng)只在Fe2O3與Fe單一界面上進(jìn)行。若考慮中間產(chǎn)物界面反應(yīng)，模型為多界面未反應(yīng)模型。鐵礦石單界面收縮未反應(yīng)核模型規(guī)定：整個反應(yīng)過程顆粒大小無變化產(chǎn)物層存在孔隙整個過程可按穩(wěn)態(tài)處理固體溫度是均勻的特別規(guī)定：反應(yīng)物氣體向內(nèi)擴(kuò)散，由外往里濃度逐

13、漸減少，產(chǎn)物氣體向外擴(kuò)散，由里往外濃度逐漸減少，二者分之和為常數(shù)，沒有因壓力差而造成的流動對反應(yīng)來說則按一級可逆反應(yīng)處理“單界面未反應(yīng)核”模型 反應(yīng)過程環(huán)節(jié)氣態(tài)反應(yīng)物A，通過氣相邊界層擴(kuò)散到顆粒表面反應(yīng)物A通過固相產(chǎn)物Q層，向反應(yīng)界面擴(kuò)散在反應(yīng)界面反應(yīng)物A與B進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，它包括： 氣體反應(yīng)物A在反應(yīng)界面吸附 吸附狀態(tài)的A和礦石中的氧結(jié)合生成產(chǎn)物和吸附態(tài)的產(chǎn)物P 吸附態(tài)的產(chǎn)物P脫附成氣態(tài)氣態(tài)產(chǎn)物P通過固相產(chǎn)物Q層向外擴(kuò)散產(chǎn)物P由顆粒表面向氣相中擴(kuò)散11.3.1 燒結(jié)料層透氣性的概念定義 透氣性是指固體散料層允許氣體通過的難易程度，也是衡量混合料孔隙率的標(biāo)志。透氣性的表示方法在一定壓差（真空度）

14、條件下，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沃伊斯公式固結(jié)過程的氣體力學(xué)11.3.2 沃伊斯公式 料層透氣性指數(shù)是指以單位壓力梯度下單位面積上通過的氣體流量來表示料層透氣性 Pe料層的透氣性指數(shù)； Q通過料層的風(fēng)量，m3/min； F抽風(fēng)面積，m2； h料層高度，m； p負(fù)壓，Pa; n 常數(shù)。n的取值 n與燒結(jié)料粒度大小及燒結(jié)過程有密切關(guān)系，由于流動狀態(tài)不同，其值是變化的。粒度的影響 10-0mm，；6-0mm，；3-0mm，。 n值隨粒度變化而變化，燒結(jié)細(xì)精礦和燒結(jié)富礦粉n值不同。燒結(jié)過程的影響 點火前 ；點火瞬間 ；燒結(jié)時；燒結(jié)后 。11.3.3 燒結(jié)料層結(jié)構(gòu)主要參數(shù)與透

15、氣性1）燒結(jié)料層結(jié)構(gòu)的主要參數(shù) 決定料層結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)有混合料平均粒徑，形狀指數(shù)（球形度）及料層孔隙率。改善料層結(jié)構(gòu)對降低料層氣體阻力，提高料層透氣性具有很大作用?；旌狭掀骄降挠绊?散料層氣體力學(xué)方程中的含義符合加權(quán)調(diào)和平均值的概念，因此研究散料層氣體阻力時大多數(shù)采用加權(quán)調(diào)和平均值。說明：影響料層透氣性的主要因素是細(xì)粒級部分的含量，采用調(diào)和平均值就能更好地反映客觀規(guī)律性。要減少料層阻力除了將各粒級普遍增大外，還須降低混合料中的細(xì)粒部分。 料層孔隙率 料層的孔隙率是指氣孔所占體積與料層所占總體積之比。 計算式：(1-r堆/r塊) 式中：r堆料層的堆密度 r塊物料的塊密度 均勻料粒所形成的料層

16、孔隙率受其堆積方式的影響。 a 理想球體；b 燒結(jié)礦 m 細(xì)粒級；k 粗粒級 xdm/dk 直徑比dm/dk愈小，直徑相差愈大,孔隙率變化很陡峭；dm/dk比例固定，當(dāng)粗料dk質(zhì)量占總量60%-70%時，有最小值； 取決于粗粒的堆積方式，在不振動的堆積條件下，一般都以簡單的立方體形式排列，如料層振動，則孔隙率變小。多粒級配合時的孔隙率變化規(guī)律以最粗及最細(xì)兩級之間的相互作用為主，并遵循兩級顆粒配比時所呈現(xiàn)的規(guī)律中間級顆粒的增加引起孔隙率的增大，而不改變兩級顆粒配比時的基本規(guī)律可粗略按67：33比例將所有分成粗細(xì)兩個粒級，仍然呈現(xiàn)兩級配比的傾向性燒結(jié)過程中料層結(jié)構(gòu)的變化是影響床層結(jié)構(gòu)的重要因素，影

17、響的主要因素是顆粒的形狀、粒度分布、比表面、粗糙度及充填方式等。燒結(jié)過程中由于物料的熔融、結(jié)晶、凝固形成新的床層結(jié)構(gòu)，改變了原來的料粒直徑、形狀系數(shù)及料層的體積收縮率。起決定性作用因素是固相物料的熔融溫度以及燒結(jié)可能達(dá)到最高溫度?；旌狭蠈印⒏稍飳雍蜔Y(jié)礦層床層結(jié)構(gòu)均不變化 液相固結(jié)液相固結(jié) 在高溫下產(chǎn)生的液相在冷卻過程中，析出的晶體或液相將部分未熔化的顆粒粘結(jié)起來。燒結(jié)礦的固結(jié)基礎(chǔ)-液相固結(jié)為主 燒結(jié)料組成成分多，反應(yīng)產(chǎn)物易融化形成液相，液相形成及冷凝是燒結(jié)礦固結(jié)的基礎(chǔ)，燒結(jié)礦。球團(tuán)礦的固結(jié)基礎(chǔ)-固相固結(jié)為主 球團(tuán)礦組成成分比較單一，以固相固結(jié)為主，但因球團(tuán)原料中不可避免地要帶進(jìn)少量SiO2，

18、或由于球團(tuán)礦質(zhì)量要求在球團(tuán)中需添加某些添加物，在球團(tuán)焙燒過程中形成少量液相，液相對球團(tuán)固結(jié)起輔助作用。11.4.1 液相的形成1)形成過程液相的生成在燒結(jié)過程中，燒結(jié)料中的顆?；ハ嗑o密接觸，當(dāng)加熱到定溫度時，各成分之間開始發(fā)生固相反應(yīng)。新生成的化合物之間、原燒結(jié)料各成分之間以及新生化合物和原成分之間，存在的低共熔點物質(zhì)在較低的溫度下生成液相，開始熔融。2)具體過程初生液相 隨著溫度升高，在固相反應(yīng)所生成的新生低熔點化合物處首先出現(xiàn)初期液相。低熔點化合物加速形成 溫度升高和初期液相的促進(jìn)作用，熔化時部分分解成簡單化合物，部分熔化成液相。液相擴(kuò)展 液相生成使物料中高熔點礦物熔點降低，大顆粒礦粉周邊

19、被熔融形成低共熔混合物液相。液相反應(yīng) 液相中成分在高溫下進(jìn)行置換、氧化還原反應(yīng)，液相產(chǎn)生氣泡，推動碳粒在氣流中燃燒。液相同化 液相的粘性和塑性流動傳熱使溫度和成分均勻化，趨近于相圖上穩(wěn)定的成分位置。2)液相形成在燒結(jié)中的作用燒結(jié)礦的粘結(jié)相 可將未熔的固體顆粒粘結(jié)成塊，保證燒結(jié)礦具有定強(qiáng)度。有定的流動性 可進(jìn)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(xué)成分均勻化。保證固體燃料完全燃燒 液相的數(shù)量和粘度能保證燃料不斷地顯露到氧位較高的氣流孔道附近，在短時間內(nèi)燃燒完畢。潤濕未熔礦粒表面 定的表面張力將礦粒拉緊，使其冷凝后具有強(qiáng)度。形成并析出新生礦物 有利于改善燒結(jié)礦的強(qiáng)

20、度和還原性。3)影響液相形成量的主要因素?zé)Y(jié)溫度 包括最高溫度、高溫帶厚度、溫度分布等，由配碳量、點火溫度與點火時間、料層高度與抽風(fēng)負(fù)壓等來決定。配料堿度 燒結(jié)料液相量隨著堿度提高而增加。甚至可以說，堿度是影響液相量和液相類型的主要因素。溫度與液相量的關(guān)系（用相圖計算結(jié)果繪制） 燒結(jié)氣氛 燒結(jié)過程中的氣氛，直接控制燒結(jié)過程鐵氧化物的氧化還原方向，隨著焦炭用量增加，燒結(jié)過程的氣氛向還原氣氛發(fā)展，鐵的高價氧化物還原成低價氧化物，F(xiàn)eO增多。般來說，其熔點下降，易生成液相，影響到固相反應(yīng)和生成液相的類型。燒結(jié)混合料的化學(xué)成分 SiO2極容易形成硅酸鹽低熔點液相，希望SiO2含量般不低于5，SiO2含

21、量過低則液相不足，但過高則液相量太多。 Al2O3有使熔點降低的趨勢，MgO含量有使熔點升高的趨勢，但能改善燒結(jié)礦低溫還原粉化現(xiàn)象。 4) 液相的性質(zhì) 潤濕性液相： a (CaO)(FeO)SiO2；b CaOFeOSiO2； c CaOFe2O3； d 2CaOFe2O3 ；底座材料： 1 磁鐵精礦； 2 赤鐵礦；3 CaO； 4 MgO； 5 A12O3 ； 6 SiO2； 7 Fe2O3；液相對燒結(jié)料的潤濕角同溫度的關(guān)系 物料表面潤濕是保證燒結(jié)礦強(qiáng)度和致密的前提，隨著溫度的升高，在潤濕性方面的差別變小結(jié)論鈣橄欖石（CaO FeOSiO2）液相除CaO和MgO外，很難潤濕所有燒結(jié)料成分赤鐵

22、礦與磁鐵礦很難為液相所潤濕鐵酸鈣液相潤濕天然赤鐵礦要比赤鐵礦（Fe2O3）好些石英的潤濕性高于Fe2O3及Fe3O4高堿度液相，比鈣橄欖石容易潤濕燒結(jié)料各成分，而鈣橄欖石具有生產(chǎn)低堿度燒結(jié)礦的特點內(nèi)聚功和附著功 物質(zhì)的內(nèi)聚功（W內(nèi)）決定含鐵礦物和粘結(jié)相的自身強(qiáng)度，附著功（W附）決定含鐵礦物和粘結(jié)相的接觸強(qiáng)度（或相間強(qiáng)度）。物質(zhì)的內(nèi)聚功 W內(nèi)2107J/m2 W內(nèi)（1cos）式中 物質(zhì)的表面張力 1、2相間張力，若1、2為液、固相，則 為液固相間張力 液固相之間的潤濕角附著功 根據(jù)測定的不同液相的表面張力和潤濕角的數(shù)值計算了液相對Fe3O4的附著功。結(jié)果表明：Fe3O4CaO Fe2O3的粘結(jié)相

23、強(qiáng)度及相間接觸強(qiáng)度均很好，是應(yīng)當(dāng)發(fā)展的種液相。Fe3O4CaOSiO2系的相間接觸強(qiáng)度好，但粘結(jié)相強(qiáng)度不好，易于破裂。其它相都不是理想的液相。初生液相的產(chǎn)生和發(fā)展初生液相的產(chǎn)生燃料周圍的高溫區(qū)存在低熔點組分的區(qū)域發(fā)展初生液相形成后，通過對周圍物料的熔解和離子擴(kuò)散使液相不斷增加和改變成分。液相在鐵氧化物晶粒間迅速浸透的過程中，液相中Ca2向Fe3O4晶格擴(kuò)散，而Fe2沿反方向擴(kuò)散而熔在液相中，故其成分變酸，含F(xiàn)e2+升高。Mg、A1離子也可在Fe3O4中擴(kuò)散，而在Fe2O3中僅少量A1離子擴(kuò)散。11.4.2 液相的冷凝1)結(jié)晶過程結(jié)晶順序冷卻高時熔點鐵氧化物（Fe3O4、Fe2O3）先析出鐵氧化

24、物周圍析出低熔點化合物和共晶混合物，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)。冷卻速度快導(dǎo)致結(jié)晶能力差的礦物以非晶質(zhì)（亦稱玻璃相）存在。 結(jié)晶形式結(jié)晶 液相冷卻至某礦物的熔點時，其成分達(dá)到過飽和，質(zhì)點相互靠近吸引形成線晶；線晶靠近成為面晶，面晶重疊成為晶芽，以晶芽為中心，質(zhì)點呈有序排列，晶體逐漸長大形成的過程。再結(jié)晶 在原有礦物晶體的基礎(chǔ)上，細(xì)小晶粒聚合成粗大晶粒的固相晶粒的聚合長大過程。 重結(jié)晶 溫度和液相濃度變化使已結(jié)晶的固相物質(zhì)部分熔入液相中以后，再重新結(jié)晶出新的固相物質(zhì)，這是舊固相通過固液轉(zhuǎn)變后形成新固相的過程。影響結(jié)晶過程的因素 結(jié)晶原則是根據(jù)礦物的熔點

25、由高到低依次析出溫度 同種物質(zhì)的晶體在不同溫度下生長，因為結(jié)晶速度不同，使形態(tài)有差別的。析出的晶體和雜質(zhì) 結(jié)晶開始溫度和結(jié)晶能力、生長速度使后析出的晶體干擾先析出晶體和雜質(zhì)的形狀。晶體外形： 自形晶 結(jié)晶時自范性得到滿足，以自身固有的晶形和晶格常數(shù)析出長大。 半自形晶 結(jié)晶能力尚可，自范性部分得到滿足，部分晶面完好。 他形晶 溫度低而結(jié)晶能力差的晶體析出時，自范性得不到滿足，形狀不規(guī)整，無良好晶面。 結(jié)晶速度 結(jié)晶速度大，晶芽多，初生晶體較細(xì)小，很快生長成針狀、棒狀、樹枝狀的自形晶。結(jié)晶速度小，晶體多數(shù)成為粗大的粒狀半自形晶或他形晶結(jié)晶速度極小，因冷卻速度大而來不及結(jié)晶，易凝結(jié)成玻璃相。液相粘

26、度 粘度很大時，質(zhì)點擴(kuò)散的速度很慢，晶體生長很慢，甚至停止生長。但是晶體的棱和角，則可以接受多方面的擴(kuò)散物質(zhì)而生長較快，造成晶體棱角突出、中心凹陷的所謂“骸狀晶”。2)冷凝過程基本情況 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(fēng)使燒結(jié)礦以不同的冷卻速度（或冷卻強(qiáng)度）降溫。 一般上層120130/min，下層為4050/min，差別甚大。 冷凝過程中不僅有物理化學(xué)反應(yīng)，而且還有內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。冷凝速度對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響影響礦物成分 冷卻降溫過程中，燒結(jié)礦的裂紋和氣孔表面氧位較高，先析出的低價鐵氧化物（Fe3O4）很容易氧化為高價鐵氧化物（Fe2O3）。 以Fe2O3為

27、例，在不同溫度下和不同氧位條件下形成，所得的Fe2O3具有多種晶體外形和晶粒尺寸，它們在氣體還原過程中表現(xiàn)出強(qiáng)度差別很大。影響晶體結(jié)構(gòu) 高溫冷卻速度快，液相析出的礦物來不及結(jié)晶，易生成脆性大的玻璃質(zhì)，已析出的晶體在冷卻過程中發(fā)生晶形變化。 同質(zhì)異象變體是同化學(xué)成分的物質(zhì)，在不同的條件下形成多種結(jié)構(gòu)形態(tài)不同的晶體。 例如，正硅酸鈣（2CaO SiO2）同質(zhì)異象變體，造成相變應(yīng)力。 C 2S轉(zhuǎn)變成C 2S時體積增大約10，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致燒結(jié)礦冷卻時自行粉碎。冷卻影響熱內(nèi)應(yīng)力 不僅宏觀燒結(jié)礦產(chǎn)生熱內(nèi)應(yīng)力，而且由于各種礦物結(jié)晶先后和晶粒長大速度的不同，加上它們在燒結(jié)礦體中分布不均勻，各種礦物的熱膨脹系

28、數(shù)的不同，這熱應(yīng)力可能殘留在燒結(jié)礦中而降低燒結(jié)礦的強(qiáng)度。3)液相固結(jié)在球團(tuán)中的作用液相將固體顆粒表面潤濕，并靠表面張力作用使顆粒靠近，拉緊，并重新排列，使球團(tuán)礦焙燒過程中產(chǎn)生收縮，結(jié)構(gòu)致密化。使固體顆粒溶解和重結(jié)晶 具有缺陷細(xì)小的晶體不斷地在液相中溶解在大晶體中，晶格缺陷消除。促使晶體長大 液相的存在，可以加快固體質(zhì)點的擴(kuò)散，使相鄰質(zhì)點間接觸點擴(kuò)散速度增加，促使晶體長大，加速球團(tuán)礦的固相固結(jié)。球團(tuán)礦焙燒過程中液相的來源主要來源于固相擴(kuò)散反應(yīng)過程中形成的一些低熔點化合物和共熔物。球團(tuán)礦原料中帶入的低熔點礦物，如鉀長石，在1100左右便可。造球過程中添加的膨潤土的熔化溫度也較低?；旌狭现刑砑优鹉嘟?/p>

29、低球團(tuán)礦焙燒溫度，硼泥中的B2O3600時就開始熔融，1800開始沸騰。球團(tuán)礦的液相量及影響液相量 通常不超過5%-7%，熔劑性球團(tuán)礦液相量顯然高于高品位非熔劑性球團(tuán)礦。 熔劑性球團(tuán)礦焙燒過程中應(yīng)特別注意嚴(yán)格控制焙燒溫度和升溫速度，防止溫度波動太大，產(chǎn)生過多的液相。 液相量太多的影響 液相量太多，不僅阻礙固相顆粒直接接觸，并且液相沿晶界滲透，使已聚集成大晶體的固結(jié)“粉碎化”，且球團(tuán)會發(fā)生變形，相互粘結(jié)，惡化球?qū)油笟庑浴?固相固結(jié)是通過固體質(zhì)點擴(kuò)散反應(yīng)形成連接橋（或連接頸）、化合物或固溶體而把顆粒粘結(jié)起來。固相反應(yīng)是物料在沒有熔化之前，兩種固體在它們的接觸界面上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)產(chǎn)物也是固體

30、。11.5 固相固結(jié) 固相擴(kuò)散反應(yīng) 根據(jù)塔曼學(xué)派的研究結(jié)果，固體物質(zhì)開始反應(yīng)的溫度(又稱為塔曼溫度)遠(yuǎn)低于它們的熔點或它們的低共熔點，并與其熔點之間存在著基本一致的規(guī)律：鹽類和氧化物T反約等于0.57 T熔；硅酸鹽及有機(jī)物， T反約等于（） T熔。固相反應(yīng)是固體間質(zhì)點擴(kuò)散的結(jié)果細(xì)磨物料具有高分散性、大比表面能、晶格缺陷嚴(yán)重的特點，呈現(xiàn)強(qiáng)烈位移潛在趨勢的活化狀態(tài)礦物晶格中的質(zhì)點（原子、分子、離子）在塔曼溫度下所具有的可動性隨溫度升高而加劇。當(dāng)質(zhì)點取得了進(jìn)行位移所必須的活化能后，就克服周圍質(zhì)點的作用， 可以在晶格內(nèi)部進(jìn)行位置的交換，稱之為內(nèi)擴(kuò)散。當(dāng)質(zhì)點擴(kuò)散到晶格表面，進(jìn)而擴(kuò)散到與之相接觸的鄰近其他

31、晶體的晶格內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，或者聚集成較大的晶體顆粒，稱之為外擴(kuò)散。固相反應(yīng)的類型 還原反應(yīng) 置換反應(yīng) 化合物或共熔體 化合物或共熔體 還原反應(yīng) 影響固相擴(kuò)散反應(yīng)的因素能促進(jìn)質(zhì)點內(nèi)/外擴(kuò)散的因素都能加速固相反應(yīng)溫度和在高溫下停留的時間外物料的粉碎程度、多晶轉(zhuǎn)變、脫除結(jié)晶水或分解、固溶體的形成等物理化學(xué)變化都伴隨著晶格的活化，促進(jìn)固相擴(kuò)散反應(yīng)。液相的存在可為固相物質(zhì)的擴(kuò)散提供通道，也是強(qiáng)化固相擴(kuò)散反應(yīng)不可忽視的重要因素。球團(tuán)礦焙燒固結(jié)固相擴(kuò)散反應(yīng)基本類型Fe2O3單元系 Fe2O3固相擴(kuò)散是球團(tuán)礦固結(jié)的主要形式。對于磁鐵礦球團(tuán)，由于Fe3O4氧化變成Fe2O3時晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，新生成的Fe2O3具有很大的遷移能力。 在高溫作用下，顆粒之間通過固相擴(kuò)散形成赤鐵礦晶橋，將顆粒連接起來，使球團(tuán)礦具有一定的強(qiáng)度。Fe2O3固相擴(kuò)散固結(jié)示意 說明兩個同質(zhì)顆粒之間的晶橋是Fe2O3一元系，相鄰顆粒結(jié)晶方向很難一致，晶橋是兩個不同結(jié)晶方向的過渡區(qū)。晶體結(jié)構(gòu)不完善，只有在12001250高溫下，F(xiàn)e2O3發(fā)生再結(jié)晶和聚集再結(jié)晶, 才能消除晶格缺陷，增加顆粒接觸面積，使球團(tuán)礦致密化，獲得牢固的固結(jié)和高的抗壓強(qiáng)度。若原料為赤鐵礦時，則要在13001350溫度下，球團(tuán)礦