鋼鐵冶金課件

煉鐵原料主講：代林晴冶金與能源工程學(xué)院冶金系煉鐵原料主講：代林晴冶金與能源工程學(xué)院冶金系第四章鐵礦粉燒結(jié)理論第四章鐵礦粉燒結(jié)理論鐵礦粉燒結(jié)過(guò)程：將細(xì)粒含鐵物料與熔劑、燃料按一定比例混合，再加水潤(rùn)濕、混勻、制粒成為燒結(jié)料，鋪于燒結(jié)機(jī)臺(tái)車上，通過(guò)點(diǎn)火、抽風(fēng)，借助燃料燃燒產(chǎn)生的高溫和一系列物理化學(xué)變化，生成部分低熔點(diǎn)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(lái)，冷卻后即成為具有一定強(qiáng)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(guò)燒結(jié)可為高爐提供化學(xué)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，為高爐優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、長(zhǎng)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(guó)家資源，又減輕了環(huán)境污染，還可降低生產(chǎn)成本。鐵礦粉燒結(jié)過(guò)程：將細(xì)粒含鐵物料與熔劑、燃料按一定比例①燒結(jié)礦帶：燒結(jié)礦的冷卻與再氧化過(guò)程；②靠近燃燒帶的燒結(jié)礦帶：熔體結(jié)晶；③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；④燃燒帶：燃料燃燒，液相熔體生成，高溫分解；⑤干燥預(yù)熱帶：揮發(fā)，分解，氧化還原，水分蒸發(fā)；⑥水分冷凝帶：水汽冷凝。4.1燒結(jié)過(guò)程及主要變化

對(duì)燒結(jié)過(guò)程的臺(tái)車進(jìn)行解剖，根據(jù)溫度的高低和其中的物理化學(xué)變化，自上而下可以將正在燒結(jié)的料層分為燒結(jié)礦帶、燃燒帶、干燥預(yù)熱帶、過(guò)濕帶和原始料帶五個(gè)帶。圖4－1燒結(jié)過(guò)程的解剖1－燒結(jié)盤(pán)；2－爐篦；3－廢氣出口；4－煤氣點(diǎn)火器；5－鋪底料

①燒結(jié)礦帶：燒結(jié)礦的冷卻與再氧化過(guò)程；4.1燒結(jié)過(guò)程及主帶式燒結(jié)機(jī)抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)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1000~1100℃

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℃700~800℃300~400℃120℃60℃負(fù)壓1000~1600mmH2O最高溫度點(diǎn)在燃燒層中部，高溫持續(xù)時(shí)間1~1.5min

點(diǎn)火表面赤熱部分過(guò)濕層脆性燒結(jié)礦收縮強(qiáng)度好的燒結(jié)礦預(yù)強(qiáng)

干燥塑性結(jié)燒礦帶式燒結(jié)機(jī)抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)程的分層性燒結(jié)礦層燃燒層預(yù)熱層干燥層濕料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(qiáng)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(lái)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(jī)卸礦端被擊碎而進(jìn)入返礦。表層厚度一般為40～50㎜，只有在燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火器采取保溫措施才能改善其表層強(qiáng)度。近年來(lái)由于燒結(jié)采用高料層作業(yè)，表層所占比例相對(duì)減少，它對(duì)燒結(jié)礦強(qiáng)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(dá)1100℃～1500℃。此處混合料軟化、熔融及液相形成。該層厚度為15～50㎜。此帶對(duì)燒結(jié)過(guò)程產(chǎn)量及質(zhì)量影響很大。該帶過(guò)寬會(huì)影響料層透氣性，導(dǎo)致產(chǎn)量低；過(guò)窄燒結(jié)溫度低，液相量不足，燒結(jié)礦粘結(jié)不好，強(qiáng)度低。該層的寬窄受燃料粒度、抽風(fēng)量的影響。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3.預(yù)熱干燥帶。主要過(guò)程是干燥與預(yù)熱。該帶特點(diǎn)是熱交換迅速，由于熱交換劇烈，廢氣溫度很快從1500℃下降到60℃～70℃。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20～40㎜。4.水分冷凝帶。即過(guò)濕帶，因?yàn)樯蠈痈邷貜U氣中帶入較多的水氣，進(jìn)入下層冷料時(shí)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.原始燒結(jié)料帶：處于料層最下部。此層中的物理、化學(xué)性質(zhì)基本不變。3.預(yù)熱干燥帶。主要過(guò)程是干燥與預(yù)熱。該帶特點(diǎn)是熱交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(xué)變化提供了必要條件。燒結(jié)過(guò)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(xué)燒結(jié)料中燃料所含的固體炭在溫度達(dá)700℃以上即著火燃燒，發(fā)生如下反應(yīng)：2C＋O2＝2COC＋O2＝CO2

2CO＋O2＝2CO2

CO2＋C＝2CO4.2燒結(jié)料層燃料燃燒基本原理燒結(jié)料層中固體燃料4.2.2固體燃料燃燒動(dòng)力學(xué)在燒結(jié)過(guò)程中，固體燃料呈分散狀分布在料層中，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(guò)程由五個(gè)環(huán)節(jié)組成。（1）氧通過(guò)邊界層擴(kuò)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(xué)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(kuò)散。為了建立碳粒燃燒速率方程，假設(shè)上述五個(gè)步驟中氧向碳粒表面的擴(kuò)散和氧與碳的化學(xué)反應(yīng)兩步的速率最小，這樣整個(gè)反應(yīng)就被（1）、（3）兩個(gè)步驟控制。4.2.2固體燃料燃燒動(dòng)力學(xué)a.氧氣向固體碳表面擴(kuò)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.相界面上的化學(xué)反應(yīng)速率：式中：――化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)；

n――反應(yīng)級(jí)數(shù)，設(shè)n=1。當(dāng)擴(kuò)散速率與化學(xué)反應(yīng)同步，即=時(shí)，整個(gè)反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行，則碳粒燃燒的總速度為：a.氧氣向固體碳表面擴(kuò)散遷移的速率：在低溫下，﹤﹤，≈，此時(shí)，過(guò)程的總速度取決于化學(xué)反應(yīng)速度，稱燃燒處于“動(dòng)力學(xué)燃燒區(qū)”。在高溫下，﹤﹤，≈，此時(shí)，過(guò)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)”。當(dāng)燃燒處于動(dòng)力燃燒區(qū)時(shí)，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(dāng)燃燒處于擴(kuò)散燃燒區(qū)時(shí)，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。燒結(jié)過(guò)程在點(diǎn)火后不到一分鐘，料層溫度升高到1200℃～1350℃，故其燃燒反應(yīng)基本上是在擴(kuò)散區(qū)內(nèi)進(jìn)行，因此，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、增加風(fēng)機(jī)風(fēng)量）和氣流中的氧含量，都能提高燃燒反應(yīng)速度，強(qiáng)化燒結(jié)過(guò)程。在低溫下，﹤﹤，≈，此時(shí)，過(guò)程的總速度取決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(xì)而且分散，按重量計(jì)燃料只占總料重的3％～5%，按體積計(jì)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(gè)厚度不大(一般為30～40mm)的高溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行。高溫廢氣降低很快，二次燃燒反應(yīng)不會(huì)有明顯的發(fā)展；(3)燒結(jié)料層中一般空氣過(guò)剩系數(shù)較高(常為1.4～1.5)，故廢氣中均含一定數(shù)量的氧。一般來(lái)說(shuō)，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。

4.2.3燒結(jié)料層的廢氣組成及影響因素圖4－2在燒結(jié)試驗(yàn)過(guò)程測(cè)得廢氣中的氧氣、二氧化碳和一氧化碳的變化(試驗(yàn)所用燃料量為7％)

圖4－2在燒結(jié)試驗(yàn)過(guò)程測(cè)得廢氣中的(試驗(yàn)所用燃料量為7％)通常用燃燒比(CO/CO+CO2)來(lái)衡量燒結(jié)過(guò)程中碳的化學(xué)能利用程度，用廢氣成分來(lái)衡量燒結(jié)過(guò)程的氣氛。燃燒比大則碳的利用差，還原性氣氛較強(qiáng)，反之碳的利用好，氧化氣氛較強(qiáng)。還原性氣氛較強(qiáng)時(shí)，CO可以將Fe2O3還原為Fe3O4，因此，燒結(jié)混合料中配碳量越過(guò)，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(fù)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

通常用燃燒比(CO/CO+CO2)來(lái)衡量燒結(jié)過(guò)程中碳的化圖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(fù)壓間的關(guān)系

圖4-6廢氣燃燒比與料層厚度的關(guān)系

圖4-7廢氣燃燒比與返礦量的關(guān)系

圖4-4廢氣燃燒比與圖4-5廢氣燃燒比與圖4-6廢氣燃4.2.4固體燃料特性及用量對(duì)燒結(jié)過(guò)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(shí)驗(yàn)決定。粒度-0.5mm的燃料顆粒燃燒時(shí)，難以在自身周圍建立起成塊的燒結(jié)礦。根據(jù)試驗(yàn)資料，在燒結(jié)原料粒度為-8mm的鐵礦粉時(shí)，粒度為1～2mm的焦粉是最適宜的，這樣的粒度有能力在周圍建立18～20mm燒結(jié)礦塊。在燒結(jié)精礦時(shí)(-lmm，其中-0.074mm占30％)，試驗(yàn)表明焦粉粒度0.5～3mm最好；4.2.4固體燃料特性及用量對(duì)燒結(jié)過(guò)程的影響試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐證明，焦粉中-0.5和+3mm粒級(jí)的存在是不利的。太細(xì)的焦粉在氣流作用下，會(huì)從上層吹到下層，從而損害了燒結(jié)礦的強(qiáng)度。粒度過(guò)大時(shí)，燃料分布不均勻，這是因?yàn)橥瑯佑昧繒r(shí)，料層中碳的分布點(diǎn)少；另一方面，布料時(shí)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(huì)導(dǎo)致產(chǎn)質(zhì)量下降。圖4－8燃料粒度對(duì)各項(xiàng)燒結(jié)指標(biāo)的影響試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐證明，焦粉中-0.5和+3mm粒級(jí)的存4.2.4.2.固體燃料的種類無(wú)煙煤與焦粉相比孔隙率小得多，因此同樣的重量時(shí)，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(shí)無(wú)煙煤反應(yīng)性較差，因而導(dǎo)致垂直燒結(jié)速度下降。在同樣用量和同樣粒度時(shí)，無(wú)煙煤的總顆粒數(shù)小于焦粉，在料層中無(wú)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(wú)煙煤代替焦粉時(shí)，必須適當(dāng)增加固體燃料的用量和適當(dāng)降低其平均粒度，與此同時(shí)還應(yīng)設(shè)法改善料層透氣性。若采用揮發(fā)分較高的煤(10％～40％)，因?yàn)閾]發(fā)物在150～700℃溫度下的預(yù)熱帶就從煤中分解出來(lái)，不可能燃燒而進(jìn)入廢氣，與廢氣一起進(jìn)入抽風(fēng)除塵系統(tǒng)，而在管道壁、排灰閥、除塵器，以及抽風(fēng)機(jī)的內(nèi)壁和轉(zhuǎn)子的葉片上沉積下來(lái)，危及和妨害整個(gè)抽風(fēng)系統(tǒng)的正常工作。因此焦粉和無(wú)煙煤中的揮發(fā)分含量，不應(yīng)超過(guò)5％。4.2.4.2.固體燃料的種類圖4－9焦、煤對(duì)比(韶鋼試驗(yàn))圖4－9焦、煤對(duì)比(韶鋼試驗(yàn))4.2.4.3.固體燃料的用量在燒結(jié)過(guò)程中，氧化物的再結(jié)晶，高價(jià)氧化物的還原和分解，低價(jià)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(duì)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4－10）。圖4－10FeO對(duì)RI（JIS還原性）,RDI（JIS還原粉化）的影響4.2.4.3.固體燃料的用量圖4－10FeO對(duì)RI（JI燃料用量對(duì)燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)的影響：含碳量少時(shí)，燒結(jié)礦微觀結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，隨著含碳量的增加，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(qiáng)度和良好的還原性。通常在磁鐵礦燒結(jié)過(guò)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(shí)的熱收入，故燃料用量要高些，對(duì)于菱鐵礦和褐鐵礦則因?yàn)樘妓猁}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(duì)于具體的礦石原料最適宜的燃料用量需由試驗(yàn)確定。燃料用量對(duì)燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)的影響：含碳量少時(shí)，燒結(jié)礦微觀結(jié)圖4－11焦粉用量影響（韶鋼試驗(yàn)，低硅燒結(jié)）圖4－11焦粉用量影響（韶鋼試驗(yàn)，低硅燒結(jié)）4.2.4.4.燃料分加燃料分加能減小制?；旌狭现械慕狗酆浚欣诨旌狭现屏Ｐ∏虻男纬膳c長(zhǎng)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(guò)程透氣性，改善燒結(jié)料層的氣體動(dòng)力學(xué)特征，提高燒結(jié)速度。圖4－12燃料分加(韶鋼試驗(yàn))4.2.4.4.燃料分加圖4－12燃料分加(韶鋼試驗(yàn))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(dāng)熱風(fēng)達(dá)到某一料層時(shí)，假定料層為室溫的含水料層，這時(shí)，料溫逐漸上升至露點(diǎn)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）由于料溫與熱風(fēng)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(dá)到最高溫度。（4）燃燒結(jié)束，料層溫度開(kāi)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。4.2.5燒結(jié)層的溫度分布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(diǎn)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(diǎn)；（2）燃燒帶下部的熱交換是在一個(gè)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(shí)，最高溫度升高，高溫保持時(shí)間延長(zhǎng)。圖4－13沿料層高度的溫度分布a－剛點(diǎn)火畢；b－點(diǎn)火終了后1－2分鐘；c－開(kāi)始燒結(jié)后8－l0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

4.2.5.2沿料層高度的溫度分布圖4－13沿料層高度圖4－14實(shí)驗(yàn)室燒結(jié)過(guò)程廢氣溫度的變化圖4－14實(shí)驗(yàn)室燒結(jié)過(guò)程廢氣溫度的變化4.2.5.3影響料層溫度的因素1.燃料用量對(duì)料層溫度分布規(guī)律的影響“料層自動(dòng)蓄熱”，是由于上層物料對(duì)下層物料的加熱(傳導(dǎo)、輻射)和上層物料對(duì)通過(guò)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4－15燃料用量對(duì)各料層最高溫度的影響

圖4－16沿料層高度自上而下蓄熱量的增加

4.2.5.3影響料層溫度的因素圖4－15燃料用量對(duì)各料2.物料粒度對(duì)料層最高溫度的影響

圖4－17燒結(jié)料粒度對(duì)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5～8，3～5，0.84～1.68mm圖4－18燃料粒度對(duì)料層中最高溫度的影響燃料粒度：曲線1－0～1mm；曲線2－3～6mm2.物料粒度對(duì)料層最高溫度的影響圖4－17燒結(jié)料粒度對(duì)料4.2.6燒結(jié)過(guò)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(diǎn)移動(dòng)速度。燃燒速度：?jiǎn)挝粫r(shí)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(jìn)速度，E．w．沃依斯(Voice)定名為前沿速度。燃燒速度與傳熱速度的關(guān)系：在燒結(jié)過(guò)程中，當(dāng)傳熱速度相對(duì)慢于燃燒速度時(shí)，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(shí)高溫區(qū)的移動(dòng)速度決定於傳熱速度。當(dāng)傳熱速度相對(duì)地快于燃燒速度時(shí)，高溫帶的最高溫度也不夠高，高溫帶的移動(dòng)速度則決定于燃燒速度。因此，在燒結(jié)過(guò)程中要求這兩種速度能夠很好配合，即能“同步”進(jìn)行”。4.2.6燒結(jié)過(guò)程傳熱規(guī)律及應(yīng)用主要影響因素：（1）燃料用量與燃料粒度：用量少，粒度細(xì)，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0.8～1.0次方成正比；燃燒速度與氣流速度的0.5次方成正比。當(dāng)通過(guò)料層的氣流速度增加到極限時(shí)，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(dòng)速度落后于熱波前沿移動(dòng)速度的現(xiàn)象。燒結(jié)過(guò)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(jìn)速度也要求協(xié)調(diào)一致，同步前進(jìn)。如果某一反應(yīng)層的推進(jìn)受到阻礙，燒結(jié)過(guò)程就可能遭到破壞。主要影響因素：傳熱前沿速度受下列因素影響：①氣體速度較大，傳熱前沿速度較大；②氣體密度較大，傳熱前沿速度較大；②氣體比熱較大，傳熱前沿速度較大；④固體料堆密度大、比熱容較大，則傳熱前沿速度較小；⑤固體料層水分較多、碳酸鹽較多、料層孔隙率較小，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：①空氣中含氧量越大，燃燒前沿速度越大；②固體燃料的可燃性越好、粒度越小，燃燒前沿速度越大；

③固體燃料用量與燃燒前沿速度間的關(guān)系有極大值；④增加風(fēng)量會(huì)使燃燒前沿速度加快。傳熱前沿速度受下列因素影響：燃燒前沿速度主要受下列因素所制約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(guò)程的總速度?！叭紵把亍钡囊苿?dòng)速度往往落后于“傳熱前沿”的移動(dòng)速度，這種燒結(jié)制度由于氧供應(yīng)不足，即使焦粒已經(jīng)加熱到燃點(diǎn)也不會(huì)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(gè)燒結(jié)過(guò)程加快。倘若配碳較低，剩余氧很大，在此情況下加熱到燃點(diǎn)的焦粉劇烈燃燒，燃燒前沿移動(dòng)速度大。因此燒結(jié)過(guò)程的總速度決定于傳熱前沿速度。例如燒結(jié)含硫礦石時(shí)，傳熱前沿移動(dòng)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(guò)程。使用焦粉或無(wú)煙煤作燃料，并且使用空氣進(jìn)行燒結(jié)生產(chǎn)時(shí)，料層中的傳熱和燃燒前沿速度大體上是協(xié)調(diào)的。但對(duì)不同的原料和操作條件還需要作具體的研究.并通過(guò)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)。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4.3水分在燒結(jié)過(guò)程中的作用與行為4.3.1燒結(jié)料中的水分的來(lái)源a.物料原始含水;b.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(shí)生成的水。4.3.2水分在燒結(jié)過(guò)程中的作用（1）制粒作用燒結(jié)混合料加入適當(dāng)?shù)乃?，由于水在混合料粒子間產(chǎn)生毛細(xì)力，在混合料的滾動(dòng)過(guò)程中互相接觸而靠緊，制成小球粒，以改善料層的透氣性。4.3水分在燒結(jié)過(guò)程中的作用與行為4.3.1燒結(jié)料中的水（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130～400kJ/㎡·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(guò)程中料層的阻力，同時(shí)保證了在燃料消耗較少的情況下獲得必要的高溫。（3）潤(rùn)滑作用水分子覆蓋在礦粉顆粒表面，起類似潤(rùn)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?yàn)楦鶕?jù)CO和C的鏈?zhǔn)饺紵龣C(jī)理，要求火焰中有一定含量的H＋和OH－，所以混合料中適當(dāng)加濕，在一切情況下都是必要的。（水煤氣反應(yīng)：C＋H2O=H2+CO）（2）導(dǎo)熱作用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(guò)程中的蒸發(fā)可以分為以下幾個(gè)階段：(1)預(yù)熱階段當(dāng)熱氣體與濕料接觸時(shí)，在一段很短時(shí)間內(nèi)，蒸發(fā)過(guò)程進(jìn)行得較為緩慢，物料含水量沒(méi)有多大變化，但物料溫度卻有了明顯的升高，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(dá)到平衡為止，這段時(shí)期通常稱為“預(yù)熱階段”。(2)等速干燥階段物料達(dá)到蒸發(fā)平衡的溫度時(shí)，物料中的水分直線規(guī)律發(fā)生變化，水分以等速進(jìn)行蒸發(fā)，這段時(shí)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(rèn)為等于純液面上的蒸汽壓，而與物料的濕度無(wú)關(guān)。這個(gè)階段持續(xù)到物料達(dá)到所謂“臨界濕度”為止。4.3.3水分的蒸發(fā)與冷凝(3)降速干燥階段在達(dá)到臨界濕度以后就進(jìn)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(dāng)達(dá)到所謂“平衡濕度”時(shí)，即氣體中蒸汽分壓與物料表面水的飽和蒸汽壓達(dá)到平衡時(shí)，干燥速度等于零。圖4－19在穩(wěn)定條件下干燥特性曲線

圖4－20在穩(wěn)定條件下混合料含水率和溫度的變化

(3)降速干燥階段在達(dá)到臨界濕度以后就進(jìn)入“降速4.3.3.2水汽的冷凝1.水汽的冷凝與過(guò)濕帶的形成從干燥帶帶下來(lái)的廢氣，其中含有較多的水汽，由于廢氣溫度進(jìn)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(lái)，導(dǎo)致燒結(jié)料層中部分物料超過(guò)原始水分，而形成所謂“過(guò)濕帶”。濕空氣中的水汽開(kāi)始在料面冷凝的溫度稱為“露點(diǎn)”，即水汽分壓（Pc）的濕空氣在露點(diǎn)溫度下達(dá)到飽和狀態(tài)(Ps)。燒結(jié)廢氣的露點(diǎn)約為60℃左右。4.3.3.2水汽的冷凝2.燒結(jié)過(guò)程中冷凝現(xiàn)象的試驗(yàn)測(cè)定

圖4－21燒結(jié)廢氣曲線

圖4－22料層中最初2min溫度變化曲線

2.燒結(jié)過(guò)程中冷凝現(xiàn)象的試驗(yàn)測(cè)定圖4－21燒結(jié)廢氣曲線3.防止燒結(jié)料層過(guò)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。3.防止燒結(jié)料層過(guò)濕的主要措施4.4固體物料的分解

固體物料的分解反應(yīng)，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(dāng)固體物料的分解壓等于環(huán)境中對(duì)應(yīng)氣體的分壓時(shí)，固體物料開(kāi)始分解，其對(duì)應(yīng)溫度稱為“開(kāi)始分解溫度”；當(dāng)固體物料的分解壓等于環(huán)境中對(duì)應(yīng)氣體的總壓時(shí)，固體物料開(kāi)始劇烈分解，其對(duì)應(yīng)溫度稱為“沸騰分解溫度”。4.4固體物料的分解固體物料的分解反應(yīng)，可以以下表4－1結(jié)晶水開(kāi)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(kāi)始分解溫度℃原始相分解產(chǎn)物開(kāi)始分解溫度℃水赤鐵礦2Fe2O3·H2O赤鐵礦Fe2O3150-200高嶺土A12O3·2SiO2·2H2O偏高嶺土Al2O3·2SiO2·2H2O400-500褐鐵礦2Fe2O3·3H2O(H2O在α-FeO·OH的固溶體)針鐵礦Fe2O3·H2O(α-FeO·OH)120－140拜來(lái)石(Fe，A1)2O3·3SiO2·2H2O550-575針鐵礦Fe2O3·H2O(α-FeO·OH)赤鐵礦Fe2O3190－328皂土(Mg，Ca)O2.A12O3·4SiO2·nH2O50－80>50針鐵礦Fe2O3·H2O(γ-FeO·OH)磁性赤鐵礦α-Fe2O3260－328石膏CaSO4·2H2O半水硫酸鈣CaSO4·0.5H2O120水錳礦MnO2·Mn(OH)2(MnO.OH)褐錳礦Mn3O3300－360半水硫酸鈣CaSO4·0.5H2O硬石膏CaSO4170水鋁礦A1(OH)3單水鋁礦γ－A1O(OH)390－340臭蔥石FeAsO4·3H2O100－250單水鋁礦γ-AlO(OH)剛玉(立方)γ－A12O3490－550鱗綠泥石8FeO·4(AI，F(xiàn)e)zO3·6SiO2·9H2O410硬水鋁礦α-A1O(OH)剛玉(三斜)α-A12O3450－500緬綠泥石15(Fe，Mg)O·5Al2O3·16H2O3904.4.1結(jié)晶水的分解

表4－1結(jié)晶水開(kāi)始分解的溫度及分解后的固體產(chǎn)物原始4.4.2碳酸鹽的分解碳酸鹽分解反應(yīng)的通式可寫(xiě)為：MeCO3→MeO＋CO2↑不同碳酸鹽的穩(wěn)定性順序?yàn)椋篫nCO3＜MnCO3＜PbCO3＜FeCO3＜MgCO3＜CaCO3＜BaCO3＜Na2CO3；當(dāng)在大氣中焙燒碳酸鹽時(shí)，燒結(jié)中常見(jiàn)碳酸鹽的開(kāi)始分解溫度和沸騰分解溫度如下：CaCO3：開(kāi)始分解溫度為530℃，沸騰分解溫度910℃；MgCO3：開(kāi)始分解溫度為320℃，沸騰分解溫度680℃；FeCO3：開(kāi)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(jìn)行。4.4.2碳酸鹽的分解在燒結(jié)過(guò)程中CaCO3分解為CaO后，必須與SiO2、Fe2O3等進(jìn)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(huì)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，%；

KH－CaO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。在燒結(jié)過(guò)程中CaCO3分解為CaO后，必須與SiO24.4.3氧化物的分解氧化物如MO2的分解可表示為：MO2(s)=M(s)+O21.氧化物分解的熱力學(xué)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(dāng)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(shí)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(shí)，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(1400～1700℃)下都是比較小的，遠(yuǎn)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(jià)氧化物的分解壓高，低價(jià)氧化物的分解壓低。4.4.3氧化物的分解圖4－23氧化物的分解壓與溫度的關(guān)系圖4－23氧化物的分解壓與溫度的關(guān)系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(jí)進(jìn)行的，但是，F(xiàn)eO僅在570℃以上才能在熱力學(xué)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(jìn)行：6Fe2O3＝4Fe3O4+O22Fe3O4＝6FeO+O22FeO＝2Fe+O2在570℃以下分二步進(jìn)行：6Fe2O3＝4Fe3O4+O21/2Fe3O4＝3/2Fe+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(jí)分解過(guò)程為：MnO2→Mn2O3→Mn3O4→MnO→Mn2.鐵氧化物的分解特性圖4-24氧化鐵分解壓與溫度的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(guò)程中，鐵氧化物可能為CO所還原，鐵的還原反應(yīng)是逐級(jí)進(jìn)行的：＞570℃時(shí)Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe＜570℃時(shí)Fe2O3→Fe3O4→Fe其還原反應(yīng)為：①Fe2O3的還原用CO還原Fe2O3的反應(yīng)為：3Fe2O3+CO＝2Fe3O4+CO2②Fe3O4的還原Fe3O4還原在高溫與低溫有不同的反應(yīng)。當(dāng)溫度高于570℃時(shí)，反應(yīng)為：Fe3O4+CO＝3FeO+CO2當(dāng)溫度低于570℃時(shí)，反應(yīng)為：1/4Fe3O4+CO＝3/4Fe+CO2③FeO的還原反應(yīng)為：FeO+CO＝Fe+CO24.5鐵氧化物的還原與氧化4.5.1鐵氧化物的還原圖4－25CO還原鐵氧化物的平衡氣相組成與溫度的關(guān)系

圖4－25CO還原鐵氧化物的平衡氣相組成與溫度的關(guān)系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(shí)際氧量與假定全部鐵(TFe)為三價(jià)鐵時(shí)結(jié)合的氧量之比。其計(jì)算式為：Ω＝[1－w(FeFeO)/3w(TFe)]×100％式中：Ω－－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。

4.5.2鐵氧化物的氧化4.6有害雜質(zhì)的去除4.6.1燒結(jié)過(guò)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(guò)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。4.6有害雜質(zhì)的去除4.6.1燒結(jié)過(guò)程脫硫4.7燒結(jié)料層中的氣流運(yùn)動(dòng)4.7.1燒結(jié)抽風(fēng)量與燒結(jié)生產(chǎn)率的關(guān)系燒結(jié)生產(chǎn)率：q＝60·F·k·γ·ν式中：q－－燒結(jié)機(jī)的生產(chǎn)率，t/（臺(tái)·時(shí)）；k－－燒結(jié)礦的成品率，％；γ－－燒結(jié)礦的堆密度，t/m3;ν－－垂直燒結(jié)速度，㎜/min;F－－燒結(jié)機(jī)的有效抽風(fēng)面積，㎡。在抽風(fēng)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。4.7燒結(jié)料層中的氣流運(yùn)動(dòng)4.7.1燒結(jié)抽風(fēng)量與燒結(jié)生產(chǎn)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(guò)的難易程度，即料層對(duì)氣體通過(guò)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(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積和一定料層高度的氣體量來(lái)表示，即：G＝Q/(tF)式中：G－－透氣性，m3/m2·min；Q－－氣體流量，m3；t－－時(shí)間，min；F－－抽風(fēng)面積，m2。顯然，當(dāng)抽風(fēng)面積和料層高度一定時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)料層的空氣量愈大，則表明料層對(duì)氣體通過(guò)的阻力小，燒結(jié)料層的透氣性愈好。

4.7.2料層透氣性及其影響因素(2)在一定料層高度，且抽風(fēng)量不變的情況下，料層透氣性可以用氣體通過(guò)料層時(shí)壓頭損失Δp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(guò)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。

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(guò)的氣體流量，因而它是表示料層透氣性的一種指標(biāo)，其計(jì)量單位采用米制單位時(shí)叫JPU。透氣性越好，即JPU指數(shù)高，氣流越容易通過(guò)料層。公式中的值，由于流動(dòng)狀態(tài)不同，其值是變化的。對(duì)于燒結(jié)工藝一般取n＝0.6。(2)在一定料層高度，且抽風(fēng)量不變的情況下，料層透氣改善燒結(jié)料層透氣性的途徑：（1）加強(qiáng)燒結(jié)原料準(zhǔn)備加強(qiáng)燒結(jié)原料準(zhǔn)備的目的在于改進(jìn)混合料粒度和粒度組成，可通過(guò)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(qiáng)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(qiáng)化燒結(jié)操作a.提高抽風(fēng)機(jī)的能力，減少燒結(jié)機(jī)漏風(fēng)率;b.預(yù)熱燒結(jié)混合料，控制燃燒帶的厚度。改善燒結(jié)料層透氣性的途徑：4.8燒結(jié)過(guò)程的成礦機(jī)理4.8.1固相反應(yīng)固相反應(yīng)是指物料在沒(méi)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)，反應(yīng)產(chǎn)物也是固體。固相反應(yīng)特點(diǎn)：（1）開(kāi)始進(jìn)行固相反應(yīng)的溫度遠(yuǎn)低于反應(yīng)物的熔點(diǎn)或它們的低共熔點(diǎn)；（2）固相反應(yīng)只能是放熱的化學(xué)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(jiǎn)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(guò)程的速度小于溶液內(nèi)化學(xué)反應(yīng)速度。4.8燒結(jié)過(guò)程的成礦機(jī)理4.8.1固相反應(yīng)固相反應(yīng)在燒結(jié)過(guò)程中的作用在燒結(jié)過(guò)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)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(gè)顆粒僅僅與它直接接觸的顆粒發(fā)生反應(yīng)。圖4－26燒結(jié)混合料中各組分相互作用示意圖固相反應(yīng)在燒結(jié)過(guò)程中的作用圖4－26燒結(jié)混合料中各4.8.2液相的形成表4－2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SiO2－FeO2FeO?SiO21205SiO2－FeO2FeO?SiO2－SiO2共晶混合物1178SiO2－FeO2FeO?SiO2－FeO共晶混合物1177Fe3O4－2FeO?SiO22FeO?SiO2－Fe3O4共晶混合物1142MnO—SiO22MnO?SiO2異分熔化點(diǎn)1323MnO－Mn2O3－SiO2MnO－Mn2O3－2FeO?SiO2共晶混合物13032FeO?SiO2－2CaO?SiO2鈣鐵橄欖石CaOx?FeO2－x?SiO2x＝0.191150CaO?Fe2O3CaO?Fe2O3→液相＋2CaO?Fe2O3(異分熔化點(diǎn))1126CaO?Fe2O3CaO?Fe2O3－CaO?2Fe2O3共晶混合物12002CaO?SiO2－FeO2CaO?SiO2－FeO共晶混合物1280FeO－Fe2O3?CaO(18%CaO+82%FeO)－2CaO?Fe2O3固熔體－共晶混合物1140Fe3O4－Fe2O3－CaO?Fe2O3Fe3O4－CaO?Fe2O3；Fe3O4－2CaO?Fe2O31180Fe2O3－CaO?SiO22CaO?SiO2－CaO?Fe2O3－CaO?2Fe2O3(共晶混合物)11924.8.2液相的形成表4－2燒結(jié)料形成的易熔化合物及共熔由于燒結(jié)原料粒度較粗，微觀結(jié)構(gòu)不均勻，而且反應(yīng)時(shí)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(dá)不到平衡狀態(tài)，液相形成過(guò)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(diǎn)化合物處，隨著溫度升高而首先出現(xiàn)初期液相。(2)低熔點(diǎn)化合物加速形成：這是由于溫度升高和初期液相的促進(jìn)作用，在熔化時(shí)－部分分解成簡(jiǎn)單化合物，－部分熔化成液相。(3)液相擴(kuò)展：使燒結(jié)料中高熔點(diǎn)礦物熔點(diǎn)降低，大顆粒礦粉周邊被熔融，形成低共熔混合物液相。(4)液相反應(yīng)：液相中的成分在高溫下進(jìn)行置換、氧化還原反應(yīng)，液相產(chǎn)生氣泡，推動(dòng)碳粒到氣流中燃燒。(5)液相同化：通過(guò)液相的粘性和塑性流動(dòng)傳熱，使燒結(jié)過(guò)程溫度和成分均勻化，趨近于相圖上穩(wěn)定的成分位置。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(shí)間短液相形成在燒結(jié)過(guò)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(qiáng)度；(2)液相具有一定的流動(dòng)性，可進(jìn)行粘性或塑性流動(dòng)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；(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)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(shí)間內(nèi)燃燒完畢；(4)液相能潤(rùn)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(qiáng)度；(5)從液相中形成并析出燒結(jié)料中所沒(méi)有的新生礦物，這種新生礦物有利于改善燒結(jié)礦的強(qiáng)度和還原性。液相生成量多少為佳的定量結(jié)論，有待進(jìn)一步研究，一般應(yīng)有50～70%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(rùn)濕性。液相形成在燒結(jié)過(guò)程中的作用：4.8.3液相的冷凝與結(jié)晶燒結(jié)料中的液相，在抽風(fēng)過(guò)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)晶過(guò)程高熔點(diǎn)的鐵氧化物(Fe3O4、Fe2O3)在冷卻時(shí)首先析出；其次，它們周圍是低熔點(diǎn)化合物和共晶混合物析出，質(zhì)點(diǎn)從液態(tài)的無(wú)序排列過(guò)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(guò)程在結(jié)晶過(guò)程的同時(shí)，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120～130℃／min，下層為40～50℃／min，差別甚大，不僅有物理化學(xué)反應(yīng)，而且還有內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。4.8.3液相的冷凝與結(jié)晶4.9燒結(jié)礦的礦物組成、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)對(duì)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的復(fù)合物，它是由含鐵礦物和脈石礦物及由它們形成的液相粘結(jié)而成，礦物組成隨原料及燒結(jié)工藝條件不同而異。一般說(shuō)來(lái)，鐵礦石燒結(jié)礦的礦物組成為：(1)含鐵礦物磁鐵礦(Fe3O4)、赤鐵礦(Fe2O3)、浮氏體(FexO)(2)粘結(jié)相礦物一般有以下幾種：鐵橄欖石(2FeO?SiO2)，鈣鐵橄欖石[CaOx·FeO2－x·SiO2(x＝0.25～1.5)]，鐵酸鈣(CaO?Fe2O3、2CaO?Fe2O3、CaO?2Fe2O3)。(3)其它硅酸鹽正硅酸鈣(2CaO?SiO2堿度>1.0)、硅灰石(CaO?SiO2堿度1.0～1.2)、硅酸三鈣(3CaO?SiO2高堿度生成)。4.9燒結(jié)礦的礦物組成、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)對(duì)其質(zhì)量的影響4.9.2.燒結(jié)礦的礦物結(jié)構(gòu)圖4－27堿度為1.1的現(xiàn)場(chǎng)燒結(jié)礦的結(jié)構(gòu)(八個(gè)單元燒結(jié)體)1－邊緣區(qū)，由96－95%磁鐵礦和5－10%鈣鐵橄欖石和玻璃質(zhì)組成；2－中間區(qū)，由50－90%磁鐵礦、10－15%鈣鐵橄欖石和玻璃質(zhì)組成；3－中心區(qū)，由30－50%磁鐵礦、50－70%鈣鐵橄欖石和玻璃質(zhì)組成的硅酸鹽“湖”；4－原生赤鐵礦；5－大氣孔(1)宏觀結(jié)構(gòu)2.燒結(jié)礦的礦物結(jié)構(gòu)圖4－27堿度為1.1圖4－28單元燒結(jié)體形成示意圖(a)在燒結(jié)料中的燃料顆粒；(b)燃燒開(kāi)始；(c)、(d)燃燒體周圍生成液滴和產(chǎn)生收縮；(e)燃燒體邊緣開(kāi)始結(jié)晶；(f)中心區(qū)結(jié)晶后的燒結(jié)體。圖4－28單元燒結(jié)體形成示意圖用肉眼來(lái)判斷燒結(jié)礦孔隙的大小，孔隙分布及孔壁的厚薄。可分為：①粗孔蜂窩狀結(jié)構(gòu)。有熔融的光滑表面，由于燃料用量大，液相生成量多；燃料用量更高時(shí)，則成為氣孔度很小的石頭狀體。②微孔海綿狀結(jié)構(gòu)。燃料用量適量，液相量為30%左右，液相粘度較大，這種結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，還原性好。若粘度小時(shí)則易形成強(qiáng)度低的粗孔結(jié)構(gòu)。③松散狀結(jié)構(gòu)。燃料用量低、液相數(shù)量少，燒結(jié)料顆粒僅點(diǎn)接觸粘結(jié)，故燒結(jié)礦強(qiáng)度低。用肉眼來(lái)判斷燒結(jié)礦孔隙的大小，孔隙分布及孔壁的厚薄。

(2)微觀結(jié)構(gòu)

①粒狀結(jié)構(gòu)。燒結(jié)礦中含鐵礦物晶粒與粘結(jié)相礦物晶?；ハ嘟Y(jié)合成粒狀結(jié)構(gòu)，分布均勻，強(qiáng)度較好。②斑狀結(jié)構(gòu)。燒結(jié)礦中含鐵礦物呈斑晶狀與細(xì)粒的粘結(jié)相礦物或玻璃相相互結(jié)合成斑狀結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度也較好。③骸晶結(jié)構(gòu)。早期結(jié)晶的含鐵礦物晶粒發(fā)育不完善，只形成骨架，其內(nèi)部常為硅酸鹽粘結(jié)相充填于其中，可以看到含鐵礦物結(jié)晶外形和邊緣呈骸晶結(jié)構(gòu)。④丹點(diǎn)狀的共晶結(jié)構(gòu)。含鐵礦物呈圓點(diǎn)狀分布于粘結(jié)相礦物中，例如Fe3O4－CFS共晶部分形成的結(jié)構(gòu)。⑤熔融結(jié)構(gòu)。含鐵礦物被粘結(jié)相所熔融。成它形晶。例如高堿度燒結(jié)礦中的Fe2O3被CF熔融，含鐵礦物與粘結(jié)相接觸密切，強(qiáng)度很好。⑥交織結(jié)構(gòu)。含鐵礦物與粘結(jié)相礦物彼此發(fā)展或者交織構(gòu)成，此種結(jié)構(gòu)的燒結(jié)礦強(qiáng)度最好。(2)微觀結(jié)構(gòu)4.9.2燒結(jié)礦的礦物組成和結(jié)構(gòu)對(duì)其質(zhì)量的影響1.對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的影響影響機(jī)械強(qiáng)度的因素有：(1)各種礦物成分自身的強(qiáng)度；(2)燒結(jié)礦冷凝結(jié)晶的內(nèi)應(yīng)力；(3)燒結(jié)礦中氣孔的大小和分布；(4)燒結(jié)礦中組分多少和組織的均勻度。

2.對(duì)還原性的影響影響還原性能的因素為：(1)各組成礦物的自身還原性；(2)氣孔率、氣孔大小與性質(zhì)；(3)礦物晶粒的大小和晶格能的高低。4.9.2燒結(jié)礦的礦物組成和結(jié)構(gòu)對(duì)其質(zhì)量的影響4.9.3影響燒結(jié)礦礦物組成和結(jié)構(gòu)的因素

1.燒結(jié)料配碳量的影響2.燒結(jié)料堿度的影響3.燒結(jié)料化學(xué)成分影響(1)鐵礦中SiO2的含量(2)MgO的影響(3)A12O3的影響(4)配加少量的含磷礦物(5)不同F(xiàn)e2O3種類的影響4.操作工藝制度的影響4.9.3影響燒結(jié)礦礦物組成和結(jié)構(gòu)的因素本章結(jié)束！本章結(jié)束！煉鐵原料主講：代林晴冶金與能源工程學(xué)院冶金系煉鐵原料主講：代林晴冶金與能源工程學(xué)院冶金系第四章鐵礦粉燒結(jié)理論第四章鐵礦粉燒結(jié)理論鐵礦粉燒結(jié)過(guò)程：將細(xì)粒含鐵物料與熔劑、燃料按一定比例混合，再加水潤(rùn)濕、混勻、制粒成為燒結(jié)料，鋪于燒結(jié)機(jī)臺(tái)車上，通過(guò)點(diǎn)火、抽風(fēng)，借助燃料燃燒產(chǎn)生的高溫和一系列物理化學(xué)變化，生成部分低熔點(diǎn)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(lái)，冷卻后即成為具有一定強(qiáng)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(guò)燒結(jié)可為高爐提供化學(xué)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，為高爐優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、長(zhǎng)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(guó)家資源，又減輕了環(huán)境污染，還可降低生產(chǎn)成本。鐵礦粉燒結(jié)過(guò)程：將細(xì)粒含鐵物料與熔劑、燃料按一定比例①燒結(jié)礦帶：燒結(jié)礦的冷卻與再氧化過(guò)程；②靠近燃燒帶的燒結(jié)礦帶：熔體結(jié)晶；③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；④燃燒帶：燃料燃燒，液相熔體生成，高溫分解；⑤干燥預(yù)熱帶：揮發(fā)，分解，氧化還原，水分蒸發(fā)；⑥水分冷凝帶：水汽冷凝。4.1燒結(jié)過(guò)程及主要變化

對(duì)燒結(jié)過(guò)程的臺(tái)車進(jìn)行解剖，根據(jù)溫度的高低和其中的物理化學(xué)變化，自上而下可以將正在燒結(jié)的料層分為燒結(jié)礦帶、燃燒帶、干燥預(yù)熱帶、過(guò)濕帶和原始料帶五個(gè)帶。圖4－1燒結(jié)過(guò)程的解剖1－燒結(jié)盤(pán)；2－爐篦；3－廢氣出口；4－煤氣點(diǎn)火器；5－鋪底料

①燒結(jié)礦帶：燒結(jié)礦的冷卻與再氧化過(guò)程；4.1燒結(jié)過(guò)程及主帶式燒結(jié)機(jī)抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)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1000~1100℃

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℃700~800℃300~400℃120℃60℃負(fù)壓1000~1600mmH2O最高溫度點(diǎn)在燃燒層中部，高溫持續(xù)時(shí)間1~1.5min

點(diǎn)火表面赤熱部分過(guò)濕層脆性燒結(jié)礦收縮強(qiáng)度好的燒結(jié)礦預(yù)強(qiáng)

干燥塑性結(jié)燒礦帶式燒結(jié)機(jī)抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)程的分層性燒結(jié)礦層燃燒層預(yù)熱層干燥層濕料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(qiáng)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(lái)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(jī)卸礦端被擊碎而進(jìn)入返礦。表層厚度一般為40～50㎜，只有在燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火器采取保溫措施才能改善其表層強(qiáng)度。近年來(lái)由于燒結(jié)采用高料層作業(yè)，表層所占比例相對(duì)減少，它對(duì)燒結(jié)礦強(qiáng)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(dá)1100℃～1500℃。此處混合料軟化、熔融及液相形成。該層厚度為15～50㎜。此帶對(duì)燒結(jié)過(guò)程產(chǎn)量及質(zhì)量影響很大。該帶過(guò)寬會(huì)影響料層透氣性，導(dǎo)致產(chǎn)量低；過(guò)窄燒結(jié)溫度低，液相量不足，燒結(jié)礦粘結(jié)不好，強(qiáng)度低。該層的寬窄受燃料粒度、抽風(fēng)量的影響。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3.預(yù)熱干燥帶。主要過(guò)程是干燥與預(yù)熱。該帶特點(diǎn)是熱交換迅速，由于熱交換劇烈，廢氣溫度很快從1500℃下降到60℃～70℃。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20～40㎜。4.水分冷凝帶。即過(guò)濕帶，因?yàn)樯蠈痈邷貜U氣中帶入較多的水氣，進(jìn)入下層冷料時(shí)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.原始燒結(jié)料帶：處于料層最下部。此層中的物理、化學(xué)性質(zhì)基本不變。3.預(yù)熱干燥帶。主要過(guò)程是干燥與預(yù)熱。該帶特點(diǎn)是熱交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(xué)變化提供了必要條件。燒結(jié)過(guò)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(xué)燒結(jié)料中燃料所含的固體炭在溫度達(dá)700℃以上即著火燃燒，發(fā)生如下反應(yīng)：2C＋O2＝2COC＋O2＝CO2

2CO＋O2＝2CO2

CO2＋C＝2CO4.2燒結(jié)料層燃料燃燒基本原理燒結(jié)料層中固體燃料4.2.2固體燃料燃燒動(dòng)力學(xué)在燒結(jié)過(guò)程中，固體燃料呈分散狀分布在料層中，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(guò)程由五個(gè)環(huán)節(jié)組成。（1）氧通過(guò)邊界層擴(kuò)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(xué)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(kuò)散。為了建立碳粒燃燒速率方程，假設(shè)上述五個(gè)步驟中氧向碳粒表面的擴(kuò)散和氧與碳的化學(xué)反應(yīng)兩步的速率最小，這樣整個(gè)反應(yīng)就被（1）、（3）兩個(gè)步驟控制。4.2.2固體燃料燃燒動(dòng)力學(xué)a.氧氣向固體碳表面擴(kuò)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.相界面上的化學(xué)反應(yīng)速率：式中：――化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)；

n――反應(yīng)級(jí)數(shù)，設(shè)n=1。當(dāng)擴(kuò)散速率與化學(xué)反應(yīng)同步，即=時(shí)，整個(gè)反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行，則碳粒燃燒的總速度為：a.氧氣向固體碳表面擴(kuò)散遷移的速率：在低溫下，﹤﹤，≈，此時(shí)，過(guò)程的總速度取決于化學(xué)反應(yīng)速度，稱燃燒處于“動(dòng)力學(xué)燃燒區(qū)”。在高溫下，﹤﹤，≈，此時(shí)，過(guò)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)”。當(dāng)燃燒處于動(dòng)力燃燒區(qū)時(shí)，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(dāng)燃燒處于擴(kuò)散燃燒區(qū)時(shí)，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。燒結(jié)過(guò)程在點(diǎn)火后不到一分鐘，料層溫度升高到1200℃～1350℃，故其燃燒反應(yīng)基本上是在擴(kuò)散區(qū)內(nèi)進(jìn)行，因此，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、增加風(fēng)機(jī)風(fēng)量）和氣流中的氧含量，都能提高燃燒反應(yīng)速度，強(qiáng)化燒結(jié)過(guò)程。在低溫下，﹤﹤，≈，此時(shí)，過(guò)程的總速度取決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(xì)而且分散，按重量計(jì)燃料只占總料重的3％～5%，按體積計(jì)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(gè)厚度不大(一般為30～40mm)的高溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行。高溫廢氣降低很快，二次燃燒反應(yīng)不會(huì)有明顯的發(fā)展；(3)燒結(jié)料層中一般空氣過(guò)剩系數(shù)較高(常為1.4～1.5)，故廢氣中均含一定數(shù)量的氧。一般來(lái)說(shuō)，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。

4.2.3燒結(jié)料層的廢氣組成及影響因素圖4－2在燒結(jié)試驗(yàn)過(guò)程測(cè)得廢氣中的氧氣、二氧化碳和一氧化碳的變化(試驗(yàn)所用燃料量為7％)

圖4－2在燒結(jié)試驗(yàn)過(guò)程測(cè)得廢氣中的(試驗(yàn)所用燃料量為7％)通常用燃燒比(CO/CO+CO2)來(lái)衡量燒結(jié)過(guò)程中碳的化學(xué)能利用程度，用廢氣成分來(lái)衡量燒結(jié)過(guò)程的氣氛。燃燒比大則碳的利用差，還原性氣氛較強(qiáng)，反之碳的利用好，氧化氣氛較強(qiáng)。還原性氣氛較強(qiáng)時(shí)，CO可以將Fe2O3還原為Fe3O4，因此，燒結(jié)混合料中配碳量越過(guò)，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(fù)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

通常用燃燒比(CO/CO+CO2)來(lái)衡量燒結(jié)過(guò)程中碳的化圖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(fù)壓間的關(guān)系

圖4-6廢氣燃燒比與料層厚度的關(guān)系

圖4-7廢氣燃燒比與返礦量的關(guān)系

圖4-4廢氣燃燒比與圖4-5廢氣燃燒比與圖4-6廢氣燃4.2.4固體燃料特性及用量對(duì)燒結(jié)過(guò)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(shí)驗(yàn)決定。粒度-0.5mm的燃料顆粒燃燒時(shí)，難以在自身周圍建立起成塊的燒結(jié)礦。根據(jù)試驗(yàn)資料，在燒結(jié)原料粒度為-8mm的鐵礦粉時(shí)，粒度為1～2mm的焦粉是最適宜的，這樣的粒度有能力在周圍建立18～20mm燒結(jié)礦塊。在燒結(jié)精礦時(shí)(-lmm，其中-0.074mm占30％)，試驗(yàn)表明焦粉粒度0.5～3mm最好；4.2.4固體燃料特性及用量對(duì)燒結(jié)過(guò)程的影響試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐證明，焦粉中-0.5和+3mm粒級(jí)的存在是不利的。太細(xì)的焦粉在氣流作用下，會(huì)從上層吹到下層，從而損害了燒結(jié)礦的強(qiáng)度。粒度過(guò)大時(shí)，燃料分布不均勻，這是因?yàn)橥瑯佑昧繒r(shí)，料層中碳的分布點(diǎn)少；另一方面，布料時(shí)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(huì)導(dǎo)致產(chǎn)質(zhì)量下降。圖4－8燃料粒度對(duì)各項(xiàng)燒結(jié)指標(biāo)的影響試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐證明，焦粉中-0.5和+3mm粒級(jí)的存4.2.4.2.固體燃料的種類無(wú)煙煤與焦粉相比孔隙率小得多，因此同樣的重量時(shí)，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(shí)無(wú)煙煤反應(yīng)性較差，因而導(dǎo)致垂直燒結(jié)速度下降。在同樣用量和同樣粒度時(shí)，無(wú)煙煤的總顆粒數(shù)小于焦粉，在料層中無(wú)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(wú)煙煤代替焦粉時(shí)，必須適當(dāng)增加固體燃料的用量和適當(dāng)降低其平均粒度，與此同時(shí)還應(yīng)設(shè)法改善料層透氣性。若采用揮發(fā)分較高的煤(10％～40％)，因?yàn)閾]發(fā)物在150～700℃溫度下的預(yù)熱帶就從煤中分解出來(lái)，不可能燃燒而進(jìn)入廢氣，與廢氣一起進(jìn)入抽風(fēng)除塵系統(tǒng)，而在管道壁、排灰閥、除塵器，以及抽風(fēng)機(jī)的內(nèi)壁和轉(zhuǎn)子的葉片上沉積下來(lái)，危及和妨害整個(gè)抽風(fēng)系統(tǒng)的正常工作。因此焦粉和無(wú)煙煤中的揮發(fā)分含量，不應(yīng)超過(guò)5％。4.2.4.2.固體燃料的種類圖4－9焦、煤對(duì)比(韶鋼試驗(yàn))圖4－9焦、煤對(duì)比(韶鋼試驗(yàn))4.2.4.3.固體燃料的用量在燒結(jié)過(guò)程中，氧化物的再結(jié)晶，高價(jià)氧化物的還原和分解，低價(jià)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(duì)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4－10）。圖4－10FeO對(duì)RI（JIS還原性）,RDI（JIS還原粉化）的影響4.2.4.3.固體燃料的用量圖4－10FeO對(duì)RI（JI燃料用量對(duì)燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)的影響：含碳量少時(shí)，燒結(jié)礦微觀結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，隨著含碳量的增加，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(qiáng)度和良好的還原性。通常在磁鐵礦燒結(jié)過(guò)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(shí)的熱收入，故燃料用量要高些，對(duì)于菱鐵礦和褐鐵礦則因?yàn)樘妓猁}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(duì)于具體的礦石原料最適宜的燃料用量需由試驗(yàn)確定。燃料用量對(duì)燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)的影響：含碳量少時(shí)，燒結(jié)礦微觀結(jié)圖4－11焦粉用量影響（韶鋼試驗(yàn)，低硅燒結(jié)）圖4－11焦粉用量影響（韶鋼試驗(yàn)，低硅燒結(jié)）4.2.4.4.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(zhǎng)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(guò)程透氣性，改善燒結(jié)料層的氣體動(dòng)力學(xué)特征，提高燒結(jié)速度。圖4－12燃料分加(韶鋼試驗(yàn))4.2.4.4.燃料分加圖4－12燃料分加(韶鋼試驗(yàn))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(dāng)熱風(fēng)達(dá)到某一料層時(shí)，假定料層為室溫的含水料層，這時(shí)，料溫逐漸上升至露點(diǎn)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）由于料溫與熱風(fēng)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(dá)到最高溫度。（4）燃燒結(jié)束，料層溫度開(kāi)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。4.2.5燒結(jié)層的溫度分布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(diǎn)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(diǎn)；（2）燃燒帶下部的熱交換是在一個(gè)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(shí)，最高溫度升高，高溫保持時(shí)間延長(zhǎng)。圖4－13沿料層高度的溫度分布a－剛點(diǎn)火畢；b－點(diǎn)火終了后1－2分鐘；c－開(kāi)始燒結(jié)后8－l0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

4.2.5.2沿料層高度的溫度分布圖4－13沿料層高度圖4－14實(shí)驗(yàn)室燒結(jié)過(guò)程廢氣溫度的變化圖4－14實(shí)驗(yàn)室燒結(jié)過(guò)程廢氣溫度的變化4.2.5.3影響料層溫度的因素1.燃料用量對(duì)料層溫度分布規(guī)律的影響“料層自動(dòng)蓄熱”，是由于上層物料對(duì)下層物料的加熱(傳導(dǎo)、輻射)和上層物料對(duì)通過(guò)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4－15燃料用量對(duì)各料層最高溫度的影響

圖4－16沿料層高度自上而下蓄熱量的增加

4.2.5.3影響料層溫度的因素圖4－15燃料用量對(duì)各料2.物料粒度對(duì)料層最高溫度的影響

圖4－17燒結(jié)料粒度對(duì)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5～8，3～5，0.84～1.68mm圖4－18燃料粒度對(duì)料層中最高溫度的影響燃料粒度：曲線1－0～1mm；曲線2－3～6mm2.物料粒度對(duì)料層最高溫度的影響圖4－17燒結(jié)料粒度對(duì)料4.2.6燒結(jié)過(guò)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(diǎn)移動(dòng)速度。燃燒速度：?jiǎn)挝粫r(shí)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(jìn)速度，E．w．沃依斯(Voice)定名為前沿速度。燃燒速度與傳熱速度的關(guān)系：在燒結(jié)過(guò)程中，當(dāng)傳熱速度相對(duì)慢于燃燒速度時(shí)，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(shí)高溫區(qū)的移動(dòng)速度決定於傳熱速度。當(dāng)傳熱速度相對(duì)地快于燃燒速度時(shí)，高溫帶的最高溫度也不夠高，高溫帶的移動(dòng)速度則決定于燃燒速度。因此，在燒結(jié)過(guò)程中要求這兩種速度能夠很好配合，即能“同步”進(jìn)行”。4.2.6燒結(jié)過(guò)程傳熱規(guī)律及應(yīng)用主要影響因素：（1）燃料用量與燃料粒度：用量少，粒度細(xì)，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0.8～1.0次方成正比；燃燒速度與氣流速度的0.5次方成正比。當(dāng)通過(guò)料層的氣流速度增加到極限時(shí)，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(dòng)速度落后于熱波前沿移動(dòng)速度的現(xiàn)象。燒結(jié)過(guò)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(jìn)速度也要求協(xié)調(diào)一致，同步前進(jìn)。如果某一反應(yīng)層的推進(jìn)受到阻礙，燒結(jié)過(guò)程就可能遭到破壞。主要影響因素：傳熱前沿速度受下列因素影響：①氣體速度較大，傳熱前沿速度較大；②氣體密度較大，傳熱前沿速度較大；②氣體比熱較大，傳熱前沿速度較大；④固體料堆密度大、比熱容較大，則傳熱前沿速度較??；⑤固體料層水分較多、碳酸鹽較多、料層孔隙率較小，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：①空氣中含氧量越大，燃燒前沿速度越大；②固體燃料的可燃性越好、粒度越小，燃燒前沿速度越大；

③固體燃料用量與燃燒前沿速度間的關(guān)系有極大值；④增加風(fēng)量會(huì)使燃燒前沿速度加快。傳熱前沿速度受下列因素影響：燃燒前沿速度主要受下列因素所制約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(guò)程的總速度?！叭紵把亍钡囊苿?dòng)速度往往落后于“傳熱前沿”的移動(dòng)速度，這種燒結(jié)制度由于氧供應(yīng)不足，即使焦粒已經(jīng)加熱到燃點(diǎn)也不會(huì)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(gè)燒結(jié)過(guò)程加快。倘若配碳較低，剩余氧很大，在此情況下加熱到燃點(diǎn)的焦粉劇烈燃燒，燃燒前沿移動(dòng)速度大。因此燒結(jié)過(guò)程的總速度決定于傳熱前沿速度。例如燒結(jié)含硫礦石時(shí)，傳熱前沿移動(dòng)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(guò)程。使用焦粉或無(wú)煙煤作燃料，并且使用空氣進(jìn)行燒結(jié)生產(chǎn)時(shí)，料層中的傳熱和燃燒前沿速度大體上是協(xié)調(diào)的。但對(duì)不同的原料和操作條件還需要作具體的研究.并通過(guò)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)。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4.3水分在燒結(jié)過(guò)程中的作用與行為4.3.1燒結(jié)料中的水分的來(lái)源a.物料原始含水;b.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(shí)生成的水。4.3.2水分在燒結(jié)過(guò)程中的作用（1）制粒作用燒結(jié)混合料加入適當(dāng)?shù)乃?，由于水在混合料粒子間產(chǎn)生毛細(xì)力，在混合料的滾動(dòng)過(guò)程中互相接觸而靠緊，制成小球粒，以改善料層的透氣性。4.3水分在燒結(jié)過(guò)程中的作用與行為4.3.1燒結(jié)料中的水（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130～400kJ/㎡·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(guò)程中料層