粉體冶金課件

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定義粉體成型是指粒度較細(xì)的粉體物料加水潤(rùn)濕后，借助于外力將其加工成具有一定尺寸和形狀的塊狀物體的過程。

粉體成型**功能

使粉末成為具有一定尺寸和形狀的塊狀物體成型制品具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，以保證制品在工藝流程中轉(zhuǎn)運(yùn)和進(jìn)一步加工時(shí)，其尺寸與形狀不會(huì)破壞；

賦予制品進(jìn)一步加工的良好加工性能**

成型是一個(gè)中間環(huán)節(jié)，原料的性能不同、制品的用途不同，粉體成型方法也不盡相同。

按照外力施加方式的不同分為：滾動(dòng)成型、壓力成型

按照潤(rùn)濕程度不同分為：半干法（物料水分5%左右）可塑法（物料水分15%左右）注漿法（物料水分40%左右）

2.1粉體成型的基本方法**定義

滾動(dòng)成型屬半干法成型，是將粉狀物料加水潤(rùn)濕，在不斷滾動(dòng)的過程中，由機(jī)械力和毛細(xì)力共同作用而成型，常用于冶金過程的原料預(yù)處理，制品為對(duì)尺寸要求不很嚴(yán)格的球狀物料。

2.1.1滾動(dòng)成型

**說明：在冶金工業(yè)的球團(tuán)生產(chǎn)中，滾動(dòng)成型稱為造球，目的是將粒度為－0.075mm約占80%以上的細(xì)磨精礦制成9-15mm的球團(tuán)礦；燒結(jié)生產(chǎn)中，滾動(dòng)成型稱為制粒，目的是將0-10mm的粉礦中的細(xì)粒物料粘附于粗顆粒上，形成制粒小球，以改善燒結(jié)過程的透氣性。

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滾動(dòng)成型設(shè)備及工藝原理主要設(shè)備圓盤造球機(jī)和圓筒造球機(jī)（或制粒機(jī)）工藝原理相同點(diǎn)：造球機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，物料靠造球機(jī)內(nèi)壁摩擦而上升運(yùn)動(dòng)至一定高度，然后物料靠重力而向下滾動(dòng)，當(dāng)物料滾動(dòng)到造球機(jī)下部時(shí)，又靠造球機(jī)內(nèi)壁摩擦而上升運(yùn)動(dòng)，如此循環(huán)往復(fù)，由于水分的作用，物料在滾動(dòng)過程中互相粘附成型。**不同點(diǎn)：圓盤具有自動(dòng)分級(jí)的特點(diǎn)，成型生球粒度較均勻。圓筒卸出的生球粒度差別大，作為造球設(shè)備，生球必須經(jīng)過篩分，不合格生球返回圓筒造球機(jī)；作為制粒設(shè)備，卸出的制粒小球則直接進(jìn)入下一道工序。

**定義壓制成型是指借助于機(jī)械壓力和模型將粉體加工成規(guī)定尺寸和形狀的制品的過程，廣泛應(yīng)用于粉末冶金、耐火材料、建筑材料、型煤生產(chǎn)等工業(yè)中，也可以用于生產(chǎn)規(guī)模較小的冶金原料預(yù)處理工藝。

2.1.2壓制成型

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壓制成型的方法

機(jī)壓成型

可塑成型

注漿成型

等靜壓成型

振動(dòng)成型

搗打成型

擠壓成型

對(duì)輥成型,等**

機(jī)壓成型法機(jī)壓成型法是目前耐火材料生產(chǎn)中使用最多的成型方法。該方法使用壓磚機(jī)和鋼模具將粉體壓制成坯體。因機(jī)壓成型一般均指含水量為4%-9%的半干料成型方法，因而也稱半干法成型。該法常用的設(shè)備有摩擦壓磚機(jī)、杠桿壓磚機(jī)和液壓機(jī)等。

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機(jī)壓成型法機(jī)壓成型過程的實(shí)質(zhì)是一個(gè)使物料內(nèi)顆粒密集和空氣排出、形成致密坯體的過程。機(jī)壓成型的制品具有密度高、強(qiáng)度大、干燥收縮和燒成收縮小、制品尺寸容易控制等優(yōu)點(diǎn)，所以該法在耐火材料生產(chǎn)中占主要地位。**

可塑成型法定義是指用含水量為16%以上呈塑性的泥料制成制品的方法。成型過程將預(yù)制好的物料投入擠泥機(jī)中，擠成泥條，然后切割，按所需要的尺寸制成荒坯，再將荒坯用壓機(jī)壓制，使物料具有規(guī)定的尺寸和形狀。

缺點(diǎn)坯體水分大，磚坯強(qiáng)度低，外形尺寸不準(zhǔn)確，干燥過程復(fù)雜，收縮有時(shí)達(dá)到10%以上。**

注漿成型法定義

將泥漿注入石膏模型，借助于模型吸水制成坯體的方法。注漿成型的方式

有空心澆注、實(shí)心澆注、壓力澆注、離心澆注、真空澆注等，其中空心澆注是最主要的澆注方式。**

注漿成型法空心澆注的特點(diǎn)

石膏模不帶任何型芯，所以又稱單面澆注或單面吸漿。泥漿注入石膏模型后，在模腔內(nèi)壁形成坯體的外形，適合于薄壁中空制品。實(shí)心澆注的特點(diǎn)

石膏模腔內(nèi)放置一個(gè)或幾個(gè)型芯，以形成注件的內(nèi)表面，所以又稱為雙面澆注或雙面吸漿，適合于壁厚大件或外形復(fù)雜的制品。**注漿成型的特點(diǎn)

泥漿水分一般達(dá)40%左右，它主要用于生產(chǎn)中空壁薄的高級(jí)耐火制品及特種耐火制品，在陶瓷工業(yè)中，注漿成型是一種適應(yīng)性大、生產(chǎn)效率高的成型方法。凡是形狀復(fù)雜或不規(guī)則、以及薄胎等制品，均可采用注漿成型法來生產(chǎn)。**

等靜壓成型法

定義

應(yīng)用帕斯卡原理，依靠高壓液體或氣體在粉體各個(gè)方向上施加等同壓力進(jìn)行成型的方法。常用的壓力傳遞介質(zhì)為液體。因剎車油或無水甘油的可壓縮性極小，幾乎可以把全部壓力傳遞到彈性模具上，故多用這兩種液體作為壓力傳遞介質(zhì)。

**等靜壓成型的特點(diǎn)

粉體各部分受壓均勻且壓力很高，這樣得到的制品密度高且均勻，從而使制品在燒成過程中的變形和收縮等大為減少，也不會(huì)出現(xiàn)一般成型法成型制品因密度差產(chǎn)生應(yīng)力而導(dǎo)致的燒成裂紋。

**等靜壓成型方法

按施壓介質(zhì)及成型溫度可分為冷等靜壓成型法（介質(zhì)為常溫液體）和熱等靜壓成型法（介質(zhì)為氣體，加壓與加熱同時(shí)進(jìn)行）。通常所稱等靜壓成型法是指冷等靜壓成型法。

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振動(dòng)成型法

定義利用振動(dòng)作用使粉體成型方法。適用于形狀復(fù)雜及大型的制品，也適用于密度相差不太懸殊的物料。由于成型時(shí)物料不受破壞，容易水化的物料如焦油白云石、焦油鎂砂料等，多用此法成型。**

振動(dòng)成型法

原理

是物料在頻率很高（一般為3000-12000次/min）的振動(dòng)作用下，質(zhì)點(diǎn)相互撞擊，動(dòng)摩擦代替質(zhì)點(diǎn)間的靜摩擦，粉體變成具有流動(dòng)性的顆粒，在自重和外力作用下逐漸堆集密實(shí)形成致密的制品。

特點(diǎn)顆粒具有三維空間的活動(dòng)能力，顆粒密集并填充于模型的各個(gè)角落而將空氣排擠出去。在很小的單位壓力下既可得到密度較高的制品。**

搗打成型法定義用手動(dòng)、風(fēng)動(dòng)或電動(dòng)搗錘將粉體搗實(shí)成型的方法。搗打成型法一般用于成型形狀復(fù)雜、體積較大的制品。搗打成型的粉體水分大多控制在4%~6%的范圍內(nèi)，粉體的臨界顆粒度比機(jī)壓成型時(shí)要大，這有利于提高坯體的密度。**擠壓成型法定義

強(qiáng)力擠壓可塑性粉體使其通過孔模成型擠壓成型與可塑成型都是采用可塑性粉體，兩者的區(qū)別在于擠壓成型需用強(qiáng)力擠壓的擠壓機(jī)，多用于特殊耐火材料的生產(chǎn)。

特殊耐火材料用的原料大多屬于瘠性料，不具有可塑性。在擠壓成型前通常加入塑化劑或粘結(jié)劑使其成為可塑料，如糊精、工業(yè)糖漿、羧甲基纖維素、聚醋酸乙烯脂、聚乙烯醇等有機(jī)塑化劑。

**對(duì)輥成型對(duì)輥成型廣泛應(yīng)用于氮肥工業(yè)中的煤球生產(chǎn)、豎罐煉鋅的制團(tuán)等處理量較小的工藝。

壓團(tuán)采用對(duì)輥壓團(tuán)機(jī)。團(tuán)礦的成型壓力、型態(tài)及大小等對(duì)團(tuán)礦的強(qiáng)度、制團(tuán)效率和蒸餾效率都有直接影響。

**2.2水分在成型的過程中的作用

粉體物料的特性分散度大，比表面積大，具有較大的表面能。從熱力學(xué)角度，高的比表面能是粉體成型的推動(dòng)力。表面分子處于不均衡的力場(chǎng)中，當(dāng)其與周圍介質(zhì)（氣體或液體）接觸時(shí)，顆粒表面就顯示出電荷，并在顆粒表面的空間形成電場(chǎng)。

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粉體物料中水分的存在形式當(dāng)干燥固體顆粒與水接觸時(shí)，在電場(chǎng)范圍內(nèi)的極性水分子被吸附于顆粒表面，依次形成吸附水、薄膜水；水分進(jìn)一步增加時(shí)，則在粉體中形成毛細(xì)水。水分使粉體顆粒相互靠近、粘結(jié)，在外力作用下完成粉體成型。

**顆粒表面極化水分子的排列及電分子力的分布情況**2.2.1吸附水的特性及其作用

1)吸附水的形成粉體顆粒表面帶有電荷，在靜電引力作用下具有偶極結(jié)構(gòu)的水分子被吸附在固體顆粒的表面形成吸附水層，顆粒表面過剩能量因放出潤(rùn)濕熱而減少。**吸附水的形成不－定將顆粒放入水中，或往顆粒中加水，當(dāng)干燥的顆粒與潮濕大氣接觸時(shí)，會(huì)吸附大氣中的氣態(tài)水分子。當(dāng)相對(duì)水蒸汽壓很低時(shí)，靠顆粒表面的離子和水的偶極分子之間的靜電吸引形成單分子層吸附，這種吸引力的作用半徑約1?(10-10m)或幾個(gè)?

。**在距顆粒表面超出水分子直徑的地方，被吸附的多水分子層是靠范德華力。被吸附的水偶極分子在吸附作用下失去了活動(dòng)性，同時(shí)水偶極子以正極或負(fù)極靠攏吸著點(diǎn)而呈定向排列狀態(tài)，第一層偶極分子吸引著第二層偶極分子，第二層又吸著第三層，以此類推。**隨著礦物成分或親水性不同吸附水層的厚度不同，同時(shí)也隨著料層中相對(duì)水蒸汽壓力的增加而增大。吸附水層的厚度一般在0.002-0.008μm之間。當(dāng)相對(duì)水蒸汽壓達(dá)到100%時(shí)的吸附水含量達(dá)到最大值，稱為最大吸附水。**2)吸附水的特性特點(diǎn)

吸附水的性質(zhì)不同于－般液態(tài)水的性質(zhì)，常被稱為固態(tài)水沒有溶解鹽類的能力沒有從－個(gè)顆粒直接轉(zhuǎn)移列另－個(gè)顆粒的能力，其轉(zhuǎn)移只能以水蒸汽方式進(jìn)行吸附水密度大于1（大約1.2-2.4），－般為1.5不導(dǎo)電，在低于零下78℃的溫度時(shí)不結(jié)冰

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原因水分子力在極小的范圍內(nèi)作用力非常大例加，直接附著在固體表面的第－層分子水的作用力相當(dāng)于980MPa，在受范德華力作用的地方，其作用半徑的大小至少可達(dá)數(shù)個(gè)水分子直徑。作用力雖與距離按六次方成反比的遞減，但吸附水的偶極分子呈定向排列的靜電引力給予了補(bǔ)充，產(chǎn)生了極大的力，使被吸附的多層水分子仍能牢固地保持在顆粒上。

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作用

當(dāng)細(xì)磨物料(顆粒直徑約為0.1-1.0mm)呈砂粒狀態(tài)時(shí)，如果僅含有吸附水，仍是散粒狀。當(dāng)細(xì)磨物料呈粘土狀態(tài)時(shí)(顆粒直徑約為1μm)，如果只含有吸附水，可以成為堅(jiān)硬的固體。結(jié)論

適宜滾動(dòng)成型的物料層中，如果僅存在吸附水時(shí)則說明成型過程尚未開始。

**2.2.2薄膜水的特性及其作用

1)薄膜水的形成固體顆粒表面達(dá)到最大吸附水層后，再進(jìn)一步潤(rùn)濕顆粒，由于顆粒表面吸著吸附水后，還有存在未被平衡掉的靜電引力（主要是顆粒表面的引力，其次是吸附水內(nèi)層的分子引力），在這些殘余靜電引力的作用下，在吸附水的周圍就形成薄膜水。**2)薄膜水的特點(diǎn)殘余靜電引力較小使水分子定向排列較差，較松弛。薄膜水與顆粒表面的結(jié)合力比吸附水和顆粒表面的結(jié)合力要弱得多，但難使它從顆粒表面排出。薄膜水內(nèi)層與最大吸附水相接，引力為304×104Pa，外層為61×104Pa。**2)薄膜水的特點(diǎn)薄膜水的平均密度為1.25，溶解溶質(zhì)的能力較弱，冰點(diǎn)為-4℃。在分子力的作用下，薄膜水可從水膜厚處移向水膜薄處。**3)薄膜水的方式遷移相鄰且直徑相等的顆粒甲和乙，當(dāng)甲顆粒薄膜水較乙顆粒薄膜水厚，顆粒甲薄膜水A開始向顆粒乙移動(dòng)。直到兩個(gè)顆粒的水膜厚度相等時(shí)為止，這種遷移速度非常緩慢。薄膜水由于受到表面引力的吸引，具有比普通水更大的粘滯性。**

當(dāng)兩個(gè)顆粒間的距離ac小于兩個(gè)顆粒的表面引力半徑ab、cd之和時(shí)，兩顆粒間引力相互影響范圍ebfd內(nèi)的薄膜水，它同時(shí)受到兩個(gè)顆粒的分子引力的作用，而具有更大的粘滯性。顆粒間距離越小，薄膜水的粘滯性就越大，顆粒就越不容易發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。對(duì)成型制品來說，制品的強(qiáng)度就越好。

**4)細(xì)磨物料成型后具有強(qiáng)度的原因吸附水和薄膜水合起來組成分子結(jié)合力，在力學(xué)上可以看作是顆粒的外殼。在外力作用下結(jié)合水和顆粒－起變形，并且分子水膜使顆粒彼此粘結(jié)。

結(jié)論當(dāng)物料達(dá)到最大分子結(jié)合水后，細(xì)磨物料就能在外力（搓揉滾壓）的作用下表現(xiàn)出塑性性能，在造球機(jī)中，成球過程才明顯開始。

**5)鐵礦石及常用添加物的最大分子結(jié)合水含水量鐵礦石磁鐵礦最大分子結(jié)合水的含量最小褐鐵礦最大分子結(jié)合水的含量最大，且其數(shù)值隨著礦石粒度的減少而增大添加物膨潤(rùn)土因親水性最好、比表面積最大，其分子結(jié)合水最大值，消石灰次之。

**2.2.3毛細(xì)水的特性及其作用1)毛細(xì)水的形成

當(dāng)細(xì)磨物料被潤(rùn)濕，并超過最大分子結(jié)合水時(shí)，物料層中就出現(xiàn)毛細(xì)水。它是顆粒表面引力作用范圍以外的水分。毛細(xì)水的形成是靠表面張力的作用。毛細(xì)水是在直徑為0.001～1mm的毛細(xì)管中，受毛細(xì)管引力作用保持的一種水分。根據(jù)物料的親水性和毛細(xì)管的直徑，其所受引力的大小在0.98×l04～2.45×104Pa之間。**

當(dāng)顆粒被水潤(rùn)濕超過薄膜水時(shí)，在顆粒之間出現(xiàn)了毛細(xì)水，開始出現(xiàn)的毛細(xì)水叫做觸點(diǎn)態(tài)毛細(xì)水，它使顆粒連系起來。**

繼續(xù)增加水，在毛細(xì)水表面張力或外力作用，下使顆粒靠攏，在它們之間形成蜂窩狀毛細(xì)水，毛細(xì)水在顆粒之間開始連接起來，可以遷移。

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進(jìn)一步潤(rùn)濕，則出現(xiàn)了飽和毛細(xì)水，這時(shí)達(dá)到了最大毛細(xì)水含量。

**2)毛細(xì)水的作用毛細(xì)水能夠在毛細(xì)壓和能引起毛細(xì)管形狀和尺寸改變的外力作用下發(fā)生遷移。

毛細(xì)力將水滴周圍的顆粒拉向水滴中心，而形成小球。在造球過程中，毛細(xì)水起著主導(dǎo)作用。當(dāng)物料潤(rùn)濕到毛細(xì)水階段，物料的成球過程才獲得應(yīng)有的發(fā)展，物料的成球速度決定于毛細(xì)水的遷移速度。**2.2.4重力水的特性及其作用1)重力水的形成當(dāng)細(xì)磨物料層完全為水所飽和，即超過最大毛細(xì)水含量之后，超過的水分子不能為毛細(xì)管引力所保持，而受重力的支配，沿著顆粒間大孔隙向下移動(dòng)，這種水分叫做重力水。2)重力水的作用重力水在成球過程中是有害的。

**2.2.5水分對(duì)成型過程的作用毛細(xì)力將顆粒拉向水滴而成球，范德華力能使顆粒粘在一起。毛細(xì)水在形成生球的過程中起主要作用。分子水在某種程度上能增加生球的機(jī)械強(qiáng)度。重力水對(duì)成球過程是有害的顆粒表面上的吸附水、薄膜水、毛細(xì)水和重力水的總和稱為全水量。**2.3粉體成型機(jī)理2.3.1滾動(dòng)成型機(jī)理

在燒結(jié)、球團(tuán)生產(chǎn)中，成球是將物料加水潤(rùn)濕，在機(jī)械力和毛細(xì)力作用下滾動(dòng)而形成－定粒度的生球，它是燒結(jié)、球團(tuán)礦生產(chǎn)過程中的重要工序之－。生球質(zhì)量的好壞在很大程度上影響著燒結(jié)礦、球團(tuán)礦生產(chǎn)的產(chǎn)質(zhì)量。生球質(zhì)量受原料種類、物化特性、粘結(jié)劑種類和用量、成型設(shè)備工藝參數(shù)和操作等因素的影響。**1)細(xì)磨物料的滾動(dòng)成型造球機(jī)理細(xì)磨物料在成球過程中的行為

成核

濕料加到造球機(jī)中，或干料在造球機(jī)中加水潤(rùn)濕后，在滾動(dòng)過程中，顆?；ハ嗫繑n，由于顆粒之間機(jī)械力和毛細(xì)力的作用而聚集成核。

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細(xì)磨物料開始形成小球的過程稱為成核過程。這是任何新球形成必不可少的過程。核的形成是造球的第一步，因此，核的形成速度與強(qiáng)度將影響生球的產(chǎn)質(zhì)量。

**成層在連續(xù)往球核上加料加水的條件下，表面潮濕的核，由于毛細(xì)力的作用，在滾動(dòng)時(shí)粘附上顆粒，使球的粒度連續(xù)增大。球核在滾動(dòng)過程中，其表面聚集新料而逐漸長(zhǎng)大的過程，稱為成層長(zhǎng)大。

**聚結(jié)生球長(zhǎng)大是由于小的球核在造球機(jī)內(nèi)“瀑布式”的料流中，互相碰撞和擠壓，球核逐漸變得密實(shí)，毛細(xì)管中的水被擠到球表面，在繼續(xù)碰撞中彼此聚結(jié)在一起，因而導(dǎo)致球的長(zhǎng)大。球核的聚結(jié)是兩個(gè)或多個(gè)球可核，以成對(duì)的或四面體的形式聚結(jié)在一起。幾個(gè)小球核連結(jié)在一起叫聚結(jié)。球以聚結(jié)方式長(zhǎng)大時(shí)，其長(zhǎng)大速度比成層長(zhǎng)大的快，成品的粒度范圍比成層長(zhǎng)大的寬。

**粉碎（散開）在造球過程中，部分原料雖然暫時(shí)聚集在一起，但由于水分少，毛細(xì)粘結(jié)力小，球核強(qiáng)度小，在其他球核的撞擊下而破碎，已經(jīng)形成的球核又被壓碎。這部分散料在繼續(xù)造球過程中會(huì)粘附到其他球核上。對(duì)于粒度較粗、親水性較差或難成球的物料，球核破碎的幾率很大，往往導(dǎo)致造球過程不能順利進(jìn)行，必須添加某些粘結(jié)劑以改善其成球性。

**破損已經(jīng)形成的球，在繼續(xù)長(zhǎng)大過程中，由于沖擊或碰撞而破裂成碎片，這種碎片往往形成球核或同其它的球聚結(jié)。若出現(xiàn)大量的球破碎，則說明造球機(jī)的工藝參數(shù)不適宜，必須加以調(diào)整。

**磨損已經(jīng)形成的球，在繼續(xù)長(zhǎng)大中，有些球表面因水分不足或無粘結(jié)劑而粘附不牢，在互相磨剝過程中被磨損。這些磨損下來的粒子，又粘附到其它的球上。

**磨剝轉(zhuǎn)移在造球過程中，球由于相互作用和磨剝，一定數(shù)量的物料從一個(gè)球轉(zhuǎn)移到另一個(gè)球上，這稱為“磨剝轉(zhuǎn)移”。磨剝轉(zhuǎn)移是在球相互碰撞時(shí)，非常少的物料從一個(gè)球的表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)球的表面，不存在交換。

**生球的粘結(jié)機(jī)理

生球依靠自然力把顆粒粘結(jié)在－起，并具有一定的強(qiáng)度。自然力中對(duì)顆粒粘結(jié)起主導(dǎo)作用的是界面力和毛細(xì)力。當(dāng)物料顆粒之間孔隙中液體充滿率較小時(shí)，顆粒間存在界面力和毛細(xì)力。如果孔隙完全被液體充滿，并且液體表面呈弧形時(shí)，顆粒之間的粘結(jié)力主要為毛細(xì)力。

**

兩個(gè)大小相同球形顆粒之間形成－個(gè)雙凹透鏡形的液體連接橋。由于它的側(cè)面是凹凸形的、所以具有兩種曲率半徑r1和r2。根據(jù)拉普拉斯公式：**Pk為毛細(xì)壓，凹液面毛細(xì)壓為負(fù)，凸液面為正值。因?yàn)?，那么就得出毛?xì)力Fk

為

：

兩顆粒的三相（氣液固）界面力FR為：

**總粘結(jié)力FH：FH=FK+FR=r1和r2與連接橋所對(duì)半角

、接觸角

、顆粒直徑d和兩顆粒之間的距離a有關(guān)：

當(dāng)

＝0o，a＝0及

＝10o~40o時(shí)，

**

當(dāng)

＝0o，a＝0

，可以得出此時(shí)，顆粒之間連接橋非常小。當(dāng)液固體積比（VL/VS）變小時(shí)，粘結(jié)力對(duì)距離比值的變化反應(yīng)很靈敏。**

如果液體連接橋由于顆粒之間的距離增大而被拉長(zhǎng)，當(dāng)顆粒距離達(dá)到臨界值時(shí)，連接橋變得不穩(wěn)定而脫落。連接橋越小這種不穩(wěn)定狀態(tài)就越容易出現(xiàn)。這解釋了生球水分太低生球強(qiáng)度小的原因。

**細(xì)磨物料的成球過程

細(xì)磨物料造球分為連續(xù)造球和批料造球。成球過程大致可分為三個(gè)階段，即成核階段、球核長(zhǎng)大階段和生球緊密階段。連續(xù)造球過程的三個(gè)階段

成核階段

當(dāng)細(xì)磨物料表面達(dá)到最大分子結(jié)合水后，繼續(xù)加水潤(rùn)濕，則在顆粒表面上裹上一層水膜。**顆粒物料彼此有許多接觸點(diǎn)，由于水膜的表面張力作用，在兩顆顆粒之間便形成液體連接橋、使顆粒連接在－起。**顆粒在造球機(jī)內(nèi)通過運(yùn)動(dòng)，含有兩顆或數(shù)顆顆粒的各個(gè)小水珠相互結(jié)合，形成了最初的聚集體。這種聚集體靠液體連接橋使各個(gè)顆粒呈網(wǎng)狀地保持在一起。液體填充率僅20%左右，但聚集體是疏松的。**在機(jī)械力的作用和增加水分的情況下，聚集體的粒子重新排列，部分孔隙被水充填，液體傾向融合，形成連續(xù)的水網(wǎng)。聚集體為蜂窩狀毛細(xì)水所連接，當(dāng)其中孔隙體積變小，形成堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定的球核，又稱母球。這就是成核階段，成核的速度與物料的比表面積和水分有關(guān)。

**

這時(shí)的球核仍然是由固一液一氣三相組成，球核強(qiáng)度不高。

這一階段，具有決定意義的作用是潤(rùn)濕。**

球核長(zhǎng)大階段已經(jīng)形成的球核，在機(jī)械力的作用下顆粒彼此靠攏、所有孔隙被水充滿，球核內(nèi)蜂窩狀毛細(xì)水逐漸過渡到毛細(xì)管水。在球核表面孔隙中形成彎液面，由于毛細(xì)力將顆粒保持在一起。**繼續(xù)滾動(dòng)球核進(jìn)一步被壓密，毛細(xì)管形狀和尺寸的改變，使過剩的毛細(xì)水被擠到球核表面，并均勻地裹住球核。表面過濕的球核在滾動(dòng)過程中粘上一層潤(rùn)濕程度較低的物料，使核長(zhǎng)大，多次重復(fù)直到球中顆料間摩擦力比滾動(dòng)成形機(jī)械壓密作用力大為止。此后為使球繼續(xù)長(zhǎng)大，必須噴水，使表面充分潤(rùn)濕，球以成層方式長(zhǎng)大。這一階段，潤(rùn)濕作用和機(jī)械作用起著重大的影響。**

生球緊密階段生球粒度符合要求后，便進(jìn)入緊密階段。利用造球機(jī)所產(chǎn)生滾動(dòng)和搓動(dòng)的機(jī)械作用，使生球內(nèi)的顆粒發(fā)生選擇性的按接觸面積最大的排列，使生球內(nèi)的顆粒被進(jìn)一步壓緊，并有可能使這些顆粒的薄膜水層相互接觸，沿顆粒表面遷移，使幾個(gè)顆粒同為一薄膜水層所包圍，生球中各顆?？恐肿恿Α⒚?xì)力和內(nèi)摩擦阻力作用相互粘合起來。這些力的值越大，生球的機(jī)械強(qiáng)度就愈大。**

在這一階段應(yīng)該停止補(bǔ)充潤(rùn)濕，讓生球中擠出來的多余水分為未充分潤(rùn)濕的物料層所吸收。

在這一階段，機(jī)械作用為決定性因素

**批料造球過程的三個(gè)階段批料造球是將造球物料潤(rùn)濕到適宜的造球水后，一次性加入到造球機(jī)中，在造球過程中不再加水加料。批料造球分為成核階段、過渡階段和長(zhǎng)大階段。成核階段

成核階段與連續(xù)造球過程中的成核階段相同。**過渡階段

球核形成后接著是過渡階段。由于無新料和水加入，過濕的球核長(zhǎng)大主要靠?jī)蓚€(gè)或幾個(gè)球核相互聚結(jié)長(zhǎng)大。少數(shù)球核在運(yùn)動(dòng)中被破碎，這些碎片或粉末又以聚結(jié)或成層的方式再分配到留下的球上。在這階段球核表面有足夠的水膜，在“瀑布式”料流中，球核相互碰撞時(shí)容易夾住水環(huán)而聚結(jié)。過渡階段球長(zhǎng)大最快。**長(zhǎng)大階段球核表面水分減少，在碰撞時(shí)，聚結(jié)的效率逐漸降低，所以球長(zhǎng)大的速度較慢，直到球中的水分不能再被機(jī)械作用力壓出時(shí)為止。球聚結(jié)長(zhǎng)大還與所產(chǎn)生的力矩有關(guān)，當(dāng)力矩產(chǎn)生的分離力大于兩個(gè)球毛細(xì)粘結(jié)力，聚結(jié)過程也會(huì)停止。

批料造球獲得的球粒度不均勻、形狀不規(guī)整、強(qiáng)度低。批料造球方法一般只是實(shí)驗(yàn)室采用。

**批料造球時(shí)各個(gè)成球階段平均粒徑的變化**細(xì)磨物料成球動(dòng)力學(xué)

成球動(dòng)力學(xué)主要研究造球過程中生球生長(zhǎng)速度。生球成長(zhǎng)速度一般用單位時(shí)間，或者造球機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，生球直徑平均增大毫米數(shù)表示。生球成長(zhǎng)速度可按下式計(jì)算：

式中：V--成長(zhǎng)速度，mm/min或mm/轉(zhuǎn)；

D--生球平均直徑mm；

t--造球時(shí)間，minn--造球機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，轉(zhuǎn)。**成球方式對(duì)成球動(dòng)力學(xué)的影響連續(xù)造球時(shí)，生球平均直徑是造球機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的函數(shù)。生球的平均直徑與造球機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)呈直線關(guān)系，說明連續(xù)造球中生球長(zhǎng)大速度是均勻的。

**

批料造球時(shí)，生球平均直徑也是造球機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的函數(shù)，但生球成長(zhǎng)曲線顯示出一個(gè)S形。說明生球成長(zhǎng)速度在成核、過渡和長(zhǎng)大階段是不同的。成核階段，長(zhǎng)大速度是逐漸地增加，過渡階段長(zhǎng)大速度最快，生球長(zhǎng)大階段成長(zhǎng)速度降低。

**水分對(duì)成球動(dòng)力學(xué)的影響細(xì)磨物料造球，在很大程度上取決于物料水分含量。在不超過極限水分的范圍內(nèi)，隨水分的增加成球速度加快，特別是批料造球時(shí)，水分的影響更明顯。隨著物料水分增加，球核聚結(jié)效果變好。物料水分不同，生球長(zhǎng)大速度出現(xiàn)不同的波峰。隨著物料水分的降低，過渡階段延長(zhǎng)，波峰降低，說明成長(zhǎng)速度下降。水分愈低，曲線變化愈不明顯，說明生球成長(zhǎng)速度趨向均勻。**不同含水量原料造球生球成長(zhǎng)速率的變化**粘結(jié)劑對(duì)成球動(dòng)力學(xué)的影響造球常用粘結(jié)劑有膨潤(rùn)土、消石灰、佩利多等膨潤(rùn)土膨潤(rùn)土是一種良好的粘結(jié)劑，它能提高生球和干球的強(qiáng)度。但是降低生球成長(zhǎng)速度，并隨著膨潤(rùn)土用量增加，生球成長(zhǎng)速度降低。**膨潤(rùn)土降低生球成長(zhǎng)速度的主要原因膨潤(rùn)土是層狀結(jié)構(gòu)、遇水后，不僅表面吸水，其晶層間也要吸附一定量的水分，成為層間結(jié)合水，因而減少了造球過程中的有效水，使生球成長(zhǎng)速度降低。**膨潤(rùn)土對(duì)成球動(dòng)力學(xué)影響膨潤(rùn)土所吸附的陽離子不同對(duì)成球動(dòng)力學(xué)影響不同。鈣型膨潤(rùn)土對(duì)降低生球成長(zhǎng)速度的影響比鈉型膨潤(rùn)土的影響小。原因鈉型膨潤(rùn)土電動(dòng)電位高，水化膜較厚、能使更多的水分轉(zhuǎn)化為水化膜中的弱結(jié)合水。

**消石灰消石灰也有降低生球成長(zhǎng)速度的作用，但不如膨潤(rùn)土效果大。**消石灰降低生球成長(zhǎng)速度較膨潤(rùn)土小原因消石灰僅在顆粒周圍形成弱的雙電層結(jié)構(gòu)的膠層，在造球過程中水分較易向生球表面遷移。生球成長(zhǎng)速度較添加膨潤(rùn)土的快。例如添加1%和1.5%膨潤(rùn)土的生球成長(zhǎng)速度僅為0.898mm/min和0.85mm/min

添加3%和5%消石灰生球成長(zhǎng)速度分別為1.75mm/min和1.12mm/min。

**佩利多

**佩利多佩利多是由纖維素基天然高分子聚合物經(jīng)過化學(xué)變形而成，主要組分為含有大量羥基和羧基的長(zhǎng)鏈分子。佩利多同樣有固定水分的特性。造球物料中添加佩利多能引起生球成長(zhǎng)速度降低。佩利多極性基團(tuán)與水分子接觸時(shí)，在很大范圍內(nèi)使水分子定向排列，將水束縛，雖用量很低，佩利多降低生球長(zhǎng)大速度比膨潤(rùn)土更大。**2)粉狀物料滾動(dòng)成型制粒機(jī)理制粒

定義

制粒就是將含有大量粉末的散粒物料群（0～10mm），借助于滾動(dòng)成型工藝，使細(xì)粒粉末相互粘結(jié)，或者使細(xì)粒粉末粘附到較大顆粒上，使其整個(gè)物料群的平均直徑增大，粒度范圍變窄。**作用

制粒后的物料群少含甚至不含細(xì)粒粉末，氣流通過的阻力較小，改善料層的流體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，為固體碳燃燒和熱量傳遞創(chuàng)造良好條件。散粒物料的制粒對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)極為重要，因?yàn)橹屏ＰЧ绊憻Y(jié)料層透氣性的好壞，從而在很大程度上決定了垂直燒結(jié)速度，影響了燒結(jié)機(jī)的生產(chǎn)率及能耗。

**混合料制粒性能和效果的評(píng)價(jià)混合料粒度分布測(cè)定方法把制粒后的混合料烘干至殘留水2%～3%，停放1小時(shí)后，在不破壞小球形態(tài)的情況下，用人工篩分分級(jí)，計(jì)算不同粒級(jí)的出量。評(píng)價(jià)指標(biāo)一般認(rèn)為燒結(jié)混合料的制粒小球中，2-5mm粒級(jí)應(yīng)大于50%，平均直徑d為2.4-2.6mm為宜。

**準(zhǔn)顆粒指數(shù)GI

用準(zhǔn)顆粒指數(shù)GI表示細(xì)粉粘附程度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。GI值愈大，則制粒效果愈好。

式中，Al、B1---制粒前后0.5～0.25mm粒級(jí)百分含量

A2、B2---制粒前后-0.25mm粒級(jí)百分含量。

**

混合料中-0.25mm粒級(jí)的影響要比0.5～0.25mm粒級(jí)大得多，因此只取公式右邊第二項(xiàng)來評(píng)價(jià)制粒效果，即：

式中，A、B---制粒前后-0.25mm粒級(jí)的百分含量。**

透氣性指數(shù)

透氣性指數(shù)J.P.U是以燒結(jié)混合料作填充層處理，測(cè)定在一定料層高度和一定抽風(fēng)負(fù)壓條件下通過料層的風(fēng)量：

式中，Q－通過料層風(fēng)量，m3/min；

A－抽風(fēng)面積，m2；

ΔP－抽風(fēng)負(fù)壓，mm水柱；

H－裝料高度，m。**JPU與混合料粒度、GI間的關(guān)系J.P.U=-28.9＋17.7d

J.P.U=-104.6＋1.41GI

制粒效率η1

式中，q1、q2---制粒前后+3mm粒級(jí)的百分含量。

**制粒小球的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖制粒小球的結(jié)構(gòu)用“準(zhǔn)顆粒模型”來描述。

A---核粒

B---全干顆粒

C---制粒粒子**準(zhǔn)顆粒的組成起粒核作用的粗粒部分即使干燥也不剝落的細(xì)粉粘附的中間層，它包裹著核顆粒易碎裂的外層部分

**中間顆粒

中間顆粒是指既不可作為核粒也不可作為粘附層的顆粒。中間顆粒比例大時(shí)，有害于燒結(jié)料透氣性。大?。?.7mm-0.2mm的顆粒或2.0mm-0.5mm顆?；蚪橛谡掣筋w粒和核顆粒之間的分界顆粒**分級(jí)系數(shù)起粒核作用的那部分顆粒所占的比例：

式中mij---粒級(jí)為j的準(zhǔn)顆粒中粒級(jí)為i顆粒的重量。

ai=1時(shí)，表示全部為粒核顆粒；

ai=0時(shí)，表示全部為粘附顆粒粒級(jí)。

一般的燒結(jié)料中大部分是起粒核作用的顆粒，另一些顆粒則是起粘附作用。

**ai位于0與1之間，分級(jí)曲線可用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)數(shù)函數(shù)來表示：

式中：X0.5－分級(jí)系數(shù)為0.5時(shí)的顆粒尺寸，其實(shí)質(zhì)是中間顆粒的粒度。當(dāng)顆粒為這種粒度時(shí)，該顆粒既可作為核顆粒，也可作為粘附顆粒，且兩種可能性是相等的。X0.5的數(shù)值越大，準(zhǔn)顆粒的平均粒度也越大。

σ－中間顆粒粒度范圍的延伸程度。

**分級(jí)系數(shù)與顆粒粒度的關(guān)系**小球形成的連接機(jī)理

散粒物料制粒時(shí)的作用力包括物料本身固有的自然力和機(jī)械外力。自然力

固體顆粒間的范德華力、磁力和靜電力

機(jī)械力

顆粒之間的相互作用的摩擦力不能移動(dòng)的連接橋中的附著力和內(nèi)聚力液相存在所形成的界面力和毛細(xì)力**說明小球的強(qiáng)度主要靠自然力的作用，自然力的大小決定于顆粒的粒度、表面電荷、結(jié)晶構(gòu)造、顆粒間的接近程度和添加劑的種類和數(shù)量。當(dāng)液體存在并完全潤(rùn)濕固體顆粒表面時(shí)，主要的物理力是顆粒間氣一液界面的表面張力引起的毛細(xì)力。

**粒核周圍的粘附層的形成在粒核的周圍形成很細(xì)的內(nèi)層在較細(xì)粒的基體中形成中間顆粒的外層中間顆粒與較大的準(zhǔn)顆粒接觸時(shí)，如果中間顆粒與粘附層中的細(xì)顆粒之間的結(jié)合力超過使中間顆粒與粘附層脫離的力，則中間顆粒便可能粘附于較大準(zhǔn)顆粒上。最終，中間顆粒將全部進(jìn)入粘附層。

**球團(tuán)強(qiáng)度

X0.5＝f（粘附層的粘結(jié)強(qiáng)度)

＝

S1－粘附層的相對(duì)飽和率

d1－粘附層中顆粒的平均粒度

ε1－粘附層的孔隙率**無核小球的形成機(jī)理當(dāng)細(xì)粒物料表面達(dá)到最大分子水后，繼續(xù)加水潤(rùn)濕，顆粒表面裹上一層水膜，顆粒彼此有許多點(diǎn)接觸，由于水膜的表面張力作用，在兩個(gè)顆粒連接橋間便形成液體橋鍵，使顆粒連接在一起。顆粒在制粒機(jī)內(nèi)通過運(yùn)動(dòng)，形成了疏松的聚集體，液體橋鍵使各個(gè)顆粒呈網(wǎng)狀地保持在一起，其中保留了大量的孔隙，液體填充率僅20%左右。**機(jī)械力的作用和增加水分的情況下，聚集體粒子發(fā)生重新排列，部分孔隙被水充填，液體傾向融合，形成連續(xù)水網(wǎng)，聚集體為蜂窩狀毛細(xì)水所連接，孔隙體積減小，形成堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定的球核。

球核在機(jī)械力的作用下，使顆粒彼此靠攏，所有孔隙被水充滿，球核內(nèi)蜂窩毛細(xì)水逐漸過渡到毛細(xì)管水，在球核外圍氣孔上形成彎月面，由于毛細(xì)力的作用將顆粒保持在一起。

**球核進(jìn)一步被壓密，毛細(xì)管形狀和尺寸改變，使過剩毛細(xì)水被擠到球核表面并均勻地裹住球核。這樣表面過濕的球核，滾動(dòng)時(shí)粘上一層潤(rùn)濕程度較低的物料，使核長(zhǎng)大成球粒，多次重復(fù)的直到球核中顆粒間的摩擦力比滾動(dòng)成型時(shí)的機(jī)械壓密作用力大時(shí)為止。

無核小球的形成一般來說是成層長(zhǎng)大的，但水分過濕時(shí)也不排除少量的聚結(jié)形式。**2.3.2壓制成型機(jī)理

壓制成型是在一定壓力下，使細(xì)粒物料在型模中受壓后成為具有確定形狀與尺寸、一定密度和強(qiáng)度的成型方法。1)壓制成型過程中的“拱橋效應(yīng)”

**定義“拱橋效應(yīng)”：在模型內(nèi)自由松裝的細(xì)粒物料，在無外力情況下，是依靠顆粒之間的摩擦力和機(jī)械咬合，而相互搭接，在顆粒間形成大的孔隙的現(xiàn)象。**特點(diǎn)顆粒間僅存在簡(jiǎn)單的面、線、點(diǎn)接觸，具有不穩(wěn)定性和流動(dòng)性，處于暫時(shí)平衡狀態(tài)。當(dāng)向顆粒上稍施外力時(shí)，使“拱橋效應(yīng)”遭到破壞，則顆粒向著自己有利方向發(fā)生位移，產(chǎn)生重新排列，導(dǎo)致顆粒間接觸面積增大，孔隙度減少。

**顆粒粉末位移的形式移近（a）分離（b）滑動(dòng)（c）轉(zhuǎn)動(dòng)（d）嵌入（e）**細(xì)粒物料變形類別彈性變形固體顆粒除去外力后可以恢復(fù)原狀的變形。塑性變形具塑性的固體顆粒除去外力后不能恢復(fù)原狀的變形為塑性變形，且物料塑性愈大則變形愈大；塑性變形程度隨壓力增大而增加。脆性斷裂當(dāng)脆性物料在外力下產(chǎn)生的顆粒結(jié)構(gòu)發(fā)生的破壞性變形，易產(chǎn)生新的顆粒斷面并使顆粒數(shù)增加。**固體顆粒的變形過程及原因固體顆粒外表凹凸不平且有許多棱角，顆粒之間的接觸是通過棱角和凸峰來實(shí)現(xiàn)的。顆粒間的接觸面積很小，加壓時(shí)，即使外加壓力不大，但集中到這些小的接觸區(qū)時(shí)，單位面積上的壓力就變得很大。如果壓力超過了物料變形的臨界應(yīng)力時(shí)，則在顆粒的棱角和凸峰處首先開始變形，使顆粒間接觸面積增大，如果壓力繼續(xù)增大，顆粒的變形就會(huì)向接觸區(qū)的顆粒內(nèi)部發(fā)展。

**壓制成型機(jī)理第一階段顆粒位移，重新排列并排除孔隙內(nèi)氣體，使物料致密化。在這一階段耗能較少但物料體積變化較大。**第二階段

脆性物料易被壓碎，新生的細(xì)顆粒會(huì)充填在細(xì)小孔隙內(nèi)，重新排列結(jié)果使密度增大，新生顆粒表面上的自由化學(xué)鍵能使各顆粒粘結(jié)。

塑性物料顆粒發(fā)生塑性變形時(shí)其顆粒間相互圍繞著流動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的范德華力粘結(jié)起來。大多數(shù)情況下，兩種機(jī)理同時(shí)發(fā)生，并在一定條件下能夠引起機(jī)理的轉(zhuǎn)換。

**細(xì)粒物料密度在壓制時(shí)變化規(guī)律第一階段壓力相對(duì)較低，對(duì)細(xì)粒物料初施壓力后，料層內(nèi)“拱橋效應(yīng)”被破壞，顆粒發(fā)生相對(duì)位移并填充孔隙，結(jié)果松散料層體積大大減小，密度迅速增加。

**第二階段

隨壓力增加和加壓時(shí)間延長(zhǎng)，孔隙因達(dá)最大物料充填而減至最小，在每種細(xì)粒物料最佳壓制壓力情況下，密度達(dá)最大值，此時(shí)細(xì)粒物料層已體現(xiàn)出一定壓縮阻力。在此階段內(nèi)，繼續(xù)增大壓力時(shí)，壓塊密度并沒有增大。

**第三階段

壓力繼續(xù)增大并達(dá)到超過細(xì)粒的臨界應(yīng)力值（即極限強(qiáng)度）時(shí)，固體顆粒發(fā)生變形或裂碎，顆粒間再行排列和相互充填，壓塊密度又隨之增大。

**壓塊密度與壓力的關(guān)系

**說明固體顆粒的位移和變形不是截然分開的。第一階段，壓塊的密度增加以顆粒位移為主，同時(shí)也可能發(fā)生少量顆粒變形。**第二階段，視壓制物料不同而異。對(duì)于又硬又脆的物料，壓制時(shí)，壓塊物料密度曲線變化比較平坦，但隨著物料塑性增加，其密度增加較快。塑性好的物料密度在加壓時(shí)的變化中第二階段基本消失。但對(duì)于任一種物料壓制時(shí)，加壓壓力皆在第二階段結(jié)束，最多使壓力增大到第二階段的壓力極限值。第三階段，壓塊的致密化以顆粒變形為主，同時(shí)也發(fā)生裂碎顆粒的少量位移。**壓制過程中力的分布和壓塊密度變化模型中細(xì)粒物料施加的壓力主要消耗在兩方面：

消耗于內(nèi)摩擦力p1，又稱靜壓力。主要用來克服固體顆粒間產(chǎn)生的摩擦，使顆粒產(chǎn)生位移甚至變形，最終使之達(dá)到緊密排列程度，獲得壓緊效果。

**消耗于外摩擦力p2，又稱壓力損失。主要用來克服固體顆粒料層壓實(shí)時(shí)易形成對(duì)模型壁的側(cè)壓力，使固體顆粒移動(dòng)過程中與模型壁產(chǎn)生摩擦力，導(dǎo)致壓塊沿高度上減少。

**

壓制過程中的總壓力（p）至少為靜壓力和壓力損失之和。即：

P=p1＋p2

（N）

p2值的大小表示為：

P2=μ·p側(cè)·S（N）式中：μ—物料與模壁間摩擦系數(shù)；

p側(cè)—側(cè)壓力，N/cm2；

S—物料與模壁的接觸面積，cm2

**壓塊粘結(jié)機(jī)理觀點(diǎn)一

壓塊強(qiáng)度取決于壓塊內(nèi)固體顆粒間存在的摩擦力（即內(nèi)摩擦力），細(xì)粒物料顆粒表面是凹凸不平的粗糙體態(tài)，在緊密接觸后表面會(huì)相互楔住和鉤結(jié)而發(fā)生顆粒間機(jī)械嚙合。證據(jù)：用樹枝狀或楔形的粒子比用球形或平滑粒子能夠制得更牢固的壓塊，其抗壓強(qiáng)度可相差幾十倍，而抗拉強(qiáng)度相差100倍左右。在測(cè)試過程中還發(fā)現(xiàn)每一種壓塊本身的抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度要小幾＋倍。

**觀點(diǎn)二

壓塊強(qiáng)度主要決定于顆粒間分子力的相互作用及薄膜水分子力和天然膠結(jié)物質(zhì)分子力的作用，這三種力統(tǒng)稱為分子粘結(jié)力。當(dāng)壓制壓力逐漸增高時(shí)，物料顆粒間接觸表面積也相應(yīng)增大，會(huì)促使有更多的接觸表面處于分子力作用的范圍，在宏觀上就表現(xiàn)為壓塊強(qiáng)度提高。證據(jù)：干燥的磁鐵顆粒形狀不規(guī)則、很粗糙，在高壓壓制時(shí)才能獲得一定強(qiáng)度的壓塊。經(jīng)過適當(dāng)潤(rùn)濕之后，雖顆粒形態(tài)和粗糙度不變，但可在較低壓力下獲得強(qiáng)度較好的壓塊。

**相同壓力下，礦物的壓塊強(qiáng)度會(huì)依下列次序而下降：

泥質(zhì)褐鐵礦---泥質(zhì)氧化鎳礦---硅質(zhì)氧化鎳礦---鉻鐵礦---含水赤鐵礦---假象赤鐵礦---磁鐵礦

原因：塑性好的顆粒---壓塊強(qiáng)度由顆粒間的機(jī)械嚙合和分子力的聯(lián)結(jié)作用共同構(gòu)成，且后者更為主要。這種物料易于產(chǎn)生變形，使顆粒間接觸面積迅速增大，毛細(xì)水分很容易被擠到壓塊的外表面，從而使得顆粒表面分子能更多地處于分子力作用范圍，薄膜水也能起到自己的作用，使分子間的聯(lián)結(jié)作用變強(qiáng)。**對(duì)脆且硬的顆粒---壓塊強(qiáng)度主要靠顆粒間的機(jī)械嚙合（內(nèi)摩擦力）起作用，而分子間的聯(lián)接力及薄膜水的粘結(jié)力的作用不顯著。這種物料壓制性較差，在壓制過程中，壓塊內(nèi)物料的彈性內(nèi)應(yīng)力作用顯著，當(dāng)壓力除去時(shí)，由于“彈性后效”作用，出模型后的壓塊體積增大，使顆粒間接觸面積減少。因此，硬而脆的顆粒所制成的團(tuán)塊強(qiáng)度較差，往往需要加入粘結(jié)劑后方可提高該壓塊強(qiáng)度。

**在正常壓制壓力條件下，壓塊強(qiáng)度皆是由顆粒間機(jī)械嚙合和分子力的相互聯(lián)結(jié)兩種機(jī)理的共同作用結(jié)果。在壓制的初始階段，壓制壓力較小，團(tuán)礦強(qiáng)度主要靠顆粒間機(jī)械嚙合起作用；壓力增加，顆粒接觸面積增大，甚至顆粒本身發(fā)生塑性變形，顆粒間接觸面上出現(xiàn)分子相互作用的數(shù)量增加，團(tuán)礦強(qiáng)度進(jìn)一步提高。

**燒結(jié)和球團(tuán)的傳熱分為三個(gè)部分一個(gè)熱氣體以質(zhì)量流速穩(wěn)定地通過一個(gè)冷料層，產(chǎn)生一個(gè)明顯的溫度前鋒3.1固結(jié)過程的傳熱規(guī)律

粉體固結(jié)**一個(gè)熱的氣體脈沖以比加熱整個(gè)料層短得多的時(shí)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(gè)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(duì)于氣相的基本傳熱方程：對(duì)于固相的基本傳熱方程：

**3.1.1傳熱前沿對(duì)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(shí)刻任何點(diǎn)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?/p>

**

對(duì)于氣體：

對(duì)于固體：

兩式相加，求解得：

當(dāng)t=0時(shí)，溫度場(chǎng)是沿料層距離Z的函數(shù)；當(dāng)t=t時(shí)，與距離Z有關(guān)的溫度場(chǎng)增加。

**

如果進(jìn)氣溫度為常數(shù)，則原始溫度場(chǎng)將以經(jīng)料層穩(wěn)定傳播。這個(gè)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(duì)熱料層的冷卻過程。

**3.1.2燃燒前沿料層單元燒結(jié)與傳熱試驗(yàn)時(shí)的溫度變化曲線a硅鋁磚b石英（箭頭表示廢氣最高溫度）**

料層中未加燃料而外加熱源的傳熱試驗(yàn)的溫度變化曲線（實(shí)線）稱為溫度波（或稱熱波）料層中配加燃料的燒結(jié)試驗(yàn)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(dòng)較溫度波移動(dòng)得快，即料層中有燃料時(shí)，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(dòng)速度

高溫帶的移動(dòng)速度

一般是指燃燒帶中溫度最高點(diǎn)移動(dòng)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(shí)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)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(shí)，規(guī)定當(dāng)料層溫度開始均勻上升時(shí)傳熱前沿即已到達(dá)，一般以100℃等溫線為準(zhǔn)?！叭紵把亍碑?dāng)配有燃料時(shí)，規(guī)定當(dāng)料層溫度迅速上升時(shí)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(diǎn)熱波曲線的特點(diǎn)整個(gè)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(duì)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(diǎn)燃燒波曲線隨著火焰波（或燃燒帶）向下移動(dòng)，最高點(diǎn)的溫度升高。燃燒波曲線由于配有燃料，所以曲線兩邊不對(duì)稱，是不等溫曲線。

**燃燒前沿速度的影響因素

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(huì)使燃燒前沿速度加快

**3.2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(shí)，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(jiǎn)稱“傳質(zhì)”。

**傳導(dǎo)傳質(zhì)

分子擴(kuò)散以分子熱運(yùn)動(dòng)的形式實(shí)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(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)，它與紊流傳熱機(jī)構(gòu)類似。

**3.2.1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(gè)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(gè)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—?dú)饬鞅倔w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(jí)數(shù)，為討論方便，設(shè)n＝1。

當(dāng)擴(kuò)散速率與化學(xué)反應(yīng)速率同步，整個(gè)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(dòng)力學(xué)燃燒區(qū)”。特點(diǎn)：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(diǎn)：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(dòng)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(shí)才轉(zhuǎn)入。

燒結(jié)過程在點(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。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。

**3.2.2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?cè)陬A(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(huì)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(shí)間短（1～2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80～90％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)，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(shí)，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(dòng)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(shí)尤甚。CO2的擴(kuò)散成為過程的控制環(huán)節(jié)，反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程為：**分析：如果界面反應(yīng)是限制環(huán)節(jié)，由實(shí)驗(yàn)測(cè)得對(duì)反應(yīng)時(shí)間t的關(guān)系是直線關(guān)系，表明礦塊完全分解的時(shí)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(duì)t不是直線關(guān)系，表明礦塊完全分解的時(shí)間與其半徑的二次方成正比。**在混合限制范圍內(nèi)，對(duì)t的關(guān)系是曲率較小的“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0.18～0.19atm，經(jīng)過燃燒帶進(jìn)入預(yù)熱帶的氣相氧的分壓一般為0.07～0.09atm。在1350－1450℃燒結(jié)溫度下，F(xiàn)e2O3將發(fā)生分解，F(xiàn)e3O4和FeO由于分解壓極?。?500℃以下為10－7.5和10－8.3atm），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。

**3.2.3氧化反應(yīng)

在鐵礦粉造塊工藝中，低價(jià)鐵氧化物的氧化程度，決定了造塊產(chǎn)品中鐵的存在形態(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(shì)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(duì)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Fe2＋→Fe3＋＋e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)。

**3.2.4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(jí)還原反應(yīng)，動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(gè)反應(yīng)過程顆粒大小無變化產(chǎn)物層存在孔隙整個(gè)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(dòng)對(duì)反應(yīng)來說則按一級(jí)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**3.3.1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）條件下，用單位時(shí)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3.3固結(jié)過程的氣體力學(xué)**3.3.2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(dòng)狀態(tài)不同，其值是變化的。粒度的影響

10-0mm，n=0.55；6-0mm，n=0.60；3-0mm，n=0.95。

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(diǎn)火前n=0.60；點(diǎn)火瞬間n=0.6；燒結(jié)時(shí)n=0.60；燒結(jié)后n=0.55。

**3.3.3燒結(jié)料層結(jié)構(gòu)主要參數(shù)與透氣性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）φ及料層孔隙率ε。改善料層結(jié)構(gòu)對(duì)降低料層氣體阻力，提高料層透氣性具有很大作用。

混合料平均粒徑的影響散料層氣體力學(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(shí)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(jí)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(jí)普遍增大外，還須降低混合料中的細(xì)粒部分。

**料層孔隙率ε

料層的孔隙率ε是指氣孔所占體積與料層所占總體積之比。計(jì)算式：ε＝(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(jí)；k粗粒級(jí)x＝dm/dk直徑比**dm/dk愈小，直徑相差愈大,孔隙率ε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(shí)，ε有最小值；

ε取決于粗粒的堆積方式，在不振動(dòng)的堆積條件下，一般都以簡(jiǎn)單的立方體形式排列，如料層振動(dòng)，則孔隙率變小。**多粒級(jí)配合時(shí)的孔隙率變化規(guī)律以最粗及最細(xì)兩級(jí)之間的相互作用為主，并遵循兩級(jí)顆粒配比時(shí)所呈現(xiàn)的規(guī)律中間級(jí)顆粒的增加引起孔隙率的增大，而不改變兩級(jí)顆粒配比時(shí)的基本規(guī)律

可粗略按67：33比例將所有分成粗細(xì)兩個(gè)粒級(jí)，仍然呈現(xiàn)兩級(jí)配比的傾向性

**燒結(jié)過程中料層結(jié)構(gòu)的變化ε是影響床層結(jié)構(gòu)的重要因素，影響ε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?、干燥層和燒結(jié)礦層床層結(jié)構(gòu)均不變化**3.4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，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(duì)球團(tuán)固結(jié)起輔助作用。**3.4.1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(shí)，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(diǎn)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(diǎn)化合物處首先出現(xiàn)初期液相。

低熔點(diǎn)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(shí)－部分分解成簡(jiǎn)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(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。

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(dòng)碳粒在氣流中燃燒。液相同化液相的粘性和塑性流動(dòng)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(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。**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(shí)間內(nèi)燃燒完畢。潤(rùn)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)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(diǎn)火溫度與點(diǎn)火時(shí)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(jì)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(jià)氧化物還原成低價(jià)氧化物，F(xiàn)eO增多。－般來說，其熔點(diǎn)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(diǎn)液相，希望SiO2含量－般不低于5％，SiO2含量過低則液相不足，但過高則液相量太多。

Al2O3有使熔點(diǎn)降低的趨勢(shì)，MgO含量有使熔點(diǎn)升高的趨勢(shì)，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(rùn)濕性液相：

a(CaO)0.5?(FeO)1.5?SiO2；bCaO?FeO?SiO2；

cCaO?Fe2O3；；

d2CaO?Fe2O3

；底座材料：

1磁鐵精礦；2赤鐵礦；3CaO；

4MgO；

5A12O3；

6SiO2；

7Fe2O3；**液相對(duì)燒結(jié)料的潤(rùn)濕角同溫度的關(guān)系

物料表面潤(rùn)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(rùn)濕性方面的差別變小**結(jié)論鈣橄欖石（CaO0.5?FeO1.5?SiO2）液相除CaO和MgO外，很難潤(rùn)濕所有燒結(jié)料成分赤鐵礦與磁鐵礦很難為液相所潤(rùn)濕鐵酸鈣液相潤(rùn)濕天然赤鐵礦要比赤鐵礦（Fe2O3）好些石英的潤(rùn)濕性高于Fe2O3及Fe3O4高堿度液相，比鈣橄欖石容易潤(rùn)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(diǎn)

**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)＝2σ×10－7J/m2

W內(nèi)＝σ1.2（1＋cosθ）式中σ—物質(zhì)的表面張力

σ1.2—1、2相間張力，若1、2為液、固相，則為液固相間張力

θ—液固相之間的潤(rùn)濕角**附著功根據(jù)測(cè)定的不同液相的表面張力和潤(rùn)濕角的數(shù)值計(jì)算了液相對(duì)Fe3O4的附著功。結(jié)果表明：Fe3O4－CaO?Fe2O3的粘結(jié)相強(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。Fe3O4－CaO·SiO2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(diǎn)組分的區(qū)域**發(fā)展初生液相形成后，通過對(duì)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。

**3.4.2液相的冷凝1)結(jié)晶過程結(jié)晶順序冷卻高時(shí)熔點(diǎn)鐵氧化物（Fe3O4、Fe2O3）先析出鐵氧化物周圍析出低熔點(diǎn)化合物和共晶混合物，質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)時(shí)，其成分達(dá)到過飽和，質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)呈有序排列，晶體逐漸長(zhǎng)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(zhǎng)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(diǎn)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(zhǎng)，因?yàn)榻Y(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(zhǎng)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(shí)自范性得到滿足，以自身固有的晶形和晶格常數(shù)析出長(zhǎng)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(shí)，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(zhǎng)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。

**液相粘度粘度很大時(shí)，質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的速度很慢，晶體生長(zhǎng)很慢，甚至停止生長(zhǎng)。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(zhǎng)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(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。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(duì)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(jià)鐵氧化物（Fe3O4）很容易氧化為高價(jià)鐵氧化物（Fe2O3）。以Fe2O