《钢铁冶金》第二章铁矿烧结课件

《钢铁冶金》第二章铁矿烧结课件第一页，编辑于星期六：九点五十分。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，烧结是最重要最基本的造块方法之一。2.1.1烧结的意义2.1烧结铁矿料第二页，编辑于星期六：九点五十分。通过烧结得到的烧结矿具有许多优于天然富矿的冶炼性能，如高温强度高，还原性好，含有一定的CaO、MgO，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。通过烧结可除去矿石中的S、Zn、Pb、As、K、Na等有害杂质，减少其对高炉的危害。高炉使用冶炼性能优越的烧结矿后，基本上解除了天然矿冶炼中常出现的结瘤故障；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料，扩大了矿石资源，又改善了环境。因此自上世纪50年代以来，烧结生产获得了迅速发展。第三页，编辑于星期六：九点五十分。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”的主要内容之一。对烧结矿质量的要求是：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。一般要求与天然矿同，仅讨论几个特殊问题2.1.2烧结矿质量评价第四页，编辑于星期六：九点五十分。1.强度和粒度烧结矿强度好，粒度均匀，可减少转运过程中和炉内产生的粉末，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。烧结矿强度提高意味着烧结机产量(成品率)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500万吨生铁的炼铁厂，若烧结矿强度差，粉末多，使炉尘吹出量增加50kg/t铁，则一年光吹损的烧结矿就达25万吨，相当于浪费了50万吨/年的采选能力，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。足见提高烧结矿强度特别是高温还原强度之重要。第五页，编辑于星期六：九点五十分。国内外多采用标准转鼓的鉴定方法来确定烧结矿强度。取粒度25—150mm的烧结矿试样20kg，置于直径1.0m，宽0.65m的转鼓中(鼓内焊有高100mm，厚10mm，互成120°布置的钢板三块)。转鼓以25r/min的转速旋转4分钟。然后用5mm的方孔筛往复摆动10次进行筛分，取其中大于5mm的重量百分比作为烧结矿的转鼓指数。式中A——试样中小于5mm部分的重量，kg。显然转鼓指数愈大，烧结矿强度愈好。一般要求烧结矿的转鼓指数大于75%。第六页，编辑于星期六：九点五十分。2.还原性烧结矿还原性好，有利于强化冶炼并相应减少还原剂消耗，从而降低焦比。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FeO含量表示还原性。一般认为FeO升高，表明烧结矿中难还原的硅酸铁2FeO·SiO2(还有钙铁橄榄石)多，烧结矿过熔而使结构致密，气孔率低，故还原性差。反之，若FeO降低，则还原性好。一般要求FeO应低于10%。国外有低于5%的。鞍钢新烧结厂烧结矿标准规定FeO含量8.5％±1.5％为合格品。第七页，编辑于星期六：九点五十分。3.碱度烧结矿碱度一般用CaO/SiO2表示。按照碱度的不同，烧结矿可分为三类：凡烧结矿碱度(如＜0.9)低于炉渣碱度的称为酸性(或普通)烧结矿。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(CaO/SiO2)在1.0左右。凡烧结矿碱度(1.0~1.4)等于或接近炉渣碱度的称为自熔性烧结矿。高炉使用自熔性烧结矿一般可不加或少加石灰石。第八页，编辑于星期六：九点五十分。烧结矿碱度(＞1.4)明显高于炉渣碱度的称为熔剂性烧结矿或高碱度(2.0~3.0)、超高碱度(3.0~4.0)烧结矿。高炉使用这种烧结矿无须加石灰石。由于它含CaO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度。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MgO(如2~3%或更高)，使渣中MgO含量达到7~8%或更高，促进高炉顺行。在此情况下，烧结矿和炉渣的碱度应按(CaO+MgO)/SiO2来考虑。第九页，编辑于星期六：九点五十分。目前世界各国90%以上的烧结矿由抽风带式烧结机生产，其工艺流程如图2-1所示。其他烧结方法有回转窑烧结，悬浮烧结，抽风或鼓风盘式烧结和土法烧结等。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。下面着重以带式抽风烧结法来论述。

2.2烧结反应过程第十页，编辑于星期六：九点五十分。第十一页，编辑于星期六：九点五十分。第十二页，编辑于星期六：九点五十分。第十三页，编辑于星期六：九点五十分。抽风烧结过程是将铁矿粉、熔剂和燃料经适当处理，按一定比例加水混合，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，抽风烧结过程大致可分为五层(图2-2)，即烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层和过湿层。这五层并不是截然分开的。点火烧结开始，各层依次出现，一定时间后，各层又依次消失，而最终剩下烧结矿层。一、抽风烧结过程第十四页，编辑于星期六：九点五十分。第十五页，编辑于星期六：九点五十分。(1)烧结矿层从表面开始随着烧结过程的进行逐渐增厚。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。在同燃烧层接近处，进行液相的冷却结晶(1000~1100℃)，使烧结物固结形成多孔的烧结矿。第十六页，编辑于星期六：九点五十分。(2)燃烧层燃料被预热空气燃烧，产生1300~1500℃的高温，使烧结料局部熔化、造渣并进行还原、氧化，石灰石及硫化物的分解反应。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，约15~50mm。燃烧层沿着高度下移的速度称为垂直烧结速度，一般为10~40mm/min。这一速度决定着烧结机的生产率。第十七页，编辑于星期六：九点五十分。(3)预热层已干燥的烧结料被燃烧层的高温气体迅速加热到燃料的着火点(一般为700℃左右，但在烧结层中实际为1050~1150℃)，并进行氧化、还原、分解和固相反应，出现少量液相。第十八页，编辑于星期六：九点五十分。(4)干燥层同预热层交界处温度约120~150℃，烧结料中的游离水在此大量蒸发，使料干燥。同时料中热稳定性差的一些球形颗粒可能破裂，使料层透气性变坏。第十九页，编辑于星期六：九点五十分。(5)过湿层即原始的烧结混合料层。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。为避免过湿，应确保湿料层温度在露点以上。

第二十页，编辑于星期六：九点五十分。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；蒸发和冷凝；氧化和还原；分解和吸附；熔化和结晶；矿(渣)化和气体动力学等。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。第二十一页，编辑于星期六：九点五十分。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，在混合时为使矿粉成球，提高料层透气性，常外加一定量的水，使混合料中含水达7~8%。这种水叫游离水或吸附水。100℃即可大量蒸发除去。如用褐铁矿烧结，则还含有较多结晶水(化合水)。需要在200~300℃才开始分解放出，若含有粘土质高岭土矿物(Al2O3·2SiO2·H2O)则需要在400~600℃才能分解，甚至900~1000℃才能去尽。

二、烧结料中水分的蒸发、分解和凝结

第二十二页，编辑于星期六：九点五十分。为加速结晶水分解必须严格控制粉料的粒度。因为结晶水的高温分解要吸收热量，同时消耗碳素，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。其反应为：500~1000℃ 2H2O+C=CO2+2H2 ΔH=99600J/mol1000℃以上时 H2O+C=CO+H2ΔH=133100J/mol 第二十三页，编辑于星期六：九点五十分。烧结料中的碳酸盐有CaCO3、MgCO3，如果用菱铁矿和菱锰矿烧结，则还有FeCO3和MnCO3。生产熔剂性或高碱度烧结矿时，需加入大量的CaCO3和一定的MgCO3。CaCO3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第二十四页，编辑于星期六：九点五十分。其分解速度同温度、粒度、外界气流速度和气相中CO2浓度等相关，温度升高，粒度减小，气流速度加快，气相中CO2浓度降低，则分解加速。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3mm。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CaO同其他氧化物反应形成新的矿物的作用。第二十五页，编辑于星期六：九点五十分。烧结料中固体碳的燃烧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(温度、气氛)。烧结过程所需要的热量的80~90%为燃料燃烧供给。然而燃料在烧结混合料中所占比例很小，按重量计仅3~5%，按体积计约10%。在碳量少，分布稀疏的条件下，要使燃料迅速而充分地燃烧，必须供给过量的空气，空气过剩系数达1.4~1.5或更高。四、燃料燃烧和传热第二十六页，编辑于星期六：九点五十分。由于燃料分布不均，在燃料少，透气性好，空气充足处，进行完全燃烧形成氧化区。

C焦+O2=CO2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。

C焦+1/2O2=CO所以，在燃烧层的燃烧产物中，同时有CO2和CO，还有过剩的O2和不发生反应的N2。在燃烧层中，主要是氧化区，也有部分的还原区。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，提高烧结过程的氧势。第二十七页，编辑于星期六：九点五十分。燃料燃烧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1300~1500℃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“蓄热室”。这一作用称为烧结过程中的自动蓄热作用。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40%。第二十八页，编辑于星期六：九点五十分。随着烧结过程的进行，燃烧层向下移动，烧结矿层增厚，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(一般为1150℃左右)，液相不多，强度较低，返矿较多；而下部温度过高，液相多，过熔，强度虽高而还原性差，即上下烧结矿质量不均的现象。为改善这种状况，提出了具有不同配碳量的双层或多层烧结的方法。即上层含碳量应高于平均含碳量，而下层应低于平均含碳量，以保证上下层温度均匀，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1.2%，节省燃料10%，联邦德国某厂使用双层烧结，节省燃料15%，日本用此法节省燃料10%。第二十九页，编辑于星期六：九点五十分。随着烧结料层的增厚，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，所以燃耗降低幅度也减小。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。因此，从热量利用角度看，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。同时料层高度的进一步增加还受到透气性的限制。高温区(燃烧层)的温度，下移速度和厚度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时间进行，提高质量，但过厚则增加气流阻力。第三十页，编辑于星期六：九点五十分。1.铁氧化物的分解还原和氧化烧结过程宏观上是氧化性气氛，但在燃烧颗粒表面附近或燃料集中处，CO浓度极高，故也有局部还原性气氛。即微观来看，在料层中既有氧化区也有还原区，因此对铁矿物同时存在着氧化、还原、分解等反应。五、氧化、还原反应及有害杂质的去除

第三十一页，编辑于星期六：九点五十分。在有CO存在的区域，只要300℃左右，Fe2O3就很易被还原：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2

此反应所需的CO平衡浓度很低。所以一般烧结矿中自由Fe2O3很少。在有固相反应生成CaO·Fe3O4的条件下，Fe2O3较难还原，烧结矿中FeO较低。第三十二页，编辑于星期六：九点五十分。磁铁矿(Fe3O4)分解压很小，较难分解。但在有SiO2存在时，Fe3O4的分解压接近Fe2O3分解压，故在1300~1350℃以上亦可进行热分解：2Fe3O4+3SiO2=3(2FeO·SiO2)+O2

在900℃以上，Fe3O4可被CO还原，Fe3O4+CO=3FeO+CO2

第三十三页，编辑于星期六：九点五十分。SiO2存在时，促进了这一还原，2Fe3O4+3SiO2+2CO=3(2FeO·SiO2)+2CO2

CaO存在时，不利于2FeO·SiO2的生成，故不利于反应进行。因此，烧结矿碱度提高后，FeO会有所降低。MnO2和Mn2O3比Fe2O3具有更大的分解压力，在较低温度下即可进行分解。第三十四页，编辑于星期六：九点五十分。FeO分解压力很小，927℃时为6.4×10-18Mpa，在一般烧结条件下，FeO很难被CO还原为Fe。因为在700℃时，反应FeO+CO=Fe+CO2的气相平衡中CO2/CO=0.666，温度升高，此值下降，所需CO浓度较高。在配碳量很高和烧结温度很高情况下，上述反应可进行，从而获得一定数量的金属铁。

第三十五页，编辑于星期六：九点五十分。在燃烧层中距碳粒较远的区域，氧化性气氛较强。可以使Fe3O4和FeO氧化：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3

3FeO+1/2O2=Fe3O4

在空气通过灼热的烧结矿层时，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0.5%以下。第三十六页，编辑于星期六：九点五十分。2.有害杂质的去除烧结过程可以部分去除矿石中硫、铅、锌、砷、氟、钾、钠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突出优点。第三十七页，编辑于星期六：九点五十分。(1)烧结去硫。烧结可以去除大部分的硫。以硫化物形态存在的硫可以去除90%以上，而硫酸盐的去硫率也可达80~85%。高炉要求入炉天然矿石(一极品)含S≤0.06%。国家颁布标准规定入炉一级烧结矿含S≤0.08%。烧结是处理高硫铁矿的一个有效途径。铁矿石中的硫常以硫化物形态(FeS2)和硫酸盐(CaSO4、BaSO4等)的形式存在。

第三十八页，编辑于星期六：九点五十分。在低于1350℃时，以生成Fe2O3为主，在高于1350℃时，主要生成Fe3O4。

第三十九页，编辑于星期六：九点五十分。硫酸盐的分解压很小，开始分解的温度相当高，如CaSO4大于975℃，BaSO4高于1185℃。因此硫酸盐去硫比硫化物困难。但当有Fe2O3和SiO2存在时，可改善其去硫热力学条件。CaSO4+Fe2O3=CaO·Fe2O3+SO2+1/2O2 ΔH=485J/molBaSO4+SiO2=BaO·SiO2+SO2+1/2O2 ΔH=459J/mol

第四十页，编辑于星期六：九点五十分。硫化物的去硫反应为放热反应，而硫酸盐的去硫反应则为吸热反应。因此，提高烧结温度对硫酸盐矿石去硫有利。而在烧结硫化物矿石时，为稳定烧结温度，促进脱硫，应相应降低燃耗。大致1kg硫相当于0.5~0.6kg焦粉。硫化物烧结去硫主要是氧化反应。高温、氧化性气氛有利于去硫。两者都与燃料量直接有关。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(FeO与FeS易形成低熔物)和表面渣化，阻碍了O2向硫化物表面的扩散吸附和SO2的扩散脱附过程，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。凡能够提高烧结过程氧势的措施均有利于去硫。第四十一页，编辑于星期六：九点五十分。矿粉粒度大，扩散阻力增加，不利于去硫；但若粒度过细，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为0~6mm。烧结料中石灰物质硫酸化的结果使去硫平均降低5~7%。事实上熔剂性烧结矿中以CaS形态存在的硫较多。表明CaO的吸硫作用降低了烧结过程的去硫效率。因此，使用高硫铁矿烧结，不宜生产高碱度烧结矿。第四十二页，编辑于星期六：九点五十分。(2)烧结去砷率一般可达50%以上。若加入少量CaCl2可使去砷率达60~70%，烧结去氟率一般只有10~15%，有时可达40%，若在烧结料层中通入水气可使其生成HF，大大提高去氟率。硫、砷、氟、以其有毒气体SO2、As2O3、HF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：如规定烟气中SO2≯0.05%，大气中日平均浓度不超过0.15mg/m3；烟气中含砷不大于0.3mg/m3；排至大气中的氟，最高允许含量一次不超过0.03mmg/m3，日平均不超过0.01mg/m3。故一般烧结厂都建有高大的烟囱，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。

第四十三页，编辑于星期六：九点五十分。(3)对一些含有碱金属钾、钠和铅、锌的矿石，可在烧结料中加入CaCl2，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2~3%CaCl2，可除去铅90%，去锌65%，加0.7%CaCl2去除钾、钠的脱碱率可达70%。第四十四页，编辑于星期六：九点五十分。一、固相反应在未生成液相的低温条件下(500~700℃)，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。固态反应的机理是离子扩散。烧结料中各种矿物颗粒紧密接触，它们都具有离子晶格构造。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，振动加剧，当温度升高到使质点获得的能量(活化能)足以克服其周围质点对它的作用能时，便失去平衡而产生位移(即扩散)。2.3烧结矿固结成型机理第四十五页，编辑于星期六：九点五十分。第四十六页，编辑于星期六：九点五十分。固相反应开始进行的温度(T固)远低于反应物的熔点(T熔)其关系为：对于金属，T固=(0.3~0.5)T熔对于盐类，T固=0.75T熔对于硅酸盐，T固=(0.8~0.9)T熔最具有意义的固相反应是铁矿粉本身含有的Fe3O4与SiO2的作用。它们接触良好，反应能有一定程度的发展，其生成物2FeO·SiO2是低熔点物质，可促进烧结反应过程。第四十七页，编辑于星期六：九点五十分。固相反应在温度较低的固体颗粒状态下进行，反应速度一般较慢，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。必须进一步提高温度，发展足够数量的液相，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。第四十八页，编辑于星期六：九点五十分。固相反应的最初产物，与反应物的混合比无关，两种反应物无论以何种比例混合，反应的最初产物总是一种。例如，以1：1的比例混合CaO和SiO2，最初产物不是CaO·SiO2

，而是2CaO·SiO2，继续在2CaO·SiO2与CaO接触处形成3CaO·SiO2，与SiO2接触处形成3CaO·2SiO2

，最后才形成CaO·SiO2。第四十九页，编辑于星期六：九点五十分。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(从500℃加热到1500℃不超过3min)，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，所以，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。第五十页，编辑于星期六：九点五十分。赤铁矿非熔剂性烧结料固相中矿物形成过程第五十一页，编辑于星期六：九点五十分。赤铁矿熔剂性烧结料固相中矿物形成过程第五十二页，编辑于星期六：九点五十分。磁铁矿非熔剂性烧结料中矿物形成过程第五十三页，编辑于星期六：九点五十分。磁铁矿熔剂性烧结料固相中矿物形成过程第五十四页，编辑于星期六：九点五十分。二、液相粘结及基本液相体系烧结矿的固结主要依靠发展液相来完成。烧结料中许多矿物具有很高的熔点，如磁铁矿(Fe3O4)为1550℃，CaO为2570℃，SiO2为1713℃，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应形成的低熔点化合物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成一系列的易熔化合物，在燃烧温度下形成新的液相。第五十五页，编辑于星期六：九点五十分。液滴浸润并溶解周围的矿物颗粒而将它们粘结在一起；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，冷却后便形成多孔、坚硬的烧结矿。可见烧结过程中产生的液相及其数量对烧结矿的质量和产量有决定性的影响。第五十六页，编辑于星期六：九点五十分。1.Fe-O液相体系在Fe=72.5~78%，O=12~17.5%的范围区间Fe3O4

与FeO可形成低熔富氏体(mFe3O4·nFeO)。如由45%FeO与55%Fe3O4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FeO的出现并组成低熔富氏体，完全可以熔为液相。在不加熔剂，烧结高品位铁精矿的条件下，富氏体是主要粘结液相，依靠它可以生产强度好的普通(酸性)烧结矿。第五十七页，编辑于星期六：九点五十分。2.FeO-SiO2液相体系铁矿粉中的FeO和SiO2接触紧密，在烧结过程中易于化合成2FeO·SiO2(铁橄榄石)，其熔点为1205℃。2FeO·SiO2还可同SiO2或FeO组成低熔点共晶混合物,其熔点为1178℃或1177℃；2FeO·SiO2又可同Fe3O4组成熔点更低的混合体(1142℃)。第五十八页，编辑于星期六：九点五十分。3.CaO-SiO2液相体系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CaO，它与矿粉中的SiO2作用，在烧结过程中，生成两种可熔的硅酸钙液相，即：(1)硅灰石CaO·SiO2(CS)，熔点为1544℃，它与SiO2在1486℃时形成最低共熔点。第五十九页，编辑于星期六：九点五十分。(2)硅钙石3CaO·2SiO2(C3S2)，熔点为1475℃。它与CaO·SiO2在1455℃时形成最低共熔点。硅酸钙液相体系在生产自熔性烧结矿时占重要地位。但同其它体系比较起来，它的熔化温度较高，它的混合物的最低共熔点也比较高，均在1430℃以上，所以在烧结温度条件下这个体系所产生的液相不会很多。

第六十页，编辑于星期六：九点五十分。4.CaO-FeO-SiO2液相体系在生产自熔性烧结矿时，若温度高，还原性气氛强，则大量存在的CaO、FeO和SiO2便可能结合生成钙铁硅酸盐低熔点化合物，如钙铁橄榄石(CaO)x·(FeO)2-x·SiO2；(x=0.25~1)；钙铁辉石CaO·FeO·2SiO2；铁黄长石2CaO·FeO·2SiO2。这些化合物能形成一系列的固溶体(γ区)，并在固相中产生复杂的化学变化和分解作用。第六十一页，编辑于星期六：九点五十分。5.CaO-Fe2O3液相体系在生产熔剂性烧结矿时，由于要求碱度更高，需加入大量CaO。CaO同矿粉中的Fe2O3在500~600℃即可进行固相反应生成铁酸钙CaO·Fe2O3。其熔点为1216℃。可以看到这个体系还有几种化合物，如：2CaO·Fe2O31449℃，CaO·2Fe2O31226℃，CaO·Fe2O3—CaO·2Fe2O3共晶1205℃。这个体系化合物熔点比较低，特别是CaO·Fe2O，不仅熔点低，而且生成速度快，对生产熔剂性烧结矿具有重要意义。第六十二页，编辑于星期六：九点五十分。以上五个液相体系均为产生不同类型烧结矿的主要粘结相成分，其中最重要的是FeO-SiO2，CaO-FeO-SiO2和CaO-Fe2O3三个易熔相。凡高温高碳，低氧势烧结，有利形成前者；凡低温低碳，高氧势烧结有利于后者的形成，增加Al2O3可以抑制硅酸铁而促进烧结矿质量的提高。在烧结过程过程中，若液相太少，则粘结不够，烧结矿强度不好，若液相过多，则产生过熔，使烧结矿致密，气孔率降低，还原性变差。因此无论靠何种液相粘结，数量都应适当。第六十三页，编辑于星期六：九点五十分。三、冷却固结燃烧层移过后，烧结矿的冷却过程随即开始。随着温度的降低，液相粘结着周围的矿物颗粒而凝固。各种低熔点化合物(液相)开始结晶。烧结矿的冷却固结实际上是一个再结晶过程。首先是晶核的形成，凡是未熔化的矿物颗粒和随空气带来的粉尘都可充当晶核。晶粒围绕晶核逐渐长大。冷却快时，结晶发展不完整，多呈玻璃相，裂纹较多，强度较差；冷却慢时，晶粒发展较完整，玻璃质较少，强度较好。上层烧结矿容易受空气急冷，强度较差；下层烧结矿的强度则较好。第六十四页，编辑于星期六：九点五十分。还要看到，在液相冷凝结晶时，成千上万的晶粒同时生成，它们互相排挤，各种矿物的膨胀系数又不相同，因而在晶粒之间产生内应力，使烧结矿内部产生许多微细裂纹，导致强度降低。第六十五页，编辑于星期六：九点五十分。在烧结矿冷却固结中，2CaO·SiO2起到极坏的作用，它虽不能形成液相，但在冷却过程中产生α、α`、β、γ四种晶型变化，其密度依次为3.07、3.31、3.28、2.97g/cm3。当温度下降到850℃时，α`-2CaO·SiO2转变为γ-2CaO·SiO2，体积增大约12%。当冷却至675℃时，β-2CaO·SiO2转变为γ-2CaO·SiO2，体积又增大10%，而且是不可逆转变。这种相变产生很大的内应力和体积膨胀，使得已固结成型的烧结矿发生粉碎，强度大减，因此烧结过程中要尽量避免正硅酸钙（2CaO·SiO2）的生成。同时要严格掌握冷却温度，有效控制其晶型转变

。第六十六页，编辑于星期六：九点五十分。发展铁酸钙液相需要什么条件生产高碱度烧结矿，尤其是生产超高碱度烧结矿，使烧结矿的粘结相主要由铁酸钙组成。可使烧结矿的强度和还原性同时得到提高。这是因为：①铁酸钙(CF)自身的强度和还原性都很好;②铁酸钙是固相反应的最初产物，熔点低，生成速度快，超过正硅酸钙的生成速度，能使烧结矿中的游离CaO和正硅酸钙减少，提高烧结矿的强度;③由于铁酸钙能在较低温度下通过固相反应生成，减少Fe2O3和Fe3O4的分解和还原，从而抑制铁橄榄石的形成；改善烧结矿的还原性。第六十七页，编辑于星期六：九点五十分。所以，发展铁酸钙液相，不需要高温和多用燃料，就能获得足够数量的液相，以还原性良好的铁酸钙粘结相代替还原性不好的铁橄榄石和钙铁橄榄石，大大改善烧结矿的强度和还原性。这就是铁酸钙理论。第六十八页，编辑于星期六：九点五十分。生成铁酸钙粘结相的条件：①高碱度：虽然固相反应中铁酸钙生成早，生成速度也快，但一旦形成熔体后，熔体中CaO与SiO2的亲和力和SiO2与FeO的亲和力都比CaO与Fe2O3的亲和力大得多，因此，最初形成的CF容易分解形成CaO·SiO2熔体，只有当CaO过剩时(即高碱度)，才能与Fe2O3作用形成铁酸钙。②强氧化性气氛：可阻止Fe2O3的还原，减少FeO含量，从而防止生成铁橄榄石体系液相，使铁酸钙液相起主要粘结相作用。③低烧结温度：高温下铁酸钙会发生剧烈分解，因此低温烧结对发展铁酸钙波相有利。第六十九页，编辑于星期六：九点五十分。2.4强化烧结过程分析一、烧结机的生产率(台·时产量)带式烧结机的生产率(Q)可用下试计算：

Q=60·K·B·L·γ·dt/(台·h)K——烧结料成品率，即单位重量混和料所出产的成品烧结矿量(即除去水分、挥发分、烧掉的燃料等烧损和返矿量之后的成品量)，一般k=0.5~0.7；B——烧结机台车宽度，m；L——烧结机有效(抽风)长度，m；γ——烧结混和料松装密度，t/m3d——垂直烧结速度，即燃烧层垂直下移的速度烧结产量同垂直烧结速度成正比。而d主要同抽过料层的空气量有关，在抽风机能力和负压一定时，垂直烧结速度主要决定于料层透气性。第七十页，编辑于星期六：九点五十分。改善料层透气性，强化烧结过程，归根到底必须提高通过料层的气体量。1.料层透气性，可以加快气流速度，增加通过料层的空气量。为此，必须改善混和料的粒度组成及其热稳定性。保持烧结料适宜的水分(7~8%)，保证足够的混料和制粒时间(不少于4~5min)，加入某些粘结剂(如生石灰、消石灰、石灰乳、皂土等)，添加一定数量的颗粒性物料(如返矿和富矿)等，都是改善烧结料透气性的有效措施。这对细精矿、厚料层烧结，具有现实意义。第七十一页，编辑于星期六：九点五十分。生石灰、消石灰、石灰乳等既是熔剂，又是粘结剂。如加生石灰在混料过程中遇水消化成为粒度很细的消石灰胶体弥散于混和料中，促进了混和料的粘结造球，提高料球的强度和热稳定性，不致受热粉化。生石灰消化放热，可提高混和料温度(一般每增加1%生石灰可提高料温2℃)，减轻过湿现象，改善料层透气性。第七十二页，编辑于星期六：九点五十分。通常所说的“小球烧结”就是将细精矿为主的混合料造成3~5mm的小球进行烧结。由于粒度均匀，空隙度高，料层透气性改善，可提高产量10~50%。鞍钢实行小球烧结后，使混和料中小于1mm的粉末减少到10%，结果垂直烧结速度增加7%，产量提高9.4%，脱硫率增加11%，烧结矿强度也显著提高。为加强制粒成球，可增设混料机或延长混料机以增加造球时间。同时应重视提高现有混料机的成球效率。苏联克里沃洛格南方采选公司在现有6m长圆筒混料机上，实行分段润湿的方法，提高了成球效果，改善了料层透气性。第七十三页，编辑于星期六：九点五十分。2．用低料层(降低H)操作，虽可加快烧结速度，但自动蓄热作用削弱，燃耗升高，烧结矿质量降低，是不合理的操作方法。近年实践证明，厚料层操作是科学的，合理的，但它会使烧结速度降低。为保证烧结速度不降低，应在提高料层的同时，进一步改善料层透气性和相应地提高抽风负压。第七十四页，编辑于星期六：九点五十分。3．提高负压，可提高抽入风量。提高负压；使风量增加的幅度比产量增加的幅度大，使电耗增加幅度比产量增加幅度更大。

在提高负压的同时相应提高料层，使△p/H在一定数值时，则可保持风量和烧结速度不变，而强度改善，产量提高，燃耗降低，同时单位烧结矿的风量可减少。可以认为高负压和厚料层相结合是强化烧结过程的一条重要经验，此时应加强系统密封，以防止漏风率增加。

第七十五页，编辑于星期六：九点五十分。4．采用高压烧结，提高压力p。在保持料层压差一定的条件下，同时提高料层上下部的压力，增加气体密度和抽入空气的质量流量，可提高烧结速度。也可保持料层下部压力不变，仅提高上部压力，相当于增加压差(△P)，以提高烧结速度，但效果不如前者大。高压烧结尚处于试验研究之中。其它强化烧结，提高烧结矿产量、质量的措施尚有预热抽入空气的所谓“热风烧结”，烧结矿的热处理等等都在发展研究之中。

第七十六页，编辑于星期六：九点五十分。三、改善料层中的气流分布气流在料层中分布的均匀性，对强化烧结的影响很大。不均匀的气流分布会造成不均匀的烧结，不均匀的烧结又会加重不均匀的气流分布，降低风的利用率并产生许多烧不透的生料。这不仅降低成品率，而且会恶化返矿质量，破坏正常的烧结过程。均匀的气流分布必须料层透气性的均匀为前提。因此除上述改善料层透气性的措施外，均匀布料和减少粒度偏析是造成一个透气性均匀的料床的重要条件。

第七十七页，编辑于星期六：九点五十分。四、判断和控制烧结终点位置烧结终点位置的判断和控制，主要根据废气温度的变化。烧结过程中废气温度变化的规律是，点火后，通过料层的高温废气将热量传给冷料，使冷料温度上升，而废气温度下降到接近冷料温度的水平，直到燃烧层接近炉篦子时，废气温度才急剧上升，燃料燃烧完毕，废气温度又立即下降。因此，废气温度上升到最高点以后开始下降的瞬间就是烧结终点。第七十八页，编辑于星期六：九点五十分。生产上，烧结过程的终点是通过机尾风箱的废气温度来控制的。一般要求烧结过程在倒数第二个风箱结束，即要求这个风箱的废气温度达到最高点。如果废气温度的最高点向前或向后移动，说明烧结终点相应地提前或滞后了，此时必须改变机速来加以调整，使烧结终点回到倒数第二个风箱处。用废气温度来判断和控制烧结终点的办法有不足之处，主要是因为台车边缘和中心的烧结速度不同以及风箱漏风，判断不十分准确。为了弥补这种不足，同时参考风箱的负压，即采用双参数终点控制法，可提高判断的可靠性。第七十九页，编辑于星期六：九点五十分。五、烧结矿进行冷却烧结矿从机尾卸下时，平均温度达750～800℃，这种高温烧结矿如果不进行冷却，运输、加工和贮存都有很大困难，因此，必须进行冷却。高炉使用冷烧结矿，有如下各种好处：

1）冷烧结矿可以用皮带运输机直接送到高炉，大大简化运输系统。

2）冷烧结矿便于进行高炉槽下过筛，大大减少入炉料中的粉末，有利于改善高炉料柱透气性。

3）高炉使用冷烧结矿可以延长贮矿槽、上料系统和炉顶装料设备的使用寿命，并可改善配料和上料系统的劳动条件。第八十页，编辑于星期六：九点五十分。冷却烧结矿的方法

1）在矿车中冷却：在矿车中借空气的自然抽力冷却烧结矿，这种方法比较简单，但冷却效率低，冷却时间长，从850℃冷却到100℃需要3d以上时间。因此需要大量矿车和很长的停放线，矿车烧坏量也比较大。

2）露天堆放、自然冷却：这种方法冷却时间更长，一个1800t的矿堆冷却150℃需要6d时间；另外占地面积大，经多次装卸和运输，破碎较严重。

3）在料仓中冷却：在底部有百叶窗式通风孔的特制料仓中通过自然通风冷却，冷却效果比前两种方法好一些。据国外试验，一个3800t的大料仓，由600℃冷却到100℃，只需10～15h。第八十一页，编辑于星期六：九点五十分。强制通风冷却法有：

1）带式烧结机上冷却：烧结终了以后，在烧结机上通过抽风或鼓风进行冷却，冷却效率较高，冷却速度快，同时改善了烧结矿的破碎和筛分条件。我国某厂一台115m2烧结机，将前65m2用于烧结，后50m2用于冷却，冷却时间只需11～13min。此法的缺点是功率消耗大，烧结段受冷却段的干扰，冷却不均匀和不能利用热返矿预热烧结料。第八十二页，编辑于星期六：九点五十分。2）带式冷却机：是一种专用的冷却设备。烧结矿在带有密封罩的链板机上缓慢移动，通过密封罩内的抽风机进行强制冷却。它兼有冷却、输送和提升的功能，是比较成功的冷却设备。缺点是链板有空行，设备重量大，需要的特殊材料较多。第八十三页，编辑于星期六：九点五十分。3）环式冷却机：环式冷却机由沿着环形轨道水平运动的若干个冷却台车组成。冷却台车在带有抽风机的密封罩内被抽入的冷空气所冷却。这种设备的冷却效果比较好，由750～800℃冷却到100～150℃的时间为25～30min，设备运转平衡可靠，机械事故少，是比较理想的冷却设备。缺点是占地较大，设备重，基建投资大。第八十四页，编辑于星期六：九点五十分。4）塔式和平式振冷：坐在弹簧上的机体在电磁振动机的作用下发生振动，热烧结矿在塔式（或平式）振冷机中沿螺旋板（或水平振动板）向下（或向前）运动，同时被抽入或鼓入的冷风冷却。此法在工艺流程上尚存在一些问题有待于进一步解决，但配于小型烧结厂还是可行的。第八十五页，编辑于星期六：九点五十分。1)烧结机利用系数：烧结机每平方米烧结面积上每小时内生产的成品烧结矿量叫做烧结机利用系数。式中μ—一烧结机利用系数，t/m2·h；

q——烧结机台时产量，t/台·h；

F——一烧结机有效烧结面积，m2。2.5烧结生产有哪些技术经济指标第八十六页，编辑于星期六：九点五十分。2)烧结矿成品率：烧结矿经机尾筛分后，筛上为成品烧结矿，筛下为返矿，成品烧结矿与混合料总量之比为成品率。第八十七页，编辑于星期六：九点五十分。热风烧结:由于抽入热风，料层受高温作用的时间较长和冷却速度缓慢，有利于液相的生成和液相数量的增加，有利于晶体的析出和长大，各种矿物结晶较完全；减少急冷而引起的内应力，烧结矿结构均匀，从而烧结矿的强度提高。热风烧结时，由于抽入的是热风，降低了空气密度，增加了抽风负荷，气流的含氧量也相对降低，使烧结速度受到一定影响，为此需采取改善混合料的透气性、适当增加真空度等措施加以弥补，以保持较高的生产率。2.6烧结生产技术第八十八页，编辑于星期六：九点五十分。小球烧结:小球烧结是近年来提出的一种强化烧结过程的措施，是把混合料全部制成上限为6～8mm、下限为1.5～2.0mm的小球进行烧结的方法。