1、铁矿粉烧结理论,烧结工艺流程 1.原料的接受、贮存、混匀、中和 2.熔剂、燃料的粒度准备 3.配料 4.混合 5.布铺底料、布混合料 6.点火、抽风烧结 7.热破碎、（热筛分） 8.冷却 9.整粒 分出： 成 品（50 5mm）铺底料（2515mm） 返 矿（ 5 0mm）,烧结生产意义(1)合理地利用矿石资源,满足钢铁工业发展的需要；(2)通过烧结可为高炉提供化学成分稳定、粒度均匀、还原性好、冶金性能优良的优质原料，为高炉优质、高产、低耗、长寿创造良好条件；(3)烧结可有效地回收利用冶金、化工等生产的含铁废物，如高炉炉尘、转炉炉尘、轧钢皮、钢渣、硫酸渣等。既充分利用国家资源，又减轻了环境污染
2、，还可以降低生产成本。,5.1烧结矿质量要求及技术经济指标,5.1.1烧结矿的质量要求 （1）烧结矿的质量指标烧结矿的物理性能烧结矿的化学性能烧结矿的物理、化学性能的稳定性 （2）烧结矿质量对高炉冶炼的影响a.烧结矿品位和含硫量对高炉冶炼的影响b.烧结矿的碱度对高炉冶炼的影响c.烧结矿FeO含量对高炉冶炼的影响d.烧结矿粒度对高炉冶炼的影响,优质烧结矿的技术标准YBT4212005,5.1.2烧结生产的主要技术经济指标 （1）利用系数利用系数=台时产量/有效抽风面积 t/（m2h） （2）成品率成品率=成品烧结矿量 /（成品烧结矿量+返矿量） （3）烧成率烧成率=成品烧结矿量 / 混合料总消耗
3、量 （4）返矿率返矿率=返矿量 / 混合料总消耗量,（5）日历作业率日历作业率=烧结机运转时间 / 日历时间 （6）劳动生产率每人每年生产烧结矿的吨数 （7）生产成本生产每吨烧结矿所需的费用由原料费和加工费两项组成 （8）工序能耗烧结生产过程中生产一吨烧结矿所消耗的各种能源之和,5.2 烧结过程及主要变化,烧结矿带 燃烧带 预热带 干燥带 过湿带 原始料带 铺底料层,烧结矿带 厚度逐渐加厚冷风冷却该带上部固体料而被加热 空气流过的孔隙发生低价氧化物再氧化，放出氧化热 液相冷凝、矿物析晶、放出凝固热热交换,燃烧带 可达11001500，存在氧化区域、还原区域 固体炭、其他可燃组分燃烧 碳酸盐继续
4、分解 结晶水继续分解 固相反应继续进行 脱硫反应 铁、锰氧化物发生氧化、还原、分解反应 液相生成厚1040mm，此带对烧结过程产量及质量影响很大该带的厚度：决定于 燃料量燃料粒度矿粉粒度通过的空气量 该带的温度：,预热带 热交换迅速，废气温度很快从1500 下降到6070物料温度很快上升到燃料着火点 碳酸盐分解 结晶水分解 固相反应 脱硫反应 铁、锰氧化物氧化、分解 挥发物的挥发,干燥带 从预热带下来的热废气加热此带料 此带料很快升高到100以上游离水迅速蒸发，水分完全蒸发需要到120150 干燥带厚度约2040mm料中小球若热稳定性差时， 会在剧烈升温和水分蒸发过程中炸裂，影响料层透气性,过
5、湿带 从干燥层下来的、含大量水蒸气的废气进入该带，发生热交换，温度下降到露点以下水蒸气冷凝变为液态 该带水分不断增加水分堵塞料层孔隙 水分破坏料中小球（泥泞化） 水分增大料的湿度该带影响料层透气性,原始料带 处于料层最下部 物料的物理性质、化学性质基本不变,5.3 烧结料中碳的燃烧及热交换,混合料中固体燃料燃烧所提供的热量占烧结过程中所需总热量的90%,5.3.1 燃烧反应的热力学 烧结料中的固体碳在温度达700以上即着火燃烧，发生如下反应：碳的不完全燃烧反应：2CO22CO G223426175.31T J 碳的完全燃烧反应：CO2CO2 G 3941330.84T JCO的燃烧反应：2CO
6、O22CO 2 G 564840173.64T J布多尔反应（歧化反应、碳素沉积反应）：CO 2C2CO G 170707174.47T J,1.高温下CO稳定，碳过剩生成CO 燃烧带有利于2CO22CO 进行但由于燃烧带薄， 时间短，2CO2 2CO 受到限制在配碳过多且偏析较大时， 2CO2 2CO 有一定程度的发展碳粒群 碳粒燃烧前沿有C 生成CO2.低温下CO2 稳定，氧过剩生成CO2 2COO2 2CO2 在较低温度时有可能发生歧化反应的逆反应 即：2CO C + CO2 在较低温度时有可能发生单个碳粒 碳粒燃烧前沿有O2 生成CO2CO2 CO2 是烧结料层中碳燃烧的基本反应，易发
7、生，温度影响较小,3.一般认为： 烧结料层中，总体是氧化气氛，局部存在还原气氛碳含量少、粒度细、分散在不含碳的惰性物料中空气过剩系数较高（某些氧化物所含的氧，也是活泼的氧化剂 ）燃烧快，范围窄，热交换有利，高温废气降低很快，二次燃烧不会明显发展碳粒附近，氧气不足，温度高，还原性气氛占优势（特别是：碳粒被熔融物包裹时，氧更显不足）碳粒远处，氧气充分，温度低得多，明显的氧化性气氛4. 烧结废气成分：大量CO2少量CO O2,一般认为由下列五个步骤组成：1.氧由气流本体通过边界层扩散到固体碳的表面；2.氧在碳粒表面吸附；3.吸附的氧与碳发生化学反应；（反应产物仍为吸附状态）4.反应产物解吸；5.反应
8、产物由碳粒表面通过边界层向气相扩散。限制性环节：1、3、5 三步的速率最小，不外乎1、5 均为扩散1的扩散条件好，则5的扩散条件也好即 氧向碳粒表面的扩散相界面上的化学反应燃烧过程的速度取决于扩散速度、界面化学反应速率,气流速度、气流中氧浓度、燃料粒度、温度对燃烧过程速度的影响1.低温下，化学反应速度很慢，燃烧过程的速度取决于化学反应速度燃烧处于“动力学燃烧区” 燃烧速度受温度、气流中氧浓度的影响2.高温下，化学反应速度很快，氧的扩散速度相对很慢，燃烧过程的速度取决于氧的扩散速度燃烧处于“扩散燃烧区” 燃烧过程的速度主要受气流速度、气流中氧浓度、燃料粒度等影响3.在“动力学燃烧区”与“扩散燃烧
9、区”存在一个过渡燃烧区4.不同反应由动力学燃烧区（低温）进入扩散燃烧区（高温）的温度不同：C和O2的反应于800由动力学区开始转入扩散区C和CO2的反应则在1200时由动力学区开始转入扩散区5.烧结过程在点火后不到1min，料层温度便升高到12001350烧结过程中的燃烧反应基本上是在扩散燃烧区内进行,烧结过程影响燃烧速度的因素 一切能够增加扩散速度的因素均影响燃烧速度：减小燃料粒度增加气流速度（改善料层透气性、增大风机风量等）增加气流中氧含量,燃烧带的结构示意图,燃烧带燃料燃烧的特性 1. 碳含量少、粒度细、分散介于单颗粒与燃料群之间的固定床燃烧 2. 空气过剩系数较高（常为1.41.5）烧
10、结废气中均含一定数量的氧 3. 料层中热交换十分有利碳粒在1040mm厚的高温区内迅速燃烧，燃烧处于“扩散燃烧区” 4. 空气供给氧、某些氧化物供给氧通过废气中O2、CO、CO2中的总氧来佐证：某些氧化物供给氧无MeCO3分解、无氧化物还原、无漏风时：废气中CO2 + 0.5CO + O2 接近21%实际上烧结赤铁矿时：废气中CO2 + 0.5CO + O2 为2223%实际上烧结软锰矿时：废气中CO2 + 0.5CO + O2 达到23.5%实际上烧结磁铁矿时：废气中CO2 + 0.5CO + O2 降到18.520%,燃烧带特征燃烧带是一“嵌晶”结构，碳粒燃烧是在不含碳的惰性物料包围下进行
11、的靠近燃料颗粒附近：高温、还原性气氛、氧气不足（特别是在烧结块形成时，燃料被熔融物包裹时氧就更不足）远离燃料颗粒区域：温度低得多、氧化气氛,固体燃料的粒度 烧结用固体燃料的粒度，与混合料中各组分的特性有关。试验情况： 烧结粉矿（08mm）时，12mm的焦粉是最适宜的，这样的粒度有能力在周围建立1820mm烧结矿块 烧结精矿（0lmm，其中00.074mm占30）时，0.53mm的焦粉最好试验和生产实践证明：焦粉中存在-0.5mm和+3mm粒级是不利的 粒度过细时， 0.5mm的燃料颗粒燃烧时，难以在自身周围建立起成块烧结矿焦粉在气流作用下，会从上层吹到下层，从而损害了烧结矿强度 粒度过大时，燃
12、料分布不均匀因为：同样用量时，料层中碳的分布点少布料时粒度易于偏析，集中在料层下部燃烧带变厚，料层透气性变差，产质量下降。适宜的燃料粒度为0.53mm 生产中，筛去小于0.5mm的很困难，实际使用粒度为03mm。,固体燃料的种类 尽量使用焦粉 当焦粉供不应求时，可考虑使用无烟煤 无烟煤的孔隙度 焦粉的孔隙度 （即 无烟煤的密度 焦粉的密度 ）同样重量时，在混合料中的体积就较小，降低了透气性无烟煤反应性 焦粉的反应性垂直烧结速度下降无烟煤的总颗粒数 焦粉的总颗粒数 （同样用量、同样粒度）在料层中无烟煤颗粒之间距离增大，恶化烧结矿质量无烟煤代替焦粉时，须增加用量、适当降低平均粒度、改善透气性无烟煤
13、代替2025 % 的焦粉，对烧结矿的产质量几乎没有影响 不能使用高发挥分的烟煤 焦粉、无烟煤中的挥发分含量：5 % 因为：挥发物不可能燃烧，随废气起进入抽风除尘系统，而在管道壁、排灰阀、除尘器，以及抽风机的内壁和转子的叶片上沉积下来， 危及和妨害整个抽风系统的正常工作（无烟煤的着火温度为750770，无烟煤的分解挥发温度为380400）,固体燃料的用量 燃料用量主要影响烧结温度和烧结气氛 1.燃料用量高时：烧结温度高，有利于烧结液相的发展，烧结矿强度高还原性气氛强，不利于铁酸钙体系的发展， 烧结矿FeO含量高，还原性差，强度低 2.最适宜的燃料用量应保证所获得的烧结矿具有足够的强度和良好的还原
14、性最适宜的燃料用量需由试验确定通常： 磁铁矿烧结过程中，由于Fe3O4氧化放热，燃料用量小些赤铁矿缺乏磁铁矿氧化的热收入，故燃料用量要高些菱铁矿、褐铁矿则因为碳酸盐和氢氧化物的分解需要消耗热量，般则要求更高的燃料用量。目前一般烧结的燃料用量为56%,5.3.2 烧结料层的废气成分及影响因素,烧结废气中CO的存在，使燃料的发热值受到相当大的损失烧结废气组成通常用 、燃烧比 来评价,产生CO的原因：燃烧不充分（包括反应温度低） CO + O2 CO波多尔反应 CO2 + C CO氧化铁的直接还原 Fe2O3 + C Fe3O4 + CO水煤气反应 H2O + C H2 + CO,燃烧比 衡量烧结过
15、程中碳的化学能的利用程度燃烧比大则碳的化学能利用差，还原气氛较强 燃烧比小则碳的化学能利用好，氧化气氛较强,影响燃烧比的因素有:1.燃料粒度粒度变细，燃烧比增大（CO2 + C = 2CO）2.燃料数量数量增加，燃烧比增大（ CO2 + C = 2CO ）3. 燃烧温度温度提高，燃烧比增大4. 燃料的反应性 反应性变好，燃烧比增大 上述为布多尔反应的结果5.料层厚度厚度提高，燃烧比增大6.返矿数量返矿减少，燃烧比增大 上述为烧结时间延长、温度提高、燃料分布密度增大的结果7.抽风负压抽风负压增大，燃烧比增大 上述为C+CO2CO2过冷、CO来不及燃烧的结果,烧结料层废气中一般均含有：CO2 CO
16、 O2 N2 H2 等 其相对含量取决于： 含铁物料种类熔剂数量燃料数量氧化、还原反应发展的程度抽过燃烧层气体的成分透气性,5.3.3 烧结料层的温度分布与蓄热,沿料层高度的温度分布,5烧结矿带1燃烧带2预热带、干燥带3过湿带4铺底料层A.燃烧带：温度最高 B.燃烧带下移时，最高温度升高 C.预热带、干燥带温度迅速降低预热带、干燥带的热交换迅速它的厚度般小于50mm废气温度从15001400迅速冷却到6050,a刚点火毕,b点火终了后12分钟,c开始烧结后8l0分钟,d 烧结终了前,燃料用量对料层最高温度的影响,A.热波通过不含燃料（0%C）的料层时，最高温度随热波向下移动而不断降低；B.随着
17、物料中含碳量（0.5%1.5%C）增加，曲线发生变化。在下部各水平层由于固体燃料燃烧所积蓄的热量使温度提高；在同一水平层，最高温度随着燃料用量的增加而增加；C.当含2.5%C时，曲线成凹形。上部料各水平层最高温度呈下降趋势（被气流带走的热量，不能为固体燃料燃烧产生的热量所补偿，从而温度降低 ）下部料各水平层最高温度开始上升（ 蓄热条件较好，进入燃烧带的空气温度也较高）若燃料超过一定值，则下部料各水平层最高温度逐渐增高,燃料用量对各料层最高温度的影响物料粒度53mm空气消耗79.5m3/(m2min)曲线1碳量0.0%曲线2碳量0.5%曲线3碳量1.1%曲线4碳量1.5%曲线5碳量2.5%,燃料
18、粒度对料层最高温度的影响,燃料粒度对料层中最高温度的影响 1 01 mm236 mm,燃料粒度小，燃烧速度快，燃烧带薄，热能集中，高温区相对窄，最高温度高,A.物料粒度大小直接影响到热交换面积的大小 B.物料粒度大，物料从气流中接受热量就少气流在一段较长的料层通道中保存较多的热量热波迁移速度就快，料层最高温度就低,物料粒度对料层各水平面最高温度的影响料中含炭 1. 5 %1 85 mm粒级烧结料的曲线2 53 mm粒级烧结料的曲线3 1.680.84mm粒级烧结料的曲线,物料粒度对料层最高温度的影响,5.3.4 烧结料层中的热交换,烧结矿带： 炽热烧结矿传热给抽过的空气：烧结矿冷却、空气预热
19、燃烧带： 热空气与达到着火点燃料发生燃烧反应、产生高温废气，放热，温度达到13001500 预热、干燥带： 从上层下来的高温废气非常剧烈地传热给物料： （气流温度高、速度大、含水分；物料粒度很细、传热表面积大。热交换条件好） 物料迅速升温至燃料着火点、物料水分急剧蒸发,传热前沿：没有内部热源时，往料层抽入热气，料层中一些水平层温度开始均匀上升规定：当上述某一水平层温度升至100 时作为传热前沿到达此处的标志温度波（热波）：燃烧前沿：当配有燃料燃烧时，料层中一些水平层温度迅速上升规定：当上述某一水平层温度升至1000 时作为燃烧前沿到达此处的标志（或600 ） 燃烧波（火焰波）：热波曲线的特点：
20、以最高温度为中心，两边对称随热波向下前进，最高温度逐渐下降，且曲线不断加宽火焰波曲线的特点：由于配有燃料，所以曲线两边不对称随火焰波向下移动，最高点的温度升高,烧结速度（垂直烧结速度） ：燃烧带中温度最高点的移动速度 燃烧速度：碳与氧反应在单位时间内消耗碳的重量 传热速度：指气固相间单位时间通过单位面积传递热量的多少 传热前沿速度：传热前沿单位时间向下推进的距离 燃烧前沿速度：燃烧前沿单位时间向下推进的距离 料层各带推进速度：,燃烧前沿速度与燃烧速度之间的关系,影响传热前沿速度的因素气体流速气体密度气体比热固体料层的比热固体料层的孔隙率固体料层的堆积密度固体料层的水分固体料层中碳酸盐的数量,影
21、响燃烧前沿速度的因素 空气中含氧量气流速度（风量）V传 0.8 1.0V燃 0.5当通过料层的气流速度增加到极限时，就可能有： 传热速度 燃烧速度 即： 热波前沿移动速度 火焰波前沿移动速度固体燃料的燃烧性固体燃料的粒度固体燃料的用量 燃烧性好，粒度细，用量少，燃烧速度快，燃烧前沿速度也快,在烧结过程中要求这两种速度能够很好配合，“同步”进行”在 传热速度 燃烧速度 时 上部料层的热量：不能完全用于下部燃料的燃烧不能有效地传给下部的物料 高温区的温度降低 高温区的移动速度决定于传热速度在 传热速度 燃烧速度 时 高温带的最高温度不会高 高温带的移动速度决定于燃烧速度,烧结过程要求：燃烧速度和传
22、热速度同步料层各带的移动速度协调一致，同步前进如果某一带的移动受到阻碍，烧结过程就可能遭到破坏,传热规律在烧结过程中的应用 配碳正常或稍高时燃烧前沿移动速度 传热前沿移动速度 （氧供应不足，即使焦粒已加热到着火点也不会燃烧）碳的燃烧速度决定了烧结过程的总速度措施：富氧、加压,配碳较低时传热前沿移动速度 燃烧前沿移动速度（剩余氧很大，加热到着火点的焦粉剧烈燃烧）传热前沿速度决定了烧结过程的总速度措施：提高气体热容量、改善透气性、增加气体流速,使用焦粉或无烟煤作燃料，进行烧结生产时料层中的传热前沿速度和燃烧前沿速度大体上是协调的但对不同的原料和操作条件还需作具体的研究并通过调整，使两种速度尽可能同
23、步，从而得到最优操作参数,5.4 水分在烧结过程中的行为 （1）烧结料中水分的主要来源空气中带入的水矿石、熔剂、燃料带入的水制粒时添加的水燃料中碳氢化合物燃烧时产生的水料中含结晶水的矿物分解产生的水,（2）水分在烧结过程中的作用,制粒作用 在滚动过程中，被润湿的颗粒互相接触、聚集、重排，形成球核 继续在机械力作用下靠拢、紧密，使过剩的毛细水被挤到球核表面上来而裹住球核 继续滚动，球核就粘上一层润湿程度较低的物料，使核长大，在毛细力作用下制成小球 以改善料层的透气性,导热作用 水分改善了物料的导热性，料层中热交换条件十分良好 有利于使燃烧带限制在较窄的范围内 减少了烧结过程中料层的阻力 保证了在
24、燃料消耗较少的情况下获得必要的高温,润滑作用水分子覆盖在矿粉颗粒表面降低表面粗糙度减少气流阻力起类似润滑剂的作用,助燃作用 固体燃料在完全干燥的混合料中燃烧，速度缓慢 CO和C的链式燃烧机理，要求火焰中有一定含量的H和OH 混合料适当加湿是必要的,不同的烧结料，适宜水分含量是不同的粒度越细，比表面积越大，适宜水分越高表面松散多孔的褐铁矿，烧结时含水量可达20%致密的磁铁矿，烧结适宜水量为69%烧结料最适宜水分的评判标准：混合料达到最高的成球率或：混合料达到最大的料层透气性,5.4.1 水分的蒸发 当湿物料干燥时，发生两种过程1.热量从周围环境传递至物料表面使其表面温度升高，水分蒸发2.内部水分
25、传递到物料表面,高温废气进入干燥层将烧结料加热，水分蒸发，同时废气温度降低蒸发条件：气相中水汽的实际分压 PH2O 该温度下水的饱和蒸汽压 PH2O水的饱和蒸汽压 PH2O随温度的降低而减小左边值随蒸发而增加 右边值随蒸发而减小直至两者相等，水分停止蒸发,单位时间内蒸发的水量,5.4.2 水汽的冷凝,温度不高、含较多水汽的废气进入过湿层，加热烧结料，废气温度进一步降低致使：气相中水汽的实际分压 PH2O 该温度下水的饱和蒸汽压 PH2O 于是：废气中的水汽冷凝返回到烧结料中，超过原始水分，而形成过湿层水的饱和蒸汽压 PH2O随温度的升高而增加（过湿层的物料由于废气的热量、水汽冷凝放出的潜热而被
26、加热，温度升高）左边值随冷凝而减小 右边值随冷凝而增加直至两者相等，水汽停止冷凝,露点湿空气中的水汽开始在料面冷凝的温度冷凝水量一般介于12%，它与(PH2O PH2O）之差值和原料性质有关此差值越大，即物料原始水分愈高、原始料温愈低，冷凝水量就越多物料粒度愈细、亲水性愈好、湿容量愈大，冷凝水量就越多冷凝层厚度为2040mm过量的水分可能使制粒小球遭到破坏，甚或充填粒子间空隙，料层阻力增大 烧结过程进行缓慢，烧结矿产、质量下降,减轻或消除过湿现象的途径、措施提高混合料的原始温度提高混合料的湿容量降低废气中的含水量,提高烧结混合料的原始温度 （预热混合料）,作用 （1）提高混合料的原始温度，减轻
27、过湿程度 （2）将料温提高到露点以上 ，防止过湿现象的发生,方法 （1）热返矿预热混合料热返矿温度约600，在12分钟内可将混合料加热到5060省去了热返矿的冷却装置、合理利用了热返矿热量、不需外加热源简化了生产工艺流程、方法简单 （2）蒸汽预热混合料（在二混机、混合料矿槽进行） 鞍钢实践：蒸汽压力为（12）9.810 4 Pa时，可提高料温 4.2蒸汽压力为（34）9.810 4 Pa时，可提高料温14.8升温、润湿、控制水分、入烧结机热量损失较小热利用率较低，一般仅为4050 （3）生石灰预热混合料 鞍钢配入热返矿、2.87%的生石灰，混合料温由51提高到59每加1的生石灰提高料温2.7
28、CaO H2O Ca(OH)2 4.18715.5 kJmo1,提高烧结混合料的湿容量,方法：使用生石灰具有较大表面积的胶体物质，能增大混合料的最大湿容量 生石灰消化后，呈极细的消石灰胶体颗粒，具有较大的比表面积(其平均比表面达310 5 cm2g ) 可以吸附和持有大量水分烧结料层中的少量冷凝水，将为料中的这些胶体颗粒所吸附和持有 既不会引起料球的破坏，亦不会堵塞料球间的通气孔道 仍能保持烧结料层的良好透气性,降低废气中的含水量,方法： 使烧结料的水分比适宜水分低1.01.5%或 采用双层布料，将料层下部的水分降低实际上是降低废气中的水汽分压,5.5 固体物料的分解 5.5.1 结晶水的分解
29、 （1） 烧结常见含结晶水矿物的开始分解温度：水赤铁矿2Fe2O3 H2O 150200褐铁矿 2Fe2O33H2O 120140针铁矿 Fe2O3 H2O 190328水铝矿 Al(OH)3 290340高岭土 A12O32SiO22H2O 400500 拜来石 (Fe,A1)2O33SiO22H2O 550575,（2）一般概述 A.大多数的结晶水在300400分解700温度时，所有结晶水都可以分解结晶水分解在燃烧层、预热层进行B.含结晶水的赤铁矿统称褐铁矿针铁矿(Fe2O3H2O)是唯一真正的水合矿物，分解温度较高其它一系列的所谓褐铁矿都是水在赤铁矿和针铁矿中的固溶体，分解温度较低C.有
30、1020的结晶水，必须在燃烧层才能脱除由于结晶水分解耗热大，需增加固体燃料，以保证烧结矿质量,褐铁矿烧结 缺点：A.多耗能，以脱除结晶水B.烧结矿孔隙度提高、强度降低C.烧结水分高于赤铁矿、磁铁矿优点：A.褐铁矿价格低，使用褐铁矿可降低烧结成本B.褐铁矿的反应性、同化性好，易于烧结C.烧结矿还原性改善褐铁矿烧结的进展：以褐铁粉矿为制粒核心以磁铁精矿为粘附粒子以生石灰作为粘接剂形成制粒小球进行低温烧结，生产出成本低、强度高、还原性好的烧结矿,5.5.2 碳酸盐的分解混合料中通常含有碳酸盐，如石灰石、白云石、菱铁矿等 这些碳酸盐在烧结过程中必须分解后才能最终进入液相 否则降低烧结矿的质量,碳酸盐分
31、解的热力学MeCO3 MeO CO2 开始分解的热力学条件：气相中CO2的分压 碳酸盐的分解压开始分解温度分解反应达到化学沸腾的条件：气相总压 碳酸盐的分解压碳酸盐在一定温度下都有一定的分解压并随温度升高而升高,MnCO3 FeCO3 MgCO3 CaCO3四种碳酸盐中最难分解的是CaCO3 若能保证CaCO3分解完成，其它几种碳酸盐分解也可完成 石灰石的分解主要在燃烧带进行 烧结过程中碳酸盐的分解与纯碳酸盐的分解是有区别的 分解产物可与其它矿物进行化学反应，生成新的化合物，使得碳酸盐在相同温度下分解压力增大，分解变得更容易一些CaCO3 CaO CO2CaO SiO2 2CaO SiO2,碳
32、酸盐的标准生成自由能G0与温度的关系,碳酸盐的稳定性顺序为（由上往下提高） ZnCO3 MnCO3 PbCO3 FeCO3 MgCO3 CaCO3 BaCO3 Na 2CO3,碳酸盐分解不完全的原因,A.反应界面温度因反应吸热而下降，供热速度又跟不上B.随着分解的进行，产生的CO2就多，气相中CO2分压就增大，分解温度就升高，特别是碳酸盐数量较大时C.燃烧层很薄，烧结速度快，碳酸盐分解的时间很短，一般仅2minD.碳酸盐粒度大,碳酸盐的分解为多相反应相界面上的结晶化学反应CO2在产物层 MeO 中的扩散 （内扩散）CO2在矿块外边界层 的扩散 （外扩散）碳酸盐分解的限制环节与温度、粒度、气相中
33、CO2浓度、气流速度、孔隙度等有关,碳酸盐分解动力学,分解过程由界面上结晶化学反应控制温度较低时发生分解过程由CO2在产物层MeO中的扩散（内扩散）控制随着反应向颗粒内部推移， CO2的内扩散阻力将增加粒度较大时尤甚反应界面上CO2的分压将提高必须把矿块加热到比气流的CO2的分压所确定的分解温度更高的温度矿块越大，完全分解的温度越高，时间也越长 分解过程CO2的扩散还可受到矿块外边界层扩散阻力的影响气流速度比较小时发生分解过程由多个环节控制一般条件下，石灰石的分解不同程度地由界面反应、 CO2的扩散控制着,碳酸盐分解产物的矿化,不仅要求碳酸盐特别是碳酸钙完全分解 而且要求分解产物与其它组分完全
34、化合,CaO的矿化作用：CaO与其它矿物，如Fe2O3、 SiO2、Al2O3等化合生成新矿物的作用意义：避免游离CaO在烧结矿储存过程中，吸收空气中的水分发生消化反应生成Ca(OH)2导致体积膨胀，引起烧结矿粉化,碱度、石灰石粒度对CaO矿化程度的影响,碱度：碱度降低可提高CaO的矿化度石灰石粒度：石灰石粒度降低可提高CaO的矿化度,碱度、石灰石粒度对CaO矿化程度的影响 1 碱度0.82 碱度1.33 碱度1.5虚线石灰石粒度10mm实线石灰石粒度30mm,温度、石灰石粒度对CaO矿化程度的影响,温度：温度提高有利于CaO矿化石灰石粒度：石灰石粒度降低有利于CaO矿化,温度： 矿化度随温度
35、提高而提高 石灰石粒度： 矿化度随石灰石粒度减小而提高 磁铁矿粒度： 矿化度随磁铁矿粒度减小而提高,磁铁矿粒度对CaO矿化程度的影响a 磁铁矿粒度为 60mmb 磁铁矿粒度为 30mmc 磁铁矿粒度为0.20mm实线 石灰石粒度为10mm虚线 石灰石粒度为30mm,从上述三个图中可以看出：A.降低石灰石粒度B.提高烧结温度C.降低烧结矿碱度D.降低铁矿石粒度均可提高CaO的矿化度再观察第三个图：矿石或精矿的粒度对CaO的矿化度也有很大影响，于是可以这样做：精矿烧结使用的石灰石粒度可粗一些(如3 0mm) 粉矿烧结使用的石灰石粒度要细一些(如2 0mm甚至1 0mm),CaCO3的分解度 = w
36、(CaO总)w(CaO余下石)/w(CaO总)100CaO的矿化度 = w(CaO总)w(CaO游)w(CaO余下石)/w(CaO总)100,5.5.3 氧化物的分解 某一温度下氧化物的分解压大于环境中氧的分压时，该氧化物发生分解 某一温度下氧化物的分解压小于环境中氧的分压时，该氧化物发生氧化氧化物的分解压随温度升高而升高同一金属中高价氧化物的分解压高，低价氧化物的分解压低,A. Fe2O3在燃烧层可发生分解或剧烈分解： 6Fe2O3 4Fe3O4 O2B. Fe3O4的分解压比Fe2O3小很多，在1500时也只有 10-7.5 0.101325 MPa在烧结温度下，单纯的Fe3O4不能分解但
37、有SiO2 、温度高于13001350 的情况下， Fe3O4可与SiO2化合生成硅酸铁，其分解压与Fe2O3接近2Fe3O4 3SiO2 = 3( 2FeOSiO2 ) O2C. FeO的分解压比Fe3O4更低在烧结料层中不可能进行分解D. MnO2和Mn2O3有很大的分解压，在烧结条件下都将剧烈分解,5.6 氧化物的还原与氧化 5.6.1 铁氧化物的还原 燃烧层、预热层的废气中存在着还原性气体CO特别是高温区的碳粒周围有较强的还原性气氛 还原的热力学条件取决于温度水平和气相组成,烧结过程中Fe2O3的还原热力学 （1）Fe2O3还原成Fe3O4的平衡气相中CO浓度很低，即CO2 / CO的
38、比值很大 （2）极微量的CO就足以使Fe2O3完全被还原成Fe3O4还原反应在预热带、主要是在燃烧带进行 （3）CaOFe2O3比自由Fe2O3难还原一些,烧结过程中Fe3O4的还原热力学 （1）Fe3O4还原成FeO的平衡气相组成中700时 CO2 / CO = 1.84900时 CO2 / CO = 3.471300时 CO2 / CO = 10.75 （2）实际烧结料层的气相中 CO2 / CO = 3 6局部区域还原性气氛更强一些 （3）在900 以上的高温下， Fe3O4可能被还原 （4）在有SiO2存在时， Fe3O4的还原更容易一些2Fe2O3 + 3SiO2 + 2CO = 3
39、( 2FeOSiO2 ) + 2CO2 （5）CaO不利于2FeOSiO2的生成；R提高后，FeO有所下降,FeO 的还原是困难的 但： 气相成分分布很不均匀，在炽热的碳粒周围 CO2 / CO 值可能很小或 配碳量很高、还原性气氛极强 能还原出微量的金属铁 烧结过程中，H2 可能参加还原反应，不过 H2 含量很少 C 因高温持续时间短、接触条件差，参加还原反应可能性很小,5.6.2 铁氧化物的氧化 气相成分分布很不均匀离燃料颗粒较远处，CO2 / CO的值可能很大，氧化性气氛很强 随配碳量的减少，料层中总的氧化性气氛也增强 大量抽入烧结矿层的空气，更属强氧化性气氛 因此，铁氧化物也将氧化,烧
40、结Fe3O4矿粉时：先在预热带、燃烧带中距燃料颗粒较远的地方， Fe3O4氧化成Fe2O3后在烧结矿带，Fe O 、Fe3O4氧化成Fe3O4 、Fe2O3烧结Fe2O3矿粉时：在燃烧带上部，Fe O 、Fe3O4氧化成Fe3O4 、Fe2O3以上氧化作用 随燃料增加而减弱随燃料减少而加强当烧结饼形成后，在空气通过的孔隙表面、裂纹处发生微弱的第二次氧化,5.6.3 锰氧化物的分解 MnO2： 分解压很高，在预热层、燃烧层中可完全分解，也可被 CO 还原 Mn2O3 ：分解压很高，在预热层、燃烧层中可完全分解，也可被 CO 还原Mn3O4 ：分解压很小，分解困难，但可被 CO 还原成 MnO M
41、nO： 不可能分解、还原， 可与 SiO2 化合生成 2MnOSiO2,5.6.4 烧结矿的氧化度及影响因素 烧结矿氧化度烧结矿中铁氧化物氧化的程度 氧化度计算公式： 1 w( Fe2+ )/ 3w( TFe )FeO越高，氧化度越低,影响烧结矿氧化度的因素：（以下为书上的，不全面）（1）燃料用量（2）燃料粒度（3）烧结矿碱度（4）矿粉粒度,燃料用量的影响决定着高温区温度水平、料层气氛性质直接影响铁氧化物的分解、还原、氧化适宜燃料配比与矿粉性质、碱度、料层厚度有关,燃料粒度的影响减小燃料粒度，可使料层中燃料分布更趋均匀有助于减少燃料用量避免局部高温、强还原性气氛,碱度的影响提高碱度，形成多种低
42、熔点化合物降低燃烧带温度阻碍Fe2O3的分解、还原,矿粉粒度的影响减小矿粉粒度 （尤其是磁铁矿粉的粒度）有利于液相的生成和粘结有助于矿粉的氧化都可促使燃料用量的减少,影响烧结矿FeO的因素,燃料数量、粒度、分布 （气氛性质、还原区域大小） 矿粉种类、粒度 （精矿比例） 熔剂数量（烧结矿R） （氧化区域大小、CF、C2S） 烧结料中MgO 、SiO2的含量 料层厚度 （燃料数量、分布）,燃料用量的影响,精矿配比对烧结矿FeO的影响,磁铁矿精矿与赤铁矿粉矿相比，其氧化度低，容易与SiO2反应生成铁橄榄石（2FeOSiO 2），因而使烧结矿的FeO含量提高,磁铁矿粒度对氧化程度的影响,条件：1300
43、 烧结1min,烧结料高(H)对FeO的影响,随着料层高度的提高，“自动蓄热”作用增强，能耗降低，FeO含量降低 偏析技术的发展改善了燃料沿料层高度的分布 ，高料层使FeO含量进一步降低,烧结矿碱度,随着碱度的提高，CaCO3分解放出的CO2增多，料层氧化气氛增加 铁酸钙的形成又抑制了磁铁矿的发展 硅酸钙的形成又抑制了铁橄榄石的发展 从而FeO含量降低,MgO含量,1. 稳定Fe3O4 2. 降低Fe2O3的分解温度 3. MgCO3分解吸热 因此，当烧结矿MgO含量提高时，FeO含量升高 。,配加CaO及MgO对烧结矿中FeO的影响,SiO2含量,高硅有利于橄榄石、硅酸盐矿物的生成,5.7
44、有害杂质的去除,5.7.1 烧结去硫 烧结生产中硫的存在形式以硫化物形式存在易去除FeS2 黄铁矿CuFeS2黄铜矿CuSZnS 闪锌矿PbS 方铅矿 以硫酸盐形式存在不易去除BaSO4 重晶石CaSO4 石膏MgSO4 以有机硫形式存在易去除,5.7.1.1 FeS2 中硫的去除,A. FeS2的特点分解压大容易氧化靠热分解、氧化变成S(g)、SO2 、SO3进入废气中,B. FeS2不同温度条件下的脱硫反应,从着火(366 437)到565，FeS2分解压较小， FeS2中的硫氧化去除：2FeS2 + 11/2O2 Fe2O3 + 4SO2 + 1668581.5kJ 3FeS2 + 8O
45、2 Fe3O4 + 6SO2 + 2379783 kJ当温度高于565时， FeS2发生分解生成的FeS 、S进行氧化（燃烧）FeS2 FeS + S - 77901.5kJS + O2 SO2 + 296829kJ2FeS + 7/2O2 Fe2O3 + 2SO2 + 1230726kJ （温度低于13001350 ）3FeS + 5O2 Fe3O4 + 3SO2 + 1722999.5kJ（温度高于13001350 ）SO2 + 1/2O2 SO3（有催化剂如Fe2O3的情况下 ）,温度5001385，FeS2 、FeS可被Fe2O3 、Fe3O4直接氧化FeS2 16 Fe2O3 = 1
46、1 Fe3O4 2SO2FeS 10 Fe2O3 = 7 Fe3O4 SO2FeS 3 Fe3O4 = 10 FeO SO2在Fe2O3存在、温度200300时， FeS2可被气相中的水蒸汽氧化3FeS2 2H2O = 3FeS 2H2S 2SO2FeS H2O = 10FeO 2H2S,C. 其他硫化物（如CuFeS2、CuS、ZnS、PbS等）中的硫，在较低温度（400850）下，也可通过分解、氧化方式变成S、SO2去除,5.7.1.2 有机硫的去除,在加热到700左右的焦粉着火温度时， 有机硫燃烧成SO2逸出,5.7.1.3 硫酸盐中硫的去除,高温分解脱硫在空气中，CaSO4在高于 975 开始分解，1375剧烈分解 在空气中，BaSO4在高于1185 开始分解，13001400剧烈分解MeSO4 MeO + SO2 + 1/2O2存在Fe2O3 或SiO2时，可改善这些硫酸盐分解的热力学条件：MeSO4 + Fe2O3 MeOFe2O3 + SO2 + 1/2O2BaSO4 + SiO2 BaOSiO2 + SO2 + 1/2O2,
