烧结球团-3.2烧结过程物理化学原理.ppt

3.2 烧结过程物理化学原理烧结过程物理化学原理3.2.1水分在烧结过程中的行为与作用水分在烧结过程中的行为与作用3.2.2烧结过程中固体物料的分解烧结过程中固体物料的分解3.2.3氧化物的还原及氧化氧化物的还原及氧化3.2.4烧结过程脱硫烧结过程脱硫3.2.1水分在烧结过程中的行为与作用水分在烧结过程中的行为与作用3.2.1.1水分在烧结过程中作用水分在烧结过程中作用3.2.1.2水分的蒸发与冷凝水分的蒸发与冷凝3.2.1.3防止烧结料层过湿的主要措施防止烧结料层过湿的主要措施（1）烧结料中的水分主要来源）烧结料中的水分主要来源3.2.1.1水分在烧结过程中作用水分在烧结过程中作用A、物料原始含水、物料原始含水参与制粒（参与冷凝）参与制粒（参与冷凝）B、制粒添加的水、制粒添加的水参与制粒（参与冷凝）参与制粒（参与冷凝）C、空气中带入的水、空气中带入的水参与冷凝参与冷凝E、燃料中氢燃烧时产生的水、燃料中氢燃烧时产生的水参与冷凝参与冷凝（燃燃料料:点点火火煤煤气气，焦焦、煤煤中中C、H化化合合物物以以挥挥发发分分形形式存在，在烧结中不燃烧）式存在，在烧结中不燃烧）D、褐铁矿等的化合水褐铁矿等的化合水参与冷凝参与冷凝（2）水分在烧结过程中的作用水分在烧结过程中的作用制粒作用制粒作用 导热作用导热作用 润滑作用润滑作用助燃作用助燃作用 制粒作用制粒作用 水水在在混混合合料料粒粒子子间间产产生生毛毛细细力力，在在混混合合料料的的滚滚动动过过程程中中互互相相接接触触而而靠靠紧紧，制制成成小小球球粒粒，以以改改善善料料层层的透气性；的透气性；两两个个大大小小相相同同球球形形颗颗粒粒之之间间形形成成个个双双凹凹透透镜镜形形的的液液体体连连接接桥桥。

由由于于它它的的侧侧面面是是凹凹凸凸形形的的、所所以以具具有有两两种种曲曲率率半半径径r1和和r2根据拉普拉斯公式：根据拉普拉斯公式：导热作用导热作用水的导热系数：水的导热系数：130400kJ/m2h，矿石的导热系数：矿石的导热系数：0.60kJ/m2h 水水改改善善了了烧烧结结料料的的导导热热性性，料料层层中中的的热热交交换换条条件件好好，有有利利于于使使燃燃烧烧带带限限制制在在较较窄窄的的范范围围内内，减减少少了了烧烧结结过过程程中中料料层层的的阻阻力力，同同时时保保证证了了在在燃燃料料消消耗较少的情况下获得必要的高温耗较少的情况下获得必要的高温润滑作用润滑作用 水分子覆盖在矿粉颗粒表面，起类似润滑水分子覆盖在矿粉颗粒表面，起类似润滑剂的作用，剂的作用，降低表面粗糙度，减少气流阻力降低表面粗糙度，减少气流阻力助燃作用助燃作用 固体燃料在完全干燥的混合料中燃烧缓慢固体燃料在完全干燥的混合料中燃烧缓慢.根根据据CO和和C的的链链式式燃燃烧烧机机理理，要要求求火火焰焰中中有有一一定定含量含量H和和OH-，混合料适当加湿是必要的混合料适当加湿是必要的水煤气反应（水煤气反应CH2O=H2+CO）不同烧结料的适宜水分含量不同不同烧结料的适宜水分含量不同粒度：粒度越细，比表面积越大，粒度：粒度越细，比表面积越大，适宜水分越高适宜水分越高。

原料类型：原料类型：表面松散多孔的褐铁矿烧结需水量可达表面松散多孔的褐铁矿烧结需水量可达20%;致密的磁铁矿烧结适宜水量为致密的磁铁矿烧结适宜水量为6-9%u从热平衡的观点看，去除水分要消耗热量，水分不能过多，从热平衡的观点看，去除水分要消耗热量，水分不能过多，否则会使混合料变成泥浆，浪费燃料且使料层透气性变坏否则会使混合料变成泥浆，浪费燃料且使料层透气性变坏u混合料的适宜水分是根据混合料的适宜水分是根据原料的性质和粒度组成原料的性质和粒度组成来确定的来确定的物料粒度越细、比表面积物料粒度越细、比表面积越大越大，所需适宜水分越高所需适宜水分越高u原料类型原料类型:褐铁矿烧结时所需水量达褐铁矿烧结时所需水量达20，磁铁矿烧结时适，磁铁矿烧结时适宜的水量为宜的水量为69最适宜的水分范围很小，超过最适宜的水分范围很小，超过0.5时，时，对混合料的成球性产生显著影响对混合料的成球性产生显著影响u烧结开始后，在料层的不同高度和不同的烧结阶段烧结开始后，在料层的不同高度和不同的烧结阶段水分含水分含量将发生变化量将发生变化，出现水分的蒸发和冷凝现象出现水分的蒸发和冷凝现象适宜水分：适宜水分：H2O液液=H2O气气G=G0+RTlnQp=-RTlnKp+RTlnQpKp=p平平水平衡分压；水平衡分压；Qp=p实实体系中实际分压体系中实际分压3.2.1.2水分的蒸发与冷凝水分的蒸发与冷凝热力学原理热力学原理:当实际分压当实际分压p实实平衡分压平衡分压p平平时，时，G平衡分压平衡分压p平平时，时，G0，水蒸汽冷凝，水蒸汽冷凝;水分蒸发、冷凝的一般规律水分蒸发、冷凝的一般规律:烧结点火后，废气将烧结料加热，水分受热而蒸发，将烧结点火后，废气将烧结料加热，水分受热而蒸发，将物料干燥，产生干燥层。

物料干燥，产生干燥层烧结过程中水分蒸发的条件：烧结过程中水分蒸发的条件：气相中水蒸气的实际分压（气相中水蒸气的实际分压（PH2O）小于该温度下的饱）小于该温度下的饱和蒸汽压（和蒸汽压（PH2O），既），既PH2O0，表明上述反应物在低温下稳定随随着温度的提高，反应物的稳定性降低着温度的提高，反应物的稳定性降低吸热反应，温度越高，反应物的分解压越大吸热反应，温度越高，反应物的分解压越大3.2.3.1结晶水的分解结晶水的分解（1 1）烧结常见含结晶水矿物的开始分解温度烧结常见含结晶水矿物的开始分解温度水赤铁矿水赤铁矿2Fe2O3H2O150200褐铁矿褐铁矿2Fe2O3.3H2O120140针铁矿针铁矿Fe2O3H2O190328水铝矿水铝矿A1(OH)3390340拜来石拜来石(Fe，A1)2O33SiO22H2O550575高岭土高岭土A12O32SiO22H2O400500（2）一般概念）一般概念2）含含 结结 晶晶 水水 赤赤 铁铁 矿矿 统统 称称 褐褐 铁铁 矿矿，只只 有有 针针 铁铁 矿矿(Fe2O3H2O)是是唯唯一一真真正正的的水水合合矿矿物物（化化合合水水），分分解解温温度度较较高高。

其其它它褐褐铁铁矿矿是是水水在在赤赤铁铁矿矿和和针针铁铁矿矿中中的的固固溶溶体体，分分解解温度较低温度较低1）大大多多数数的的结结晶晶水水在在300400左左右右分分解解，700温温度度时，所有结晶水都可以分解时，所有结晶水都可以分解5）如如果果矿矿粒粒度度过过大大，燃燃料料用用量量不不足足，一一部部分分水水合合物物及及其其分分解解产产物物未未被被高高温温带带中中的的熔熔融融物物吸吸收收，而而进进入入烧烧结结矿矿中中，就就会使烧结矿强度下降会使烧结矿强度下降3）由由于于动动力力学学的的原原因因，有有1020的的结结晶晶水水，必必须须在在燃烧带的高温下才能脱除燃烧带的高温下才能脱除4）由于结晶水分解热消耗大，故其它条件相同时，烧结）由于结晶水分解热消耗大，故其它条件相同时，烧结含结晶水的物料时，一般较烧结不含结晶水的物料，最高温度含结晶水的物料时，一般较烧结不含结晶水的物料，最高温度要低一些为保证烧结矿质量，需增加固体燃料（要低一些为保证烧结矿质量，需增加固体燃料（78%）混合料中结晶水的分解温度，比游离水蒸发温度高得多混合料中结晶水的分解温度，比游离水蒸发温度高得多褐铁矿结晶水分解温度褐铁矿结晶水分解温度250300；粘土质高岭土矿物（粘土质高岭土矿物（A12O32SiO22H2O）结晶水去除温度）结晶水去除温度大于大于400，完全去除要到，完全去除要到1000。

结晶水分解在预热层和燃烧层进行其危害是：结晶水分解在预热层和燃烧层进行其危害是：u结晶水分解的危害结晶水分解的危害（1）分解吸热，降低高温区温度分解吸热，降低高温区温度解决办法：褐铁矿烧结解决办法：褐铁矿烧结需要更多燃料，配碳量将高达需要更多燃料，配碳量将高达89，使燃耗增加使燃耗增加2）点火时产生矿粉炸裂点火时产生矿粉炸裂3）混合料堆比重小烧损大，成品率低混合料堆比重小烧损大，成品率低4）烧结矿收缩褐铁矿结构松散，结晶水分解后，引起）烧结矿收缩褐铁矿结构松散，结晶水分解后，引起烧结矿体积收缩，形成的烧结矿孔隙率大，强度差烧结矿体积收缩，形成的烧结矿孔隙率大，强度差5）水气冷凝，料层中产生过湿现象，恶化料层透气性水气冷凝，料层中产生过湿现象，恶化料层透气性解决办法：提高混合料温度超过（露点温度，一般解决办法：提高混合料温度超过（露点温度，一般5060），消除过湿消除过湿u结晶水分解的危害结晶水分解的危害u采取的措施：采取的措施：（1）适当增加燃料用量；）适当增加燃料用量；（2）适当延长点火时间和保温时间；）适当延长点火时间和保温时间；（3）提高混合料加水量；）提高混合料加水量；（4）添加一些物料；）添加一些物料；（5）适当压料；）适当压料；（6）预热烧结料和提高料层厚度。

预热烧结料和提高料层厚度褐铁矿烧结褐铁矿烧结1）烧结褐铁矿时，结晶水的脱除，能耗较高烧结褐铁矿时，结晶水的脱除，能耗较高缺点：缺点：2）结结晶晶水水的的脱脱除除，将将使使烧烧结结矿矿的的孔孔隙隙度度提提高高，烧烧结矿强度降低结矿强度降低3）褐褐铁铁矿矿烧烧结结时时，烧烧结结水水分分高高于于赤赤铁铁矿矿或或磁磁铁铁矿矿，否则烧结速度较低否则烧结速度较低优点：优点：1）由由于于上上述述缺缺点点，褐褐铁铁矿矿价价格格低低，使使用用褐褐铁铁矿矿可可降降低低烧烧结结成成本本(宝宝钢钢：澳澳大大利利亚亚褐褐铁铁矿矿比比巴巴西西赤赤铁铁矿矿到到岸价低岸价低30%)2）褐铁矿本身的反应性、同化性能好，易于烧结褐铁矿本身的反应性、同化性能好，易于烧结3）由于孔隙度提高，烧结矿还原性改善由于孔隙度提高，烧结矿还原性改善褐铁矿烧结的进展褐铁矿烧结的进展以褐铁矿粉矿为制粒核心，以磁铁矿精矿为粘附粒子，以褐铁矿粉矿为制粒核心，以磁铁矿精矿为粘附粒子，以生石灰作为粘接剂形成制粒小球，按以生石灰作为粘接剂形成制粒小球，按低温烧结低温烧结进行烧结进行烧结研制低成本、高强度、高还原性的烧结矿研制低成本、高强度、高还原性的烧结矿。

3.2.2碳酸盐的分解碳酸盐的分解烧烧结结混混合合料料中中通通常常含含有有碳碳酸酸盐盐，如如石石灰灰石石、白白云云石、菱铁矿石、菱铁矿(FeCO3、MnCO3、CaCO3、MgCO3)等碳碳酸酸盐盐在在烧烧结结过过程程中中必必须须分分解解后后才才能能进进入入液液相相，否则会降低烧结矿的质量否则会降低烧结矿的质量碳酸盐分解的热力学碳酸盐分解的热力学MeO十十CO2MeCO3kp=1/pCO2G0=-RTlnkp=-RTlnPCO2lnkp=A/T+B 作业：作业：CaO十十CO2CaCO3 G0=-40852+34.51TlgpCO2=-8920/T+7.54如何计算大气中CaCO3 的分解温度、沸腾温度？的分解温度、沸腾温度？pCO2=0.0003烧结过程中的烧结过程中的CaCO3的分解温度、沸腾温度？的分解温度、沸腾温度？在烧结条件下碳酸钙于在烧结条件下碳酸钙于720开始分解，开始分解，880剧烈分解，剧烈分解，总共只有总共只有2分钟在一定的烧结条件下，影响碳酸盐分解速度的因素是在一定的烧结条件下，影响碳酸盐分解速度的因素是温度温度、石灰石的粒度石灰石的粒度、外界气流速度外界气流速度和气相中和气相中CO2浓度浓度等。

等烧结矿中自由存在的（烧结矿中自由存在的（白点白点），当吸收大气水分时发生消），当吸收大气水分时发生消化反应，使体积膨胀，造成烧结矿粉化化反应，使体积膨胀，造成烧结矿粉化CaOH2O=Ca(OH)2CaCO3=CaO+CO2720开始开始880剧烈分解剧烈分解图图66 碳酸盐生成的碳酸盐生成的GG0 0与温度的关系与温度的关系碳酸盐的稳定性顺序为（由上碳酸。