【導(dǎo)讀】如何提高燒結(jié)礦的產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量和降低能耗、成本，是企業(yè)追求的目標(biāo)。為了滿(mǎn)足我廠職工學(xué)習(xí)燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)知識(shí)，提高燒結(jié)生產(chǎn)操作水平的愿望，由于編者水平有限，時(shí)間倉(cāng)促，有不妥和錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)批評(píng)和指正。根據(jù)原、燃料燒結(jié)性。持與一混的聯(lián)系，保證燒結(jié)料水分的穩(wěn)定。

　　

【正文】 配料，即可提高料層透氣性又可合理利用 這些富礦粉。 初級(jí)燒結(jié)工職業(yè)技能培訓(xùn)教材 20 高爐爐塵是從高爐煤氣系統(tǒng)中回收的高爐瓦斯灰，它主要有礦粉、焦粉及少量石灰石粉組成，含 Fe： 30%~55%，含 C 爐塵可作燒結(jié)原料，能節(jié)約熔劑和焦炭（燃燒）消耗，降低生產(chǎn)成本。高爐爐塵親水性差，但對(duì)黏性大、水分高的燒結(jié)料，添加部分高爐爐塵能降低燒結(jié)料水分 提高其透氣性。 軋鋼皮是軋鋼過(guò)程剝落下來(lái)的氧化鐵皮。軋鋼皮一般占總鋼材的 2%~3%，含鐵 60%~75%，并且有害雜質(zhì)少、密 度大，是很好的燒結(jié)原料。 硫酸渣是化工廠黃鐵礦制硫酸的副產(chǎn)品。硫酸渣有兩種，一種是紅色，粒度粗，主要是赤鐵礦；另一種是黑色的粒度細(xì)，主要是磁鐵礦。 第四節(jié) 燒結(jié)生產(chǎn)所用的熔劑、燃料及其作用 一、熔劑 熔劑是高爐冶煉過(guò)程中的造渣物質(zhì)。在燒結(jié)生產(chǎn)中加入熔劑，不僅可改善燒結(jié)過(guò)程，強(qiáng)化燒結(jié)，提高燒結(jié)礦產(chǎn)量、品質(zhì)，而且可以向高爐提供自熔性和高堿度的燒結(jié)礦。 熔劑與礦石中的高熔點(diǎn)脈石能生成熔化溫度較低的易熔體；能造成一定數(shù)量和一定物理化學(xué)性能的爐渣，達(dá)到去除有害雜質(zhì)的目的。 熔劑按其性質(zhì)可分為中性、堿性和酸性三類(lèi)。我國(guó)鐵礦石的脈石多數(shù)是酸性氧化物，如 SiO2，所以普遍使用堿性熔劑。 堿性熔劑是含 CaO和 MgO高的礦物，常用石灰石、白云石、消石灰及生石灰等。 （ 1）石灰石：主要化學(xué)成分 CaCO3，純石灰石含 CaO56%， CO244%，按其礦物結(jié)晶的不同，又分三種 ：白色粒狀具有明顯的菱形解理面的叫方解石；結(jié)晶良好、結(jié)構(gòu)致密的叫大理石；青灰色、致密隱晶質(zhì)叫石灰石。燒結(jié)生產(chǎn)中常用后者。 （ 2）白云石和菱鎂石：白云石的主要成分是碳酸鈣和碳酸鎂，化學(xué)式： CaMg初級(jí)燒結(jié)工職業(yè)技能培訓(xùn)教材 21 （ CO3） 2，理論上含 %， MgO %， %。通常呈粒狀結(jié)晶、灰白色，有時(shí)呈淺黃、褐或綠色。菱鎂石分子式 MgCO3，純菱鎂石理論含 CaO65%，%，外表呈白黃色。 （ 3）生石灰：是石灰石經(jīng)高溫煅燒后的產(chǎn)品，主要成分 CaO。利用生石灰代替部分石灰石作為燒結(jié)熔劑，可強(qiáng)化燒結(jié)過(guò)程。這是 因?yàn)樯矣鏊螅l(fā)生消化反應(yīng)生成消石灰，并放出熱量可以提高料溫，減少燒結(jié)過(guò)程的過(guò)濕現(xiàn)象。 （ 4）消石灰：是生石灰消化后的熱石灰，其化學(xué)式： Ca（ OH） 2，含 CaO65%左右， 含水 15%~20%。消石灰表面呈膠體狀 態(tài)，吸水性強(qiáng)，黏結(jié)力大，可以改善燒結(jié)混合料的成球性。 二、燃料 燃料在燒結(jié)過(guò)程中主要起發(fā)熱作用和還原作用，它對(duì)燒結(jié)過(guò)程及燒結(jié)礦產(chǎn)量、品質(zhì)影響很大。燒結(jié)生產(chǎn)使用的燃料分點(diǎn)火燃料和燒結(jié)燃料兩種。 點(diǎn)火燃料有氣體燃料、液體燃料、固體燃料。一般常采用焦?fàn)t煤氣（ 15%）與高爐煤氣（ 85%）的混合氣體，其發(fā)熱值 5860KJ/m3。而實(shí)際生產(chǎn)中不少只用高爐煤氣點(diǎn)火。 燒結(jié)燃料是指混入燒結(jié)料中的固體燃料。一般采用的固體燃料主要是碎焦粉和無(wú)煙煤粉。對(duì)燒結(jié)所使用的固體燃料總的要求是：固體燃料碳含量高 ，揮發(fā)分、灰分、硫含量要低。 第二章 燒結(jié)過(guò)程基本理論 第一節(jié) 抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)程概述 抽風(fēng)燒結(jié)是將準(zhǔn)各好的含鐵原料、燃料、熔劑，經(jīng)混勻制粒，布到燒結(jié)臺(tái)車(chē)上，臺(tái)車(chē)沿著燒結(jié)機(jī)的軌道向排料端移動(dòng)，臺(tái)車(chē)移動(dòng)的同時(shí)用點(diǎn)火器在燒結(jié)料面點(diǎn)火并開(kāi)始抽風(fēng)，于是燒結(jié)反應(yīng)便開(kāi)始。點(diǎn)火時(shí)和點(diǎn)火后，下部風(fēng)箱強(qiáng)制抽風(fēng)，通過(guò)料層的空氣和燒結(jié)料中燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量，使燒結(jié)混合料經(jīng)受物理和化學(xué)的變化，生成燒結(jié)礦。到達(dá)排料端時(shí)，燒結(jié)料層中進(jìn)行的燒結(jié)反應(yīng)即告終結(jié)。 燒結(jié)過(guò)程是復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)的綜合過(guò)程。在燒結(jié)過(guò)程中進(jìn)行著燃料的燃初級(jí)燒結(jié)工職業(yè)技能培訓(xùn)教材 22 燒和熱交換，水分 的蒸發(fā)和冷凝，碳酸鹽和硫化物的分解和揮發(fā)，鐵礦石的氧化和還原反應(yīng)，有害雜質(zhì)的去除，以及粉料的軟化熔融和冷卻結(jié)晶等。其基本現(xiàn)象是：混合料借點(diǎn)火和抽風(fēng)使其中的碳燃燒產(chǎn)生熱量，并使燒結(jié)料層在總的氧化氣氛中，又具有一定的還原氣氛，因而，混合料不斷分解、還原、氧化和脫硫等一系列反應(yīng)，同時(shí)在礦物間產(chǎn)生固液相轉(zhuǎn)變，生成的液相冷凝時(shí)把未熔化的物料粘在一起，體積收縮，得到外觀多孔的塊狀燒結(jié)礦。 按燒結(jié)料層中溫度的變化和燒結(jié)過(guò)程中所產(chǎn)生的物理化學(xué)反應(yīng)，燒結(jié)料層可分為五個(gè)帶 (或五層 )點(diǎn) 火后，從上往下依次出現(xiàn)燒結(jié)礦 層、 燃 燒層、預(yù)熱 層、干燥層、過(guò)濕層。這些反應(yīng)隨著燒結(jié)過(guò)程的發(fā)展而逐步下移，在到達(dá)爐箅后才依次消失，最后只剩下燒結(jié)礦層。 一 、 燒結(jié)礦層 在燒結(jié)料中燃料燃燒放出大量熱量的作用下，混合料中的脈石和部分含鐵礦物在固相下形成低熔點(diǎn)的礦物，在溫度提高后熔融成液相。隨著燃燒層的下移及冷空氣的通過(guò)，物料溫度逐漸下降，熔融液相被冷卻凝固成多孔結(jié)構(gòu)的燒結(jié)礦。高溫熔體在凝固過(guò)程中進(jìn)行結(jié)晶，析出新礦物。燒結(jié)礦層透氣性較混合料好，因此，燒結(jié)礦層的逐漸增厚使整個(gè)料層的透氣性變好，真空度變低。 燒結(jié)礦層的主要變化是，高溫熔融物凝固成燒結(jié)礦，伴隨著結(jié)晶和 析出新礦物。同時(shí)抽入的空氣被預(yù)熱，燒結(jié)礦被冷卻，與空氣接觸的低價(jià)氧化物可能被再氧化。 二、 燃燒層 又稱(chēng)高溫帶，該層燃料激烈燃燒，產(chǎn)生大量的熱量，使燒結(jié)料層溫度升高，部分燒結(jié)料熔化成液態(tài)熔體。燃燒層溫度一般為 1300～ 1500℃ ，該層厚度為 15～50mm，其厚度決定于燃料用量、粒度和通過(guò)的空氣量。由于熔融物液相對(duì)空氣穿透阻力大，所以，為強(qiáng)化燒結(jié)過(guò)程，人們總設(shè)法減弱該層厚度。 燃燒層是燒結(jié)過(guò)程中溫度最高的區(qū)域。這里除碳的燃燒、部分燒結(jié)料熔化外，還伴隨著碳酸鹽的分解，硫化物和磁鐵礦的氧化，部分赤鐵礦的熱分解、還原 等。燃料燃燒和上部下來(lái)的空氣顯熱一起產(chǎn)生的熱量，將燒結(jié)料加熱到一定溫度，同時(shí)供給下層料以熱的氣體。 初級(jí)燒結(jié)工職業(yè)技能培訓(xùn)教材 23 三、 預(yù)熱層 空氣通過(guò)燃燒層參加反應(yīng)后即攜帶一部分熱量進(jìn)入下部料層，在燃燒排除的熱廢氣作用下，料層中的水分被蒸發(fā)，并使燒結(jié)料被加熱到燃料的著火溫度(700℃ )，這一區(qū)域稱(chēng)為預(yù)熱層。 預(yù)熱層的厚度較薄，一般為 20~40mm，與燃燒層緊密相連，溫度一般為400~800℃ 。在預(yù)熱層中由于高溫的發(fā)展，開(kāi)始發(fā)生碳酸鹽的分解、硫化物的分解和著火氧化、結(jié)晶水分解、燃料中揮發(fā)物的分解和固體碳的著火、部分低價(jià)鐵氧 化物的氧化，以及組分間的固相反應(yīng)。 四、 干燥層 從預(yù)熱帶進(jìn)入下層燒結(jié)料的熱廢氣，迅速將物料加熱到 100℃ 以上，因此燒結(jié)料中水分激烈蒸發(fā)，這一區(qū)域稱(chēng)為干燥層，干燥層的厚度一般為 5~25mm。 在實(shí)際燒結(jié)過(guò)程中預(yù)熱層與干燥層難于截然分開(kāi)，因此有時(shí)候統(tǒng)稱(chēng)干燥預(yù)熱層，干燥層雖然很薄，但由于水分激烈蒸發(fā)，成球性差的物料團(tuán)粒易被破壞，使整個(gè)料層透氣性變差。 五、 過(guò)濕層 從燒結(jié)開(kāi)始，通過(guò)燒結(jié)料層中的氣體含水量就開(kāi)始逐漸增加，這是因?yàn)辄c(diǎn)火后部分燒結(jié)料所蒸發(fā)的水汽進(jìn)入氣流中。當(dāng)下部燒結(jié)料溫度低于“露點(diǎn) ”溫度 (一般為 60~65℃ )時(shí)，氣流中的水汽冷凝。因此，這部分的燒結(jié)料含水量就超過(guò)了原始水分而出現(xiàn)過(guò)濕現(xiàn)象，所以這一區(qū)域稱(chēng)為過(guò)濕層，它位于干燥層之下。 由于水汽冷凝，使得料層的透氣性惡化，對(duì)燒結(jié)過(guò)程產(chǎn)生很大的影響。 第二節(jié) 燃料的燃燒與熱交換 燒結(jié)過(guò)程中，固體燃料燃燒所獲得的高溫和 CO氣體，為液相生成和一切物理化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，提供了所必需的熱量和氣氛條件。燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量占全部熱量的 90％ 以上。燃燒帶是燒結(jié)過(guò)程中溫度最高的區(qū)域，也是一些主要反應(yīng)的策源地。因此，碳的燃燒是決定燒結(jié)產(chǎn)量和品質(zhì) 的重要條件，也是影響其他一系列過(guò)程的重要因素。 初級(jí)燒結(jié)工職業(yè)技能培訓(xùn)教材 24 一、 燃燒反應(yīng)的一般規(guī)律 所謂燃燒反應(yīng)就是在著火溫度下，燃料中的可燃成分被激烈氧化的過(guò)程，并放出大量熱量。燒結(jié)生產(chǎn)所用的固體燃料焦粉和無(wú)煙煤燃燒的一般原理如下： 固體碳反應(yīng)是屬于多相反應(yīng)，其基本形式為： 固體碳 +氣體 （ 1） =氣體 （ 2） +Q 燃燒反應(yīng)的結(jié)果是固體碳消失而形成氣體，并放出熱量，這種類(lèi)型的反應(yīng)過(guò)程可以概括為下列五個(gè)連續(xù)進(jìn)行的步驟： 1) 氣體 （ 1） 分子擴(kuò)散到固體碳表面； 2) 氣體 （ 1） 分子被固體碳表面吸附； 3) 被吸附的氣體 （ 1） 和碳發(fā)生化學(xué) 反應(yīng)，形成中間產(chǎn)物； 4) 中間產(chǎn)物斷裂，形成反應(yīng)產(chǎn)物氣體 （ 2） (CO和 CO2)； 5) 反應(yīng)產(chǎn)物 (氣體 (2))脫附，離開(kāi)碳表面向氣體擴(kuò)散。 上述吸附、化學(xué)反應(yīng)、脫附這三個(gè)環(huán)節(jié)是連續(xù)進(jìn)行不可分割的，通常稱(chēng)它們?yōu)槲揭换瘜W(xué)反應(yīng)。 固體碳的燃燒過(guò)程所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)按下列反應(yīng)式進(jìn)行： C+O2=CO2+33034KJ／ Kg (1) 2C+O2=2CO+9797 KJ／ Kg (2) CO2+C=2CO13816KJ／ Kg (3) 2CO+O2=2CO2+23614KJ／ Kg (4) 式 (1)和 (2)稱(chēng)為初級(jí)反應(yīng)或一次反應(yīng)，式 (3)和 (4)稱(chēng)為次級(jí)反應(yīng)或二次反應(yīng)。哪一種產(chǎn)物是初級(jí)產(chǎn)物，到目前為止還沒(méi)有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，近年來(lái)比較新的說(shuō)法是：碳和氧作用時(shí)，氧被吸附在赤熱的炭粒表面，形成結(jié)構(gòu)布穩(wěn)定的復(fù)合物CxOy，當(dāng)溫度升高時(shí)，在新的分子沖擊下或由于熱作用使這些復(fù)合物分解，并按一定比例放出 CO2和 CO。 CxOy→M C O2+NCO 在其他條件不變的情況下，反應(yīng)產(chǎn)物中 CO／ CO2比值與溫度有關(guān)。據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，當(dāng)溫度低于 1200~1300℃ 時(shí)，反應(yīng)產(chǎn) 物中 CO／ CO2比值等于 1；反應(yīng)按下式進(jìn)行： 4C+3O2=2CO2+2CO 當(dāng)溫度大于 1450℃ 時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物中 CO／ CO2比值等于 2，反應(yīng)式按下式進(jìn)行： 初級(jí)燒結(jié)工職業(yè)技能培訓(xùn)教材 25 3C+2O2=CO2+2CO 燒結(jié)過(guò)程中，燃燒層的理論燃燒溫度一般在 1300~1500℃ ，故反應(yīng)處于中間過(guò)渡狀態(tài)，燃燒產(chǎn)物 CO／ CO2比值在 1~2之間。 固體碳燃燒反應(yīng)速度取決于兩個(gè)因素：固體碳與氣體 （ 1） 的化學(xué)反應(yīng)速度和氣體 （ 1） 向固體碳表面擴(kuò)散速度。燃燒過(guò)程的總速度取決于兩者之間最慢的一個(gè)過(guò)程，如果過(guò)程主要是受前一個(gè)因素的影響 ，則稱(chēng)為“動(dòng)力學(xué)燃燒區(qū)域 ”，反之則稱(chēng)為“擴(kuò)散燃燒區(qū)域”。 當(dāng)燃燒處于動(dòng)力學(xué)燃燒區(qū)域時(shí)，過(guò)程的速度主要受溫度的影響，反應(yīng)速度隨溫度增加而增加；當(dāng)反應(yīng)溫度增高一定值時(shí)，反應(yīng)速度主要決定于擴(kuò)散燃燒區(qū)域的氣體 （ 1） 的擴(kuò)散速度。凡是影響氣體擴(kuò)散的因素，如固體燃料的粒度、氣流速度和 壓力 都影響反應(yīng)過(guò)程的總速度。燒結(jié)過(guò)程是在高溫下進(jìn)行的，故其反應(yīng)基本上是在擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)進(jìn)行， 即擴(kuò)散阻力阻礙著燃燒反應(yīng)速度的進(jìn)一步加快，直接影響燒結(jié)速度。為了提高燃燒速度，加速燒結(jié)過(guò)程的進(jìn)行，就要求改善固體燃料配加方式如外配碳和燒結(jié)料層中 的流體力學(xué)條件，如減少漏風(fēng)率，加大抽風(fēng)速度及改善燒結(jié)料層的透氣性。 二、 燒結(jié)料層中碳的燃燒反應(yīng) 燒結(jié)料層中的燃燒特點(diǎn)：一是料層中燃料較少而分散，按質(zhì)量計(jì)燃料只占總料量的 3％ ~5％ ，按體積計(jì)不到總體積的 10％ ；小顆粒的炭分布于大量礦粒和熔劑之中，致使空氣和炭接觸比較困難，為了保證完全燃燒需要較大的空氣過(guò)剩系數(shù) (通常為 ~)。二是燃料燃燒從料層上部向下部遷移，料層中熱交換集中，燃燒速度快，燃燒層溫度高。并且燃燒帶較窄 (15~50mm)，料層中既存在氧化又存在還原區(qū)，炭粒表面附近 CO濃度高， O2及 CO2濃度低；同時(shí)鐵的氧化物參與了氧化還原反應(yīng)，燃燒廢氣離開(kāi)料層時(shí)還存在著自由氧等，這些燃燒特點(diǎn)，決定著料層的氣氛；而不同的氣氛組成對(duì)燒結(jié)過(guò)程將產(chǎn)生極大的影響。 燒結(jié)料中碳含量少且分散，高溫區(qū)集中，熱交換激烈，當(dāng)廢氣離開(kāi)燃燒帶時(shí)溫度急劇降低，因此，燒結(jié)廢氣中既 有 CO、 CO N2， 也有自由氧及少量的氫等，燃料廢氣的成分與燒結(jié)原料、燃料用量以及抽入空氣的過(guò)剩系數(shù)有關(guān)。 A 原料條件 不同的燒結(jié)原料，其廢氣組成也不同。通常用 w(CO)／ w(CO2)之比值或指數(shù)初級(jí)燒結(jié)工職業(yè)技能培訓(xùn)教材 26 W(CO)／ W(CO+CO2)來(lái)評(píng)價(jià)廢氣組成。為排除燒結(jié)過(guò)程中的氧化、還原及分解反應(yīng)的影響，采用濕石英代替礦粉進(jìn)行燒結(jié)，經(jīng)測(cè)定燃燒帶來(lái)的廢氣組成中W(CO)／ W(CO2)=～ ，基本符合上述分析。但是，當(dāng)用赤鐵礦生產(chǎn)非熔劑性燒結(jié)礦時(shí)，廢氣中 CO2升高， CO下降， W(CO)／ W(CO2)明顯地減小。這是因?yàn)?Fe2O3在燃燒帶高溫作用下，會(huì)發(fā)生下列分解反應(yīng) 3Fe2O3=2Fe3O4+1/2O2 及 CO氧化為 CO2，反應(yīng)如下： 3 Fe2O3+CO=2 Fe3O4+CO2 Fe3O4+CO=3FeO +CO2 隨著原料條件的改變，燒結(jié)的廢氣組成也發(fā)生變化。在一般情況下，燒結(jié)非熔劑性燒結(jié)礦時(shí) (焦粉用量 ％ ~％ )， w(CO)/w(CO2)=~，而指數(shù) w(CO)／ w(CO+CO2)在這種條件下通常為 ；當(dāng)燒結(jié)熔劑性燒結(jié)礦時(shí)，因 CaCO3分解放出 CO2，使廢氣中 CO2增加， w(CO)/w(CO2)比值也隨著下降。 B燃料用量 當(dāng)配料中燃料用量增加時(shí)，廢氣中 CO和 CO2都會(huì)增加。這是由于，當(dāng)抽