【正文】 ，上層燒結(jié)礦層的“自動(dòng)蓄熱”作用可提供燃燒層總熱量的35％~45％，所以燃燒層的最高溫度是沿料層高度自上而下逐漸升高的。燃燒帶是溫度最高區(qū)域，其溫度水平主要取決于固體燃料燃燒放出的熱量，同時(shí)與空氣在上部被預(yù)熱的程度有關(guān)。 綜上所述，宏觀講燒結(jié)料層的氣氛是氧化性氣氛，但在炭粒附近存在局部還原性氣氛。這就是隨著燃料用量增加燒結(jié)礦中FeO含量高的原因。因此炭粒附近CO濃度較高，呈現(xiàn)還原氣氛；在遠(yuǎn)離炭粒的地區(qū)，自由氧較高，呈現(xiàn)氧化性氣氛。當(dāng)供氧不足時(shí)將發(fā)生碳的不完全燃燒反應(yīng)。我們知道，固體燃料是在炭粒表面進(jìn)行的，燃料反應(yīng)為：C+O2=CO22C+O2=2CO 第一個(gè)反應(yīng)為碳的完全燃燒反應(yīng)，產(chǎn)物為CO2。但對(duì)磁鐵礦來說，在上述氣氛中，可能被氧化，也可能被還原。 此外，當(dāng)空氣中含有水分及燒結(jié)料中含有結(jié)晶水時(shí)，將發(fā)生下列反應(yīng)： H2O+C=CO+H22H2O+C=CO2+2H2 因此，廢氣中常含有少量的H2 (％~％)。 由于空氣中N2不參與化學(xué)反應(yīng)，固體燃料揮發(fā)分中的N2可以忽略不計(jì)，生產(chǎn)中可根據(jù)廢氣N2量計(jì)算空氣過剩系數(shù)α：α=w(N2)／[w(N2)(O2)]式中w(N2)，w(O2)——廢氣中N2，O2的含量；=／，為干空氣中氮氧之比。C空氣過剩系數(shù) 計(jì)算固體碳燃燒，空氣過剩系數(shù)α具有重大作用，空氣過剩系數(shù)不但影響CO和CO2的相對(duì)含量，也可使w(CO)/w(CO2)的比值發(fā)生變化。這是由于，當(dāng)抽入空氣量不變的情況下，燃料用量增加，則空氣過量系數(shù)降低，結(jié)果是燃燒層溫度升高和還原區(qū)擴(kuò)大，故w(CO)／w(CO+CO2)的比值升高。在一般情況下，燒結(jié)非熔劑性燒結(jié)礦時(shí)(％~％)，w(CO)/w(CO2)=~，而指數(shù)w(CO)／w(CO+CO2)；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。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。通常用w(CO)／w(CO2)之比值或指數(shù)W(CO)／W(CO+CO2)來評(píng)價(jià)廢氣組成。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)廢氣離開燃燒帶時(shí)溫度急劇降低，因此，燒結(jié)廢氣中既有CO、CON2，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剩系數(shù)有關(guān)。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。為了提高燃燒速度，加速燒結(jié)過程的進(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。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)過程的總速度。燃燒過程的總速度取決于兩者之間最慢的一個(gè)過程，如果過程主要是受前一個(gè)因素的影響，則稱為“動(dòng)力學(xué)燃燒區(qū)域”，反之則稱為“擴(kuò)散燃燒區(qū)域”。據(jù)實(shí)驗(yàn)測定，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：3C+2O2=CO2+2CO 燒結(jié)過程中，燃燒層的理論燃燒溫度一般在1300~1500℃，故反應(yīng)處于中間過渡狀態(tài)，燃燒產(chǎn)物CO／CO2比值在1~2之間。哪一種產(chǎn)物是初級(jí)產(chǎn)物，到目前為止還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，近年來比較新的說法是：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。 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，通常稱它們?yōu)槲揭换瘜W(xué)反應(yīng)。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程，并放出大量熱量。燃燒帶是燒結(jié)過程中溫度最高的區(qū)域，也是一些主要反應(yīng)的策源地。第二節(jié) 燃料的燃燒與熱交換 燒結(jié)過程中，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。因此，這部分的燒結(jié)料含水量就超過了原始水分而出現(xiàn)過濕現(xiàn)象，所以這一區(qū)域稱為過濕層，它位于干燥層之下。五、過濕層 從燒結(jié)開始，通過燒結(jié)料層中的氣體含水量就開始逐漸增加，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。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)域稱為干燥層，干燥層的厚度一般為5~25mm。 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℃。燃料燃燒和上部下來的空氣顯熱一起產(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。燃燒層是燒結(jié)過程中溫度最高的區(qū)域。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、粒度和通過的空氣量。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。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。隨著燃燒層的下移及冷空氣的通過，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。這些反應(yīng)隨著燒結(jié)過程的發(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。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。燒結(jié)過程是復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)的綜合過程。點(diǎn)火時(shí)和點(diǎn)火后，下部風(fēng)箱強(qiáng)制抽風(fēng)，通過料層的空氣和燒結(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。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。燒結(jié)燃料是指混入燒結(jié)料中的固體燃料。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。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。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。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)過程的過濕現(xiàn)象。（3）生石灰：是石灰石經(jīng)高溫煅燒后的產(chǎn)品，主要成分CaO。通常呈粒狀結(jié)晶、灰白色，有時(shí)呈淺黃、褐或綠色。燒結(jié)生產(chǎn)中常用后者。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。熔劑按其性質(zhì)可分為中性、堿性和酸性三類。在燒結(jié)生產(chǎn)中加入熔劑，不僅可改善燒結(jié)過程，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。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。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。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。這些粉礦，在燒結(jié)生產(chǎn)時(shí)參加配料，即可提高料層透氣性又可合理利用這些富礦粉。另外，鐵精礦的軟化溫度低，軟化溫度區(qū)間越寬，越容易生成液相，這種礦石的燒結(jié)性能好。例如，用含SiO2超過15%的鐵精礦粉生產(chǎn)自熔性燒結(jié)礦時(shí)強(qiáng)度差；但經(jīng)過精選，把鐵精礦粉的軟化溫度降低到4%~5%以下，又會(huì)出現(xiàn)燒結(jié)液相量太少的問題，必須相應(yīng)采取其他措施才能使燒結(jié)礦的強(qiáng)度得到保證。其他如褐鐵礦和菱鐵礦燒結(jié)時(shí)由于結(jié)晶水和CO2分解出來，但不要多耗燃料，而且影響燒結(jié)礦的強(qiáng)度。例如，粒度粗的磁鐵礦粉，較致密、成球性差、軟化和熔化溫度區(qū)間較窄，一般屬于難燒結(jié)的精礦；而細(xì)磨磁鐵礦粉較容易燒結(jié)。對(duì)燒結(jié)過程影響較明顯的鐵精礦粉的理化性能，主要包括精礦石種類，化學(xué)成分、粒度、水分、親水性和成球性，以及軟化熔融特性等。鐵精礦粉的燒結(jié)性能對(duì)燒結(jié)過程和燒結(jié)礦的產(chǎn)量、品質(zhì)都有十分重要的影響。所謂比表面積是指單位質(zhì)量或單位體積精礦粉所具有的表面積，單位為cm2/g或cm2/cm3。精礦粒度很細(xì)，小于200目的占60%以上，精礦粒度粗細(xì)與礦石的晶粒大小有關(guān)，與磨礦工藝有關(guān)。精礦粉含鐵量愈高，生產(chǎn)出的燒結(jié)礦含鐵量也高，經(jīng)濟(jì)價(jià)值就愈高，鐵精礦粉含鐵量一般為60%~68%，當(dāng)然愈高愈好。鐵精礦粉含鐵量高、有害雜質(zhì)少、粒度細(xì)，是我國燒結(jié)礦生產(chǎn)的主要含鐵原料。特別是礦石的含鐵量、脈石成分和數(shù)量、有害雜質(zhì)等指標(biāo)的波動(dòng)，都會(huì)影響生產(chǎn)過程正常進(jìn)行和產(chǎn)品品質(zhì)的波動(dòng)。高爐冶煉、燒結(jié)生產(chǎn)都要求有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的原料條件。礦石的氣孔度分體積氣孔度和面積氣孔度，體積氣孔度是礦石中氣孔所占體積相當(dāng)于礦石總體積的百分比，面積氣孔度是單位礦石體積內(nèi)氣孔表面的絕對(duì)值。對(duì)高爐冶煉來講，礦石軟化溫度高、軟化區(qū)間窄，則礦石軟化性能好。磁鐵礦難還原，赤鐵礦易還原，人造富礦的還原性比天然礦石好。鐵礦石的還原性是指礦石被還原性氣體CO或H2還原的難易程度，還原性愈高的礦石愈易還原。鉀和鈉在鐵礦石中常以鋁硅酸鹽（鉀鈉長石K[AlSi3O8Na（AlSi3O8）]）等形態(tài)存在，鉀鈉在高爐冶煉中易還原、易揮發(fā)、破壞爐襯導(dǎo)致結(jié)瘤，燒結(jié)過程中可以除去部分鉀鈉。冶煉含鉛礦石的高爐易結(jié)瘤。鋼中含少量的銅可以改善鋼的抗腐蝕性能，%時(shí)會(huì)降低其焊接性能并產(chǎn)生“熱脆”現(xiàn)象。銅在鐵砂中主要以黃銅礦（FeCu2）等形態(tài)存在。砷在鐵礦石中常以硫化物即毒砂（FeAsS）等形態(tài)存在，它能降低鋼的機(jī)械性能和焊接性能。燒結(jié)和煉鐵過程中可除去部分硫。鐵礦石中常見有害雜質(zhì)硫、磷、砷以及鉛、鋅、鉀、鈉、銅、氟等。Al2O3在高爐渣中為酸性氧化物，渣中濃度超過18%~22%時(shí)，爐渣難熔，流動(dòng)性差。因此，礦石中CaO含量多，冶金價(jià)值高；相反，SiO2含量高，礦石的冶金價(jià)值下降。脈石中的SiOAl2O3叫酸性脈石，CaO、MgO叫堿性脈石，絕大多數(shù)礦石的脈石是酸性脈石。含鐵量高，可以提高高爐產(chǎn)量和降低噸鐵燃料消耗；含鐵量低，生產(chǎn)率下降并增加燃料消耗。（礦石品位）礦石含鐵量的高低，是評(píng)價(jià)鐵礦石品質(zhì)的主要指標(biāo)。但經(jīng)焙燒后，因分解放出CO2，使其含鐵量提高，礦石也變得多孔而易破碎，還原性好。外表顏色為灰色和褐色，風(fēng)化后變?yōu)樯詈稚?，條痕為灰色或淡綠色，具有玻璃光澤，~，無磁性，含硫低，但含磷高，脈石含堿性氧化物。目前主要采用重力選礦和磁化焙燒磁選法。褐鐵礦石的礦物常成葡萄狀、腎狀和鐘乳狀集合體，其外表顏色為黃褐色和黑色，~，硬度1~4，無磁性，脈石主要為黏土和石英等。3H2O的形式存在。3H2O黃針鐵礦Fe2O3H2O水針鐵礦3Fe2O3按結(jié)晶水含量及生成情況和外形的不同，有以下各類：水赤鐵礦2Fe2O3褐鐵礦是含水氧化鐵礦石，是由其他礦石風(fēng)化后生成的，在自然界中分布很廣，但埋藏量大的并不多見，其化學(xué)式為nFe2O3一般來說，當(dāng)含鐵量小于40%或含有雜質(zhì)過多時(shí)，須經(jīng)選礦處理。赤鐵礦石在自然界中大量存在，但純凈的較少，常與磁鐵礦、褐鐵礦共生。赤鐵礦石有害雜質(zhì)硫、磷、砷較磁鐵礦石、褐鐵礦石少，冶金性能也比它們優(yōu)越。3H2O）。赤鐵礦有原生的、也有再生的，再生的赤鐵礦是磁鐵礦經(jīng)過氧化后失去磁性，但仍保存著磁鐵礦結(jié)晶形狀的假象赤鐵礦。外表形狀像魚子、一粒一粒粘在一起的集合體，稱為魚子狀、鮞狀、腎狀赤鐵礦。外表呈細(xì)小片狀的叫云母赤鐵礦。赤鐵礦的組織結(jié)構(gòu)是多種多樣的，由非常致密的結(jié)晶組織到很松散的粉狀，赤鐵礦根據(jù)其外表形態(tài)及物理性質(zhì)的不同可分為以下幾種：晶形多為片狀和板狀。通常采用磁選法，所得到的高品位磁選精礦，是燒結(jié)礦的主要原料。一般開采出來的磁鐵礦石含鐵量為30%~60%，當(dāng)含鐵量大于45%，粒度大于10mm，可供煉鐵廠使用，粒度小于10mm的做燒結(jié)原料。所謂假象赤鐵礦，就是磁鐵礦（Fe3O4）氧化成赤鐵礦（Fe2O3），但它仍保留原來磁鐵礦外形，所以叫假象赤鐵礦。這種礦石有時(shí)含有TiO2及V2O5組成復(fù)合礦石，分別稱鈦磁鐵礦和釩鈦磁鐵礦。磁鐵礦石具有強(qiáng)磁性，晶體成八面體，組織結(jié)構(gòu)致密堅(jiān)硬，它的外顏色和條痕色均為黑色，半金屬光澤，~，~，無解理。磁鐵礦石俗稱黑礦，含有的主要礦物為磁鐵礦，其化學(xué)式為Fe3O4，也可以看作FeO自然界中含鐵礦物很多，但能利用的只有20余種。（2）潤濕性：指礦物能被液體所潤濕的性質(zhì)，易被水潤濕的稱親水性礦物，如方解石、石英；不易被水潤濕的稱疏水性礦物，如自然硫。利用礦物的磁性不僅可以鑒定礦物，還可以進(jìn)行磁力選礦和磁力探礦。（2）中磁性礦物：磁化系數(shù)為30010﹣6~300010﹣6，要選此類礦物磁場需要128~320 KA/m，如假象赤鐵礦。按磁性來說，一般礦物可分為兩類，一類稱為順磁性礦物，即能為磁石所吸引；一類為抗磁性礦物，能為磁石所排斥，如自然銀。礦物的磁性是礦物可被磁鐵吸引或排斥的性質(zhì)。（3）密度：礦物的質(zhì)量與其體積的比值。（1）解理與斷口：礦物被敲打后，如果沿著一定方向有規(guī)則地裂開成光滑平面的性質(zhì)叫解理，另外也有一些礦物敲打后呈無規(guī)則的裂開，叫斷口。不透明礦物：光不能透過，如赤鐵礦。（4）透明度：礦物透光的能力叫透明度，根據(jù)礦物透光的能力不同可分為：透明礦物：能允許絕大部分光線通過，隔之可以清晰地透視另一物體，如水晶、螢石。半金屬光澤：較金屬光澤弱，像用久了的金屬制品那樣，如赤鐵礦、赤鐵礦。（3）光澤：光線投到礦物表面時(shí)，一部分光被折射和吸收，而另一部分則從其表面反射出來，這種反射光就構(gòu)成了礦物的光澤。如赤鐵礦的條痕色是鐵黑色，赤鐵礦的條痕色是磚紅色。（2）條痕：礦物的條痕就是礦物粉末的顏色。如色素離子Fe2+為綠色，F(xiàn)e3+為褐色或紅色。礦物的光學(xué)性質(zhì)是礦物對(duì)光線的吸收、折射和反射所表現(xiàn)的各種性質(zhì)。三、礦物的物理性質(zhì)由于不同的礦物具有不同的化學(xué)成分和內(nèi)部構(gòu)造，因此不同的礦物必然反映出各種不同的物理性質(zhì)。結(jié)合狀集合體：球形或瘤形的礦物聚集體。土狀、粉末狀集合體：由均勻而細(xì)小的