【正文】 808182 成品率/%0 50 10063646566 轉鼓強度/%0 50 100232425 成品平均粒度/mm燃 料中 煤粉含量 /%0 50 100910FeO/% 燃 料中 煤粉含量 /%圖 4－ 9 焦、煤對比 (韶鋼試驗 ) 7 8 9 10 11102030405060 RDI/% RI/%Fe O/ % 在燒結過程中，氧化物的再結晶，高價氧化物的還原和分解，低價氧化物的氧化物的氧化 ,液相生成數(shù)量，燒結礦的礦物組成及燒結礦的宏觀和微觀結構等，在很大程度上取決于燃料的用量，對不同種類的礦石，燒結最適宜的燃料用量亦不同； 燃料用量增加，燒結礦FeO的含量也增加，燒結礦的還原性下降（圖 4－ 10）。 若采用揮發(fā)分較高的煤 (10％～ 40％ )，因為揮發(fā)物在 150～700℃ 溫度下的預熱帶就從煤中分解出來，不可能燃燒而進入廢氣，與廢氣一起進入抽風除塵系統(tǒng)，而在管道壁、排灰閥、除塵器，以及抽風機的內壁和轉子的葉片上沉積下來，危及和妨害整個抽風系統(tǒng)的正常工作。在同樣用量和同樣粒度時，無煙煤的總顆粒數(shù)小于焦粉，在料層中無煙煤顆粒之間距離增大，也使燒結礦質量惡化。 圖 4－ 8 燃料粒度對 各項燒結指標的影響 無煙煤與焦粉相比孔隙率小得多，因此同樣的重量時，在混合料中的體積就較小，降低了燒結料層的透氣性。 太細的焦粉在氣流作用下，會從上層吹到下層，從而損害了燒結礦的強度。 根據(jù)試驗資料，在燒結原料粒度為 8mm的鐵礦粉時，粒度為 1～ 2mm的焦粉是最適宜的，這樣的粒度有能力在周圍建立18～ 20mm燒結礦塊。一般可由實驗決定。還原性氣氛較強時， CO可以將 Fe2O3還原為 Fe3O4，因此，燒結混合料中配碳量越過，燒結礦亞鐵含量越高。 圖 4－ 2 在燒結試驗過程測得廢氣中的 氧氣、二氧化碳和一氧化碳的變化 (試驗所用燃料量為 7％ ) 通常用 燃燒比 (CO/CO+CO2)來衡量燒結過程中碳的化學能利用程度，用廢氣成分來衡量燒結過程的氣氛。 一般來說，碳的燃燒在較低溫度和氧含量較高的條件下，以生成 CO2為主；在較高溫度和氧含量較低的條件下，以生成 CO為主。 (1)燒結料層中碳含量少、粒度細而且分散，按重量計燃料只占總料重的 3％～ 5%，按體積計不到總料體積的 10％； (2)燒結料層中的熱交換十分有利，固體碳顆粒燃燒迅速，且在一個厚度不大 (一般為 30～ 40mm)的高溫區(qū)內進行。 燒結過程在點火后不到一分鐘，料層溫度升高到 1200℃ ～1350℃ ，故其燃燒反應基本上是在擴散區(qū)內進行，因此，一切能夠增加擴散速度的因素，如減小燃料粒度、增加氣流速度（改善料層透氣性、增加風機風量）和氣流中的氧含量，都能提高燃燒反應速度，強化燒結過程。 當燃燒處于動力燃燒區(qū)時，燃燒速度受溫度影響較大，隨溫度升高而增加，而不受氣流速度、壓力和固體燃料粒度的影響。 當擴散速率與化學反應同步，即 = 時，整個反應穩(wěn)定進行，則碳粒燃燒的總速度為： 22()SD D O OV K C C??2OC2SOCDK2()SnR R OV K C?RKDV RV22SDRR O ODRKKV V C K CKK?? ? ?? 在低溫下， ﹤﹤ ， ≈ ，此時，過程的總速度取決于化學反應速度，稱燃燒處于 “ 動力學燃燒區(qū) ” 。 ： 式中： ―― 氣流中氧的濃度； ―― 碳粒表面氧的濃度； ―― 界面層內傳質系數(shù)。 （ 1）氧通過邊界層擴散到固體碳的表面； （ 2）氧在碳粒表面吸附； （ 3）吸附的氧與碳發(fā)生化學反應； （ 4）反應產(chǎn)物的解吸； （ 5）反應產(chǎn)物由碳粒表面的邊界層向氣相中擴散。 固體燃料燃燒熱力學 燒結料中燃料所含的固體炭在溫度達 700℃ 以上即著火燃燒，發(fā)生如下反應： 2C＋ O2＝ 2CO C＋ O2＝ CO2 2CO＋ O2＝ 2CO2 CO2＋ C＝ 2CO 固體燃料燃燒動力學 在燒結過程中，固體燃料呈分散狀分布在料層中，其燃燒規(guī)律性質介于單體焦炭顆粒與焦粒層燃燒之間，固體碳的燃燒屬非均相反應。 燒結料層燃料燃燒基本原理 燒結料層中固體燃料放出大量的熱產(chǎn)生高溫并造成一定的氣氛，為其它物理化學變化提供了必要條件。 ：處于料層最下部。即過濕帶，因為上層高溫廢氣中帶入較多的水氣，進入下層冷料時水分析出而形成水分冷凝帶。此帶主要反應是水分蒸發(fā)，結晶水及石灰石分解，礦石的氧化還原以及固相反應等，該帶寬度一般在 20～ 40㎜ 。主要過程是干燥與預熱。該層的寬窄受燃料粒度、抽風量的影響。此帶對燒結過程產(chǎn)量及質量影響很大。此處混合料軟化、熔融及液相形成。 。表層厚度一般為 40～ 50㎜ ，只有在燒結機點火器采取保溫措施才能改善其表層強度。即成礦帶，主要反應是液相凝結，礦物析晶，預熱空氣，此帶表層強度較差，其原因是： 1)燒結溫度低。 燒結過程及主要變化 對燒結過程的臺車進行解剖，根據(jù)溫度的高低和其中的物理化學變化，自上而下可以將正在燒結的料層分為燒結礦帶、燃燒帶、干燥預熱帶、過濕帶和原始料帶五個帶。 3. 燒結可有效地回收利用冶金、化工等生產(chǎn)的含鐵廢料，既充分利用了國家資源，又減輕了環(huán)境污染，還可降低生產(chǎn)成本。煉 鐵 原 料 主講：代林晴 冶金與能源工程學院 冶金系 第四章 鐵礦粉燒結理論 鐵礦粉燒結過程：將細粒含鐵物料與熔劑、燃料按一定比例混合，再加水潤濕 、混勻、制粒成為燒結料，鋪于燒結機臺車上，通過點火、抽風，借助燃料燃燒產(chǎn)生的高溫和一系列物理化學變化，生成部分低熔點物質，并軟化熔融產(chǎn)生一定數(shù)量的液相，將鐵礦物顆粒粘結起來，冷卻后即成為具有一定強度的多孔塊狀燒結礦。 燒結的目的： 1. 合理地利用礦石資源，滿足鋼鐵工業(yè)發(fā)展的需要； 2. 通過燒結可為高爐提供化學成分穩(wěn)定、粒度均勻、還原性好、冶金性能優(yōu)良的優(yōu)質原料，為高爐優(yōu)質、高產(chǎn)、低耗、長壽創(chuàng)造良好條件。 ① 燒結礦帶：燒結礦的冷卻與再氧化過程； ② 靠近燃燒帶的燒結礦帶：熔體結晶； ③ 干燥預熱帶、燃燒帶與靠近燃燒帶的燒結礦帶：固相反應，氧化還原，原鐵的氧化物、碳酸鹽、硫化物的分解； ④ 燃燒帶：燃料燃燒，液相熔體生成，高溫分解； ⑤ 干燥預熱帶：揮發(fā)，分解，氧化還原，水分蒸發(fā)； ⑥ 水分冷凝帶：水汽冷凝。 圖 4－ 1 燒結過程的解剖 1－燒結盤； 2－爐篦； 3－廢氣出口； 4－煤氣點火器； 5－鋪底料 帶式燒結機抽風燒結過程的分層性 燒結礦層 燃燒層 預熱層 干燥層 濕料層 鋪底料層 1000~1100℃ 冷卻、再氧化 冷卻、再結晶（塑性燒結礦 ） 固體碳燃燒和液相形成 固相反應、氧化、還原、分解 去水 水分凝結 溫度 ℃ 700~800℃ 300~400℃ 120℃ 60℃ 負壓 1000~1600mmH2O 最高溫度點在燃燒層中部，高溫持續(xù)時間 1~ 點火 表面赤熱部分 過濕層 脆性燒結礦 收縮 強度好的燒結礦 預 強 干 燥 塑 性 結 燒 礦 。 2)受空氣劇冷作用，表層礦物來不及析晶，玻璃質較多，內應力很大，所以性脆，在燒結機卸礦端被擊碎而進入返礦。近年來由于燒結采用高料層作業(yè)，表層所占比例相對減少，它對燒結礦強度總體影響較少，為了節(jié)約煤氣，已不用保溫了。即燒結帶，該帶是燃料燃燒帶，溫度可達1100℃ ～ 1500℃ 。該層厚度為 15～ 50㎜ 。該帶過寬會影響料層透氣性，導致產(chǎn)量低；過窄燒結溫度低，液相量不足，燒結礦粘結不好，強度低。 。該帶特點是熱交換迅速，由于熱交換劇烈，廢氣溫度很快從 1500℃ 下降到60℃ ～ 70℃ 。 。該帶影響燒結透氣性，破壞已造好的混合料小球，解決的辦法是預熱混合料。此層中的物理、化學性質基本不變。燒結過程中，混合料中固體燃料燃燒所提供的熱量占燒結總需熱量的 90％左右。反應過程由五個環(huán)節(jié)組成。 為了建立碳粒燃燒速率方程，假設上述五個步驟中氧向碳粒表面的擴散和氧與碳的化學反應兩步的速率最小，這樣整個反應就被（ 1）、（ 3）兩個步驟控制。 ： 式中： ―― 化學反應速率常數(shù)； n ―― 反應級數(shù)，設 n = 1。 在高溫下， ﹤﹤ ， ≈ ，此時，過程的總速度取決于氧的擴散速度，稱燃燒處于 “ 擴散燃燒區(qū) ” 。當燃燒處于擴散燃燒區(qū)時，燃燒速度取決于氣體的擴散速度，而溫度的改變影響不大。 RK RKRKDKDK DKKK 燒結料層的廢氣組成及影響因素 燒結料層是典型的固定床，但與一般固定床燃料燃燒相比又有很大的不同。高溫廢氣降低很快，二次燃燒反應不會有明顯的發(fā)展； (3)燒結料層中一般空氣過剩系數(shù)較高 (常為 ～ )，故廢氣中均含一定數(shù)量的氧。燒結廢氣中，碳的氧化物是以 CO2為主，只含少量的 CO。燃燒比大則碳的利用差，還原性氣氛較強，反之碳的利用好，氧化氣氛較強。 影響燃燒比的因素有： (圖 43) (圖 44) (圖 45) (圖 46) (圖 47) 圖 43 廢氣燃燒比與 燃料粒度的關系 圖 44 廢氣燃燒比與 混合料中燃料量的關系 圖 45 廢氣燃燒比與 負壓間的關系 圖 46 廢氣燃燒比與 料層厚度的關系 圖 47 廢氣燃燒比與 返礦量的關系 固體燃料特性及用量對燒結過程的影響 燒結所用固體燃料的粒度，與混合料中各組分的特性有關。 粒度 ，難以在自身周圍建立起成塊的燒結礦。 在燒結精礦時 (lmm，其中 30％ )，試驗表明焦粉粒度 ～ 3mm最好； 試驗和生產(chǎn)實踐證明，焦粉中 +3