球團(tuán)理論與工藝4球團(tuán)焙燒的理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1球團(tuán)理論與工藝球團(tuán)理論與工藝4球團(tuán)焙燒球團(tuán)焙燒(bi sho)的理論的理論基礎(chǔ)基礎(chǔ)第一頁(yè)，共110頁(yè)。 球團(tuán)焙燒，即通過低于混合物料熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行高溫固結(jié)，使生球發(fā)生收縮而且致密化，從而使生球具有良好(lingho)的冶金性能（如強(qiáng)度、還原性、膨脹指數(shù)和軟化特性等），保證高爐冶煉的工藝要求。 三大主要焙燒(bi sho)設(shè)備：1）豎爐2）帶式焙燒(bi sho)機(jī)3）鏈箅機(jī)回轉(zhuǎn)窯第1頁(yè)/共110頁(yè)第二頁(yè)，共110頁(yè)。 球團(tuán)的焙燒過程通?？煞譃楦稍?gnzo)、預(yù)熱、焙燒、均熱、冷卻五個(gè)階段。 4.1球團(tuán)焙燒(bi sho)過程概述 物理過程，如：水分蒸發(fā)、礦物軟化及冷卻 化學(xué)過程，如

2、：水化物、碳酸鹽、硫化物和氧化物的分解及氧化和成礦作用 第2頁(yè)/共110頁(yè)第三頁(yè)，共110頁(yè)。4.1球團(tuán)焙燒過程(guchng)概述各組成間的 某些固相反應(yīng)，新物質(zhì)出現(xiàn)，顆粒(kl)粘結(jié)； 某些組成或生成物的結(jié)晶和再結(jié)晶，生成熔融物； 孔隙率減少，球團(tuán)密度增加，球團(tuán)發(fā)生收縮和致密化； 機(jī)械強(qiáng)度提高，氧化度提高，還原性變好等。第3頁(yè)/共110頁(yè)第四頁(yè)，共110頁(yè)。 預(yù)熱（3001000）是生球干燥后，在進(jìn)入焙燒(bi sho)之前的一過渡階段。 在預(yù)熱過程，各種不同的反應(yīng)，如磁鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦結(jié)晶水蒸發(fā)水合物和碳酸鹽的分解硫化物的煅燒等4.2球團(tuán)預(yù)熱(y r)第4頁(yè)/共110頁(yè)第五頁(yè)，共110頁(yè)

3、。 這些反應(yīng)是平行進(jìn)行或者是依次連續(xù)進(jìn)行的，對(duì)成品球的質(zhì)量和產(chǎn)量都有重要的影響。 因此，在預(yù)熱(y r)階段， 應(yīng)協(xié)調(diào)一致。 就磁鐵礦而言，氧化對(duì)于球團(tuán)礦的機(jī)械強(qiáng)度和還原性狀具有決定性的影響。 4.2球團(tuán)預(yù)熱(y r)化合物的分解和氧化預(yù)熱速度第5頁(yè)/共110頁(yè)第六頁(yè)，共110頁(yè)。 磁鐵礦的氧化(ynghu)從200-1000，這一氧化(ynghu)反應(yīng)過程分為兩個(gè)連續(xù)的階段進(jìn)行。 磁鐵礦球團(tuán)的氧化(ynghu)機(jī)理（1）氧化階段及其產(chǎn)物第一階段（200-400） 在這一階段，化學(xué)過程占優(yōu)勢(shì)，不發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變(Fe3O4和-Fe2O3都屬立方晶系)，由Fe3O4生成了-Fe2O3，即生成有磁性的

4、赤鐵礦。第6頁(yè)/共110頁(yè)第七頁(yè)，共110頁(yè)。（1）氧化(ynghu)階段及其產(chǎn)物第二階段（400-1000） 由于-Fe2O3不是穩(wěn)定相，在較高的溫度下，晶體會(huì)重新排列，而且氧離子可能穿過表層(biocng)直接擴(kuò)散，進(jìn)行氧化的第二階段。這個(gè)階段晶型轉(zhuǎn)變占優(yōu)勢(shì)，從立方晶系轉(zhuǎn)變?yōu)樾狈骄担?Fe2O3氧比成-Fe2O3，磁性也隨之消失。第7頁(yè)/共110頁(yè)第八頁(yè)，共110頁(yè)。A Fe3O4球團(tuán)氧化(ynghu)未反應(yīng)核收縮模型 （2）氧化(ynghu)途徑 大氣中的O2被吸附在磁鐵礦球團(tuán)表面，形成-Fe2O3薄層。 球團(tuán)氧化是-Fe2O3不斷由外向內(nèi)擴(kuò)散，層層漸進(jìn)，最終達(dá)到全部氧化的過程。 隨著

5、焙燒溫度的進(jìn)一步升高，離子活動(dòng)能力增大，在-Fe2O3層的外圍形成穩(wěn)定的-Fe2O3。第8頁(yè)/共110頁(yè)第九頁(yè)，共110頁(yè)。A Fe3O4球團(tuán)氧化未反應(yīng)核收縮(shu su)模型 當(dāng)溫度進(jìn)一步升高時(shí)，F(xiàn)e2+向-Fe2O3層擴(kuò)散，當(dāng)擴(kuò)散至-Fe2O3與O2的界面處時(shí)與吸附的氧作用形成Fe3+，F(xiàn)e3+則向里擴(kuò)散。 與此同時(shí)，O2-以不斷(bdun)失去電子成為原子，又不斷(bdun)與電子結(jié)合成為O2-的交換方式向內(nèi)擴(kuò)散到晶格的結(jié)點(diǎn)上，最終使Fe3O4全部成為-Fe2O3。 球團(tuán)氧化是Fe2+向外擴(kuò)散，F(xiàn)e3+向內(nèi)擴(kuò)散以及O2-向里擴(kuò)散的一個(gè)內(nèi)部晶格重新排列，最后成為固溶體的連續(xù)過程。第9頁(yè)/

6、共110頁(yè)第十頁(yè)，共110頁(yè)。*關(guān)于(guny)固溶體 固溶體是指溶質(zhì)組元溶入溶劑晶格中而仍保持(boch)溶劑類型的合金相。和物質(zhì)的熔點(diǎn)無(wú)關(guān)。 工業(yè)上所使用的金屬材料，絕大部分是以固溶體為基體的，有的甚至完全由固溶體所組成。如：碳鋼和合金鋼。 第10頁(yè)/共110頁(yè)第十一頁(yè)，共110頁(yè)。B 氧化(ynghu)速度 人造磁鐵礦晶格結(jié)構(gòu)不完整，固溶體形成迅速。 因此， 在低溫下就能產(chǎn)生(chnshng)-Fe2O3。 反應(yīng)能力比天然磁鐵礦強(qiáng)得多。 324003220043OFeOFeOFeCCoo第11頁(yè)/共110頁(yè)第十二頁(yè)，共110頁(yè)。B 氧化(ynghu)速度 天然磁鐵礦形成Fe3+擴(kuò)散相對(duì)較

7、慢，氧化過程只在表面進(jìn)行，表面能同時(shí)形成固溶體和-Fe2O3，而在顆粒內(nèi)部只能形成固溶體。 在較高溫度下，-Fe2O3是赤鐵礦的穩(wěn)定形式(xngsh)，且由于發(fā)生氧化，顆粒內(nèi)部固溶體也被轉(zhuǎn)換，生成-Fe2O3。 問題1：為什么低溫時(shí)只能生成-Fe2O3？第12頁(yè)/共110頁(yè)第十三頁(yè)，共110頁(yè)。 Fe3O4 （0.838nm）與-Fe2O3 （0.832nm）的晶格常數(shù)相差(xin ch)甚微，因此，其轉(zhuǎn)變僅僅是進(jìn)一步除去Fe2+，形成更多的空位和Fe3+。 Fe3O4 生成-Fe2O3 的過程在低溫下就可進(jìn)行。問題1：為什么低溫(dwn)時(shí)只能生成-Fe2O3？第13頁(yè)/共110頁(yè)第十四頁(yè)，

8、共110頁(yè)。 而它們與 -Fe2O3（0.542nm）的晶格常數(shù)差別卻很大，晶格重新排列時(shí)，F(xiàn)e2+及Fe3+有較大的移動(dòng)，從-Fe2O3或Fe3O4轉(zhuǎn)變到-Fe2O3時(shí)，晶型改變，體積發(fā)生收縮，需要(xyo)在高溫下方可進(jìn)行。 因此，低溫時(shí)只能生成-Fe2O3。 問題2：磁鐵礦氧化(ynghu)過程起主要作用的擴(kuò)散是？問題1：為什么低溫時(shí)只能生成-Fe2O3？第14頁(yè)/共110頁(yè)第十五頁(yè)，共110頁(yè)。 對(duì)氧化起主要(zhyo)作用的不是氣體氧向內(nèi)擴(kuò)散，而是鐵離子和氧離子在固相層內(nèi)的擴(kuò)散，即Fe3+ 、Fe2+ 、 O2-在固相層內(nèi)的擴(kuò)散 。 大氣中O2被Fe3O4顆粒(kl)吸附時(shí)，F(xiàn)e2+

9、 Fe3+ + e，導(dǎo)致O2電離，O2+e2O2-，上述反應(yīng)引起Fe3+ 、Fe2+ 、 O2-的擴(kuò)散。其中O2-擴(kuò)散最慢。問題2：磁鐵礦氧化過程起主要作用的擴(kuò)散是？問題3：為什么O2-的擴(kuò)散速度最慢？第15頁(yè)/共110頁(yè)第十六頁(yè)，共110頁(yè)。 O2-的半徑(0.14nm)比Fe2+(0.074nm)或Fe3+(0.060nm)的半徑大，后兩者擴(kuò)散速度比前者大。 O2-是以不斷失去電子成為原子，又不斷與電子結(jié)合成O2-的交換方式擴(kuò)散的，但僅在O2- O的瞬間，才能(cinng)在晶格的結(jié)點(diǎn)間移動(dòng)一段距離， 所以O(shè)2-比鐵離子的擴(kuò)散慢得多。 問題3：為什么O2-的擴(kuò)散(kusn)速度最慢？第16

10、頁(yè)/共110頁(yè)第十七頁(yè)，共110頁(yè)。B 氧化(ynghu)速度 磁鐵礦球團(tuán)氧化過程 在低溫下，磁鐵礦表面形成很薄的-Fe2O3，隨著溫度升高，離子的移動(dòng)能力增加，此-Fe2O3層的外面轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定(wndng)的-Fe2O3。 溫度繼續(xù)提高，F(xiàn)e2+擴(kuò)散到-Fe2O3和Fe3O4界面上，充填到-Fe2O3空位中，使之轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3O4，F(xiàn)e2+擴(kuò)散到-Fe2O3和O2界面，與吸附的氧作用形成Fe3+，F(xiàn)e3+向內(nèi)擴(kuò)散，同時(shí)，O2-向內(nèi)擴(kuò)散到晶格的結(jié)點(diǎn)上，最后全部成為-Fe2O3。問題4：如何計(jì)算球團(tuán)氧化所需要的時(shí)間？第17頁(yè)/共110頁(yè)第十八頁(yè)，共110頁(yè)。 等溫條件下，非熔劑性球團(tuán)氧化所需要的時(shí)

11、間，可用以下(yxi)球團(tuán)氧化的擴(kuò)散反應(yīng)方程表示： 132362320wwKr如果Fe3O4完全(wnqun)氧化時(shí)，Kr6201wk與介質(zhì)含氧量有關(guān)，介質(zhì)為空氣：k=（1.20.2）x10-4cm2/s； 介質(zhì)為純氧： k=（1.40.1）x10-3cm2/s。問題4：如何計(jì)算球團(tuán)氧化所需要的時(shí)間？第18頁(yè)/共110頁(yè)第十九頁(yè)，共110頁(yè)。磁鐵礦氧化(ynghu)對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度的影響 磁鐵礦球團(tuán)在預(yù)熱階段氧化時(shí)重量增加(zngji)，氧化過程于1000左右結(jié)束，此時(shí)達(dá)到恒重狀態(tài)。單球抗壓強(qiáng)度約達(dá)1100N。 但是，在同樣條件下，赤鐵礦球團(tuán)重量卻無(wú)變化，單球抗壓強(qiáng)度僅為200N。（1）預(yù)熱階段氧化

12、時(shí)磁鐵礦與赤鐵礦球團(tuán)的區(qū)別第19頁(yè)/共110頁(yè)第二十頁(yè)，共110頁(yè)。磁鐵礦氧化對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度(qingd)的影響 磁鐵礦球團(tuán)在空氣中焙燒時(shí)，在較低溫度下，礦石顆粒和晶體的棱邊和表面就已生成赤鐵礦初晶，這些新生的晶體活性較大，它們?cè)谙嗷ソ佑|的顆粒之間擴(kuò)散(kusn)，形成初期橋鍵，促進(jìn)球團(tuán)強(qiáng)度提高。 （2）磁鐵礦球團(tuán)強(qiáng)度增加的原因第20頁(yè)/共110頁(yè)第二十一頁(yè)，共110頁(yè)。磁鐵礦氧化對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度(qingd)的影響從球團(tuán)表面開始， 表面氧化生成赤鐵礦晶粒； 形成赤鐵礦外殼(wi k)和磁鐵礦核的雙層結(jié)構(gòu)； 氧穿透球的表層向內(nèi)擴(kuò)散，使內(nèi)部進(jìn)行氧化。（3）磁鐵礦球團(tuán)氧化的結(jié)構(gòu)過程第21頁(yè)/共110頁(yè)第二十

13、二頁(yè)，共110頁(yè)。磁鐵礦氧化(ynghu)對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度的影響 氧化速度是隨溫度增加而增加的。 在氧化時(shí)間(shjin)相同的情況下，隨溫度升高，氧化度增加。（4）磁鐵礦球團(tuán)的氧化速度加溫速度越快，氧化速度越高？第22頁(yè)/共110頁(yè)第二十三頁(yè)，共110頁(yè)。磁鐵礦氧化對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度(qingd)的影響磁鐵礦氧化速度下降； 1）若加溫速度過快，在球團(tuán)未完全氧化之前就發(fā)生再結(jié)晶，球殼變得致密，使核心氧化速度下降。 2）溫度高于900時(shí)，磁鐵礦發(fā)生再結(jié)晶或形成液相，導(dǎo)致(dozh)氧化速度進(jìn)一步下降。 必須有使球團(tuán)完全氧化的最佳溫度和加溫速度。 （5）加溫速度過快對(duì)球團(tuán)焙燒的影響第23頁(yè)/共110頁(yè)第二十四頁(yè)

14、，共110頁(yè)。磁鐵礦氧化對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度(qingd)的影響球團(tuán)形成表面裂紋； 微細(xì)粒磁鐵礦球團(tuán)，加溫速度過快時(shí)，外殼收縮嚴(yán)重，使孔隙封閉。 一方面妨礙內(nèi)層氧化，另一方面由于收縮應(yīng)力的積累引起(ynq)球表面形成小裂紋，這種小裂紋在以后的焙燒過程中很難消除。表面裂紋（5）加溫速度過快對(duì)球團(tuán)焙燒的影響第24頁(yè)/共110頁(yè)第二十五頁(yè)，共110頁(yè)。磁鐵礦氧化(ynghu)對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度的影響 在焙燒的球團(tuán)中，出現(xiàn)同心裂紋。 氧化發(fā)生在已氧化的外殼和未氧化的磁鐵礦之間，并沿著同心圓向核心推進(jìn)。 當(dāng)溫度過高時(shí)，外殼致密，氧難以擴(kuò)散進(jìn)去，內(nèi)部磁鐵礦再結(jié)晶，渣相熔融(rngrng)收縮離開外殼，使兩種不同的物質(zhì)間形成

15、同心裂紋。這是導(dǎo)致球團(tuán)強(qiáng)度下降的一個(gè)主要原因。同心裂紋（5）加溫速度過快對(duì)球團(tuán)焙燒的影響第25頁(yè)/共110頁(yè)第二十六頁(yè)，共110頁(yè)。磁鐵礦氧化(ynghu)對(duì)球團(tuán)強(qiáng)度的影響磁鐵礦氧化屬放熱反應(yīng)(fn r fn yng)，并按下式進(jìn)行： 放QOFeOOFe322433212 Q放值約為260kJ/mol。 這一補(bǔ)充熱源應(yīng)當(dāng)在預(yù)熱和焙燒過程中加以考慮和利用。 否則，由于產(chǎn)生氧化熱，使球核的溫度高于表面，如果氧化速度過快，將使球核過燒，甚至熔化。 （6）磁鐵礦氧化過程的放熱第26頁(yè)/共110頁(yè)第二十七頁(yè)，共110頁(yè)。4.3球團(tuán)焙燒的固結(jié)( ji)機(jī)理固相固結(jié)( ji) 固相固結(jié)：球團(tuán)內(nèi)的礦粒在低于其

16、熔點(diǎn)的溫度下的互相粘結(jié)，并使顆粒之間連接強(qiáng)度增大。 在生球內(nèi)顆粒之間的接觸點(diǎn)上很難達(dá)到引力作用范圍。但是，高溫下晶格內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)在獲得一定能量時(shí)，可以克服晶格中質(zhì)點(diǎn)的引力，而在晶格內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散。 （1）固相固結(jié)的實(shí)質(zhì)質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散晶格內(nèi)晶格表面相鄰晶格表面顆粒粘接第27頁(yè)/共110頁(yè)第二十八頁(yè)，共110頁(yè)。 固態(tài)下固結(jié)反應(yīng)的原動(dòng)力是系統(tǒng)自由能的降低。 具有較大界面能的微細(xì)顆粒落在較粗的顆粒上時(shí)表面能減小。在有 充足(chngz)的反應(yīng)時(shí)間； 足夠的溫度； 界面能繼續(xù)減小 的條件下，這些顆粒便聚結(jié)，進(jìn)一步成為晶粒的聚集體。 （2）固態(tài)(gti)下固結(jié)反應(yīng)的原動(dòng)力 塔曼溫度：固態(tài)物質(zhì)間開始反應(yīng)的溫度。 鹽類

17、、氧化物：T塔=0.57 T熔 硅酸鹽、有機(jī)物：T塔=（0.80.9）T熔第28頁(yè)/共110頁(yè)第二十九頁(yè)，共110頁(yè)。 細(xì)磨物料（鐵精礦）具有高度的分散性，具有嚴(yán)重的晶格缺陷，表面自由能高，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，具有很強(qiáng)的降低其能量的趨勢(shì)。 當(dāng)達(dá)到塔曼溫度后，精礦顆粒呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的擴(kuò)散位移，晶體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)位置的交換使其結(jié)晶缺陷逐漸地得到校正(jiozhng)，微小的晶體粉末也將聚集成較大的晶體顆粒，變成活性較低的、較為穩(wěn)定的晶體。（內(nèi)擴(kuò)散） （2）固態(tài)下固結(jié)( ji)反應(yīng)的原動(dòng)力 第29頁(yè)/共110頁(yè)第三十頁(yè)，共110頁(yè)。 當(dāng)?shù)V粒晶格內(nèi)的原子獲得足夠的能量后，晶體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散到晶體表面，也可擴(kuò)散到與之相鄰晶

18、體內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或聚集(jj)成較大的晶粒，克服周圍鍵力的束縛進(jìn)行擴(kuò)散。（外擴(kuò)散）（2）固態(tài)下固結(jié)( ji)反應(yīng)的原動(dòng)力 并且隨著溫度升高，這種擴(kuò)散加強(qiáng)，最后發(fā)展到在顆粒互相接觸點(diǎn)或接觸面上擴(kuò)散，使顆粒之間產(chǎn)生粘結(jié)。第30頁(yè)/共110頁(yè)第三十一頁(yè)，共110頁(yè)。*影響固相擴(kuò)散反應(yīng)的因素 溫度T：T，V擴(kuò) 粉碎度（細(xì)度）， V擴(kuò) 活化能降低：晶形轉(zhuǎn)變 結(jié)晶水分解 活化晶格 活化能，V擴(kuò) 固溶體形成(xngchng) 液相： 液相存在，對(duì)固相物質(zhì)的擴(kuò)散提供通道，也 使V擴(kuò) ，強(qiáng)化固相擴(kuò)散反應(yīng)。第31頁(yè)/共110頁(yè)第三十二頁(yè)，共110頁(yè)。（3）球團(tuán)固相固結(jié)( ji)的模型 這種通過表面層原子的擴(kuò)散而完

19、成的物質(zhì)遷移過程，稱為表面擴(kuò)散。 在晶粒接觸處通過質(zhì)點(diǎn)(zhdin)擴(kuò)散而形成連接橋，又稱連接“頸”。第32頁(yè)/共110頁(yè)第三十三頁(yè)，共110頁(yè)。 在連接頸的凹曲面上，由于表面張力產(chǎn)生垂直于曲頸向外的張應(yīng)力，使曲頸表面下的平衡空位濃度高于顆粒的其他部位。 這種過剩的空位濃度梯度將引起 A） 頸表面下的空位向鄰近(ln jn)的球表面發(fā)生體積擴(kuò)散（3）球團(tuán)固相固結(jié)( ji)的模型 第33頁(yè)/共110頁(yè)第三十四頁(yè)，共110頁(yè)。 即物質(zhì)沿相反途徑向頸遷移，使頸體積(tj)長(zhǎng)大。 因此，單位時(shí)間內(nèi)物質(zhì)的遷移量應(yīng)等于頸的體積(tj)增大量，即有： 頸部體積(tj)增大量連續(xù)方程式 AJddVV/aXXV

20、2,22KTDaXV20/25（4-9）A） 頸表面下的空位向鄰近的球表面發(fā)生體積擴(kuò)散第34頁(yè)/共110頁(yè)第三十五頁(yè)，共110頁(yè)。B）空位由頸表面向顆粒(kl)接觸面上的晶界擴(kuò)散KTDaXV80/25（4-10）因此按照體積擴(kuò)散機(jī)理(j l)，連接頸長(zhǎng)大應(yīng)服從25/aX的直線關(guān)系。 第35頁(yè)/共110頁(yè)第三十六頁(yè)，共110頁(yè)。 1）顆粒表面原子擴(kuò)散，使球內(nèi)各顆粒粘結(jié)形成連接頸； 2）顆粒接觸面上，空位濃度提高，原子與空位交換位置，不斷(bdun)向接觸面遷移，使頸長(zhǎng)大，顆粒接觸面增加，粒子之間距離縮?。唬?）球團(tuán)固相固結(jié)( ji)的結(jié)構(gòu) 第36頁(yè)/共110頁(yè)第三十七頁(yè)，共110頁(yè)。 3）粒子之

21、間的孔隙形狀不一，相互連接，而后形成圓形通道，通道收縮，孔隙率減少。 產(chǎn)生再結(jié)晶和聚晶長(zhǎng)大，球團(tuán)致密，強(qiáng)度(qingd)提高。 （4）球團(tuán)固相固結(jié)( ji)的結(jié)構(gòu) 鐵礦球團(tuán)中以Fe2O3或Fe3O4再結(jié)晶固結(jié)就是按以上形式進(jìn)行。第37頁(yè)/共110頁(yè)第三十八頁(yè)，共110頁(yè)。球團(tuán)固結(jié)( ji)時(shí)的物理化學(xué)變化 造球的鐵精礦一般均含有一定(ydng)脈石，有時(shí)為了生產(chǎn)或冶煉的需要，還要加入添加劑，如膨潤(rùn)土、消石灰、石灰石、白云石或橄欖石等。這些物質(zhì)在焙燒時(shí)和鐵氧化物或脈石發(fā)生固相反應(yīng)，生成新的化合物，其熔點(diǎn)較之單體礦物的熔點(diǎn)低。 而固相反應(yīng)的原因則是由于礦物晶體中質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的結(jié)果。 第38頁(yè)/共110

22、頁(yè)第三十九頁(yè)，共110頁(yè)。球團(tuán)固結(jié)時(shí)的物理化學(xué)(w l hu xu)變化 在球團(tuán)焙燒中可能出現(xiàn)的化合物主要有以下幾種(j zhn)體系： （2）鐵酸鈣體系(CaO-Fe2O3) （3）硅酸鈣體系(CaO-SiO2) （4）氧化鐵-CaO-MgO-SiO2體系 （1）硅酸鹽體系(FeO-SiO2) 第39頁(yè)/共110頁(yè)第四十頁(yè)，共110頁(yè)。（1）硅酸鹽體系(tx)(FeO-SiO2) 鐵精礦中，SiO2的存在總是不可避免的。在普通氧化焙燒固結(jié)的條件下，赤鐵礦和磁鐵礦都不會(huì)與SiO2反應(yīng)生成硅酸鹽。 但是，如果 焙燒溫度達(dá)到1000磁鐵礦尚氧化不完全，或 高溫下赤鐵礦分解 時(shí)，就可能(knng)出

23、現(xiàn)硅酸鹽體系的化合物。第40頁(yè)/共110頁(yè)第四十一頁(yè)，共110頁(yè)。（1）硅酸鹽體系(tx)(FeO-SiO2) FeO和SiO2發(fā)生固相反應(yīng)的溫度是990，該化合物的熔點(diǎn)(rngdin)較低，鐵橄欖石(2FeOSiO2)熔點(diǎn)(rngdin)為1205。并且鐵橄欖石很容易和FeO及SiO2再生成熔點(diǎn)(rngdin)更低的化合物，如2FeOSiO2-Fe3O4，該共熔混合物熔點(diǎn)(rngdin)為1142，2FeOSiO2-FeO共熔混合物熔點(diǎn)(rngdin)為1177，2FeOSiO2-SiO2共熔混合物熔點(diǎn)(rngdin)為1178。 鐵橄欖石的強(qiáng)度和還原性均較差。 第41頁(yè)/共110頁(yè)第四十二

24、頁(yè)，共110頁(yè)。 在鐵精礦中添加(tin ji)石灰石或消石灰所制成的球，焙燒時(shí)將出現(xiàn)鐵酸鈣體系化合物，尤其是在SiO2較少的情況下。 鐵酸鈣體系的化合物 CaOFe2O3和CaO2Fe2O3形成的低共熔點(diǎn)為1205。 （2）鐵酸鈣體系(tx)(CaO-Fe2O3) CaOFe2O314492CaOFe2O31216CaO2Fe2O31226第42頁(yè)/共110頁(yè)第四十三頁(yè)，共110頁(yè)。 從500600開始，最初的固相反應(yīng)產(chǎn)物是CaOFe2O3，并隨溫度(wnd)升高反應(yīng)速度加快。 如果有過剩CaO，則在1000時(shí)產(chǎn)生2CaOFe2O3。 鐵酸鈣和鐵酸二鈣是強(qiáng)度高和還原性好的化合物，它在還原過程

25、中有良好的熱穩(wěn)定性。 （2）鐵酸鈣體系(tx)(CaO-Fe2O3) 第43頁(yè)/共110頁(yè)第四十四頁(yè)，共110頁(yè)。 焙燒溫度較高時(shí)，F(xiàn)e2O3在熔體中溶解，形成CaO2Fe2O3。 但CaO2Fe2O3在低于1155時(shí)處于熱力學(xué)不穩(wěn)定(wndng)狀態(tài)，將分解成鐵酸鈣和次生赤鐵礦。 次生赤鐵礦析出產(chǎn)生應(yīng)力使粘結(jié)受到破壞，導(dǎo)致球團(tuán)強(qiáng)度下降。（2）鐵酸鈣體系(tx)(CaO-Fe2O3) 第44頁(yè)/共110頁(yè)第四十五頁(yè)，共110頁(yè)。 當(dāng)精礦中含SiO2較多時(shí)，生產(chǎn)熔劑性球團(tuán)，則出現(xiàn)硅酸鈣體系化合物。 雖然CaO與SiO2的親和力大，但CaO和SiO2被氧化鐵隔開，故首先形成鐵酸鈣，當(dāng)出現(xiàn)CaO-F

26、e2O3熔體后，由于表面張力作用，熔體流過孔隙，在熔體與SiO2接觸時(shí)，SiO2進(jìn)入熔體，并形成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的硅酸鈣，而使Fe2O3析出(xch)。 石灰和SiO2直接接觸而生成硅酸鈣的可能性較小。（3）硅酸鈣體系(tx)(CaO-SiO2) 第45頁(yè)/共110頁(yè)第四十六頁(yè)，共110頁(yè)。 硅酸(u sun)鈣體系化合物熔點(diǎn)較高，不會(huì)使球團(tuán)過融。 硅灰石CaOSiO2 熔點(diǎn) 1544 硅鈣石 3CaO2SiO2 熔點(diǎn) 1478 正硅酸(u sun)鈣2CaOSiO2 熔點(diǎn) 2130 硅酸(u sun)三鈣3CaOSiO2 熔點(diǎn) 1900 但是它與鐵酸鈣體系之間可能形成低熔點(diǎn)化合物，如2CaOSi

27、O2-CaOFe2O3-CaO2Fe2O3形成的低共熔點(diǎn)為1192。 其中2CaOSiO2的熔化溫度雖為2130，但它固相反應(yīng)開始的溫度低（約600），而且是最初形成的產(chǎn)物，故對(duì)球團(tuán)礦的強(qiáng)度影響較大。（3）硅酸鈣體系(tx)(CaO-SiO2) 固相反應(yīng)的最初產(chǎn)物，與反應(yīng)物的混合比無(wú)關(guān)，兩種反應(yīng)物無(wú)論以何種比例混合，反應(yīng)的最初產(chǎn)物總是一種。第46頁(yè)/共110頁(yè)第四十七頁(yè)，共110頁(yè)。（3）硅酸鈣體系(tx)(CaO-SiO2) 第47頁(yè)/共110頁(yè)第四十八頁(yè)，共110頁(yè)。*2CaOSiO2對(duì)球團(tuán)礦的強(qiáng)度(qingd)影響 當(dāng)溫度下降到850時(shí)，-2CaOSiO2轉(zhuǎn)變(zhunbin)為-2Ca

28、OSiO2，體積增大約12%。 當(dāng)冷卻至675時(shí)，-2CaOSiO2轉(zhuǎn)變(zhunbin)為-2CaOSiO2，體積又增大10%，而且是不可逆轉(zhuǎn)變(zhunbin)。 由于晶型轉(zhuǎn)變(zhunbin)體積膨脹，導(dǎo)致球團(tuán)強(qiáng)度下降。 第48頁(yè)/共110頁(yè)第四十九頁(yè)，共110頁(yè)。 對(duì)添加白云石的熔劑(rngj)性球團(tuán)極為重要。 在CaO-MgO-SiO2體系中最低熔點(diǎn)為1300。 由于CaO、MgO和SiO2之間缺乏接觸，因此它們不大可能直接發(fā)生反應(yīng)。而首先發(fā)生的反應(yīng)是在（約500 ）CaO和Fe2O3之間，以及（約600 ） MgO和Fe2O3之間的固相反應(yīng)。（4）氧化鐵-CaO-MgO-SiO2體

29、系(tx) 第49頁(yè)/共110頁(yè)第五十頁(yè)，共110頁(yè)。 最初出現(xiàn)液相鐵酸鈣，鐵酸鈣對(duì)于MgO無(wú)可溶性。 只有(zhyu)在鈣-鐵-硅酸鹽形成之后，MgO才有可能進(jìn)入硅酸鹽渣相。 在球團(tuán)焙燒固結(jié)時(shí)，MgO可能進(jìn)入渣相（鈣鎂橄欖石），也可能進(jìn)入氧化鐵顆粒（鎂鐵礦(MgOFe2O3)和尖晶石固溶體(Mg，F(xiàn)e)OFe2O3），或殘留下來(lái)。（4）氧化鐵-CaO-MgO-SiO2體系(tx) 第50頁(yè)/共110頁(yè)第五十一頁(yè)，共110頁(yè)。 MgO進(jìn)入渣相或進(jìn)入氧化鐵中都能夠提高球團(tuán)的熔點(diǎn)(rngdin)和改善還原性。 該體系1575以下沒有液相生成。 （4）氧化鐵-CaO-MgO-SiO2體系(tx) 第

30、51頁(yè)/共110頁(yè)第五十二頁(yè)，共110頁(yè)。球團(tuán)固結(jié)時(shí)的物理化學(xué)(w l hu xu)變化球團(tuán)固結(jié)生成(shn chn)化合物體系的比較 球團(tuán)焙燒中能否產(chǎn)生液相，液相對(duì)球團(tuán)固結(jié)有什么作用？化合物體系化合物體系產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件熔點(diǎn)（熔點(diǎn)（） 強(qiáng)度強(qiáng)度 還原性還原性對(duì)球團(tuán)對(duì)球團(tuán)的影響的影響硅酸鹽體系硅酸鹽體系存在存在FeO1100-1200差差差差降低熔點(diǎn)和降低熔點(diǎn)和還原性還原性鐵酸鈣體系鐵酸鈣體系存在存在CaO， SiO2較少較少1200-1450高高好好提高強(qiáng)度和提高強(qiáng)度和還原性還原性硅酸鈣體系硅酸鈣體系SiO2較多，較多，存在存在CaO1150-2150中中強(qiáng)度下降強(qiáng)度下降氧化鐵氧化鐵-CaO

31、-MgO-SiO2體系體系存在存在MgO1300-1575高高好好提高熔點(diǎn)、提高熔點(diǎn)、改善還原性改善還原性 第52頁(yè)/共110頁(yè)第五十三頁(yè)，共110頁(yè)。液相對(duì)固結(jié)( ji)的作用 在鐵精礦球團(tuán)氧化焙燒過程中，盡管以Fe2O3再結(jié)晶固結(jié)為主。但仍不可避免地會(huì)生成一些低熔點(diǎn)(rngdin)化合物。因此，在球團(tuán)中或多或少會(huì)產(chǎn)生一些液相。 固相（反應(yīng)）擴(kuò)散中形成的一些低熔點(diǎn)化合物或共熔物， 隨T，產(chǎn)生液相。 球團(tuán)原料中帶入的低熔點(diǎn)礦物，如鉀長(zhǎng)石，在1100左右 便可熔化。 添加劑：有機(jī)添加劑熔化溫度較低，硼泥中B2O3 600 開 始熔融。第53頁(yè)/共110頁(yè)第五十四頁(yè)，共110頁(yè)。液相對(duì)固結(jié)( ji

32、)的作用 液相的作用： （1）由于液相的存在，可加快結(jié)晶質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散，使晶體(jngt)長(zhǎng)大的速度比在無(wú)任何液相的結(jié)晶結(jié)構(gòu)中快。（2）融體將顆粒包裹，在表面張力的作用下，礦石顆?；ハ嗫繑n，結(jié)果使球團(tuán)體積收縮，孔隙率減少，球團(tuán)致密化。第54頁(yè)/共110頁(yè)第五十五頁(yè)，共110頁(yè)。液相對(duì)固結(jié)( ji)的作用 （3）使固體顆粒溶解和重結(jié)晶，重結(jié)晶析出的晶體，消除晶格缺陷，提高晶橋強(qiáng)度。 （4）液相充填(chn tin)在粒子間，冷卻時(shí)液相凝固，將相鄰粒子粘結(jié)起來(lái)。 液相在一定程度上可促進(jìn)球團(tuán)的固結(jié)。液相是否越多越好？第55頁(yè)/共110頁(yè)第五十六頁(yè)，共110頁(yè)。液相對(duì)固結(jié)( ji)的作用 液相過多的危害：

33、 過早地出現(xiàn)液相使磁鐵礦氧化不完全，導(dǎo)致亞鐵溶解。 液相數(shù)量過多時(shí)將阻礙氧化鐵顆粒直接接觸(jich)而影響再結(jié)晶。 液相沿晶界滲透，使已聚晶長(zhǎng)大的晶體“粉碎化”。 過多的液相還會(huì)使球變形，互相粘結(jié)。 液相的數(shù)量不宜過多，一般不超過7%，而且希望均勻分布。第56頁(yè)/共110頁(yè)第五十七頁(yè)，共110頁(yè)。4.4鐵礦(ti kun)球團(tuán)固結(jié)的形式 鐵礦球團(tuán)固結(jié)的形式(xngsh)可分為磁鐵礦、赤鐵礦和熔劑性球團(tuán)礦三種類型。 磁鐵礦球團(tuán)固結(jié)形式 （1）Fe2O3微晶鍵連接 （2）Fe2O3再結(jié)晶連接 （3）Fe3O4再結(jié)晶固結(jié) （4）渣鍵連接 第57頁(yè)/共110頁(yè)第五十八頁(yè)，共110頁(yè)。（1）Fe2O3

34、微晶(wi jn)鍵連接 在晶格轉(zhuǎn)變時(shí)，新生(xnshng)的赤鐵礦晶格中，原子具有很大的活性，不僅能在晶體內(nèi)發(fā)生擴(kuò)散，并且毗鄰的氧化物晶體也發(fā)生擴(kuò)散遷移，在顆粒之間產(chǎn)生連接橋（即連接頸）。 這種連接稱為微晶鍵連接。 磁鐵礦球團(tuán)氧化過程在200300開始，氧化先在磁鐵礦顆粒表面和裂縫中進(jìn)行。 溫度達(dá)800時(shí)，顆粒表面基本上已氧化成Fe2O3。第58頁(yè)/共110頁(yè)第五十九頁(yè)，共110頁(yè)。（1）Fe2O3微晶(wi jn)鍵連接 所謂微晶(wi jn)鍵連接，是指赤鐵礦晶體保持了原有細(xì)小晶粒。 磁鐵礦球團(tuán)氧化過程由球的表面沿同心球面向內(nèi)推進(jìn)，氧化預(yù)熱溫度達(dá)1000時(shí)，約95的磁鐵礦氧化成新生的Fe

35、2O3，并形成微晶鍵。 顆粒之間產(chǎn)生的微晶鍵使球團(tuán)強(qiáng)度比生球和干球有所提高，但仍較弱。 一個(gè)直徑為16mm的球團(tuán)在900焙燒后只能承受150450N的壓力。第59頁(yè)/共110頁(yè)第六十頁(yè)，共110頁(yè)。（2）Fe2O3再結(jié)晶連接(linji) 在最佳焙燒制度下， 殘存的磁鐵礦繼續(xù)氧化， 赤鐵礦晶粒擴(kuò)散增強(qiáng)，并產(chǎn)生再結(jié)晶和聚晶長(zhǎng)大， 顆粒之間的孔隙變圓，孔隙率下降，球體積收縮，球內(nèi)各顆粒連接成一個(gè)致密的整體， 因而(yn r)使球團(tuán)的強(qiáng)度大大提高。 Fe2O3再結(jié)晶連接是鐵精礦氧化球團(tuán)固相固結(jié)的主要形式。第60頁(yè)/共110頁(yè)第六十一頁(yè)，共110頁(yè)。（3）Fe3O4再結(jié)晶固結(jié)( ji) 當(dāng)中性氣氛(q

36、fn)或氧化不完全，磁鐵礦球團(tuán)內(nèi)部磁鐵礦在900既開始發(fā)生再結(jié)晶，使球內(nèi)各顆粒連接。 Fe3O4再結(jié)晶的速度比Fe2O3再結(jié)晶的速度慢。 以Fe3O4再結(jié)晶固結(jié)的球團(tuán)，其強(qiáng)度比Fe2O3再結(jié)晶固結(jié)的低 。第61頁(yè)/共110頁(yè)第六十二頁(yè)，共110頁(yè)。（3）Fe3O4再結(jié)晶固結(jié)( ji) 通常(tngchng)生產(chǎn)中采用的磁鐵礦精礦，均含有一定量的SiO2，在1000左右時(shí)便產(chǎn)生部分2FeOSiO2并出現(xiàn)液相，液相的多少則隨球團(tuán)中SiO2的含量而定。 如果有明顯的液相生成，磁鐵礦則呈自形晶，此時(shí)，球團(tuán)強(qiáng)度降低。 第62頁(yè)/共110頁(yè)第六十三頁(yè)，共110頁(yè)。（4）渣鍵連接(linji)（液相固結(jié)）

37、1）磁鐵礦生球中 含有一定數(shù)量(shling)SiO2時(shí)， 若焙燒在還原氣氛或中性氣氛中進(jìn)行， 或Fe3O4氧化不完全， 在焙燒溫度1000時(shí)能形成2FeOSiO2。 2FeOSiO2熔點(diǎn)低，且極易與FeO及SiO2再生成熔化溫度更低的低熔體。因此，在冷卻過程中，因液相的凝固，而使球團(tuán)固結(jié)。第63頁(yè)/共110頁(yè)第六十四頁(yè)，共110頁(yè)。（4）渣鍵連接(linji) 2）此外，如果焙燒溫度高于1350，即使在氧化(ynghu)氣氛中焙燒，F(xiàn)e2O3也將發(fā)生部分分解，形成Fe3O4，同樣會(huì)與SiO2作用產(chǎn)生2FeOSiO2。 2FeOSiO2在冷卻過程中很難結(jié)晶，常成玻璃質(zhì)，性脆，強(qiáng)度低，且高爐冶煉

38、中難以還原，因此渣鍵連接不是一種良好的固結(jié)形式。 第64頁(yè)/共110頁(yè)第六十五頁(yè)，共110頁(yè)。赤鐵礦球團(tuán)固結(jié)( ji)形式 （1）較純赤鐵礦精礦球團(tuán)的高溫(gown)再結(jié)晶固結(jié)形式 用含F(xiàn)e2O3 99.70%的赤鐵礦球團(tuán)進(jìn)行試驗(yàn)，在氧化氣氛中焙燒時(shí)發(fā)現(xiàn)，赤鐵礦顆粒在1300時(shí)才結(jié)晶，且過程進(jìn)行緩慢，在13001400溫度范圍內(nèi)，顆粒迅速長(zhǎng)大。焙燒30min，赤鐵礦晶粒尺寸由20m增至400m。 此觀點(diǎn)認(rèn)為，較純的赤鐵礦球團(tuán)的固結(jié)機(jī)理是一種簡(jiǎn)單的高溫再結(jié)晶過程。 第65頁(yè)/共110頁(yè)第六十六頁(yè)，共110頁(yè)。（2）較純赤鐵礦精礦球團(tuán)的雙重(shungchng)固結(jié)形式 對(duì)較純赤鐵礦精礦球團(tuán)固結(jié)形

39、式的另外一種觀點(diǎn)是，雙重固結(jié)形式。 這種觀點(diǎn)認(rèn)為，當(dāng)生球加熱至1300以上溫度時(shí)，赤鐵礦分解生成磁鐵礦，而后磁鐵礦顆粒再結(jié)晶長(zhǎng)大(chn d)，此為一次固結(jié)。 當(dāng)進(jìn)入冷卻階段時(shí)，磁鐵礦則被重新氧化，球團(tuán)內(nèi)各顆粒會(huì)發(fā)生Fe2O3再結(jié)晶和相互連生而受到一次附加固結(jié)，即所謂的二次固結(jié)。 第66頁(yè)/共110頁(yè)第六十七頁(yè)，共110頁(yè)。（3）較高脈石(mish)含量的赤鐵礦精礦球團(tuán)的再結(jié)晶渣相固結(jié)形式 1）溫度1100時(shí)，開始出現(xiàn)Fe2O3再結(jié)晶。 2）1200時(shí)赤鐵礦結(jié)晶明顯發(fā)展，即產(chǎn)生高溫再結(jié)晶固結(jié)；這種Fe2O3再結(jié)晶一直發(fā)展到1260以上(yshng)的高溫區(qū)。 3）當(dāng)焙燒溫度大于1350時(shí)，F(xiàn)e

40、2O3部分又被分解成Fe3O4，F(xiàn)e3O4與SiO2生成鐵橄欖石2FeOSiO2，并形成渣相固結(jié)。 氧化氣氛中焙燒赤鐵礦球團(tuán)Fe2O3再結(jié)晶Fe2O3分解生成2FeOSiO2渣相固結(jié)第67頁(yè)/共110頁(yè)第六十八頁(yè)，共110頁(yè)。（3）較高脈石含量(hnling)的赤鐵礦精礦球團(tuán)的再結(jié)晶渣相固結(jié)形式 1）赤鐵礦顆粒被還原成磁鐵礦和FeO，因此900以上時(shí)，即產(chǎn)生Fe3O4再結(jié)晶而使生球固結(jié)； 2）當(dāng)生球中含一定量的SiO2時(shí)，在高于1000的溫度下將出現(xiàn)Fe2SiO4的液相產(chǎn)物，使生球得到固結(jié)。 但是，這種焙燒(bi sho)制度下所得到的球團(tuán)還原性差且強(qiáng)度低。 還原氣氛中焙燒赤鐵礦球團(tuán)Fe2O3

41、被還原Fe3O4再結(jié)晶生成2FeOSiO2渣相固結(jié)第68頁(yè)/共110頁(yè)第六十九頁(yè)，共110頁(yè)。（3）較高脈石含量的赤鐵礦精礦(jn kun)球團(tuán)的再結(jié)晶渣相固結(jié)形式 1）主要是靠形成CaOFe2O3或CaOSiO2而使生球固結(jié)。生成這些化合物的過程在溫度達(dá)到1000l200時(shí)即已完成。 2）繼續(xù)加熱生球，最初引起鐵酸鈣的熔化(rnghu)(1216)，此后是二鐵酸鈣的熔化(rnghu)(1230)，最后是硅酸鈣的熔化(rnghu)(約1540)。 3）液相潤(rùn)濕赤鐵礦顆粒，并在球團(tuán)冷卻時(shí)將其粘結(jié)起來(lái)。 氧化氣氛中焙燒含CaO的赤鐵礦球團(tuán)CaOFe2O3固結(jié)鐵酸鈣的熔化液相生成球團(tuán)冷卻粘結(jié)第69頁(yè)

42、/共110頁(yè)第七十頁(yè)，共110頁(yè)。熔劑性球團(tuán)固結(jié)( ji)形式 造球中添加含CaO熔劑，可提高球團(tuán)礦的強(qiáng)度。焙燒時(shí)CaO與Fe2O3反應(yīng)，生成各種鐵酸鈣，鐵酸鈣可顯著加快晶體長(zhǎng)大，在1300以后，晶體長(zhǎng)大更加明顯(mngxin)。 提高球團(tuán)礦強(qiáng)度 改善球團(tuán)礦的冶金性能（還原性） （1）含CaO熔劑性球團(tuán) 但是，含CaO的熔劑性球團(tuán)，因?yàn)樯傻蔫F酸鈣化合物熔點(diǎn)低，極易生成液相，在焙燒時(shí)難以控制 。原因是鐵酸鈣的熔融加速了單個(gè)結(jié)晶離子的擴(kuò)散，使晶體長(zhǎng)大速度加快。第70頁(yè)/共110頁(yè)第七十一頁(yè)，共110頁(yè)。 對(duì)于焙燒磁鐵礦球團(tuán)，液相的數(shù)量不僅與CaO的添加量有關(guān)，還與磁鐵礦的氧化程度有關(guān)。 如果氧化

43、不完全，則有可能形成CaO-FeO-SiO2體系的固溶體。 CaOFeOSiO2與2FeOSiO2的熔化溫度比較接近。最低熔化溫度為1117，使得生產(chǎn)(shngchn)上難以控制。 （1）含CaO熔劑(rngj)性球團(tuán)球團(tuán)生產(chǎn)難以控制第71頁(yè)/共110頁(yè)第七十二頁(yè)，共110頁(yè)。 含CaO熔劑性球團(tuán)礦在高爐冶煉時(shí)，雖然還原度高，但其熔化(rnghu)和軟化溫度低，在球團(tuán)核心部分產(chǎn)生一種低熔點(diǎn)的液態(tài)富FeO渣。當(dāng)這些液態(tài)渣把球團(tuán)礦的孔隙充滿后，又通過這些孔隙滲到表面，在表面形成一層密實(shí)的金屬外殼，阻礙氣體向內(nèi)部滲透。 因此，要進(jìn)一步改善熔劑性球團(tuán)礦在高爐中的性能(xngnng)，就必須提高浮士體和

44、渣的熔點(diǎn)。 （1）含CaO熔劑性球團(tuán)高爐冶煉難以完全還原第72頁(yè)/共110頁(yè)第七十三頁(yè)，共110頁(yè)。（2）含MgO熔劑(rngj)性球團(tuán)礦 優(yōu)點(diǎn)： 有較高的還原度； 有較高的軟化(runhu)和熔融溫度； 能降低高爐焦比； 提高高爐產(chǎn)量。 因此，目前熔劑性球團(tuán)礦生產(chǎn)中，往往添加含MgO的物質(zhì)，如白云石（CaMgCO32 ）、蛇紋石（(Mg , Fe , Ni)3Si2O5 (OH)4）和鎂橄欖石（Mg2SiO4）等。 第73頁(yè)/共110頁(yè)第七十四頁(yè)，共110頁(yè)。 MgO熔劑性球團(tuán)礦，其礦物(kungw)組成為赤鐵礦(部分磁鐵礦)、鐵酸鈣、鐵酸鎂和渣相。 含MgO生球焙燒時(shí)，MgO大多數(shù)賦存于鐵

45、相中形成(xngchng)鎂鐵礦(MgOFe2O3)和尖晶石固溶體(Mg，F(xiàn)e)OFe2O3； 在堿度和焙燒溫度很高時(shí)，MgO易進(jìn)入渣相，生成鈣鎂橄欖石。（2）含MgO熔劑性球團(tuán)礦 礦物組成及MgO的賦存狀態(tài)第74頁(yè)/共110頁(yè)第七十五頁(yè)，共110頁(yè)。*堿度堿性(jin xn)礦石R1.3酸性(sun xn)礦石R1.0鐵礦石自熔性礦石R=1.01.3R=322OAlSiOMgOCaO第75頁(yè)/共110頁(yè)第七十六頁(yè)，共110頁(yè)。 含MgO磁鐵礦球團(tuán)，在氧化焙燒過程中，隨著氧化的進(jìn)行，鐵離子(lz)的外擴(kuò)散使空位形成，這些空位一部分被Mg2+所占據(jù)，穩(wěn)定了磁鐵礦晶格，隨著MgO含量的增加，磁鐵礦

46、相增加。 焙燒時(shí)，氧化速度很快，鐵離子的擴(kuò)散亦較快，相反鎂離子擴(kuò)散速度較低，尤其在低溫情況下更為明顯。在高溫條件下，鎂與鐵離子擴(kuò)散速度為同一(tngy)數(shù)量級(jí)，鎂離子向磁鐵礦空位擴(kuò)散，穩(wěn)定磁鐵礦相。（2）含MgO熔劑性球團(tuán)礦 MgO穩(wěn)定磁鐵礦相第76頁(yè)/共110頁(yè)第七十七頁(yè)，共110頁(yè)。 進(jìn)入磁鐵礦相的鎂離子存有一臨界值，超過此值即可穩(wěn)定磁鐵礦相。研究證實(shí)，在約1300的固結(jié)溫度(wnd)下，在晶粒中僅僅需要5的MgO就能穩(wěn)定磁鐵礦的結(jié)構(gòu)。 （2）含MgO熔劑(rngj)性球團(tuán)礦 由于MgO穩(wěn)定了磁鐵礦相，而磁鐵礦相與浮士體具有類似的晶格結(jié)構(gòu)，在此還原階段很少有應(yīng)力產(chǎn)生，降低球團(tuán)的膨脹率。 M

47、gO穩(wěn)定磁鐵礦相第77頁(yè)/共110頁(yè)第七十八頁(yè)，共110頁(yè)。 1）MgO可以同浮士體形成無(wú)限(wxin)固溶體，使礦石的熔點(diǎn)升高。（2）含MgO熔劑(rngj)性球團(tuán)礦 2）在MgO-SiO2-FeO體系中，隨著MgO/SiO2比值提高，渣相熔點(diǎn)升高。 3）增加渣中MgO含量，可使SiO2活度降低，不利于SiO2同浮士體反應(yīng)生成低熔點(diǎn)且難還原的硅酸鐵。 MgO提高浮士體和渣的熔點(diǎn)第78頁(yè)/共110頁(yè)第七十九頁(yè)，共110頁(yè)。4.5影響球團(tuán)焙燒(bi sho)過程的因素 影響球團(tuán)焙燒過程的因素較多，如 焙燒溫度、 加熱速度、 高溫焙燒時(shí)間、 氣氛特性、 燃料燃燒、 冷卻(lngqu)方法、 生球尺

48、寸、 精礦中含硫量、 孔隙率、 等，都會(huì)對(duì)球團(tuán)焙燒過程產(chǎn)生顯著影響。 球團(tuán)礦強(qiáng)度 礦物組成 原料種類 取決于 取決于 還原性 結(jié)構(gòu) 焙燒制度第79頁(yè)/共110頁(yè)第八十頁(yè)，共110頁(yè)。 球團(tuán)焙燒制度的要求：保證在焙燒裝置最大生產(chǎn)率和最適宜的氣(液)體燃料耗量的前提下達(dá)到(d do)盡可能高的氧化、固結(jié)和脫硫。 高爐生產(chǎn)對(duì)球團(tuán)礦的要求： 無(wú)層狀結(jié)構(gòu)、斷面均一、充分氧化、具有最大還原性 溫度(wnd) 溫度偏低：各種物理化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行緩慢，以致難以達(dá)到焙燒固結(jié)效果。 隨溫度逐漸升高，焙燒固結(jié)的效果亦逐漸顯著。 第80頁(yè)/共110頁(yè)第八十一頁(yè)，共110頁(yè)。 氧化速度開始增加較快，而后逐步減慢。 磁鐵礦表

49、面氧化后，由于在中等溫度(400578)下，氧原子和鐵離子穿透-Fe2O3層的擴(kuò)散常數(shù)較小，氧化速度大大受到阻礙。低 在較高的溫度(664673)下，隨著鐵礦的磁性變化而形成微觀裂紋和結(jié)晶晶格缺陷，磁鐵礦氧化進(jìn)程(jnchng)加快。同時(shí)，當(dāng)加熱溫度提高時(shí)，擴(kuò)散常數(shù)亦增大。高 溫度高于10501100時(shí)，氧化速度開始下降。降 溫度(wnd) 1）焙燒溫度與氧化速度的關(guān)系在13001350時(shí)，在任何焙燒時(shí)間里，F(xiàn)eO含量相同。第81頁(yè)/共110頁(yè)第八十二頁(yè)，共110頁(yè)。溫度(wnd) 2）氧化表面附近的含氧量對(duì)氧化速度有很大影響，使用純氧時(shí)磁鐵礦的氧化速度較之使用空氣時(shí)的氧化速度快10倍以上。

50、3）球團(tuán)堿度提高可導(dǎo)致氧化度降低，焙燒(bi sho)過程中的氣流速度對(duì)氧化度亦有明顯影響。 在9001000 下經(jīng)過10min，氧化球團(tuán)即可達(dá)到完全氧化。 磁鐵礦氧化反應(yīng)是可逆的，磁鐵礦氧化放出的熱量約為焙燒所需全部熱量的40%。 第82頁(yè)/共110頁(yè)第八十三頁(yè)，共110頁(yè)。 在球團(tuán)焙燒(bi sho)過程中，適宜的焙燒(bi sho)溫度應(yīng)考慮以下二點(diǎn)： 溫度(wnd) （1）從提高質(zhì)量和產(chǎn)量的角度出發(fā)，應(yīng)盡可能選擇較高溫度。 在較高溫度下能夠提高球團(tuán)礦的強(qiáng)度，縮短焙燒時(shí)間，增加設(shè)備的生產(chǎn)能力。 但若超過最適宜值，則會(huì)使球團(tuán)抗壓強(qiáng)度迅速下降，嚴(yán)重時(shí)有可能造成球團(tuán)熔融粘結(jié)。 第83頁(yè)/共11

51、0頁(yè)第八十四頁(yè)，共110頁(yè)。溫度(wnd) （2）從設(shè)備條件、設(shè)備使用壽命、燃料與電力消耗角度出發(fā)，應(yīng)盡可能選擇較低的焙燒溫度。 高溫焙燒設(shè)備的投資與能耗(nn ho)巨大，所以盡可能降低焙燒溫度以提高設(shè)備使用年限和降低燃料、電力消耗是十分重要的。 但是，焙燒的最低溫度應(yīng)足以在生球的各顆粒之間形成牢固的連接為限制。 實(shí)際應(yīng)兼顧上述兩個(gè)方面。 第84頁(yè)/共110頁(yè)第八十五頁(yè)，共110頁(yè)。溫度(wnd) *不同球團(tuán)礦焙燒溫度的選擇第85頁(yè)/共110頁(yè)第八十六頁(yè)，共110頁(yè)。 球團(tuán)焙燒時(shí)的加熱速度，可以從12057/min的范圍內(nèi)波動(dòng)。它對(duì)球團(tuán)的氧化(ynghu)、結(jié)構(gòu)、常溫強(qiáng)度和還原后的強(qiáng)度均能產(chǎn)

52、生重大影響。 它比高溫（12001300）保持時(shí)間對(duì)球團(tuán)的影響更大。 加熱(ji r)速度 加熱過慢，生產(chǎn)率 當(dāng)球團(tuán)加熱過快和在1000以上的溫度下氧化時(shí)，將導(dǎo)致一些不良后果。第86頁(yè)/共110頁(yè)第八十七頁(yè)，共110頁(yè)。加熱(ji r)速度 （1）升溫過快會(huì)使氧化反應(yīng)難以進(jìn)行或氧化不完全(wnqun)。 快速加熱時(shí)，球團(tuán)中磁鐵礦顆粒來(lái)不及全部氧化就達(dá)到軟化或產(chǎn)生液相的程度。 如果精礦中SiO2含量偏高，在溫度大于1000時(shí)，未氧化的Fe3O4和FeO會(huì)與2FeOSiO2產(chǎn)生共熔混合物，引起球核熔化，磁鐵礦被液相所潤(rùn)濕，隔絕了與氧的接觸，使球團(tuán)內(nèi)部的氧化作用實(shí)際上停止，這樣的球團(tuán)礦往往具有層狀結(jié)

53、構(gòu)。 表層由Fe2O3 組成，內(nèi)層由Fe3O4 + 2FeOSiO2第87頁(yè)/共110頁(yè)第八十八頁(yè)，共110頁(yè)。 球團(tuán)礦的加熱速度還在很大程度上影響還原(hun yun)后的球團(tuán)強(qiáng)度。 最適宜的加熱速度，應(yīng)由實(shí)驗(yàn)確定。 加熱(ji r)速度 （2）升溫過快會(huì)使球團(tuán)產(chǎn)生差異膨脹，球團(tuán)強(qiáng)度變差。 由于球團(tuán)導(dǎo)熱性不良，當(dāng)升溫過快時(shí)，使球團(tuán)各層溫度梯度增大，從而產(chǎn)生差異膨脹并引起裂紋。由于快速加熱而形成的層狀結(jié)構(gòu)球團(tuán)，在受熱沖擊和斷裂熱應(yīng)力而產(chǎn)生的粗大或微小裂縫。第88頁(yè)/共110頁(yè)第八十九頁(yè)，共110頁(yè)。焙燒(bi sho)時(shí)間 當(dāng)溫度小于1350時(shí)，在一定的時(shí)間內(nèi)，隨著焙燒時(shí)間的延長(zhǎng)，球團(tuán)抗壓強(qiáng)度

54、(kn y qin d)升高，超過一定時(shí)間，則強(qiáng)度保持一定值，即有一個(gè)使抗壓強(qiáng)度(kn y qin d)保持一定的臨界時(shí)間。 在臨界溫度以內(nèi)，焙燒溫度越高，臨界時(shí)間越短，抗壓強(qiáng)度(kn y qin d)亦越大。 然而，若達(dá)不到最適宜焙燒溫度，即使長(zhǎng)時(shí)間加熱，也達(dá)不到最高抗壓強(qiáng)度(kn y qin d)。 第89頁(yè)/共110頁(yè)第九十頁(yè)，共110頁(yè)。焙燒(bi sho)氣氛 球團(tuán)焙燒時(shí)，氣體介質(zhì)的特性將嚴(yán)重影響生球的氧化、脫硫和固結(jié)( ji)。通常，氣體介質(zhì)的特性可按燃燒產(chǎn)物的含氧量確定： 氧含量大于8%：強(qiáng)氧化氣氛，氧含量48%：正常氧化氣氛，氧含量1.54%：弱氧化氣氛，氧含量11.5%：中性

55、氣氛，氧含量小于l%：還原性氣氛。 第90頁(yè)/共110頁(yè)第九十一頁(yè)，共110頁(yè)。焙燒(bi sho)氣氛 磁鐵礦球團(tuán) 在氧化氣氛中焙燒，可以獲得強(qiáng)度和還原性都很好的Fe2O3再結(jié)晶固結(jié)的球團(tuán)礦； 而在中性或還原性氣氛中焙燒時(shí)，獲得Fe3O4再結(jié)晶或渣相固結(jié)的球團(tuán)礦。后者的強(qiáng)度和還原性均不如(br)前者。 赤鐵礦球團(tuán)不同焙燒氣氛對(duì)強(qiáng)度影響不大。 褐鐵礦球團(tuán)在氮?dú)狻⑺魵?、二氧化碳?xì)夥罩斜簾塬@得較高強(qiáng)度。隨著氧含量的加大，球團(tuán)強(qiáng)度反而降低。 第91頁(yè)/共110頁(yè)第九十二頁(yè)，共110頁(yè)。燃料(rnlio)性質(zhì) 球團(tuán)生產(chǎn)可采用重油、煤氣和煤粉甚至焦粉作為燃料。燃料的種類，對(duì)焙燒過程(guchng)

56、具有不同的影響。 （1）使用液體或氣體燃料時(shí)，與固體燃料相比，可得到最好焙燒效果。 因?yàn)榧訜崴俣取⒈簾郎囟?、廢氣速度和廢氣中氧含量等易于調(diào)節(jié)，焙燒可以控制在氧化氣氛中進(jìn)行。第92頁(yè)/共110頁(yè)第九十三頁(yè)，共110頁(yè)。燃料(rnlio)性質(zhì) （2）煤粉對(duì)磁鐵礦生球固結(jié)產(chǎn)生不利影響(yngxing)。 在煤粉著火前(600800)的焙燒開始時(shí)期，氣體中的氧較易穿過煤層進(jìn)入生球并使磁鐵礦氧化。但由于此時(shí)溫度不高，磁鐵礦的氧化通常不足50%。 當(dāng)煤粉著火以后，球?qū)又械臏囟燃眲∩仙ㄟ^球?qū)又袣怏w的氧基本消耗在煤的燃燒上。 盡管溫度升高，但磁鐵礦的氧化卻相應(yīng)減慢。此時(shí)，球團(tuán)的加熱呈不均勻狀，較易引起球團(tuán)

57、的開裂。 第93頁(yè)/共110頁(yè)第九十四頁(yè)，共110頁(yè)。 精礦中含SiO2較多時(shí)，則新生成的Fe3O4和FeO會(huì)形成2FeOSiO2從而引起球團(tuán)表面熔化，使球團(tuán)內(nèi)部的Fe3O4實(shí)際上停止氧化。 留在球團(tuán)內(nèi)部的Fe3O4隨SiO2含量的不同，或者形成Fe3O4再結(jié)晶，或者進(jìn)入硅酸鹽組成(z chn)熔融體。 在高于1000的溫度下，煤的反應(yīng)能力(nngl)很強(qiáng)，以致在鐵氧化物和煤直接接觸的地方，F(xiàn)e2O3反而還原成Fe3O4和FeO。第94頁(yè)/共110頁(yè)第九十五頁(yè)，共110頁(yè)。 隨著煤粉的燒盡，氣體中游離氧的數(shù)量增加，但此時(shí)球團(tuán)已開始(kish)冷卻，生球表層的Fe3O4又重新氧化成Fe2O3。

58、在熔劑性球團(tuán)焙燒(bi sho)時(shí)，煤粉燃燒的還原性氣氛嚴(yán)重地妨礙了Fe3O4的完全氧化。 不利于產(chǎn)生CaOFe2O3液相的固結(jié)形式。 第95頁(yè)/共110頁(yè)第九十六頁(yè)，共110頁(yè)。燃料(rnlio)性質(zhì) 焦粉除了著火溫度比煤粉高之外，同樣在燃燒時(shí)會(huì)妨礙磁鐵礦顆粒的氧化，甚至使氧化作用完全停止。 此外，若焦粉周圍(zhuwi)氧含量不足時(shí)，燃燒反應(yīng)十分緩慢，單位時(shí)間內(nèi)釋放的熱量較低。在大用量焦粉情況下，仍不能達(dá)到所需溫度。 如果抽風(fēng)速度過大，焦粉將燃燒得十分激烈，球團(tuán)迅速熔化粘結(jié)，或者焦粉被廢氣帶走。同時(shí)，熱量的散失亦很大，球團(tuán)表面急劇冷卻，影響球團(tuán)強(qiáng)度。 （3）焦粉對(duì)磁鐵礦生球固結(jié)產(chǎn)生不利影響

59、。第96頁(yè)/共110頁(yè)第九十七頁(yè)，共110頁(yè)。燃料(rnlio)性質(zhì) 由此可看出，固體燃料( t rn lio)盡管價(jià)廉易得，但對(duì)焙燒過程危害嚴(yán)重。通常情況下，對(duì)于大型球團(tuán)廠，不應(yīng)改用固體燃料( t rn lio)進(jìn)行氧化焙燒。 對(duì)于中小型球團(tuán)廠，采用固體燃料( t rn lio)時(shí)，也需要采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施。 如：加強(qiáng)細(xì)磨，降低固燃粒度；加強(qiáng)混勻，盡量避免固體燃料( t rn lio)集中燃燒等。 （4）球團(tuán)生產(chǎn)中燃料的選擇。第97頁(yè)/共110頁(yè)第九十八頁(yè)，共110頁(yè)。冷卻(lngqu) 滿足球團(tuán)生產(chǎn)(shngchn)的需要 熾熱的球團(tuán)礦，必然造成 勞動(dòng)條件惡劣 運(yùn)輸和儲(chǔ)存困難 以及設(shè)備的先期燒損等， 故必須進(jìn)行冷卻。 （1）冷卻的作用 冷卻后的球團(tuán)礦經(jīng)篩分分成成品礦（10mm