4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 生球经过干燥以后，虽然强度有所提高，但远不生球经过干燥以后，虽然强度有所提高，但远不能满足高炉冶炼的需要。能满足高炉冶炼的需要。 生球干燥后，干球抗压强生球干燥后，干球抗压强度只有度只有80100N/个。个。 满足不了运输和高炉冶炼满足不了运输和高炉冶炼要求（要求（2500N/个）。个）。 球团的焙烧是球团生产过程中最为复杂的工序，它对球球团的焙烧是球团生产过程中最为复杂的工序，它对球团矿生产起着极为重要的作用。团矿生产起着极为重要的作用。 为了使球团矿具有良好的冶炼性能，必须进行焙烧。提高球团矿的强度有许多方法，但95%是通过焙烧固结，仅5%通过低温固结。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 球团焙烧球团焙烧，即通过低于混合物料熔点的温度下进行高温固，即通过低于混合物料熔点的温度下进行高温固结，使生球发生收缩而且致密化，从而使生球具有良好的冶金结，使生球发生收缩而且致密化，从而使生球具有良好的冶金性能（如强度、还原性、膨胀指数和软化特性等），保证高炉性能（如强度、还原性、膨胀指数和软化特性等），保证高炉冶炼的工艺要求。冶炼的工艺要求。 三大主要焙烧设备：三大主要焙烧设备：1 1）竖炉）竖炉2 2）带式焙烧机）带式焙烧机3 3）链箅机）链箅机回转窑回转窑4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 球团的焙烧过程通常可分球团的焙烧过程通常可分为干燥、预热、焙烧、均热、为干燥、预热、焙烧、均热、冷却五个阶段。冷却五个阶段。 4.1球团焙烧过程概述球团焙烧过程概述 物理过程物理过程，如：水分蒸发、，如：水分蒸发、矿物软化及冷却矿物软化及冷却 化学过程化学过程，如：水化物、，如：水化物、碳酸盐、硫化物和氧化物的碳酸盐、硫化物和氧化物的分解及氧化和成矿作用分解及氧化和成矿作用 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.1球团焙烧过程概述球团焙烧过程概述各组成间的各组成间的 某些固相反应，某些固相反应，新物质出现新物质出现，颗粒粘结；，颗粒粘结； 某些组成或生成物的某些组成或生成物的结晶和再结晶结晶和再结晶，生成熔融物；，生成熔融物； 孔隙率减少，球团密度增加，球团发生孔隙率减少，球团密度增加，球团发生收缩和致密化收缩和致密化； 机械强度提高，氧化度提高，还原性变好机械强度提高，氧化度提高，还原性变好等。等。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 预热（预热（3001000）是生球干燥后，在进入焙烧之前的一是生球干燥后，在进入焙烧之前的一过渡阶段。过渡阶段。 在预热过程，各种不同的反应，如在预热过程，各种不同的反应，如磁铁矿转变为赤铁矿磁铁矿转变为赤铁矿结晶水蒸发结晶水蒸发水合物和碳酸盐的分解水合物和碳酸盐的分解硫化物的煅烧等硫化物的煅烧等4.2球团预热球团预热4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 这些反应是平行进行或者是依次连续进行的，对成品球的质这些反应是平行进行或者是依次连续进行的，对成品球的质量和产量都有重要的影响。量和产量都有重要的影响。 因此，在预热阶段，因此，在预热阶段， 应协调一致。应协调一致。 就磁铁矿而言，就磁铁矿而言，氧化氧化对于球团矿的机械强度和还原性状具有对于球团矿的机械强度和还原性状具有决定性的影响。决定性的影响。 4.2球团预热球团预热化合物的分解和氧化化合物的分解和氧化预热速度预热速度4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 磁铁矿的氧化从磁铁矿的氧化从200-1000，这一氧化反应过程分为两个，这一氧化反应过程分为两个连续的阶段进行。连续的阶段进行。 4.2.1磁铁矿球团的氧化机理磁铁矿球团的氧化机理（1）氧化阶段及其产物）氧化阶段及其产物第一阶段（第一阶段（200-400） 在这一阶段，在这一阶段，化学过程占优势化学过程占优势，不发生晶型转变，不发生晶型转变(Fe3O4和和-Fe2O3都属立方晶系都属立方晶系)，由，由Fe3O4生成了生成了-Fe2O3，即生成有磁性的，即生成有磁性的赤铁矿。赤铁矿。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础（1）氧化阶段及其产物）氧化阶段及其产物第二阶段第二阶段（400-1000） 由于由于-Fe2O3不是稳定相，在较高的温度下，晶体会重新排列，不是稳定相，在较高的温度下，晶体会重新排列，而且氧离子可能穿过表层直接扩散，进行氧化的第二阶段。这而且氧离子可能穿过表层直接扩散，进行氧化的第二阶段。这个阶段个阶段晶型转变占优势晶型转变占优势，从立方晶系转变为斜方晶系，从立方晶系转变为斜方晶系，-Fe2O3氧比成氧比成-Fe2O3，磁性也随之消失。，磁性也随之消失。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础A Fe3O4球团氧化未反应核收缩模型球团氧化未反应核收缩模型 （2）氧化途径）氧化途径 大气中的大气中的O2被吸附在磁铁矿被吸附在磁铁矿球团表面，形成球团表面，形成-Fe2O3薄层。薄层。 球团氧化是球团氧化是-Fe2O3不断由外向内扩散，层层渐进，最终不断由外向内扩散，层层渐进，最终达到全部氧化的过程。达到全部氧化的过程。 随着焙烧温度的进一步升高，随着焙烧温度的进一步升高，离子活动能力增大，在离子活动能力增大，在-Fe2O3层的层的外围形成稳定的外围形成稳定的-Fe2O3。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础A Fe3O4球团氧化未反应核收缩模型球团氧化未反应核收缩模型 当温度进一步升高时，当温度进一步升高时，Fe2+向向-Fe2O3层扩散，当扩散至层扩散，当扩散至-Fe2O3与与O2的界面处时与吸附的氧作用形成的界面处时与吸附的氧作用形成Fe3+，Fe3+则向里扩散。则向里扩散。 与此同时，与此同时，O2-以不断失去电子成以不断失去电子成为原子，又不断与电子结合成为为原子，又不断与电子结合成为O2-的的交换方式向内扩散到晶格的结点上，交换方式向内扩散到晶格的结点上，最终使最终使Fe3O4全部成为全部成为-Fe2O3。 球团氧化是球团氧化是Fe2+向外扩散向外扩散，Fe3+向内扩散向内扩散以及以及O2-向里扩散向里扩散的一的一个内部晶格重新排列，最后成为固溶体的连续过程。个内部晶格重新排列，最后成为固溶体的连续过程。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础* *关于固溶体关于固溶体 固溶体是指溶质组元溶入溶剂晶格中而仍保持溶剂类型的固溶体是指溶质组元溶入溶剂晶格中而仍保持溶剂类型的合金相。合金相。和物质的熔点无关。和物质的熔点无关。 工业上所使用的金属材料，绝大部分是以固溶体为基体的，工业上所使用的金属材料，绝大部分是以固溶体为基体的，有的甚至完全由固溶体所组成。如：碳钢和合金钢。有的甚至完全由固溶体所组成。如：碳钢和合金钢。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础B 氧化速度氧化速度 人造磁铁矿人造磁铁矿晶格结构不完整，晶格结构不完整，固溶体形成迅速。固溶体形成迅速。 因此，因此， 在低温下就能产生在低温下就能产生-Fe2O3。 反应能力比天然磁铁矿强得多。反应能力比天然磁铁矿强得多。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础B 氧化速度氧化速度 天然磁铁矿天然磁铁矿形成形成Fe3+扩散相扩散相对较慢，氧化过程只在表面进对较慢，氧化过程只在表面进行，表面能同时形成行，表面能同时形成固溶体和固溶体和-Fe2O3，而在颗粒内，而在颗粒内部只能形成固溶体。部只能形成固溶体。 在较高温度下，在较高温度下，-Fe2O3是赤是赤铁矿的稳定形式，且由于发生铁矿的稳定形式，且由于发生氧化，颗粒内部固溶体也被转氧化，颗粒内部固溶体也被转换，生成换，生成-Fe2O3。 问题问题1：为什么低温时只能生成：为什么低温时只能生成-Fe2O3？4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 Fe3O4 （0.838nm）与）与-Fe2O3 （0.832nm）的的晶格常数晶格常数相差甚微，因此，其转变仅仅是进一步除去相差甚微，因此，其转变仅仅是进一步除去Fe2+，形成更多的空位和形成更多的空位和Fe3+。 Fe3O4 生成生成-Fe2O3 的过程的过程在低温下就可进行。在低温下就可进行。问题问题1：为什么低温时只能生成：为什么低温时只能生成-Fe2O3？4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 而它们与而它们与 -Fe2O3（0.542nm）的晶格常数差别却很大，晶）的晶格常数差别却很大，晶格重新排列时，格重新排列时，Fe2+及及Fe3+有较大的移动，从有较大的移动，从-Fe2O3或或Fe3O4转变到转变到-Fe2O3时，晶型改变，体积发生收缩，时，晶型改变，体积发生收缩，需要在高温下需要在高温下方可进行。方可进行。 因此，低温时只能生成因此，低温时只能生成-Fe2O3。 问题问题2：磁铁矿氧化过程起主要作用的扩散是？：磁铁矿氧化过程起主要作用的扩散是？问题问题1：为什么低温时只能生成：为什么低温时只能生成-Fe2O3？4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 对氧化起主要作用对氧化起主要作用的不是气体氧向内扩散，而是铁离子的不是气体氧向内扩散，而是铁离子和氧离子在固相层内的扩散，即和氧离子在固相层内的扩散，即Fe3+ 、Fe2+ 、 O2-在固相层在固相层内的扩散内的扩散 。 大气中大气中O2被被Fe3O4颗粒吸附时，颗粒吸附时，Fe2+ Fe3+ + e，导致导致O2电离，电离，O2+e2O2-，上述反应引起上述反应引起Fe3+ 、Fe2+ 、 O2-的的扩扩散。散。其中其中O2-扩散最慢。扩散最慢。问题问题2：磁铁矿氧化过程起主要作用的扩散是？：磁铁矿氧化过程起主要作用的扩散是？问题问题3：为什么：为什么O2-的扩散速度最慢？的扩散速度最慢？4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 O2-的半径的半径(0.14nm)比比Fe2+(0.074nm)或或Fe3+(0.060nm)的半径的半径大，后两者扩散速度比前者大。大，后两者扩散速度比前者大。 O2-是以不断失去电子成为原子，又不断与是以不断失去电子成为原子，又不断与电子结合成电子结合成O2-的交换方式扩散的，但仅在的交换方式扩散的，但仅在O2- O的瞬间，才能在晶格的结点间的瞬间，才能在晶格的结点间移动一段距离，移动一段距离， 所以所以O2-比铁离子的扩散慢得多比铁离子的扩散慢得多。 问题问题3：为什么：为什么O2-的扩散速度最慢？的扩散速度最慢？4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础B 氧化速度氧化速度 磁铁矿球团氧化过程磁铁矿球团氧化过程 在低温下，磁铁矿表面形成很薄的在低温下，磁铁矿表面形成很薄的-Fe2O3，随着温度升，随着温度升高，离子的移动能力增加，此高，离子的移动能力增加，此-Fe2O3层的外面转变为稳定的层的外面转变为稳定的-Fe2O3。 温度继续提高，温度继续提高，Fe2+扩散到扩散到-Fe2O3和和Fe3O4界面上，充填界面上，充填到到-Fe2O3空位中，使之转变为空位中，使之转变为Fe3O4，Fe2+扩散到扩散到-Fe2O3和和O2界面，与吸附的氧作用形成界面，与吸附的氧作用形成Fe3+，Fe3+向内扩散，同时，向内扩散，同时，O2-向向内扩散到晶格的结点上，最后全部成为内扩散到晶格的结点上，最后全部成为-Fe2O3。问题问题4：如何计算球团氧化所需要的时间？：如何计算球团氧化所需要的时间？4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 等温条件下，非熔剂性球团氧化所需要的时间，等温条件下，非熔剂性球团氧化所需要的时间，可用以下可用以下球团氧化的扩散反应方程球团氧化的扩散反应方程表示：表示： 如果Fe3O4完全氧化时，k与介质含氧量有关，介质为空气：与介质含氧量有关，介质为空气：k=（1.20.2）x10-4cm2/s； 介质为纯氧：介质为纯氧： k=（1.40.1）x10-3cm2/s。问题问题4：如何计算球团氧化所需要的时间？：如何计算球团氧化所需要的时间？4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.2.2磁铁矿氧化对球团强度的影响磁铁矿氧化对球团强度的影响 磁铁矿球团磁铁矿球团在预热阶段氧化时在预热阶段氧化时重量增加，氧化过程于重量增加，氧化过程于1000左右结束，此时达到恒重状态。左右结束，此时达到恒重状态。单球抗压强度约达单球抗压强度约达1100N。 但是，在同样条件下，但是，在同样条件下，赤铁矿赤铁矿球团球团重量却无变化，单球抗压强重量却无变化，单球抗压强度仅为度仅为200N。（1 1）预热阶段氧化时磁铁）预热阶段氧化时磁铁矿与赤铁矿球团的区别矿与赤铁矿球团的区别4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.2.2磁铁矿氧化对球团强度的影响磁铁矿氧化对球团强度的影响 磁铁矿球团在空气中焙烧时，磁铁矿球团在空气中焙烧时，在较低温度下，矿石颗粒和晶体在较低温度下，矿石颗粒和晶体的棱边和表面就已生成的棱边和表面就已生成赤铁矿初赤铁矿初晶晶，这些新生的晶体活性较大，这些新生的晶体活性较大，它们在相互接触的颗粒之间扩散，它们在相互接触的颗粒之间扩散，形成形成初期桥键初期桥键，促进球团强度提，促进球团强度提高。高。 （2）磁铁矿球团强度增加的原因）磁铁矿球团强度增加的原因4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.2.2磁铁矿氧化对球团强度的影响磁铁矿氧化对球团强度的影响从球团表面开始，从球团表面开始， 表面氧化表面氧化生成赤铁矿晶粒生成赤铁矿晶粒； 形成赤铁矿外壳和磁铁矿核的形成赤铁矿外壳和磁铁矿核的双层结构双层结构； 氧穿透球的表层向内扩散，使氧穿透球的表层向内扩散，使内部进行氧化内部进行氧化。（3）磁铁矿球团氧化的结构过程）磁铁矿球团氧化的结构过程4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.2.2磁铁矿氧化对球团强度的影响磁铁矿氧化对球团强度的影响 氧化速度是随温度增加而增氧化速度是随温度增加而增加的。加的。 在氧化时间相同的情况下，在氧化时间相同的情况下，随温度升高，氧化度增加。随温度升高，氧化度增加。（4）磁铁矿球团的氧化速度）磁铁矿球团的氧化速度加温速度越快，氧化速加温速度越快，氧化速度越高？度越高？4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.2.2磁铁矿氧化对球团强度的影响磁铁矿氧化对球团强度的影响磁铁矿氧化速度下降；磁铁矿氧化速度下降； 1）若加温速度过快，在球团）若加温速度过快，在球团未完全氧化之前就发生再结晶，未完全氧化之前就发生再结晶，球壳变得致密，使核心球壳变得致密，使核心氧化速氧化速度下降度下降。 2）温度高于）温度高于900时，磁铁时，磁铁矿发生再结晶或形成液相，导矿发生再结晶或形成液相，导致致氧化速度进一步下降氧化速度进一步下降。 必须有使球团完全氧化的必须有使球团完全氧化的最最佳温度和加温速度佳温度和加温速度。 （5）加温速度过快对球团焙烧的影响）加温速度过快对球团焙烧的影响4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.2.2磁铁矿氧化对球团强度的影响磁铁矿氧化对球团强度的影响球团形成表面裂纹；球团形成表面裂纹； 微细粒磁铁矿球团，加温速度过快微细粒磁铁矿球团，加温速度过快时，外壳收缩严重，使孔隙封闭。时，外壳收缩严重，使孔隙封闭。 一方面妨碍内层氧化，另一方面由一方面妨碍内层氧化，另一方面由于收缩应力的积累引起球表面形成小于收缩应力的积累引起球表面形成小裂纹，这种小裂纹在以后的焙烧过程裂纹，这种小裂纹在以后的焙烧过程中很难消除。中很难消除。表面裂纹表面裂纹（5）加温速度过快对球团焙烧的影响）加温速度过快对球团焙烧的影响4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.2.2磁铁矿氧化对球团强度的影响磁铁矿氧化对球团强度的影响 在焙烧的球团中，出现同心裂纹。在焙烧的球团中，出现同心裂纹。 氧化发生在已氧化的外壳和未氧化的磁铁矿之间，并沿着同心氧化发生在已氧化的外壳和未氧化的磁铁矿之间，并沿着同心圆向核心推进。圆向核心推进。 当温度过高时，外壳致密，氧难以扩散进去，内部磁铁矿再结当温度过高时，外壳致密，氧难以扩散进去，内部磁铁矿再结晶，渣相熔融收缩离开外壳，使两种不同的物质间形成同心裂纹。晶，渣相熔融收缩离开外壳，使两种不同的物质间形成同心裂纹。这是这是导致球团强度下降的一个主要原因。导致球团强度下降的一个主要原因。同心裂纹同心裂纹（5）加温速度过快对球团焙烧的影响）加温速度过快对球团焙烧的影响4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.2.2磁铁矿氧化对球团强度的影响磁铁矿氧化对球团强度的影响磁铁矿氧化属放热反应，并按下式进行：磁铁矿氧化属放热反应，并按下式进行： Q放放值约为值约为260kJ/mol。 这一补充热源应当在预热和焙烧过程中加以考虑和利用。这一补充热源应当在预热和焙烧过程中加以考虑和利用。 否则，由于产生氧化热，使球核的温度高于表面，如果氧化否则，由于产生氧化热，使球核的温度高于表面，如果氧化速度过快，将使球核过烧，甚至熔化。速度过快，将使球核过烧，甚至熔化。 （6）磁铁矿氧化过程的放热）磁铁矿氧化过程的放热4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.3球团焙烧的固结机理球团焙烧的固结机理4.3.1固相固结固相固结 固相固结固相固结：球团内的矿粒在低于其熔点的温度下的互相粘结，：球团内的矿粒在低于其熔点的温度下的互相粘结，并使颗粒之间连接强度增大并使颗粒之间连接强度增大。 在生球内颗粒之间的接触点上很难达到引力作用范围。但是，高温在生球内颗粒之间的接触点上很难达到引力作用范围。但是，高温下晶格内的质点在获得一定能量时，可以克服晶格中质点的引力，而下晶格内的质点在获得一定能量时，可以克服晶格中质点的引力，而在晶格内部进行扩散。在晶格内部进行扩散。 （1）固相固结的实质）固相固结的实质质点扩散质点扩散晶格内晶格内晶格表面晶格表面相邻晶格表面相邻晶格表面颗粒粘接颗粒粘接4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 固态下固结反应的原动力是系统自由能的降低。固态下固结反应的原动力是系统自由能的降低。 具有较大界面能的微细颗粒落在较粗的颗粒上时表面具有较大界面能的微细颗粒落在较粗的颗粒上时表面能减小。在有能减小。在有 充足的反应时间；充足的反应时间； 足够的温度；足够的温度； 界面能继续减小界面能继续减小 的条件下，这些颗粒便聚结，的条件下，这些颗粒便聚结，进一步成为晶粒的聚集体。进一步成为晶粒的聚集体。 （2）固态下固结反应的原动力）固态下固结反应的原动力 塔曼温度塔曼温度：固态物质间开始反应的温度。：固态物质间开始反应的温度。 盐类、氧化物：盐类、氧化物：T塔塔=0.57 T熔熔 硅酸盐、有机物：硅酸盐、有机物：T塔塔=（0.80.9）T熔熔4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 细磨物料（铁精矿）具有高度的分散性，具有细磨物料（铁精矿）具有高度的分散性，具有严重的晶格严重的晶格缺陷缺陷，表面自由能高，表面自由能高，处于不稳定状态处于不稳定状态，具有很强的降低其能，具有很强的降低其能量的趋势。量的趋势。 当达到塔曼温度后，精矿颗粒呈现出强烈的当达到塔曼温度后，精矿颗粒呈现出强烈的扩散位移扩散位移，晶体内质点位置的交换使其晶体内质点位置的交换使其结晶缺陷逐渐地得到校正结晶缺陷逐渐地得到校正，微小的，微小的晶体粉末也将聚集成较大的晶体颗粒，变成活性较低的、较为晶体粉末也将聚集成较大的晶体颗粒，变成活性较低的、较为稳定的晶体。稳定的晶体。（内扩散）（内扩散） （2）固态下固结反应的原动力）固态下固结反应的原动力 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 当矿粒晶格内的原子获得足够的能量后，晶体内质点扩散当矿粒晶格内的原子获得足够的能量后，晶体内质点扩散到晶体表面，也可扩散到与之相邻晶体内进行化学反应或聚集成到晶体表面，也可扩散到与之相邻晶体内进行化学反应或聚集成较大的晶粒，克服周围键力的束缚进行扩散。较大的晶粒，克服周围键力的束缚进行扩散。（外扩散）（外扩散）（2）固态下固结反应的原动力）固态下固结反应的原动力 并且随着温度升高，这种扩散加强，并且随着温度升高，这种扩散加强，最后发展到在颗粒互相接触点或接触面最后发展到在颗粒互相接触点或接触面上扩散，使颗粒之间产生粘结。上扩散，使颗粒之间产生粘结。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础*影响固相扩散反应的因素影响固相扩散反应的因素 温度温度T：T，V扩扩 粉碎度粉碎度（细度）（细度）， V扩扩 活化能活化能降低：晶形转变降低：晶形转变 结晶水分解结晶水分解 活化晶格活化晶格 活化能活化能，V扩扩 固溶体形成固溶体形成 液相液相： 液相存在，对固相物质的扩散提供通道，也液相存在，对固相物质的扩散提供通道，也 使使V扩扩 ，强化，强化固相扩散反应。固相扩散反应。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础（3）球团固相固结的模型）球团固相固结的模型 这种通过表面层原子的扩散而完成的物质迁移过程，称为表面扩散。 在晶粒接触处通过质点扩散而形成连接桥，又称连接“颈”。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 在连接颈的凹曲面上，由于表面张力产生垂直于曲颈向外的张在连接颈的凹曲面上，由于表面张力产生垂直于曲颈向外的张应力，使曲颈表面下的平衡空位浓度高于颗粒的其他部位。应力，使曲颈表面下的平衡空位浓度高于颗粒的其他部位。 这种过剩的空位浓度梯度将引起这种过剩的空位浓度梯度将引起 A） 颈表面下的空位向邻近的球表面发生体积扩散颈表面下的空位向邻近的球表面发生体积扩散（3）球团固相固结的模型）球团固相固结的模型 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 即物质沿相反途径向颈迁移，使颈体积长大。即物质沿相反途径向颈迁移，使颈体积长大。 因此，单位时间内物质的迁移量应等于颈的因此，单位时间内物质的迁移量应等于颈的体积增大量，即有：体积增大量，即有： 颈部体积增大量连续方程式颈部体积增大量连续方程式 （4-9）A） 颈表面下的空位向邻近的球表面发生体积扩散颈表面下的空位向邻近的球表面发生体积扩散4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础B）空位由颈表面向颗粒接触面上）空位由颈表面向颗粒接触面上的晶界扩散的晶界扩散（4-10）因此按照体积扩散机理，连接颈长大应服从因此按照体积扩散机理，连接颈长大应服从的直线关系。的直线关系。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 1）颗粒表面原子扩散，使球内各颗粒粘结）颗粒表面原子扩散，使球内各颗粒粘结形成连接颈形成连接颈； 2）颗粒接触面上，空位浓度提高，原子与空位交换位置，不）颗粒接触面上，空位浓度提高，原子与空位交换位置，不断向接触面迁移，使断向接触面迁移，使颈长大颈长大，颗粒接触面增加，粒子之间距离，颗粒接触面增加，粒子之间距离缩小；缩小；（4）球团固相固结的结构）球团固相固结的结构 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 3）粒子之间的孔隙形状不一，相互连接，而后）粒子之间的孔隙形状不一，相互连接，而后形成圆形通道形成圆形通道，通道收缩，孔隙率减少。通道收缩，孔隙率减少。 产生产生再结晶和聚晶再结晶和聚晶长大，球团致密，强度提高。长大，球团致密，强度提高。 （4）球团固相固结的结构）球团固相固结的结构 铁矿球团中以铁矿球团中以Fe2O3或或Fe3O4再结晶固结就是按以上再结晶固结就是按以上形式进行。形式进行。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.3.2球团固结时的物理化学变化球团固结时的物理化学变化 造球的铁精矿一般均含有一定脉石，有时为了生产或冶炼的造球的铁精矿一般均含有一定脉石，有时为了生产或冶炼的需要，还要加入添加剂，如膨润土、消石灰、石灰石、白云石需要，还要加入添加剂，如膨润土、消石灰、石灰石、白云石或橄榄石等。这些物质在焙烧时和铁氧化物或脉石发生固相反或橄榄石等。这些物质在焙烧时和铁氧化物或脉石发生固相反应，生成新的化合物，其熔点较之单体矿物的熔点低。应，生成新的化合物，其熔点较之单体矿物的熔点低。 而固相反应的原因则是由于而固相反应的原因则是由于矿物晶体中质点扩散矿物晶体中质点扩散的结果。的结果。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.3.2球团固结时的物理化学变化球团固结时的物理化学变化 在球团焙烧中可能出现的化合物主要有以下几种体在球团焙烧中可能出现的化合物主要有以下几种体系：系： （2）铁酸钙体系）铁酸钙体系(CaO-Fe2O3) （3）硅酸钙体系）硅酸钙体系(CaO-SiO2) （4）氧化铁）氧化铁-CaO-MgO-SiO2体系体系 （1）硅酸盐体系）硅酸盐体系(FeO-SiO2) 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础（1）硅酸盐体系）硅酸盐体系(FeO-SiO2) 铁精矿中，铁精矿中，SiO2的存在总是不可避免的。在普通氧化焙烧固的存在总是不可避免的。在普通氧化焙烧固结的条件下，赤铁矿和磁铁矿都不会与结的条件下，赤铁矿和磁铁矿都不会与SiO2反应生成硅酸盐。反应生成硅酸盐。 但是，如果但是，如果 焙烧温度达到焙烧温度达到1000磁铁矿尚氧化不完全，或磁铁矿尚氧化不完全，或 高温下赤铁矿分解高温下赤铁矿分解 时，就可能出现硅酸盐体系的化合物。时，就可能出现硅酸盐体系的化合物。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础（1）硅酸盐体系）硅酸盐体系(FeO-SiO2) FeO和和SiO2发生固相反应的温度是发生固相反应的温度是990，该化合物的熔点较，该化合物的熔点较低，铁橄榄石低，铁橄榄石(2FeOSiO2)熔点为熔点为1205。并且铁橄榄石很容易。并且铁橄榄石很容易和和FeO及及SiO2再生成熔点更低的化合物，如再生成熔点更低的化合物，如2FeOSiO2-Fe3O4，该共熔混合物熔点为该共熔混合物熔点为1142，2FeOSiO2-FeO共熔混合物熔点共熔混合物熔点为为1177，2FeOSiO2-SiO2共熔混合物熔点为共熔混合物熔点为1178。 铁橄榄石的强度和还原性均较差。铁橄榄石的强度和还原性均较差。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 在铁精矿中添加石灰石或消石灰所制成的球，焙烧时将出现在铁精矿中添加石灰石或消石灰所制成的球，焙烧时将出现铁酸钙体系化合物，尤其是在铁酸钙体系化合物，尤其是在SiO2较少的情况下。较少的情况下。 铁酸钙体系的化合物铁酸钙体系的化合物 CaOFe2O3和和CaO2Fe2O3形成的低共熔点为形成的低共熔点为1205。 （2）铁酸钙体系）铁酸钙体系(CaO-Fe2O3) CaOFe2O314492CaOFe2O31216CaO2Fe2O312264 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 从从500600开始，最初的固相反应产物是开始，最初的固相反应产物是CaOFe2O3，并随温度升高反应速度加快。并随温度升高反应速度加快。 如果有过剩如果有过剩CaO，则在，则在1000时产生时产生2CaOFe2O3。 铁酸钙和铁酸二钙是强度高和还原性好的化合物，它在还原铁酸钙和铁酸二钙是强度高和还原性好的化合物，它在还原过程中有良好的热稳定性。过程中有良好的热稳定性。 （2）铁酸钙体系）铁酸钙体系(CaO-Fe2O3) 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 焙烧温度较高时，焙烧温度较高时，Fe2O3在熔体中溶解，形成在熔体中溶解，形成CaO2Fe2O3。 但但CaO2Fe2O3在低于在低于1155时处于热力学不稳定状态，将时处于热力学不稳定状态，将分解成铁酸钙和次生赤铁矿。分解成铁酸钙和次生赤铁矿。 次生赤铁矿析出产生应力使粘结受到破坏，导致球团次生赤铁矿析出产生应力使粘结受到破坏，导致球团强度下降。强度下降。（2）铁酸钙体系）铁酸钙体系(CaO-Fe2O3) 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 当当精矿中含精矿中含SiO2较多时，较多时，生产熔剂性球团，则出现硅生产熔剂性球团，则出现硅酸钙体系化合物。酸钙体系化合物。 虽然虽然CaO与与SiO2的亲和力大，但的亲和力大，但CaO和和SiO2被氧化铁隔开，被氧化铁隔开，故故首先形成铁酸钙，首先形成铁酸钙，当出现当出现CaO-Fe2O3熔体后，由于表熔体后，由于表面张力作用，熔体流过孔隙，面张力作用，熔体流过孔隙，在熔体与在熔体与SiO2接触时，接触时，SiO2进入熔体，并形成化学性质稳定的硅酸钙，进入熔体，并形成化学性质稳定的硅酸钙，而使而使Fe2O3析析出。出。 石灰和石灰和SiO2直接接触而生成硅酸钙的可能性较小。直接接触而生成硅酸钙的可能性较小。（3）硅酸钙体系）硅酸钙体系(CaO-SiO2) 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 硅酸钙体系化合物熔点较高硅酸钙体系化合物熔点较高，不会使球团过融。，不会使球团过融。 硅灰石硅灰石CaOSiO2 熔点熔点 1544 硅钙石硅钙石 3CaO2SiO2 熔点熔点 1478 正硅酸钙正硅酸钙2CaOSiO2 熔点熔点 2130 硅酸三钙硅酸三钙3CaOSiO2 熔点熔点 1900 但是它与铁酸钙体系之间可能但是它与铁酸钙体系之间可能形成低熔点化合物形成低熔点化合物，如，如2CaOSiO2-CaOFe2O3-CaO2Fe2O3形成的低共熔点为形成的低共熔点为1192。 其中其中2CaOSiO2的熔化温度虽为的熔化温度虽为2130，但它，但它固相反应开固相反应开始的温度低始的温度低（约（约600），而且是最初形成的产物，故对球团矿），而且是最初形成的产物，故对球团矿的强度影响较大。的强度影响较大。（3）硅酸钙体系）硅酸钙体系(CaO-SiO2) 固相反应的最初产物，与反应物的混合比固相反应的最初产物，与反应物的混合比无关，两种反应物无论以何种比例混合，无关，两种反应物无论以何种比例混合，反应的最初产物总是一种。反应的最初产物总是一种。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础（3）硅酸钙体系）硅酸钙体系(CaO-SiO2) 以以1：1的比例混合的的比例混合的CaO和和SiO2，最初产物不是，最初产物不是CaOSiO2，而是而是2CaOSiO2，继续在，继续在2CaOSiO2与与CaO接触处形成接触处形成3CaOSiO2，与，与SiO2接触处形成接触处形成3CaO2SiO2，最后才形成，最后才形成CaOSiO2。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础*2CaOSiO2对球团矿的强度影响对球团矿的强度影响 当温度下降到当温度下降到850时，时，-2CaOSiO2转变为转变为-2CaOSiO2，体积增大约，体积增大约12%。 当冷却至当冷却至675时，时，-2CaOSiO2转变为转变为-2CaOSiO2，体，体积又增大积又增大10%，而且是不可逆转变。，而且是不可逆转变。 由于晶型转变体积膨胀，导致球团强度下降。由于晶型转变体积膨胀，导致球团强度下降。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 对添加白云石的熔剂性球团极为重要。对添加白云石的熔剂性球团极为重要。 在在CaO-MgO-SiO2体系中最低熔点为体系中最低熔点为1300。 由于由于CaO、MgO和和SiO2之间缺乏接触，因此它们不大可能直接之间缺乏接触，因此它们不大可能直接发生反应。而首先发生的反应是在（约发生反应。而首先发生的反应是在（约500 ）CaO和和Fe2O3之之间，以及（约间，以及（约600 ） MgO和和Fe2O3之间的固相反应。之间的固相反应。（4）氧化铁）氧化铁-CaO-MgO-SiO2体系体系 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 最初出现液相铁酸钙，铁酸钙对于最初出现液相铁酸钙，铁酸钙对于MgO无可溶性。无可溶性。 只有在钙只有在钙-铁铁-硅酸盐形成之后，硅酸盐形成之后，MgO才有可能进入硅酸盐渣相。才有可能进入硅酸盐渣相。 在球团焙烧固结时，在球团焙烧固结时，MgO可能进入渣相（可能进入渣相（钙镁橄榄石钙镁橄榄石），也可），也可能进入氧化铁颗粒（能进入氧化铁颗粒（镁铁矿镁铁矿(MgOFe2O3)和尖晶石固溶体和尖晶石固溶体(Mg，Fe)OFe2O3），或残留下来。），或残留下来。（4）氧化铁）氧化铁-CaO-MgO-SiO2体系体系 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 MgO进入渣相或进入氧化铁中都能够提进入渣相或进入氧化铁中都能够提高球团的熔点和改善还原性。高球团的熔点和改善还原性。 该体系该体系1575以下没有液相生成。以下没有液相生成。 （4）氧化铁）氧化铁-CaO-MgO-SiO2体系体系 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.3.2球团固结时的物理化学变化球团固结时的物理化学变化球团固结生成化合物体系的比较球团固结生成化合物体系的比较 球团焙烧中能否产生液相，液相对球团球团焙烧中能否产生液相，液相对球团固结有什么作用？固结有什么作用？化合物体系化合物体系产生条件产生条件熔点熔点（）强度强度还原性还原性对球团对球团的影响的影响硅酸盐体系硅酸盐体系存在存在FeO1100-1200差差差差降低熔点和降低熔点和还原性还原性铁酸钙体系铁酸钙体系存在存在CaO， SiO2较少较少1200-1450高高好好提高强度和提高强度和还原性还原性硅酸钙体系硅酸钙体系SiO2较多，较多，存在存在CaO1150-2150中中强度下降强度下降氧化铁氧化铁-CaO-MgO-SiO2体系体系存在存在MgO1300-1575高高好好提高熔点、提高熔点、改善还原性改善还原性 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.3.3液相对固结的作用液相对固结的作用 在铁精矿球团氧化焙烧过程中，尽管以在铁精矿球团氧化焙烧过程中，尽管以Fe2O3再结晶固结为再结晶固结为主。但仍不可避免地会生成一些主。但仍不可避免地会生成一些低熔点化合物低熔点化合物。因此，在球团中。因此，在球团中或多或少会产生一些液相。或多或少会产生一些液相。 固相（反应）扩散中形成的一些低熔点化合物或共熔物，固相（反应）扩散中形成的一些低熔点化合物或共熔物， 随随T，产生液相。，产生液相。 球团原料中带入的低熔点矿物，如钾长石，在球团原料中带入的低熔点矿物，如钾长石，在1100左右左右 便可熔化。便可熔化。 添加剂：有机添加剂熔化温度较低，硼泥中添加剂：有机添加剂熔化温度较低，硼泥中B2O3 600 开开 始熔融。始熔融。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.3.3液相对固结的作用液相对固结的作用 液相的作用：液相的作用： （1）由于液相的存在，可）由于液相的存在，可加快结晶质点的扩散加快结晶质点的扩散，使晶体长大，使晶体长大的速度比在无任何液相的结晶结构中快。的速度比在无任何液相的结晶结构中快。（2）融体将颗粒包裹，在表面张力的作用下，）融体将颗粒包裹，在表面张力的作用下，矿石颗粒互相靠拢矿石颗粒互相靠拢，结果使球团体积收缩，结果使球团体积收缩，孔隙率减少，球团致密化。孔隙率减少，球团致密化。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.3.3液相对固结的作用液相对固结的作用 （3）使固体颗粒溶解和重结晶，重结晶析出的晶体，）使固体颗粒溶解和重结晶，重结晶析出的晶体，消除晶消除晶格缺陷，提高晶桥强度格缺陷，提高晶桥强度。 （4）液相充填在粒子间，）液相充填在粒子间，冷却时液相凝固，将相邻粒子粘结冷却时液相凝固，将相邻粒子粘结起来起来。 液相在一定程度上可促进球团的固结。液相在一定程度上可促进球团的固结。液相是否越多越好？液相是否越多越好？4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.3.3液相对固结的作用液相对固结的作用 液相过多的危害：液相过多的危害： 过早地出现液相使过早地出现液相使磁铁矿氧化不完全磁铁矿氧化不完全，导致亚铁溶解。，导致亚铁溶解。 液相数量过多时将阻碍氧化铁颗粒直接接触而液相数量过多时将阻碍氧化铁颗粒直接接触而影响再结晶影响再结晶。 液相沿晶界渗透，使已聚晶长大的液相沿晶界渗透，使已聚晶长大的晶体晶体“粉碎化粉碎化”。 过多的液相还会使球变形，互相过多的液相还会使球变形，互相粘结粘结。 液相的数量不宜过多，一般不超过液相的数量不宜过多，一般不超过7%，而且希望均匀分布。，而且希望均匀分布。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.4铁矿球团固结的形式铁矿球团固结的形式 铁矿球团固结的形式可分为铁矿球团固结的形式可分为磁铁矿、赤铁矿和熔剂性球团磁铁矿、赤铁矿和熔剂性球团矿矿三种类型。三种类型。 4.4.1磁铁矿球团固结形式磁铁矿球团固结形式 （1）Fe2O3微晶键连接微晶键连接 （2）Fe2O3再结晶连接再结晶连接 （3）Fe3O4再结晶固结再结晶固结 （4）渣键连接渣键连接 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础（1）Fe2O3微晶键连接微晶键连接 在晶格转变时，新生的赤铁矿晶格中，原子具有很大的活性，在晶格转变时，新生的赤铁矿晶格中，原子具有很大的活性，不仅能在晶体内发生扩散，并且毗邻的氧化物晶体也发生扩散迁不仅能在晶体内发生扩散，并且毗邻的氧化物晶体也发生扩散迁移，在颗粒之间产生连接桥（即连接颈）。移，在颗粒之间产生连接桥（即连接颈）。 这种连接称为微晶键连接。这种连接称为微晶键连接。 磁铁矿球团氧化过程在磁铁矿球团氧化过程在200300开始，氧化先在磁铁矿颗粒开始，氧化先在磁铁矿颗粒表面和裂缝表面和裂缝中进行。中进行。 温度达温度达800时，时，颗粒表面颗粒表面基本上已氧化成基本上已氧化成Fe2O3。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础（1）Fe2O3微晶键连接微晶键连接 所谓微晶键连接，是指赤铁矿晶体保持了原有细小晶粒。所谓微晶键连接，是指赤铁矿晶体保持了原有细小晶粒。 磁铁矿球团氧化过程由球的表面沿同心球面向内磁铁矿球团氧化过程由球的表面沿同心球面向内推进，氧化预热温度达推进，氧化预热温度达1000时，约时，约95的磁铁矿的磁铁矿氧化成新生的氧化成新生的Fe2O3，并形成微晶键。，并形成微晶键。 颗粒之间产生的微晶键颗粒之间产生的微晶键使球团强度比生球和使球团强度比生球和干球有所提高，但仍较弱干球有所提高，但仍较弱。 一个直径为一个直径为16mm的球团在的球团在900焙烧后只能承受焙烧后只能承受150450N的压力。的压力。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础（2）Fe2O3再结晶连接再结晶连接 在最佳焙烧制度下，在最佳焙烧制度下， 残存的磁铁矿继续氧化，残存的磁铁矿继续氧化， 赤铁矿晶粒扩散增强，并产生赤铁矿晶粒扩散增强，并产生再结晶和聚晶长大，再结晶和聚晶长大， 颗粒之间的孔隙变圆，孔隙率颗粒之间的孔隙变圆，孔隙率下降，球体积收缩，球内各颗粒连下降，球体积收缩，球内各颗粒连接成一个致密的整体，接成一个致密的整体， 因而因而使球团的强度大大提高使球团的强度大大提高。 Fe2O3再结晶连接是铁精矿氧化球团固相固结的主要形式。再结晶连接是铁精矿氧化球团固相固结的主要形式。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础（3）Fe3O4再结晶固结再结晶固结 当中性气氛或氧化不完全，磁铁当中性气氛或氧化不完全，磁铁矿球团内部磁铁矿在矿球团内部磁铁矿在900既开始既开始发生再结晶，使球内各颗粒连接。发生再结晶，使球内各颗粒连接。 Fe3O4再结晶的速度比再结晶的速度比Fe2O3再结再结晶的速度慢。晶的速度慢。 以以Fe3O4再结晶固结的球团，其再结晶固结的球团，其强强度比度比Fe2O3再结晶固结的低再结晶固结的低 。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础（3）Fe3O4再结晶固结再结晶固结 通常生产中采用的磁铁矿精矿，通常生产中采用的磁铁矿精矿，均含有一定量的均含有一定量的SiO2，在，在1000左右时便产生部分左右时便产生部分2FeOSiO2并并出现液相，液相的多少则随球团出现液相，液相的多少则随球团中中SiO2的含量而定。的含量而定。 如果有明显的液相生成，磁铁如果有明显的液相生成，磁铁矿则呈矿则呈自形晶自形晶，此时，球团强度，此时，球团强度降低。降低。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础（4）渣键连接（液相固结）渣键连接（液相固结） 1）磁铁矿生球中磁铁矿生球中 含有一定数量含有一定数量SiO2时，时， 若焙烧在还原气氛或中性气氛若焙烧在还原气氛或中性气氛中进行，中进行， 或或Fe3O4氧化不完全，氧化不完全， 在焙烧温度在焙烧温度1000时能形成时能形成2FeOSiO2。 2FeOSiO2熔点低，且极易与熔点低，且极易与FeO及及SiO2再生成熔化温度更再生成熔化温度更低的低熔体。因此，在冷却过程中，因液相的凝固，而使球低的低熔体。因此，在冷却过程中，因液相的凝固，而使球团固结。团固结。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础（4）渣键连接渣键连接 2）此外，如果焙烧温度高于此外，如果焙烧温度高于1350，即使在氧化气氛中焙烧，即使在氧化气氛中焙烧，Fe2O3也将发生部分分解，形成也将发生部分分解，形成Fe3O4，同样会与，同样会与SiO2作用产生作用产生2FeOSiO2。 2FeOSiO2在冷却过程中很难结晶，常成玻璃质，性脆，强在冷却过程中很难结晶，常成玻璃质，性脆，强度低，且高炉冶炼中难以还原，因此度低，且高炉冶炼中难以还原，因此渣键连接不是一种良好渣键连接不是一种良好的固结形式的固结形式。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.4.2赤铁矿球团固结形式赤铁矿球团固结形式 （1）较纯赤铁矿精矿球团的高较纯赤铁矿精矿球团的高温再结晶固结形式温再结晶固结形式 用含用含Fe2O3 99.70%的赤铁矿球团进的赤铁矿球团进行试验，在氧化气氛中焙烧时发现，行试验，在氧化气氛中焙烧时发现，赤铁矿颗粒在赤铁矿颗粒在1300时才结晶，且时才结晶，且过程进行缓慢，在过程进行缓慢，在13001400温度范围内，颗粒迅速长大。焙烧温度范围内，颗粒迅速长大。焙烧30min，赤铁矿晶粒尺寸由，赤铁矿晶粒尺寸由20m增增至至400m。 此观点认为，较纯的赤铁矿球团此观点认为，较纯的赤铁矿球团的固结机理是一种简单的的固结机理是一种简单的高温再结高温再结晶晶过程。过程。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础（2）较纯赤铁矿精矿球团较纯赤铁矿精矿球团的双重固结形式的双重固结形式 对较纯赤铁矿精矿球团固结形式的对较纯赤铁矿精矿球团固结形式的另外一种观点是，双重固结形式。另外一种观点是，双重固结形式。 这种观点认为，当生球加热至这种观点认为，当生球加热至1300以上温度时，赤铁矿分解生成以上温度时，赤铁矿分解生成磁铁矿，而后磁铁矿颗粒再结晶长大，磁铁矿，而后磁铁矿颗粒再结晶长大，此为此为一次固结一次固结。 当进入冷却阶段时，磁铁矿则被重当进入冷却阶段时，磁铁矿则被重新氧化，球团内各颗粒会发生新氧化，球团内各颗粒会发生Fe2O3再再结晶和相互连生而受到一次附加固结，结晶和相互连生而受到一次附加固结，即所谓的即所谓的二次固结二次固结。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础（3）较高脉石含量的赤铁矿精矿球团的再结晶渣相较高脉石含量的赤铁矿精矿球团的再结晶渣相固结形式固结形式 1）温度）温度1100时，时，开始开始出现出现Fe2O3再结晶。再结晶。 2）1200时赤铁矿结晶明显时赤铁矿结晶明显发展发展，即产生高温再结晶固结；，即产生高温再结晶固结；这种这种Fe2O3再结晶一直发展到再结晶一直发展到1260以上的高温区。以上的高温区。 3）当焙烧温度大于）当焙烧温度大于1350时，时，Fe2O3部分又被分解成部分又被分解成Fe3O4，Fe3O4与与SiO2生成铁橄榄石生成铁橄榄石2FeOSiO2，并形成，并形成渣相固结渣相固结。 氧化气氛中焙烧赤铁矿球团氧化气氛中焙烧赤铁矿球团Fe2O3再结晶再结晶Fe2O3分解分解生成生成2FeOSiO2渣相固结渣相固结4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础（3）较高脉石含量的赤铁矿精矿球团的再结晶渣相较高脉石含量的赤铁矿精矿球团的再结晶渣相固结形式固结形式 1）赤铁矿颗粒被还原成磁铁矿和）赤铁矿颗粒被还原成磁铁矿和FeO，因此，因此900以上时，即以上时，即产生产生Fe3O4再结晶而使生球固结；再结晶而使生球固结； 2）当生球中含一定量的）当生球中含一定量的SiO2时，在高于时，在高于1000的温度下将出的温度下将出现现Fe2SiO4的液相产物，使生球得到固结。的液相产物，使生球得到固结。 但是，这种焙烧制度下但是，这种焙烧制度下所得到的球团还原性差且强度低所得到的球团还原性差且强度低。 还原气氛中焙烧赤铁矿球团还原气氛中焙烧赤铁矿球团Fe2O3被还原被还原Fe3O4再结晶再结晶生成生成2FeOSiO2渣相固结渣相固结4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础（3）较高脉石含量的赤铁矿精矿球团的再结晶渣相较高脉石含量的赤铁矿精矿球团的再结晶渣相固结形式固结形式 1）主要是靠形成主要是靠形成CaOFe2O3或或CaOSiO2而使生球固结而使生球固结。生成。生成这些化合物的过程在温度达到这些化合物的过程在温度达到1000l200时即已完成。时即已完成。 2）继续加热生球，最初引起铁酸钙的熔化）继续加热生球，最初引起铁酸钙的熔化(1216)，此后是，此后是二铁酸钙的熔化二铁酸钙的熔化(1230)，最后是硅酸钙的熔化，最后是硅酸钙的熔化(约约1540)。 3）液相润湿赤铁矿颗粒，并在球团冷却时将其粘结起来。）液相润湿赤铁矿颗粒，并在球团冷却时将其粘结起来。 氧化气氛中焙烧含氧化气氛中焙烧含CaO的赤铁矿球团的赤铁矿球团CaOFe2O3固结固结铁酸钙的熔化铁酸钙的熔化液相生成液相生成球团冷却粘结球团冷却粘结4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.4.3熔剂性球团固结形式熔剂性球团固结形式 造球中添加含造球中添加含CaO熔剂，可提高球团矿的强度。焙烧时熔剂，可提高球团矿的强度。焙烧时CaO与与Fe2O3反应，生成各种铁酸钙，铁酸钙可显著加快晶体长大，在反应，生成各种铁酸钙，铁酸钙可显著加快晶体长大，在1300以后，晶体长大以后，晶体长大更加明显更加明显。 提高球团矿强度提高球团矿强度 改善球团矿的冶金性能（还原性）改善球团矿的冶金性能（还原性） （1）含）含CaO熔剂性球团熔剂性球团 但是，含但是，含CaO的熔剂性球团，因的熔剂性球团，因为生成的铁酸钙化合物熔点低，极易为生成的铁酸钙化合物熔点低，极易生成液相，在焙烧时难以控制生成液相，在焙烧时难以控制 。原因是铁酸钙的熔融加速了单原因是铁酸钙的熔融加速了单个结晶离子的扩散，使晶体长个结晶离子的扩散，使晶体长大速度加快。大速度加快。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 对于焙烧磁铁矿球团，液相的数量不对于焙烧磁铁矿球团，液相的数量不仅与仅与CaO的添加量有关，还与磁铁矿的的添加量有关，还与磁铁矿的氧化程度有关。氧化程度有关。 如果氧化不完全，则有可能形成如果氧化不完全，则有可能形成CaO-FeO-SiO2体系的固溶体体系的固溶体。 CaOFeOSiO2与与2FeOSiO2的熔化温的熔化温度比较接近。最低熔化温度为度比较接近。最低熔化温度为1117，使得生产上难以控制。使得生产上难以控制。 （1）含）含CaO熔剂性球团熔剂性球团球团生产难以控制球团生产难以控制4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 含含CaO熔剂性球团矿在高炉冶炼时，虽然还原度高，但其熔剂性球团矿在高炉冶炼时，虽然还原度高，但其熔化和熔化和软化温度低软化温度低，在球团核心部分产生一种，在球团核心部分产生一种低熔点的液态富低熔点的液态富FeO渣渣。当。当这些液态渣把球团矿的孔隙充满后，又通过这些孔隙渗到表面，在这些液态渣把球团矿的孔隙充满后，又通过这些孔隙渗到表面，在表面形成一层表面形成一层密实的金属外壳密实的金属外壳，阻碍气体向内部渗透。，阻碍气体向内部渗透。 因此，要进一步改善熔剂性球团矿在高炉中的性能，就必因此，要进一步改善熔剂性球团矿在高炉中的性能，就必须提高浮士体和渣的熔点。须提高浮士体和渣的熔点。 （1）含）含CaO熔剂性球团熔剂性球团高炉冶炼难以完全还原高炉冶炼难以完全还原4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础（2）含含MgO熔剂性球团矿熔剂性球团矿 优点：优点： 有较高的还原度；有较高的还原度； 有较高的软化和熔融温度；有较高的软化和熔融温度； 能降低高炉焦比；能降低高炉焦比； 提高高炉产量。提高高炉产量。 因此，目前熔剂性球团矿生产中，往往添加因此，目前熔剂性球团矿生产中，往往添加含含MgO的物质，如白云石（的物质，如白云石（CaMgCO32 ）、）、蛇纹石（蛇纹石（(Mg , Fe , Ni)3Si2O5 (OH)4）和）和镁橄榄石（镁橄榄石（Mg2SiO4）等。）等。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 MgO熔剂性球团矿，其矿物组成为赤铁矿熔剂性球团矿，其矿物组成为赤铁矿(部分磁铁矿部分磁铁矿)、铁、铁酸钙、铁酸镁和渣相。酸钙、铁酸镁和渣相。 含含MgO生球焙烧时，生球焙烧时，MgO大多数赋存于铁相中大多数赋存于铁相中形成镁铁矿形成镁铁矿(MgOFe2O3)和尖晶石固溶体和尖晶石固溶体(Mg，Fe)OFe2O3； 在碱度和焙烧温度很高时，在碱度和焙烧温度很高时，MgO易进入渣相易进入渣相，生成钙镁橄榄，生成钙镁橄榄石。石。（2）含含MgO熔剂性球团矿熔剂性球团矿 矿物组成及矿物组成及MgO的赋存状态的赋存状态4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础*碱度碱度碱性矿石碱性矿石R1.3酸性矿石酸性矿石R1.0铁矿石铁矿石自熔性矿石自熔性矿石R=1.01.3R=4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 含含MgO磁铁矿球团，在氧化焙烧过程中，随着氧化的进行，磁铁矿球团，在氧化焙烧过程中，随着氧化的进行，铁离子的外扩散使铁离子的外扩散使空位形成空位形成，这些空位一部分，这些空位一部分被被Mg2+所占据所占据，稳定了磁铁矿晶格稳定了磁铁矿晶格，随着，随着MgO含量的增加，含量的增加，磁铁矿相增加磁铁矿相增加。 焙烧时，氧化速度很快，焙烧时，氧化速度很快，铁离子的扩散亦较快铁离子的扩散亦较快，相反，相反镁离子镁离子扩散速度较低扩散速度较低，尤其在低温情况下更为明显。在高温条件下，尤其在低温情况下更为明显。在高温条件下，镁与铁离子扩散速度为同一数量级，镁与铁离子扩散速度为同一数量级，镁离子向磁铁矿空位扩散，镁离子向磁铁矿空位扩散，稳定磁铁矿相。稳定磁铁矿相。（2）含含MgO熔剂性球团矿熔剂性球团矿 MgO稳定磁铁矿相稳定磁铁矿相4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 进入磁铁矿相的镁离子存有一临界值，超过此值即可稳定磁进入磁铁矿相的镁离子存有一临界值，超过此值即可稳定磁铁矿相。研究证实，在约铁矿相。研究证实，在约1300的固结温度下，在晶粒中仅仅的固结温度下，在晶粒中仅仅需要需要5的的MgO就能稳定磁铁矿的结构。就能稳定磁铁矿的结构。 （2）含含MgO熔剂性球团矿熔剂性球团矿 由于由于MgO稳定了磁铁矿相，而磁铁矿相与浮士体具有类似的稳定了磁铁矿相，而磁铁矿相与浮士体具有类似的晶格结构，在此还原阶段很少有应力产生，晶格结构，在此还原阶段很少有应力产生，降低球团的膨胀率降低球团的膨胀率。 MgO稳定磁铁矿相稳定磁铁矿相4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 1）MgO可以同浮士体形成可以同浮士体形成无限固溶体无限固溶体，使，使矿石的熔点升高矿石的熔点升高。（2）含含MgO熔剂性球团矿熔剂性球团矿 2）在）在MgO-SiO2-FeO体系中，随着体系中，随着MgO/SiO2比值提高，比值提高，渣相熔点升高渣相熔点升高。 3）增加渣中）增加渣中MgO含量，可使含量，可使SiO2活度降低活度降低，不利于，不利于SiO2同浮士体反应同浮士体反应生成低熔点且难还原的硅酸铁。生成低熔点且难还原的硅酸铁。 MgO提高浮士体和渣的熔点提高浮士体和渣的熔点4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5影响球团焙烧过程的因素影响球团焙烧过程的因素 影响球团焙烧过程的因素较多，如影响球团焙烧过程的因素较多，如 焙烧温度、焙烧温度、 加热速度、加热速度、 高温焙烧时间、高温焙烧时间、 气氛特性、气氛特性、 燃料燃烧、燃料燃烧、 冷却方法、冷却方法、 生球尺寸、生球尺寸、 精矿中含硫量、精矿中含硫量、 孔隙率、孔隙率、 等，都会对球团焙烧过程产生显著影响。等，都会对球团焙烧过程产生显著影响。 球团矿强度球团矿强度 矿物组成矿物组成 原料种类原料种类 取决于取决于 取决于取决于 还原性还原性 结构结构 焙烧制度焙烧制度4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 球团焙烧制度的要求：球团焙烧制度的要求：保证在保证在焙烧装置最大生产率焙烧装置最大生产率和和最适宜最适宜的气的气(液液)体燃料耗量体燃料耗量的前提下达到的前提下达到尽可能高的氧化、固结和脱硫尽可能高的氧化、固结和脱硫。 高炉生产对球团矿的要求：高炉生产对球团矿的要求： 无层状结构无层状结构、断面均一断面均一、充分氧化充分氧化、具有最大还原性具有最大还原性 4.5.1温度温度 温度偏低：温度偏低：各种物理化学反应进行各种物理化学反应进行缓慢，以致难以达到焙烧固结效果。缓慢，以致难以达到焙烧固结效果。 随温度逐渐升高，焙烧固结的随温度逐渐升高，焙烧固结的效果亦逐渐显著。效果亦逐渐显著。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 氧化速度开始增加较快，而后逐步减慢。氧化速度开始增加较快，而后逐步减慢。 磁铁矿表面氧化后，由于在磁铁矿表面氧化后，由于在中等温度中等温度(400578)下下，氧原，氧原子和铁离子穿透子和铁离子穿透-Fe2O3层的扩散常数较小，氧化速度大大受到层的扩散常数较小，氧化速度大大受到阻碍。阻碍。低低 在在较高的温度较高的温度(664673)下下，随着铁矿的磁性变化而形成，随着铁矿的磁性变化而形成微观裂纹和结晶晶格缺陷，磁铁矿氧化进程加快。同时，当加微观裂纹和结晶晶格缺陷，磁铁矿氧化进程加快。同时，当加热温度提高时，扩散常数亦增大。热温度提高时，扩散常数亦增大。高高 温度高于温度高于10501100时时，氧化速度开始下降。，氧化速度开始下降。降降 4.5.1温度温度 1）焙烧温度与氧化速度的关系）焙烧温度与氧化速度的关系在在13001350时，在任何焙烧时间里，时，在任何焙烧时间里，FeO含量相同。含量相同。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.1温度温度 2）氧化表面附近的含氧量）氧化表面附近的含氧量对氧对氧化速度有很大影响，使用纯氧时磁化速度有很大影响，使用纯氧时磁铁矿的氧化速度较之使用空气时的铁矿的氧化速度较之使用空气时的氧化速度氧化速度快快10倍倍以上。以上。 3）球团碱度提高）球团碱度提高可导致氧化度可导致氧化度降低，焙烧过程中的气流速度对氧降低，焙烧过程中的气流速度对氧化度亦有明显影响。化度亦有明显影响。 在在9001000 下经过下经过10min，氧化球团即可达到完全氧化。，氧化球团即可达到完全氧化。 磁铁矿氧化反应是可逆的，磁铁矿氧化放出的热量约为焙磁铁矿氧化反应是可逆的，磁铁矿氧化放出的热量约为焙烧所需全部热量的烧所需全部热量的40%。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 在球团焙烧过程中，适宜的焙烧温度应考虑以下二点：在球团焙烧过程中，适宜的焙烧温度应考虑以下二点： 4.5.1温度温度 （1）从提高质量和产量的角度出发，应尽可能选择较高温度。）从提高质量和产量的角度出发，应尽可能选择较高温度。 在较高温度下能够提高球团矿的强度，缩短焙烧时间，增加设在较高温度下能够提高球团矿的强度，缩短焙烧时间，增加设备的生产能力。备的生产能力。 但若超过最适宜值，则会使球团抗压强度迅速下降，严重时有但若超过最适宜值，则会使球团抗压强度迅速下降，严重时有可能造成球团熔融粘结。可能造成球团熔融粘结。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.1温度温度 （2）从设备条件、设备使用寿命、燃料与电力消耗角度出发，）从设备条件、设备使用寿命、燃料与电力消耗角度出发，应尽可能选择较低的焙烧温度。应尽可能选择较低的焙烧温度。 高温焙烧设备的投资与能耗巨大，所以尽可能降低焙烧温度高温焙烧设备的投资与能耗巨大，所以尽可能降低焙烧温度以提高设备使用年限和降低燃料、电力消耗是十分重要的。以提高设备使用年限和降低燃料、电力消耗是十分重要的。 但是，焙烧的最低温度应足以在生球的各颗粒之间形成牢固但是，焙烧的最低温度应足以在生球的各颗粒之间形成牢固的连接为限制。的连接为限制。 实际应兼顾上述两个方面。实际应兼顾上述两个方面。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.1温度温度 酸性球团矿酸性球团矿 Fe3O4精矿球团：精矿球团：12001250 Fe2O3精矿球团：精矿球团：13001350 原因为：原因为： Fe3O4氧化成氧化成Fe2O3，活性，活性，促进质点扩散，产生，促进质点扩散，产生固相粘结，因此固相粘结，因此Fe3O4球团在较低温度下固结；球团在较低温度下固结； Fe2O3球团中球团中晶格的质点扩散只有在较高温度下，才发生晶粒长大的再结晶格的质点扩散只有在较高温度下，才发生晶粒长大的再结晶。晶。 熔剂性球团矿熔剂性球团矿 含含CaO球团矿：球团矿：对温度较敏感，对温度较敏感，T，液相量迅速，液相量迅速 ，若温度，若温度 分布不均，则液相量分布不均，使球团强度分布不均，则液相量分布不均，使球团强度 含含MgO球团矿球团矿：渣相熔点高液相量少，焙烧温度相对要高：渣相熔点高液相量少，焙烧温度相对要高* *不同球团矿焙烧温度的选择不同球团矿焙烧温度的选择4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 球团焙烧时的加热速度，可以从球团焙烧时的加热速度，可以从12057/min的范围内波动。的范围内波动。它对球团的氧化、结构、常温强度和还原后的强度均能产生重它对球团的氧化、结构、常温强度和还原后的强度均能产生重大影响。大影响。 它比高温（它比高温（12001300）保持时间对球团的影响更大。）保持时间对球团的影响更大。 4.5.2加热速度加热速度 加热过慢，生产率加热过慢，生产率 当球团加热过快和在当球团加热过快和在1000以上的温度下氧化以上的温度下氧化时，将导致一些时，将导致一些不良后果。不良后果。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.2加热速度加热速度 （1）升温过快会使氧化反应难以进行或氧化不完全。）升温过快会使氧化反应难以进行或氧化不完全。 快速加热时，球团中磁铁矿颗粒来不及全部氧化就达到软化快速加热时，球团中磁铁矿颗粒来不及全部氧化就达到软化或产生液相的程度。或产生液相的程度。 如果精矿中如果精矿中SiO2含量偏高，在温度大于含量偏高，在温度大于1000时，未氧化的时，未氧化的Fe3O4和和FeO会与会与2FeOSiO2产生共熔混合物，引起球核熔化，产生共熔混合物，引起球核熔化，磁铁矿被液相所润湿，隔绝了与氧的接触，使球团内部的氧化磁铁矿被液相所润湿，隔绝了与氧的接触，使球团内部的氧化作用实际上停止，这样的球团矿往往具有作用实际上停止，这样的球团矿往往具有层状结构层状结构。 表层由表层由Fe2O3 组成，内层由组成，内层由Fe3O4 + 2FeOSiO24 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 球团矿的加热速度还在很大程度上影球团矿的加热速度还在很大程度上影响还原后的球团强度。响还原后的球团强度。 最适宜的加热速度，应由实验确定。最适宜的加热速度，应由实验确定。 4.5.2加热速度加热速度 （2）升温过快会使球团产生差异膨胀，球团强度变差。）升温过快会使球团产生差异膨胀，球团强度变差。 由于球团导热性不良，当升温过快时，使球团各层温度梯度由于球团导热性不良，当升温过快时，使球团各层温度梯度增大，从而产生增大，从而产生差异膨胀并引起裂纹差异膨胀并引起裂纹。由于快速加热而形成的。由于快速加热而形成的层状结构球团，在受热冲击和断裂热应力而产生的粗大或微小层状结构球团，在受热冲击和断裂热应力而产生的粗大或微小裂缝。裂缝。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.3焙烧时间焙烧时间 当温度小于当温度小于1350时，在一定的时，在一定的时间内，随着焙烧时间的延长，球时间内，随着焙烧时间的延长，球团抗压强度升高，超过一定时间，团抗压强度升高，超过一定时间，则强度保持一定值，即有一个使抗则强度保持一定值，即有一个使抗压强度保持一定的压强度保持一定的临界时间临界时间。 在在临界温度临界温度以内，焙烧温度越高，以内，焙烧温度越高，临界时间越短，抗压强度亦越大。临界时间越短，抗压强度亦越大。 然而，若达不到最适宜焙烧温度，然而，若达不到最适宜焙烧温度，即使长时间加热，也达不到最高抗即使长时间加热，也达不到最高抗压强度。压强度。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.4焙烧气氛焙烧气氛 球团焙烧时，气体介质的特性将严重影响生球的氧化、脱硫球团焙烧时，气体介质的特性将严重影响生球的氧化、脱硫和固结。通常，气体介质的特性可按燃烧产物的含氧量确定：和固结。通常，气体介质的特性可按燃烧产物的含氧量确定： 氧含量大于氧含量大于8%：强氧化气氛，：强氧化气氛，氧含量氧含量48%：正常氧化气氛，：正常氧化气氛，氧含量氧含量1.54%：弱氧化气氛，：弱氧化气氛，氧含量氧含量11.5%：中性气氛，：中性气氛，氧含量小于氧含量小于l%：还原性气氛。：还原性气氛。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.4焙烧气氛焙烧气氛 磁铁矿球团磁铁矿球团 在在氧化气氛氧化气氛中焙烧，可以获得强度和还原性都很好的中焙烧，可以获得强度和还原性都很好的Fe2O3再结晶固结再结晶固结的球团矿；的球团矿； 而在而在中性或还原性气氛中性或还原性气氛中焙烧时，获得中焙烧时，获得Fe3O4再结晶或渣相再结晶或渣相固结固结的球团矿。后者的强度和还原性均不如前者。的球团矿。后者的强度和还原性均不如前者。 赤铁矿球团赤铁矿球团不同焙烧气氛对强度影响不大。不同焙烧气氛对强度影响不大。 褐铁矿球团褐铁矿球团在氮气、水蒸气、二氧化碳在氮气、水蒸气、二氧化碳气氛中焙烧均能获得较高强度。随着氧含量气氛中焙烧均能获得较高强度。随着氧含量的加大，球团强度反而降低。的加大，球团强度反而降低。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.5燃料性质燃料性质 球团生产可采用球团生产可采用重油、煤气重油、煤气和和煤粉煤粉甚至甚至焦粉焦粉作为燃料。燃料作为燃料。燃料的种类，对焙烧过程具有不同的影响。的种类，对焙烧过程具有不同的影响。 （1）使用）使用液体或气体燃料液体或气体燃料时，与固体燃料相比，可得到时，与固体燃料相比，可得到最好最好焙烧效果焙烧效果。 因为加热速度、焙烧温度、废气速度和废气中氧含量等因为加热速度、焙烧温度、废气速度和废气中氧含量等易于调易于调节节，焙烧可以控制在氧化气氛中进行。，焙烧可以控制在氧化气氛中进行。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.5燃料性质燃料性质 （2）煤粉煤粉对磁铁矿生球固结产生对磁铁矿生球固结产生不利影响不利影响。 在煤粉在煤粉着火前着火前(600800)的焙烧开始时期，气体中的的焙烧开始时期，气体中的氧较易氧较易穿过穿过煤层进入生球并使磁铁矿氧化。但由于此时煤层进入生球并使磁铁矿氧化。但由于此时温度不高温度不高，磁铁，磁铁矿的氧化通常不足矿的氧化通常不足50%。 当煤粉当煤粉着火以后着火以后，球层中的，球层中的温度急剧上升温度急剧上升，通过球层中气体，通过球层中气体的的氧基本消耗在煤的燃烧上氧基本消耗在煤的燃烧上。 尽管温度升高，但磁铁矿的氧化却相应减慢。此时，球团的加尽管温度升高，但磁铁矿的氧化却相应减慢。此时，球团的加热呈不均匀状，较易引起球团的开裂。热呈不均匀状，较易引起球团的开裂。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 精矿中含精矿中含SiO2较多时，则新生成的较多时，则新生成的Fe3O4和和FeO会形成会形成2FeOSiO2从而引起球团表面熔化，使球团内部的从而引起球团表面熔化，使球团内部的Fe3O4实际上停实际上停止氧化止氧化。 留在球团内部的留在球团内部的Fe3O4随随SiO2含量含量的不同，或者形成的不同，或者形成Fe3O4再结晶，再结晶，或者进入硅酸盐组成熔融体。或者进入硅酸盐组成熔融体。 在在高于高于1000的温度下，煤的反应能力很强，以致在铁氧化的温度下，煤的反应能力很强，以致在铁氧化物和煤直接接触的地方，物和煤直接接触的地方，Fe2O3反而还原反而还原成成Fe3O4和和FeO。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 随着随着煤粉的烧尽煤粉的烧尽，气体中，气体中游离氧的数量增加游离氧的数量增加，但此时球团，但此时球团已开始冷却，生球表层的已开始冷却，生球表层的Fe3O4又重新氧化成又重新氧化成Fe2O3。 在在熔剂性球团熔剂性球团焙烧时，煤粉燃烧的焙烧时，煤粉燃烧的还原性气氛还原性气氛严重地妨碍严重地妨碍了了Fe3O4的完全氧化。的完全氧化。 不利于产生不利于产生CaOFe2O3液相的固结形式。液相的固结形式。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.5燃料性质燃料性质 焦粉除了着火温度比煤粉高之外，同样在焦粉除了着火温度比煤粉高之外，同样在燃烧燃烧时会时会妨碍妨碍磁磁铁矿颗粒的铁矿颗粒的氧化氧化，甚至使氧化作用完全停止。，甚至使氧化作用完全停止。 此外，若焦粉周围此外，若焦粉周围氧含量不足时氧含量不足时，燃烧反应十分缓慢，单，燃烧反应十分缓慢，单位时间内释放的热量较低。在大用量焦粉情况下，仍位时间内释放的热量较低。在大用量焦粉情况下，仍不能达到不能达到所需温度所需温度。 如果如果抽风速度过大抽风速度过大，焦粉将燃烧得十分激烈，球团迅速熔，焦粉将燃烧得十分激烈，球团迅速熔化粘结，或者焦粉被废气带走。同时，化粘结，或者焦粉被废气带走。同时，热量的散失亦很大热量的散失亦很大，球，球团表面急剧冷却，团表面急剧冷却，影响球团强度影响球团强度。 （3）焦粉焦粉对磁铁矿生球固结产生对磁铁矿生球固结产生不利影响不利影响。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.5燃料性质燃料性质 由此可看出，固体燃料尽管价廉易得，但对焙烧过程危害严由此可看出，固体燃料尽管价廉易得，但对焙烧过程危害严重。通常情况下，对于大型球团厂，不应改用固体燃料进行氧重。通常情况下，对于大型球团厂，不应改用固体燃料进行氧化焙烧。化焙烧。 对于中小型球团厂，采用固体燃料时，也需要采取相应的对于中小型球团厂，采用固体燃料时，也需要采取相应的补补救措施救措施。 如：加强细磨，降低固燃粒度；加强混匀，尽量避免固体燃如：加强细磨，降低固燃粒度；加强混匀，尽量避免固体燃料集中燃烧等。料集中燃烧等。 （4）球团生产中）球团生产中燃料的选择燃料的选择。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.6冷却冷却 满足球团生产的需要满足球团生产的需要 炽热的球团矿，必然造成炽热的球团矿，必然造成 劳动条件恶劣劳动条件恶劣 运输和储存困难运输和储存困难 以及设备的先期烧损等，以及设备的先期烧损等， 故必须进行冷却。故必须进行冷却。 （1）冷却的作用）冷却的作用 冷却后的球团矿经筛分分成成品矿（冷却后的球团矿经筛分分成成品矿（10mm）、铺底料）、铺底料（510mm）、返矿（）、返矿（5mm），铺底料直接加到焙烧机上，），铺底料直接加到焙烧机上，返矿经过磨碎（至返矿经过磨碎（至0.5mm）后再参加混料和造球。）后再参加混料和造球。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 满足下步冶炼的工艺要求满足下步冶炼的工艺要求 1）冷球团矿可以用皮带运输机直接送到高炉，大大简化运）冷球团矿可以用皮带运输机直接送到高炉，大大简化运输系统。输系统。 2）冷球团矿便于进行高炉槽下过筛，大大减少入炉料中的）冷球团矿便于进行高炉槽下过筛，大大减少入炉料中的粉末，有利于改善高炉料柱透气性。粉末，有利于改善高炉料柱透气性。 3）高炉使用冷球团矿可以延长贮矿槽、上料系统和炉顶装）高炉使用冷球团矿可以延长贮矿槽、上料系统和炉顶装料设备的使用寿命，并可改善配料和上料系统的劳动条件。料设备的使用寿命，并可改善配料和上料系统的劳动条件。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础 有效地利用废气热能，节省燃料有效地利用废气热能，节省燃料 如：被加热到如：被加热到750800的热空气可返回均热带或作为二的热空气可返回均热带或作为二次助燃热风；被加热到次助燃热风；被加热到300330的热空气可作为干燥带的的热空气可作为干燥带的热介质或一次助燃热风。热介质或一次助燃热风。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.6冷却冷却 球团的冷却速度与球的直径有关，研究证明与球团直径球团的冷却速度与球的直径有关，研究证明与球团直径D-1.4成正比。因此，成正比。因此，直径愈小冷却愈快直径愈小冷却愈快。 冷却速度是决定球团强度的重要因素。冷却速度是决定球团强度的重要因素。 快速冷却将增加球团破坏的温度应力，降低球团强度。快速冷却将增加球团破坏的温度应力，降低球团强度。 当冷却速度超过最适宜值时，抗压强度的下降是由于球团结当冷却速度超过最适宜值时，抗压强度的下降是由于球团结构中产生构中产生逾限应变逾限应变引起焙烧过程中所形成的粘结键破坏所致。引起焙烧过程中所形成的粘结键破坏所致。 （2）冷却速度）冷却速度4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.6冷却冷却 以以100/min的速度冷却时，球团强度与冷却的球团最终的速度冷却时，球团强度与冷却的球团最终温度成反比。温度成反比。 用水冷却时，球团抗压强度从单球用水冷却时，球团抗压强度从单球2626N降至降至1558N，同时，同时粉末粒级含量增加粉末粒级含量增加3倍。倍。 为了获得高强度的球团，应以为了获得高强度的球团，应以100/min的速度冷却到尽的速度冷却到尽可能低的温度，进一步的冷却应该在自然条件下进行，严禁用可能低的温度，进一步的冷却应该在自然条件下进行，严禁用水或用蒸气冷却。水或用蒸气冷却。 （3）冷却方式与效果）冷却方式与效果4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.7生球尺寸生球尺寸 球团焙烧时，生球的氧化和固结速度与生球的尺寸有关。由球团焙烧时，生球的氧化和固结速度与生球的尺寸有关。由于生球的导热性较差，球尺寸不宜过大。于生球的导热性较差，球尺寸不宜过大。d=8mm，单位焙烧热耗，单位焙烧热耗1758KJ/Kg，Q热热=360KJ/Kgd=16mm，单位焙烧热耗，单位焙烧热耗2345KJ/Kg，Q热热=850KJ/Kg4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.7生球尺寸生球尺寸 * 生球尺寸生球尺寸d与焙烧及冷却时间的关系与焙烧及冷却时间的关系 d=10mm时，时，tr最短最短 d=12mm时，时，tc最短最短 综合焙烧和冷却时间看，综合焙烧和冷却时间看， d=11mm较好较好 球团的氧化和还原时间与球团直径的平方成正比。球团的氧化和还原时间与球团直径的平方成正比。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.7生球尺寸生球尺寸 *生球的尺寸过大的不利影响生球的尺寸过大的不利影响 由于生球导热性小，若在较大的风速下进行焙烧，将导致部由于生球导热性小，若在较大的风速下进行焙烧，将导致部分热量随抽过的废气带走而损失掉。分热量随抽过的废气带走而损失掉。 其次，生球尺寸愈大氧气愈难进入球团内部，致使球团的氧其次，生球尺寸愈大氧气愈难进入球团内部，致使球团的氧化和固结进行的慢且不完全。化和固结进行的慢且不完全。 球团焙烧时，生球尺寸一般不应大于球团焙烧时，生球尺寸一般不应大于16mm，下限按冶炼要，下限按冶炼要求决定，一般不小于求决定，一般不小于89mm。 生球尺寸的减小，无论对造球还是焙烧都是有利的。生球尺寸的减小，无论对造球还是焙烧都是有利的。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.8硫含量硫含量精矿中硫含量偏高时，由于氧对硫的亲和力比氧对铁的亲和精矿中硫含量偏高时，由于氧对硫的亲和力比氧对铁的亲和力大，故力大，故硫首先氧化硫首先氧化，从而妨碍磁铁矿的氧化。，从而妨碍磁铁矿的氧化。含含硫气体的外逸硫气体的外逸，不仅可隔断氧向球核的扩散，而且可阻碍，不仅可隔断氧向球核的扩散，而且可阻碍矿粒的固结。矿粒的固结。最终导致出现最终导致出现层状结构层状结构，其外壳呈氧化成了的赤铁矿，内核，其外壳呈氧化成了的赤铁矿，内核却是大量硅酸铁粘结相的磁铁矿。却是大量硅酸铁粘结相的磁铁矿。 这些磁铁矿的软化温度较之赤铁矿低，故在高温作用下，这些磁铁矿的软化温度较之赤铁矿低，故在高温作用下，内内核发生收缩与外壳分离形成核发生收缩与外壳分离形成空腔空腔，显著降低了球团的强度。，显著降低了球团的强度。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.8硫含量硫含量 精矿中的硫含量不仅影响球团强度，而且精矿中的硫含量不仅影响球团强度，而且影响球团的固结影响球团的固结速度速度。所以，当生产非熔剂性球团时，对精矿质量的要求，。所以，当生产非熔剂性球团时，对精矿质量的要求，至少应比生产熔剂性球团时更为严格。至少应比生产熔剂性球团时更为严格。 精矿中硫含量的临界值一般为精矿中硫含量的临界值一般为0.5%。 精矿中含硫量愈高，空腔尺寸就愈大。精矿中含硫量愈高，空腔尺寸就愈大。p 外壳：外壳：980N压力压力p 核心：核心：2940N。 4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.9孔隙率孔隙率 球团矿的强度根据焙烧固结的类型不同而异，若固结形式球团矿的强度根据焙烧固结的类型不同而异，若固结形式相同，则首先取决于固相与孔隙的分布（即孔隙率、平均孔相同，则首先取决于固相与孔隙的分布（即孔隙率、平均孔隙尺寸、孔隙的分布情况、矿粒结晶尺寸等），其次取决于隙尺寸、孔隙的分布情况、矿粒结晶尺寸等），其次取决于固相本身强度。固相本身强度。 随着孔隙率的减小和晶粒半径的缩小，球团强度提高。随着孔隙率的减小和晶粒半径的缩小，球团强度提高。 采用提高焙烧温度的办法以减小孔隙率，采用提高焙烧温度的办法以减小孔隙率， 采用降低原料粒度的办法减小晶粒尺寸。采用降低原料粒度的办法减小晶粒尺寸。4 球团焙烧的理论基础球团焙烧的理论基础4.5.9孔隙率孔隙率 孔隙率不能无限制减少，应力求孔隙率不能无限制减少，应力求减少粗孔隙的体积减少粗孔隙的体积并使孔隙并使孔隙沿球团半径更均匀地分布。沿球团半径更均匀地分布。 熔剂性球团熔剂性球团较之非熔剂性球团的强度低，是由于熔剂球团渣较之非熔剂性球团的强度低，是由于熔剂球团渣键本身的强度较小，且混合料粒度不均匀造成结构不均匀的缘键本身的强度较小，且混合料粒度不均匀造成结构不均匀的缘故所致。故所致。 采用细磨的石灰石，可消除采用细磨的石灰石，可消除这一现象。这一现象。 采用各组分一起细磨的方法采用各组分一起细磨的方法则有助于球团中孔隙率的均匀则有助于球团中孔隙率的均匀分布。分布。