《烧结理论与工艺》第七章 烧结过程成矿机理
烧结过程的主要机理
烧结过程的主要机理
嘿，咱今儿就来聊聊这烧结过程的主要机理呀！这就好像是一场奇妙的“变形记”。
你看啊，那些粉末颗粒就像是一群调皮的小孩子，一开始都各玩各的。
但当把它们放到一起，再给点温度呀、压力呀这些条件，嘿，神奇的事情就发生啦！它们就开始相互靠近，你挤我我挤你的，慢慢就黏在一起啦。
这其中啊，有个很重要的环节，那就是扩散。
这扩散就好比是这些小孩子们互相分享自己的玩具一样，你给我一点，我给你一点，慢慢地大家就变得亲密无间啦。
通过扩散，这些粉末颗粒之间的物质就开始流动，把它们紧紧地连接在一起。
还有啊，表面能也起着不小的作用呢！这表面能就像是小孩子们想要一起玩的那种渴望。
为了降低这个表面能，它们就会努力地去结合，让自己变得更稳定。
这烧结过程可不简单呀，就跟盖房子似的。
你得先把材料准备好，然后一点一点地搭建起来。
粉末颗粒们也是这样，在温度和其他条件的促使下，一点一点地形成一个坚固的整体。
想象一下，如果没有这些奇妙的机理，我们怎么能得到那些坚硬的烧结制品呢？那我们生活中的好多东西可就没法做出来啦！比如说那些精美的陶瓷制品，不就是通过烧结才变得那么漂亮、那么耐用的嘛。
而且呀，这烧结过程还很考验技术呢！温度高了不行，低了也不行，就跟做饭掌握火候一样重要。
要是火候不对，那做出来的东西可就不咋地啦。
所以说呀，这烧结过程的主要机理可真是太有意思啦！它就像是一个魔法，把那些小小的粉末颗粒变成了我们生活中各种各样有用的东西。
咱可不能小瞧了它哟！这就是烧结过程的神奇之处，让我们对它充满了敬畏和好奇。
铁矿粉烧结理论课件
25
82.0
81.5
24
81.0
2.3 烧结料层的废气组成及影响因素
烧结料层是典型的固定床，但与一般固定床燃料燃烧相比又有很大的不同。 (1)烧结料层中碳含量少、粒度细而且分散，按重量计燃料只占总料重的3％～5%， 按体积计不到总料体积的10％； (2)烧结料层中的热交换十分有利，固体碳颗粒燃烧迅速，且在一个厚度不大(一般 为30～40mm)的高温区内进行。高温废气降低很快，二次燃烧反应不会有明显的发 展； (3)烧结料层中一般空气过剩系数较高(常为1.4～1.5)，故废气中均含一定数量的氧。
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燃 料 中 煤 粉 含 量 /%
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燃 料 中 煤 粉 含 量 /%
图4－9 焦、煤对比(韶钢试验)
60
RI/%
2.3.固体燃料的用量
在烧结过程中，氧化物的再结晶，高 价氧化物的还原和分解，低价氧化物的氧 化物的氧化,液相生成数量，烧结矿的矿 物组成及烧结矿的宏观和微观结构等，在 很大程度上取决于燃料的用量，对不同种 类的矿石，烧结最适宜的燃料用量亦不同；
预热层 干燥层 湿料层 铺底料层
300~400℃
120℃ 60℃
冷却、再氧化
1000~1100℃
冷却、再结晶（塑性烧结矿）
固体碳燃烧和液相形成
700~800℃ 固相反应、氧化、还原、分解
去水
水分凝结
温度℃
最高温度点在燃烧层中部，高温持续时间1~1.5min 负压1000~1600mmH2O
表面赤热部分
因此焦粉和无烟煤中的挥发分含量，不应超过5％。
24
1.7
利 用 系数 /t/hm2
烧结生产工艺
8）、烧结矿整粒
主要设备： 1、一次冷矿筛（椭圆振动筛） 2000×6000、筛孔20mm 2、二次冷矿筛（直线振动筛） 2000×6000、筛孔5mm； 10mm。 整粒分级为： 1、大成品≥20mm； 2、铺底料：10-20mm； 3、小成品：5-10mm； 4、冷返矿：≤5mm。 我厂大小成品分后又混供。
4）、烧结配料
一、主要设备： 1、配料圆盘； 2、拉式皮带机； 3、配消器及湿 式除尘器； 4、配料矿槽； 5、称量设备；
二、配料的目的： 1、使烧结料化学成份和物理性质稳定，符合烧结生 产需要； 2、使烧结料有一定的原始透气性，提高烧结生产率； 3、使烧结料化学成份稳定，符合高炉冶炼需要； 4、实现烧结和炼铁的物料平衡、资源利用和效益最 大化。 三、配料方法： 1、容积配料法； 2、重量配料法；
2、水分的蒸发、冷凝与结晶水分解
一、水的作用： 1、利用水的表面张力，将烧结料制成具有 一定强度的颗粒和小球； 2、在料层自动蓄热过程中将温度压缩在一 个较窄的区间内。 二、蒸发与冷凝： H2O（液）=H2O（气） 三、露点 四：结晶水的分解：
3、碳酸盐的分解和氧化钙的化合
9、烧结矿贮存与转运
1、成品矿槽：360m3×6； 2、SW系列皮带机； 3、S系列皮带机。
10、抽风与除尘
1、主抽风机；额定风量9000m3/min；匹 配电机3200KW；大烟道直径3600mm； 2、机头除尘器：198m2(4电场)；多管除尘 器824管； 3、成品电除尘器50m2(3电场)；燃料电除 尘器30m2(3电场)；1#、2#机尾电除尘器 40m2(3电场)；配料电除尘器40m2(3电 场)。
4、铁氧化物分解、氧化和还原
1、铁氧化物主要有三种形态：FeO、Fe2O3、 Fe3O4 2、分解：3Fe2O3=2Fe3O4+1/2O2。 3、氧化和还原： Fe FeO Fe3O4 Fe2O3 从左至右为氧化过程，放热；从右至左为还 原过程，吸热。 4、烧结过程总体上是氧化气氛，局部存在还 原气氛。
烧结原理(详细资料)
烧结原理所谓烧结就是将粉末压坯加热到一定温度（烧结温度）并保持一定的时间（保温时间），然后冷却下来，从而得到所需性能的材料，这种热处理工艺叫做烧结。
烧结使多孔的粉末压坯变为具有一定组织和性能的制品，尽管制品性能与烧结前的许多工艺因素有关，但是在许多情况下，烧结工艺对最终制品组织和性能有着重大的甚至是决定性的影响。
硬质合金的烧结过程是比较复杂的，但是这些基本知识又是必须掌握的。
4.1 烧结过程的分类烧结过程的分类方法很多，按烧结制品组元的多少可以分为单元系烧结和多元系烧结，如钨、钼条烧结属于单元系烧结，硬质合金绕结则属于多元系烧结。
按烧结时组元中相的状态分为固相烧结和液相烧结，如钨钼的烧结过程中不出现液相，属于固相烧结，硬质合金制品在烧结过程中会出现液相，属于液相烧结。
按工艺特征来分，可分为氢气烧结、真空烧结、活化烧结、热等静压烧结等。
许多烧结方法都能用于硬质合金的烧结。
此外，还可以依烧结材料的名称来分，如硬质合金烧结，钼顶头烧结。
从学习烧结过程的实质来说，将烧结过程分为固相烧结和液相烧结两大类是比较合理的，但在生产中多按烧结工艺特点来进行分类。
4.2 烧结过程的基本变化硬质合金压坯经过烧结后，最容易观察到的变化是压块体积收缩变小，强度急剧增大，压块孔隙度一般为50%，而烧结后制品已接近理论密度，其孔隙一般应小于0.2%，压块强度的变化就更大了，烧结前压坯强度低到无法用一般方法来测定，压坯只承受生产过程中转移时所必备的强度，而烧结后制品却能达到满足各种苛刻工作条件所需要的强度值,显然制品强度提高的幅度较之密度的提高要大得多。
制品强度及其他物理机械能的突变说明在烧结过程中压块发生了质的变化。
在压制过程中，虽然由于外力的作用能增加粉末体的接触面,而颗粒中表面原子和分子还是杂乱无章的，甚至还存在有内应力，颗粒间的联结力是很弱的，但烧结后颗粒表面接触状态发生了质的变化，这是由于粉末接触表面原子﹑分子进行化学反应，以及扩散、流动、晶粒长大等物理化学变化，使颗粒间接触紧密，内应力消除，制品形成了一个强的整体，从而使其性能大大提高。
烧结过程及机理共30页
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
烧结பைடு நூலகம்程及机理
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
铁矿粉烧结过程基础理论
铁矿粉烧结过程基础理论序言：在学习配料技术之前把烧结的基础理论知识和工艺特点温习一遍。
这是学习烧结配料技术的基础，要完全掌握、理解透彻。
铁矿粉烧结是整个钢铁冶炼长流程的首道综合性生产环节，从工艺生产的角度来讲，钢铁冶炼是从铁矿粉烧结开始的，以下简称烧结。
烧结是生产人造富矿的最主要的方法。
（高碱度烧结矿+酸性球团矿是现今我国最流行的高炉冶炼方法。
）将铁精粉（国内磁铁贫矿经过破碎、浮选和磁选）、富矿粉、钢铁冶炼生产中回收的含铁较高的粉末类副产品（高炉和转炉炉尘、轧钢铁皮、高品位钢渣粉等）、熔剂（白云石、菱镁石、石灰石和生石灰等）和燃料（焦粉和无烟煤），按一定比例配料，加水混合制成具有一定粒度的混合料，均匀平铺在烧结台车上，经过点火抽风烧结成块。
再经过破碎、筛分，加工成具有一定强度和粒度组成的人造富矿的过程叫做－烧结。
一、烧结生产的意义1、烧结生产是一种人造富矿的制作方法，这种方法使地壳中大量的低品位铁矿加工成人造富铁矿，用以满足高炉冶炼优质、高产、低耗的冶炼需要。
2、烧结生产中可以应用转炉炉尘、高炉炉尘、轧钢皮、钢渣等钢铁冶炼副产品和硫酸渣等化工副产品，这些废料在烧结过程中得到充分地再利用，做到变废为宝，为企业带来节能环保和降低原料成本的双重效益。
3、烧结生产的烧结矿和天然富矿块相比，更适合高炉冶炼的需要。
主要表现在：成分稳定、粒度适中、低温还原粉化率低、炉内的热强度和整体还原度良好、造渣流动性好。
这些特性使得高炉冶炼更容易调节炉况、稳定生产、提高产量和降低焦比。
4、烧结过程可以除去原燃料中90%以上的硫化物和80%以上的氟化物等钢铁冶炼的有害杂质，大大地简化了后续钢铁冶炼流程中脱硫脱氟等去杂质的工艺，不仅调升了产品质量，而且也极大地降低了钢铁冶炼成本。
二、烧结生产过程1、烧结工艺流程大多数人开始学习烧结工艺的时候，首先学习的就是工艺流程图，我们去某个地方参观或者学习时，也必先熟悉那里的工艺流程图。
铁矿粉烧结理论
烧结速度/mm/min
21 20 19 18 17 16 15 14 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 29 28 27 26 25 24 23 22 21 4.1 4.0 3.9 3.8 3.7 3.6 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
一般来说，碳的燃烧在较低温度和氧含量较高的条件下，以生成CO2为主；在较高 温度和氧含量较低的条件下，以生成CO为主。烧结废气中，碳的氧化物是以CO2为 主，只含少量的CO。
图4－2 在烧结试验过程测得废气中的 氧气、二氧化碳和一氧化碳的变化
(试验所用燃料量为7％)
通常用燃烧比(CO/CO+CO2)来衡量烧结过程中碳的化学能利用程度，用废气成分 来衡量烧结过程的气氛。燃烧比大则碳的利用差，还原性气氛较强，反之碳的利用 好，氧化气氛较强。还原性气氛较强时，CO可以将Fe2O3还原为Fe3O4，因此，烧结 混合料中配碳量越过，烧结矿亚铁含量越高。 影响燃烧比的因素有： a.燃料粒度 (图4-3) b.混合料中燃料含量 (图4-4) c.烧结负压 (图4-5) d.料层高度 (图4-6) e.返矿量 (图4-7)
R
当扩散速率与化学反应同步，即 = 时，整个反应稳定进行， 则碳粒燃烧的总速度为：
V VR KD KR S CO2 KCO2 KD KR
VD
VR
K K K ≈ ，此时，过程的总速度取决于化学 在低温下， K ﹤﹤ ， 反应速度，称燃烧处于“动力学燃烧区”。
R D R
在高温下， ﹤﹤ ， ≈ ，此时，过程的总速度取决于氧的 扩散速度，称燃烧处于“扩散燃烧区”。 当燃烧处于动力燃烧区时，燃烧速度受温度影响较大，随温 度升高而增加，而不受气流速度、压力和固体燃料粒度的影响。 当燃烧处于扩散燃烧区时，燃烧速度取决于气体的扩散速度， 而温度的改变影响不大。 烧结过程在点火后不到一分钟，料层温度升高到1200℃～ 1350℃，故其燃烧反应基本上是在扩散区内进行，因此，一切 能够增加扩散速度的因素，如减小燃料粒度、增加气流速度 （改善料层透气性、增加风机风量）和气流中的氧含量，都能 提高燃烧反应速度，强化烧结过程。
烧结原理
烧结机烧结原理从成球工段送来的生料球，经导料槽分散丁台车上，随着台车的前进。
挡料板将料层刮平，保持一定的料层厚度，继而料层进入点火器下方。
点火温度为1150 N1300℃。
因料球内含有炭分，上层料球很快点着并燃烧，形成12(J0～1300℃的灼烧层。
台车离点火器后继续前进，灼烧层也逐渐向下推进。
空气从料层表面被吸入，自上而下温度逐渐提高，通过灼烧层并预热下部生料球，最后进入吸风箱，被通风机抽出。
这样，料球从表皮到球心，料层从上层到下层不断烧结，如图3－3所示图3－3烧结机料层焙烧示意图在烧结过程中，料球进行复杂的物理化学反应。
随着可燃质烧尽，烧结的料层又自上而下逐渐冷却。
台车行至尾端沿导轨滚动滑落，已烧结并初步冷却的陶粒自动翻落卸出，空台车进入下部导轨又渐渐向传动装置方向移动，开始新的工作循环。
由于烧结机环行导轨上的台车紧密排列，形成一个封闭的联动带，从而使陶粒焙烧得以不间断地连续进行。
料球在焙烧过程中，产生部分软化和液相，特别在料球表面液相较多。
整个料球进行复杂的固相反应和液相反应，形成晶体矿物和较多的玻璃体。
主要的晶体矿物有莫来石(3AI203.2S102)、n—Sioz等。
莫来石和玻璃体具有较高的强度，在陶粒表面，以玻璃体为主形成一层坚硬的外壳（厚度0. 5mm左右），使焙烧后的粉煤灰陶粒具有较高的强度。
烧结粉煤灰陶粒内部形成许多细微孔，因而堆积密度小。
关于气孔形成的原因，国内外说法不一。
但多数认为主要是焙烧时料球内部产生气体而引起的。
焙烧时料球内部产生气体的原因大致有以下几种：①料球内的水分气化，产生水蒸气；②料球内炭粒燃烧和挥发分产生C02、c0、S03等气体}③料球内盐类（如碳酸盐、硫酸盐、含水硅酸盐等）分解，产生C02、S03、Hz0等气体；④料球内由于氧气不足，焙烧时使氧化铁还原成氧化亚铁放出C02等气体。
除了产生气体而形成的气孔外，还有其他一些原因造成气孔。
如成球时的机械作用形成部分孔隙，粉煤灰颗粒的玻璃质内原有的部分气iL等。
《烧结理论与工艺》第七章 烧结过程成矿机理
气氛对固相反应也有重要影响。它可以通过改变固体吸附特性而影响表 面反应活性。气氛可直接影响晶体表面缺陷的浓度、扩散机构和扩散速 度。
烧结理论与工艺
④添加剂的影响
添加剂（矿化剂）： 在固相反应体系中加入少量非反应物物质或由于 某些可能存在于原料中的杂质，常会对反应产生特殊的作用，这些物 质在反应过程中不与反应物或反应产物起化学反应，但它们以不同的 方式和程度影响着反应的某些环节。 作用： 1)改变反应机构降低反应活化能； 2)影响晶核的生成速率； 3)影响 结晶速率及晶格结构； 4)降低体系共熔点，改善液相性质等。 例如烧结混合料中添加亚铁酸盐（表 7-3）
①
②
③
⑥
⑤
④
烧结理论与工艺
7.1 烧结过程固相反应
（一）固相反应基础知识 （ 3 ）反应特点 （ 3 ）反应特点
①固相反应开始温度常远低于反应物的熔点或系统低共熔点温度；此温度与反 应物内部开始呈现明显扩散作用的温度一致，称为泰曼温度 或烧结开始温度 不同物质泰曼温度与其熔点的关系： 金属 0.3～0.4Tm 泰曼温度 盐类 0.57Tm 硅酸盐类 0.8～0.9Tm ②固相反应速度随着温度的提高而加速,与反应物颗粒的大小成反比。 ③固体质点间作用力很大，扩散受到限制，而且反应组分局限在固体中，使 反应只能在界面上进行，反应速度总体较慢 ，反应的最初产物与反应物的浓 度无关 。 烧结理论与工艺
磁铁矿熔剂性烧结料中固相反应
烧结理论与工艺
固相反应在烧结过程中的作用 固相反应在烧结过程中的作用
①能促进原始烧结料所没有的易熔化的新物质的形成
②加速液相生成速度
固相反应产物不能决定烧结矿最终矿物成分
烧结理论与工艺
影响烧结固相反应的因素 影响烧结固相反应的因素
烧结过程及机理共30页文档
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自的 无知。 ——笛 卡儿
烧结过程及机理
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
烧结理论基础备
1、烧结原理概述烧结是目前国内外钢铁企业最广泛采用的铁原产造块方法。
现在各烧结厂使用的烧结机几乎都是下部抽风的带式烧结机。
据此，烧结过程可以概括为：将烧结混合料配以适量的水分，经混匀及制粒后铺到烧结机的台车上，烧结料表面点火，在下部风箱强制抽风作用下，料层内燃烧自上而下燃烧并放热，混合料在高温作用下发生一系列物理、化学变化，最终固结成烧结矿。
对烧结过程的解剖研究，抽风烧结过程有明显的分层性。
一般自上而下分为五层：烧结矿带、燃烧带、预热干燥带、水分冷凝带及原始料带。
烧结点火后，五带依次出现，随时间的推移，各层向下移动，最后各层又依次消失，最后剩下的全部是烧结矿层。
烧结矿带又称成矿带，在烧结矿层中，空气被预热，烧结矿被冷却，表面和裂缝处出现氧化现象。
在同燃烧层接近处所生成的液相温度降低冷凝并结晶，使烧结料固结，形成烧结矿。
在燃烧带内，燃料被上部加热的空气氧化燃烧，放出热量，使烧结料加热，温度升高（一般可达1100~1500℃）。
从燃料开始着火（焦粉着火温度一般为700℃）到燃烧完毕需要一定时间，燃烧带有一定厚度（15~80mm）。
在燃烧带内进行着软熔、还原、氧化以及石灰石和硫化物分解等反应。
此带对烧结过程产量及质量影响很大。
该带过宽则料层透气性差，导致产量低，过窄则烧结温度低，液相量不足，烧结矿粘结不好，强度低。
该带的宽窄受燃烧粒度、抽风量等因素影响。
在干燥预热层中发生水分蒸发，并从燃烧带出来的高温废气中吸收热量，使燃料加热到着火温度。
此层内还会出现固相反应、氧化还原反应以及结晶水分解等。
此带特点是热交换迅速，由于热交换剧烈，废气温度很快从1000℃下降到60~70℃。
水分冷凝带又称过湿带，因上层下来的废气中含有大量水汽，由于废气温度降低到与之相应的露点以下，水汽重新凝结于混合中，产生过湿现象。
水分冷凝破坏已造好的混合料小球，使料层透气性变差。
原始料带处于料层最下部。
在此带中物料的物理、化学性质基本不变。
烧结工艺理论知识（全面）
烧结工艺理论知识（全面）第一章烧结生产概述§1-1 烧结生产在冶金工业中的地位一、简述烧结工艺的产生和发展烧结方法在冶金生产中的应用，起初是为了处理矿山、冶金、化工厂的废气物（如富矿粉、高炉炉尘、扎钢皮、炉渣等）以便回收利用。
随着钢铁工业的快速发展，矿石的开采量和矿粉的生成量亦大大增加。
据统计，每生产1t生铁需1.7～1.9t铁矿石，若是贫矿，需要的铁矿石则更多。
另外，由于长期的开采和消耗，能直接用来冶炼的富矿愈来愈少，人们不得不大量开采贫矿（含铁25%～30%）。
但贫矿直接入炉冶炼是很不经济的，所以必须经过选矿处理。
选矿后的精矿粉，在含铁品位上是提高了，但其粒度不符合高炉冶炼要求。
因此，对开采出来的粉矿（0～8mm）和精矿粉都必须经过造块后方可用于冶炼。
我国铁矿资源丰富，但贫矿较多，约占80%以上，因此，冶炼前大都需经破碎、筛分、选矿和造块等处理过程。
烧结生产的历史已有一个多世纪。
它起源于资本主义发展较早的英国、瑞典和德国。
大约在1870年前后，这些国家就开始使用烧结锅。
我国在1949年以前，鞍山虽建有10台烧结机，总面积330m2，但工艺设备落后，生产能力很低，最高年产量仅几十万吨。
我国铁矿石烧结领域取得的成就，概括起来包括以下几个方面：（1）烧结工艺：自1978年马钢冷烧技术攻关成功后，一批重点企业和地方骨干企业基本完成了热烧改冷烧工艺。
部分企业建成原料混匀料场，并投入使用，绝大多数钢铁企业实现了自动化配料、混合机强化制粒、偏析布料、冷却筛分、整粒及铺底料技术。
（2）新工艺、新技术开发和应用：如高碱度烧结矿技术、小球烧结技术、低温烧结技术、低硅烧结技术等，在钢铁企业得到推广应用，并取得了显著的效益。
（3）设备大型化和自动化：20世纪50年代，我国最大烧结机75m2，60年代130 m2，80年代265m2，90年代宝钢二、三期和武钢等450m2烧结机相继投产，这些都是我国自行设计、自行制造，并实现自动化生产的。
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烧结理论与工艺
③ 反应温度与气氛的影响
一般可以认为温度升高均有利于反应进行。这是因为温度升高，固体 结构中质点热振动动能增大、反应能力和扩散能力均得到增强的原因 所致。
对于化学反应，其速率常数 对于扩散，其扩散系数 ⎧ ∆G R ⎫ K = A exp⎨− ⎬ ⎩ RT ⎭
⎧ Q ⎫ D = D0 exp⎨ − ⎬ RT ⎩ ⎭
烧结理论与工艺
①物料化学组成与结构的影响
反应物化学组成与结构是影响固相反应的内因，是决定反 应方向和反应速率的重要因素。 从热力学角度 在一定温度、压力条件下，反应向自由能 (＜0)的方向进行。 减少 减少( 从结构的观点 反应物的结构状态、质点间的化学键性质 以及各种缺陷浓度都将对反应速率产生影响。
第7章 烧结过程成矿机理
7.1 烧结过程固相反应 7.2 烧结过程液相的形成与结晶 7.3 烧结成矿过程相图分析
烧结理论与工艺
固相反应 液相放出能量 生成低熔点物质 �金属：(0.3-0.4)·T熔 �盐类：0.57·T熔 �硅酸盐：(0.8-0.9) ·T熔 为液相生成创造条件
冷却速度慢 结晶体析出
烧结过程主要固相反应类型 烧结过程主要固相反应类型
赤铁矿非熔剂性烧结料中固相反应
烧结理论与工艺
烧结过程主要固相反应类型 烧结过程主要固相反应类型
赤铁矿熔剂性烧结料中固相反应
烧结理论与工艺
烧结过程主要固相反应类型 烧结过程主要固相反应类型
磁铁矿非熔剂性烧结料固相反应
烧结理论与工艺
烧结过程主要固相反应类型 烧结过程主要固相反应类型
熔化温 度（℃） 1205 1178 1177 1142 1323 1303 1150 1280 1216 1200 1140 1180 1192
（二）液相的形成过程
（1）初生液相。 （2）低熔点化合物加速形成。 （3）液相扩展。 （4）液相反应。 （5）液相同化。
烧结理论与工艺
（三）液相形成在烧结过程中的冷凝
（1）结晶过程 结晶形式 ①结晶 ②再结晶 ③重结晶 影响结晶过程的因素 ①温度 ②析出的晶体和杂质 ③结晶速度 ④液相粘度 ⑤液相中成分的浓度
烧结理论与工艺
（六）液相的冷凝
（2）冷凝速度对烧结矿质量的影响
①冷却影响矿物成分 ②冷却影响晶体结构 ③冷却影响热内应力
一般上层为120～130℃/min， 下层为40～50℃/min
，将未熔的固体颗粒粘结成块， （1）液相是烧结矿的粘结相 液相是烧结矿的粘结相，将未熔的固体颗粒粘结成块， 保证烧结矿具有一定的强度； ，可进行粘性或塑性流动传热， （2）液相具有一定的流动性 液相具有一定的流动性，可进行粘性或塑性流动传热， 使高温熔融带的温度和成分均匀，液相反应后的烧结矿化学成 分均匀化。 ，大部分固体燃料是在液相 （3）液相保证固体燃料充分燃烧 液相保证固体燃料充分燃烧，大部分固体燃料是在液相 形成后燃烧完毕的，液相的数量和粘度应能保证燃料不断地显 露到氧位较高的气流孔道附近，在较短的时期内燃烧完毕；
冷却速度快 玻璃体析出
液相生成 熔化物的冷凝成为未熔物之间的粘结 剂，把烧结料粘结成多孔状的烧结体 FeO-SiO 2 系液相 1175～1205℃ 非自熔性烧结矿 的主要粘结相 CaO-SiO 2-FeO 系液相 1073～1217℃ 自熔性烧结矿 的主要粘结相 CaO-SiO 2 系液相 1450～1540℃ 高碱度烧结矿 的粘结相 CaO-Fe 2O3 系液相 完成烧结过程 1205～1449℃ 高碱度烧结矿 的主要粘结相
烧结理论与工艺
7.2 烧结过程液相的形成与结晶
（一）液相的形成过程 在烧结过程中，由于烧结料的组成成分多，颗粒又互相紧 密接触，当加热到一定温度时，各成分之间开始有了固相 反应，在生成新的化合物之间，原烧结料各成分之间以及 新生化合物和原成分之间存在低共熔点物质，使得在较低 的温度下就生成液相，开始熔融。例如Fe3 O4 的熔点为 1597℃，SiO2 的熔点为1713℃，而两固相接触界面的固 ·SiO2，其熔化温度1205℃。当烧结温 相反应产物为2FeO 2FeO· 度达到该化合物的熔点时，即开始形成液相。
烧结理论与工艺
②反应物颗粒尺寸及分布的影响
在其它条件不变的情况下反应速率受到颗粒尺寸大小的强 烈影响。 反应速率常数值反比于颗粒半径平方。 另一方面，颗粒尺寸大小对反应速率的影响是通过改变反应 界面和扩散界面以及改变颗粒表面结构等效应来完成的，颗 粒尺寸越小，反应体系比表面积越大，反应界面和扩散界面 也相应增加，因此反应速率增大。
①
②
③
⑥
⑤
④
烧结理论与工艺
7.1 烧结过程固相反应
（一）固相反应基础知识 （ 3 ）反应特点 （ 3 ）反应特点
①固相反应开始温度常远低于反应物的熔点或系统低共熔点温度；此温度与反 应物内部开始呈现明显扩散作用的温度一致，称为泰曼温度 或烧结开始温度 不同物质泰曼温度与其熔点的关系： 金属 0.3～0.4Tm 泰曼温度 盐类 0.57Tm 硅酸盐类 0.8～0.9Tm ②固相反应速度随着温度的提高而加速,与反应物颗粒的大小成反比。 ③固体质点间作用力很大，扩散受到限制，而且反应组分局限在固体中，使 反应只能在界面上进行，反应速度总体较慢 ，反应的最初产物与反应物的浓 度无关 。 烧结理论与工艺
气氛对固相反应也有重要影响。它可以通过改变固体吸附特性而影响表 面反应活性。气氛可直接影响晶体表面缺陷的浓度、扩散机构和扩散速 度。
烧结理论与工艺
④添加剂的影响
添加剂（矿化剂）： 在固相反应体系中加入少量非反应物物质或由于 某些可能存在于原料中的杂质，常会对反应产生特殊的作用，这些物 质在反应过程中不与反应物或反应产物起化学反应，但它们以不同的 方式和程度影响着反应的某些环节。 作用： 1)改变反应机构降低反应活化能； 2)影响晶核的生成速率； 3)影响 结晶速率及晶格结构； 4)降低体系共熔点，改善液相性质等。 例如烧结混合料中添加亚铁酸盐（表 7-3）
烧结理论与工艺
（三）液相形成在烧结过程中的主要作用
，产生一定的表面张力 （4）液相能润湿未熔的矿粒表面 液相能润湿未熔的矿粒表面，产生一定的表面张力 将矿粒拉紧，使其冷凝后具有强度； ， （5）从液相中形成并析出烧结料中所没有的新生矿物 从液相中形成并析出烧结料中所没有的新生矿物， 这种新生矿物有利于改善烧结矿的强度和还原性。
固相反应产物 Fe2O3 在SiO2中的固熔体 ·SiO2 2FeO 2FeO· ·Fe2O3 CaO CaO· ·Fe2O3 MgO MgO· ·Fe2O3 CaO CaO· ·SiO2 2CaO 2CaO· ·SiO2 2MgO 2MgO· 镁富氏体 ·Al2O3 MgO MgO·
反应产物开始出现的温度 （℃） 575 990 500、600、610、650 600 590 500、610、600 680 700 920、1000
（五）液相的性质
液相的流动性 液相的润湿性
烧结矿的结构强度决定于含铁矿物和粘结相的自身强度以及二者 之间的接触度（或相间强度）。前者同物质的内聚功（ W内）有 关，后者同相间的附着功（ W附）有关。 σ× 10 -7J/cm 2。 σ 为物质的表面张力。 W内=2 =2σ× σ×10 θ） 。 W附= σ1、2（1+cos 1+cosθ 1、 2为液、固相，则为液固 σ1、2 为 1、 2相间张力，若 相间张力，若1 θ为液固相之间的润湿角。 相间张力； 相间张力；θ
磁铁矿熔剂性烧结料中固相反应
烧结理论与工艺
固相反应在烧结过程中的作用 固相反应在烧结过程中的作用
①能促进原始烧结料所没有的易熔化的新物质的形成
②加速液相生成速度
固相反应产物不能决定烧结矿最终矿物成分
烧结理论与工艺
影响烧结固相反应的因素 影响烧结固相反应的因素
固相反应过程涉及相界面的化学反应和相内部或外部的物 质扩散等若干环节，因此，除反应物的化学组成、特性和 结构状态以及温度、压力等因素外，其他可能的影响如： 晶格活化，相变等都会促进物质内外传输，均会对反应起 影响作用。
液相生成量是烧结料固结的基础
冷凝固结
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7.1 烧结过程固相反应
（一）固相反应基础知识 （ 1 ）基本概念 （ 1 ）基本概念 固相反应是指物料在没的熔化之前，两 种固体在它们的接触界面上发生的化学 反应，反应产物也是固体。
A
B
A
B
A
B
温度增加
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固相反应示例
反应一般发生在相界面，或者晶粒界面上 O + Fe2O3 → CaO.Fe2O3 Ca CaO
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系 统 SiO2-FeO ·SiO2 Fe3O4-2FeO -2FeO· MnO-SiO2 MnO-Mn2O3-SiO2 2FeO ·SiO22FeO· ·SiO2 2CaO 2CaO· ·SiO2-FeO 2CaO 2CaO· ·Fe2O3 CaO CaO· Fe-Fe2O3-CaO Fe3O4-Fe2O3·Fe2O3 CaO CaO· ·SiO2 Fe2烧结理论与工艺 O3-CaO -CaO·
烧结理论与工艺
（四）影响液相形成量的主要因素
（1）烧结温度。
烧结料液相量随着温度的提高而增加
（2）配料碱度（CaO / SiO2）。 CaO/
碱度是影响液相量和液相类型的主要因素， 烧结料的液相量随着
碱度提高而增加
（3）烧结气氛。 （4）化学成分。 FeO SiO2 Al2O3 MgO
烧结理论与工艺
7.1 烧结过程固相反应
（二）烧结过程固相反应
烧结料层主要成分 烧结料层主要成分
Fe3O4、Fe2O3、SiO2、CaO
MgO4、Al2O3
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烧结过程主要固相反应产物开始出现的温度 烧结过程主要固相反应产物开始出现的温度