烧结过程的理论基础

烧结过程的理论基础

烧结就是将矿粉、熔剂和燃料，按一定比例进行配加，均匀的混合，借助燃料燃烧产生的高温，部分原料熔化或软化，发生一系列物理、化学反应，并形成一定量的液相，在冷却时相互粘结成块的过程。

一、烧结过程的基本原理

近代烧结生产是一种抽风烧结过程，将矿粉、燃料、熔剂等配以适量的水分，铺在烧结机的炉篦上，点火后用一定负压抽风，使烧结过程自上而下进行。通过大量的实验对正在烧结过程的台车进行断面分析，发现沿料层高度由上向下有五个带，分别为烧结矿带、燃烧带、预热带、干燥带和过湿带。

当前国内外广泛采用带式抽风烧结，代表性的生产工艺流程如图3—1 所示。

1、烧结五带的特征

（1）烧结矿带

在点燃后的烧结料中燃料燃烧放出大量热量的作用下，混合料熔融成液相，随着高负压抽风作用和燃烧层的下移，导致冷空气从烧结矿带通过，物料温度逐渐降低，熔融的液相被冷却凝固成网孔状的固体，这就是烧结矿带。

此带主要反应是液相凝结、矿物析晶、预热空气，此带表层强度较差，一般是返矿的主要来源。

(2)燃烧带

该带温度可达1350~1600度，此处混合料软化、熔融及液相

生成，发生异常复杂的物理化学变化。该层厚度为15~50m m。此精矿富矿粉石灰石白云石碎焦无烟煤高炉灰轧钢皮

(-) 3~0mm

一次混合

10~0mm)

破碎

筛分

■ r

-------- 空气

烟道灰

（

热烧结矿） 冷烧结矿

图3—1 烧结生产一般工艺流程图

带对烧结产量及质量影响很大。该带过宽会影响料层透气性，导 致产量低。该带过窄，烧结温度低，液相量不足，烧结矿粘结不 好，导致烧结矿强度低。燃烧带宽窄主要受物料特性、燃料粒度 及抽风量的影响。

（3）预热带

该带主要使下部料层加热到燃料的着火温度。一般温度为

400~800 度。

该带主要反应是烧结料中的结晶水及部分碳酸盐、硫酸盐分 解，磁铁矿进行还原以及组分间的固相反应等。

冷却

排出 废气

(4)干燥带

烧结料的热废气从预热带进入下层，迅速将烧结料加热到100C以上，因此该带主要是水分的激烈蒸发。

(5)过湿带

从烧结料点火开始，物料中的水分就开始转移到气流中去。含有水蒸气的废气经过料层冷却后，废气被冷却到露点温度，致使其中水蒸气冷凝，这部分烧结料中的水分含量超过了物料的原始水分，出现了过湿现象，这一区域成为过湿带。

该带严重影响了烧结料的透气性，破坏已造好混合料小球，最好的解决办法就是预热混合料。

冷却，再氧化

烧结矿层

冷却，再结晶燃烧层固体碳燃烧和液相形式

预热层去水

干燥层固相反应，氧化和还原，分解湿料层水分凝结

铺底料

温度，c

图3 —2 烧结过程各层反应示意图

2、烧结过程分层原因

带式烧结机有明显的分层性，如图3—2所示。抽风烧结过程的这种分层性，是烧结过程自上而下进行的特点所决定的。烧结料中

的燃料点燃之后，随抽入的空气继续燃烧，于是料层的表面形成了燃烧层，当这一层的燃料燃烧完毕后，下部料层中的燃料继续燃烧，于是燃烧层向下移动，而其上部形成了烧结矿层。燃烧层产生的高温废气进入燃烧层以下的料层之后，很快将热量传递给烧结料，使料温急剧上升。随着温度的升高，到100C以上，首先出现混合料中的水分蒸发，达到300~400C，水分蒸发完毕，

继续升高到800 C,混合料中的燃料着火。这样，燃烧层下部形成了

100~400 C之间以水分蒸发为主的干燥层和400~800C之间的

预热层。实际上，干燥层和预热层之间没有明显的界限，因此，也有统称为干燥—预热层的。高温废气将热量传递给混合料使之干燥和预热之后，进入干燥层以下的料层，当温度下降到水蒸气的露点（大约60C）以下时，在干燥层中蒸发进入废气的水分在这里重新凝结，形成了过湿层。随着烧结过程的进行，燃烧层、预热层和干燥层逐渐下移，烧结矿层逐渐扩大，湿料层逐渐减小，最后全部烧结料变为烧结矿层。

3、烧结料层中发生的物理化学变化及其对烧结生产的影响

烧结矿层在料层的最上部，抽入的空气首先要穿过烧结矿层，而烧结矿层中已无燃料的燃烧，所以被抽入的空气所冷却，发生熔融矿物的结晶和新相的形成过程，并将自身的热量传递给空气，使空气温度升高（称为自动蓄热作用）。由于气流作用和来不及逸出的气泡及冷却时的体积收缩，熔融物冷却后成为多孔状块矿，使料层透气性增加，负压降低。在与空气接触的烧结矿表面层，还可能发生低价氧化物的再氧化反应。

燃烧层主要是固体燃料的燃烧，引起料层温度的升高和液相的生成。燃烧层的温度高达1350~1600C，超过了烧结料的软化

和熔化温度，为产生一定数量的液相使烧结料粘结成块创造了条件。此

外，燃烧层内还发生碳酸盐和硫酸盐的分解，磁铁矿的氧化、赤铁矿的热分解以及在固体燃料颗粒的周围高价氧化物的还原等反应。由于燃烧层内存在大量液相粘结物，气体通过料层的阻力增加，透气性变坏，不利于提高产量，因此，生产中要求燃烧层的厚度不要太大，一般在15~50mm之间。

干燥层中主要发生水分的蒸发。由于烧结过程的气流速度很快，烧结料又是细粒散料，所以，烧结料温度能迅速提高，在一个很窄的区域

（13~30m m）内完成干燥过程。在预热层中，水分蒸发完毕，干料温度继续升高，达到着火温度（800 C左右）。此层内发生部分碳酸盐的分解、硫酸盐的分解和磁铁矿的局部氧化，以及烧结料各成分之间的固相反应。干燥和预热层中，由于升温速度过快，料球易受破坏，恶化料层透气性。

在过湿层中，由于重新凝结的水分充塞于烧结料颗粒之间，使气流通过的阻力增加，同时，由于水分过多，超过混合料的原始水分，严重时使物料成泥泞状，严重降低料层透气性，大大降低烧结速度。粒度愈细和吸水性差的物料，这种现象愈明显。

燃烧层对烧结的影响：

燃烧层是烧结生产过程中最重要的部分，这里主要对此层对烧结生产的影响做详细的叙述。

燃烧层是烧结料层中温度最高的区域，因此也称高温区。高

温区温度水平和厚度对烧结过程的影响非常显著

首先，高温区移动速度，即垂直燃烧速度，是决定烧结矿产量的主要因素。产量同垂直烧结速度成正比关系，而垂直烧结速度和风速成