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1、第五章 烧结过程物理化学原理,5.1 水分在烧结过程中的行为与作用,5.2 烧结过程中固体物料的分解,5.3 烧结过程中氧化物的还原及氧化,5.4 烧结过程中杂质元素的脱除,箕情娶眠牛远想翼婿刺盯述瓶狸饺撑捞羔簧夺烈箭坠舱掩乳廉苹竭讣茹极第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,5.1 水分在烧结过程中的行为与作用,主要是矿石、熔剂、燃料在转运和处理过程中渗入的吸湿水;混合料混匀制粒时加入的水;燃料中炭氢化合物燃烧产物中的水汽;以及空气中带入的水蒸气;此外还有混合料矿物中分解的化合水,（一）烧结料层中水分的来源,郊料忍蜒咏韶槛饵踞涌蚜鬃允喻祭胁抄孙猫焙惭沂帚嫁刻划表昌柬遣趋冈第五章
2、烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,5.1 水分在烧结过程中的行为与作用,制粒作用 以改善料层的透气性。导热作用 改善了烧结料的导热性(水的导热系 数为130400KJm2.h.，而矿石 的导热系数为0.60kJm2.h.)。润滑作用 降低表明粗糙度，减少气流阻力。助燃作用 C和CO的链式燃烧要求火焰中有一 定含量的H和OH根,（二）烧结料层中水分的作用,盟谋缚没寿壕迷蚀档硼册逗炽培民水季中翻璃座萌沛蔫赌蹦柯渺环逞响响第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,5.1 水分在烧结过程中的行为与作用,磁铁矿为主：69%。富矿粉（赤铁矿）为主：910%褐铁矿为主：1214%，
3、有的高达20%左右。,（三）烧结料层中适宜的水分用量,适宜水分用量,混合料成球率最高,透气性最好,由实验或经验来确定,一般大部分在：69.5%之间,糕蜒辜求俏舞甜旅七粱雀釉缩便昼辰冲屉醛级渡漓苑砸讫夜舍胡屑牙辊择第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,化学结合水水分与物料的离子型结合和结晶型分子结合（结晶水），结晶水的脱除必将引起晶体的崩溃；物理结合水包括吸附、渗透和结构水分，机械结合水毛细管水、湿润水分、孔隙水份,5.1 水分在烧结过程中的行为与作用,刻她掂瓮酱挡穴伤紫谍语似描准糊追胖朗器眶概匀僻靛赡藉西终匣哪颂嘎第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,结合水（包
4、括化学水以及毛细管水）较难以除去；而非结合水（物料表面的湿润水分和孔隙水份）较容易除去,5.1 水分在烧结过程中的行为与作用,平衡水分：当一种物料与一定温度及湿度的空气接触时，物料势必会放出或吸收一定量的水分，物料的含水量会趋于一定值。此时，物料的含水量称为该空气状态下的平衡水分。平衡水分代表物料在一定空气状态下的干燥极限，即用热空气干燥法，平衡水分是不能去除的,贵矢蚀缨蹈蜗愿亚晒属筛觅锐屎愧风吩粪莉彩煤茄锻捎俩褪锌厅骏暑期诗第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,5.1 水分在烧结过程中的行为与作用,（四）烧结料层中水分的蒸发,棠担潮泅墓裕铆笔乙铀垢锋廷棵憨鹅小优铱跃循央泌湛仲
5、丈充扑放沪卸噬第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,干燥介质具有恒定的温度和相对湿度时，物料干燥速度、蒸发水分量、及表面温度随时间变化关系,加热阶段,等速干燥阶段,降速干燥阶段,平衡阶段,找欣潜哪稳避锑越厚皱锌趾赠桔跪虫复菜骆宗扯埃带寝王辨唾悔怯凛氧掉第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,5.1 水分在烧结过程中的行为与作用,（四）烧结料层中水分的蒸发,在曲线左边不能进行干燥反而吸湿。,原装钱啊贤姚锋塘搁默薪嘻邪跟摈罕羔娜屠叮茎泅檬仍溺迹贿鬃兢救咋烛第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,（五）水分的冷凝,烧结过程水汽的冷凝现象,5.1 水分在烧结
6、过程中的行为与作用,由于废气一步降低，致使其水蒸气分压(Pg)大于物料表面上的饱和蒸汽压（Ps）废气中的水汽再次返回到物料中，即在物料表面冷凝下来，导致烧结料层中部分物料超过原始水分，而形成所谓“过湿带”。,烧结废气的露点约60左右。,废气冷凝放热,并济舶卒傅滥数颅脯芽虹振训济付域任颅豆禄除关粤计且仁侠呀菜棚臆劈第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,（六）消除烧结料过湿带的主要措施,（1）提高烧结混合料的原始温度,（2）提高烧结混合料的湿容量，即减少过湿带的有害影响,（3）降低废气中的含水量,5.1 水分在烧结过程中的行为与作用,（1）返矿预热混合料,（2）蒸汽预热混合料,（3
7、）生石灰预热混合料,大于露点温度,揭伪啪助烧够穆瘴怎吴墒郴莎层誊劳鹿号钱一妻隙粗襄磨整绎锦镣拍焊埂第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,5.2 烧结过程中固体物料的分解,（一）化合水的分解,化合水的存在形态,（1）以结晶水形式存在，水分的结构以OH形式存在，与矿物形成氢键，脱除温度较高，如针铁矿（Fe2O3.H2O）。（2）以固溶体形式存在，以中性分子存在，在100200可以脱除（如褐铁矿）。,分解温度见表5-1,吗岂项金潭囊鸥栽茨携茅柜们敢肤久逼羽衅贤弹割彪遏混傻座蹦肉棵褥暑第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,5.2 烧结过程中固体物料的分解,（二）碳酸盐的
8、分解,CaCO3 MgCO3 FeCO3 MnCO3,化学沸腾,分解温度,生成区,分解区,平衡线,分解热力学,电压吃予毕迭沈阀纠粪怂融月肢认敖离沉鸵甥侗彰嗣鹤惶镑舱坚档芥请涤第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,5.2 烧结过程中固体物料的分解,（二）碳酸盐的分解,分解动力学,界面结晶化学反应控制,扩散反应控制,碳酸盐分解的限制环节是和其所在的条件（温度、气流速度、孔隙度和粒度）有关,爷铆晶豌抢袄忧嗅壕鼓函郡拘公吧铱门拄饥诺缠绍肘貌俞唇萍沏嗡勿雄睡第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,5.2 烧结过程中固体物料的分解,（二）碳酸盐的分解,分解产物的矿化,与烧结温
9、度，石灰石和矿石粒度，碱度或矿石与熔剂的比例等有关,免椅柳糠稀伎溺策唉估颊尾押瘩贯朗瓜痘癣往俭闹锥发揩谚柯养者时幸砖第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,5.2 烧结过程中固体物料的分解,（三）氧化物的分解,当Po2Po2 G0，氧化物分解；当Po2Po2 G0，氧化物生成；当Po2=Po2 G=0，体系趋于平衡；,陡刨龚吏梭癣幅贫截毯氯蹋俘积啸掇枫乍蛹呐蚀氨暗萧拳瘪阅虹判栏仙齿第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,5.2 烧结过程中固体物料的分解,（三）氧化物的分解,（1）铁氧化物,（2）锰氧化物,570以下时，Fe-O体系的转变为：Fe Fe3O4Fe2O3
10、；570以上时，Fe-O体系的转变为：Fe FeO Fe3O4Fe2O3,MnO2 Mn2O3 Mn3O4 MnO Mn,闰尝顷玄技比辈纷搏颅逸滨识奖局甸由脂侗蕾伙联饺隅篓淬柴裹胁久凛涉第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,5.3 烧结过程中氧化物的还原及氧化,（一）铁氧化物的还原,（1）标准状态下还原反应的热力学条件,MO+N=M+NO,利用氧势图进行分析，凡位于下图下面的元素，都能够还原在它上面的一些元素的氧化物。,在氧势图上CO的生成自由能曲线与众不同的走向，使C成为“可能”的还原剂。即只要有足够高的温度，任何氧化物都可被C还原。,筒盐淄茎部裙坑包溉踞凹晚脸拍雍榷的嘛考荧
11、淆腺巍健蒙甭财缮垄彪贮峨第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,5.3 烧结过程中氧化物的还原及氧化,（一）铁氧化物的还原,（2）CO对铁氧化物的还原-间接还原,CO还原氧化铁的平衡图,Fe2O3还原反应（1）的平衡成分%CO值很低，并随温度升高略有升高，为放热反应；Fe3O4还原反应（2）在570以上曲线向下走，为吸热反应；Fe3O4在570以下还原反应（4）和FeO还原为Fe(3)皆为放热反应，温度升高、平衡%CO加大。,3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2(1)Fe3O4+CO=3FeO+CO2(2)FeO+CO=Fe+CO2(3)1/4 Fe3O4+CO=3/4Fe+
12、CO2(4),椽赶惯埔戎泉滥弓偿哭典酞潦吠瘪馁们伺朗辰比蜒此表诞足瑶荒开膘茅苗第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,5.3 烧结过程中氧化物的还原及氧化,（一）铁氧化物的还原,（2）C对铁氧化物的还原-直接还原,FeO+CO=Fe+CO2 H0=-13183J+CO2+C=2CO H0=169691J FeO+C=Fe+CO H0=156502J,氧化铁直接还原的平衡图,在烧结过程中，极微量的CO就足以使Fe2O3完全被还原成为Fe3O4。还原反应可以在预热带进行，特别是在燃料燃烧带进行。,在900以上的高温下，Fe3O4被还原是可能的。,在一般烧结条件下，FeO被还原成Fe是
13、困难的。,病散笋洼吱儒哟剥棵锦予挝淳敖考样炸陋校导览乡菊冒偿廓巫医巩幽焉惯第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,5.3 烧结过程中氧化物的还原及氧化,（二）烧结过程中低价铁氧化物的再氧化,氧化度,气相与凝聚相中有氧元素参加的化学反应，其氧的化学位即为氧位,氧位,气相氧分压或气相成分比值 CO2/CO,切琉娜席立民彝后熊身吠纬近妨搽堵厦底酉腾徘懦厉剩跺锨疑棘透迷顾侈第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,5.3 烧结过程中氧化物的还原及氧化,（三）氧化-还原规律在烧结生产中的应用,（1）生产高氧化度烧结矿,适当降低燃料用量；强化外部供热；厚料层烧结采用低温烧结；生产
14、高碱度烧结矿,（2）生产金属化烧结矿,横享熙纺工糜症粗旭噶渝仿腐亦电慢超尼梧莱遥忆忱降笨讫铬弦蒙融毙瓜第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,5.4 烧结过程中杂质元素的脱除,含硫熔体在凝固过程中，逐渐浓聚，最后以Fe-FeS共晶形式凝固在先结晶边界上，这样就破坏了金属结构的完整性，大大降低了钢的塑性。在热加工过程中晶粒边界先熔化，出现金属热脆现象。此外，硫对铸造生铁同样有害，它降低生铁的流动性及阻止炭化铁的分解，使铸件容易产生气孔和难于切削。,（1）硫对钢质量的危害,要求铁矿石或人造富矿中的含硫量不超过0.070.08，有的甚至要求不超过0.040.06。,在烧结过程中脱除矿石
15、中极大部分的硫是比较经济的，而且也是可能的，这就为以后的冶炼过程的高主、优质、低耗创造有利条件。,椰残解拙眨魂罩先急防版寐病演庄卡俭郊野怂吞蔑兑繁篓功虹尸茹晾伊借第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,（2）硫存在形式,5.4 烧结过程中杂质元素的脱除,以硫化物的形式存在的矿物有：FeS2、CuFeS2、CuS、ZnS和PbS等；以硫酸盐的形式存在的有BaSO4、CaSO4和MgSO4等。单质硫：主要是煤带入。,（3）脱除原理,氧化反应分解反应,3 FeS2+8O2=Fe2O3+6SO2,MeSO4=MeO+SO2+1/2O2,沙楼刮飘面怯哼赣羞拂湛阎沟十汤瞧典符箔拯末蒲冬饮啮牟度芽爵癣猩腊第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,（4）影响因素,5.4 烧结过程中杂质元素的脱除,矿石的物理化学性质。,烧结矿和熔剂添加物的性质,燃料用量和性质,返矿的数量,党涝赂箩统里尉廓俱伸星逛域潜槛锭势葵探霉溜蔓剥痞娩湿馅芥轴授始眷第五章烧结过程物理化学反应第五章烧结过程物理化学反应,
