一铁烧结一田卫东讲义(配料工、看火工)

烧结看火工、配料工专业技能培训烧结一车间烧结矿的成矿机理固相反应液相生成冷凝结晶固结烧结矿的成矿机理固相反应固相反应是在一定的温度物料没有熔化之前，两种固体的这种或那种离子克服晶格中的结合力，在晶格内部进行位置交换，并扩散到与之相接触的邻近的其他晶格内进行的反应。这种反应能够进行的重要因素是温度，而且固相下只能进行放热的化学反应，反应产物是固体。在烧结过程中，由于燃料的燃烧产生高温废气加热了烧结料，这为固相反应的进行创造了条件。烧结矿的成矿机理固相反应1)在烧结料部分或全部熔化以前，料层中每一颗粒相互位置是不变动的，每个颗粒仅与它直接接触的颗粒发生反应，而且两种物质间反应的最初产物只能形成同一种化合物，(2)Fe2O3只能溶入SiO2而不能与SiO2发生相互作用，而Fe3O4则不能与CaO反应，(3)颗粒之间的固相反应，产生新生盐类再结晶，可以在颗粒之间搭桥而产生一定的固结作用。但烧结过程进行较快，固相反应由固相扩散控制，反应速度较慢，得不到充分发展，也就不足以形成有效的固相联结。烧结过程的固相反应只是为液相的生成提供了条件。烧结矿的成矿机理固相反应提高固相反应速度的因素主要有：1）原始物料的细化提高其分散度，增加颗粒之间的接触面积，同时活化表面晶格，加快固相反应；2）温度的升高促使固相物质内能增加，晶格质点振动加强，体系趋于不稳定，扩散加速；3）添加混磨的细铁酸盐等活性物质，促进固相反应；4）烧结混合料颗粒密实，改善物料颗粒之间的接触，也能有效的促进固相反应。烧结矿的成矿机理液相生成烧结过程中一些低熔点物质在高温作用下，熔化成液态物质，在冷却过程中，液体物质凝固而成为那些尚未熔化和溶入液相的颗粒的坚固连接桥。因此，液相生成是烧结矿固结的基础，液态物质的数量和性质是影响烧结矿固结的好坏、烧结矿冶金性能优劣的最重要因素。在烧结物料中，主要矿物都是高熔点的，在烧结温度下大多不能熔化。当物料加热到一定温度时，各组分之间有了固相反应，生成新的化合物，各新生化合物之间，原烧结料各组分之间，以及新生化合物与原组分之间存在低共熔点，使得它们在较低的温度下生成液相，开始熔融。烧结矿的成矿机理液相生成作用(1)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；(2)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；(3)液相保证固体燃料完全燃烧，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，在较短时间内燃烧完毕；烧结矿的成矿机理液相生成作用(4)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，这种新生矿物有利于改善烧结矿的强度和还原性。液相生成量多少为佳的定量结论，有待进一步研究，一般应有一定的固体颗粒不熔，以保证高温带的透气性，而且要求液相粘度低和具有良好的润湿性。从质和量方面恰当地调整液相乃是烧结工作者研究的基本任务。烧结矿的成矿机理影响液相生成因素(1)烧结温度。包括最高温度、高温带厚度、温度分布等，由配碳量、点火温度、时间、料层高度与抽风负压等来决定。（2）烧结矿碱度。在SiO2一定的情况下，烧结矿的液相量随着碱度的增加而增加。碱度是影响液相量和液相类型的主要因素。烧结矿的成矿机理影响液相生成因素（3）烧结气氛。烧结气氛关系到烧结过程铁氧化物的氧化与还原，还原性气氛，FeO多，熔点降低，液相量增加。（4）烧结矿SiO2量。SiO2关系高硅酸盐液相的数量。Al2O3量，使熔点降低的趋势。MgO使熔点增加的趋势烧结矿的成矿机理冷凝结晶固结燃烧层移动后，被熔化的物质温度下降，液相放出能量而结晶或变成玻璃体。如果在冷凝过程中放出了几乎所有多余能量，则液相全部转变为结晶体析出。而在实际烧结过程中，冷却速度很快，有相当的潜能来不及释放而蕴藏在里面，从而使不少硅酸盐以玻璃体形态存在于烧结矿中，其数量的多少取决于冷却速度的快慢程度。在烧结过程中并非全部烧结料都熔化为液相，有些原料，特别是粒度大的，往往来不及熔化，它们被周围的液相粘结起来，冷凝后成为多孔的烧结矿。烧结矿的成矿机理冷凝结晶过程结晶过程：高熔点的铁氧化物(Fe304、Fe2O3，)在冷却时首先析出；其次，它们周围是低熔点化合物和共晶混合物析出，质点从液态的无序排列过渡到固态的有序排列，体系自由能降低到趋于稳定状态。由于冷却速度快，结晶能力差的矿物就以非晶质(亦称玻璃相)存在。烧结矿的矿物组成烧结矿的矿物组成主要有赤铁矿、磁铁矿、铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅酸钙、铁酸钙和玻璃相等，如果烧结矿含有较高的MgO、Al2O3，则烧结矿会含有尖晶石、镁橄榄石、辉石和黄长石等矿物。高碱度烧结矿的矿物组成主要是赤铁矿、磁铁矿、铁酸钙、硅酸钙和少量的玻璃相。影响烧结矿矿物组成和矿物结构的因素1）烧结的燃料配加量。燃料配加量影响到烧结温度、烧结的气氛及烧结的速度，对烧结矿的矿物生成和类型、液相的数量与结晶形成矿物结构将产生影响；2）烧结矿的碱度。烧结矿的碱度不同，生成的矿物种类不同，3）烧结矿的化学成分。烧结料含铁矿物和脉石矿物的不同，烧结矿生成的矿物也将不同；4）烧结的生产工艺参数。不同的工艺参数对烧结过程产生一定的影响，烧结矿矿物组成和矿物结构也有所差别，如烧结负压、料层高度等参数。铁酸钙系烧结理论铁酸钙系烧结理论是烧结矿固结理论发展的革命，为生产优质烧结矿奠定了基础。铁酸钙1、铁酸钙是一种含钙铁酸盐，主要有铁酸二钙2CaO·Fe2O3、铁酸一钙CaO·Fe2O3和铁酸半钙CaO2·Fe2O3。2、固溶了Al3+(铝离子)、Si4+（硅离子）的铁酸钙称之为“钙铝硅铁酸盐”SFCA，即复合铁酸钙。3、铁酸钙不同的形态，主要有针状（片状）、板状和柱状。铁酸钙系烧结矿的特点1、由针状铁酸钙粘结残留多孔赤铁矿组成的非均质结构。2、具有极佳的还原性，可以高炉焦比。3、良好的机械强度。4、令人满意的还原粉化特性。5、优良的高温还原特性和熔融特性。铁酸钙形成机理1、CaO·Fe2O3（铁酸钙）形成固溶体（1050-1150℃）；2、CaO与Al2O3生成铝酸钙（1100-1150℃）；3、铝酸钙溶于CaO·Fe2O3（铁酸钙）中（1100-1150℃），形成铁铝酸一钙；4、铁铝酸一钙熔化并与Fe2O3生成铁铝酸半钙1200℃-1250℃）；随后与SiO2反应生成SFCA（复合铁酸钙）。影响针状铁酸钙形成的因素温度碱度化学成分保温时间氧化性气氛原料因素影响铁酸钙因素——温度实验结果表明：1210℃时SFCA（复合铁酸钙）开始迅速形成，并明显向针状铁酸钙发展，磁铁矿是1230-1250℃；赤铁矿原料是1250-1270℃；超过上限温度，SFCA（复合铁酸钙）明显分解，转变为Fe2O3和C2S与液相。实验结果表明：在1250-1270℃温度时SFCA（复合铁酸钙）含量达到最高，原始赤铁矿随SFCA（复合铁酸钙）的形成下降，高温时溶于熔体，在冷却时以再生赤铁矿析出，SFCA（复合铁酸钙）的形态随温度变化而变化1250℃以下针状铁酸钙生成，1275℃时熔体形成，有些SFCA（复合铁酸钙）从玻璃相析出，1350℃时SFCA（复合铁酸钙）在玻璃相中形成它形晶。低温烧结时SFCA（复合铁酸钙）为针状，高温时为SFCA（复合铁酸钙）转变为板状和柱状。影响铁酸钙因素——碱度实验结果表明：碱度为1.5时，SFCA（复合铁酸钙）生成量较少，提高碱度，达到2.0时，SFCA（复合铁酸钙）生成量迅速增加，在进一步增加碱度，SFCA（复合铁酸钙）增加缓慢。实验结果表明：当碱度从1.2提高到1.8时，铁酸钙生成量从28.3%增加到62.7%。碱度高于2.1时，铁酸钙生成量增长缓慢。SFCA（复合铁酸钙）的形态与碱度密切相关，低碱度时，SFCA（复合铁酸钙）为柱状，碱度为1.8-2.2时，一般为针状碱度进一步增加，针状变细。碱度为2.0时，SFCA（复合铁酸钙）与铁氧化物形成交织结构。机械强度达到最高。影响铁酸钙因素——碱度碱度为1.5时，SFCA（复合铁酸钙）生成量较少，提高碱度，达到2.0时，SFCA（复合铁酸钙）生成量迅速增加，在进一步增加碱度，SFCA（复合铁酸钙）增加缓慢。化学成分——SiO2的影响SFCA（复合铁酸钙）形态与SiO2含量有密切关系，SiO2低，SFCA（复合铁酸钙）为致密状。高SiO2，SFCA（复合铁酸钙）为纤细状和针状。在碱度足够高的情况下，SiO2对SFCA（复合铁酸钙）生成量影响不大，只对SFCA（复合铁酸钙）的形态有一定影响。SiO2低时只能形成铁酸半钙。SiO2为3%时，针状铁酸钙形成。SiO2为4-8%时高碱度烧结矿可以得到SFCA（复合铁酸钙）为交织结构。但SiO2高时，烧结矿的还原性较差。化学成分——Al2O3的影响Al2O3/SiO200.10.20.30.40.5SFCA含量%SFCA柱状、形态板状859090-95树枝状针状针状板、柱状集合体密集板状柱状1570-7580要有适合的Al2O3/SiO2比。最佳的Al2O3/SiO2比为0.1-0.2。Al2O3/SiO2比为0.1以上时，针状铁酸钙含量急剧增加，Al2O3/SiO2比0.3时，针状向板状发展。影响铁酸钙因素——保温时间在1200℃烧结温度条件下，随着保温时间的延长（1100℃），SFCA（复合铁酸钙）开始迅速增加，随后增加缓慢。实验结果表明：保温2min时，SFCA（复合铁酸钙）充分发展，继续增加保温时间，SFCA（复合铁酸钙）含量无明显增加，只是晶体长大。铁酸钙在烧结形成过程矿物组成和矿物结构烧结矿的矿物组成来看，原生赤铁矿一般占25-30%左右，这些未矿化的赤铁矿在粘结相中将起到核心和骨架的作用。铁酸钙占30-40%，为主要粘结相。从烧结矿的矿物结构来看，多为熔蚀交织结构，部分熔蚀或交织结构。铁酸钙大多为针状，部分为片状和柱状。烧结矿合理的MgO含量MgO在烧结矿中属于碱性物质，在烧结矿中的作用一方面是改善烧结矿的高温性能，另一方面MgO可以形成Mg2+，Mg2+是硅酸盐网络的抑制物，因而可以降低液相的粘度，使液相粘结周围物料的能力增强。MgO能促使赤铁矿向磁铁矿的转化，磁铁矿数量的增加，有利于再结晶的产生。对于高炉来讲，提高炉渣的稳定性和流动性。但MgO矿物是高熔点矿物，形成难熔化合物，使得燃烧层温度及烧结矿中FexO将上升。烧结矿合理的Al2O3含量Al2O3是形成弱酸根离子的物质，能促进硅酸盐网络的形成，其含量的增加，将增加液相的粘度。另一方面，Al2O3的存在，能促进低熔点的SFCA（复合铁酸钙）针状铁酸钙的生成，又有增大液相流动性的作用，液相粘结周围物料的能力增强。Al2O3对铁酸钙生成的影响Al2O3/SiO200.10.20.30.40.5SFCA含量%SFCA柱状、形态板状859090-95树枝状针状针状板、柱状集合体密集板状柱状1570-7580要有适合的Al2O3/SiO2比。最佳的Al2O3/SiO2比为0.1-0.2。Al2O3/SiO2比为0.1以上时，针状铁酸钙含量急剧增加，Al2O3/SiO2比0.3时，针状向板状发展。烧结矿的还原性烧结矿的还原性是用还原气体从铁矿石中排除与铁结合的氧的难易程度的一种量度。评价铁矿石冶金性能的重要质量指标。提高烧结矿的还原性，对于提高炼铁经济效益、降低高炉焦比，节约能源具有重要的现实意义，高还原性烧结矿是我们冶金工作者所追求的目标。影响烧结矿还原性的因素烧结矿的矿物组成；烧结矿的宏观结构；烧结矿的微观结构。影响烧结矿还原性的因素烧结矿的矿物组成矿物名称还原性（%）赤铁矿49.9磁铁矿26.7X=0.252.1X=0.52.7X=1.06.6X=1.0(玻璃)3.1X=1.54.2铁橄榄石1铁酸一钙40.1铁酸二钙28.5影响烧结矿还原性的因素烧结矿的矿物组成烧结矿的还原性取决于组成烧结矿的矿物的自身还原性。从烧结矿矿物组成的自身还原性