1、 生球經(jīng)過干燥以后，雖然強(qiáng)度有所提高，但遠(yuǎn)不生球經(jīng)過干燥以后，雖然強(qiáng)度有所提高，但遠(yuǎn)不能滿足高爐冶煉的需要。能滿足高爐冶煉的需要。 生球干燥后，干球抗壓強(qiáng)生球干燥后，干球抗壓強(qiáng)度只有度只有80100n/個。個。 滿足不了運(yùn)輸和高爐冶煉滿足不了運(yùn)輸和高爐冶煉要求（要求（2500n/個）。個）。 球團(tuán)的焙燒是球團(tuán)生產(chǎn)過程中最為復(fù)雜的工序，它對球球團(tuán)的焙燒是球團(tuán)生產(chǎn)過程中最為復(fù)雜的工序，它對球團(tuán)礦生產(chǎn)起著極為重要的作用。團(tuán)礦生產(chǎn)起著極為重要的作用。 為了使球團(tuán)礦具有良好的冶煉性能，必須進(jìn)行焙燒。提高球團(tuán)礦的強(qiáng)度有許多方法，但95%是通過焙燒固結(jié)，僅5%通過低溫固結(jié)。 球團(tuán)焙燒球團(tuán)焙燒，即通過低于混合

2、物料熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行高溫固，即通過低于混合物料熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行高溫固結(jié)，使生球發(fā)生收縮而且致密化，從而使生球具有良好的冶金結(jié)，使生球發(fā)生收縮而且致密化，從而使生球具有良好的冶金性能（如強(qiáng)度、還原性、膨脹指數(shù)和軟化特性等），保證高爐性能（如強(qiáng)度、還原性、膨脹指數(shù)和軟化特性等），保證高爐冶煉的工藝要求。冶煉的工藝要求。 三大主要焙燒設(shè)備：三大主要焙燒設(shè)備：1 1）豎爐）豎爐2 2）帶式焙燒機(jī)）帶式焙燒機(jī)3 3）鏈箅機(jī)）鏈箅機(jī)回轉(zhuǎn)窯回轉(zhuǎn)窯 球團(tuán)的焙燒過程通常可分球團(tuán)的焙燒過程通常可分為干燥、預(yù)熱、焙燒、均熱、為干燥、預(yù)熱、焙燒、均熱、冷卻五個階段。冷卻五個階段。 4.1球團(tuán)焙燒過程概述球團(tuán)焙燒過程概

3、述 物理過程物理過程，如：水分蒸發(fā)、，如：水分蒸發(fā)、礦物軟化及冷卻礦物軟化及冷卻 化學(xué)過程化學(xué)過程，如：水化物、，如：水化物、碳酸鹽、硫化物和氧化物的碳酸鹽、硫化物和氧化物的分解及氧化和成礦作用分解及氧化和成礦作用 4.1球團(tuán)焙燒過程概述球團(tuán)焙燒過程概述各組成間的各組成間的 某些固相反應(yīng)，某些固相反應(yīng)，新物質(zhì)出現(xiàn)新物質(zhì)出現(xiàn)，顆粒粘結(jié)；，顆粒粘結(jié)； 某些組成或生成物的某些組成或生成物的結(jié)晶和再結(jié)晶結(jié)晶和再結(jié)晶，生成熔融物；，生成熔融物； 孔隙率減少，球團(tuán)密度增加，球團(tuán)發(fā)生孔隙率減少，球團(tuán)密度增加，球團(tuán)發(fā)生收縮和致密化收縮和致密化； 機(jī)械強(qiáng)度提高，氧化度提高，還原性變好機(jī)械強(qiáng)度提高，氧化度提高，還

4、原性變好等。等。 預(yù)熱（預(yù)熱（3001000）是生球干燥后，在進(jìn)入焙燒之前的一是生球干燥后，在進(jìn)入焙燒之前的一過渡階段。過渡階段。 在預(yù)熱過程，各種不同的反應(yīng)，如在預(yù)熱過程，各種不同的反應(yīng)，如磁鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦磁鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦結(jié)晶水蒸發(fā)結(jié)晶水蒸發(fā)水合物和碳酸鹽的分解水合物和碳酸鹽的分解硫化物的煅燒等硫化物的煅燒等4.2球團(tuán)預(yù)熱球團(tuán)預(yù)熱 這些反應(yīng)是平行進(jìn)行或者是依次連續(xù)進(jìn)行的，對成品球的質(zhì)這些反應(yīng)是平行進(jìn)行或者是依次連續(xù)進(jìn)行的，對成品球的質(zhì)量和產(chǎn)量都有重要的影響。量和產(chǎn)量都有重要的影響。 因此，在預(yù)熱階段，因此，在預(yù)熱階段， 應(yīng)協(xié)調(diào)一致。應(yīng)協(xié)調(diào)一致。 就磁鐵礦而言，就磁鐵礦而言，氧化氧化對于球

5、團(tuán)礦的機(jī)械強(qiáng)度和還原性狀具有對于球團(tuán)礦的機(jī)械強(qiáng)度和還原性狀具有決定性的影響。決定性的影響。 4.2球團(tuán)預(yù)熱球團(tuán)預(yù)熱化合物的分解和氧化化合物的分解和氧化預(yù)熱速度預(yù)熱速度 磁鐵礦的氧化從磁鐵礦的氧化從200-1000，這一氧化反應(yīng)過程分為兩個，這一氧化反應(yīng)過程分為兩個連續(xù)的階段進(jìn)行。連續(xù)的階段進(jìn)行。 4.2.1磁鐵礦球團(tuán)的氧化機(jī)理磁鐵礦球團(tuán)的氧化機(jī)理（1）氧化階段及其產(chǎn)物）氧化階段及其產(chǎn)物第一階段（第一階段（200-400） 在這一階段，在這一階段，化學(xué)過程占優(yōu)勢化學(xué)過程占優(yōu)勢，不發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，不發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變(fe3o4和和-fe2o3都屬立方晶系都屬立方晶系)，由，由fe3o4生成了生成了-fe

6、2o3，即生成有磁性的，即生成有磁性的赤鐵礦。赤鐵礦。（1）氧化階段及其產(chǎn)物）氧化階段及其產(chǎn)物第二階段第二階段（400-1000） 由于由于-fe2o3不是穩(wěn)定相，在較高的溫度下，晶體會重新排列，不是穩(wěn)定相，在較高的溫度下，晶體會重新排列，而且氧離子可能穿過表層直接擴(kuò)散，進(jìn)行氧化的第二階段。這而且氧離子可能穿過表層直接擴(kuò)散，進(jìn)行氧化的第二階段。這個階段個階段晶型轉(zhuǎn)變占優(yōu)勢晶型轉(zhuǎn)變占優(yōu)勢，從立方晶系轉(zhuǎn)變?yōu)樾狈骄担瑥牧⒎骄缔D(zhuǎn)變?yōu)樾狈骄担?fe2o3氧比成氧比成-fe2o3，磁性也隨之消失。，磁性也隨之消失。a fe3o4球團(tuán)氧化未反應(yīng)核收縮模型球團(tuán)氧化未反應(yīng)核收縮模型 （2）氧化途徑）氧化途

7、徑 大氣中的大氣中的o2被吸附在磁鐵礦被吸附在磁鐵礦球團(tuán)表面，形成球團(tuán)表面，形成-fe2o3薄層。薄層。 球團(tuán)氧化是球團(tuán)氧化是-fe2o3不斷由外向內(nèi)擴(kuò)散，層層漸進(jìn)，最終不斷由外向內(nèi)擴(kuò)散，層層漸進(jìn)，最終達(dá)到全部氧化的過程。達(dá)到全部氧化的過程。 隨著焙燒溫度的進(jìn)一步升高，隨著焙燒溫度的進(jìn)一步升高，離子活動能力增大，在離子活動能力增大，在-fe2o3層的層的外圍形成穩(wěn)定的外圍形成穩(wěn)定的-fe2o3。a fe3o4球團(tuán)氧化未反應(yīng)核收縮模型球團(tuán)氧化未反應(yīng)核收縮模型 當(dāng)溫度進(jìn)一步升高時，當(dāng)溫度進(jìn)一步升高時，fe2+向向-fe2o3層擴(kuò)散，當(dāng)擴(kuò)散至層擴(kuò)散，當(dāng)擴(kuò)散至-fe2o3與與o2的界面處時與吸附的氧作

8、用形成的界面處時與吸附的氧作用形成fe3+，fe3+則向里擴(kuò)散。則向里擴(kuò)散。 與此同時，與此同時，o2-以不斷失去電子成以不斷失去電子成為原子，又不斷與電子結(jié)合成為為原子，又不斷與電子結(jié)合成為o2-的的交換方式向內(nèi)擴(kuò)散到晶格的結(jié)點(diǎn)上，交換方式向內(nèi)擴(kuò)散到晶格的結(jié)點(diǎn)上，最終使最終使fe3o4全部成為全部成為-fe2o3。 球團(tuán)氧化是球團(tuán)氧化是fe2+向外擴(kuò)散向外擴(kuò)散，fe3+向內(nèi)擴(kuò)散向內(nèi)擴(kuò)散以及以及o2-向里擴(kuò)散向里擴(kuò)散的一的一個內(nèi)部晶格重新排列，最后成為固溶體的連續(xù)過程。個內(nèi)部晶格重新排列，最后成為固溶體的連續(xù)過程。* *關(guān)于固溶體關(guān)于固溶體 固溶體是指溶質(zhì)組元溶入溶劑晶格中而仍保持溶劑類型的固

9、溶體是指溶質(zhì)組元溶入溶劑晶格中而仍保持溶劑類型的合金相。合金相。和物質(zhì)的熔點(diǎn)無關(guān)。和物質(zhì)的熔點(diǎn)無關(guān)。 工業(yè)上所使用的金屬材料，絕大部分是以固溶體為基體的，工業(yè)上所使用的金屬材料，絕大部分是以固溶體為基體的，有的甚至完全由固溶體所組成。如：碳鋼和合金鋼。有的甚至完全由固溶體所組成。如：碳鋼和合金鋼。 b 氧化速度氧化速度 人造磁鐵礦人造磁鐵礦晶格結(jié)構(gòu)不完整，晶格結(jié)構(gòu)不完整，固溶體形成迅速。固溶體形成迅速。 因此，因此， 在低溫下就能產(chǎn)生在低溫下就能產(chǎn)生-fe2o3。 反應(yīng)能力比天然磁鐵礦強(qiáng)得多。反應(yīng)能力比天然磁鐵礦強(qiáng)得多。 324003220043ofeofeofeccoob 氧化速度氧化速度

10、天然磁鐵礦天然磁鐵礦形成形成fe3+擴(kuò)散相擴(kuò)散相對較慢，氧化過程只在表面進(jìn)對較慢，氧化過程只在表面進(jìn)行，表面能同時形成行，表面能同時形成固溶體和固溶體和-fe2o3，而在顆粒內(nèi)，而在顆粒內(nèi)部只能形成固溶體。部只能形成固溶體。 在較高溫度下，在較高溫度下，-fe2o3是是赤鐵礦的穩(wěn)定形式，且由于發(fā)赤鐵礦的穩(wěn)定形式，且由于發(fā)生氧化，顆粒內(nèi)部固溶體也被生氧化，顆粒內(nèi)部固溶體也被轉(zhuǎn)換，生成轉(zhuǎn)換，生成-fe2o3。 問題問題1：為什么低溫時只能生成：為什么低溫時只能生成-fe2o3？ fe3o4 （0.838nm）與）與-fe2o3 （0.832nm）的的晶格常數(shù)晶格常數(shù)相差甚微，因此，其轉(zhuǎn)變僅僅是進(jìn)一

11、步除去相差甚微，因此，其轉(zhuǎn)變僅僅是進(jìn)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 的過程的過程在低溫下就可進(jìn)行。在低溫下就可進(jìn)行。問題問題1：為什么低溫時只能生成：為什么低溫時只能生成-fe2o3？ 而它們與而它們與 -fe2o3（0.542nm）的晶格常數(shù)差別卻很大，晶）的晶格常數(shù)差別卻很大，晶格重新排列時，格重新排列時，fe2+及及fe3+有較大的移動，從有較大的移動，從-fe2o3或或fe3o4轉(zhuǎn)變到轉(zhuǎn)變到-fe2o3時，晶型改變，體積發(fā)生收縮，時，晶型改變，體積發(fā)生收縮，需要在高溫下需要在高溫下方可進(jìn)行。方可進(jìn)行。 因此，低溫時只能生成

12、因此，低溫時只能生成-fe2o3。 問題問題2：磁鐵礦氧化過程起主要作用的擴(kuò)散是？：磁鐵礦氧化過程起主要作用的擴(kuò)散是？問題問題1：為什么低溫時只能生成：為什么低溫時只能生成-fe2o3？ 對氧化起主要作用對氧化起主要作用的不是氣體氧向內(nèi)擴(kuò)散，而是鐵離子的不是氣體氧向內(nèi)擴(kuò)散，而是鐵離子和氧離子在固相層內(nèi)的擴(kuò)散，即和氧離子在固相層內(nèi)的擴(kuò)散，即fe3+ 、fe2+ 、 o2-在固相層在固相層內(nèi)的擴(kuò)散內(nèi)的擴(kuò)散 。 大氣中大氣中o2被被fe3o4顆粒吸附時，顆粒吸附時，fe2+ fe3+ + e，導(dǎo)致，導(dǎo)致o2電離，電離，o2+e2o2-，上述反應(yīng)引起上述反應(yīng)引起fe3+ 、fe2+ 、 o2-的擴(kuò)散。

13、的擴(kuò)散。其中其中o2-擴(kuò)散最慢。擴(kuò)散最慢。問題問題2：磁鐵礦氧化過程起主要作用的擴(kuò)散是？：磁鐵礦氧化過程起主要作用的擴(kuò)散是？問題問題3：為什么：為什么o2-的擴(kuò)散速度最慢？的擴(kuò)散速度最慢？ o2-的半徑的半徑(0.14nm)比比fe2+(0.074nm)或或fe3+(0.060nm)的半徑的半徑大，后兩者擴(kuò)散速度比前者大。大，后兩者擴(kuò)散速度比前者大。 o2-是以不斷失去電子成為原子，又不斷與是以不斷失去電子成為原子，又不斷與電子結(jié)合成電子結(jié)合成o2-的交換方式擴(kuò)散的，但僅在的交換方式擴(kuò)散的，但僅在o2- o的瞬間，才能在晶格的結(jié)點(diǎn)間的瞬間，才能在晶格的結(jié)點(diǎn)間移動一段距離，移動一段距離， 所以所

14、以o2-比鐵離子的擴(kuò)散慢得多比鐵離子的擴(kuò)散慢得多。 問題問題3：為什么：為什么o2-的擴(kuò)散速度最慢？的擴(kuò)散速度最慢？b 氧化速度氧化速度 磁鐵礦球團(tuán)氧化過程磁鐵礦球團(tuán)氧化過程 在低溫下，磁鐵礦表面形成很薄的在低溫下，磁鐵礦表面形成很薄的-fe2o3，隨著溫度升，隨著溫度升高，離子的移動能力增加，此高，離子的移動能力增加，此-fe2o3層的外面轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的層的外面轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的-fe2o3。 溫度繼續(xù)提高，溫度繼續(xù)提高，fe2+擴(kuò)散到擴(kuò)散到-fe2o3和和fe3o4界面上，充填界面上，充填到到-fe2o3空位中，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榭瘴恢校怪D(zhuǎn)變?yōu)閒e3o4，fe2+擴(kuò)散到擴(kuò)散到-fe2o3和和o2界面，

15、與吸附的氧作用形成界面，與吸附的氧作用形成fe3+，fe3+向內(nèi)擴(kuò)散，同時，向內(nèi)擴(kuò)散，同時，o2-向向內(nèi)擴(kuò)散到晶格的結(jié)點(diǎn)上，最后全部成為內(nèi)擴(kuò)散到晶格的結(jié)點(diǎn)上，最后全部成為-fe2o3。問題問題4：如何計算球團(tuán)氧化所需要的時間？：如何計算球團(tuán)氧化所需要的時間？ 等溫條件下，非熔劑性球團(tuán)氧化所需要的時間，等溫條件下，非熔劑性球團(tuán)氧化所需要的時間，可用以下可用以下球團(tuán)氧化的擴(kuò)散反應(yīng)方程球團(tuán)氧化的擴(kuò)散反應(yīng)方程表示：表示： 132362320wwkr如果fe3o4完全氧化時，kr6201wk與介質(zhì)含氧量有關(guān)，介質(zhì)為空氣：與介質(zhì)含氧量有關(guān)，介質(zhì)為空氣：k=（1.20.2）x10-4cm2/s； 介質(zhì)為純氧

16、：介質(zhì)為純氧： k=（1.40.1）x10-3cm2/s。問題問題4：如何計算球團(tuán)氧化所需要的時間？：如何計算球團(tuán)氧化所需要的時間？4.2.2磁鐵礦氧化對球團(tuán)強(qiáng)度的影響磁鐵礦氧化對球團(tuán)強(qiáng)度的影響 磁鐵礦球團(tuán)磁鐵礦球團(tuán)在預(yù)熱階段氧化時在預(yù)熱階段氧化時重量增加，氧化過程于重量增加，氧化過程于1000左左右結(jié)束，此時達(dá)到恒重狀態(tài)。單右結(jié)束，此時達(dá)到恒重狀態(tài)。單球抗壓強(qiáng)度約達(dá)球抗壓強(qiáng)度約達(dá)1100n。 但是，在同樣條件下，但是，在同樣條件下，赤鐵礦赤鐵礦球團(tuán)球團(tuán)重量卻無變化，單球抗壓強(qiáng)重量卻無變化，單球抗壓強(qiáng)度僅為度僅為200n。（1 1）預(yù)熱階段氧化時磁鐵）預(yù)熱階段氧化時磁鐵礦與赤鐵礦球團(tuán)的區(qū)別礦與

17、赤鐵礦球團(tuán)的區(qū)別4.2.2磁鐵礦氧化對球團(tuán)強(qiáng)度的影響磁鐵礦氧化對球團(tuán)強(qiáng)度的影響 磁鐵礦球團(tuán)在空氣中焙燒時，磁鐵礦球團(tuán)在空氣中焙燒時，在較低溫度下，礦石顆粒和晶體在較低溫度下，礦石顆粒和晶體的棱邊和表面就已生成的棱邊和表面就已生成赤鐵礦初赤鐵礦初晶晶，這些新生的晶體活性較大，這些新生的晶體活性較大，它們在相互接觸的顆粒之間擴(kuò)散，它們在相互接觸的顆粒之間擴(kuò)散，形成形成初期橋鍵初期橋鍵，促進(jìn)球團(tuán)強(qiáng)度提，促進(jìn)球團(tuán)強(qiáng)度提高。高。 （2）磁鐵礦球團(tuán)強(qiáng)度增加的原因）磁鐵礦球團(tuán)強(qiáng)度增加的原因4.2.2磁鐵礦氧化對球團(tuán)強(qiáng)度的影響磁鐵礦氧化對球團(tuán)強(qiáng)度的影響從球團(tuán)表面開始，從球團(tuán)表面開始， 表面氧化表面氧化生成赤鐵

18、礦晶粒生成赤鐵礦晶粒； 形成赤鐵礦外殼和磁鐵礦核的形成赤鐵礦外殼和磁鐵礦核的雙層結(jié)構(gòu)雙層結(jié)構(gòu)； 氧穿透球的表層向內(nèi)擴(kuò)散，使氧穿透球的表層向內(nèi)擴(kuò)散，使內(nèi)部進(jìn)行氧化內(nèi)部進(jìn)行氧化。（3）磁鐵礦球團(tuán)氧化的結(jié)構(gòu)過程）磁鐵礦球團(tuán)氧化的結(jié)構(gòu)過程4.2.2磁鐵礦氧化對球團(tuán)強(qiáng)度的影響磁鐵礦氧化對球團(tuán)強(qiáng)度的影響 氧化速度是隨溫度增加而增氧化速度是隨溫度增加而增加的。加的。 在氧化時間相同的情況下，在氧化時間相同的情況下，隨溫度升高，氧化度增加。隨溫度升高，氧化度增加。（4）磁鐵礦球團(tuán)的氧化速度）磁鐵礦球團(tuán)的氧化速度加溫速度越快，氧化速加溫速度越快，氧化速度越高？度越高？4.2.2磁鐵礦氧化對球團(tuán)強(qiáng)度的影響磁鐵礦氧

19、化對球團(tuán)強(qiáng)度的影響磁鐵礦氧化速度下降；磁鐵礦氧化速度下降； 1）若加溫速度過快，在球團(tuán)）若加溫速度過快，在球團(tuán)未完全氧化之前就發(fā)生再結(jié)晶，未完全氧化之前就發(fā)生再結(jié)晶，球殼變得致密，使核心球殼變得致密，使核心氧化速氧化速度下降度下降。 2）溫度高于）溫度高于900時，磁鐵時，磁鐵礦發(fā)生再結(jié)晶或形成液相，導(dǎo)礦發(fā)生再結(jié)晶或形成液相，導(dǎo)致致氧化速度進(jìn)一步下降氧化速度進(jìn)一步下降。 必須有使球團(tuán)完全氧化的必須有使球團(tuán)完全氧化的最最佳溫度和加溫速度佳溫度和加溫速度。 （5）加溫速度過快對球團(tuán)焙燒的影響）加溫速度過快對球團(tuán)焙燒的影響4.2.2磁鐵礦氧化對球團(tuán)強(qiáng)度的影響磁鐵礦氧化對球團(tuán)強(qiáng)度的影響球團(tuán)形成表面裂紋

20、；球團(tuán)形成表面裂紋； 微細(xì)粒磁鐵礦球團(tuán)，加溫速度過快微細(xì)粒磁鐵礦球團(tuán)，加溫速度過快時，外殼收縮嚴(yán)重，使孔隙封閉。時，外殼收縮嚴(yán)重，使孔隙封閉。 一方面妨礙內(nèi)層氧化，另一方面由一方面妨礙內(nèi)層氧化，另一方面由于收縮應(yīng)力的積累引起球表面形成小于收縮應(yīng)力的積累引起球表面形成小裂紋，這種小裂紋在以后的焙燒過程裂紋，這種小裂紋在以后的焙燒過程中很難消除。中很難消除。表面裂紋表面裂紋（5）加溫速度過快對球團(tuán)焙燒的影響）加溫速度過快對球團(tuán)焙燒的影響4.2.2磁鐵礦氧化對球團(tuán)強(qiáng)度的影響磁鐵礦氧化對球團(tuán)強(qiáng)度的影響 在焙燒的球團(tuán)中，出現(xiàn)同心裂紋。在焙燒的球團(tuán)中，出現(xiàn)同心裂紋。 氧化發(fā)生在已氧化的外殼和未氧化的磁鐵礦

21、之間，并沿著同心氧化發(fā)生在已氧化的外殼和未氧化的磁鐵礦之間，并沿著同心圓向核心推進(jìn)。圓向核心推進(jìn)。 當(dāng)溫度過高時，外殼致密，氧難以擴(kuò)散進(jìn)去，內(nèi)部磁鐵礦再結(jié)當(dāng)溫度過高時，外殼致密，氧難以擴(kuò)散進(jìn)去，內(nèi)部磁鐵礦再結(jié)晶，渣相熔融收縮離開外殼，使兩種不同的物質(zhì)間形成同心裂紋。晶，渣相熔融收縮離開外殼，使兩種不同的物質(zhì)間形成同心裂紋。這是這是導(dǎo)致球團(tuán)強(qiáng)度下降的一個主要原因。導(dǎo)致球團(tuán)強(qiáng)度下降的一個主要原因。同心裂紋同心裂紋（5）加溫速度過快對球團(tuán)焙燒的影響）加溫速度過快對球團(tuán)焙燒的影響4.2.2磁鐵礦氧化對球團(tuán)強(qiáng)度的影響磁鐵礦氧化對球團(tuán)強(qiáng)度的影響磁鐵礦氧化屬放熱反應(yīng)，并按下式進(jìn)行：磁鐵礦氧化屬放熱反應(yīng)，并按

22、下式進(jìn)行： 放qofeoofe322433212 q放放值約為值約為260kj/mol。 這一補(bǔ)充熱源應(yīng)當(dāng)在預(yù)熱和焙燒過程中加以考慮和利用。這一補(bǔ)充熱源應(yīng)當(dāng)在預(yù)熱和焙燒過程中加以考慮和利用。 否則，由于產(chǎn)生氧化熱，使球核的溫度高于表面，如果氧否則，由于產(chǎn)生氧化熱，使球核的溫度高于表面，如果氧化速度過快，將使球核過燒，甚至熔化。化速度過快，將使球核過燒，甚至熔化。 （6）磁鐵礦氧化過程的放熱）磁鐵礦氧化過程的放熱4.3球團(tuán)焙燒的固結(jié)機(jī)理球團(tuán)焙燒的固結(jié)機(jī)理4.3.1固相固結(jié)固相固結(jié) 固相固結(jié)固相固結(jié)：球團(tuán)內(nèi)的礦粒在低于其熔點(diǎn)的溫度下的互相粘結(jié)，：球團(tuán)內(nèi)的礦粒在低于其熔點(diǎn)的溫度下的互相粘結(jié)，并使顆粒

23、之間連接強(qiáng)度增大并使顆粒之間連接強(qiáng)度增大。 在生球內(nèi)顆粒之間的接觸點(diǎn)上很難達(dá)到引力作用范圍。但是，高在生球內(nèi)顆粒之間的接觸點(diǎn)上很難達(dá)到引力作用范圍。但是，高溫下晶格內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)在獲得一定能量時，可以克服晶格中質(zhì)點(diǎn)的引力，溫下晶格內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)在獲得一定能量時，可以克服晶格中質(zhì)點(diǎn)的引力，而在晶格內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散。而在晶格內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散。 （1）固相固結(jié)的實質(zhì)）固相固結(jié)的實質(zhì)質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散晶格內(nèi)晶格內(nèi)晶格表面晶格表面相鄰晶格表面相鄰晶格表面顆粒粘接顆粒粘接 固態(tài)下固結(jié)反應(yīng)的原動力是系統(tǒng)自由能的降低。固態(tài)下固結(jié)反應(yīng)的原動力是系統(tǒng)自由能的降低。 具有較大界面能的微細(xì)顆粒落在較粗的顆粒上時表面具有較大界面能的微細(xì)顆粒

24、落在較粗的顆粒上時表面能減小。在有能減小。在有 充足的反應(yīng)時間；充足的反應(yīng)時間； 足夠的溫度；足夠的溫度； 界面能繼續(xù)減小界面能繼續(xù)減小 的條件下，這些顆粒便聚結(jié)，的條件下，這些顆粒便聚結(jié)，進(jìn)一步成為晶粒的聚集體。進(jìn)一步成為晶粒的聚集體。 （2）固態(tài)下固結(jié)反應(yīng)的原動力）固態(tài)下固結(jié)反應(yīng)的原動力 塔曼溫度塔曼溫度：固態(tài)物質(zhì)間開始反應(yīng)的溫度。：固態(tài)物質(zhì)間開始反應(yīng)的溫度。 鹽類、氧化物：鹽類、氧化物：t塔塔=0.57 t熔熔 硅酸鹽、有機(jī)物：硅酸鹽、有機(jī)物：t塔塔=（0.80.9）t熔熔 細(xì)磨物料（鐵精礦）具有高度的分散性，具有細(xì)磨物料（鐵精礦）具有高度的分散性，具有嚴(yán)重的晶格嚴(yán)重的晶格缺陷缺陷，表面

25、自由能高，表面自由能高，處于不穩(wěn)定狀態(tài)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，具有很強(qiáng)的降低其能，具有很強(qiáng)的降低其能量的趨勢。量的趨勢。 當(dāng)達(dá)到塔曼溫度后，精礦顆粒呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的當(dāng)達(dá)到塔曼溫度后，精礦顆粒呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的擴(kuò)散位移擴(kuò)散位移，晶體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)位置的交換使其晶體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)位置的交換使其結(jié)晶缺陷逐漸地得到校正結(jié)晶缺陷逐漸地得到校正，微小的，微小的晶體粉末也將聚集成較大的晶體顆粒，變成活性較低的、較為晶體粉末也將聚集成較大的晶體顆粒，變成活性較低的、較為穩(wěn)定的晶體。穩(wěn)定的晶體。（內(nèi)擴(kuò)散）（內(nèi)擴(kuò)散） （2）固態(tài)下固結(jié)反應(yīng)的原動力）固態(tài)下固結(jié)反應(yīng)的原動力 當(dāng)?shù)V粒晶格內(nèi)的原子獲得足夠的能量后，晶體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)當(dāng)?shù)V粒晶格內(nèi)的原子獲得足夠的

26、能量后，晶體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散到晶體表面，也可擴(kuò)散到與之相鄰晶體內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或聚散到晶體表面，也可擴(kuò)散到與之相鄰晶體內(nèi)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)或聚集成較大的晶粒，克服周圍鍵力的束縛進(jìn)行擴(kuò)散。集成較大的晶粒，克服周圍鍵力的束縛進(jìn)行擴(kuò)散。（外擴(kuò)散）（外擴(kuò)散）（2）固態(tài)下固結(jié)反應(yīng)的原動力）固態(tài)下固結(jié)反應(yīng)的原動力 并且隨著溫度升高，這種擴(kuò)散加強(qiáng)，并且隨著溫度升高，這種擴(kuò)散加強(qiáng)，最后發(fā)展到在顆粒互相接觸點(diǎn)或接觸面最后發(fā)展到在顆粒互相接觸點(diǎn)或接觸面上擴(kuò)散，使顆粒之間產(chǎn)生粘結(jié)。上擴(kuò)散，使顆粒之間產(chǎn)生粘結(jié)。*影響固相擴(kuò)散反應(yīng)的因素影響固相擴(kuò)散反應(yīng)的因素 溫度溫度t：t，v擴(kuò)擴(kuò) 粉碎度粉碎度（細(xì)度）（細(xì)度）， v擴(kuò)擴(kuò) 活化能活化

27、能降低：晶形轉(zhuǎn)變降低：晶形轉(zhuǎn)變 結(jié)晶水分解結(jié)晶水分解 活化晶格活化晶格 活化能活化能，v擴(kuò)擴(kuò) 固溶體形成固溶體形成 液相液相： 液相存在，對固相物質(zhì)的擴(kuò)散提供通道，也液相存在，對固相物質(zhì)的擴(kuò)散提供通道，也 使使v擴(kuò)擴(kuò) ，強(qiáng)化，強(qiáng)化固相擴(kuò)散反應(yīng)。固相擴(kuò)散反應(yīng)。（3）球團(tuán)固相固結(jié)的模型）球團(tuán)固相固結(jié)的模型 這種通過表面層原子的擴(kuò)散而完成的物質(zhì)遷移過程，稱為表面擴(kuò)散。 在晶粒接觸處通過質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散而形成連接橋，又稱連接“頸”。 在連接頸的凹曲面上，由于表面張力產(chǎn)生垂直于曲頸向外的張在連接頸的凹曲面上，由于表面張力產(chǎn)生垂直于曲頸向外的張應(yīng)力，使曲頸表面下的平衡空位濃度高于顆粒的其他部位。應(yīng)力，使曲頸表面下

28、的平衡空位濃度高于顆粒的其他部位。 這種過剩的空位濃度梯度將引起這種過剩的空位濃度梯度將引起 a） 頸表面下的空位向鄰近的球表面發(fā)生體積擴(kuò)散頸表面下的空位向鄰近的球表面發(fā)生體積擴(kuò)散（3）球團(tuán)固相固結(jié)的模型）球團(tuán)固相固結(jié)的模型 即物質(zhì)沿相反途徑向頸遷移，使頸體積長大。即物質(zhì)沿相反途徑向頸遷移，使頸體積長大。 因此，單位時間內(nèi)物質(zhì)的遷移量應(yīng)等于頸的因此，單位時間內(nèi)物質(zhì)的遷移量應(yīng)等于頸的體積增大量，即有：體積增大量，即有： 頸部體積增大量連續(xù)方程式頸部體積增大量連續(xù)方程式 ajddvv/axxv2,22ktdaxv20/25（4-9）a） 頸表面下的空位向鄰近的球表面發(fā)生體積擴(kuò)散頸表面下的空位向鄰近

29、的球表面發(fā)生體積擴(kuò)散b）空位由頸表面向顆粒接觸面上）空位由頸表面向顆粒接觸面上的晶界擴(kuò)散的晶界擴(kuò)散ktdaxv80/25（4-10）因此按照體積擴(kuò)散機(jī)理，連接頸長大應(yīng)服從因此按照體積擴(kuò)散機(jī)理，連接頸長大應(yīng)服從25/ax的直線關(guān)系。的直線關(guān)系。 1）顆粒表面原子擴(kuò)散，使球內(nèi)各顆粒粘結(jié)）顆粒表面原子擴(kuò)散，使球內(nèi)各顆粒粘結(jié)形成連接頸形成連接頸； 2）顆粒接觸面上，空位濃度提高，原子與空位交換位置，不）顆粒接觸面上，空位濃度提高，原子與空位交換位置，不斷向接觸面遷移，使斷向接觸面遷移，使頸長大頸長大，顆粒接觸面增加，粒子之間距離，顆粒接觸面增加，粒子之間距離縮小；縮小；（4）球團(tuán)固相固結(jié)的結(jié)構(gòu)）球團(tuán)固

30、相固結(jié)的結(jié)構(gòu) 3）粒子之間的孔隙形狀不一，相互連接，而后）粒子之間的孔隙形狀不一，相互連接，而后形成圓形通道形成圓形通道，通道收縮，孔隙率減少。通道收縮，孔隙率減少。 產(chǎn)生產(chǎn)生再結(jié)晶和聚晶再結(jié)晶和聚晶長大，球團(tuán)致密，強(qiáng)度提高。長大，球團(tuán)致密，強(qiáng)度提高。 （4）球團(tuán)固相固結(jié)的結(jié)構(gòu)）球團(tuán)固相固結(jié)的結(jié)構(gòu) 鐵礦球團(tuán)中以鐵礦球團(tuán)中以fe2o3或或fe3o4再結(jié)晶固結(jié)就是按以上再結(jié)晶固結(jié)就是按以上形式進(jìn)行。形式進(jìn)行。4.3.2球團(tuán)固結(jié)時的物理化學(xué)變化球團(tuán)固結(jié)時的物理化學(xué)變化 造球的鐵精礦一般均含有一定脈石，有時為了生產(chǎn)或冶煉的造球的鐵精礦一般均含有一定脈石，有時為了生產(chǎn)或冶煉的需要，還要加入添加劑，如膨潤

31、土、消石灰、石灰石、白云石需要，還要加入添加劑，如膨潤土、消石灰、石灰石、白云石或橄欖石等。這些物質(zhì)在焙燒時和鐵氧化物或脈石發(fā)生固相反或橄欖石等。這些物質(zhì)在焙燒時和鐵氧化物或脈石發(fā)生固相反應(yīng)，生成新的化合物，其熔點(diǎn)較之單體礦物的熔點(diǎn)低。應(yīng)，生成新的化合物，其熔點(diǎn)較之單體礦物的熔點(diǎn)低。 而固相反應(yīng)的原因則是由于而固相反應(yīng)的原因則是由于礦物晶體中質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散礦物晶體中質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的結(jié)果。的結(jié)果。 4.3.2球團(tuán)固結(jié)時的物理化學(xué)變化球團(tuán)固結(jié)時的物理化學(xué)變化 在球團(tuán)焙燒中可能出現(xiàn)的化合物主要有以下幾種在球團(tuán)焙燒中可能出現(xiàn)的化合物主要有以下幾種體系：體系： （2）鐵酸鈣體系）鐵酸鈣體系(cao-fe2o3) （

32、3）硅酸鈣體系）硅酸鈣體系(cao-sio2) （4）氧化鐵）氧化鐵-cao-mgo-sio2體系體系 （1）硅酸鹽體系）硅酸鹽體系(feo-sio2) （1）硅酸鹽體系）硅酸鹽體系(feo-sio2) 鐵精礦中，鐵精礦中，sio2的存在總是不可避免的。在普通氧化焙燒固的存在總是不可避免的。在普通氧化焙燒固結(jié)的條件下，赤鐵礦和磁鐵礦都不會與結(jié)的條件下，赤鐵礦和磁鐵礦都不會與sio2反應(yīng)生成硅酸鹽。反應(yīng)生成硅酸鹽。 但是，如果但是，如果 焙燒溫度達(dá)到焙燒溫度達(dá)到1000磁鐵礦尚氧化不完全，或磁鐵礦尚氧化不完全，或 高溫下赤鐵礦分解高溫下赤鐵礦分解 時，就可能出現(xiàn)硅酸鹽體系的化合物。時，就可能出現(xiàn)

33、硅酸鹽體系的化合物。（1）硅酸鹽體系）硅酸鹽體系(feo-sio2) feo和和sio2發(fā)生固相反應(yīng)的溫度是發(fā)生固相反應(yīng)的溫度是990，該化合物的熔點(diǎn)較，該化合物的熔點(diǎn)較低，鐵橄欖石低，鐵橄欖石(2feosio2)熔點(diǎn)為熔點(diǎn)為1205。并且鐵橄欖石很容易。并且鐵橄欖石很容易和和feo及及sio2再生成熔點(diǎn)更低的化合物，如再生成熔點(diǎn)更低的化合物，如2feosio2-fe3o4，該共熔混合物熔點(diǎn)為該共熔混合物熔點(diǎn)為1142，2feosio2-feo共熔混合物熔點(diǎn)共熔混合物熔點(diǎn)為為1177，2feosio2-sio2共熔混合物熔點(diǎn)為共熔混合物熔點(diǎn)為1178。 鐵橄欖石的強(qiáng)度和還原性均較差。鐵橄欖石的

34、強(qiáng)度和還原性均較差。 在鐵精礦中添加石灰石或消石灰所制成的球，焙燒時將出現(xiàn)在鐵精礦中添加石灰石或消石灰所制成的球，焙燒時將出現(xiàn)鐵酸鈣體系化合物，尤其是在鐵酸鈣體系化合物，尤其是在sio2較少的情況下。較少的情況下。 鐵酸鈣體系的化合物鐵酸鈣體系的化合物 caofe2o3和和cao2fe2o3形成的低共熔點(diǎn)為形成的低共熔點(diǎn)為1205。 （2）鐵酸鈣體系）鐵酸鈣體系(cao-fe2o3) caofe2o314492caofe2o31216cao2fe2o31226 從從500600開始，最初的固相反應(yīng)產(chǎn)物是開始，最初的固相反應(yīng)產(chǎn)物是caofe2o3，并隨溫度升高反應(yīng)速度加快。并隨溫度升高反應(yīng)速度加

35、快。 如果有過剩如果有過剩cao，則在，則在1000時產(chǎn)生時產(chǎn)生2caofe2o3。 鐵酸鈣和鐵酸二鈣是強(qiáng)度高和還原性好的化合物，它在還原鐵酸鈣和鐵酸二鈣是強(qiáng)度高和還原性好的化合物，它在還原過程中有良好的熱穩(wěn)定性。過程中有良好的熱穩(wěn)定性。 （2）鐵酸鈣體系）鐵酸鈣體系(cao-fe2o3) 焙燒溫度較高時，焙燒溫度較高時，fe2o3在熔體中溶解，形成在熔體中溶解，形成cao2fe2o3。 但但cao2fe2o3在低于在低于1155時處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，將時處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，將分解成鐵酸鈣和次生赤鐵礦。分解成鐵酸鈣和次生赤鐵礦。 次生赤鐵礦析出產(chǎn)生應(yīng)力使粘結(jié)受到破壞，導(dǎo)致球團(tuán)次生赤鐵礦析出

36、產(chǎn)生應(yīng)力使粘結(jié)受到破壞，導(dǎo)致球團(tuán)強(qiáng)度下降。強(qiáng)度下降。（2）鐵酸鈣體系）鐵酸鈣體系(cao-fe2o3) 當(dāng)當(dāng)精礦中含精礦中含sio2較多時，較多時，生產(chǎn)熔劑性球團(tuán)，則出現(xiàn)硅生產(chǎn)熔劑性球團(tuán)，則出現(xiàn)硅酸鈣體系化合物。酸鈣體系化合物。 雖然雖然cao與與sio2的親和力大，但的親和力大，但cao和和sio2被氧化鐵隔開，被氧化鐵隔開，故故首先形成鐵酸鈣，首先形成鐵酸鈣，當(dāng)出現(xiàn)當(dāng)出現(xiàn)cao-fe2o3熔體后，由于表熔體后，由于表面張力作用，熔體流過孔隙，面張力作用，熔體流過孔隙，在熔體與在熔體與sio2接觸時，接觸時，sio2進(jìn)入熔體，并形成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的硅酸鈣，進(jìn)入熔體，并形成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的硅酸鈣，

37、而使而使fe2o3析析出。出。 石灰和石灰和sio2直接接觸而生成硅酸鈣的可能性較小。直接接觸而生成硅酸鈣的可能性較小。（3）硅酸鈣體系）硅酸鈣體系(cao-sio2) 硅酸鈣體系化合物熔點(diǎn)較高硅酸鈣體系化合物熔點(diǎn)較高，不會使球團(tuán)過融。，不會使球團(tuán)過融。 硅灰石硅灰石caosio2 熔點(diǎn)熔點(diǎn) 1544 硅鈣石硅鈣石 3cao2sio2 熔點(diǎn)熔點(diǎn) 1478 正硅酸鈣正硅酸鈣2caosio2 熔點(diǎn)熔點(diǎn) 2130 硅酸三鈣硅酸三鈣3caosio2 熔點(diǎn)熔點(diǎn) 1900 但是它與鐵酸鈣體系之間可能但是它與鐵酸鈣體系之間可能形成低熔點(diǎn)化合物形成低熔點(diǎn)化合物，如，如2caosio2-caofe2o3-cao

38、2fe2o3形成的低共熔點(diǎn)為形成的低共熔點(diǎn)為1192。 其中其中2caosio2的熔化溫度雖為的熔化溫度雖為2130，但它，但它固相反應(yīng)開固相反應(yīng)開始的溫度低始的溫度低（約（約600），而且是最初形成的產(chǎn)物，故對球團(tuán)礦），而且是最初形成的產(chǎn)物，故對球團(tuán)礦的強(qiáng)度影響較大。的強(qiáng)度影響較大。（3）硅酸鈣體系）硅酸鈣體系(cao-sio2) 固相反應(yīng)的最初產(chǎn)物，與反應(yīng)物的混合比固相反應(yīng)的最初產(chǎn)物，與反應(yīng)物的混合比無關(guān)，兩種反應(yīng)物無論以何種比例混合，無關(guān)，兩種反應(yīng)物無論以何種比例混合，反應(yīng)的最初產(chǎn)物總是一種。反應(yīng)的最初產(chǎn)物總是一種。（3）硅酸鈣體系）硅酸鈣體系(cao-sio2) 以以1：1的比例混合的

39、的比例混合的cao和和sio2，最初產(chǎn)物不是，最初產(chǎn)物不是caosio2，而是而是2caosio2，繼續(xù)在，繼續(xù)在2caosio2與與cao接觸處形成接觸處形成3caosio2，與，與sio2接觸處形成接觸處形成3cao2sio2，最后才形成，最后才形成caosio2。 *2caosio2對球團(tuán)礦的強(qiáng)度影響對球團(tuán)礦的強(qiáng)度影響 當(dāng)溫度下降到當(dāng)溫度下降到850時，時，-2caosio2轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?2caosio2，體積增大約，體積增大約12%。 當(dāng)冷卻至當(dāng)冷卻至675時，時，-2caosio2轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?2caosio2，體，體積又增大積又增大10%，而且是不可逆轉(zhuǎn)變。，而且是不可逆轉(zhuǎn)變。 由

40、于晶型轉(zhuǎn)變體積膨脹，導(dǎo)致球團(tuán)強(qiáng)度下降。由于晶型轉(zhuǎn)變體積膨脹，導(dǎo)致球團(tuán)強(qiáng)度下降。 對添加白云石的熔劑性球團(tuán)極為重要。對添加白云石的熔劑性球團(tuán)極為重要。 在在cao-mgo-sio2體系中最低熔點(diǎn)為體系中最低熔點(diǎn)為1300。 由于由于cao、mgo和和sio2之間缺乏接觸，因此它們不大可能直接之間缺乏接觸，因此它們不大可能直接發(fā)生反應(yīng)。而首先發(fā)生的反應(yīng)是在（約發(fā)生反應(yīng)。而首先發(fā)生的反應(yīng)是在（約500 ）cao和和fe2o3之之間，以及（約間，以及（約600 ） mgo和和fe2o3之間的固相反應(yīng)。之間的固相反應(yīng)。（4）氧化鐵）氧化鐵-cao-mgo-sio2體系體系 最初出現(xiàn)液相鐵酸鈣，鐵酸鈣對于

41、最初出現(xiàn)液相鐵酸鈣，鐵酸鈣對于mgo無可溶性。無可溶性。 只有在鈣只有在鈣-鐵鐵-硅酸鹽形成之后，硅酸鹽形成之后，mgo才有可能進(jìn)入硅酸鹽渣相。才有可能進(jìn)入硅酸鹽渣相。 在球團(tuán)焙燒固結(jié)時，在球團(tuán)焙燒固結(jié)時，mgo可能進(jìn)入渣相（可能進(jìn)入渣相（鈣鎂橄欖石鈣鎂橄欖石），也可），也可能進(jìn)入氧化鐵顆粒（能進(jìn)入氧化鐵顆粒（鎂鐵礦鎂鐵礦(mgofe2o3)和尖晶石固溶體和尖晶石固溶體(mg，fe)ofe2o3），或殘留下來。），或殘留下來。（4）氧化鐵）氧化鐵-cao-mgo-sio2體系體系 mgo進(jìn)入渣相或進(jìn)入氧化鐵中都能夠提進(jìn)入渣相或進(jìn)入氧化鐵中都能夠提高球團(tuán)的熔點(diǎn)和改善還原性。高球團(tuán)的熔點(diǎn)和改善還原

42、性。 該體系該體系1575以下沒有液相生成。以下沒有液相生成。 （4）氧化鐵）氧化鐵-cao-mgo-sio2體系體系 4.3.2球團(tuán)固結(jié)時的物理化學(xué)變化球團(tuán)固結(jié)時的物理化學(xué)變化球團(tuán)固結(jié)生成化合物體系的比較球團(tuán)固結(jié)生成化合物體系的比較 球團(tuán)焙燒中能否產(chǎn)生液相，液相對球團(tuán)球團(tuán)焙燒中能否產(chǎn)生液相，液相對球團(tuán)固結(jié)有什么作用？固結(jié)有什么作用？化合物體系化合物體系產(chǎn)生條件產(chǎn)生條件熔點(diǎn)（熔點(diǎn)（） 強(qiáng)度強(qiáng)度還原性還原性對球團(tuán)對球團(tuán)的影響的影響硅酸鹽體系硅酸鹽體系存在存在feo1100-1200差差差差降低熔點(diǎn)和降低熔點(diǎn)和還原性還原性鐵酸鈣體系鐵酸鈣體系存在存在cao， sio2較少較少1200-1450高高

43、好好提高強(qiáng)度和提高強(qiáng)度和還原性還原性硅酸鈣體系硅酸鈣體系sio2較多，較多，存在存在cao1150-2150中中強(qiáng)度下降強(qiáng)度下降氧化鐵氧化鐵-cao-mgo-sio2體系體系存在存在mgo1300-1575高高好好提高熔點(diǎn)、提高熔點(diǎn)、改善還原性改善還原性 4.3.3液相對固結(jié)的作用液相對固結(jié)的作用 在鐵精礦球團(tuán)氧化焙燒過程中，盡管以在鐵精礦球團(tuán)氧化焙燒過程中，盡管以fe2o3再結(jié)晶固結(jié)為再結(jié)晶固結(jié)為主。但仍不可避免地會生成一些主。但仍不可避免地會生成一些低熔點(diǎn)化合物低熔點(diǎn)化合物。因此，在球團(tuán)。因此，在球團(tuán)中或多或少會產(chǎn)生一些液相。中或多或少會產(chǎn)生一些液相。 固相（反應(yīng)）擴(kuò)散中形成的一些低熔點(diǎn)化

44、合物或共熔物，固相（反應(yīng)）擴(kuò)散中形成的一些低熔點(diǎn)化合物或共熔物， 隨隨t，產(chǎn)生液相。，產(chǎn)生液相。 球團(tuán)原料中帶入的低熔點(diǎn)礦物，如鉀長石，在球團(tuán)原料中帶入的低熔點(diǎn)礦物，如鉀長石，在1100左右左右 便可熔化。便可熔化。 添加劑：有機(jī)添加劑熔化溫度較低，硼泥中添加劑：有機(jī)添加劑熔化溫度較低，硼泥中b2o3 600 開開 始熔融。始熔融。4.3.3液相對固結(jié)的作用液相對固結(jié)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，可加快結(jié)晶質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散加快結(jié)晶質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散，使晶體長大，使晶體長大的速度比在無任何液相的結(jié)晶結(jié)構(gòu)中快。的速度比在無任何液相的結(jié)晶結(jié)構(gòu)中快。（2）融體將顆粒包裹

45、，在表面張力的作用下，）融體將顆粒包裹，在表面張力的作用下，礦石顆粒互相靠攏礦石顆粒互相靠攏，結(jié)果使球團(tuán)體積收縮，結(jié)果使球團(tuán)體積收縮，孔隙率減少，球團(tuán)致密化。孔隙率減少，球團(tuán)致密化。4.3.3液相對固結(jié)的作用液相對固結(jié)的作用 （3）使固體顆粒溶解和重結(jié)晶，重結(jié)晶析出的晶體，）使固體顆粒溶解和重結(jié)晶，重結(jié)晶析出的晶體，消除晶消除晶格缺陷，提高晶橋強(qiáng)度格缺陷，提高晶橋強(qiáng)度。 （4）液相充填在粒子間，）液相充填在粒子間，冷卻時液相凝固，將相鄰粒子粘結(jié)冷卻時液相凝固，將相鄰粒子粘結(jié)起來起來。 液相在一定程度上可促進(jìn)球團(tuán)的固結(jié)。液相在一定程度上可促進(jìn)球團(tuán)的固結(jié)。液相是否越多越好？液相是否越多越好？4.3

46、.3液相對固結(jié)的作用液相對固結(jié)的作用 液相過多的危害：液相過多的危害： 過早地出現(xiàn)液相使過早地出現(xiàn)液相使磁鐵礦氧化不完全磁鐵礦氧化不完全，導(dǎo)致亞鐵溶解。，導(dǎo)致亞鐵溶解。 液相數(shù)量過多時將阻礙氧化鐵顆粒直接接觸而液相數(shù)量過多時將阻礙氧化鐵顆粒直接接觸而影響再結(jié)晶影響再結(jié)晶。 液相沿晶界滲透，使已聚晶長大的液相沿晶界滲透，使已聚晶長大的晶體晶體“粉碎化粉碎化”。 過多的液相還會使球變形，互相過多的液相還會使球變形，互相粘結(jié)粘結(jié)。 液相的數(shù)量不宜過多，一般不超過液相的數(shù)量不宜過多，一般不超過7%，而且希望均勻分布。，而且希望均勻分布。4.4鐵礦球團(tuán)固結(jié)的形式鐵礦球團(tuán)固結(jié)的形式 鐵礦球團(tuán)固結(jié)的形式可分

47、為鐵礦球團(tuán)固結(jié)的形式可分為磁鐵礦、赤鐵礦和熔劑性球團(tuán)磁鐵礦、赤鐵礦和熔劑性球團(tuán)礦礦三種類型。三種類型。 4.4.1磁鐵礦球團(tuán)固結(jié)形式磁鐵礦球團(tuán)固結(jié)形式 （1）fe2o3微晶鍵連接微晶鍵連接 （2）fe2o3再結(jié)晶連接再結(jié)晶連接 （3）fe3o4再結(jié)晶固結(jié)再結(jié)晶固結(jié) （4）渣鍵連接）渣鍵連接 （1）fe2o3微晶鍵連接微晶鍵連接 在晶格轉(zhuǎn)變時，新生的赤鐵礦晶格中，原子具有很大的活性，在晶格轉(zhuǎn)變時，新生的赤鐵礦晶格中，原子具有很大的活性，不僅能在晶體內(nèi)發(fā)生擴(kuò)散，并且毗鄰的氧化物晶體也發(fā)生擴(kuò)散不僅能在晶體內(nèi)發(fā)生擴(kuò)散，并且毗鄰的氧化物晶體也發(fā)生擴(kuò)散遷移，在顆粒之間產(chǎn)生連接橋（即連接頸）。遷移，在顆粒之

48、間產(chǎn)生連接橋（即連接頸）。 這種連接稱為微晶鍵連接。這種連接稱為微晶鍵連接。 磁鐵礦球團(tuán)氧化過程在磁鐵礦球團(tuán)氧化過程在200300開始，氧化先在磁鐵礦顆粒開始，氧化先在磁鐵礦顆粒表面和裂縫表面和裂縫中進(jìn)行。中進(jìn)行。 溫度達(dá)溫度達(dá)800時，時，顆粒表面顆粒表面基本上已氧化成基本上已氧化成fe2o3。（1）fe2o3微晶鍵連接微晶鍵連接 所謂微晶鍵連接，是指赤鐵礦晶體保持了原有細(xì)小晶粒。所謂微晶鍵連接，是指赤鐵礦晶體保持了原有細(xì)小晶粒。 磁鐵礦球團(tuán)氧化過程由球的表面沿同心球面向內(nèi)磁鐵礦球團(tuán)氧化過程由球的表面沿同心球面向內(nèi)推進(jìn)，氧化預(yù)熱溫度達(dá)推進(jìn)，氧化預(yù)熱溫度達(dá)1000時，約時，約95的磁鐵礦的磁鐵

49、礦氧化成新生的氧化成新生的fe2o3，并形成微晶鍵。，并形成微晶鍵。 顆粒之間產(chǎn)生的微晶鍵顆粒之間產(chǎn)生的微晶鍵使球團(tuán)強(qiáng)度比生球和使球團(tuán)強(qiáng)度比生球和干球有所提高，但仍較弱干球有所提高，但仍較弱。 一個直徑為一個直徑為16mm的球團(tuán)在的球團(tuán)在900焙燒后只能承受焙燒后只能承受150450n的壓力。的壓力。（2）fe2o3再結(jié)晶連接再結(jié)晶連接 在最佳焙燒制度下，在最佳焙燒制度下， 殘存的磁鐵礦繼續(xù)氧化，殘存的磁鐵礦繼續(xù)氧化， 赤鐵礦晶粒擴(kuò)散增強(qiáng)，并產(chǎn)生赤鐵礦晶粒擴(kuò)散增強(qiáng)，并產(chǎn)生再結(jié)晶和聚晶長大，再結(jié)晶和聚晶長大， 顆粒之間的孔隙變圓，孔隙率顆粒之間的孔隙變圓，孔隙率下降，球體積收縮，球內(nèi)各顆粒連下降

50、，球體積收縮，球內(nèi)各顆粒連接成一個致密的整體，接成一個致密的整體， 因而因而使球團(tuán)的強(qiáng)度大大提高使球團(tuán)的強(qiáng)度大大提高。 fe2o3再結(jié)晶連接是鐵精礦氧化球團(tuán)固相固結(jié)的主要形式。再結(jié)晶連接是鐵精礦氧化球團(tuán)固相固結(jié)的主要形式。（3）fe3o4再結(jié)晶固結(jié)再結(jié)晶固結(jié) 當(dāng)中性氣氛或氧化不完全，磁鐵當(dāng)中性氣氛或氧化不完全，磁鐵礦球團(tuán)內(nèi)部磁鐵礦在礦球團(tuán)內(nèi)部磁鐵礦在900既開始發(fā)既開始發(fā)生再結(jié)晶，使球內(nèi)各顆粒連接。生再結(jié)晶，使球內(nèi)各顆粒連接。 fe3o4再結(jié)晶的速度比再結(jié)晶的速度比fe2o3再結(jié)再結(jié)晶的速度慢。晶的速度慢。 以以fe3o4再結(jié)晶固結(jié)的球團(tuán)，其再結(jié)晶固結(jié)的球團(tuán)，其強(qiáng)強(qiáng)度比度比fe2o3再結(jié)晶固結(jié)

51、的低再結(jié)晶固結(jié)的低 。（3）fe3o4再結(jié)晶固結(jié)再結(jié)晶固結(jié) 通常生產(chǎn)中采用的磁鐵礦精礦，通常生產(chǎn)中采用的磁鐵礦精礦，均含有一定量的均含有一定量的sio2，在，在1000左右時便產(chǎn)生部分左右時便產(chǎn)生部分2feosio2并并出現(xiàn)液相，液相的多少則隨球團(tuán)出現(xiàn)液相，液相的多少則隨球團(tuán)中中sio2的含量而定。的含量而定。 如果有明顯的液相生成，磁鐵如果有明顯的液相生成，磁鐵礦則呈礦則呈自形晶自形晶，此時，球團(tuán)強(qiáng)度，此時，球團(tuán)強(qiáng)度降低。降低。 （4）渣鍵連接（液相固結(jié)）渣鍵連接（液相固結(jié)） 1）磁鐵礦生球中磁鐵礦生球中 含有一定數(shù)量含有一定數(shù)量sio2時，時， 若焙燒在還原氣氛或中性氣氛若焙燒在還原氣氛或

52、中性氣氛中進(jìn)行，中進(jìn)行， 或或fe3o4氧化不完全，氧化不完全， 在焙燒溫度在焙燒溫度1000時能形成時能形成2feosio2。 2feosio2熔點(diǎn)低，且極易與熔點(diǎn)低，且極易與feo及及sio2再生成熔化溫度更再生成熔化溫度更低的低熔體。因此，在冷卻過程中，因液相的凝固，而使球低的低熔體。因此，在冷卻過程中，因液相的凝固，而使球團(tuán)固結(jié)。團(tuán)固結(jié)。（4）渣鍵連接）渣鍵連接 2）此外，如果焙燒溫度高于此外，如果焙燒溫度高于1350，即使在氧化氣氛中焙燒，即使在氧化氣氛中焙燒，fe2o3也將發(fā)生部分分解，形成也將發(fā)生部分分解，形成fe3o4，同樣會與同樣會與sio2作用產(chǎn)生作用產(chǎn)生2feosio2。

53、 2feosio2在冷卻過程中很難結(jié)晶，常成玻璃質(zhì)，性脆，強(qiáng)在冷卻過程中很難結(jié)晶，常成玻璃質(zhì)，性脆，強(qiáng)度低，且高爐冶煉中難以還原，因此度低，且高爐冶煉中難以還原，因此渣鍵連接不是一種良好渣鍵連接不是一種良好的固結(jié)形式的固結(jié)形式。 4.4.2赤鐵礦球團(tuán)固結(jié)形式赤鐵礦球團(tuán)固結(jié)形式 （1）較純赤鐵礦精礦球團(tuán)的高）較純赤鐵礦精礦球團(tuán)的高溫再結(jié)晶固結(jié)形式溫再結(jié)晶固結(jié)形式 用含用含fe2o3 99.70%的赤鐵礦球團(tuán)的赤鐵礦球團(tuán)進(jìn)行試驗，在氧化氣氛中焙燒時發(fā)進(jìn)行試驗，在氧化氣氛中焙燒時發(fā)現(xiàn)，赤鐵礦顆粒在現(xiàn)，赤鐵礦顆粒在1300時才結(jié)晶，時才結(jié)晶，且過程進(jìn)行緩慢，在且過程進(jìn)行緩慢，在13001400溫度范圍

54、內(nèi)，顆粒迅速長大。溫度范圍內(nèi)，顆粒迅速長大。焙燒焙燒30min，赤鐵礦晶粒尺寸由，赤鐵礦晶粒尺寸由20m增至增至400m。 此觀點(diǎn)認(rèn)為，較純的赤鐵礦球團(tuán)此觀點(diǎn)認(rèn)為，較純的赤鐵礦球團(tuán)的固結(jié)機(jī)理是一種簡單的的固結(jié)機(jī)理是一種簡單的高溫再結(jié)高溫再結(jié)晶晶過程。過程。 （2）較純赤鐵礦精礦球團(tuán)）較純赤鐵礦精礦球團(tuán)的雙重固結(jié)形式的雙重固結(jié)形式 對較純赤鐵礦精礦球團(tuán)固結(jié)形式的對較純赤鐵礦精礦球團(tuán)固結(jié)形式的另外一種觀點(diǎn)是，雙重固結(jié)形式。另外一種觀點(diǎn)是，雙重固結(jié)形式。 這種觀點(diǎn)認(rèn)為，當(dāng)生球加熱至這種觀點(diǎn)認(rèn)為，當(dāng)生球加熱至1300以上溫度時，赤鐵礦分解生成以上溫度時，赤鐵礦分解生成磁鐵礦，而后磁鐵礦顆粒再結(jié)晶長大，

55、磁鐵礦，而后磁鐵礦顆粒再結(jié)晶長大，此為此為一次固結(jié)一次固結(jié)。 當(dāng)進(jìn)入冷卻階段時，磁鐵礦則被重當(dāng)進(jìn)入冷卻階段時，磁鐵礦則被重新氧化，球團(tuán)內(nèi)各顆粒會發(fā)生新氧化，球團(tuán)內(nèi)各顆粒會發(fā)生fe2o3再再結(jié)晶和相互連生而受到一次附加固結(jié)，結(jié)晶和相互連生而受到一次附加固結(jié)，即所謂的即所謂的二次固結(jié)二次固結(jié)。 （3）較高脈石含量的赤鐵礦精礦球團(tuán)的再結(jié)晶渣相）較高脈石含量的赤鐵礦精礦球團(tuán)的再結(jié)晶渣相固結(jié)形式固結(jié)形式 1）溫度）溫度1100時，時，開始開始出現(xiàn)出現(xiàn)fe2o3再結(jié)晶。再結(jié)晶。 2）1200時赤鐵礦結(jié)晶明顯時赤鐵礦結(jié)晶明顯發(fā)展發(fā)展，即產(chǎn)生高溫再結(jié)晶固結(jié)；，即產(chǎn)生高溫再結(jié)晶固結(jié)；這種這種fe2o3再結(jié)晶一直

56、發(fā)展到再結(jié)晶一直發(fā)展到1260以上的高溫區(qū)。以上的高溫區(qū)。 3）當(dāng)焙燒溫度大于）當(dāng)焙燒溫度大于1350時，時，fe2o3部分又被分解成部分又被分解成fe3o4，fe3o4與與sio2生成鐵橄欖石生成鐵橄欖石2feosio2，并形成，并形成渣相固結(jié)渣相固結(jié)。 氧化氣氛中焙燒赤鐵礦球團(tuán)氧化氣氛中焙燒赤鐵礦球團(tuán)fe2o3再結(jié)晶再結(jié)晶fe2o3分解分解生成生成2feosio2渣相固結(jié)渣相固結(jié)（3）較高脈石含量的赤鐵礦精礦球團(tuán)的再結(jié)晶渣相）較高脈石含量的赤鐵礦精礦球團(tuán)的再結(jié)晶渣相固結(jié)形式固結(jié)形式 1）赤鐵礦顆粒被還原成磁鐵礦和）赤鐵礦顆粒被還原成磁鐵礦和feo，因此，因此900以上時，即以上時，即產(chǎn)生產(chǎn)

57、生fe3o4再結(jié)晶而使生球固結(jié)；再結(jié)晶而使生球固結(jié)； 2）當(dāng)生球中含一定量的）當(dāng)生球中含一定量的sio2時，在高于時，在高于1000的溫度下將出的溫度下將出現(xiàn)現(xiàn)fe2sio4的液相產(chǎn)物，使生球得到固結(jié)。的液相產(chǎn)物，使生球得到固結(jié)。 但是，這種焙燒制度下但是，這種焙燒制度下所得到的球團(tuán)還原性差且強(qiáng)度低所得到的球團(tuán)還原性差且強(qiáng)度低。 還原氣氛中焙燒赤鐵礦球團(tuán)還原氣氛中焙燒赤鐵礦球團(tuán)fe2o3被還原被還原fe3o4再結(jié)晶再結(jié)晶生成生成2feosio2渣相固結(jié)渣相固結(jié)（3）較高脈石含量的赤鐵礦精礦球團(tuán)的再結(jié)晶渣相）較高脈石含量的赤鐵礦精礦球團(tuán)的再結(jié)晶渣相固結(jié)形式固結(jié)形式 1）主要是靠形成主要是靠形成c

58、aofe2o3或或caosio2而使生球固結(jié)而使生球固結(jié)。生成。生成這些化合物的過程在溫度達(dá)到這些化合物的過程在溫度達(dá)到1000l200時即已完成。時即已完成。 2）繼續(xù)加熱生球，最初引起鐵酸鈣的熔化）繼續(xù)加熱生球，最初引起鐵酸鈣的熔化(1216)，此后是，此后是二鐵酸鈣的熔化二鐵酸鈣的熔化(1230)，最后是硅酸鈣的熔化，最后是硅酸鈣的熔化(約約1540)。 3）液相潤濕赤鐵礦顆粒，并在球團(tuán)冷卻時將其粘結(jié)起來。）液相潤濕赤鐵礦顆粒，并在球團(tuán)冷卻時將其粘結(jié)起來。 氧化氣氛中焙燒含氧化氣氛中焙燒含cao的赤鐵礦球團(tuán)的赤鐵礦球團(tuán)caofe2o3固結(jié)固結(jié)鐵酸鈣的熔化鐵酸鈣的熔化液相生成液相生成球團(tuán)冷

59、卻粘結(jié)球團(tuán)冷卻粘結(jié)4.4.3熔劑性球團(tuán)固結(jié)形式熔劑性球團(tuán)固結(jié)形式 造球中添加含造球中添加含cao熔劑，可提高球團(tuán)礦的強(qiáng)度。焙燒時熔劑，可提高球團(tuán)礦的強(qiáng)度。焙燒時cao與與fe2o3反應(yīng)，生成各種鐵酸鈣，鐵酸鈣可顯著加快晶體長大，反應(yīng)，生成各種鐵酸鈣，鐵酸鈣可顯著加快晶體長大，在在1300以后，晶體長大以后，晶體長大更加明顯更加明顯。 提高球團(tuán)礦強(qiáng)度提高球團(tuán)礦強(qiáng)度 改善球團(tuán)礦的冶金性能（還原性）改善球團(tuán)礦的冶金性能（還原性） （1）含）含cao熔劑性球團(tuán)熔劑性球團(tuán) 但是，含但是，含cao的熔劑性球團(tuán)，因的熔劑性球團(tuán)，因為生成的鐵酸鈣化合物熔點(diǎn)低，極易為生成的鐵酸鈣化合物熔點(diǎn)低，極易生成液相，在焙

60、燒時難以控制生成液相，在焙燒時難以控制 。原因是鐵酸鈣的熔融加速了單原因是鐵酸鈣的熔融加速了單個結(jié)晶離子的擴(kuò)散，使晶體長個結(jié)晶離子的擴(kuò)散，使晶體長大速度加快。大速度加快。 對于焙燒磁鐵礦球團(tuán)，液相的數(shù)量不對于焙燒磁鐵礦球團(tuán)，液相的數(shù)量不僅與僅與cao的添加量有關(guān)，還與磁鐵礦的的添加量有關(guān)，還與磁鐵礦的氧化程度有關(guān)。氧化程度有關(guān)。 如果氧化不完全，則有可能形成如果氧化不完全，則有可能形成cao-feo-sio2體系的固溶體體系的固溶體。 caofeosio2與與2feosio2的熔化溫的熔化溫度比較接近。最低熔化溫度為度比較接近。最低熔化溫度為1117，使得生產(chǎn)上難以控制。使得生產(chǎn)上難以控制。