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铁冶金学,现代炼铁方法,现代炼铁方法分为高炉炼铁法即以焦炭为能源基础的传统炼铁方法。它与转炉炼钢相配合，是目前生产钢铁的主要方法。高炉炼铁的这种主导地位预计在相当长时期之内不会改变。由于高炉炼铁受能源焦炭的限制，在一些缺乏焦煤资源的国家和地区，经过长期的研制和实践，也逐步形成了不同形式的非高炉炼铁法。传统的高炉转炉炼钢流程，工艺成熟，可大规模生产，是现代钢铁生产的主要形式。,现代钢铁生产的一般流程,现代炼铁方法,现代炼铁方法分为非高炉炼铁法非高炉炼铁法，泛指高炉以外，不用焦炭，用煤、燃油、天然气、电为能源基础的一切其它炼铁方法。例如直接还原法，主要是指在冶炼过程中，炉料始终保持固体状态而不熔化，产品为多孔状海绵铁或金属化球团的方法。熔融还原法是用高品位铁精矿粉（经预还原）在高温熔融状态下直接还原冶炼钢铁的一种新工艺。新兴的直接还原电炉炼钢流程，规模较小，目前还正在发展，是钢铁生产的重要补充。,第一章现代高炉炼铁工艺,1.1高炉炼铁生产流程1.2高炉本体及主要构成,1.1高炉炼铁生产流程,高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即焦炭做燃料和还原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料的铁，从氧化物或矿物状态（如Fe2O3、Fe3O4、Fe2SiO4、Fe3O4TiO2等）还原为液态生铁。冶炼过程中，炉料（矿石、熔剂、焦炭）按照确定的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉内。从下部风口鼓入的高温热风与焦炭发生反应，产生的高温还原性煤气上升，并使炉料加热、还原、熔化、造渣，产生一系列的物理化学变化，最后生成液态渣、铁聚集于炉缸，周期地从高炉排出。上升过程中，煤气流温度不断降低，成分逐渐变化，最后形成高炉煤气从炉顶排出。,,1.1高炉炼铁生产流程,高炉炼铁生产非常复杂，除了高炉本体以外，还包括有原燃料系统、上料系统、送风系统、渣铁处理系统、煤气处理系统。通常，辅助系统的建设投资是高炉本体的45倍。生产中，各个系统互相配合、互相制约，形成一个连续的、大规模的高温生产过程。高炉开炉之后，整个系统必须日以继夜地连续生产，除了计划检修和特殊事故暂时休风外，一般要到一代寿命终了时才停炉。,1.2高炉本体及主要构成,密闭的高炉本体是冶炼生铁的主体设备。它是由耐火材料砌筑成竖式圆筒形，外有钢板炉壳加固密封，内嵌冷却设备保护（图1-2）。高炉内部工作空间的形状称为高炉内型。高炉内型从下往上分为炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉五个部分，该容积总和为它的有效容积，反映高炉所具备的生产能力。,1.2高炉本体及主要构成,1.2.1高炉内衬高炉内耐火材料砌筑的实体称为高炉内衬，其作用是形成高炉工作空间。由于高炉冶炼过程温度高且有复杂的物理化学反应发生，炉衬在冶炼过程中将受到侵蚀和破坏。炉衬被侵蚀到一定程度，就需要采取措施修补。停炉大修便是高炉一代寿命的终止。通常，高炉炉衬以陶瓷质材料（包括粘土质和高铝质等）和炭质材料（炭砖、炭捣石墨等）砌筑。,1.2高炉本体及主要构成,1.2.1高炉内衬对高炉内衬的基本要求如下1）各部位内衬与热流强度相适应，以保持在强热流冲击下内衬的稳定性。2）炉衬的侵蚀和破坏与冶炼条件密切相关，不同位置的耐火材料受侵蚀破坏机理不同，因此要求各部位内衬与侵蚀破损机理相适应，以延缓内衬破损速度。,1.2高炉本体及主要构成,1.2.2高炉冷却设备温度是影响高炉炉衬侵蚀程度的主要因素之一，炉衬的温度状态是炉衬破损的主要原因。因此，采用合适的冷却设备，维持高炉炉衬在一定温度下工作，可使其不失去强度，维持炉型。使用冷却设备还可保护炉壳及各种钢结构，使其不因受热变形而破坏。在某些部位还可形成渣皮，保护炉衬代替炉衬工作。,1.2高炉本体及主要构成,1.2.2高炉冷却设备炉衬冷却是将通有冷却介质的金属冷却器件插入砌体或置于砌体外缘表面，由冷却介质将进入炉衬的热量带走，从而使输入和输出炉衬的热流平衡，保持炉衬工作表面稳定。由于高炉各部位热负荷不同，加上结构上的要求，高炉冷却设备有冷却壁、冷却水箱、外部喷水冷却、水冷炉底等多种形式和方法。,1.2高炉本体及主要构成,1.2.3高炉内主要区域将正在运行中的高炉突然停炉并进行解剖分析，结构表明，根据物料存在形态的不同，可将高炉划分为五个区域块状带、软熔带、滴落带、风口前回旋区、渣体聚集区（图1-3）。,1.2高炉本体及主要构成,各区内进行的主要反应及特征分别为块状带炉料中水分蒸发及受热分解，铁矿石还原，炉料与煤气热交换；焦炭与矿石层状交替分布，呈固体状态；以气固相反应为主。软熔带炉料在该区域软化，在下部边界开始熔融滴落；主要进行直接还原反应，初渣形成。,1.2高炉本体及主要构成,滴落带滴落的液态渣铁与煤气及固体碳之间进行多种复杂的化学反应。回旋区喷入的燃料与热风发生燃烧反应，产生高热煤气，是炉内温度最高的区域。渣铁聚集区在渣铁层间的交界面及铁滴穿过渣层时发生渣金反应。,1.3高炉冶炼产品,高炉冶炼的主要产品是生铁。炉渣和高炉煤气为副产品。一、生铁生铁可分为炼钢生铁、铸造生铁。炼钢生铁供转炉、电炉炼钢使用。铸造生铁则主要用于生产耐压铸件。生铁是Fe与C及其它一些元素的合金。通常，生铁含Fe94左右，C4左右。其余为Si、Mn、P、S等少量元素。,1.3高炉冶炼产品,一般来说，生铁和钢的化学成分主要差别是含碳量。钢中含碳量最高不超过2.11。高炉生铁含碳量在2.54.5范围，铸铁中不超过5.0（此时Fe3C含量约占75，当铸铁中Fe3C达100时，其含碳量为6.67）。当铸铁中C5.0时，铸铁甚脆，没有实用价值。而含碳量在1.62.5之间的钢铁材料，由于缺乏实用性，一般不进行工业生产。,1.3高炉冶炼产品,炼钢生铁作为转炉热装炼钢的原料，约占生铁产量的8090。铸造生铁，又称为翻砂铁或灰口铁，用于铸件生产。其主要特点是含硅较高，在1.254.25之间。硅在生铁中能促进石墨化，即使化合碳游离成石墨碳，增强铸件的韧性和耐冲击性并易于切削加工。铸造生铁约占生铁产量的10左右。高炉还可生产特殊生铁，如锰铁、硅铁、镜铁（含1025Mn）、硅镜铁（含913Si，1824Mn）等，主要用作炼钢脱氧剂和合金化剂。,1.3高炉冶炼产品,此外，生铁中还可能含有部分微量元素。生铁中微量元素含量常以ΣT为指标ΣTPbSnSbAsTiVCrZn含微量元素很低的“高纯生铁”ΣT1820），炉况失常时,才加入硅石、硅砂等石英质酸性熔剂改善造渣。,1.5.3熔剂,二、对碱性熔剂的质量要求1、碱性氧化物（CaOMgO）的含量要高，酸性氧化物（SiO2Al2O3）的含量要少。一般要求（CaOMgO）50，（SiO2Al2O3）＜3.5。对于石灰石，其有效熔剂性能有用效CaO表示CaO有效CaO－RSiO2，式中R炉渣碱度，即渣中CaO/SiO2的比值；CaO，SiO2石灰石中CaO，SiO2的含量，。,1.5.3熔剂,2、硫、磷愈低愈好。石灰石一般含硫量0.010.08，含磷量为0.0010.03。3、强度高、粒度均匀，粉末少。一般大高炉的石灰石粒度为2555mm，小高炉为1030mm。最好是同矿石粒度一致。现代高炉多使用熔剂性或自熔性人造富矿，这样，高炉造渣所需熔剂已在造块过程中加入，高炉可以不直接加入石灰石。只备用少量作为临时调剂之用。一些使用天然富矿或酸性球团矿的高炉，仍需加入石灰石。,1.5.4高炉燃料,一、焦炭焦炭是现代高炉冶炼的主要燃料和能源基础，在高炉冶炼过程中具有如下作用1燃料。燃烧后发热，产生冶炼所需热量。2还原剂。焦炭中的固定碳和它燃烧后生成的CO都是铁矿石还原所需的还原剂。3料柱骨架。高炉内是充满着炉料和熔融渣、铁的一个料柱，焦炭约占料柱体积的1/31/2，对料柱透气性具有决定性的影响。特别是在高炉下部，矿石、熔剂已经熔化、造渣，变成液态渣和铁，只有焦炭仍保持固态，为渣、铁滴落和煤气上升以及炉缸内的渣、铁正常流通和排出，提供了必要条件，使冶炼过程得以顺利进行。焦炭的这一作用目前尚不能为其他燃料所代替。,1.5.4高炉燃料,高炉对焦炭质量的要求1含碳量高，灰分低。焦炭中的固定碳含量与灰分有关。灰分升高，固定碳减少，发热量降低。通常焦炭灰分中SiO2和Al2O3约占7580。故灰分升高，须增加熔剂消耗量，使渣量增加，热量消耗增加，焦比升高，产量降低。实际生产中有“灰分降低1相当于固定碳升高1，则焦比降低2，产量提高3”的经验。因此应力求降低焦炭的灰分。我国焦炭灰分含量一般为1015，鞍钢为1314，首钢约12，攀钢约14，武钢约13。国外大型高炉一般要求灰分10。降低焦炭灰分的主要措施是加强洗煤，合理配煤。炼焦过程不能降低灰分。,1.5.4高炉燃料,高炉对焦炭质量的要求2含硫等有害杂质要少。高炉中的硫约80来自焦炭。降低焦炭含硫量对提高生铁质量，降低焦比，提高产量有很大影响。当焦炭含硫高时，应多加石灰石提高炉渣碱度来脱硫，致使渣量增加。我国焦炭含硫一般为0.51.0，鞍钢约0.6，本钢约0.70.8。国外大型高炉一般含硫要求0.5。洗煤、炼焦过程中可去除1030的硫，因此加强洗煤，合理配煤是控制焦炭含硫量的主要途径。焦炭含磷一般很少。我国本钢焦炭含磷很低，使用低磷低硫的矿石可炼出高纯生铁或优质生铁。,1.5.4高炉燃料,高炉对焦炭质量的要求3成分稳定。即要求化学灰分、C、S、H2O等稳定。水分的波动意味着入炉焦炭重量的波动，因而影响炉温稳定。干法熄焦即用惰性气体代替喷水熄焦，使焦炭不含水分，从而排除了水分波动的影响；同时因冷却较慢，改善了焦炭强度，并可获得400℃，4.05Mpa的高温、高压蒸汽，供给锅炉发电。,1.5.4高炉燃料,高炉对焦炭质量的要求4挥发分含量适合。焦炭中的挥发分是炼焦过程中未分解挥发完的有机物，主要是碳、氢、氧及少量的硫和氮。挥发分过高说明焦炭成熟程度可能不够，夹生焦多，在高炉内易产生粉末；挥发分过低说明焦炭可能过烧，易产生裂纹多、极脆的大块焦。因此，焦炭挥发分过高或过低都将影响焦炭的产量和质量。,1.5.4高炉燃料,高炉对焦炭质量的要求5强度高，块度均匀。机械强度差的焦炭，转运过程中和炉内下降过程中破裂产生大量粉末，大大削弱其柱料的骨架作用，使柱料透气性恶化，炉渣变稠，炉缸堆积，炉况不顺。所以提高焦炭强度，十分重要。,1.5.4高炉燃料,高炉对焦炭质量的要求关于焦炭强度通常有两种测定和表示方法，,1.5.4高炉燃料,高炉对焦炭质量的要求大转鼓松格林转鼓是过去常用的测定焦炭强度的方法。它是取粒度大于25mm的块焦410kg，放在直径为2.0m，宽0.8m的转鼓内鼓外缘由Ф25mm圆钢相隔25mm焊成，转鼓以10r/min的转速转15min。用鼓内残留的重量kg表示转鼓指数。转鼓指数愈大，焦炭强度愈好。鼓外小于10mm的重量kg为焦粉量。,1.5.4高炉燃料,高炉对焦炭质量的要求小转鼓米库姆转鼓是近年国际通用的鉴定焦炭强度的方法。它是一个直径和宽度皆为1.0m的封闭转鼓，内壁焊有1005010mm角钢四块，互成90布置。取粒度大于60mm的焦块50kg装入鼓内，以25r/min的转速转4min。然后将试样用直径40和10mm的圆孔筛进行筛分。以粒度大于40mm的焦炭所占的重量百分数M40作为焦炭破碎强度指数；以小于10mm的焦粉所占的重量百分数M10表示焦炭磨损强度指数。显示M40愈大，M10愈小，说明焦炭强度愈好。小转鼓比大转鼓测试方便，表达更为确切。,1.5.4高炉燃料,二、喷吹用燃料向高炉内喷吹的辅助燃料可代替部分焦炭，大幅度降低焦比。目前喷吹的燃料已占高炉全部燃料用量的1030，有的达40。在日本和联邦德国一般维持在10左右，他们更着重于提高喷吹效率。喷吹用燃料来源广泛，可分为固、液、气体三种。,1.5.4高炉燃料,二、喷吹用燃料,1.5.4高炉燃料,二、喷吹用燃料天然气的主要成分是甲烷CH4。有的还含有较高的重碳氢化合物CmHn430。同空气混合时的着火温度为680750℃，遇明火即发生爆炸，其发热值在3350050200kJ/m3之间，属高热值燃料，也是重要的化工原料。焦炉煤气主要成分是H25060和CH42030，发热值为15500～19700kJ/m3，亦是高热值煤气。高炉喷吹气体的种类和数量主要取决于当地资源条件,1.5.4高炉燃料,二、喷吹用燃料2.液体燃料。常用于喷吹的有重油，有时还有柴油、焦油。重油是由石油分馏提取汽油、柴油、煤油后剩下的产品。其中可燃物多，含碳8689，氢1012，硫、灰分、水分少。重油发热量高达4042MJ/kg，燃烧温度高，火焰辐射能力强，喷吹效果好，贮存方便，喷吹设备简单，易于操作控制，是适宜高炉喷吹的优质燃料。国外高炉多用它，但受资源限制。,1.5.4高炉燃料,二、喷吹用燃料3.固体燃料。常用于喷吹的是固定碳高，发热值高的无烟粉煤。一般认为，高炉喷吹用煤应满足低灰分、低硫分、低水分、适宜挥发分产率等质量要求。从国内外高炉生产实践看，高炉喷吹煤种的范围很广，包括无烟煤、烟煤、褐煤等各煤种都可以用来喷吹。如德国蒂森公司喷吹过从挥发分为9的无烟煤到挥发分达50的褐煤。日本也将低挥发分无烟煤、高挥发分烟煤等不同煤种用于高炉喷吹。,,第一章结束,,第二章铁矿烧结,第二章铁矿烧结,富矿粉和贫矿富选后得到的精矿粉都不能直接入炉冶炼，必须将其重新造块，烧结是最重要最基本的造块方法之一。2003年中国生铁总产量为2亿吨，2005年将达2.5亿吨。2003年美国钢铁产品销售量为1.056亿吨，较上年增长6.5％。中国2003年球团矿产量3000万吨，现有63座以上竖炉，生产总面积超过520m2,2.1.1烧结的意义,第二章铁矿烧结,通过烧结得到的烧结矿具有许多优于天然富矿的冶炼性能，如高温强度高，还原性好，含有一定的CaO、MgO，具有足够的碱度，而且已事先造渣，高炉可不加或少加石灰石。通过烧结可除去矿石中的S、Zn、Pb、As、K、Na等有害杂质，减少其对高炉的危害。高炉使用冶炼性能优越的烧结矿后，基本上解除了天然矿冶炼中常出现的结瘤故障；同时极大地改善了高炉冶炼效果。烧结中可广泛利用各种含铁粉尘和废料，扩大了矿石资源，又改善了环境。因此自上世纪50年代以来，烧结生产获得了迅速发展。,2.1.1烧结的意义,第二章铁矿烧结,烧结矿质量对高炉冶炼效果具有重大影响。改善其质量是“精料”的主要内容之一。对烧结矿质量的要求是品位高，强度好，成分稳定，还原性好，粒度均匀，粉末少，碱度适宜，有害杂质少。一般要求与天然矿同，仅讨论几个特殊问题,2.1.2烧结矿质量评价,第二章铁矿烧结,1.强度和粒度。烧结矿强度好，粒度均匀，可减少转运过程中和炉内产生的粉末，改善高炉料柱透气性，保证炉况顺行，从而导致焦比降低，产量提高。烧结矿强度提高意味着烧结机产量成品率增加，同时大大减少了粉尘，改善烧结和炼铁厂的环境，改善设备工作条件，延长设备寿命。一个年产500万吨生铁的炼铁厂，若烧结矿强度差，粉末多，使炉尘吹出量增加50kg/t铁，则一年光吹损的烧结矿就达25万吨，相当于浪费了50万吨/年的采选能力，再计上炉况不顺带来的损失，那就更大了。相当于损失一个中型炼铁厂。足见提高烧结矿强度特别是高温还原强度之重要。,2.1.2烧结矿质量评价,第二章铁矿烧结,1.强度和粒度。国内外多采用标准转鼓的鉴定方法来确定烧结矿强度。取粒度25150mm的烧结矿试样20kg，置于直径1.0m，宽0.65m的转鼓中鼓内焊有高100mm，厚10mm，互成120布置的钢板三块。转鼓以25r/min的转速旋转4分钟。然后用5mm的方孔筛往复摆动10次进行筛分，取其中大于5mm的重量百分比作为烧结矿的转鼓指数,2.1.2烧结矿质量评价,第二章铁矿烧结,式中A试样中小于5mm部分的重量，kg。显然转鼓指数愈大，烧结矿强度愈好。一般要求烧结矿的转鼓指数大于75。,2.1.2烧结矿质量评价,第二章铁矿烧结,2.还原性烧结矿还原性好，有利于强化冶炼并相应减少还原剂消耗，从而降低焦比。还原性的测定和表示方法亦未标准化。生产中习惯用烧结矿中的FeO含量表示还原性。一般认为FeO升高，表明烧结矿中难还原的硅酸铁2FeOSiO2还有钙铁橄榄石多，烧结矿过熔而使结构致密，气孔率低，故还原性差。反之，若FeO降低，则还原性好。一般要求FeO应低于10。国外有低于5的。鞍钢新烧结厂烧结矿标准规定FeO含量8.5％1.5％为合格品。,2.1.2烧结矿质量评价,第二章铁矿烧结,3.碱度烧结矿碱度一般用CaO/SiO2表示。按照碱度的不同，烧结矿可分为三类凡烧结矿碱度如＜0.9低于炉渣碱度的称为酸性或普通烧结矿。高炉使用这种烧结矿，尚须加入相当数量的石灰石才能达到预定炉渣碱度要求，通常高炉渣的碱度CaO/SiO2在1.0左右。凡烧结矿碱度1.01.4等于或接近炉渣碱度的称为自熔性烧结矿。高炉使用自熔性烧结矿一般可不加或少加石灰石。,2.1.2烧结矿质量评价,第二章铁矿烧结,3.碱度烧结矿碱度＞1.4明显高于炉渣碱度的称为熔剂性烧结矿或高碱度2.03.0、超高碱度3.04.0烧结矿。高炉使用这种烧结矿无须加石灰石。由于它含CaO高，可起熔剂作用，因此往往要与酸性矿配合冶炼，以达到合适的炉渣碱度。为了改善炉渣的流动性和稳定性，烧结矿中常含有一定量的MgO如23或更高，使渣中MgO含量达到78或更高，促进高炉顺行。在此情况下，烧结矿和炉渣的碱度应按CaOMgO/SiO2来考虑。,2.1.2烧结矿质量评价,第二章铁矿烧结,目前世界各国90以上的烧结矿由抽风带式烧结机生产，其工艺流程如图3-1所示。其他烧结方法有回转窑烧结，悬浮烧结，抽风或鼓风盘式烧结和土法烧结等。各法生产工艺和设备尽管有所不同，但烧结基本原理基本相同。下面着重以带式抽风烧结法来论述。,2.2烧结反应过程,第二章铁矿烧结,2.2烧结反应过程,第二章铁矿烧结,2.2烧结反应过程,第二章铁矿烧结,2.2烧结反应过程,第二章铁矿烧结,抽风烧结过程是将铁矿粉、熔剂和燃料经适当处理，按一定比例加水混合，铺在烧结机上，然后从上部点火，下部抽风，自上而下进行烧结，得到烧结矿。取一台车剖面分析，抽风烧结过程大致可分为五层图3-2，即烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层和过湿层。这五层并不是截然分开的。点火烧结开始，各层依次出现，一定时间后，各层又依次消失，而最终剩下烧结矿层。,一、抽风烧结过程,第二章铁矿烧结,一、抽风烧结过程,第二章铁矿烧结,1烧结矿层从表面开始随着烧结过程的进行逐渐增厚。抽入的空气通过烧结矿层被预热供给燃烧，而烧结矿层则被冷却和氧化。在同燃烧层接近处，进行液相的冷却结晶10001100℃，使烧结物固结形成多孔的烧结矿。,一、抽风烧结过程,第二章铁矿烧结,2燃烧层燃料被预热空气燃烧，产生13001500℃的高温，使烧结料局部熔化、造渣并进行还原、氧化，石灰石及硫化物的分解反应。从燃料着火开始到燃烧完毕，需要一定时间。故燃烧层有一定厚度，约1580mm。燃烧层沿着高度下移的速度称为垂直烧结速度，一般为1040mm/min。这一速度决定着烧结机的生产率。,一、抽风烧结过程,第二章铁矿烧结,3预热层业已干燥的烧结料被燃烧层的高温气体迅速加热到燃料的着火点一般为700℃左右，但在烧结层中实际为10501150℃，并进行氧化、还原、分解和固相反应，出现少量液相。,一、抽风烧结过程,第二章铁矿烧结,4干燥层同预热层交界处温度约120150℃，烧结料中的游离水在此大量蒸发，使料干燥。同时料中热稳定性差的一些球形颗粒可能破裂，使料层透气性变坏。,一、抽风烧结过程,第二章铁矿烧结,5过湿层即原始的烧结混合料层。由于干燥层来的废气中含有大量的水蒸气，当其被湿料层冷却到露点温度以下时，水气便重新凝结，使料的湿分超过原始水分，造成过湿现象，使料层透气性恶化。为避免过湿，应确保湿料层温度在露点以上。,一、抽风烧结过程,第二章铁矿烧结,可见烧结过程是许多物理和化学变化过程的综合。其中有燃烧和传热；蒸发和冷凝；氧化和还原；分解和吸附；熔化和结晶；矿渣化和气体动力学等。在某一层中可能同时进行几种反应，而一种反应又可能在几层中进行。下面对各过程分别进行研究和讨论。,一、抽风烧结过程,第二章铁矿烧结,任何粉料在空气中总含有一定水分，烧结料也不例外。除了各种原料本身带来和吸收大气水分外，在混合时为使矿粉成球，提高料层透气性，常外加一定量的水，使混合料中含水达78。这种水叫游离水或吸附水。100℃即可大量蒸发除去。如用褐铁矿烧结，则还含有较多结晶水化合水。需要在200300℃才开始分解放出，若含有粘土质高岭土矿物Al2O32SiO2H2O则需要在400600℃才能分解，甚至9001000℃才能去尽。,二、烧结料中水分的蒸发、分解和凝结,第二章铁矿烧结,为加速结晶水分解必须严格控制粉料的粒度。因为结晶水的高温分解要吸收热量，同时消耗碳素，这不论在烧结过程或是高炉冶炼中都要引起燃耗增加，因而不利。其反应为5001000℃2H2OCCO22H2ΔH99600J/mol1000℃以上时H2OCCOH2ΔH133100J/mol,二、烧结料中水分的蒸发、分解和凝结,第二章铁矿烧结,烧结料中的碳酸盐有CaCO3、MgCO3，如果用菱铁矿和菱锰矿烧结，则还有FeCO3和MnCO3。生产熔剂性或高碱度烧结矿时，需加入大量的CaCO3和一定的MgCO3。它们的分解条件如图3-3所示。CaCO3的分解温度较其他碳酸盐高。其分解反应为,三、碳酸盐分解及矿化作用,第二章铁矿烧结,其分解速度同温度、粒度、外界气流速度和气相中CO2浓度等相关，温度升高，粒度减小，气流速度加快，气相中CO2浓度降低，则分解加速。在烧结过程中，上述分解温度是完全可以满足的。石灰石的粒度一般小于3mm。这一方面有利于其迅速分解，更重要的是有利于矿化作用，即CaO同其他氧化物反应形成新的矿物的作用。,三、碳酸盐分解及矿化作用,第二章铁矿烧结,烧结料中固体碳的燃烧为形成粘结所必须的液相和进行各种反应提供了必要的条件温度、气氛。烧结过程所需要的热量的8090为燃料燃烧供给。然而燃料在烧结混合料中所占比例很小，按重量计仅35，按体积计约10。在碳量少，分布稀疏的条件下，要使燃料迅速而充分地燃烧，必须供给过量的空气，空气过剩系数达1.41.5或更高。,四、燃料燃烧和传热,第二章铁矿烧结,由于燃料分布不均，在燃料少，透气性好，空气充足处，进行完全燃烧形成氧化区。C焦O2CO2在燃料多，透气性差，空气不足处，进行不完全燃烧形成还原区。C焦1/2O2CO所以，在燃烧层的燃烧产物中，同时有CO2和CO，还有过剩的O2和不发生反应的N2。在燃烧层中，主要是氧化区，也有部分的还原区。增加燃料用量，减小燃烧速度，可增强还原剂气氛。减少燃料用量，改善料层透气性，增加气流速度和含氧量，可提高燃烧速度，提高烧结过程的氧势。,四、燃料燃烧和传热,第二章铁矿烧结,燃料燃烧虽然是烧结过程的主要热源，但仅靠它并不能把燃烧层温度提高到13001500℃的水平。相当部分的热量是靠上部灼热的燃烧矿层将抽入的空气预热到足够高的温度来供给燃烧层燃料燃烧的。灼热的烧结矿层相当于一个“蓄热室”。这一作用称为烧结过程中的自动蓄热作用。热平衡分析指出，这种自动蓄热作用带来的热量约占供热总量的40。,四、燃料燃烧和传热,第二章铁矿烧结,随着烧结过程的进行，燃烧层向下移动，烧结矿层增厚，自动蓄热作用愈显著，愈到下层燃烧温度愈高。这就出现上层温度不足一般为1150℃左右，液相不多，强度较低，返矿较多；而下部温度过高，液相多，过熔，强度虽高而还原性差，即上下烧结矿质量不均的现象。为改善这种状况，提出了具有不同配碳量的双层或多层烧结的方法。即上层含碳量应高于平均含碳量，而下层应低于平均含碳量，以保证上下层温度均匀，质量一致。而且节省燃料。苏联采用分层烧结某矿粉，下部含碳量低1.2，节省燃料10，联邦德国某厂使用双层烧结，节省燃料15，日本用此法节省燃料10。,四、燃料燃烧和传热,第二章铁矿烧结,随着烧结料层的增厚，自动蓄热量增加，有利于降低燃料消耗，但随着料层厚度增加，蓄热量的增加逐渐减少，所以燃耗降低幅度也减小。当烧结矿层形成一个稳定的蓄热层后，则蓄热量将不再