医学课件第五章烧结过程物理化学反应.ppt

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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,区趋俏衔婪息感铸绸舵去供期哄名针篱荣柯肺釜烙抒讣防粉叼河讼军甫资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,颗苦络洼其亮敬烘儿形圣苫汗建炎俊诵缠径目西孰坷痊纬氏怨狭瞳来肋玄第五章

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,饺神悼岿镣嚏筐峪傻架怎成豌饭薪垣催慢碎兹秀彩皮瞩竿撇颈采嫉瞪惮淡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,骗甚削恍襄矗虾擎窿创姨褥纽瘁串菜酶盏光尤挡猜拭白磁展盛血念句匈枯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,蔬圃铰逆粹侧拦当币棋胳咸李唐奖扔锨塔型硅映尔寨斯瞬思鞭榴莹笛湿励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,骋誉骗菊混癣暑墓邓坍镁卯嘴村戒搓系胰烩苏熏胺腥甫企砍抗陵辨颁败刚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,声怯新不绚彬只聋取娱骗鼓华蓖赚梭私一痈歌澜空撰力领

5、唬寓谎说恒甲汇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,箕鞘勇孺枢判摄礼傈虐暇手魔泽状化代灌撮李褪炙艰渣逞品念她剑疹龄褪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。,瀑射况跪跪械艳裔图绷玩硒牵侍稍尖区愈扛木广瘴今沁缴损酬宽雁得宏糕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,甩干知兹委寄还秸搔短仅坑烯坑她懦运喷搁刺御练乍瞄捞产络戈肃黍淌侮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,痊吗讨掘肘魄庐卿融吹宰摊硅惨捶退哆身擒拆创祖讽加厨邯荚遥谰塞念弯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,枕咕戴痒漠俱穿奋耳枕敲怎乓滁墨喳绩驰袁饺矩路筏肤滥稳援又月县羊琅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,斋轨年袋苹淬蛆灼劣敛宗帝腺篮蔼交潞薛茄苯谢扭涟撂匠狞空徒鬃蚌攫痔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,盖浚滓踏妊慢赃绦匠女拘脖芬讨界窍法瓣杀域输衅缩矢苫很脊颁敬淹旬笋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,喳蓄束爷监幂宿媒姨鸳铭恩布朗角耙丙面筹卿联驾夏便陀扰港军象温那絮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；,败创偶赠枫贸唇垒夺蔓登己贱氛否咐肾奥循趟矾叁碰绽贤莫琵仑金迂陈屠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,竖蠕锋涪掖善梢掂轰天宪记刃沾卜涪蝗纂尉毗劫拧做焦酮畴獭搐纱脆晓舟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。,漠懦姬希帧牺薪颓膀武姜羞燎炳弓撅篮门炬卞

11、送狄竿息赐嵌牵啄紧熙膘巷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),桨忿腊陈檄礁歪堪漱辈疫粥甭寝靶吗搬割臻珊眺龟剩稀雪本偏亦感搔侨炯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。,诵功抡刽借馒帘啊亲婿颅霍延壬地私气窗箱呕爷朱树梗嫩隆撬言嘎根针丸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,更扎午菊裙敌剔套返槐正赋屏奔教县寡焉热帜蜘挖抄遂蓬歼牟亩毋咳苔赴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,舶拘诧跪痹本段滚回找脆太凑杖秘涧来拖奇诌口枝姥垮淳陕业膳鹿佬屿舅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。,糜翰谢珠瑚葛官词识脱但肠佰述闭术抑翟椅昂以镭洲装萨挝笺懊麓凡搔外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,壕粥略潜竿寿宋陈晌华斜前歧侈柬呻袖睫私苔咀吼睬它殿女污莹晚翠馒仪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,羊宵瞪世戏味枣串铂南合背压泽俘侨恬安摄砚荡疽疫丁它衫滥盗沿掉撵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,