第四章 烧结过程燃烧与传热-文档资料
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烧结生产应用知识-PPT精选文档
烧结生产应用知识
第一节烧结基本知识 1 简述烧结的含义。 答：铁矿粉烧结是将含铁粉状料或细粒料进行高 温加热，在不完全熔化的条件下烧结成块的过程。 2 简述烧结过程的物理化学变化。 答：烧结过程是许多物理化学变化的综合过程。 这个过程不仅错综复杂，而且瞬息万变，在几分钟 甚至几秒钟内，烧结料就因强烈的热交换而从70℃ 以下被加热到1200～1400℃，与此同时，它还要从 固相中产生液相，然后液相又被迅速冷却而凝固。 这些物理化 学变化包括：
6 烧结配料分为哪三种方法?多数使用哪种配料方 法? 答：三种配料方法是：①容积配料重量法检查； ②重量法配料；③按成分配料。 多数采用的是重量法配料。
2-7 简述人造富矿的含义。 答：人造富矿是将富矿粉或精矿粉经过烧结、球 团、压团等方法制造成满足冶炼要求的块矿，简称 人造富矿。 2-8简述富矿粉和贫矿粉的含义。 答：天然矿粉或自然矿粉或原生矿粉的含铁量在 45％以上的，通常为富矿粉，含铁量低于45％的通 常称为贫矿粉。45％这个界限随着冶炼技术的发展 是会变化的。
4 形成煤气爆炸的基本条件有哪两条，为什么煤气 量很少空气量很多时，或煤气很多空气很少时都 不会发生爆炸? 答：煤气爆炸主要是由于空气和煤气形成了爆炸 的混合气体，当混合气体达到必要的温度(着火点) 或遇上明火造成的。二者缺一不可。
煤气形成爆炸的混合气体，其含量具有一定的范围。 当煤气量很少空气量很多时，煤气和空气的混合物 不爆炸，因为空气中的煤气分子太少，煤气分子之 间的距离就远，当一个煤气分子遇火燃烧时，其火 焰不能迅速地达到另一个分子，因而不能引起连续 而剧烈的燃烧，也就是不会爆炸。但当空气中的煤 气量多到一定程度，而空气量过少，这个混合物也 不会爆炸，因为煤气分子着火后由于氧气分子少， 助燃力就小，所以形不成连续而剧烈的燃烧，也不 会爆炸。
第一节烧结基本知识 1 简述烧结的含义。 答：铁矿粉烧结是将含铁粉状料或细粒料进行高 温加热，在不完全熔化的条件下烧结成块的过程。 2 简述烧结过程的物理化学变化。 答：烧结过程是许多物理化学变化的综合过程。 这个过程不仅错综复杂，而且瞬息万变，在几分钟 甚至几秒钟内，烧结料就因强烈的热交换而从70℃ 以下被加热到1200～1400℃，与此同时，它还要从 固相中产生液相，然后液相又被迅速冷却而凝固。 这些物理化 学变化包括：
6 烧结配料分为哪三种方法?多数使用哪种配料方 法? 答：三种配料方法是：①容积配料重量法检查； ②重量法配料；③按成分配料。 多数采用的是重量法配料。
2-7 简述人造富矿的含义。 答：人造富矿是将富矿粉或精矿粉经过烧结、球 团、压团等方法制造成满足冶炼要求的块矿，简称 人造富矿。 2-8简述富矿粉和贫矿粉的含义。 答：天然矿粉或自然矿粉或原生矿粉的含铁量在 45％以上的，通常为富矿粉，含铁量低于45％的通 常称为贫矿粉。45％这个界限随着冶炼技术的发展 是会变化的。
4 形成煤气爆炸的基本条件有哪两条，为什么煤气 量很少空气量很多时，或煤气很多空气很少时都 不会发生爆炸? 答：煤气爆炸主要是由于空气和煤气形成了爆炸 的混合气体，当混合气体达到必要的温度(着火点) 或遇上明火造成的。二者缺一不可。
煤气形成爆炸的混合气体，其含量具有一定的范围。 当煤气量很少空气量很多时，煤气和空气的混合物 不爆炸，因为空气中的煤气分子太少，煤气分子之 间的距离就远，当一个煤气分子遇火燃烧时，其火 焰不能迅速地达到另一个分子，因而不能引起连续 而剧烈的燃烧，也就是不会爆炸。但当空气中的煤 气量多到一定程度，而空气量过少，这个混合物也 不会爆炸，因为煤气分子着火后由于氧气分子少， 助燃力就小，所以形不成连续而剧烈的燃烧，也不 会爆炸。
烧结工艺技术课件(PPT93页)
高镁粉—由菱镁石焙烧而来，主要成分是MgO；
轻烧白云石—以白云石为原料在1000℃左右煅烧而成。
2.2 烧结过程配加熔剂目的:
a、混合料中加入碱性熔剂，可以使得烧结矿熔剂化，将炼 铁需要的部分熔剂在高炉内的化学反应转移到烧结过程 中，可以强化高炉冶炼、改善高炉造渣过程和降低焦比。 同时改善烧结性能，强化烧结过程和改善透气性，提高 烧结矿的产质量指标。
从转炉的炉气中经除尘器回收的含铁原料，含铁量较高，并 含有钢渣和石灰粉末。 氧化铁皮：
轧钢过程中剥落下来的轧钢皮，含铁60～75％，有害杂质少， 密度大，可以有效提高烧结矿的品位，降低烧结煤耗，是很好的 烧结原料。 红泥：
炼钢转炉的烟尘，含铁量较低，但含有部分的CaO和MgO。 钢渣：
炼钢的副产品，钢渣中碱性物质多，含铁量较低，同样也含有 部分CaO和MgO。
利用系数=烧结机台时产量/烧结机有效抽风面积 单位：吨/米2 ·时
返矿率：烧结矿经筛分，筛上为成品烧结矿，筛 下为返矿，筛下返矿占烧结矿总产量的百分率为返 矿率。
返矿率=筛下返矿量/烧结矿总产量·100%
第二部分 烧结工艺
一、总工艺流程 二、原料准备工序 三、配料工序 四、混合造球工序 五、烧结工序 六、冷却工序
b、熔剂中的CaO和MgO与烧结矿中的铁氧化物等及SiO2 等在高温作用下，生成低熔点化合物，改善烧结矿强度 和还原性。
c、熔剂中的生石灰遇水后，发生消化反应生成消石灰，并 放出热量可以提高料温，减少烧结过程的过湿现象。
d、通过调整含镁熔的配加量，可以合理控制烧结矿中 MgO的含量，从而达到调剂高炉炉渣良好流动性的目的。
b、燃料粒度过小时影响： 燃料粒度过小，烧结燃烧速度过快，难以达到所需
要的烧结温度，同时恶化了烧结料层的透气性，并且过 小粒度的燃料有可能被气流带走。
轻烧白云石—以白云石为原料在1000℃左右煅烧而成。
2.2 烧结过程配加熔剂目的:
a、混合料中加入碱性熔剂，可以使得烧结矿熔剂化，将炼 铁需要的部分熔剂在高炉内的化学反应转移到烧结过程 中，可以强化高炉冶炼、改善高炉造渣过程和降低焦比。 同时改善烧结性能，强化烧结过程和改善透气性，提高 烧结矿的产质量指标。
从转炉的炉气中经除尘器回收的含铁原料，含铁量较高，并 含有钢渣和石灰粉末。 氧化铁皮：
轧钢过程中剥落下来的轧钢皮，含铁60～75％，有害杂质少， 密度大，可以有效提高烧结矿的品位，降低烧结煤耗，是很好的 烧结原料。 红泥：
炼钢转炉的烟尘，含铁量较低，但含有部分的CaO和MgO。 钢渣：
炼钢的副产品，钢渣中碱性物质多，含铁量较低，同样也含有 部分CaO和MgO。
利用系数=烧结机台时产量/烧结机有效抽风面积 单位：吨/米2 ·时
返矿率：烧结矿经筛分，筛上为成品烧结矿，筛 下为返矿，筛下返矿占烧结矿总产量的百分率为返 矿率。
返矿率=筛下返矿量/烧结矿总产量·100%
第二部分 烧结工艺
一、总工艺流程 二、原料准备工序 三、配料工序 四、混合造球工序 五、烧结工序 六、冷却工序
b、熔剂中的CaO和MgO与烧结矿中的铁氧化物等及SiO2 等在高温作用下，生成低熔点化合物，改善烧结矿强度 和还原性。
c、熔剂中的生石灰遇水后，发生消化反应生成消石灰，并 放出热量可以提高料温，减少烧结过程的过湿现象。
d、通过调整含镁熔的配加量，可以合理控制烧结矿中 MgO的含量，从而达到调剂高炉炉渣良好流动性的目的。
b、燃料粒度过小时影响： 燃料粒度过小，烧结燃烧速度过快，难以达到所需
要的烧结温度，同时恶化了烧结料层的透气性，并且过 小粒度的燃料有可能被气流带走。
烧结第四章1解剖
空气过剩系数较高(常为1.4~1.5)，故废气中均含一定数量 的氧。烧结过程整体是氧过剩，局部碳过剩。
Wuhan Institute of Technology
燃烧废气组成
Sintering and pelletizing
计算氧平衡时，考虑碳酸盐的分解、铁氧化物的氧化或还
原，废气中（CO2+1/2CO+O2）与空气和单一碳的燃烧反应的 平衡组成不同。
Wuhan Institute of Technology
Sintering and pelletizing
氧气浓度 气流速度 燃料粒度 燃烧温度
在“动力学燃烧区”与“扩散燃烧区”存在一个 过渡燃烧区。
不同反应由动力学区进入扩散区的温度不同： C和O2的反应于800℃左右开始转入； C和CO2的反应则在1200℃时才转入。
Wuhan Institute of Technology
Sintering and pelletizing
烧结过程影响燃烧速度的因素：
在点火后不到1min，料层温度升高到1200～1350℃, 烧结过程燃烧反应基本上是在扩散区内进行。
一切能够增加扩散速度的因素，都能提高燃烧反 应速度，强化烧结过程：
Wuhan Institute of Technology
气相组成
Sintering and pelletizing
0
2
4
6
8
10 12
图 在烧结试验过程测得废气成分的变化
Wuhan Institute of Technology
Sintering and pelletizing 燃烧比:[CO／(CO十CO2)] 衡量烧结过程中碳的化学能的利用程度。 a）燃烧比大则碳素
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燃烧废气组成
Sintering and pelletizing
计算氧平衡时，考虑碳酸盐的分解、铁氧化物的氧化或还
原，废气中（CO2+1/2CO+O2）与空气和单一碳的燃烧反应的 平衡组成不同。
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Sintering and pelletizing
氧气浓度 气流速度 燃料粒度 燃烧温度
在“动力学燃烧区”与“扩散燃烧区”存在一个 过渡燃烧区。
不同反应由动力学区进入扩散区的温度不同： C和O2的反应于800℃左右开始转入； C和CO2的反应则在1200℃时才转入。
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Sintering and pelletizing
烧结过程影响燃烧速度的因素：
在点火后不到1min，料层温度升高到1200～1350℃, 烧结过程燃烧反应基本上是在扩散区内进行。
一切能够增加扩散速度的因素，都能提高燃烧反 应速度，强化烧结过程：
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气相组成
Sintering and pelletizing
0
2
4
6
8
10 12
图 在烧结试验过程测得废气成分的变化
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Sintering and pelletizing 燃烧比:[CO／(CO十CO2)] 衡量烧结过程中碳的化学能的利用程度。 a）燃烧比大则碳素
烧结过程及机理
在烧结过程中，时间会影响材料的显微结构。随着时间的延长，材料内部的孔 隙逐渐减少，晶粒逐渐长大，这些变化会影响材料的物理和化学性质。
气氛
气氛对烧结过程的 影响
气氛是烧结过程中的一个重要 因素。气氛中的气体成分可以 与材料发生化学反应，从而影 响烧结过程和材料的性能。
气氛对材料相变的 影响
在烧结过程中，气氛中的气体 成分可以与材料发生化学反应 ，导致材料发生相变。这种相 变可以改变材料的物理和化学 性质，因此控制气氛可以实现 对材料相变和性能的调控。
压力
压力对烧结过程的影响
压力是烧结过程中的另一个重要参数。在适宜的压力范围内，随着压力的增加，烧结速率 加快，材料的致密度和强度增加。
压力对材料结构的影响
在烧结过程中，压力可以改变材料的结构。例如，在高温高压条件下，某些材料会发生晶 体结构的改变或相变，从而改变材料的性能。
压力对扩散的影响
压力可以影响材料内部原子或分子的扩散速度。在烧结过程中，扩散速度决定了材料的致 密化程度和显微结构，因此控制压力可以实现对材料结构和性能的调控。
烧结的重要性
烧结是材料制备过程中的重要环节，通过 烧结可以获得高性能的材料，广泛应用于 航空航天、汽车、电子、能源等领域。
通过优化烧结工艺参数和添加合金元 素等方法，可以进一步改善材料的性 能，提高其综合性能和应用价值。
烧结过程可以改变材料的物理和化学性质 ，如密度、硬度、电导率、热导率等，从 而满足不同领域对材料性能的需求。
陶瓷材料的烧结机理主要包括扩散传质和流动传质，扩散 传质是材料内部质点通过热运动进行迁移的过程，流动传 质则是气体在压力作用下通过材料孔隙的流动过程。
金属材料
金属材料的烧结过程是在一定的温度和压力下，通过原子或分子的扩散和流动，使松散的金属粉末颗 粒紧密结合在一起，形成致密的金属块体。金属材料具有高强度、高导电性、高导热性等优点，广泛 应用于机械、电子、航空航天等领域。
气氛
气氛对烧结过程的 影响
气氛是烧结过程中的一个重要 因素。气氛中的气体成分可以 与材料发生化学反应，从而影 响烧结过程和材料的性能。
气氛对材料相变的 影响
在烧结过程中，气氛中的气体 成分可以与材料发生化学反应 ，导致材料发生相变。这种相 变可以改变材料的物理和化学 性质，因此控制气氛可以实现 对材料相变和性能的调控。
压力
压力对烧结过程的影响
压力是烧结过程中的另一个重要参数。在适宜的压力范围内，随着压力的增加，烧结速率 加快，材料的致密度和强度增加。
压力对材料结构的影响
在烧结过程中，压力可以改变材料的结构。例如，在高温高压条件下，某些材料会发生晶 体结构的改变或相变，从而改变材料的性能。
压力对扩散的影响
压力可以影响材料内部原子或分子的扩散速度。在烧结过程中，扩散速度决定了材料的致 密化程度和显微结构，因此控制压力可以实现对材料结构和性能的调控。
烧结的重要性
烧结是材料制备过程中的重要环节，通过 烧结可以获得高性能的材料，广泛应用于 航空航天、汽车、电子、能源等领域。
通过优化烧结工艺参数和添加合金元 素等方法，可以进一步改善材料的性 能，提高其综合性能和应用价值。
烧结过程可以改变材料的物理和化学性质 ，如密度、硬度、电导率、热导率等，从 而满足不同领域对材料性能的需求。
陶瓷材料的烧结机理主要包括扩散传质和流动传质，扩散 传质是材料内部质点通过热运动进行迁移的过程，流动传 质则是气体在压力作用下通过材料孔隙的流动过程。
金属材料
金属材料的烧结过程是在一定的温度和压力下，通过原子或分子的扩散和流动，使松散的金属粉末颗 粒紧密结合在一起，形成致密的金属块体。金属材料具有高强度、高导电性、高导热性等优点，广泛 应用于机械、电子、航空航天等领域。
烧结过程概述
[C0 ] exp(
[Cn ] exp(
G f kT
)
) [C0 ] exp( ) kT
G f kT
[Ct ] exp(
G f kT
) [C0 ] exp( ) kT
15
若(ζΩ)/kT<<1，按级数展开： exp( ) 1 exp( ) 1 ； kT kT kT kT
[C0 ] exp(
——无应力区的空位浓度
D空
D* C0
19
dV D * 2C0 2D * （ 2 ）A A 2 dt C0 kT kT
将ρ=x2/2r，A=πx3/r代入上式得： dV D * 8r dt kTx
x 4 V 2r
球形颗粒连接处曲率半径ρ和接触颈部半径x之间的开尔文公式：
P M 1 1 1 ln ( ) P0 dRT x
P1——曲率半径为ρ处的蒸气压； P0——球形颗粒表面的蒸气压； γ——表面张力；d——密度； M——分子量； x— —接触颈部半径； ρ ——颈部表面曲率半径
当压力差ΔP=P0-P1很小时，且x>>ρ，
主要传质方式有：蒸发-凝聚；扩散；塑性流变。
一．蒸发-凝聚传质（如图） 在球形颗粒表面有一正曲率半径，在 二个颗粒连接处有一小的负曲率半径 的颈部。
P 2M 根据开尔文公式： ln P0 dRTr
质点从凸表面蒸发向凹表面（颈部） 迁移、凝聚，使颈部逐渐被填充。
x
r
图9－4 蒸发－凝聚传质
10
x r
0
r 3 / 5 (m 3 / 5 )
0.10
0.20
图9-10 在1600℃烧结100h Al2O3的颗 粒尺寸对接触面积生长的影响
[Cn ] exp(
G f kT
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G f kT
[Ct ] exp(
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15
若(ζΩ)/kT<<1，按级数展开： exp( ) 1 exp( ) 1 ； kT kT kT kT
[C0 ] exp(
——无应力区的空位浓度
D空
D* C0
19
dV D * 2C0 2D * （ 2 ）A A 2 dt C0 kT kT
将ρ=x2/2r，A=πx3/r代入上式得： dV D * 8r dt kTx
x 4 V 2r
球形颗粒连接处曲率半径ρ和接触颈部半径x之间的开尔文公式：
P M 1 1 1 ln ( ) P0 dRT x
P1——曲率半径为ρ处的蒸气压； P0——球形颗粒表面的蒸气压； γ——表面张力；d——密度； M——分子量； x— —接触颈部半径； ρ ——颈部表面曲率半径
当压力差ΔP=P0-P1很小时，且x>>ρ，
主要传质方式有：蒸发-凝聚；扩散；塑性流变。
一．蒸发-凝聚传质（如图） 在球形颗粒表面有一正曲率半径，在 二个颗粒连接处有一小的负曲率半径 的颈部。
P 2M 根据开尔文公式： ln P0 dRTr
质点从凸表面蒸发向凹表面（颈部） 迁移、凝聚，使颈部逐渐被填充。
x
r
图9－4 蒸发－凝聚传质
10
x r
0
r 3 / 5 (m 3 / 5 )
0.10
0.20
图9-10 在1600℃烧结100h Al2O3的颗 粒尺寸对接触面积生长的影响
烧结过程的理论基础学习知识
（3）预热带
该带主要使下部料层加热到燃料的着火温度。一般温度为400~800度。
该带主要反应是烧结料中的结晶水及部分碳酸盐、硫酸盐分解，磁铁矿进行还原以及组分间的固相反应等。
（4）干燥带
烧结料的热废气从预热带进入下层，迅速将烧结料加热到100℃以上，因此该带主要是水分的激烈蒸发。
（5）过湿带
从烧结料点火开始，物料中的水分就开始转移到气流中去。含有水蒸气的废气经过料层冷却后，废气被冷却到露点温度，致使其中水蒸气冷凝，这部分烧结料中的水分含量超过了物料的原始水分，出现了过湿现象，这一区域成为过湿带。
燃烧层是烧结料层中温度最高的区域，因此也称高温区。高温区温度水平和厚度对烧结过程的影响非常显著。
首先，高温区移动速度，即垂直燃烧速度，是决定烧结矿产量的主要因素。产量同垂直烧结速度成正比关系，而垂直烧结速度和风速成0.77~1.05次方的关系。因此，增加风速即可提高垂直烧结速度，提高产量。但垂直烧结速度也不能过快，过快会引起烧结矿强度下降，成品率低。混合料的热容量大，导热性好，粒度小，以及吸热反应发展，都能增加混合料从废气中吸热的能力，从而使烧结速度减小，降低烧结矿产量。而适当增加混合料的水分和溶剂用量时，由于改善了烧结料层的透气性，有利于提高烧结速度。
3、烧结料层中发生的物理化学变化及其对烧结生产的影响
烧结矿层在料层的最上部，抽入的空气首先要穿过烧结矿层，而烧结矿层中已无燃料的燃烧，所以被抽入的空气所冷却，发生熔融矿物的结晶和新相的形成过程，并将自身的热量传递给空气，使空气温度升高（称为自动蓄热作用）。由于气流作用和来不及逸出的气泡及冷却时的体积收缩，熔融物冷却后成为多孔状块矿，使料层透气性增加，负压降低。在与空气接触的烧结矿表面层，还可能发生低价氧化物的再氧化反应。
该带主要使下部料层加热到燃料的着火温度。一般温度为400~800度。
该带主要反应是烧结料中的结晶水及部分碳酸盐、硫酸盐分解，磁铁矿进行还原以及组分间的固相反应等。
（4）干燥带
烧结料的热废气从预热带进入下层，迅速将烧结料加热到100℃以上，因此该带主要是水分的激烈蒸发。
（5）过湿带
从烧结料点火开始，物料中的水分就开始转移到气流中去。含有水蒸气的废气经过料层冷却后，废气被冷却到露点温度，致使其中水蒸气冷凝，这部分烧结料中的水分含量超过了物料的原始水分，出现了过湿现象，这一区域成为过湿带。
燃烧层是烧结料层中温度最高的区域，因此也称高温区。高温区温度水平和厚度对烧结过程的影响非常显著。
首先，高温区移动速度，即垂直燃烧速度，是决定烧结矿产量的主要因素。产量同垂直烧结速度成正比关系，而垂直烧结速度和风速成0.77~1.05次方的关系。因此，增加风速即可提高垂直烧结速度，提高产量。但垂直烧结速度也不能过快，过快会引起烧结矿强度下降，成品率低。混合料的热容量大，导热性好，粒度小，以及吸热反应发展，都能增加混合料从废气中吸热的能力，从而使烧结速度减小，降低烧结矿产量。而适当增加混合料的水分和溶剂用量时，由于改善了烧结料层的透气性，有利于提高烧结速度。
3、烧结料层中发生的物理化学变化及其对烧结生产的影响
烧结矿层在料层的最上部，抽入的空气首先要穿过烧结矿层，而烧结矿层中已无燃料的燃烧，所以被抽入的空气所冷却，发生熔融矿物的结晶和新相的形成过程，并将自身的热量传递给空气，使空气温度升高（称为自动蓄热作用）。由于气流作用和来不及逸出的气泡及冷却时的体积收缩，熔融物冷却后成为多孔状块矿，使料层透气性增加，负压降低。在与空气接触的烧结矿表面层，还可能发生低价氧化物的再氧化反应。
烧结砖产品燃烧过程的变化
烧结砖产品燃烧过程的变化
烧结砖产品在烧成的过程中都是掺有燃烧原料，通称为内燃烧成。
在窑内经过干燥、预热、烧结、冷却四个过程。
①在干燥过程中主要是排除砖坯成型后的水分，干燥温度通常为80℃～120℃。
②在预热带20℃～200℃阶段是排除残余水分时期，在此阶段由于烧结砖水分较高，不宜过快升温，以免引起制品不均匀收缩，产生变形和开裂。
在200℃～500℃阶段是排除结构水。
结构水是指烧结产品矿物中的结晶水和层间水。
其中
高岭土在Al2O3、ZsiO2、2H2O中结晶水的分解属于一级化学反应，温度每提高100℃，其分解速度就可以增加一倍，分解速度很快，制品不致开裂，这一阶段属于产品安全区。
在500℃～600℃阶段，石英晶型转化，由于在573℃时β-Sio2转化为α-Sio2体积膨胀0.82%，并且这个反应速度很快，在很短时间内就可以完成，如果控制不当，窑内温度不均匀会导致制品各部分膨胀不均，而导致产品开裂。
⑤在600℃～1050℃阶段，属于燃烧、氧化、烧结阶段。
例如煤矸石作主要原料时，在这一阶段制品中的硫化铁变成氧化铁，并放出二
氧化硫，碳酸盐分解放出二氧化碳，在燃烧过程中产生的一氧化碳将制品中的Fe2O3还原成FeO。
当温度到达烧成点时，坯体中出现玻璃相，达到密实化而烧结。
⑥在1050℃～700℃阶段属于冷却带的急冷阶段。
此时制品处于塑性阶段，可以均匀急冷而不开裂。
⑦在700℃～400℃阶段属于冷却带的缓冷阶段，产品中石英晶型转化有体积收缩。
必须注意窑内温度均匀，防止制品开裂。
⑧在400℃～80℃阶段属于低冷却速度，不宜加快。
烧结过程的三个阶段
烧结过程的三个阶段烧结（sintering）是一种通过加热粉末来使其颗粒之间结合的过程，用于制造陶瓷、金属和复合材料等产品。
烧结过程可以分为三个阶段：加热阶段、稳定阶段和冷却阶段。
本文将深入探讨这三个阶段，以加深对烧结过程的理解。
第一个阶段是加热阶段。
在这个阶段，原始粉末会被加热到低于其熔点的温度。
加热的目的是使粉末颗粒与周围的颗粒更加紧密地结合在一起。
当粉末开始加热时，粉末的颗粒表面会因为固态扩散而发生变化。
固态扩散是指固体内原子、分子或离子的迁移，这种迁移会导致在加热过程中颗粒之间产生结合。
在加热过程中，粉末的体积会缩小，颗粒之间的间隙也会逐渐减小。
当粉末开始结合时，其形成的结构称为烧结体（sinter）。
烧结体的结构是由不同尺寸和形状的颗粒组成的，这些颗粒之间通过颗粒表面的固态扩散结合在一起。
在加热过程中，颗粒之间的结合会因为扩散的发生而不断加强。
烧结体的尺寸和形状会随着加热的继续而变化，直至达到最终的形态。
加热过程中的温度和时间会影响烧结体的形成和结构。
第二个阶段是稳定阶段。
在加热阶段结束后，烧结体的结构会开始稳定下来。
在这个阶段，已经形成的烧结体会继续通过扩散结合在一起，但是结合的速度会降低。
稳定阶段的时间因材料的不同而异，通常会持续数十分钟至数小时。
在稳定阶段，烧结体的尺寸和形状会继续发生微小的变化，但是变化的速度相对较慢。
稳定阶段的主要目的是确保烧结体的稳定性和一致性。
稳定阶段的结束标志是燃料在烧结体中完全燃尽。
当燃料燃尽时，烧结体的温度会开始降低，以进入第三个阶段。
第三个阶段是冷却阶段。
在冷却阶段，加热源会被移除，并且烧结体会开始冷却。
烧结体的冷却速度会影响其最终的性能和结构。
如果冷却速度过快，可能会导致烧结体的内部产生应力，从而引起开裂或变形。
因此，冷却过程需要在控制的条件下进行，以确保烧结体的质量。
综上所述，烧结过程的三个阶段是加热阶段、稳定阶段和冷却阶段。
加热阶段是使粉末颗粒结合的起始阶段，通过固态扩散来形成烧结体。
《第四章传热》PPT课件
gradt dt dx
2. 傅立叶定律 傅立叶定律是热传导的基本定律，它表示热传导的速率与温度 梯度和垂直于热流方向的导热面积成正比。
Q S t 或：q t
n
n
热传导中，Q S，Q t n
Q——传热速率，W；
λ——导热系数，W/（m·K） 或W/（m·℃）；
S——导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2；
946℃。试求：
(1)单位面积的热损失；(2)保温砖与建筑砖之间界面的温度；
(3)建筑砖外侧温度。
解 t3为保温砖与建筑砖的界面温度，t4为建筑砖的外侧温度。
（1）热损失q
q=
Q A
1
b1
t1
t2
1.06 0.15
(1000-946)
=381.6W/m2
(2) 保温砖与建筑砖的界面温度t3 由于是稳态热传导，所以 q1=q2=q3=q
典型换热设备： 间壁式换热器（冷、热流体间的换热设备） 例：列管式换热器 3、本章研究的主要问题 1）三种传热机理（传热速率计算） 2）换热器计算 3）换热设备简介
4.1.1传热的基本方式
根据传热机理不同，传热的基本方式有三种： 热传导、热对流和热辐射。
1．热传导 热传导（导热）：物体各部分之间不发生相对位移，依靠原子、 分子、自由电子等微观粒子的热流运动而引 起的热量传递。
t t'∞
t∞
u
tw-t=
t' t
tw
图4-13 流体流过平壁被加热时的温度边界
2、热边界层的厚度
tw t 0.99(tw t )
3、热边界层内（近壁处） 认为：集中全部的温差和热阻
dt 0 dy
热边界层外（流体主体）
2. 傅立叶定律 傅立叶定律是热传导的基本定律，它表示热传导的速率与温度 梯度和垂直于热流方向的导热面积成正比。
Q S t 或：q t
n
n
热传导中，Q S，Q t n
Q——传热速率，W；
λ——导热系数，W/（m·K） 或W/（m·℃）；
S——导热面积，垂直于热流方向的截面积，m2；
946℃。试求：
(1)单位面积的热损失；(2)保温砖与建筑砖之间界面的温度；
(3)建筑砖外侧温度。
解 t3为保温砖与建筑砖的界面温度，t4为建筑砖的外侧温度。
（1）热损失q
q=
Q A
1
b1
t1
t2
1.06 0.15
(1000-946)
=381.6W/m2
(2) 保温砖与建筑砖的界面温度t3 由于是稳态热传导，所以 q1=q2=q3=q
典型换热设备： 间壁式换热器（冷、热流体间的换热设备） 例：列管式换热器 3、本章研究的主要问题 1）三种传热机理（传热速率计算） 2）换热器计算 3）换热设备简介
4.1.1传热的基本方式
根据传热机理不同，传热的基本方式有三种： 热传导、热对流和热辐射。
1．热传导 热传导（导热）：物体各部分之间不发生相对位移，依靠原子、 分子、自由电子等微观粒子的热流运动而引 起的热量传递。
t t'∞
t∞
u
tw-t=
t' t
tw
图4-13 流体流过平壁被加热时的温度边界
2、热边界层的厚度
tw t 0.99(tw t )
3、热边界层内（近壁处） 认为：集中全部的温差和热阻
dt 0 dy
热边界层外（流体主体）
第四章 烧结过程燃烧与传热
４.5 烧结过程传热规律及应用
（1）烧结过程传热现象
图4-16 料层每一单元烧结与传热试验时的温度变化曲线 — 传热；……烧结； (a)－硅铝砖；(b)－石英 1,2,3,4,5,6分别表示距料顶部6.35,31.75,57.15,88.85,107.95,133.35mm，箭 头表示废气最高温度。 废气率决定于热传导过程而不是决定于燃料燃烧过程。 表明抽风不但是燃烧的需要,更重要的是传热的需要。
（3）热波曲线随着热波向下前进，最高温度逐步下降，而且热波曲线 不断加宽；而燃烧波曲线随着火焰波（或燃烧带）向下移动，最高点的 温度升高。
４.5 烧结过程传热规律及应用
（3）传热规律在烧结中的应用
①传热与燃烧速度对高温区的影响 “同步”进行，则效果最好
Ⅲ区：传热速度<<燃烧速度，这时上部的大量热量不能用于下部燃料烧，如焦粉 粒度较小，比表面积小，反应性较好，燃烧速度快，完成燃烧时间短，混合矿石 粒度较粗，比表面积小，导热性差，故燃烧所产生的热量既不能有效地传给高温 混合料，因此高温区温气降低；同时从上部下来的空气也不能从高温区得到有效 的预热。同样，燃烧带排出的高温废气也没有在下部得到有效利用，这样就是燃 烧速度与传热速度没有得到“同步”进行，其结果是高温区厚度增大、最高温度 降低。 Ⅰ区：传热速度>>燃烧速度，这时高温区燃烧反应放出的热量是在废气大量带走。 如焦粉粒度粗和混合料粒度小的情况下，高温带向空气热速度较快，而燃料的燃 烧速度相对较慢，进入燃烧带的热空气没有得到有效利用，热沿下移速度较火焰 前沿快，因此高温区的最高温度也不够高，高温区的厚度也增加。 Ⅱ区：介于前两者之间，即燃烧速度与传热速度配合好，二者“同进行，如焦粉 粒度和用量合适，反应性适中，混合料粒度适中，此时高温带的厚度适中、高温 带的温度也最高。
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VkCO2
1 1 1 k kD kR
４.1 烧结过程燃料燃烧基本原理
（三）固体燃料燃烧动力学分析
对于-3mm的碳粒，在Re为100的情况下： ＜700℃为动力学燃烧区 700~1250℃ 为中间速度区 ＞1250℃ 为扩散燃烧区
烧结过程在点火后不到一分钟，料层温度升高到1200～1350℃，一 般在1300~1500℃，故其燃烧反应基本上是在扩散区内进行，因 此，一切能够增加扩散速度的因素，如减小燃料粒度、增加气流 速度（改善料层透气性、增风机风量等）和气流中的氧含量等， 都能提高燃烧反应速度，强化烧结过程。
４.1 烧结过程燃料燃烧基本原理
（一）气体燃料燃烧的热力学
（5）、实际燃烧产物量
４.1 烧结过程燃料燃烧基本原理
（一）气体燃料燃烧的热力学
（6）、燃烧温度
理论燃烧温度
t i总 Qq燃q空
Cp
CpV
理论燃烧温度通常要比冶金炉内的实际温度高出10~25%
平衡燃烧温度
４.1 烧结过程燃料燃烧基本原理
发热量/千卡/米3 3160~4580
③、天然气
成分
H2
CO
范围% 85~95
H2S
N2
O2
发热量/千卡/米3
0.9 1.5~5.0 0.2~0.3 8000~9000
④、液体燃料
重油：发热值高（大于9000千卡/公斤）、粘性大
４.1 烧结过程燃料燃烧基本原理
４.2 烧结料层中燃烧带的特性分析
（一）烧结过程燃烧带厚度的计算
I0u0t62(1m )(n 1d fln C 2(fO )/1 (C H)barc1tg )
b b m (1V)
T V
燃烧带的宽度是由燃料粒的直径d，空气流速ω，原始气体中的氧的浓 度CH，料层的透气性质m及n，以及系数b来决定。
从燃烧带出来的氧浓度CO取决于燃料在烧结料中的比例及吸入空气中氧 的浓度，因此，在焦粉配比一定时，它是不变的。
系数b取决于燃料比表面积αT和其他混合料比表面积αm，以及混合料中 燃料的体积V
４.2 烧结料层中燃烧带的特性分析
（二）燃烧带特性与燃烧废气组成
（1）烧结料层的燃烧特点： ①烧结料层中碳含量少、粒度细而且分散； ②烧结料层的热交换十分有利，固体碳颗粒燃烧迅速， 二次燃烧反应不明显； ③烧结料层中一般空气过剩系数较高（常为1.4～1.5）。
（2）影响燃烧比的因素有： ①燃料粒度和用量； ②料层负压大小； ③空气过剩系数； ④料层高度和返矿量。
一般燃烧废气中平均含CO1~2%，热量损失占总热量的10~25%。
４.3 固体燃料特性对烧结过程的影响
（1）固体燃料的粒度
烧结粉矿(-8mm)：1~2mm适宜 烧结精矿(-1mm)：0.5~3mm适宜
刚点火毕
点火终了后 1～2分钟
开始烧结后 8—10分钟 烧结终了前
(1)烧结料层中的温度分布特点
①由低温到高温，然后又从高温迅 速下降到低温。
②燃烧带下部的热交换是在一个很窄 的加热及干燥带完成的，它的高度一 般小于50mm，尽管距离很短，但气 体可以自1400～1500℃冷却到50～ 60℃。主要是气流速度大，温差大， 对流传热量大。另一方面由于料粒有 很大的比表面积，彼此紧密接触，传 导传热也在迅速进行。
1200
900
600
z3
z2
300
0 10 15 20 25 30
τ （min）
（1） 气 体 燃 料 种 类
①、高炉煤气
成分
范围 %
CO2
9.0~15. 5
CO 25~31
②、焦炉煤气
CH4
H2
0.3~0.5 2.0~3.0
N2 55~58
发热量/千卡/米3 850~1100
成分
H2
CO
CH4
CO2
N2
范围 % 54~59 5.5~7.0 23~28 1.5~2.5 3~5
O2 0.3~1.7
（一）气体燃料燃烧的热力学
（2）、主要煤气成分燃烧的热力学 主要成分：CO、H2、CH4
离解：
转化：
总反应：
４.1 烧结过程燃料燃烧基本原理
（一）气体燃料燃烧的热力学
（3）、气体燃烧发热量的计算
（4）、气体燃烧理论和实际空气需要量
过剩空气系数，人工操作时取1.15~1.20，自动操作取1.05~1.10
（二）固体燃料燃烧的热力学
（1）、热力学分析 C氧化 初级
气相氧化 次级
４.1 烧结过程燃料燃烧基本原理
（二）固体燃料燃烧的热力学
（2）、固体燃料燃烧计算 发热量
理论空气需要量
固体燃料燃烧温度
４.1 烧结过程燃料燃烧基本原理
（三）固体燃料燃烧动力学分析
固体燃料的燃烧属多相扩散燃 烧：首先要使氧气到达固体表 面，在相界面上发生多相化学 反应；其后，化学反应所需的 物质则靠自然扩散或强制扩散 形成的物质转移来提供。
（2）固体燃料的种类
焦粉优于无烟煤 不能用烟煤
（3）固体燃烧的用量
磁铁矿，一般为5％～6％ 3~5% 赤铁矿，一般为7％～9％ 5~7% 菱铁矿和褐铁矿，更高。铬铁矿烧结有时高达10%以上。
（4）固体燃料在料层中的赋存状态
燃烧的添加方式
（5）固体燃烧燃烧催化剂的影响
４.4 烧结料层中的温度分布及蓄热
C O2
①氧气向固体碳表面扩散迁移的速率为：
VDkD(CO2 CS O2)
C
S O
2
②相界面上的化学反应速率为：
V RkR(C S O 2)nkR C S O 2
（1）氧由气流本体通过界面层扩散到固体碳的表面； （2）氧在碳粒表面上吸附； （3）吸附的氧与碳发生化学反应； （4）反应产物的解吸； （5）反应产物由碳粒表面通过界面层向所相扩散。
第四章 烧结过程燃烧与热量传输规律
４.1 烧结过程燃料燃烧基本原理 ４.2 烧结料层中燃烧带的特性分析 ４.3 固体燃料特性及用量对烧结过程的影响 ４.4 烧结料层中的温度分布及蓄热 ４.5 烧结过程传热规律及应用 ４.6 烧结节能的主要途径及措施
４.1 烧结过程燃料燃烧基本原理
（一）气体燃料燃烧的热力学
③一般，燃烧带温度，即分布曲线上 的最高点温度随着烧结过程的进行有 所上升，这主要由于料层的蓄热作用。
1－燃烧带，2－预热干燥带，3－水分冷凝带，4－铺底料，5－烧结矿带
t （℃） －Δ p （mmH2O）
烧结负压及料层温度的变化情况
1800
1500
1200
900
600
300
z1
0
0
5
1500
Δp