高爐用鐵塊礦主要有燒結(jié)礦和球團(tuán)礦兩種，在日本前者占高爐入爐礦大約75%。球團(tuán)的原料粒徑為150μm以下的微細(xì)礦粉，燒結(jié)用粉礦中則含有數(shù)毫米以下的粗粒礦。近年，由于亞洲鋼鐵產(chǎn)量增長(zhǎng)快和鐵礦石價(jià)格暴漲，致使優(yōu)質(zhì)鐵礦石的進(jìn)口減少，優(yōu)質(zhì)鐵礦石的資源日漸減少；另一方面，環(huán)保對(duì)排污的要求日益嚴(yán)格，故亟待開(kāi)發(fā)節(jié)約資源和減少排污的工藝技術(shù)。
燒結(jié)用鐵礦方面，近二十多年來(lái)，所用礦石性狀發(fā)生了很大變化：從硬質(zhì)赤鐵礦變?yōu)檐涃|(zhì)多孔質(zhì)赤鐵礦、Pisolite礦（紅豆礦）、Marra Mamba礦等礦種。鐵礦石的軟質(zhì)化、多孔質(zhì)化增強(qiáng)了其與熔劑石灰石的反應(yīng)性，致使燒結(jié)礦中的關(guān)鍵留存物粗粒礦的同化現(xiàn)象明顯。從同化速度的觀點(diǎn)來(lái)看，鐵礦石與石灰石的反應(yīng)性增加使燒結(jié)礦的粒度分布劣化，這是造成燒結(jié)層內(nèi)生成熔液質(zhì)量控制變難的主要原因。據(jù)此，明確了燒結(jié)層內(nèi)分為產(chǎn)生熔液部分和未熔的殘留部分，從而提出配比和造粒等預(yù)處理的復(fù)合造粒法的建議。
燒結(jié)工藝的主要熱源為焦粉的燃燒熱，含鐵粉塵中C、Fe和FeO等 成分的反應(yīng)熱，這些反應(yīng)均需和通過(guò)燒結(jié)層氣流中的氧氣接觸；為實(shí)現(xiàn)高效反應(yīng)，需均勻分布理想燒結(jié)通氣層。另外，為確保燒結(jié)礦成品率和燒結(jié)礦強(qiáng)度，在限定溫 度和保持時(shí)間下促進(jìn)模擬粒子的快速融合亦不可少。將焦粉分布于模擬粒子的外圍有利于提高燃燒速度，而內(nèi)裝的焦粉在升溫中將附近的Fe2O3還原為 FeO并促進(jìn)低溫熔液生成，同時(shí)可緩和由氧化熱帶動(dòng)的過(guò)度溫升。由此，鐵礦石燒結(jié)應(yīng)控制模擬粒子尺寸的微觀不均勻性，應(yīng)利用其以確保宏觀組織的均勻性。
1鐵礦石燒結(jié)工藝研發(fā)形勢(shì)
由 于燒結(jié)礦的物理、化學(xué)性能對(duì)高爐作業(yè)的影響較大，故有關(guān)其工藝技術(shù)的研發(fā)較多。亞洲各國(guó)以從澳大利亞、巴西進(jìn)口的數(shù)毫米粉礦為主，中國(guó)和印度則和自產(chǎn)礦混 合使用；在此類混合礦中加入石灰石等熔劑、焦粉等粘結(jié)劑以及回收的含鐵粉塵類，調(diào)整水分制成數(shù)毫米的圓球顆粒后裝入燒結(jié)機(jī)，充填時(shí)燒結(jié)料層的透氣性為最重 要的條件之一。
石油、煤炭等能源價(jià)格近年已漲至十年前的數(shù)倍，鐵礦石價(jià)格超過(guò)2008年的峰值，且運(yùn)費(fèi)亦高。日本鋼鐵廠多從澳大利亞進(jìn)口鐵礦，但進(jìn)口的赤鐵礦中含鐵高的低磷礦甚少，基本上是含結(jié)晶水多的針鐵礦，且大部分含磷較高，故需開(kāi)發(fā)高磷鐵礦脫磷技術(shù)。
燒結(jié)層內(nèi)焦粒的燃燒對(duì)燒結(jié)層的傳熱和結(jié)構(gòu)變化影響很大，是控制燒結(jié)率、生產(chǎn)效率和燒結(jié)礦質(zhì)量的重要反應(yīng)。在其他發(fā)熱反應(yīng)中，還有（為控制NOx排放而使用）無(wú)煙煤、含鐵粉塵中C，軋鋼鐵鱗中Fe、FeO、Fe3O4等的燃燒和氧化反應(yīng)。以固定層內(nèi)固體燃料的燃燒、傳熱作為基本的燒結(jié)工藝，燒結(jié)料層溫度隨料層高度逐步積累，最高溫度亦隨燒結(jié)過(guò)程而上升，為了對(duì)此控制進(jìn)行了各種粘結(jié)劑偏析技術(shù)的探討。最近為提高對(duì)燒結(jié)料層內(nèi)溫度變化的可控度，在料層頂部點(diǎn)火后從上噴入LNG等碳?xì)淙剂系募夹g(shù)正在實(shí)用化中。另外，為減排CO2以抵制地球氣候變暖，粘結(jié)劑的選擇和反應(yīng)的控制亦成為重要課題，故利用生物質(zhì)碳的技術(shù)亦在探索中，如低碳燒結(jié)技術(shù)原理創(chuàng)成研討會(huì)正在和相關(guān)單位開(kāi)展燒結(jié)工藝減排CO2技術(shù)的研究。
2 Marra Mamba礦（以下簡(jiǎn)稱M-M礦）的特點(diǎn)和燒結(jié)特性
澳大利亞Marra Mamba礦（以下簡(jiǎn)稱M-M礦）的結(jié)晶水含量為4%-6%，粒度小于等于0.25mm的微粉比例大。相比之下，紅豆礦亦是7%-10%的高結(jié)晶水礦，但粒度較粗，且均為多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)，加熱時(shí)結(jié)晶水分解致使氣孔率上升?，F(xiàn)開(kāi)采的M-M礦SiO2、Al2O3含量均較高，日本目前進(jìn)口的M-M礦含鐵較高，去除結(jié)晶水后成為低雜質(zhì)和低磷的混合礦。高磷混合礦則含結(jié)晶水4%-6%、含磷0.08%-0.12%。各種礦的成分見(jiàn)表1。
表1 澳大利亞鐵礦石的典型成分
燒結(jié)原料憑借粒子表面附近的水分造粒。由于M-M礦是多孔質(zhì)，導(dǎo)致造粒時(shí)粒子內(nèi)將吸入大量的水分，所需水分必然多。據(jù)研究，M-M礦的飽和吸水率達(dá)10%-11%，高于赤鐵礦的6%-8%，因而造粒物點(diǎn)火前透氣性顯示最大的最佳水分率也變高了。
M-M礦升溫時(shí)由于結(jié)晶水分解致使氣孔率上升，這與紅豆礦類似，基本上屬于針鐵礦的熱分解，即從250℃開(kāi)始延續(xù)到1000℃，在此期間保持微細(xì)龜裂的宏觀組織。研究者用實(shí)時(shí)分析的X線回折法觀察針鐵礦單晶組織的熱分解變化過(guò)程，試樣在250-300℃的升溫過(guò)程中約有3/4的結(jié)晶水分解，之后在溫度升到1000℃的過(guò)程中緩慢解離。在300℃附近生成中間相“Protohematite”，這是鐵原子不足的赤鐵礦結(jié)構(gòu)，為氫氧基電荷平衡的形式。伴隨溫度的上升，在結(jié)晶水脫離的同時(shí)則慢慢變成赤鐵礦，此時(shí)溫度達(dá)到比石灰石分解溫度略高的1000℃附近。另外，在結(jié)晶水分解初期產(chǎn)生的微裂從900℃開(kāi)始到1200℃以上快速合并為大裂的宏觀組織，至于達(dá)到和赤鐵礦同等程度而抑制與熔液的反應(yīng)則需在1350℃以上。
以下將考慮燒結(jié)中熔液生產(chǎn)的過(guò)程。一般對(duì)應(yīng)燒結(jié)礦化學(xué)成分的液相線溫度在CaO-SiO2-Fe2O3系相圖中為1450℃以上，而燒結(jié)層內(nèi)的最高溫度為1300℃左右，在此溫度下為確保充填層中有足夠的高流動(dòng)性熔融液，要求在原料中有CaO成分的偏析。當(dāng)使用適當(dāng)粒度的赤鐵礦時(shí)，細(xì)粒部分優(yōu)先熔化，粗粒部分未熔而保留在燒結(jié)礦中，可以說(shuō)自然實(shí)現(xiàn)了必要的CaO成分偏析。但是使用高結(jié)晶水鐵礦時(shí)，由于結(jié)晶水分解產(chǎn)生的龜裂加大了礦石與熔液的接觸面積，使得較大的粒子亦可進(jìn)行同化反應(yīng)。雖然CaO成分偏析的程度和偏析大小會(huì)受高結(jié)晶水鐵礦粒度的影響，但其根本原因是緣于易同化性。對(duì)M-M礦而言，盡管模擬粒子中成為粘附粉的細(xì)粒礦液相浸透性良好，但粗粒礦因與CaO發(fā)生同化反應(yīng)而生成多孔的組織結(jié)構(gòu)，這亦可由易同化性和結(jié)晶水分解反應(yīng)持續(xù)到高溫的性質(zhì)來(lái)說(shuō)明。還有結(jié)晶水分解過(guò)程與易熔性相類似的M-M礦和紅豆礦，由于兩者的粒度分布不同，實(shí)際的熔融變化亦大有不同，對(duì)此應(yīng)予以注意。
高磷布羅克曼（Brockman）混合礦與M-M礦有類似的燒結(jié)特性，這是因?yàn)楦吡谆旌系V在微粉比例高且為多孔質(zhì)的條件下進(jìn)行結(jié)晶水脫水，與有多數(shù)龜裂發(fā)生的M-M礦特性類似。有關(guān)高結(jié)晶水礦石的多量配比使用，過(guò)去就有幾個(gè)復(fù)合造粒法的建議并已實(shí)用化。MEBIOS法就是為實(shí)現(xiàn)燒結(jié)料層“下緊上松”結(jié)構(gòu)的復(fù)合造粒法，即在通常燒成條件下，在可形成適當(dāng)空隙結(jié)構(gòu)的燒結(jié)料誘導(dǎo)層中，配置由微粉礦預(yù)制的小球（熟化層）（主要用M-M礦 等高結(jié)晶水微粉礦制造）。然后通過(guò)誘導(dǎo)層給它供熱。燒結(jié)時(shí)由于在熟化層中抵制了顯著的熔液流動(dòng)，促進(jìn)了適當(dāng)?shù)目障督Y(jié)構(gòu)的形成，可以期待產(chǎn)生填料的作用。小 型燒結(jié)試驗(yàn)機(jī)的燒成試驗(yàn)以及燒成后對(duì)小球強(qiáng)度的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，通過(guò)小球成分的合理設(shè)計(jì)及燒結(jié)誘導(dǎo)層的熱量控制，即可獲得完善的熟化層。
如上所述，為防止用高結(jié)晶水鐵礦時(shí)的過(guò)度同化反應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)生的燒結(jié)反應(yīng)延遲、燒成不均勻以及生產(chǎn)效率和產(chǎn)品強(qiáng)度降低等問(wèn)題，采用復(fù)合造粒法等來(lái)控制CaO成分的偏析甚為有效。采用選擇造粒法和MEBIOS法時(shí)，偏析范圍取決于造粒粒子的大??；而采用分割造粒法時(shí)，則取決于兩種原料的混合程度。前者造粒粒子和熔融液的同化性甚為重要，為確保裝入燒結(jié)機(jī)前不崩壞，應(yīng)采取對(duì)造粒物密度和尺寸可控的造粒法。在造粒技術(shù)方面，最近開(kāi)發(fā)出在滾筒型造粒機(jī)上采用高速輸送機(jī)的粒子包復(fù)法以及利用界面活性劑的微粒分散造粒法等有效方法。
3粘結(jié)劑種類和對(duì)燒結(jié)工藝的影響
焦炭含灰分約10%，揮發(fā)分含量極少。在燒結(jié)料層內(nèi)焦粒被來(lái)自上層的高溫氣體加熱達(dá)到著火溫度后開(kāi)始燃燒。燃燒時(shí)間取決于焦粒粒徑和分布狀態(tài)，粗粒和被包復(fù)的粒子燃燒時(shí)間長(zhǎng)，焦粒的表面（及氣體界膜）溫度是影響燃燒速率和氣相氛圍的重要參數(shù)，但對(duì)其沒(méi)有測(cè)定手段，只能靠下列反應(yīng)式推算：
C+O2＝CO2（1）
C+1/2O2＝CO（2）
C+CO2＝2CO（3）
CO+1/2O2＝CO2（4）
焦粒燃燒的總體反應(yīng)是在式（1）的基礎(chǔ)上加若干式（2）。但是實(shí)際上燃燒溫度超過(guò)1000℃時(shí)，燒結(jié)層內(nèi)表觀溫度就變成了焦粒表面氣體界膜內(nèi)氣體擴(kuò)散的決定因子，焦粒表面雖然有氣化反應(yīng)式（3）在進(jìn)行，但在氣相內(nèi)則優(yōu)先進(jìn)行氧化反應(yīng)式（4）：前者為吸熱反應(yīng)，后者為放熱反應(yīng)，其結(jié)果決定了焦粒及其附近溫度的分布和變化。過(guò)去的數(shù)學(xué)模型則假定為：包含焦粒在內(nèi)的固體粒子內(nèi)溫度均勻，反應(yīng)為式（1），據(jù)此對(duì)表面化學(xué)反應(yīng)和氣膜內(nèi)擴(kuò)散傳質(zhì)計(jì)算，從而使燃燒熱在固體（熔融體）和氣體間的分配不能任意改變。證實(shí)在高溫下擴(kuò)散傳質(zhì)起支配作用。按上述方法計(jì)算的固體粒子溫度和實(shí)際焦粒表面溫度之差對(duì)綜合燃燒溫度并無(wú)太大影響。但是，此溫度差對(duì)煙氣中的CO含量、NOx的生成、分解反應(yīng)等環(huán)保相關(guān)反應(yīng)的影響則不可忽視。
影響燃燒中焦粒表面溫度的因素極為復(fù)雜，如式（1）-式（4）各反應(yīng)的吸放熱、與氣體的熱交換、焦粒表面或CO2等紅外吸收氣體的熱輻射以及粘附粉層與熔融液間的傳熱等。過(guò)去對(duì)此類傳熱現(xiàn)象尚無(wú)定量解析事例，近期鑒于計(jì)算機(jī)能力的提高，可對(duì)不同粒徑、有無(wú)粘附粉層等的影響進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬解析。
焦 粒燃燒為表面反應(yīng)，故有無(wú)粘附粉層等條件對(duì)燃燒速度的變化影響很大。但是當(dāng)粘附粉層在高溫下熔融而脫離焦粒表面時(shí)，燃燒速度在高溫下就會(huì)恢復(fù)。由此可知， 通過(guò)粘附粉層的控制即可控制焦粒的燃燒速度。另外，在混合微粉焦和微粉礦時(shí)，預(yù)計(jì)在升溫中將發(fā)生熱碳還原反應(yīng)。此時(shí)初期產(chǎn)生的熱量雖然降低，但生成的低價(jià) 鐵氧化物在冷卻中被再次氧化，則總的發(fā)熱量仍相同，這便是上述燒結(jié)料層熱變化緩和的原理。由于它直接影響熔融液凝固時(shí)的冷卻速度，因此其對(duì)燒結(jié)礦組織的影 響不可忽視。
焦粒在燃燒后只有少量灰分殘留而形成空隙，特別是粗粒在料層內(nèi)的分布將影響料層的結(jié)構(gòu)變化。而生物質(zhì)炭比焦炭表觀密度小，燃燒后的空隙也大，可使燒成速度大幅提高。另外，軋鋼鐵鱗（含有Fe、FeO和Fe3O4等）、部分還原鐵粉和磁鐵礦等在燒成時(shí)亦產(chǎn)生氧化放熱，并發(fā)揮了粘結(jié)劑的功效，這亦在實(shí)機(jī)試驗(yàn)上進(jìn)行了驗(yàn)證。但是與焦粉不同，它們氧化后體積反而增大，使透氣性和生產(chǎn)效率降低。
關(guān)于燒成速度方面，有研究者在氣、固溫度等同下對(duì)火焰前緣速度（FFS：Flame Front Speed）和最高溫度（Tmax）在假定的定常熱波下進(jìn)行了燒結(jié)層熱變化的解析，以探討其特點(diǎn)。FFS與焦粉的燃燒速度無(wú)關(guān)而是氣體流速的函數(shù)；另一研究者則通過(guò)試驗(yàn)和模擬對(duì)焦粉和無(wú)煙煤作了比較得知，粘結(jié)劑的反應(yīng)性對(duì)上層的FFS和Tmax有顯著影響，在下層則通過(guò)粒徑對(duì)燃燒持續(xù)時(shí)間的影響而影響高溫帶的厚度。另一研究組則用焦粉、生物質(zhì)炭等不用的粘結(jié)劑進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果表明，在700-800℃下其與CO2的反應(yīng)性和FFS呈正相關(guān)關(guān)系。但認(rèn)為該試驗(yàn)鍋太?。ě?50×H150mm）、壓力僅3900Pa，致使準(zhǔn)確性差。
還研究了在燒結(jié)層內(nèi)流動(dòng)氣體中部分加入LPG（液化石油氣）等氣體燃料以代替部分粘結(jié)劑的方法，并進(jìn)行了實(shí)用化。此時(shí)，由于LPG在較低溫度開(kāi)始燃燒，故可在含氧高的高溫帶冷卻部位（HB）進(jìn)行，因此在焦粉等固體燃料燃燒完后仍可對(duì)燒結(jié)（熔融帶或燒結(jié)終了帶）提供氣體燃料的燃燒熱。采用部分氣體燃料代替等熱量固體粘結(jié)劑的同時(shí)，還可使最高溫度（Tmax）降低和高溫保持時(shí)間延長(zhǎng)。另外有研究表明，在燒結(jié)生產(chǎn)效率一定的條件下，（LPG和焦粉的能量轉(zhuǎn)換率約為1/4）以1/4能量的LPG代 替焦粉時(shí)，對(duì)于改善使用焦粉而使最高溫度過(guò)高、高溫保持時(shí)間過(guò)短的狀況極為有效。還有，通常的燒結(jié)工藝易產(chǎn)生下層過(guò)熱的問(wèn)題，采用上述方法成為調(diào)節(jié)熱投入 點(diǎn)、熱投入量的有效方法。但此方法對(duì)熱量不足的燒結(jié)最上層尚難以應(yīng)用，故正探討包含點(diǎn)火爐連續(xù)控制、重油等液體燃料的使用和富氧并用的多種方法。
4有關(guān)粘結(jié)劑研究的重點(diǎn)
1）燒成必要的空氣比。
燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)中的漏風(fēng)現(xiàn)象使煙氣中的氧含量高達(dá)約14%，而采用了砂封的燒結(jié)鍋的煙氣中O2約10%、CO2約18%。有研究者以配入固定碳含量為3%的焦粉原料，火焰前緣速度（FFS）控制在20mm/min的燒結(jié)試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，推算出燒成氣體的平衡（見(jiàn)表2）。在總的煙氣量中，火焰前緣（FF: flame front）到達(dá)燒結(jié)層下部所吸引的空氣量占54.9%，實(shí)際用于焦粉燃燒的僅32.6%，實(shí)際上有效空氣比（火焰前緣到達(dá)燒結(jié)層下部所吸引的空氣量中燃燒所用比例）僅59.4%，即40%左右所吸引的空氣被原封不動(dòng)地排出。焦粉的配比、粒度分布、賦存狀態(tài)、氣體流速及其溫度變化等均對(duì)有效空氣比有一定影響。為對(duì)此實(shí)現(xiàn)控制須仔細(xì)調(diào)查。在燒成狀態(tài)不發(fā)生大變化的條件下，可以提高有效空氣比，則可減低所吸空氣量和增高燒結(jié)料層等。
表2 由燒結(jié)試驗(yàn)結(jié)果推算的空氣量及其占比
2）粘結(jié)劑的反應(yīng)熱及反應(yīng)必需的氧氣比。
粘結(jié)劑的反應(yīng)熱和上述的空氣比都是重要參數(shù)，表3分別列出了各種粘結(jié)劑反應(yīng)的放熱量與需氧量。
表3 各種粘結(jié)劑反應(yīng)的放熱量與需氧量
由表3可以看出，甲烷、A重油、甲醇和焦炭的單位發(fā)熱量較大，而M-Fe、FeO、Fe3O4和含有此類成分的軋鋼鐵鱗的單位發(fā)熱量則較小。但單位氧耗的發(fā)熱量則相反，M-Fe和軋鋼鐵鱗的值較大。因此從有效利用吸引空氣中氧的觀點(diǎn)來(lái)看，M-Fe和低價(jià)鐵氧化物比焦炭和其他燃料更為有利。
另外，甲烷、甲醇和A重油等氣、液體燃料的單位氧耗發(fā)熱量略高于焦炭，但由于各自燃燒的調(diào)速不同，如能進(jìn)行必要的靈活應(yīng)用，則有利于擴(kuò)大燒結(jié)作業(yè)的自由度。
并且，焦炭等含碳材料的燃燒煙氣中還含有0.6%-1.0%的CO，生物質(zhì)炭等反應(yīng)性高的含碳材料燃燒產(chǎn)生的CO更高。雖然有必要在燒結(jié)層內(nèi)主體氣流中通過(guò)攪拌來(lái)促進(jìn)反應(yīng)，但有效手段尚不明確。如能使通過(guò)燒結(jié)層的氣流上下流動(dòng)，則可使CO和其他未燃物在高溫層內(nèi)再燃燒，據(jù)此有必要開(kāi)展相關(guān)研究。
3）燒結(jié)層透氣性的控制和改善方法。
原 料層點(diǎn)火前的透氣性和燒成中的透氣性有一定程度的正相關(guān)關(guān)系，即原料層的空隙率和空隙結(jié)構(gòu)在燒成過(guò)程中將有部分繼續(xù)，并逐步變?yōu)槿廴趲Ш蜔Y(jié)終了帶結(jié)構(gòu)。 有研究者把原料層透氣性和燒成時(shí)透氣性之差作為高溫帶的透氣性，進(jìn)行了不同礦石和石灰石配比（堿度）等的燒結(jié)鍋試驗(yàn)，從其結(jié)果引入燒結(jié)效率這一指標(biāo)對(duì)FFS等進(jìn)行了試行整理后指出，即使點(diǎn)火前的透氣性相同，但由于焦炭和石灰石配比、焦炭粒徑等不同，燒結(jié)過(guò)程的透氣性也不同。這主要是熱源且新空隙形成起點(diǎn)的焦粒作用和熔液生成促進(jìn)結(jié)構(gòu)變化等結(jié)果所致。
有 關(guān)生物質(zhì)碳方面，它比焦炭表觀密度小，形狀系數(shù)亦小，估計(jì)在透氣性方面不會(huì)成為問(wèn)題?？墒菬珊蠊探Y(jié)的假密度太小，致使燒結(jié)礦成品率和燒結(jié)礦強(qiáng)度均下降， 故必須研究提高其表觀密度的對(duì)策。另外，在使用軋鋼鐵鱗等作粘結(jié)劑時(shí)，改善燒成中的透氣性成為必須研究的課題。有研究者進(jìn)行了在燒結(jié)層內(nèi)配置高溫?zé)龘p物質(zhì) 的獨(dú)特試驗(yàn)。金屬鐵和FeO氧化成Fe3O4（進(jìn)而氧化成Fe2O3），將使附近的成分（如CaO/Fe2O3）發(fā)生變化，并對(duì)發(fā)生熔液的性狀產(chǎn)生很大影響。對(duì)比，應(yīng)預(yù)先在原料組成設(shè)計(jì)中予以考慮，或可以考慮并用部分生物質(zhì)炭作為燒結(jié)礦的粘結(jié)劑。
5結(jié)語(yǔ)
“低碳燒結(jié)技術(shù)原理創(chuàng)新研究會(huì)”對(duì)在鐵礦石燒結(jié)工藝中減排CO2的可能性進(jìn)行了定量研究。為了提供具體的技術(shù)原理方案，以基礎(chǔ)研究為中心進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)學(xué)校的共同研究。其目的是克服上述使用生物質(zhì)炭和低價(jià)鐵氧化物的缺點(diǎn)，并最終提出環(huán)境友好型工藝原理方案。
最近提出了同時(shí)對(duì)高結(jié)晶水鐵礦石改質(zhì)和燒結(jié)中減排CO2的低碳燒結(jié)技術(shù)，即利用生物質(zhì)煤炭化時(shí)副產(chǎn)的低熱值氣體對(duì)礦石脫水并還原至FeO級(jí)的改質(zhì)，進(jìn)而綜合利用生物質(zhì)炭和低價(jià)鐵氧化物的特性優(yōu)勢(shì)，克服了生物質(zhì)炭密度低和低價(jià)鐵氧化物透氣性差的缺點(diǎn)；而且還擬將鐵礦石被還原的廢氣吹入燒結(jié)層以實(shí)現(xiàn)徹底節(jié)能。為了實(shí)現(xiàn)此工藝目標(biāo)，生物質(zhì)炭和FeO系粘結(jié)劑各自的反應(yīng)解析，二者的最佳配比及造粒設(shè)計(jì)、適當(dāng)?shù)钠鲅b入等課題尚待研究。
燒結(jié)用鐵礦方面，近二十多年來(lái)，所用礦石性狀發(fā)生了很大變化：從硬質(zhì)赤鐵礦變?yōu)檐涃|(zhì)多孔質(zhì)赤鐵礦、Pisolite礦（紅豆礦）、Marra Mamba礦等礦種。鐵礦石的軟質(zhì)化、多孔質(zhì)化增強(qiáng)了其與熔劑石灰石的反應(yīng)性，致使燒結(jié)礦中的關(guān)鍵留存物粗粒礦的同化現(xiàn)象明顯。從同化速度的觀點(diǎn)來(lái)看，鐵礦石與石灰石的反應(yīng)性增加使燒結(jié)礦的粒度分布劣化，這是造成燒結(jié)層內(nèi)生成熔液質(zhì)量控制變難的主要原因。據(jù)此，明確了燒結(jié)層內(nèi)分為產(chǎn)生熔液部分和未熔的殘留部分，從而提出配比和造粒等預(yù)處理的復(fù)合造粒法的建議。
燒結(jié)工藝的主要熱源為焦粉的燃燒熱，含鐵粉塵中C、Fe和FeO等 成分的反應(yīng)熱，這些反應(yīng)均需和通過(guò)燒結(jié)層氣流中的氧氣接觸；為實(shí)現(xiàn)高效反應(yīng)，需均勻分布理想燒結(jié)通氣層。另外，為確保燒結(jié)礦成品率和燒結(jié)礦強(qiáng)度，在限定溫 度和保持時(shí)間下促進(jìn)模擬粒子的快速融合亦不可少。將焦粉分布于模擬粒子的外圍有利于提高燃燒速度，而內(nèi)裝的焦粉在升溫中將附近的Fe2O3還原為 FeO并促進(jìn)低溫熔液生成，同時(shí)可緩和由氧化熱帶動(dòng)的過(guò)度溫升。由此，鐵礦石燒結(jié)應(yīng)控制模擬粒子尺寸的微觀不均勻性，應(yīng)利用其以確保宏觀組織的均勻性。
1鐵礦石燒結(jié)工藝研發(fā)形勢(shì)
由 于燒結(jié)礦的物理、化學(xué)性能對(duì)高爐作業(yè)的影響較大，故有關(guān)其工藝技術(shù)的研發(fā)較多。亞洲各國(guó)以從澳大利亞、巴西進(jìn)口的數(shù)毫米粉礦為主，中國(guó)和印度則和自產(chǎn)礦混 合使用；在此類混合礦中加入石灰石等熔劑、焦粉等粘結(jié)劑以及回收的含鐵粉塵類，調(diào)整水分制成數(shù)毫米的圓球顆粒后裝入燒結(jié)機(jī)，充填時(shí)燒結(jié)料層的透氣性為最重 要的條件之一。
石油、煤炭等能源價(jià)格近年已漲至十年前的數(shù)倍，鐵礦石價(jià)格超過(guò)2008年的峰值，且運(yùn)費(fèi)亦高。日本鋼鐵廠多從澳大利亞進(jìn)口鐵礦，但進(jìn)口的赤鐵礦中含鐵高的低磷礦甚少，基本上是含結(jié)晶水多的針鐵礦，且大部分含磷較高，故需開(kāi)發(fā)高磷鐵礦脫磷技術(shù)。
燒結(jié)層內(nèi)焦粒的燃燒對(duì)燒結(jié)層的傳熱和結(jié)構(gòu)變化影響很大，是控制燒結(jié)率、生產(chǎn)效率和燒結(jié)礦質(zhì)量的重要反應(yīng)。在其他發(fā)熱反應(yīng)中，還有（為控制NOx排放而使用）無(wú)煙煤、含鐵粉塵中C，軋鋼鐵鱗中Fe、FeO、Fe3O4等的燃燒和氧化反應(yīng)。以固定層內(nèi)固體燃料的燃燒、傳熱作為基本的燒結(jié)工藝，燒結(jié)料層溫度隨料層高度逐步積累，最高溫度亦隨燒結(jié)過(guò)程而上升，為了對(duì)此控制進(jìn)行了各種粘結(jié)劑偏析技術(shù)的探討。最近為提高對(duì)燒結(jié)料層內(nèi)溫度變化的可控度，在料層頂部點(diǎn)火后從上噴入LNG等碳?xì)淙剂系募夹g(shù)正在實(shí)用化中。另外，為減排CO2以抵制地球氣候變暖，粘結(jié)劑的選擇和反應(yīng)的控制亦成為重要課題，故利用生物質(zhì)碳的技術(shù)亦在探索中，如低碳燒結(jié)技術(shù)原理創(chuàng)成研討會(huì)正在和相關(guān)單位開(kāi)展燒結(jié)工藝減排CO2技術(shù)的研究。
2 Marra Mamba礦（以下簡(jiǎn)稱M-M礦）的特點(diǎn)和燒結(jié)特性
澳大利亞Marra Mamba礦（以下簡(jiǎn)稱M-M礦）的結(jié)晶水含量為4%-6%，粒度小于等于0.25mm的微粉比例大。相比之下，紅豆礦亦是7%-10%的高結(jié)晶水礦，但粒度較粗，且均為多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)，加熱時(shí)結(jié)晶水分解致使氣孔率上升?，F(xiàn)開(kāi)采的M-M礦SiO2、Al2O3含量均較高，日本目前進(jìn)口的M-M礦含鐵較高，去除結(jié)晶水后成為低雜質(zhì)和低磷的混合礦。高磷混合礦則含結(jié)晶水4%-6%、含磷0.08%-0.12%。各種礦的成分見(jiàn)表1。
表1 澳大利亞鐵礦石的典型成分
| 質(zhì)量百分?jǐn)?shù) | T.Fe，% | 結(jié)晶水含量，% | SiO2，% | Al2O3，% | P，% |
| 低磷布羅克曼礦 | 62-65 | 1-3 | 3-5 | 1-3 | 0.02-0.04 |
| 紅豆礦 | 56-59 | 7-9 | 5-6 | 1-3 | 0.03-0.05 |
| M-M礦 | 61-63 | 4-6 | 2-3 | 1-3 | 0.05-0.07 |
| 高磷布羅克曼礦 | 61-64 | 3-5 | 2-3 | 1-3 | 0.08-0.12 |
燒結(jié)原料憑借粒子表面附近的水分造粒。由于M-M礦是多孔質(zhì)，導(dǎo)致造粒時(shí)粒子內(nèi)將吸入大量的水分，所需水分必然多。據(jù)研究，M-M礦的飽和吸水率達(dá)10%-11%，高于赤鐵礦的6%-8%，因而造粒物點(diǎn)火前透氣性顯示最大的最佳水分率也變高了。
M-M礦升溫時(shí)由于結(jié)晶水分解致使氣孔率上升，這與紅豆礦類似，基本上屬于針鐵礦的熱分解，即從250℃開(kāi)始延續(xù)到1000℃，在此期間保持微細(xì)龜裂的宏觀組織。研究者用實(shí)時(shí)分析的X線回折法觀察針鐵礦單晶組織的熱分解變化過(guò)程，試樣在250-300℃的升溫過(guò)程中約有3/4的結(jié)晶水分解，之后在溫度升到1000℃的過(guò)程中緩慢解離。在300℃附近生成中間相“Protohematite”，這是鐵原子不足的赤鐵礦結(jié)構(gòu)，為氫氧基電荷平衡的形式。伴隨溫度的上升，在結(jié)晶水脫離的同時(shí)則慢慢變成赤鐵礦，此時(shí)溫度達(dá)到比石灰石分解溫度略高的1000℃附近。另外，在結(jié)晶水分解初期產(chǎn)生的微裂從900℃開(kāi)始到1200℃以上快速合并為大裂的宏觀組織，至于達(dá)到和赤鐵礦同等程度而抑制與熔液的反應(yīng)則需在1350℃以上。
以下將考慮燒結(jié)中熔液生產(chǎn)的過(guò)程。一般對(duì)應(yīng)燒結(jié)礦化學(xué)成分的液相線溫度在CaO-SiO2-Fe2O3系相圖中為1450℃以上，而燒結(jié)層內(nèi)的最高溫度為1300℃左右，在此溫度下為確保充填層中有足夠的高流動(dòng)性熔融液，要求在原料中有CaO成分的偏析。當(dāng)使用適當(dāng)粒度的赤鐵礦時(shí)，細(xì)粒部分優(yōu)先熔化，粗粒部分未熔而保留在燒結(jié)礦中，可以說(shuō)自然實(shí)現(xiàn)了必要的CaO成分偏析。但是使用高結(jié)晶水鐵礦時(shí)，由于結(jié)晶水分解產(chǎn)生的龜裂加大了礦石與熔液的接觸面積，使得較大的粒子亦可進(jìn)行同化反應(yīng)。雖然CaO成分偏析的程度和偏析大小會(huì)受高結(jié)晶水鐵礦粒度的影響，但其根本原因是緣于易同化性。對(duì)M-M礦而言，盡管模擬粒子中成為粘附粉的細(xì)粒礦液相浸透性良好，但粗粒礦因與CaO發(fā)生同化反應(yīng)而生成多孔的組織結(jié)構(gòu)，這亦可由易同化性和結(jié)晶水分解反應(yīng)持續(xù)到高溫的性質(zhì)來(lái)說(shuō)明。還有結(jié)晶水分解過(guò)程與易熔性相類似的M-M礦和紅豆礦，由于兩者的粒度分布不同，實(shí)際的熔融變化亦大有不同，對(duì)此應(yīng)予以注意。
高磷布羅克曼（Brockman）混合礦與M-M礦有類似的燒結(jié)特性，這是因?yàn)楦吡谆旌系V在微粉比例高且為多孔質(zhì)的條件下進(jìn)行結(jié)晶水脫水，與有多數(shù)龜裂發(fā)生的M-M礦特性類似。有關(guān)高結(jié)晶水礦石的多量配比使用，過(guò)去就有幾個(gè)復(fù)合造粒法的建議并已實(shí)用化。MEBIOS法就是為實(shí)現(xiàn)燒結(jié)料層“下緊上松”結(jié)構(gòu)的復(fù)合造粒法，即在通常燒成條件下，在可形成適當(dāng)空隙結(jié)構(gòu)的燒結(jié)料誘導(dǎo)層中，配置由微粉礦預(yù)制的小球（熟化層）（主要用M-M礦 等高結(jié)晶水微粉礦制造）。然后通過(guò)誘導(dǎo)層給它供熱。燒結(jié)時(shí)由于在熟化層中抵制了顯著的熔液流動(dòng)，促進(jìn)了適當(dāng)?shù)目障督Y(jié)構(gòu)的形成，可以期待產(chǎn)生填料的作用。小 型燒結(jié)試驗(yàn)機(jī)的燒成試驗(yàn)以及燒成后對(duì)小球強(qiáng)度的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，通過(guò)小球成分的合理設(shè)計(jì)及燒結(jié)誘導(dǎo)層的熱量控制，即可獲得完善的熟化層。
如上所述，為防止用高結(jié)晶水鐵礦時(shí)的過(guò)度同化反應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)生的燒結(jié)反應(yīng)延遲、燒成不均勻以及生產(chǎn)效率和產(chǎn)品強(qiáng)度降低等問(wèn)題，采用復(fù)合造粒法等來(lái)控制CaO成分的偏析甚為有效。采用選擇造粒法和MEBIOS法時(shí)，偏析范圍取決于造粒粒子的大??；而采用分割造粒法時(shí)，則取決于兩種原料的混合程度。前者造粒粒子和熔融液的同化性甚為重要，為確保裝入燒結(jié)機(jī)前不崩壞，應(yīng)采取對(duì)造粒物密度和尺寸可控的造粒法。在造粒技術(shù)方面，最近開(kāi)發(fā)出在滾筒型造粒機(jī)上采用高速輸送機(jī)的粒子包復(fù)法以及利用界面活性劑的微粒分散造粒法等有效方法。
3粘結(jié)劑種類和對(duì)燒結(jié)工藝的影響
焦炭含灰分約10%，揮發(fā)分含量極少。在燒結(jié)料層內(nèi)焦粒被來(lái)自上層的高溫氣體加熱達(dá)到著火溫度后開(kāi)始燃燒。燃燒時(shí)間取決于焦粒粒徑和分布狀態(tài)，粗粒和被包復(fù)的粒子燃燒時(shí)間長(zhǎng)，焦粒的表面（及氣體界膜）溫度是影響燃燒速率和氣相氛圍的重要參數(shù)，但對(duì)其沒(méi)有測(cè)定手段，只能靠下列反應(yīng)式推算：
C+O2＝CO2（1）
C+1/2O2＝CO（2）
C+CO2＝2CO（3）
CO+1/2O2＝CO2（4）
焦粒燃燒的總體反應(yīng)是在式（1）的基礎(chǔ)上加若干式（2）。但是實(shí)際上燃燒溫度超過(guò)1000℃時(shí)，燒結(jié)層內(nèi)表觀溫度就變成了焦粒表面氣體界膜內(nèi)氣體擴(kuò)散的決定因子，焦粒表面雖然有氣化反應(yīng)式（3）在進(jìn)行，但在氣相內(nèi)則優(yōu)先進(jìn)行氧化反應(yīng)式（4）：前者為吸熱反應(yīng)，后者為放熱反應(yīng)，其結(jié)果決定了焦粒及其附近溫度的分布和變化。過(guò)去的數(shù)學(xué)模型則假定為：包含焦粒在內(nèi)的固體粒子內(nèi)溫度均勻，反應(yīng)為式（1），據(jù)此對(duì)表面化學(xué)反應(yīng)和氣膜內(nèi)擴(kuò)散傳質(zhì)計(jì)算，從而使燃燒熱在固體（熔融體）和氣體間的分配不能任意改變。證實(shí)在高溫下擴(kuò)散傳質(zhì)起支配作用。按上述方法計(jì)算的固體粒子溫度和實(shí)際焦粒表面溫度之差對(duì)綜合燃燒溫度并無(wú)太大影響。但是，此溫度差對(duì)煙氣中的CO含量、NOx的生成、分解反應(yīng)等環(huán)保相關(guān)反應(yīng)的影響則不可忽視。
影響燃燒中焦粒表面溫度的因素極為復(fù)雜，如式（1）-式（4）各反應(yīng)的吸放熱、與氣體的熱交換、焦粒表面或CO2等紅外吸收氣體的熱輻射以及粘附粉層與熔融液間的傳熱等。過(guò)去對(duì)此類傳熱現(xiàn)象尚無(wú)定量解析事例，近期鑒于計(jì)算機(jī)能力的提高，可對(duì)不同粒徑、有無(wú)粘附粉層等的影響進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬解析。
焦 粒燃燒為表面反應(yīng)，故有無(wú)粘附粉層等條件對(duì)燃燒速度的變化影響很大。但是當(dāng)粘附粉層在高溫下熔融而脫離焦粒表面時(shí)，燃燒速度在高溫下就會(huì)恢復(fù)。由此可知， 通過(guò)粘附粉層的控制即可控制焦粒的燃燒速度。另外，在混合微粉焦和微粉礦時(shí)，預(yù)計(jì)在升溫中將發(fā)生熱碳還原反應(yīng)。此時(shí)初期產(chǎn)生的熱量雖然降低，但生成的低價(jià) 鐵氧化物在冷卻中被再次氧化，則總的發(fā)熱量仍相同，這便是上述燒結(jié)料層熱變化緩和的原理。由于它直接影響熔融液凝固時(shí)的冷卻速度，因此其對(duì)燒結(jié)礦組織的影 響不可忽視。
焦粒在燃燒后只有少量灰分殘留而形成空隙，特別是粗粒在料層內(nèi)的分布將影響料層的結(jié)構(gòu)變化。而生物質(zhì)炭比焦炭表觀密度小，燃燒后的空隙也大，可使燒成速度大幅提高。另外，軋鋼鐵鱗（含有Fe、FeO和Fe3O4等）、部分還原鐵粉和磁鐵礦等在燒成時(shí)亦產(chǎn)生氧化放熱，并發(fā)揮了粘結(jié)劑的功效，這亦在實(shí)機(jī)試驗(yàn)上進(jìn)行了驗(yàn)證。但是與焦粉不同，它們氧化后體積反而增大，使透氣性和生產(chǎn)效率降低。
關(guān)于燒成速度方面，有研究者在氣、固溫度等同下對(duì)火焰前緣速度（FFS：Flame Front Speed）和最高溫度（Tmax）在假定的定常熱波下進(jìn)行了燒結(jié)層熱變化的解析，以探討其特點(diǎn)。FFS與焦粉的燃燒速度無(wú)關(guān)而是氣體流速的函數(shù)；另一研究者則通過(guò)試驗(yàn)和模擬對(duì)焦粉和無(wú)煙煤作了比較得知，粘結(jié)劑的反應(yīng)性對(duì)上層的FFS和Tmax有顯著影響，在下層則通過(guò)粒徑對(duì)燃燒持續(xù)時(shí)間的影響而影響高溫帶的厚度。另一研究組則用焦粉、生物質(zhì)炭等不用的粘結(jié)劑進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果表明，在700-800℃下其與CO2的反應(yīng)性和FFS呈正相關(guān)關(guān)系。但認(rèn)為該試驗(yàn)鍋太?。ě?50×H150mm）、壓力僅3900Pa，致使準(zhǔn)確性差。
還研究了在燒結(jié)層內(nèi)流動(dòng)氣體中部分加入LPG（液化石油氣）等氣體燃料以代替部分粘結(jié)劑的方法，并進(jìn)行了實(shí)用化。此時(shí)，由于LPG在較低溫度開(kāi)始燃燒，故可在含氧高的高溫帶冷卻部位（HB）進(jìn)行，因此在焦粉等固體燃料燃燒完后仍可對(duì)燒結(jié)（熔融帶或燒結(jié)終了帶）提供氣體燃料的燃燒熱。采用部分氣體燃料代替等熱量固體粘結(jié)劑的同時(shí)，還可使最高溫度（Tmax）降低和高溫保持時(shí)間延長(zhǎng)。另外有研究表明，在燒結(jié)生產(chǎn)效率一定的條件下，（LPG和焦粉的能量轉(zhuǎn)換率約為1/4）以1/4能量的LPG代 替焦粉時(shí)，對(duì)于改善使用焦粉而使最高溫度過(guò)高、高溫保持時(shí)間過(guò)短的狀況極為有效。還有，通常的燒結(jié)工藝易產(chǎn)生下層過(guò)熱的問(wèn)題，采用上述方法成為調(diào)節(jié)熱投入 點(diǎn)、熱投入量的有效方法。但此方法對(duì)熱量不足的燒結(jié)最上層尚難以應(yīng)用，故正探討包含點(diǎn)火爐連續(xù)控制、重油等液體燃料的使用和富氧并用的多種方法。
4有關(guān)粘結(jié)劑研究的重點(diǎn)
1）燒成必要的空氣比。
燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)中的漏風(fēng)現(xiàn)象使煙氣中的氧含量高達(dá)約14%，而采用了砂封的燒結(jié)鍋的煙氣中O2約10%、CO2約18%。有研究者以配入固定碳含量為3%的焦粉原料，火焰前緣速度（FFS）控制在20mm/min的燒結(jié)試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，推算出燒成氣體的平衡（見(jiàn)表2）。在總的煙氣量中，火焰前緣（FF: flame front）到達(dá)燒結(jié)層下部所吸引的空氣量占54.9%，實(shí)際用于焦粉燃燒的僅32.6%，實(shí)際上有效空氣比（火焰前緣到達(dá)燒結(jié)層下部所吸引的空氣量中燃燒所用比例）僅59.4%，即40%左右所吸引的空氣被原封不動(dòng)地排出。焦粉的配比、粒度分布、賦存狀態(tài)、氣體流速及其溫度變化等均對(duì)有效空氣比有一定影響。為對(duì)此實(shí)現(xiàn)控制須仔細(xì)調(diào)查。在燒成狀態(tài)不發(fā)生大變化的條件下，可以提高有效空氣比，則可減低所吸空氣量和增高燒結(jié)料層等。
表2 由燒結(jié)試驗(yàn)結(jié)果推算的空氣量及其占比
| 空氣量，m3/t | 占比，% | |
| 用于焦粉燃燒 | 220 | 32.6 |
| 其他 | 150 | 22.3 |
| 到達(dá)FF處的空氣 | 370 | 54.9 |
| CO2、H2O等其他氣體 | 120 | 17.8 |
| 到達(dá)FF處的全部 | 490 | 72.7 |
| 由FF處返回 | 184 | 27.3 |
| 漏氣 | 70 | 10.4 |
| 用于燒結(jié)的總量 | 674 | 100 |
2）粘結(jié)劑的反應(yīng)熱及反應(yīng)必需的氧氣比。
粘結(jié)劑的反應(yīng)熱和上述的空氣比都是重要參數(shù)，表3分別列出了各種粘結(jié)劑反應(yīng)的放熱量與需氧量。
表3 各種粘結(jié)劑反應(yīng)的放熱量與需氧量
| 品名 | 氧化放熱量A，MJ/kg | 反應(yīng)需氧量B， kg-O2 / kg | A/B，MJ/kg-O2 | 備注 |
| 焦炭 | 23.9 | 1.92 | 12.4 | T-C 85%、CO 10%、未反應(yīng)C 10% |
| 軋鋼鐵鱗 | 2.83 | 0.13 | 21.6 | M-Fe 21.2%、FeO 65%、氧化到Fe3O4 |
| M-Fe | 7.39 | 0.43 | 17.1 | 氧化到Fe2O3 |
| FeO | 2.62 | 0.14 | 18.7 | 氧化到Fe2O3 |
| Fe3O4 | 0.70 | 0.047 | 14.9 | 氧化到Fe2O3 |
| CH4 | 55.5 | 4.00 | 13.9 | - |
| C2H5OH | 29.7 | 2.08 | 14.3 | - |
| A重油 | 45.2 | 3.26 | 13.8 | C 85%，H 13%，S 2% |
由表3可以看出，甲烷、A重油、甲醇和焦炭的單位發(fā)熱量較大，而M-Fe、FeO、Fe3O4和含有此類成分的軋鋼鐵鱗的單位發(fā)熱量則較小。但單位氧耗的發(fā)熱量則相反，M-Fe和軋鋼鐵鱗的值較大。因此從有效利用吸引空氣中氧的觀點(diǎn)來(lái)看，M-Fe和低價(jià)鐵氧化物比焦炭和其他燃料更為有利。
另外，甲烷、甲醇和A重油等氣、液體燃料的單位氧耗發(fā)熱量略高于焦炭，但由于各自燃燒的調(diào)速不同，如能進(jìn)行必要的靈活應(yīng)用，則有利于擴(kuò)大燒結(jié)作業(yè)的自由度。
并且，焦炭等含碳材料的燃燒煙氣中還含有0.6%-1.0%的CO，生物質(zhì)炭等反應(yīng)性高的含碳材料燃燒產(chǎn)生的CO更高。雖然有必要在燒結(jié)層內(nèi)主體氣流中通過(guò)攪拌來(lái)促進(jìn)反應(yīng)，但有效手段尚不明確。如能使通過(guò)燒結(jié)層的氣流上下流動(dòng)，則可使CO和其他未燃物在高溫層內(nèi)再燃燒，據(jù)此有必要開(kāi)展相關(guān)研究。
3）燒結(jié)層透氣性的控制和改善方法。
原 料層點(diǎn)火前的透氣性和燒成中的透氣性有一定程度的正相關(guān)關(guān)系，即原料層的空隙率和空隙結(jié)構(gòu)在燒成過(guò)程中將有部分繼續(xù)，并逐步變?yōu)槿廴趲Ш蜔Y(jié)終了帶結(jié)構(gòu)。 有研究者把原料層透氣性和燒成時(shí)透氣性之差作為高溫帶的透氣性，進(jìn)行了不同礦石和石灰石配比（堿度）等的燒結(jié)鍋試驗(yàn)，從其結(jié)果引入燒結(jié)效率這一指標(biāo)對(duì)FFS等進(jìn)行了試行整理后指出，即使點(diǎn)火前的透氣性相同，但由于焦炭和石灰石配比、焦炭粒徑等不同，燒結(jié)過(guò)程的透氣性也不同。這主要是熱源且新空隙形成起點(diǎn)的焦粒作用和熔液生成促進(jìn)結(jié)構(gòu)變化等結(jié)果所致。
有 關(guān)生物質(zhì)碳方面，它比焦炭表觀密度小，形狀系數(shù)亦小，估計(jì)在透氣性方面不會(huì)成為問(wèn)題?？墒菬珊蠊探Y(jié)的假密度太小，致使燒結(jié)礦成品率和燒結(jié)礦強(qiáng)度均下降， 故必須研究提高其表觀密度的對(duì)策。另外，在使用軋鋼鐵鱗等作粘結(jié)劑時(shí)，改善燒成中的透氣性成為必須研究的課題。有研究者進(jìn)行了在燒結(jié)層內(nèi)配置高溫?zé)龘p物質(zhì) 的獨(dú)特試驗(yàn)。金屬鐵和FeO氧化成Fe3O4（進(jìn)而氧化成Fe2O3），將使附近的成分（如CaO/Fe2O3）發(fā)生變化，并對(duì)發(fā)生熔液的性狀產(chǎn)生很大影響。對(duì)比，應(yīng)預(yù)先在原料組成設(shè)計(jì)中予以考慮，或可以考慮并用部分生物質(zhì)炭作為燒結(jié)礦的粘結(jié)劑。
5結(jié)語(yǔ)
“低碳燒結(jié)技術(shù)原理創(chuàng)新研究會(huì)”對(duì)在鐵礦石燒結(jié)工藝中減排CO2的可能性進(jìn)行了定量研究。為了提供具體的技術(shù)原理方案，以基礎(chǔ)研究為中心進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)學(xué)校的共同研究。其目的是克服上述使用生物質(zhì)炭和低價(jià)鐵氧化物的缺點(diǎn)，并最終提出環(huán)境友好型工藝原理方案。
最近提出了同時(shí)對(duì)高結(jié)晶水鐵礦石改質(zhì)和燒結(jié)中減排CO2的低碳燒結(jié)技術(shù)，即利用生物質(zhì)煤炭化時(shí)副產(chǎn)的低熱值氣體對(duì)礦石脫水并還原至FeO級(jí)的改質(zhì)，進(jìn)而綜合利用生物質(zhì)炭和低價(jià)鐵氧化物的特性優(yōu)勢(shì)，克服了生物質(zhì)炭密度低和低價(jià)鐵氧化物透氣性差的缺點(diǎn)；而且還擬將鐵礦石被還原的廢氣吹入燒結(jié)層以實(shí)現(xiàn)徹底節(jié)能。為了實(shí)現(xiàn)此工藝目標(biāo)，生物質(zhì)炭和FeO系粘結(jié)劑各自的反應(yīng)解析，二者的最佳配比及造粒設(shè)計(jì)、適當(dāng)?shù)钠鲅b入等課題尚待研究。
