初稿卡拉加斯粉对天柱钢铁烧结和高炉冶炼过程的影-毕业论文.doc

中图分类号：［单击此处键入分类号］ 论文编号：HBLH 2013-0001
U D C： 密　　级： 公 开

硕 士 学 位 论 文
卡拉加斯粉对天柱钢铁烧结和高炉冶炼过程的影响

作者姓名：
学科名称： 河北联合大学 研究方向：炼铁原理与工艺
学习单位：河北联合大学 学习时间: 2.5年 提交日期: 2015年11月2日
申请学位类别：工程硕士
导师 姓名： 教授 单位：河北联合大学冶金与能源学院
高工 单位：
论文评阅人：［评阅人姓名］［职称］ 单位：［评阅人所在单位］
［评阅人姓名］［职称］ 单位：［评阅人所在单位］
［评阅人姓名］［职称］ 单位：［评阅人所在单位］
论文答辩日期：2010年02月15日 答辩委员会主席：［姓名］［职称］
关 键 词：卡拉加斯粉；烧结杯；烧结工艺；高炉；天柱

唐山 河北联合大学
2015年11月

Card Power On The Tianzhu Iron And Steel Sintering And Metallurgical Process

Dissertation Submitted to
Hebei United University
in partial fulfillment of the requirement
for the degree of
Master of Engineering
by
Ma Ruibiao
( Metallurgy Engineering)
Supervisor:
Professor Hu Binsheng

March, 2014

独　创　性　说　明
本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河北联合大学以外其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。

论文作者签名： 日期： 年 月 日

关于论文使用授权的说明
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作者和导师同意论文公开及网上交流的时间：
□ 自授予学位之日起
□ 自 年 月 日起

作者签名： 导师签名：
签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日

摘 要
摘 要
河北天柱钢铁集团有限公司目前有一座320m2烧结机和一座1080m3高炉，烧结所用含铁原料主要以进口矿为主，主要为巴西矿和澳大利亚矿，为了适应高炉生产的需要，确保高炉稳定运行，在烧结含铁原料结构方面不断进行改进，目的是生产出适合高炉生产和符合公司经济效益的优质烧结矿。
本课题是在结合河北天柱钢铁集团有限公司320m2烧结机现有实际烧结生产配料情况下，根据巴西卡拉加斯粉在不同配比条件下烧结物料的基础特性，烧结混合料的制粒性能和烧结矿的物理冶金性能，以及不同配矿方案下烧结矿粉对公司配套1080m3高炉冶炼指标的影响，对生产过程中的有关机理问题进行了实验研究和理论分析。
烧结矿粉中卡拉加斯粉含量对河北天柱钢铁集团有限公司320 m2烧结机烧结过程、烧结矿的冶金性能以及1080 m3高炉冶炼过程均具有显著的影响，在现有试产实验条件下发现，当烧结矿粉中卡拉加斯粉含量为10 %时，烧结机现场烧结过程、烧结矿冶金性能，以及高炉冶炼过程中高炉利用系数及燃料比均较佳。
在现有的工业试验基础，考虑到卡拉加斯粉对河北天柱钢铁集团有限公司经济效益的影响，确定公司烧结配料结构中卡拉加斯粉的含量为10%，其合理配比为配矿方案G，即10 %卡拉加斯粉 + 15 %麦克粉 + 10 %巴西粗粉 + 65 %混合粉。

图 40幅；表 16个；参 70篇。
关键词：卡拉加斯粉；烧结杯；烧结工艺；高炉；天柱
分类号：
Abstract
Tianzhu Hebei iron and Steel Group Co., Ltd. now has a 320m2 sintering machine and a 1080m3 blast furnace, sintering iron bearing raw materials mainly in imported ore, mainly for the Brazil and Australia, in order to meet the needs of the blast furnace, to ensure the stable operation of the blast furnace, the structure of iron bearing raw materials continue to improve, the purpose is to produce suitable for blast furnace production and economic benefits of high quality sinter.
This topic is in combination of Hebei Tianzhu iron and Steel Group Co., Ltd. 320 m2 Sinter Machine existing practice of sintering production ingredients case, according to Brazilian Carajas powder under the condition of different ratio of sintering materials basic characteristics, sinter mixture granulation properties and sinter metallurgical physical properties, as well as different proportioning of sintered ore of Companies supporting the 1080m3 blast furnace smelting index of effect, of production process in the mechanism of problem were experimental study and theoretical analysis. The research results have some theoretical and practical significance for improving the utilization of sinter resources, improving the performance of sinter and blast furnace smelting.
Powder sintering Carajas powder content of Tianzhu County, Hebei Iron and Steel Group Co., Ltd. 320 m2 sintering machine, sintering process, sinter metallurgical properties and 1080 m3 blast furnace smelting process has significant effect, under the conditions of the existing pilot experiment found that when the powder sintering Carajas powder content is 10%, sintering machine field sintering process and metallurgical properties of sinter and blast furnace smelting process in blast furnace utilization coefficient and fuel ratio are better.
In the basis of existing industrial test, taking into account the influence of Carajas powder on the economic benefit of Tianzhu County, Hebei Iron and Steel Group Co., Ltd., determine the company of sintering burden structure Carajas powder content is 10%. The reasonable ratio of ore blending scheme g, namely 10% of caraga, powder + 15% Mike powder + 10% Brazil coarse powder + 30% mixed powder.

Figure40; Table16; Reference 70
Keywords: Carajas powder；Sintering cup；Sintering process；Blast furnace；Tianzhu
Chinese books catalog:

- V -
目 次
目　　次
引　　言 1
第1章 文献综述 2
1.1 烧结技术概述 2
1.1.1 烧结技术简介 2
1.1.2烧结工艺 3
1.1.3 近年来烧结技术的重大进步 5
1.1.4 铁矿石烧结过程及发生的反应 7
1.2 铁矿粉原料对烧结及高炉冶炼过程的影响 9
1.2.1 铁矿粉对烧结矿性能的影响 9
1.2.2 高炉对烧结矿的要求 11
1.2.3 烧结矿冶金性能对高炉冶炼过程的影响 12
1.3 河北天柱钢铁集团有限公司的生产现状 14
1.4 研究目的及内容 15
第2章 卡拉加斯粉对烧结过程以及烧结矿矿冶金性能的影响 17
2.1 试验方法 17
2.1.1 XRD测试 17
2.1.2 SEM测试 17
2.1.3铁矿石烧结基础性能检测 17
2.1.4烧结杯试验 18
2.1.5烧结矿低温还原粉化性能 19
2.1.6烧结矿还原性能 20
2.2试验方案 20
2.3卡拉加斯粉冶金性能的研究 21
2.3.1卡拉加斯粉的化学成分和以及粒度组成 21
2.3.2铁矿粉X光衍射曲线 22
2.3.3铁矿粉的SEM图 23
2.3.4铁矿粉的烧结基础性能 25
2.3.5铁矿粉的烧结性能 26
2.4卡拉加斯粉对烧结过程的影响 27
2.5卡拉加斯粉对烧结矿冶金性能的影响 31
2.6小结 34
第3章 卡拉加斯粉对天柱钢铁烧结及高炉冶炼性能的影响 35
3.1试验方案和以及试验过程 35
3.2卡拉加斯粉对河北天柱钢铁集团有限公司320m2烧结机烧结过程的影响 36
3.3卡拉加斯粉对320m2烧结机烧结矿冶金性能的影响 40
3.4卡拉加斯粉对河北天柱钢铁集团有限公司1080m3高炉冶炼过程的影响 43
3.5卡拉加斯粉对天柱钢公司经济效益的影响 45
3.6小结 46
第四章 结 论 48
参考文献 49
致 谢 54
导师简介 55
作者简介 56
学位论文数据集 57

插图或附表清单

引 言
引　　言
现代高炉炼铁为了满足低能耗，高产量的目的，不会直接采用生矿入炉进行冶炼，目前中国高炉的炉料结构大部分是高碱度烧结矿配加少量酸性球团矿或天然块矿。由于我国钢铁产量快速增长，国内铁矿资源越来越贫乏，国产铁精粉供应越来越紧张，其生产能力也远不能满足钢铁生产的需要，因此近年来，我国钢铁工业的发展更多的是依靠进口的铁矿石原料，这一现象导致了原料粉的波动比较大。因此，深入进行铁矿石基础性能的研究，并判断铁矿石烧结性能及对烧结机烧结过程，高炉冶炼过程所产生的影响，选择合适参数，为钢铁企业铁矿石的采购、进行配矿和烧结生产的方案优化提供了理论依据，对促进我国钢铁工业的长期发展具有重要意义。
铁矿粉烧结是一种将铁矿粉进行造块的直接方法，即按一定比例将细粒含铁矿原料粉、熔剂和固体燃料配合，加水湿润，然后混匀制成烧结料，于烧结机内，通过点火、抽风，借助烧结料中固体燃料燃烧的高温，进而发生众多的物理化学变化，生成一些低熔点物质，并发生软化、熔融而产生部分液相，将铁矿粉原料润湿粘连在一起，直至冷却后，可形成具有一定机械强度的多孔材料。
优化的烧结配矿方案不仅可以改善烧结矿质量，还会对高炉炼铁系统产生重要的作用，河北天柱钢铁集团有限公司多年以来的实际生产证明，进行多铁矿粉原料配矿方案的合理搭配不仅能够满足烧结、高炉冶炼的要求。同时，保证配矿比例长期相对稳定，也是为了避免某种铁矿粉原料的断供，降低采购成本，提高经济效益。
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第1章 ［单击此处键入1级标题］
第1章 文献综述
1.1 烧结技术概述
1.1.1 烧结技术简介
在高炉炼铁的过程中，为了进一步确保料柱较好的透气性，对炉料的力度要求要尽可能的均匀，粉末的量要求要非常少，同时要有较高的机械强度[1-4]；而要降低高炉的炉焦比例，对炉料中的铁含量、有害杂质的含量以及自熔性和还原性要求都比较高，使用烧结的方法进行烧结矿生产之后能够达到高炉炼铁的炉料要求[5-9]。
所谓烧结法[10]就是一种抽风烧结过程，将精矿粉或富矿粉、固体燃料（焦粉或无烟煤等）、熔剂（石灰石粉、白云石粉等）、返矿及其它辅助添加剂按一定比例配合，经过两次混合制粒后将其布到烧结设备上，在一定负压下点火（整个过程在10-16Kp抽风负压下完成），在燃料燃烧产生高温和一些列物理化学反映的作用下，混合料局部融化后生成了液相，冷却之后矿粉相互粘结聚集在一起，就这样形成了具有多孔结构的烧结矿材料[11-14]。
烧结生产起源于德、英等国 [15]，大约在19世纪70年代，这些国家就开始使用烧结锅来进行矿山开采、冶金工厂排放的废弃物的处理。我国从上世纪50年代起开始使用烧结生产，烧结矿年产量逐年增加，其趋势如图1所示[16-18]。

图1 我国烧结矿产量逐年变化情况
Fig.1 Annual output trends of sintered ore
1.1.2烧结工艺
1）厚料层烧结
在我国，烧结使用的主要原料是细粒的精矿粉[10]，这类原料在料层方面透气性相对较低，料层厚度较薄，烧结后产生的矿粉末比较多，强度低，还原能力较低，同时能耗比较高[11]。从20世纪八十年代以后，我国很多大型钢铁公司不同程度的提高了料层的厚度，逐步达到300mm，350mm和380mm[12]，从此以后全国其他钢铁公司也参照这一标准逐渐提高了料层的厚度，通过这一方法企业获得了较好的经济效益[13]。截止到现在为止，年均料层的厚度超过500mm的包括了首钢、重钢、宝钢、济钢等大型钢铁公司[14]，在这些钢铁企业中料层厚度超过600mm[17]的有宝钢、济钢和柳钢等企业。通常来讲，料层厚度提高所使用的技术措施包括了以下几个方面：
（1）优化升级铁矿粉的原料品种类型，提高原料中的富矿粉所占比例，使用成球性较好的矿粉[18]。
（2）提高消石灰、生石灰等石灰强化剂的使用程度[19]，进一步提高生石灰的活性[10]，用热水消化生石灰后在使用[20]。
（3）使用外滚型燃料工艺，提高燃料的破碎陈固定，尽量降低下层燃料的使用量[21]。
（4）调整混合机的工作参数，改进机械结构，提高混料成球的时间，增加成球机率[22]。
（5）进一步稳定混合料的水分和碳的含量，使用低水分和低碳操作方式[13]。
（6）改变原有内衬结构，使用橡胶衬板货含油稀土尼龙衬板[16]；使用有机雾化水等提高矿粉成球机率[23]。
（7）使用预热装置，用蒸汽对混合料层进行预热[24]。
（8）使用松料器分散混合料，改变布料的条件[18]；进一步降低表层的压料量，减轻边沿效应，铺平料层[11]。
（9）调整风箱负压，降低压力[17]，增强上部供热和表面点火[15]。
（10）适当提高风机负压[10]，降低烧结造成的抽风系统阻力损失[25]，有效调节抽风系统的漏风机率[11, 13]。
2）低温烧结
在进行低温烧结时的温度范围一般控制在1200℃~1300℃之间[26]，通过适当的增加高温带可以保证能够生成相对较多的薪结相[27]。在进行低温烧结时铁矿粉的原料主要以赤铁矿为主，呈现原生态的颗粒状[28]；而豁结相则主要指的是针状交织结构的四元系铁酸钙(SFCA) [25]。与普通熔融型（烧结温度高于1300℃）的烧结矿相比[29]，低温烧结矿的强度更高、还原性能更好，低温还原的粉化率耕地，可以作为更好的高炉炉料进行使用[30]。
进行低温烧结需采取以下几点措施：
（1）对原燃料粒度进行筛选，要细且均匀[31]，富矿粉粒度 ＜ 6 mm，石灰石粉粒度要小于2 mm[32]。
（2）提高优质赤铁富矿粉原料配比[33]。
（3）烧结矿以碱度为2左右较为适宜[34]，SiO2的含量不能低于4.0%[35]、m(A12O3)/m(SiO2)比例为0.1 ~ 0.3[36].
（4）在混合料充分混匀，以及强化造球的情况下[37]，采用低碳厚料层操作的工艺[36]。
（5）进一步降低点火的温度与垂直烧结的速度[38]。
3）热风烧结
热风烧结主要指的是在烧结机点火器的后面[39]安装保温炉或者热风罩[40]，同时在料层的表面供给热废气或者热空气来进行烧结的一种工艺类型[41]。这种情况下，热的废气温度可达600℃~ 800℃[42]，有时也会使用500℃左右的较低温的热风进行烧结[43]。这里的热废气主来来自于烧结机尾部的风箱和冷却机[44]，由煤气燃烧后形成的热废气和热风炉中存在的预热空气[45]。一般来说热风罩的长度可以是烧结机有效长度的1/3[32]。当使用热风烧结时可以通过提高料层上部的供热量[28]，提高上层的高温带宽度来降低烧结饼的冷却速度，从而增加硅酸盐的结晶程度[29]。另外，还可以通过玻璃质含量的降低、微裂纹、应力的减小来提高烧结的成品率和烧结矿的使用寿命[30]。如果降低了固体燃料的使用量就能够增加烧结废气中的氧气含量[31]，减少料层下部时常出现的过熔现象[32]，提高烧结矿的还原性，提高磁铁矿的在氧化条件，降低烧结矿中二价铁化合物的含量[33]。如果烧结矿在总热中的消耗量相对恒定[39]，就需要重点关注烧结矿机械的强度，同时也要注意料层阻力的大小[34]，可以通过成品率的提高来保证烧结机的利用系数[42]。当降低总消耗的热量时[45]，在保证烧结矿的强度不变的前提下可以改善烧结矿还原性能[46]，节省固体燃料用量[13-16]，少量提高烧结矿的品位，以及降低烧结矿成本 [31-33]。
4）小球烧结与球团烧结法
通过对国内相关研究进展进行分析发现，酒钢、本钢、首钢等钢铁企业的有些烧结厂的精矿的一粉率可达82%以上[48]。所以，怎样提高烧结矿产的质量，提高成球率对钢铁企业来说就非常重要[6]。这里要简要介绍小球烧结与球团烧结的方法，这两种工艺是把烧结的混合原料用圆盘造球机或者圆筒造球机进行加工[9]，形成3-10mm的小球，成球后在小球的表面再添加固体燃料，将布料后的小球置于烧结台车上进行点火烧结[23]。因为在料层其透气性较好[31]，可以通过提高料层的厚度和燃料的合理分布以及燃烧条件的优化来进一步减少固体燃料的消耗[32]。通过适当的提高生石灰等强化剂的有效含量[49-53]，通过合理的运输和布料设备的选择，提高成球后产品的强度，从而保证小球的形状并形成合理的偏析[54]。使用这一技术生产出的高碱度或者自熔性的烧结矿能够有效的降低成本投入[55]，从而获得良好的经济收入[56]。当使用酸性球团烧结矿时[57]，酸性球团烧结矿的强度和还原性以及利用系数能够得到大幅度的改善[3]，从而为高炉冶炼提供全新的酸性炉料。
5）双碱度料、双层布料烧结以及双球烧结
双层布料技术最早是用于降低能耗来使用的，可以保证烧结矿的质量的均匀，而且可以保证上层的燃料的量要比下层的厚度更高[11]。在国外发达国家有些钢铁冶炼厂已经逐渐推广这一技术，而这一技术的推广也能够大大的降低固体燃料的消耗量[12]。可以把那些比较难烧的矿粉放置在下层的混合料当中[13]，从而提高烧结矿产的质量。之后，又逐渐发展出了不同碱度的双层布料烧结技术，把不同碱度的混合料在不同的层面布料[14]，之后点火烧结，破碎后再进行筛分[16]，得到的烧结矿就是两种不同碱度的混合[18]。这一技术曾经用来对那些含硫量较高的矿粉进行处理[33]，增加铁矿粉的脱硫比率[35]，通过将含硫量高的原料调入到低碱度的烧结矿中的方法来提高混合矿粉的脱硫比率，降低产物的含硫量[50]。
1.1.3 近年来烧结技术的重大进步
近一个世纪以来，从烧结锅的出现直到能够实现烧结矿的连续生产[13]，出现了面积超过500m2的烧结机，烧结技术也出现了巨大的变化[17]，通过综述我们可以发现，近些年来烧结技术的进步主要表现为：
1）大型烧结设备的投入使用[11]。
现在已经用于生产的带式烧结机其最大面积已经达到600m2[20]，而且已经有超过1000m2的烧结机被设计出来[33]。大型的烧结设备其劳动生产率非常高，烧结后的产品质量较好，通过自动化和科技化管理来提高生产率[45]。随着其他技术的不断发展[51]，圆筒形混料机的生产标准越来越高[52]，大型圆通混合机的生产能力[53]与生产效率也对生产效率提高的帮助也非常大 [19]。
2）烧结矿冷却整粒技术的逐渐普及[20]
烧结矿在冷却之后都非常便于运输和整粒[21]。而且冷却之后的烧结矿在运输方式的选择中可以以皮带运输为主而不必使用矿车进行运输[22]，从而大大降低了运输的成本；另外，冷却之后的烧结矿在整粒和破碎的过程中产生的粉尘是非常少的[23]，对工作人员来说工作环境大大提高[24]，同时也提高了企业的经济效益[25]；另外，冷却后的烧结矿对高炉装料也非常有益[20]。烧结矿的整粒技术能够有效的降低烧结矿所导致的高炉布料偏析现象[28]，从而提高料柱的透气性[47]。整粒之后的烧结矿通过多次破碎和筛分能够有效的减少落差转运[31]，那些没有粘结好的颗粒就会被分离出来，而剩下的烧结矿的冷态强度就会大大增加[32]。烧结矿的生产包括了热破碎和热筛分，之后还要经过冷却过程，经过这种环节后[33]，烧结矿的粒度基本在50mm以下[34]，其中成品烧结的矿粉颗粒中直径比5mm小的总量要小于十分之一[40]。
3）厚料层烧结和小球烧结技术的逐步完善。
一般来说，传统的普通烧结机其风量基本保持在90-100 m3/（m2·min）[21]，而烧结料层的厚度则保持在400-500mm[22]，风机的负压保持在1.3 ～ 1.6 MPa之间[23]，厚料层烧结料层厚度大约为500mm，这时的负压可达到2 Mpa[18, 19]。对厚料层的烧结可以有效的使用料层的蓄热作用，这一方式能够有效的减少固体燃料的消耗，从而提高烧结矿的质量，而这一模式也成为今后烧结生产的发展模式。而目前我国大型钢铁公司的烧结机料层厚度基本保持在600mm[17]，宝钢铁厂烧结分厂第2号机烧结料层的厚度更是达到800mm[45]，该公司的烧结技术水平已经达到世界领先水平[46]。小球烧结主要是把混合料形成小球再烧结[40]，这一工艺能够提高烧结料的通气性，降低烧结抽风的阻力，降低抽风的负压值，从而提高生产效率[53]，所以，这一方法被广大的企业大量的运用[22, 23]，双层混合料的烧结方法同样也得到了大量的推广[24]。
4）烧结布料偏析控制已经逐渐得到重视
烧结偏析布料指的是把混合料以料的粒级进行分类[54]，从料层上不部到下层粒级逐渐变大，从而有效的调节烧结料层的温度分布[44]，提高料层的通气性，从而提高烧结矿的产量[55]，提高生产效率。在早期，烧结偏析布料的实现主要是使用圆辊给料机和蓖条面间安装一定角度的反射板来实现的[56]。随后，随着科技的不断发展，ISF机械条筛布料机[56]、偏析布料机等布料装置逐渐出现[37]，而磁力偏析布料机是其中比较先进的一种布料机械[58]。该机械的原理是使用布料机在圆辊内安装能够交变的磁场[57]，使不同的粒度受到不同磁系的影响[32]，在磁力、重力[33]的共同作用下通过反射板出现差异从而实现烧结偏析布料[34]。
5）强化烧结混合料的点火作业。
从近些年来的发展趋势来看，烧结点火器的面积原来越大[12]，而很多烧结点火器的点火方式主要是二段式或三段式的[26]。比如日本的若松厂烧结点火器点火方式是点火、加热和保温三段式[13]。通过这些技术措施的改进，可以改善烧结矿中液相结晶过程，减少烧结矿中热应力[14]，降低成品烧结矿中玻璃相含量，从而达到提高烧结矿成品率的目的，可以获得品质比较好的烧结矿[27]。
6）智能化的烧结过程控制以及在线检测技术逐渐得到应用和推广
对烧结过程的控制和烧结的在线监测技术主要是对烧结过程进行计算机模拟[10]，通过计算机模拟出烧结料层的温度、气压、气流量等参数，从而对其进行在线检测，在后期也逐渐发展处人工智能系统、三维结构分析等技术[18]。
7）余热回收以及尾气处理成为现代烧结过程的必需环节
在钢铁公司中，烧结工序中的能耗要占到企业总体能耗的十分之一到五分之一[28]，仅低于炼铁阶段的能耗[54]。而烧结阶段所产生的余热包括了抽风机产生的热废气和环冷机所产生的热废气，很多企业都用这些热废气来进行热风烧结或者用这类蒸汽进行发电[33]。在上世纪七十年代后期[55]，日本的住友公司和钢管公司就已经成功的开发出了冷却蒸汽发电系统[56]，通过烟气的再循环和环冷机中热废气的冷却在余热锅炉中产生蒸汽并用来发电[34]。
1.1.4 铁矿石烧结过程及发生的反应
1）烧结过程
通过对烧结台车的剖面进行分析发现，烧结过程中的抽风可以分为矿层烧结、燃烧层、余热层、干燥层和过湿层五层。在烧结过程中从点火开始一次出现这五层，循环出现，最后只剩下烧结矿层[19-24]。
第一，烧结矿层所发生的反应以液相凝固、矿物析晶为主，当随着烧结的进行时烧结矿层厚度逐渐增大，抽入其中的空气也逐渐加热[57]，这时烧结矿层就被冷却，当与燃烧曾接近时就形成了液相冷却结晶的多孔烧结矿。
第二，燃烧层的反应主要以固体燃料的燃烧为主，当燃料燃烧是温度可达1100 ℃ ~ 1500 ℃，混合料在这一过程中从固相转化为液相。而燃烧层的垂直烧结速度在10-40min之间，这一速度也决定了烧结机的生产效率。
第三，在预热层的混合料被燃烧层的高温气体加热到着火点后被氧化[58]，还原、分解，从而出现了少部分的液相[59]。
第四，在干燥层和预热层之间交界处的温度在120-150℃之间，烧结料中的水分大量被蒸发掉，从而干燥了粉料。
第五，因为上一层 热痱子中含有很多的水蒸气[61]，当被湿料层冷却到露点温度以后水汽能够再次凝结，从而形成过湿现象[62]，降低了烧结料层的通气性，为了避免湿度过大，要保证烧结料层的温度在露点之上[63]。
烧结的过程是很多的物理和化学过程的有机综合[64]，包括了固体燃料的燃烧、热量的传递、水汽的蒸发[65]、氧化、还原、分解和吸附等环节。
2）固体燃料燃烧反应
在烧结料层中碳的燃烧是为了给粘结形成的液相和其他反应提供了必须的前提条件[66]，当料层中的温度超过700℃以后就会着火，产生下列反应[25-28]：
C+O2=CO2 （1）
2C+O2=2CO （2）
2CO+O2=2CO2 （3）
CO2+C = 2CO （4）
在烧结过程中，反应（1）比较容易发生，而在高温区间有利于后续反应发生[67]。
3）碳酸盐的分解以及矿化反应
在烧结的混合料中包括了很多不同种类的碳酸盐：碳酸钙、碳酸镁、碳酸铁、碳酸锰等盐类[62]，而这些混合料中又以碳酸钙为主，当进行烧结时碳酸钙在720℃开始分解，到达到880℃是开始分解[55]。其他碳酸盐的分解反应温度要相对较低，而碳酸钙分解后的产物与其他矿物也能够发生反应[68]，生成新的复杂化合物，这个反应过程就是矿化作用。主要反有[29-34]：
CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2 （5）
CaCO3+Fe2O3=CaO·Fe2O3+CO2 （6）
CaO+H2O=Ca(OH)2 （7）
当矿化作用不完全时[69]，烧结矿中还有一定的氧化钙存留[19]，当烧结矿在存放时氧化钙和空气中的水分会发生反应，从而使得烧结矿的体积膨大而粉化。
1.2 铁矿粉原料对烧结及高炉冶炼过程的影响
1.2.1 铁矿粉对烧结矿性能的影响
近些年来，随着我国国内铁矿石相对较为匮乏[70]，而国外的铁矿石进口量又非常大，从而导致了烧结原料的结构出现了较大的变化。因为我国钢铁企业的铁矿来源并不稳定，铁矿石的种类多种多样，在烧结过程中由于缺乏必要的特征性数据的分析，就不能很好的保证烧结矿的质量[35-38]。所以，烧结的基础特性可以作为一项衡量矿粉烧结性能的衡量指标。从生产的实际情况来看，铁矿粉的烧结特性是因为铁矿粉的种类不同而造成的，因此可以对其进行研究来为合理的使用铁矿石资源提供一定的理论基础。所以，很多研究人员都对铁矿粉的烧结基础性能开展了深入的研究[39-43]。
2004年，张玉柱[43]等人在唐钢的原始 生产基础上，研究了添加不同量的低硅高铁巴西粉对烧结矿性能影响的实验。研究发现，在配加巴西粉后，烧结料的配碳量有所提高，由3.75 %增加到4 %。但由于烧结料中SiO2的含量比较低，导致烧结矿的强度有所下降，因此巴西粉的配加量不宜太多，应该控制在15 % ~ 25 %范围内。通过研究还发现：随着巴西粉的配比增加，唐钢烧结矿的低温还原粉化率RDI+3.15值下降，而还原性能以及软化性能则有所改善。在喷洒CaCl2溶液后，这种低硅烧结矿的低温粉化性能可以达到高炉入炉冶炼的质量要求。
2013年，班友合等人[44]在唐山国丰钢铁有限公司现有生产工艺的基础上，通过烧结杯实验，进行了不同配比的镍矿粉与巴西普通精粉搭对烧结过程的影响试验。研究了烧结过程中，烧结速度负压、终点温度及烧结矿化学成分、转鼓指数、成品率以及烧结矿粒度组成等各方面的变化。
2010年，邱贵宝等人[45]研究了烧结过程中加水量的多少对烧结料成立性能的影响。有研究表明，当加水量逐渐增大时物料颗粒被制粒后所形成的细小颗粒量越来越少，大颗粒的量逐渐增大，尺寸也越来越大。当超过10mm的粒子量占比达到50%时，5-8mm的粒级量基本保持在30%左右，而8-10mm粒级的含量为10%，其他粒级的含量占比在10%左右时，生料层的通气性能最好。当加水量逐渐增加时，烧结料制粒后形成的粒级在3-8mm之间的量从低到高在到低。而透气指数也随着加水量的变化而变化。其烧结料中的加水量对制粒粒度的影响如图2所示。

图2 制粒粒度随加水量的变化曲线
Fig. 2 Size distribution of sample at different water content
2013年，伊凤永等人[46]研究了混合铁矿粉的烧结基础性能与化学成分间的关系。研究结果表明，最低的同化温度下，铁矿费中的TFe、氧化钙和氧化锰的含量就会增加，而会随着氧化铝和烧损的增加而降低；而液相流动性指数会随着铁矿粉中的氧化硅的量的增加而提高，随着氧化锰和TFe的增加而降低；粘结相的强度会随着铁矿粉中的烧损量、氧化硅的增加而减少，随着铁矿粉中MgO以及TFe含量的增加而升高。
综合上述研究成果，可以发现铁矿粉对烧结矿冶金性能的影响规律有[47-51]：
第一，烧结矿中的转鼓指数与铁矿粉粘结相的强度和连晶的强度呈现正比关系[52]。在烧结配矿的过程中要考虑到铁矿粉的同化性能和液相流动性的实际情况[52]，要适当的提高粘结相的强度和连晶强度的铁矿粉含量[53]。
第二，烧结矿的低温还原粉化指数与铁矿粉液相流动性和铁酸钙的生成能力表现出正相关关系[46]。要改善烧结矿的低温还原粉化指数也要考虑铁矿粉的连晶强度和粘结相强度，另外也要考虑铁矿粉的液相流动性和铁酸钙的生成能力[32]。
第三，烧结矿的还原度指数和铁矿粉的种类与烧结的工艺参数关系也比较紧密[15]。磁铁矿粉的还原度指数与铁矿粉的液相流动性和铁酸钙生成之间的关系也表现出正相关关系[54]，和其他烧结特性关系不紧密。
1.2.2 高炉对烧结矿的要求
对高炉冶炼来说，烧结矿的质量影响是非常重要的[55]，要改善烧结矿的质量需要注重精料的品质[56]。我们知道，烧结矿的质量的基本要求必须要有较好的强度、粒度要比较均匀，而且要有相对较少的粉末[57]，要有较好的还原性[45]，要有适度的碱度和稳定的成分结构[46]。
1）强度要好、粒度要均匀，粉末量要低
要利用强度好的烧结矿来提高高炉冶炼的技术经济指标。因为烧结矿的强度高、粉末好、粒度均匀就嫩巩固提高高炉料柱的通气性能[47]，对炉况和煤气流的分布具有重要的意义[48]，同时也能降低至焦比，从而提高产量[49]。通过对鞍钢的生产数据进行统计发现，烧结矿中地域5mm的粉末量减少10%时至焦比会降低0.5%-1.0%的比率[50]，并能够提高6个百分比的产量。而本钢一铁厂的烧结矿经过过筛之后粒级小于5mm数量降低了20-35个百分点[57]，高炉的产量提高了奖金10个百分点[51]，焦比降低5.8%。在特定的条件下，烧结矿强度的改善能够提高烧结矿的成品率和产量[52]。烧结矿强度的改善能够有效的降低粉尘，改善烧结车间的环境质量，提高设备工作寿命[53]。如果烧结矿的强度较低，粉末较多就会造成高炉炉尘的吹出量增大[58]，浪费了资源和资金[55]。对一个年产500万吨生铁的炼铁厂来说[37]，当生铁炉尘量增加50kg时高炉尘量一年的累积就会达到25万吨[38]，对铁厂来说浪费是非常大的[41]，所以，