球团矿的还原性状

高炉炼铁的本质是铁氧化物的还原过程。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还原为液态生铁。

高炉冶炼过程概述

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，以气固相反为主。

矿焦保持装料时的分层状态，与布料形式及粒度有关。

软熔带

炉料在该区域软化，在下部便捷开始熔融滴落，主要进行直接还原反应，初渣形成。

矿石层开始熔化与焦炭层交互排列，形状受煤气流分布与布料影响。

滴落带

滴落的液态渣铁与煤气及固体炭之间进行多种复杂的化学反应。

主要由焦炭床组成，熔融状态的渣铁穿越焦炭床。

回旋区

喷乳的燃料与热风发生燃烧反应，产生高热煤气，是炉内温度高的区域。

炭在鼓风作用下一面做回旋运动一面燃烧，是高炉热量法源寺，高炉的氧化区域。

渣铁集聚区

在渣铁层间的交界面及铁滴穿过渣层时发生渣金反应。渣铁分层存在，焦炭浸泡其中，主要反应，渣铁间脱硫、硅、锰等元素还原。

还原反应是高炉内的基本反应。炉料从高炉顶部装入后开始还原，直到下部炉缸，除风口回旋区外，几乎贯穿整个高炉冶炼的始终。

高炉冶炼要求炉料在各还原阶段应具有足够稳定性和透气性，即球团矿应具有良好的还原性状。

球团矿的还原性状是指：

球团矿在高炉中还原时的体积膨胀。

球团矿还原后的强度，一般以膨胀率和高温还原粉化率来表示。

膨胀率指球团矿膨胀之后的体积与正常情况下的体积之比。

球团矿在炉内还原要求：1、炉内球团矿的还原度达60%。

2、还原后球团矿残余冷抗压强度要求单球不小于250N。

球团矿还原反应的实质是在固相反应剂相界上及其内部，由于金属铁向较高含氧区域扩散而产生的固相反应。

还原过程中球团矿结构的变化

还原过程中球团矿体积的变化

赤铁矿球团在还原过程中，任何情况下体积都会膨胀。

磁铁矿球团在还原过程中不产生体积膨胀。

体积膨胀与球团强度的关系

球团矿还原过程中的体积膨胀同抗压强度的下降按相反方向发展。

即球团矿体积的变化必然引起机械强度的变化，低机械强度与高膨胀率是相关联的。

球团矿还原体积膨胀理论

球团内气体压力增大引起异常膨胀。在较高的还原速度下，球团内部二氧化碳，水生成速度大于其通过气孔向外扩散的速度时。

碳沉积膨胀理论。由于碳在铁和浮士体相界上的沉积引起异常膨胀。

纤维状金属铁膨胀理论。在浮士界面各适宜点析出纤维状金属铁，铁晶须破坏球团结构产生体积膨胀。

碱金属离子恶化膨胀。有K、Na等碱金属离子存在时，金属铁析出增强，导致膨胀加剧，即灾难性膨胀。

不论矿石种类和添加剂种类，凡焙烧不足，初始机械强度低的球团矿，在还原过程中均产生体积膨胀和粉化。

赤铁矿还原过程中体积变化的原因

赤铁矿还原成磁铁矿过程中的体积膨胀，使磁铁矿层厚度增大，超过原来赤铁矿层厚度。

同一赤铁矿的还原速度呈各向异性，除了体积增大外，还生成不同厚度的磁铁矿层。

在各晶界面省形成压力，使晶体结构破裂。

相邻的赤铁矿晶体还原四度的各向异性造成球团结构破裂。

还原过程中体积增大，球团内压力增大，从而引起球团结构的破坏。

如何控制？

晶格变化引起的球团矿体积变化

抑制压力增大的因素和作用

球团焙烧过程中，不生成赤铁矿晶体，只生成其他铁矿物。

脉石成分的连接力很强，足以经受住压力增大。

脉石在化学成分上以及数量上均发生变化，通过脉石成分相互之间以及脉石与铁氧化物的反应而获得足够强的反应力。

高炉冶炼表明，含大量酸性脉石的球团矿具有较低的膨胀性。

氧化镁和氧化钙的加入可促进焙烧过程中形成稳定的铁酸镁或铁酸钙。

钾和钠等碱金属化合物是产生异常膨胀的主要原因之一。

钾和钠离子在高温下以置换或填隙的形式渗入铁氧化物晶格中引起畸变。

高碱度时，脉石含量越大，容许膨胀范围越宽。

碱度对球团矿膨胀性的影响随着脉石含量的增大而减小，当脉石含量超过10%后，影响便失去作用。

碱度低于0.1的酸性球团矿特性

在碱度低于0.1的酸性球团矿情况下，脉石主要以SiO2形式存在。

球团矿的强度依靠对晶体结构的赤铁矿键获得，具有很多气孔。

还原过程中低温下就可发货所能，使整个球团体积开始产生结构变化。

铁橄榄石可减轻球团矿的进一步膨胀和粉化，可作为高酸性球团矿还原过程中的稳定剂。

需要：脉石含量应大于5%，较低的还原温度下。

碱度为0.1-0.6的球团矿特性

生产多种玻璃质渣相，在还原过程中生产钙橄榄石，再与铁橄榄石生成低熔点的混合晶体，相应的碱度约0.35，渣相的机械强度处于小值。

在碱度为0.1-0.6范围内，生成的低熔点橄榄石晶体不能抑制球团还原过程中的膨胀，反而会在一定条件下加重膨胀。

但大约10%以上的脉石含量能减轻球团矿结构的破坏，因为脉石能为骨架保持球团矿结构。

碱度大于0.6的球团矿特性

CaO含量较多，同时生成玻璃质相和铁酸钙。

还原过程中生成金属铁皮，不生成铁晶须，这种金属铁在铁酸盐颗粒周围形成同心层，抑制球团矿的进一步膨胀。

碱度大于0.6的球团矿，在焙烧之后及在还原之后，有较高的机械强度。

含磁铁矿和浮士体的焙烧球团矿的还原性状

磁铁矿还原过程中无晶体转变和其晶体无各向异性，还原时晶体不产生破坏。

生产只含有磁铁矿而无赤铁矿的球团矿，则还原过程中球团矿结构破坏可避免。

生产磁铁矿球团的方法

磁铁矿在中性气氛下焙烧

赤铁矿先转变为磁铁矿，再在中性气氛下焙烧

赤铁矿与细磨海绵铁粉混合焙烧