1、煉鐵生產(chǎn)概述煉鐵過程實質(zhì)上是將鐵從其自然形態(tài) 礦石等含鐵化合物中還原出來的過程。 煉鐵方法主要有高爐法、 直接還原法、熔融還原法等， 其原理是礦石在特定的條件下（還原物質(zhì) CO、 H2、 C和適宜溫度等）通過物化反應(yīng)獲取還原后的生鐵。生鐵除了一少部分用于鑄造外，絕大部分是作為煉鋼原料。一、生鐵的幾個基本概念（一）鐵與鋼鐵在自然界中蘊藏量極為豐富，居地球物質(zhì)中的第四位。由鐵原子構(gòu)成的物質(zhì)叫純鐵，純鐵雜質(zhì)很少。 但鐵元素很活潑，容易與其它物質(zhì)結(jié)合。習慣上常說的鋼鐵是對鋼和鐵的總稱。鋼和鐵既有相同點也是有區(qū)別的。鋼和鐵，均由兩種主要元素構(gòu)成，即鐵和碳。一般碳和元素鐵形成化合物，叫鐵碳合金。 含碳量多

2、少是區(qū)別鋼和鐵的主要標準，含碳量增加到一定程度后就會引起質(zhì)的變化。 生鐵含碳量大于 2.0 ，固含碳量高， 硬而脆， 幾乎沒有塑性。鋼含碳量小于 2.0 ，不僅有良好塑性； 而且鋼制品具有強度高、 韌性好、 耐高溫、 耐腐蝕、易加工、抗沖擊、易提煉等優(yōu)良物化應(yīng)用性能，因此被廣泛利用。（二）白口鐵和灰口鐵碳 (C)在鐵中有石墨和碳化鐵兩種狀態(tài)。石墨是碳的一種形態(tài)，是片狀的碳，滑潤柔軟，像煤屑一樣，很不堅固，散存在鐵中，將鐵基體割裂，好像鐵中有很多條狀的 窟窿。這種以石墨狀態(tài)存在于鐵中的碳，將鐵染成灰色，所以叫灰口鐵?；铱阼F因含柔軟的石墨，做成機器零件，易被機床切削。石墨在液體鐵水中有“潤滑”作用

3、，使鐵水流動性變好，適合于澆注鑄件。所以灰口鐵又叫鑄造鐵。碳化鐵是白色的，又硬又脆，碳化性含量過多時， 鐵會像石頭一樣失去可塑性。用這種鐵做的零件，切削困難。所以白口鐵主要用來煉鋼，故又叫煉鋼鐵。石墨和碳化鐵也可以互相轉(zhuǎn)化， 決定性條件有兩個： 一是鐵水的化學成分， 如果鐵水含硅量高，能促進碳化鐵分解，變成石墨， 所以鑄造鐵的含硅量總是高的；另一個因素是鐵水凝固的快慢，在成分適合時，如果冷得太快，鐵水中的碳化鐵來不及分解，便成為白口鐵，如果冷得慢，碳化鐵分解成石墨和鐵，就變成灰口鐵。二、高爐煉鐵的冶煉原理生鐵的冶煉雖原理相同， 但由于方法不同、冶煉設(shè)備不同，所以工藝流程也不同。 下面分別簡單予

4、以介紹。高爐生產(chǎn)是連續(xù)進行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產(chǎn)幾年、十幾年甚至二十多年。生產(chǎn)時，從爐頂（高爐爐頂分為兩種，即由料鐘與料斗組成的鐘式爐頂和由旋轉(zhuǎn)溜槽進行布料的無料鐘式爐頂）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑， 從高爐下部的風口吹進熱風，噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭和噴吹物中的碳以及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來，得到鐵，這個過程叫做還原。鐵礦石通過還原反應(yīng)煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)除塵后，作

5、為工業(yè)用煤氣?，F(xiàn)代化高爐還可以利用爐頂?shù)母邏海脤?dǎo)出的部分煤氣發(fā)電。高爐內(nèi)的還原氣體產(chǎn)生于風口前的燃料燃燒， 這一過程產(chǎn)生了上升的熱煤氣流； 爐料的不斷加入則產(chǎn)生了下降的爐料流（鐵礦石、焦炭、熔劑等）。高爐內(nèi)的一切反應(yīng)均發(fā)生于煤氣和爐料的相向運動和相互作用之中。它包括爐料的加熱、蒸發(fā)、 揮發(fā)和分解，鐵及其它元素的還原， 爐料中非鐵氧化物的熔化、造渣和生鐵的脫硫，鐵的滲炭及生鐵的形成，爐料和煤氣之間的熱交換等，是一系列物理化學反應(yīng)過程的總和。三、高爐冶煉用的原料。高爐冶煉用的原料主要由鐵礦石、燃料和熔劑三部分組成。（一）鐵礦石高爐冶煉用的鐵礦石要求成分穩(wěn)定、含鐵品位高、 脈石（礦石中有用部分與沒

6、有工業(yè)價值的巖石或其它礦物伴生在一起，這些沒有用的部分叫脈石）少、有害雜質(zhì)少、礦石粒度均勻、強度高、還原性好。鐵礦石含鐵量的多少（即品位高低），直接影響到煉鐵生產(chǎn)的各項指標。一般含鐵量在30以上的鐵礦石才有開采價值；含鐵量在45以下的礦石，一般需經(jīng)選礦和造塊，才能入爐冶煉；含鐵量在55以上的鐵礦石可以作為高爐富礦，經(jīng)破碎后直接入爐冶煉。當前作為煉鐵原料的鐵礦石主要有：1、磁鐵礦。構(gòu)造致密，晶粒細小，有黑色條痕，具有強磁性，含硫、磷較高，還原性差，是我國當前主要的礦種。2、赤鐵礦。顏色和條痕均為櫻紅色，無磁性，一般含硫、磷低，還原性好。我國的鞍山和宣化等地有相當儲量，純礦石最高含鐵量為70.0

7、。3、褐鐵礦。顏色為淺褐色、深褐色、黑色，一般含鐵低，但受熱脫水后，含鐵品位升高，含硫低，含磷有高有低，還原性能好。4、菱鐵礦。是鐵的碳酸鹽，經(jīng)過焙燒，二氧化碳從礦石中分解出來，礦石品位立刻提高。所以，菱鐵礦是很易富集的礦石。5、釩鈦磁鐵礦。除含鐵外，還含有金屬釩和輕金屬鈦，理論上釩鈦磁鐵礦的含鐵量為36.8 ，含鈦 31.6 ，其余是釩和氧?，F(xiàn)代化高爐以上述鐵礦石經(jīng)造塊形成的燒結(jié)礦、球團礦等人造富礦 （品位 50） 作為主要原料，并搭配使用上述天然鐵礦石。（二）燃料高爐用燃料包括焦炭和噴吹燃料兩大類。高爐對焦炭的要求是：含碳高、 灰分和硫磷等有害雜質(zhì)含量低、強度高。焦炭在煉鐵過程中有三種作用

8、：一是燃燒供給熱量（熱源）；二是作為料柱骨架（氣窗）；三是作還原劑。因此，焦炭中的含碳量越高越好。除了強度和骨架作用外， 高爐對噴吹燃料的要求及其作用與焦炭相同，但對其可磨性、燃燒性、粒度等有特殊的要求。硫和磷極容易轉(zhuǎn)到鐵里而破壞鐵的優(yōu)良性能，因此， 希望燃料中含硫、磷等雜質(zhì)越少越好。燃料中的灰分要低，灰分高會降低燃料的發(fā)熱值。焦炭的機械強度要好， 如果沒有足夠的冷強度和熱強度， 在爐料下降到風口之前， 焦炭就被壓成碎末，堵塞爐料的空隙，影響高爐的透氣性。高爐煉鐵主要用焦炭作為燃料。 焦炭含碳量較高， 氣孔率高，最大的特點是機械強度 （以轉(zhuǎn)鼓指數(shù)表示）高，能滿足大型高爐的要求。二十世紀六十年代

9、開始盛行噴吹技術(shù)（噴煤、油、天然氣等）， 目的在于部分取代寶貴的焦炭資源，但只能取代焦炭的還原劑和熱源兩個作用，而料柱骨架作用取代不了。因此，焦炭是高爐煉鐵必不可少的主要燃料。（三）熔劑在鐵礦石中，除鐵以外，還有脈石及硫等有害雜質(zhì)；在焦炭及煤粉中，含有灰分。所以煉鐵時要加入熔劑，與脈石、焦炭及煤粉中的灰分、有害雜質(zhì)化合，形成爐渣，以達到降低脈石熔點并使雜質(zhì)、灰分與鐵水分離的目的。高爐冶煉采用的熔劑主要有石灰石、白云石、 蛇紋石等。 對熔劑的要求是：堿性氧化物（主要是氧化鈣） 的含量要高， 而酸性氧化物 （主要是二氧化硅和三氧化二鋁）的含量要低，有害雜質(zhì)硫、 磷的含量也要盡可能少。目前， 煉鐵生

10、產(chǎn)多以高堿度燒結(jié)礦形式將熔劑帶入高爐，直接投入高爐的熔劑要求強度、粒度合適。在渣量少、使用高堿度燒結(jié)礦冶煉鑄造鐵時，添加硅石（熔劑）會取得良好效果。在特殊情況下， 如洗刷爐墻粘結(jié)物、 消除爐缸堆積、改善爐渣流動性時，要加入特殊熔劑，主要有瑩石（ CaF2）和均熱爐渣（ FeO），目的是生成低熔點、低粘度的爐渣；在爐缸薄弱、有燒出危險時，也要加入特殊熔劑-含鈦化合物或含鈦爐渣，以便冶煉時鈦的化合物轉(zhuǎn)化為熔點很高（約 3000°C）的 TiC 、 TiN 或 Ti(C 、 N)，在爐缸受侵蝕部位形成難熔保護層以延長爐缸壽命。四、直接還原鐵和熔融還原鐵的生產(chǎn)直接還原鐵和熔融還原鐵的冶煉統(tǒng)稱

11、為非高爐法煉鐵。( 一 ) 直接還原法直接還原法是指在低于熔化溫度下將鐵礦石還原成海綿鐵的煉鐵生產(chǎn)過程，其產(chǎn)品為直接還原鐵（即DRI），也稱海綿鐵。該產(chǎn)品未經(jīng)熔化，仍保持礦石外形，由于還原失氧形成大量氣孔，在顯微鏡下觀察因形似海綿而得名。海綿鐵的特點是含碳低（1）， 并保存了礦石中的脈石。 這些特性使其不宜大規(guī)模用于轉(zhuǎn)爐煉鋼，只適于代替廢鋼作為電爐煉鋼的原料。直接還原法分氣基法和煤基法兩大類。氣基法是用天然氣經(jīng)裂化產(chǎn)出H2和 CO氣體作為還原劑， 在豎爐、罐式爐或流化床內(nèi)將鐵礦石中的氧化鐵還原成海綿鐵。主要有 Midrex法、HYL法、 FIOR 法等。煤基法是用煤作還原劑，在回轉(zhuǎn)窯、隧道窯等

12、設(shè)備內(nèi)將鐵礦石中的氧化鐵還原。主要有FASTMET法等。直接還原法的優(yōu)點有：1、流程短，直接還原鐵加電爐煉鋼。2、不用焦炭，不受煉焦煤短缺的影響。3、污染少，取消了焦爐、燒結(jié)等工序。4、海綿鐵中硫、磷等有害雜質(zhì)與有色金屬含量低，有利于電爐冶煉優(yōu)質(zhì)鋼種。直接還原法的缺點有：1、對原料要求較高：氣基要有天然氣；煤基要用灰熔點高、反應(yīng)性好的煤。2、海綿鐵的價格一般比廢鋼要高。直接還原法已有上百年的發(fā)展歷史，但直到二十世紀60 年代才獲得較大突破。進入二十世紀 90 年代，其生產(chǎn)工藝日臻成熟并獲得長足發(fā)展。其主要原因是：1、天然氣的大量開發(fā)利用，特別是高效率天然氣轉(zhuǎn)化法的采用，提供了適用的還原煤氣，使

13、直接還原法獲得了來源豐富、價格相對較低的新能源。2、電爐煉鋼迅速發(fā)展以及冶煉多種優(yōu)質(zhì)鋼的需要，大大擴展了對海綿鐵的需求。3、選礦技術(shù)提高，可大量提供高品位精礦，礦石中的脈石量降低到還原冶煉過程中不需加以脫除的程度，從而簡化了直接還原技術(shù)。當前世界上直接還原鐵量的90以上是采用氣基法生產(chǎn)的。我國天然氣主要供應(yīng)化工和民用，不可能大量用于鋼鐵工業(yè)。由于我國煤炭儲量相對豐富，二十世紀90 年代以來煤基直接還原法已在我國天津、遼寧、吉林、山東等地形成一定的生產(chǎn)規(guī)模。（二）熔融還原法熔融還原法是指不用高爐而在高溫熔融狀態(tài)下還原鐵礦石的方法，鐵水相近的液態(tài)鐵水。開發(fā)熔融還原法的目的是取代或補充高爐法煉鐵。相比，熔融法煉鐵有如下特點：其產(chǎn)品是成分與高爐與高爐法煉鐵流程1、燃料用煤而不用焦炭，可不建焦爐，減少污染