1、11第一章第一章 1.1.1 1.1.1 冶金學(xué)冶金學(xué)p冶金學(xué)是一門研究如何冶金學(xué)是一門研究如何經(jīng)濟(jì)地經(jīng)濟(jì)地從礦石或其它原料中從礦石或其它原料中提取金屬或金提取金屬或金屬化合物屬化合物，并用一定加工方法制成，并用一定加工方法制成具有一定性能具有一定性能的金屬材料的科的金屬材料的科學(xué)。由于礦石性能不同，提取金屬的原理、工藝過程和設(shè)備不同，學(xué)。由于礦石性能不同，提取金屬的原理、工藝過程和設(shè)備不同，從而形成專門的冶金學(xué)科從而形成專門的冶金學(xué)科冶金學(xué)冶金學(xué)(Metallurgy)。p冶金學(xué)研究所涉及的內(nèi)容：冶金學(xué)研究所涉及的內(nèi)容：金屬的制取，金屬的加工，金屬性能金屬的制取，金屬的加工，金屬性能的改進(jìn)的

2、改進(jìn)對(duì)金屬成分、組織結(jié)構(gòu)、性能和相關(guān)理論的研究。對(duì)金屬成分、組織結(jié)構(gòu)、性能和相關(guān)理論的研究。冶金學(xué)的分類冶金學(xué)的分類p冶金學(xué)按研究的領(lǐng)域分冶金學(xué)按研究的領(lǐng)域分：提取冶金學(xué)提取冶金學(xué)（化學(xué)冶金學(xué)）和（化學(xué)冶金學(xué)）和物理冶金物理冶金學(xué)學(xué)(physical metallurgy)（材料的加工成型，通過控制其組成、（材料的加工成型，通過控制其組成、結(jié)構(gòu)使已提取的金屬具有某種性能）。結(jié)構(gòu)使已提取的金屬具有某種性能）。p提取冶金提取冶金（extractive metallurgy）：從礦石中）：從礦石中提取提取金屬及金屬及金屬化合物的過程，因其中進(jìn)行很多金屬化合物的過程，因其中進(jìn)行很多化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)，又

3、稱，又稱化學(xué)冶金化學(xué)冶金（chemical metallurgy）。）。22p按所冶煉金屬類型分：按所冶煉金屬類型分：p (Nonferrous metallurgy) p (Ferrous metallurgy) p p按冶金工藝過程不同分：按冶金工藝過程不同分： )鋼鐵冶金（黑色冶金鋼鐵冶金（黑色冶金有色冶金有色冶金 電冶金電冶金濕法冶金濕法冶金火法冶金火法冶金提取冶金的分類提取冶金的分類331.1.2 1.1.2 火法冶金主要過程簡介火法冶金主要過程簡介p干燥：干燥：去水去水，溫度為，溫度為400600。p焙燒：以焙燒：以改變?cè)辖M成改變?cè)辖M成為目的的、在為目的的、在低于礦石熔點(diǎn)溫度下

4、低于礦石熔點(diǎn)溫度下、在、在特特定氣氛中定氣氛中進(jìn)行的冶金過程。進(jìn)行的冶金過程。p煅燒：在空氣中以煅燒：在空氣中以去去CO2和和水水為目的的冶金過程。為目的的冶金過程。p燒結(jié)與球團(tuán)：以獲得特定礦物組成、結(jié)構(gòu)及性能的燒結(jié)與球團(tuán)：以獲得特定礦物組成、結(jié)構(gòu)及性能的造塊造塊。p熔煉：還原氧化物，熔煉：還原氧化物，提取粗金屬提取粗金屬。p精煉：氧化雜質(zhì)，精煉：氧化雜質(zhì)，獲得純金屬獲得純金屬。p鑄造：液態(tài)金屬鑄造：液態(tài)金屬凝固凝固成固態(tài)。成固態(tài)。 1.2.1 1.2.1 鋼鐵材料鋼鐵材料p鋼鐵是使用最多的金屬材料鋼鐵是使用最多的金屬材料 原因：儲(chǔ)量大；冶煉加工容易；綜合性能好原因：儲(chǔ)量大；冶煉加工容易；綜合

5、性能好p預(yù)計(jì)未來幾年鋼鐵產(chǎn)品在各行業(yè)中占的比例預(yù)計(jì)未來幾年鋼鐵產(chǎn)品在各行業(yè)中占的比例441.2.3 1.2.3 鋼鐵冶煉技術(shù)發(fā)展簡史鋼鐵冶煉技術(shù)發(fā)展簡史p遠(yuǎn)古至遠(yuǎn)古至13世紀(jì)末：半熔融狀態(tài)的鐵塊世紀(jì)末：半熔融狀態(tài)的鐵塊海綿鐵海綿鐵(sponge iron)；p13世紀(jì)末至世紀(jì)末至19世紀(jì)中葉：熔融狀態(tài)的生鐵世紀(jì)中葉：熔融狀態(tài)的生鐵粗鋼，形成兩步法煉粗鋼，形成兩步法煉鋼；鋼；p19世紀(jì)中期至今世紀(jì)中期至今 ：1856年英國人發(fā)明了空氣底吹酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼法；年英國人發(fā)明了空氣底吹酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼法； 1864年法國人發(fā)明了平爐煉鋼法年法國人發(fā)明了平爐煉鋼法(OH)；1874年發(fā)明了空氣底吹堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法

6、；年發(fā)明了空氣底吹堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法；20世紀(jì)初發(fā)明了電弧爐煉鋼世紀(jì)初發(fā)明了電弧爐煉鋼(EAF)；20世紀(jì)中葉氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐（世紀(jì)中葉氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐（LD法）。法）。1.2.2 1.2.2 鋼與生鐵的區(qū)別鋼與生鐵的區(qū)別1.2.3 1.2.3 我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展p19961996年，突破年，突破1 1億噸；億噸；p19991999年，產(chǎn)量世界第一；年，產(chǎn)量世界第一；p20032003年，突破年，突破2 2億噸，世界億噸，世界唯一年產(chǎn)鋼超過唯一年產(chǎn)鋼超過2 2億噸的國億噸的國家；家；p20042004年，產(chǎn)量年，產(chǎn)量2.82.8億噸；億噸；p20052005年，產(chǎn)量年，產(chǎn)量3.53.5億

7、噸；億噸；p20062006年，產(chǎn)量年，產(chǎn)量4.24.2億噸。億噸。55p燒結(jié)燒結(jié)/ /球團(tuán)球團(tuán) 高爐高爐轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐連鑄機(jī)連鑄機(jī)軋機(jī)軋機(jī)p直接還原或熔融還原直接還原或熔融還原電爐電爐連鑄機(jī)連鑄機(jī)軋機(jī)軋機(jī) 非高爐煉非高爐煉鐵鐵鋼鐵生產(chǎn)的兩個(gè)典型流程鋼鐵生產(chǎn)的兩個(gè)典型流程高爐煉鐵高爐煉鐵長流程長流程短流程短流程鋼鐵冶煉的任務(wù)是把鐵礦石冶煉成合格的鋼。鋼鐵冶煉的任務(wù)是把鐵礦石冶煉成合格的鋼。 66鋼鐵生產(chǎn)的典型工藝（長流程）鋼鐵生產(chǎn)的典型工藝（長流程）77鋼鐵工業(yè)的特點(diǎn)鋼鐵工業(yè)的特點(diǎn)p生產(chǎn)規(guī)模大，物流吞吐大，每噸鋼涉及的物流將是生產(chǎn)規(guī)模大，物流吞吐大，每噸鋼涉及的物流將是5-65-6噸。噸。p資源密集

8、、能耗密集。在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)內(nèi)，每噸鋼降消耗資源密集、能耗密集。在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)內(nèi)，每噸鋼降消耗0.7-0.80.7-0.8噸噸左右的標(biāo)準(zhǔn)煤、左右的標(biāo)準(zhǔn)煤、1.5-1.651.5-1.65噸左右鐵礦石、噸左右鐵礦石、3-83-8噸左右新水；噸左右新水；p制造流程工序多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造流程工序多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜p制造流程中伴隨大量物質(zhì)制造流程中伴隨大量物質(zhì)/ /能量排放，形成復(fù)雜的環(huán)境界面能量排放，形成復(fù)雜的環(huán)境界面1.4 1.4 鋼鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品鋼鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品p產(chǎn)品產(chǎn)品生鐵生鐵鋼鋼鐵合金鐵合金(Ferroalloy)(Ferroalloy) p副產(chǎn)品副產(chǎn)品爐渣爐渣(Slag)(Slag)煤氣煤氣(Gas

9、)(Gas)生鐵生鐵p它是鐵和碳及少量硅。錳、硫、磷等元素組成的合金，主要由高它是鐵和碳及少量硅。錳、硫、磷等元素組成的合金，主要由高爐生產(chǎn)，按其用途可分為爐生產(chǎn)，按其用途可分為煉鋼生鐵煉鋼生鐵和和鑄造生鐵鑄造生鐵。 88鐵合金鐵合金p鐵合金是指鐵與一種或幾種元素組成的中間合金，主要用于煉鋼鐵合金是指鐵與一種或幾種元素組成的中間合金，主要用于煉鋼脫氧或作為合金添加劑，當(dāng)采用金屬熱還原法生產(chǎn)其它鐵合金和脫氧或作為合金添加劑，當(dāng)采用金屬熱還原法生產(chǎn)其它鐵合金和有色金屬時(shí)作還原劑有色金屬時(shí)作還原劑( (詳見第七章詳見第七章) )。如：硅鐵、錳鐵。如：硅鐵、錳鐵。爐渣爐渣p爐渣是爐料在冶煉過程中不能進(jìn)

10、到生鐵和鋼中的氧化物、硫化物等爐渣是爐料在冶煉過程中不能進(jìn)到生鐵和鋼中的氧化物、硫化物等形成的熔融體。形成的熔融體。p其主要成分是其主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3等。等。p根據(jù)冶煉方法的不同，鋼鐵生產(chǎn)產(chǎn)生的爐渣分為根據(jù)冶煉方法的不同，鋼鐵生產(chǎn)產(chǎn)生的爐渣分為高爐渣高爐渣和和煉鋼渣煉鋼渣，按爐渣中含有不同的化學(xué)成分又可分為按爐渣中含有不同的化學(xué)成分又可分為堿性渣堿性渣和和酸性渣酸性渣。 煤氣煤氣p鋼鐵生產(chǎn)中還能獲得大量的可燃?xì)怏w，高爐煉鐵可產(chǎn)生高爐煤氣，鋼鐵生產(chǎn)中還能獲得大量的可燃?xì)怏w，高爐煉鐵可產(chǎn)生高爐煤氣，轉(zhuǎn)爐煉鋼可獲得轉(zhuǎn)爐煤氣，煉焦時(shí)可得焦?fàn)t煤氣等。轉(zhuǎn)爐煉鋼可獲得轉(zhuǎn)爐煤氣，煉

11、焦時(shí)可得焦?fàn)t煤氣等。p煤氣主要成分：煤氣主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH4 99p鋼鐵工業(yè)是能源消耗的大戶，約占全國總能源消耗量的鋼鐵工業(yè)是能源消耗的大戶，約占全國總能源消耗量的10101111。p鋼鐵生產(chǎn)所用能源主要有鋼鐵生產(chǎn)所用能源主要有煤炭煤炭、燃料油、燃料油( (重油重油) )、天然氣、電力等。、天然氣、電力等。 p煤占鋼鐵生產(chǎn)中燃料消耗的煤占鋼鐵生產(chǎn)中燃料消耗的70%70%，鋼鐵工業(yè)用煤量已超過煤炭總產(chǎn)量的，鋼鐵工業(yè)用煤量已超過煤炭總產(chǎn)量的1515。p煤在鋼鐵企業(yè)主要用來煤在鋼鐵企業(yè)主要用來煉焦煉焦和自備電廠發(fā)電、蒸汽機(jī)車燒煤、燒工業(yè)鍋和自備電廠發(fā)電、蒸汽機(jī)車燒煤、燒工業(yè)鍋爐

12、及部分窯爐，少部分制成粉煤用于高爐噴吹及燒結(jié)生產(chǎn)。爐及部分窯爐，少部分制成粉煤用于高爐噴吹及燒結(jié)生產(chǎn)。 1.5.1 1.5.1 鋼鐵生產(chǎn)用能源鋼鐵生產(chǎn)用能源1.5.2 1.5.2 鋼鐵工業(yè)能耗鋼鐵工業(yè)能耗p我國鋼鐵工業(yè)的能源消耗中，我國鋼鐵工業(yè)的能源消耗中，鋼鐵冶煉鋼鐵冶煉是耗能最高的工序，是耗能最高的工序，占鋼鐵工業(yè)能耗的占鋼鐵工業(yè)能耗的60607070。其主要耗于。其主要耗于煉鐵系統(tǒng)煉鐵系統(tǒng)，焦化、，焦化、燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵等工序。燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵等工序。 101020042004年重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)工序能耗比較年重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)工序能耗比較( (千克標(biāo)準(zhǔn)煤千克標(biāo)準(zhǔn)煤/t) /t) 指標(biāo)指標(biāo)燒結(jié)燒結(jié)焦

13、化焦化煉鐵煉鐵轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐電爐電爐平均值平均值66.3866.38142.21142.21466.20466.2026.5726.57209.89209.8919991999年國際年國際先進(jìn)水平先進(jìn)水平58.8958.89128.1128.1437.93437.93-8.88-8.88198.6198.6差值差值7.497.4914.1114.1128.2728.2735.4535.4511.2911.29指標(biāo)指標(biāo)燒結(jié)燒結(jié)球團(tuán)球團(tuán)焦化焦化煉鐵煉鐵轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐電爐電爐軋鋼軋鋼噸鋼綜噸鋼綜合能耗合能耗平均值平均值66.3866.3842.0042.00142.21142.21466.20466.2026.

14、5726.57209.89209.8992.9192.91761761先進(jìn)值先進(jìn)值52.0652.0619.2219.2288.1388.13395.41395.41-3.77-3.77146.31146.3153.6853.68565565落后值落后值 108.60108.60 83.3083.30229.15229.15591.81591.8175.2375.23325.44325.44 286.89286.8911031103差值差值56.5464.08141.02196.4079.00179.23233.2153811111.5.3 1.5.3 節(jié)能途徑節(jié)能途徑p改進(jìn)生產(chǎn)工藝及操作，更

15、新和改造耗能高的設(shè)備。改進(jìn)生產(chǎn)工藝及操作，更新和改造耗能高的設(shè)備。p降低能源損失（降低能源損失（“廢料廢料”、煤氣、熱能、壓力能），減少生產(chǎn)工、煤氣、熱能、壓力能），減少生產(chǎn)工序。序。 p回收利用散失熱量?；厥绽蒙⑹崃俊?p加強(qiáng)企業(yè)能源管理，加強(qiáng)能源利用技術(shù)的研究工作，提高操作技加強(qiáng)企業(yè)能源管理，加強(qiáng)能源利用技術(shù)的研究工作，提高操作技術(shù)水平，充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備能力，以節(jié)能為目標(biāo)合理組織生產(chǎn)。術(shù)水平，充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備能力，以節(jié)能為目標(biāo)合理組織生產(chǎn)。1.6 1.6 冶金用耐火材料冶金用耐火材料p鋼鐵冶金的技術(shù)進(jìn)步和過程溫度的提高分不開，耐火材料的發(fā)展鋼鐵冶金的技術(shù)進(jìn)步和過程溫度的提高分不開，耐火

16、材料的發(fā)展與鋼鐵冶金的技術(shù)進(jìn)步緊密相關(guān)。與鋼鐵冶金的技術(shù)進(jìn)步緊密相關(guān)。p耐火材料產(chǎn)品絕大部分（耐火材料產(chǎn)品絕大部分（6080%）用于冶金行業(yè)。）用于冶金行業(yè)。p耐火材料在冶金中的應(yīng)用有：耐火材料在冶金中的應(yīng)用有：高溫爐管高溫爐管坩堝、容器坩堝、容器熱電偶絕緣管熱電偶絕緣管熱電偶保護(hù)管熱電偶保護(hù)管爐膛耐火材料爐膛耐火材料爐膛保溫材料爐膛保溫材料1212 1.6.11.6.1耐火材料定義耐火材料定義p耐火材料是耐火度不低于耐火材料是耐火度不低于1580的無機(jī)非金屬材料。的無機(jī)非金屬材料。p ISO定義：耐火材料是耐火度至少為定義：耐火材料是耐火度至少為1500 的非金屬材料或制品（但的非金屬材料或

17、制品（但不排除含有一定比例的金屬）。不排除含有一定比例的金屬）。p在高溫爐（高爐、熱風(fēng)爐、轉(zhuǎn)爐、各種加熱爐）中，爐膛是用耐火材料在高溫爐（高爐、熱風(fēng)爐、轉(zhuǎn)爐、各種加熱爐）中，爐膛是用耐火材料砌成的。砌成的。p對(duì)耐火材料的要求是：有足夠高的耐火度，合理的形狀，質(zhì)地致密，高對(duì)耐火材料的要求是：有足夠高的耐火度，合理的形狀，質(zhì)地致密，高溫下有一定強(qiáng)度，無明顯揮發(fā)現(xiàn)象以及不與爐內(nèi)工作氣氛發(fā)生反應(yīng)等。溫下有一定強(qiáng)度，無明顯揮發(fā)現(xiàn)象以及不與爐內(nèi)工作氣氛發(fā)生反應(yīng)等。1.6.2 1.6.2 耐火材料分類耐火材料分類p按化學(xué)成分：氧化物、非氧化物、復(fù)合系按化學(xué)成分：氧化物、非氧化物、復(fù)合系p按形態(tài)：定形、不定形

18、按形態(tài)：定形、不定形p按耐火度分：普通按耐火度分：普通15801770 ; 高級(jí)高級(jí)17702000 ; 特級(jí)特級(jí)2000 以上以上p按制作工藝分：泥漿澆注；可塑成型按制作工藝分：泥漿澆注；可塑成型13131.7 1.7 環(huán)境保護(hù)環(huán)境保護(hù)p鋼鐵廠產(chǎn)生的各種污染物有：鋼鐵廠產(chǎn)生的各種污染物有：大氣污染物質(zhì)大氣污染物質(zhì)污水污水固體廢棄物固體廢棄物大氣污染物質(zhì)大氣污染物質(zhì)pSOX：是通過原料、燃料中硫磺成分的燃燒而產(chǎn)生的。燒結(jié)工廠等為：是通過原料、燃料中硫磺成分的燃燒而產(chǎn)生的。燒結(jié)工廠等為其主要發(fā)生源。其主要發(fā)生源。 pNOX：通過燃燒后發(fā)生。燒結(jié)工廠等為其主要發(fā)生源。：通過燃燒后發(fā)生。燒結(jié)工廠等為

19、其主要發(fā)生源。p煤塵：通過燃燒后發(fā)生。燒結(jié)爐、各加熱爐為其發(fā)生源。煤塵：通過燃燒后發(fā)生。燒結(jié)爐、各加熱爐為其發(fā)生源。p粉塵：從燃料原料的輸送、處理過程，及儲(chǔ)藏場(chǎng)中產(chǎn)生。煉鐵、煉鋼粉塵：從燃料原料的輸送、處理過程，及儲(chǔ)藏場(chǎng)中產(chǎn)生。煉鐵、煉鋼工程為其主要發(fā)生源。工程為其主要發(fā)生源。 1414p鋼鐵工業(yè)用水主要是鋼鐵工業(yè)用水主要是冷卻水冷卻水，其次是煤氣，其次是煤氣洗滌水洗滌水，以及沖洗設(shè)備、地面，以及沖洗設(shè)備、地面及除塵用水等。及除塵用水等。 p污水中含有下列污染物：污水中含有下列污染物：固體懸浮物（固體懸浮物（SS Solid suspension）：從排氣集塵、高溫物質(zhì)的）：從排氣集塵、高溫物

20、質(zhì)的直接冷卻等過程中產(chǎn)生。直接冷卻等過程中產(chǎn)生。油：由各種機(jī)械等所使用的油所發(fā)生的漏泄及冷軋工程使用軋制機(jī)的機(jī)油：由各種機(jī)械等所使用的油所發(fā)生的漏泄及冷軋工程使用軋制機(jī)的機(jī)油等原因而產(chǎn)生。油等原因而產(chǎn)生?；瘜W(xué)需氧量（化學(xué)需氧量（COD Chemical oxygen demand）：從煤炭干餾時(shí)）：從煤炭干餾時(shí)的氨水，及冷軋、電鍍廢水中產(chǎn)生。的氨水，及冷軋、電鍍廢水中產(chǎn)生。酸、堿：從冷軋工程的酸洗工程、電鍍工程等的脫脂工程中產(chǎn)生。酸、堿：從冷軋工程的酸洗工程、電鍍工程等的脫脂工程中產(chǎn)生。污水污水固體廢棄物固體廢棄物p爐渣：從高爐、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、電爐、二次精煉設(shè)備等的冶爐渣：從高爐、鐵水預(yù)處

21、理、轉(zhuǎn)爐、電爐、二次精煉設(shè)備等的冶煉工程中產(chǎn)生。煉工程中產(chǎn)生。p污泥：在各種水處理過程中產(chǎn)生。污泥：在各種水處理過程中產(chǎn)生。p灰塵：從各種干式集塵機(jī)中產(chǎn)生?；覊m：從各種干式集塵機(jī)中產(chǎn)生。1515鋼鐵鋼鐵生產(chǎn)生產(chǎn)中產(chǎn)中產(chǎn)生的生的污染污染物物(1)1616鋼鐵鋼鐵生產(chǎn)生產(chǎn)中產(chǎn)中產(chǎn)生的生的污染污染物物(2)1717第二章第二章 高爐煉鐵高爐煉鐵 2.1.1.1 幾個(gè)基本概念幾個(gè)基本概念1 礦物礦物(Minerals)：地殼中具有均一內(nèi)部結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成及一定物理、化：地殼中具有均一內(nèi)部結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成及一定物理、化學(xué)性質(zhì)的天然化合物或自然元素稱為礦物。其中能夠?yàn)槿祟惱玫膶W(xué)性質(zhì)的天然化合物或自然元素稱為

22、礦物。其中能夠?yàn)槿祟惱玫姆Q為稱為有用礦物有用礦物。 2 礦石礦石(Ore)：在現(xiàn)代的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，能以工業(yè)規(guī)模從中提取金屬、：在現(xiàn)代的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，能以工業(yè)規(guī)模從中提取金屬、金屬化合物或其它產(chǎn)品的礦物稱為金屬化合物或其它產(chǎn)品的礦物稱為礦石礦石。3 礦石的品位礦石的品位(Ore grade)：礦石中有用成分的質(zhì)量百分含量，稱為該礦：礦石中有用成分的質(zhì)量百分含量，稱為該礦石的石的品位品位。4 脈石脈石(Gauge)：礦石中沒有用礦石中沒有用的成分稱為的成分稱為脈石脈石，一般在冶煉過程中需要，一般在冶煉過程中需要去除去除。18185、富礦、富礦(high-grade ore)：含鐵品位：含鐵品

23、位50%的鐵礦石的鐵礦石 赤鐵礦：理論含鐵量赤鐵礦：理論含鐵量70% 磁鐵礦：理論含鐵量磁鐵礦：理論含鐵量72.4% 菱鐵礦：理論含鐵量菱鐵礦：理論含鐵量48 . 3% 褐鐵礦：理論含鐵量褐鐵礦：理論含鐵量55 . 266.1% 6、貧礦、貧礦(lean ore)：實(shí)際含鐵量低于理論含鐵量：實(shí)際含鐵量低于理論含鐵量70%的鐵礦石稱貧的鐵礦石稱貧礦（必須經(jīng)過選礦后使用）礦（必須經(jīng)過選礦后使用）7、塊礦、塊礦(lump ore)和粉礦和粉礦(fine ore)扣除扣除CO2和結(jié)晶水和結(jié)晶水富礦富礦破碎、篩分破碎、篩分塊礦塊礦(510mm),上限上限粉礦（粉礦（5mm）供燒結(jié)廠生產(chǎn)燒結(jié)礦）供燒結(jié)廠生

24、產(chǎn)燒結(jié)礦大中型高爐大中型高爐45mm中小型高爐中小型高爐6080%浮選浮選磁鐵礦磁鐵礦 細(xì)磨細(xì)磨 -200目目6080%磁選磁選褐鐵礦褐鐵礦 先磁化焙燒先磁化焙燒 后細(xì)磨后細(xì)磨 磁選磁選菱鐵礦菱鐵礦 細(xì)磨細(xì)磨 -200目目6080%浮選浮選20202.1.1.2 主要原料主要原料p高爐冶煉用的原料主要有高爐冶煉用的原料主要有鐵礦石鐵礦石（天然富礦和人造富礦）、（天然富礦和人造富礦）、燃料燃料(fuel)（焦炭和噴吹燃料）、（焦炭和噴吹燃料）、熔劑熔劑(flux)（石灰石與白云石等）。（石灰石與白云石等）。p冶煉冶煉1t生鐵大約需要生鐵大約需要1.62.0t礦石，礦石，0.40.6t焦炭焦炭(c

25、oke)，0.20.4t熔劑。熔劑。p高爐冶煉是連續(xù)生產(chǎn)過程，必須盡可能為其提供高爐冶煉是連續(xù)生產(chǎn)過程，必須盡可能為其提供數(shù)量充足、品味數(shù)量充足、品味高、強(qiáng)度好、粒度均勻粉末少、有害雜質(zhì)少及性能穩(wěn)定高、強(qiáng)度好、粒度均勻粉末少、有害雜質(zhì)少及性能穩(wěn)定的原料。的原料。鐵礦石處理工藝流程p礦石礦石(ore)破碎破碎(crush)篩分篩分(screen)富礦富礦(high-grade ore)混勻混勻(mix)高爐；高爐；p礦石礦石破碎破碎篩分篩分貧礦貧礦 (lean ore)磨礦磨礦 (grinding)篩分篩分選礦選礦 造塊造塊人造富礦人造富礦高爐高爐2121燃料燃料p焦炭的作用：焦炭的作用：發(fā)熱劑

26、發(fā)熱劑、還原劑還原劑及及料柱骨架料柱骨架。 粒度：大型高爐粒度：大型高爐 4060mm； 中型高爐中型高爐 2540mm； 小型高爐小型高爐 1525mm；p噴吹燃料：噴吹燃料： 固體（無煙煤與煙煤粉）固體（無煙煤與煙煤粉） 液體（重油、煤焦油）液體（重油、煤焦油） 氣體（天然氣或焦?fàn)t煤氣）氣體（天然氣或焦?fàn)t煤氣）熔劑熔劑p熔劑主要使用石灰石熔劑主要使用石灰石(calcite) 和白云石和白云石(dolomite)；p熔劑的要求：熔劑的要求：有效成分含量高（有效成分含量高（CaO+MgO）；）；有害雜質(zhì)有害雜質(zhì)S、P低；低；粒度均勻，強(qiáng)度好，粉末少。粒度均勻，強(qiáng)度好，粉末少。p熔劑的作用：熔劑

27、的作用：助熔，改善流動(dòng)性，使渣鐵容易分離；助熔，改善流動(dòng)性，使渣鐵容易分離；脫硫（焦炭和礦石中脫硫（焦炭和礦石中S）。）。22222.1.2 燒結(jié)燒結(jié)(sintering)p將各種將各種粉狀鐵礦粉粉狀鐵礦粉，配入適宜的，配入適宜的燃料燃料和和熔劑熔劑，均勻混合，然后放在燒結(jié)，均勻混合，然后放在燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火燒結(jié)。在燃料燃燒產(chǎn)生高溫和一系列物理化學(xué)變化作用下，部分機(jī)點(diǎn)火燒結(jié)。在燃料燃燒產(chǎn)生高溫和一系列物理化學(xué)變化作用下，部分混合料顆粒表面發(fā)生軟化熔融，產(chǎn)生一定數(shù)量的液相，并潤濕其它未融混合料顆粒表面發(fā)生軟化熔融，產(chǎn)生一定數(shù)量的液相，并潤濕其它未融化的礦石顆粒。冷卻后，液相將化的礦石顆粒。冷卻后，液相

28、將礦粉顆粒粘結(jié)成塊礦粉顆粒粘結(jié)成塊。這一過程叫是。這一過程叫是燒結(jié)燒結(jié)，所的到的塊礦叫所的到的塊礦叫燒結(jié)礦燒結(jié)礦。燒結(jié)生產(chǎn)的必要性燒結(jié)生產(chǎn)的必要性 在自然界中，能直接用于高爐冶煉的富礦越來越少，使得人們不得不在自然界中，能直接用于高爐冶煉的富礦越來越少，使得人們不得不開采貧礦（含鐵品位開采貧礦（含鐵品位252540%40%），但貧礦直接入爐是不經(jīng)濟(jì)的，仍須經(jīng)過），但貧礦直接入爐是不經(jīng)濟(jì)的，仍須經(jīng)過選礦提高其品位。要選礦，必須對(duì)礦石進(jìn)行破碎研磨，因此鐵礦粉選礦選礦提高其品位。要選礦，必須對(duì)礦石進(jìn)行破碎研磨，因此鐵礦粉選礦后粒度組成不符合高爐冶煉的要求，必須經(jīng)過造塊后方可用于冶煉。后粒度組成不符合

29、高爐冶煉的要求，必須經(jīng)過造塊后方可用于冶煉。燒結(jié)礦的優(yōu)點(diǎn)燒結(jié)礦的優(yōu)點(diǎn) 燒結(jié)礦是人工制造的礦石，它比天然礦石有許多優(yōu)點(diǎn)，通常含燒結(jié)礦是人工制造的礦石，它比天然礦石有許多優(yōu)點(diǎn)，通常含鐵量高，粒度組成均勻，氣孔率大，成分穩(wěn)定，還原性能好。另外，鐵量高，粒度組成均勻，氣孔率大，成分穩(wěn)定，還原性能好。另外，含堿性熔劑，高爐造渣性能好，具有良好的冶金性能。高爐使用燒含堿性熔劑，高爐造渣性能好，具有良好的冶金性能。高爐使用燒結(jié)礦，可提高產(chǎn)量，降低燃料消耗。結(jié)礦，可提高產(chǎn)量，降低燃料消耗。燒結(jié)燒結(jié)工藝工藝流程流程2424燒結(jié)過程示意圖燒結(jié)過程示意圖p燒結(jié)料層有明顯的分層，依次出現(xiàn)燒結(jié)料層有明顯的分層，依次出現(xiàn)

30、燒結(jié)礦層燒結(jié)礦層、燃燒層燃燒層、預(yù)熱和干預(yù)熱和干燥燥 層層、過濕層過濕層，然后又，然后又 相繼消失，最后剩下相繼消失，最后剩下 燒結(jié)礦層燒結(jié)礦層。燒結(jié)過程的主要反應(yīng)燒結(jié)過程的主要反應(yīng)p燃燒反應(yīng)燃燒反應(yīng)：C+O2，燒結(jié)廢氣中以，燒結(jié)廢氣中以CO2為主，存在少量為主，存在少量CO，還有一些，還有一些自由氧和氮。自由氧和氮。 2C+O2=2CO； C+O2=CO2p分解反應(yīng)分解反應(yīng)： 結(jié)晶水的分解：褐鐵礦（結(jié)晶水的分解：褐鐵礦（mFe2O3nH2O） 高嶺土（高嶺土（Al2O3 2SiO22H2O) 熔劑分解：熔劑分解：CaCO3=CaO+CO2(750以上以上) MgCO3=MgO+CO2(720

31、)2525燒結(jié)過程的主要反應(yīng)燒結(jié)過程的主要反應(yīng)p還原與再氧化反應(yīng)：還原與再氧化反應(yīng)：Fe、Mn等等 靠近燃料顆粒處：靠近燃料顆粒處：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2; Fe3O4+CO=3FeO+CO2; 遠(yuǎn)離燃料顆粒處：遠(yuǎn)離燃料顆粒處：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3; 3FeO+1/2O2=Fe3O4.p氣化反應(yīng)：脫硫氣化反應(yīng)：脫硫8595。 FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2 2FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO2燒結(jié)礦的形成燒結(jié)礦的形成p燒結(jié)礦是一種由多種礦物組成的復(fù)合體。由燒結(jié)礦是一種由多種礦物組成的復(fù)合體。由含鐵礦物含鐵礦物和和脈石礦物脈石礦物組成的液相

32、粘結(jié)在一起組成組成的液相粘結(jié)在一起組成。p含含鐵礦物鐵礦物有磁鐵礦、方鐵礦（或浮氏體）、赤鐵礦有磁鐵礦、方鐵礦（或浮氏體）、赤鐵礦p粘結(jié)相粘結(jié)相主要有鐵橄欖石、鈣鐵橄欖石、硅灰石、硅酸二鈣、硅酸主要有鐵橄欖石、鈣鐵橄欖石、硅灰石、硅酸二鈣、硅酸三鈣、三鈣、鐵酸鈣鐵酸鈣、鈣鐵灰石及少量反應(yīng)不全的游離石英和石灰。、鈣鐵灰石及少量反應(yīng)不全的游離石英和石灰。2626礦物名礦物名SiO2CaOMgOAl2O3Fe2O3Fe3O4熔點(diǎn)（熔點(diǎn)（）1730257027992042156515972727 燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo) 燒結(jié)礦質(zhì)量對(duì)高爐冶煉有重大影響，改善其質(zhì)量是燒結(jié)礦質(zhì)量對(duì)高爐冶煉有重大影響，

33、改善其質(zhì)量是“精料精料”的主的主要措施。要措施。 對(duì)其質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有化學(xué)成分、物理性能、冶金性能等。對(duì)其質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有化學(xué)成分、物理性能、冶金性能等。 化學(xué)成分化學(xué)成分 高爐要求燒結(jié)礦化學(xué)成分穩(wěn)定，波動(dòng)小，有害雜質(zhì)少。高爐要求燒結(jié)礦化學(xué)成分穩(wěn)定，波動(dòng)小，有害雜質(zhì)少。 主要包主要包括括TFeTFe、FeOFeO、S S、堿度（、堿度（CaO/SiOCaO/SiO2 2）。）。 目前武鋼入爐燒結(jié)礦品位在目前武鋼入爐燒結(jié)礦品位在55%55%56%56%左右，一級(jí)品允許波動(dòng)范左右，一級(jí)品允許波動(dòng)范圍為圍為0.50.5；堿度在；堿度在1.901.90左右，一級(jí)品允許波動(dòng)范圍為左右，一級(jí)品允許波動(dòng)

34、范圍為0.080.08；S S含量一級(jí)品含量一級(jí)品0.08%0.08%。2828 物理性能物理性能 包括機(jī)械強(qiáng)度和粒度組成等。高爐要求燒結(jié)礦機(jī)械強(qiáng)度高，粉末少，包括機(jī)械強(qiáng)度和粒度組成等。高爐要求燒結(jié)礦機(jī)械強(qiáng)度高，粉末少，粒度均勻。粒度均勻。 燒結(jié)礦粒度小于燒結(jié)礦粒度小于5mm5mm的稱之為粉末。粉末含量對(duì)高爐料柱透氣性影的稱之為粉末。粉末含量對(duì)高爐料柱透氣性影響很大。粉末含量高，高爐透氣性差，導(dǎo)致爐況不順，可能引起響很大。粉末含量高，高爐透氣性差，導(dǎo)致爐況不順，可能引起崩料或懸料。崩料或懸料。 反應(yīng)機(jī)械強(qiáng)度的指標(biāo)為：轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、抗磨指數(shù)、篩分指數(shù)。反應(yīng)機(jī)械強(qiáng)度的指標(biāo)為：轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、抗磨指數(shù)、篩分指

35、數(shù)。 目前武鋼燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度大約在目前武鋼燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度大約在79%79%80%80%左右。左右。高溫冶金性能高溫冶金性能 低溫還原粉化率（低溫還原粉化率（RDI Reduction Degradation Index ）：是指燒）：是指燒結(jié)礦在高爐上部約結(jié)礦在高爐上部約500500還原氣氛下抗粉化的能力。還原氣氛下抗粉化的能力。 3.15mm3.15mm粒粒級(jí)越小越好。級(jí)越小越好。 還原度（還原度（RI）：是指燒結(jié)礦在）：是指燒結(jié)礦在900 900 還原氣氛下被還原成還原氣氛下被還原成FeFe的能的能力。還原度越高越好力。還原度越高越好2929 天然塊礦天然塊礦(生礦生礦)氧化球團(tuán)氧化球

36、團(tuán)酸性爐料酸性爐料堿性爐料堿性爐料: 高堿度燒結(jié)礦高堿度燒結(jié)礦保證高爐爐渣堿度保證高爐爐渣堿度CaO/SiO2=11.25精礦粉：用于生產(chǎn)氧化球團(tuán)精礦粉：用于生產(chǎn)氧化球團(tuán)粉礦粉礦+精礦粉：用于生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦精礦粉：用于生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦氧化球團(tuán)氧化球團(tuán): 品位高（品位高（TFe6267%） 粒度均勻粒度均勻(915mm) 強(qiáng)度高強(qiáng)度高(150200kg) 還原性好還原性好高堿度燒結(jié)礦高堿度燒結(jié)礦：堿度：堿度(CaO/SiO2)1.6 機(jī)械強(qiáng)度好機(jī)械強(qiáng)度好 冶金性能好冶金性能好: 還原性能還原性能,低溫還原粉化性能低溫還原粉化性能,軟熔性能軟熔性能燒結(jié)機(jī)燒結(jié)機(jī)p世界上世界上90%以上燒以上燒結(jié)礦

37、由結(jié)礦由抽風(fēng)帶式燒結(jié)抽風(fēng)帶式燒結(jié)機(jī)機(jī)生產(chǎn)，其主要設(shè)備生產(chǎn)，其主要設(shè)備為為燒結(jié)臺(tái)車燒結(jié)臺(tái)車。3030 氧化球團(tuán)氧化球團(tuán): 品位高品位高, 粒度均勻粒度均勻(915mm), 強(qiáng)度高強(qiáng)度高(150200kg), 還原性好，還原性好， 是是一種優(yōu)質(zhì)的煉鐵原料一種優(yōu)質(zhì)的煉鐵原料品種品種TFeFeOCaOSiO2MgOAl2O3MnOSR巴西球團(tuán)巴西球團(tuán)65.811.610.473.670.730.490.13國產(chǎn)球團(tuán)國產(chǎn)球團(tuán)63.210.171.226.010.480.760.20國產(chǎn)球團(tuán)國產(chǎn)球團(tuán)64.201.881.333.661.591.510.080.030.36燒結(jié)礦燒結(jié)礦56.337.8010

38、.225.372.452.230.270.0231.90南非塊礦南非塊礦63.260.761.332.490.531.510.150.030.53巴西塊礦巴西塊礦66.624.230.707.940.231.110.09海南塊礦海南塊礦52.171.10.3513.30.020.80.050.520.032.1.3 球團(tuán)球團(tuán)p將準(zhǔn)備好的原料將準(zhǔn)備好的原料(細(xì)磨精礦或其他細(xì)磨粉狀物料、添加劑等細(xì)磨精礦或其他細(xì)磨粉狀物料、添加劑等)，按，按一定比例經(jīng)過配料、混勻制成一定尺寸的小球，然后采用干燥焙一定比例經(jīng)過配料、混勻制成一定尺寸的小球，然后采用干燥焙燒或其他方法使其發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化而硬化固

39、結(jié)這一燒或其他方法使其發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化而硬化固結(jié)這一過程即為過程即為球團(tuán)生產(chǎn)過程球團(tuán)生產(chǎn)過程其產(chǎn)品即為其產(chǎn)品即為球團(tuán)礦球團(tuán)礦。p球團(tuán)礦生產(chǎn)的工藝流程一般包括原料準(zhǔn)備、配料、混合、造球、球團(tuán)礦生產(chǎn)的工藝流程一般包括原料準(zhǔn)備、配料、混合、造球、干燥和焙燒、冷卻、成品和返礦處理等工序。干燥和焙燒、冷卻、成品和返礦處理等工序。 3131生產(chǎn)球團(tuán)礦的原料生產(chǎn)球團(tuán)礦的原料(1) 磁鐵精礦粉磁鐵精礦粉: TFe=6069% (Fe3O4理論品位理論品位72.4%) 粒度粒度- -200目目(0.074mm)7080%（2）粘結(jié)劑：膨潤土）粘結(jié)劑：膨潤土(SiO266.7%, Al2O328.3%,

40、H2O5%): 0.52.5%粘結(jié)劑的作用粘結(jié)劑的作用: (1) 吸收水分吸收水分 (2) 改善精礦粉造改善精礦粉造球性能球性能 (3) 提高生球強(qiáng)度提高生球強(qiáng)度 (4) 提高生球爆裂提高生球爆裂溫度溫度3232950氧化氧化: 保持足夠氧化時(shí)間保持足夠氧化時(shí)間, 使整個(gè)球團(tuán)使整個(gè)球團(tuán)充分氧化充分氧化11501250長大長大: Fe2O3晶體再結(jié)晶長大晶體再結(jié)晶長大, 球團(tuán)強(qiáng)度迅速提高球團(tuán)強(qiáng)度迅速提高 1100: 溫度低于溫度低于1100, Fe2O3再結(jié)晶再結(jié)晶緩慢緩慢,球團(tuán)強(qiáng)度差球團(tuán)強(qiáng)度差 1300: 溫度高于溫度高于1300,Fe2O3開始分開始分解解Fe2O3Fe3O4 若升溫過快若升

41、溫過快, 外層外層Fe2O3迅迅速長大速長大, 阻礙阻礙O2向中心擴(kuò)散向中心擴(kuò)散, 形形成分層結(jié)構(gòu)成分層結(jié)構(gòu),球團(tuán)強(qiáng)度差球團(tuán)強(qiáng)度差. 900: 2Fe3O4 + 1/2O2-3Fe2O3 1100: Fe2O3晶粒長大形成強(qiáng)大的晶橋33336, 8, 10, 16 m2豎爐豎爐, 8m2日產(chǎn)日產(chǎn)1000噸球團(tuán)礦噸球團(tuán)礦 8m2豎爐焙燒室有效高度豎爐焙燒室有效高度(即從爐口到排礦器中心線之即從爐口到排礦器中心線之間的距離間的距離)7.510 m, 焙燒室焙燒室有效容積有效容積6090m3 爐口平均有效寬度爐口平均有效寬度1.7m,長度長度4.65.1m 燃燒室容積燃燒室容積6065m3優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)

42、：結(jié)構(gòu)簡單，對(duì)材質(zhì)無特殊要求結(jié)構(gòu)簡單，對(duì)材質(zhì)無特殊要求缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：單爐產(chǎn)量低，只適用于磁精粉球團(tuán)焙燒單爐產(chǎn)量低，只適用于磁精粉球團(tuán)焙燒 由于豎爐內(nèi)氣體流難控制，焙燒不均勻造成由于豎爐內(nèi)氣體流難控制，焙燒不均勻造成球團(tuán)礦質(zhì)量不均勻球團(tuán)礦質(zhì)量不均勻3434優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，可以處理各種礦石，生產(chǎn)各種球團(tuán)礦缺點(diǎn)：易結(jié)圈3535鼓風(fēng)干燥 抽風(fēng)干燥預(yù)熱焙燒 均熱鼓風(fēng) 冷卻一冷二冷優(yōu)點(diǎn)：操作簡單，控制方便，可以處理各種礦石，生產(chǎn)能力大缺點(diǎn)：上下層質(zhì)量不均，臺(tái)車易損，需要高溫合金，流程復(fù)雜帶式焙燒機(jī)帶式焙燒機(jī)36362.2.1高爐冶煉過程及特點(diǎn)高爐冶煉過程及特點(diǎn)p現(xiàn)代高爐生產(chǎn)過程是一個(gè)龐大的生產(chǎn)體系，除現(xiàn)代高

43、爐生產(chǎn)過程是一個(gè)龐大的生產(chǎn)體系，除高爐本體高爐本體外，還有外，還有供料供料、送風(fēng)送風(fēng)、煤氣凈化除塵煤氣凈化除塵、噴吹燃料噴吹燃料和和渣鐵處理渣鐵處理等系統(tǒng)。等系統(tǒng)。p高爐煉鐵的本質(zhì)高爐煉鐵的本質(zhì) 傳質(zhì)過程傳質(zhì)過程：礦石中的：礦石中的O2- O2- 進(jìn)入煤氣中，實(shí)現(xiàn)鐵與氧的分離進(jìn)入煤氣中，實(shí)現(xiàn)鐵與氧的分離 傳熱過程傳熱過程：煤氣攜帶的熱量傳給爐料，使?fàn)t料熔化成渣鐵，實(shí)現(xiàn)渣鐵分：煤氣攜帶的熱量傳給爐料，使?fàn)t料熔化成渣鐵，實(shí)現(xiàn)渣鐵分離離O2-(礦）礦）CO CO23737高爐結(jié)構(gòu)高爐結(jié)構(gòu)p高爐是由耐火材料砌筑而成高爐是由耐火材料砌筑而成豎式圓豎式圓筒形爐體筒形爐體，外有鋼板制成爐殼加固，外有鋼板制成

44、爐殼加固密封，內(nèi)嵌冷卻器保護(hù)，爐子自上密封，內(nèi)嵌冷卻器保護(hù)，爐子自上而下依次分為而下依次分為爐喉、爐身、爐腰、爐喉、爐身、爐腰、爐腹和爐缸爐腹和爐缸五部分。爐缸部分設(shè)有五部分。爐缸部分設(shè)有風(fēng)口、鐵口和渣口，爐喉以上為裝風(fēng)口、鐵口和渣口，爐喉以上為裝料裝置和煤氣封蓋及導(dǎo)出管。料裝置和煤氣封蓋及導(dǎo)出管。3838高爐爐內(nèi)高爐爐內(nèi)爐料狀況爐料狀況及反應(yīng)及反應(yīng)39392.2.2 燃燒反應(yīng)燃燒反應(yīng)p爐頂加入的焦炭，其中風(fēng)口前燃燒的碳量約占入爐總碳量的爐頂加入的焦炭，其中風(fēng)口前燃燒的碳量約占入爐總碳量的65%75%，是在風(fēng)口前與鼓風(fēng)中的，是在風(fēng)口前與鼓風(fēng)中的O2燃燒，燃燒，1721參加直接還原反參加直接還原

45、反應(yīng)，應(yīng)，10左右溶解進(jìn)入鐵水。左右溶解進(jìn)入鐵水。p燃燒反應(yīng)的燃燒反應(yīng)的作用作用： 為高爐冶煉過程提供主要熱源；為高爐冶煉過程提供主要熱源；為還原反應(yīng)提供為還原反應(yīng)提供CO、H2等還原劑；等還原劑；為爐料下降提供必要的空間。為爐料下降提供必要的空間。燃燒反應(yīng)燃燒反應(yīng)p燃燒反應(yīng)的機(jī)理一般認(rèn)為燃燒反應(yīng)的機(jī)理一般認(rèn)為分兩步分兩步進(jìn)行：進(jìn)行：p風(fēng)口前碳素的燃燒是不完全燃燒，生成風(fēng)口前碳素的燃燒是不完全燃燒，生成CO并放出熱量。并放出熱量。 p由于鼓風(fēng)中總含有一定的水蒸氣，灼熱的由于鼓風(fēng)中總含有一定的水蒸氣，灼熱的C與與H2O發(fā)生下列反應(yīng)：發(fā)生下列反應(yīng)： C+H2O=CO+H2 -124390kJ p實(shí)

46、際生產(chǎn)中的條件下，風(fēng)口前碳素燃燒的最終產(chǎn)物由實(shí)際生產(chǎn)中的條件下，風(fēng)口前碳素燃燒的最終產(chǎn)物由CO、H2、N2組成。組成。2222C+O =CO400660kJ (1)C+CO =2CO 165686kJ (2)(1)+(2)2C+O =2CO294974kJ (3)則：4040回旋區(qū)及燃燒帶回旋區(qū)及燃燒帶p回旋區(qū)回旋區(qū)：風(fēng)口前產(chǎn)生焦炭和煤氣流回旋運(yùn)動(dòng)的區(qū)域稱為回旋區(qū)。：風(fēng)口前產(chǎn)生焦炭和煤氣流回旋運(yùn)動(dòng)的區(qū)域稱為回旋區(qū)。p回旋區(qū)和中間層組成焦炭在爐缸內(nèi)進(jìn)行燃燒反應(yīng)的區(qū)域稱為回旋區(qū)和中間層組成焦炭在爐缸內(nèi)進(jìn)行燃燒反應(yīng)的區(qū)域稱為燃燒帶燃燒帶。p實(shí)踐中常以實(shí)踐中常以CO2降至降至12的位置定為燃燒帶界限。

47、大型高爐的燃燒的位置定為燃燒帶界限。大型高爐的燃燒帶長度在帶長度在10001500mm左右。左右。2.2.3.1基本概念基本概念p還原反應(yīng)還原反應(yīng) 還原劑還原劑奪取金屬氧化物中的氧奪取金屬氧化物中的氧，使之變?yōu)榻饘倩蛟摻饘俚蛢r(jià)氧，使之變?yōu)榻饘倩蛟摻饘俚蛢r(jià)氧化物的反應(yīng)?；锏姆磻?yīng)。 高爐煉鐵常用的還原劑主要有高爐煉鐵常用的還原劑主要有CO、H2和固體碳和固體碳。 p鐵氧化物的還原順序鐵氧化物的還原順序 遵循逐級(jí)還原的原則。遵循逐級(jí)還原的原則。 當(dāng)溫度小于當(dāng)溫度小于570時(shí)，按時(shí)，按Fe2O3Fe3O4Fe的順序還原。的順序還原。 當(dāng)溫度大于當(dāng)溫度大于570時(shí)，按時(shí)，按Fe2O3Fe3O4 FeO

48、Fe的順序的順序還原。還原。41412.2.3.2 高爐內(nèi)鐵氧化物的還原高爐內(nèi)鐵氧化物的還原p用用CO和和H2還原鐵氧化物還原鐵氧化物 用用CO和和H2還原鐵氧化物，生成還原鐵氧化物，生成CO2和和H2O還原反應(yīng)叫還原反應(yīng)叫間接還原間接還原。 用用CO作還原劑的還原反應(yīng)主要在高爐內(nèi)小于作還原劑的還原反應(yīng)主要在高爐內(nèi)小于800的區(qū)域進(jìn)行。的區(qū)域進(jìn)行。 用用H2作還原劑的還原反應(yīng)主要在高爐內(nèi)作還原劑的還原反應(yīng)主要在高爐內(nèi)8001100的區(qū)域進(jìn)行。的區(qū)域進(jìn)行。p用固體碳還原鐵氧化物用固體碳還原鐵氧化物 用固體碳還原鐵氧化物，生成用固體碳還原鐵氧化物，生成CO的還原反應(yīng)叫的還原反應(yīng)叫直接還原直接還原。

49、 在高爐內(nèi)具有實(shí)際意義的只有在高爐內(nèi)具有實(shí)際意義的只有FeO+C=Fe+CO的反應(yīng)。的反應(yīng)。 直接還原要通過氣相進(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)過程如下：直接還原要通過氣相進(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)過程如下：p直接還原一般在大于直接還原一般在大于1100的區(qū)域進(jìn)行，的區(qū)域進(jìn)行，8001100區(qū)域?yàn)橹苯訁^(qū)域?yàn)橹苯舆€原與間接還原同時(shí)存在區(qū)，低于還原與間接還原同時(shí)存在區(qū)，低于800的區(qū)域是間接還原區(qū)。的區(qū)域是間接還原區(qū)。 4242錳的還原錳的還原 p高爐內(nèi)錳氧化物的還原由高級(jí)向低級(jí)逐級(jí)還原直到金屬錳，順序?yàn)椋焊郀t內(nèi)錳氧化物的還原由高級(jí)向低級(jí)逐級(jí)還原直到金屬錳，順序?yàn)椋簆從從MnO2到到MnO可通過間接還原進(jìn)行還原反應(yīng)?？赏ㄟ^

50、間接還原進(jìn)行還原反應(yīng)。MnO還原成還原成Mn只能只能靠直接還原取得?？恐苯舆€原取得。pMnO的直接還原是吸熱反應(yīng)。高爐爐溫是錳還原的重要條件，其次適的直接還原是吸熱反應(yīng)。高爐爐溫是錳還原的重要條件，其次適當(dāng)提高爐渣堿度，增加當(dāng)提高爐渣堿度，增加MnO的活度，也有利于錳的直接還原。的活度，也有利于錳的直接還原。p還原出來的錳可溶于生鐵或生成還原出來的錳可溶于生鐵或生成Mn3C溶于生鐵。溶于生鐵。 硅的還原硅的還原p硅的還原只能在硅的還原只能在高爐下部高溫區(qū)高爐下部高溫區(qū)(1300以上以上)以直接還原的形式以直接還原的形式進(jìn)行：進(jìn)行： SiO2+2CSi2CO -628297kJpSiO2在還原時(shí)

51、要吸收大量熱量，硅在高爐內(nèi)只有少量被還原。在還原時(shí)要吸收大量熱量，硅在高爐內(nèi)只有少量被還原。 p還原出來的硅可溶于生鐵或生成還原出來的硅可溶于生鐵或生成FeSi再溶于生鐵。再溶于生鐵。 p較高的爐溫和較低的爐渣堿度有利于硅的還原。較高的爐溫和較低的爐渣堿度有利于硅的還原。 p鐵水中的含硅量可作為衡量爐溫水平的標(biāo)志。鐵水中的含硅量可作為衡量爐溫水平的標(biāo)志。4343磷的還原磷的還原 p磷酸鐵磷酸鐵(FeO)3P2O58H2O又稱藍(lán)鐵礦，藍(lán)鐵礦結(jié)晶水分解后，形又稱藍(lán)鐵礦，藍(lán)鐵礦結(jié)晶水分解后，形成多微孔的結(jié)構(gòu)較易還原，反應(yīng)式為：成多微孔的結(jié)構(gòu)較易還原，反應(yīng)式為： p磷酸鈣磷酸鈣（主要存在形式）在高爐內(nèi)

52、首先進(jìn)入爐渣，在（主要存在形式）在高爐內(nèi)首先進(jìn)入爐渣，在11001300時(shí)用碳作還原劑還原磷，其還原率能達(dá)時(shí)用碳作還原劑還原磷，其還原率能達(dá)60；當(dāng)有；當(dāng)有SiO2存在時(shí)，可以存在時(shí)，可以加速磷的還原：加速磷的還原： p磷在高爐冶煉條件下，磷在高爐冶煉條件下，全部全部被還原以被還原以Fe2P形態(tài)溶于生鐵。形態(tài)溶于生鐵。4444FeO + C = Fe + CO 650kcal/kgFeMnO + C = Mn + CO 1248kcal/kgMnSiO2+ 2C = Si + 2CO 5360 kcal/kgSi2Ca3(PO4)2+3SiO2+10C = 3Ca2SiO4+4P +10CO5

53、471kcal/kg P鐵水主要成分：鐵水主要成分：C、Si、Mn、P、S、 元素元素 收得率收得率 鐵鐵 99.7% 錳錳 4060% （煉鋼生鐵）（煉鋼生鐵） 70%（鑄造生鐵）（鑄造生鐵） 磷磷 100%鉛、鋅、砷的還原鉛、鋅、砷的還原 p還原出來的鉛（密度還原出來的鉛（密度11.34g/cm3）易沉積于爐底，滲入）易沉積于爐底，滲入磚縫，破壞爐底；部分鉛在高爐內(nèi)易揮發(fā)上升，遇到磚縫，破壞爐底；部分鉛在高爐內(nèi)易揮發(fā)上升，遇到CO2和和H2O將被氧化，隨爐料一起下降時(shí)又被還原，在爐內(nèi)循將被氧化，隨爐料一起下降時(shí)又被還原，在爐內(nèi)循環(huán)。環(huán)。p還原出來的鋅，在爐內(nèi)揮發(fā)、氧化、體積增大使?fàn)t墻破壞，

54、還原出來的鋅，在爐內(nèi)揮發(fā)、氧化、體積增大使?fàn)t墻破壞，或凝附于爐墻形成爐瘤?；蚰接跔t墻形成爐瘤。p還原出來的砷，與鐵化合影響鋼鐵性能，使鋼冷脆，焊接還原出來的砷，與鐵化合影響鋼鐵性能，使鋼冷脆，焊接性能大大降低。性能大大降低。45452.2.3.5生鐵的生成與滲碳過程生鐵的生成與滲碳過程 p生鐵的生成：滲碳和已還原的元素進(jìn)入生鐵中，得到含生鐵的生成：滲碳和已還原的元素進(jìn)入生鐵中，得到含F(xiàn)e、C、Si、Mn、P、S等元素的生鐵。等元素的生鐵。 p滲碳過程滲碳過程 固體海綿鐵發(fā)生滲碳過程：固體海綿鐵發(fā)生滲碳過程： （滲（滲C有限，不到有限，不到1）在在1400左右時(shí)，與熾熱的焦炭繼續(xù)進(jìn)行固相滲碳。

55、熔化后的金左右時(shí)，與熾熱的焦炭繼續(xù)進(jìn)行固相滲碳。熔化后的金屬鐵與焦炭發(fā)生滲碳反應(yīng)：屬鐵與焦炭發(fā)生滲碳反應(yīng)：3Fe液液+C焦焦=Fe3C液液。 2.2.4 高爐爐渣與脫硫高爐爐渣與脫硫 p高爐爐渣是鐵礦石中的脈石和焦炭高爐爐渣是鐵礦石中的脈石和焦炭(燃料燃料)中的灰分等與熔劑相互中的灰分等與熔劑相互作用生成低熔點(diǎn)的化合物，形成非金屬的液相。作用生成低熔點(diǎn)的化合物，形成非金屬的液相。高爐爐渣的成分高爐爐渣的成分高爐爐渣作用高爐爐渣作用成渣過程成渣過程生鐵去硫生鐵去硫46462.2.4.1 高爐爐渣的成分高爐爐渣的成分p高爐爐渣的來源：礦石中的脈石、焦炭高爐爐渣的來源：礦石中的脈石、焦炭(燃料燃料)

56、中的灰分、熔劑中的氧中的灰分、熔劑中的氧化物、被侵蝕的爐襯等?；?、被侵蝕的爐襯等。p高爐爐渣的成分：氧化物為主，且含量最多的是高爐爐渣的成分：氧化物為主，且含量最多的是SiO2、CaO、Al2O3、MgO。 p爐渣中氧化物的種類：堿性氧化物、酸性氧化物和中性氧化物。以堿性爐渣中氧化物的種類：堿性氧化物、酸性氧化物和中性氧化物。以堿性氧化物為主的爐渣稱堿性爐渣；以酸性氧化物為主的爐渣稱酸性爐渣。氧化物為主的爐渣稱堿性爐渣；以酸性氧化物為主的爐渣稱酸性爐渣。 p爐渣的堿度爐渣的堿度(R)：爐渣中堿性氧化物和酸性氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之比表：爐渣中堿性氧化物和酸性氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之比表示爐渣堿度：示

57、爐渣堿度： p高爐爐渣堿度一般表示式：高爐爐渣堿度一般表示式：R=w(CaO)w (SiO2) p爐渣的堿度根據(jù)高爐原料和冶煉產(chǎn)品的不同，一般在爐渣的堿度根據(jù)高爐原料和冶煉產(chǎn)品的不同，一般在1.01.25之間。之間。 47472.2.4.2 成渣過程成渣過程 （1）焦炭在風(fēng)口處完全燃燒，）焦炭在風(fēng)口處完全燃燒，灰分灰分進(jìn)入爐渣。進(jìn)入爐渣。 （2）石灰石在下降過程中，）石灰石在下降過程中，分解的分解的CaO在滴落帶，被初渣溶解，參與造渣。在滴落帶，被初渣溶解，參與造渣。 （3）礦石在塊狀帶固相反應(yīng)生成了低熔點(diǎn)的化合物沿焦炭縫隙流下，分離出）礦石在塊狀帶固相反應(yīng)生成了低熔點(diǎn)的化合物沿焦炭縫隙流下，

58、分離出初渣初渣。隨后渣中。隨后渣中(FeO)不斷還原不斷還原進(jìn)入鐵中，至滴落帶，爐渣以滴狀下落，渣中進(jìn)入鐵中，至滴落帶，爐渣以滴狀下落，渣中FeO已降到已降到23。 （4）滴落的初渣成分不斷變化，初渣開始是自然堿度，以后隨著）滴落的初渣成分不斷變化，初渣開始是自然堿度，以后隨著SiO2的還原的還原，石灰石渣化石灰石渣化并加入并加入焦炭灰分焦炭灰分，經(jīng)過堿度波動(dòng)之后形成，經(jīng)過堿度波動(dòng)之后形成終渣終渣。 成渣過程中，成渣過程中，軟熔帶軟熔帶對(duì)爐內(nèi)料柱透氣性影響很大，習(xí)慣上把這一帶叫對(duì)爐內(nèi)料柱透氣性影響很大，習(xí)慣上把這一帶叫成渣帶成渣帶。 2.2.4.2 高爐爐渣的作用高爐爐渣的作用p分離渣鐵分離渣

59、鐵，具有良好的流動(dòng)性，能順利排出爐外。，具有良好的流動(dòng)性，能順利排出爐外。p具有足夠的脫硫能力具有足夠的脫硫能力，盡可能降低生鐵含硫量，保證冶煉出合格的生鐵。，盡可能降低生鐵含硫量，保證冶煉出合格的生鐵。p具有調(diào)整生鐵成分，保證生鐵質(zhì)量的作用具有調(diào)整生鐵成分，保證生鐵質(zhì)量的作用。p保護(hù)爐襯，保護(hù)爐襯，具有較高熔點(diǎn)的爐渣，易附著于爐襯上，形成具有較高熔點(diǎn)的爐渣，易附著于爐襯上，形成“渣皮渣皮”，保護(hù)，保護(hù)爐襯，維持生產(chǎn)。爐襯，維持生產(chǎn)。48482.2.4.3 生鐵去硫生鐵去硫p硫的來源：礦石、焦炭、熔劑和噴吹燃料中的硫分。爐料中硫的來源：礦石、焦炭、熔劑和噴吹燃料中的硫分。爐料中焦炭焦炭帶入帶入

60、的硫最多，占的硫最多，占7080。p冶煉每噸生鐵由爐料帶入的總硫量稱冶煉每噸生鐵由爐料帶入的總硫量稱硫負(fù)荷硫負(fù)荷。p爐渣去硫爐渣去硫 爐渣去硫反應(yīng)：爐渣去硫反應(yīng)： FeS+(CaO)=(CaS)+(FeO) 生成的生成的FeO在高溫下與焦炭作用：在高溫下與焦炭作用： (FeO)+C=Fe+CO-Q 總的脫硫反應(yīng)可寫成：總的脫硫反應(yīng)可寫成： FeS+(CaO)+C=(CaS)+Fe+CO-Q p爐外脫硫爐外脫硫 高爐常用的爐外脫硫劑是蘇打粉高爐常用的爐外脫硫劑是蘇打粉(Na2CO3)。反應(yīng)式為：。反應(yīng)式為： Na2CO3+FeS=Na2S+FeO+CO2-Q 還有還有石灰石灰、白云石、電石、復(fù)合