1、12022-8-7/7:07:541主要内容主要内容2.1 高炉冶炼用原料高炉冶炼用原料(raw materials)2.2 高炉炼铁原理高炉炼铁原理2.3 高炉结构及附属设备高炉结构及附属设备2.4 高炉操作高炉操作22022-8-7/7:07:5422.1 高炉冶炼用原料高炉冶炼用原料2.1.1 主要原料主要原料2.1.2 烧结烧结(sintering)2.1.3 球团球团(pelletizing)32022-8-7/7:07:5432.1.1.1 几个基本概念几个基本概念1 矿物矿物(Minerals)：地壳中具有均一内部结构、化学：地壳中具有均一内部结构、化学组成及一定物理、化学性质的
2、天然化合物或自然组成及一定物理、化学性质的天然化合物或自然元素称为矿物。其中能够为人类利用的称为元素称为矿物。其中能够为人类利用的称为有用有用矿物矿物。2 矿石矿石(Ore)：在现代的技术经济条件下，能以工业：在现代的技术经济条件下，能以工业规模从中提取金属、金属化合物或其它产品的矿规模从中提取金属、金属化合物或其它产品的矿物称为物称为矿石矿石。3 矿石的品位矿石的品位(Ore grade)：矿石中有用成分的质量：矿石中有用成分的质量百分含量，称为该矿石的百分含量，称为该矿石的品位品位。4 脉石脉石(Gauge)：矿石中没有用矿石中没有用的成分称为的成分称为脉石脉石，一，一般在冶炼过程中需要般
3、在冶炼过程中需要去除去除。42022-8-7/7:07:5445、富矿、富矿(high-grade ore)：含铁品位：含铁品位50%的铁矿石的铁矿石 赤铁矿：理论含铁量赤铁矿：理论含铁量70%磁铁矿：理论含铁量磁铁矿：理论含铁量72.4%菱铁矿：理论含铁量菱铁矿：理论含铁量48.3%褐铁矿：理论含铁量褐铁矿：理论含铁量55.266.1%6、贫矿、贫矿(lean ore)：实际含铁量低于理论含铁量：实际含铁量低于理论含铁量70%的的铁矿石称贫矿（必须经过选矿后使用）铁矿石称贫矿（必须经过选矿后使用）7、块矿、块矿(lump ore)和粉矿和粉矿(fine ore)扣除扣除CO2和结晶水和结晶水
4、富矿富矿破碎、筛分破碎、筛分块矿块矿(510mm),上限上限粉矿（粉矿（5mm）供烧结厂生产烧结矿）供烧结厂生产烧结矿大中型高炉大中型高炉45mm中小型高炉中小型高炉6080%浮选浮选磁铁矿磁铁矿 细磨细磨 -200目目6080%磁选磁选褐铁矿褐铁矿 先磁化焙烧先磁化焙烧 后细磨后细磨 磁选磁选菱铁矿菱铁矿 细磨细磨 -200目目6080%浮选浮选62022-8-7/7:07:5462.1.1.2 主要原料主要原料p 高炉冶炼用的原料主要有高炉冶炼用的原料主要有铁矿石铁矿石（天然富矿和（天然富矿和人造富矿）、人造富矿）、燃料燃料(fuel)（焦炭和喷吹燃料）、（焦炭和喷吹燃料）、熔剂熔剂(fl
5、ux)（石灰石与白云石等）。（石灰石与白云石等）。p 冶炼冶炼1t生铁大约需要生铁大约需要1.62.0t矿石，矿石，0.40.6t焦炭焦炭(coke)，0.20.4t熔剂。熔剂。p 高炉冶炼是连续生产过程，必须尽可能为其提高炉冶炼是连续生产过程，必须尽可能为其提供供数量充足、品味高、强度好、粒度均匀粉末数量充足、品味高、强度好、粒度均匀粉末少、有害杂质少及性能稳定少、有害杂质少及性能稳定的原料。的原料。72022-8-7/7:07:547铁矿石铁矿石磁铁矿（磁铁矿（Fe3O4）-magnettie赤铁矿（赤铁矿（Fe2O3）-hematite褐铁矿（褐铁矿（mFe2O3nH2O）-limoni
6、te 菱铁矿（菱铁矿（FeCO3）-siderite 82022-8-7/7:07:548铁矿石处理工艺流程p 矿石矿石(ore)破碎破碎(crush)筛分筛分(screen)富矿富矿(high-grade ore)混匀混匀(mix)高炉；高炉；p 矿石矿石破碎破碎筛分筛分贫矿贫矿 (lean ore)磨矿磨矿 (grinding)筛分筛分选矿选矿 造块造块人造富矿人造富矿高炉高炉92022-8-7/7:07:549燃料燃料p 焦炭的作用：焦炭的作用：发热剂发热剂、还原剂还原剂及及料柱骨架料柱骨架。粒度：大型高炉粒度：大型高炉 4060mm；中型高炉中型高炉 2540mm；小型高炉小型高炉 1
7、525mm；p 喷吹燃料：喷吹燃料：固体（无烟煤与烟煤粉）固体（无烟煤与烟煤粉）液体（重油、煤焦油）液体（重油、煤焦油）气体（天然气或焦炉煤气）气体（天然气或焦炉煤气）102022-8-7/7:07:5510熔剂熔剂p 熔剂主要使用石灰石熔剂主要使用石灰石(calcite)和白云石和白云石(dolomite)；p 熔剂的要求：熔剂的要求：有效成分含量高（有效成分含量高（CaO+MgO）；）；有害杂质有害杂质S、P低；低；粒度均匀，强度好，粉末少。粒度均匀，强度好，粉末少。p 熔剂的作用：熔剂的作用：助熔，改善流动性，使渣铁容易分离；助熔，改善流动性，使渣铁容易分离；脱硫（焦炭和矿石中脱硫（焦炭
8、和矿石中S）。）。112022-8-7/7:07:55112.1.2 烧结烧结(sintering)p 将各种将各种粉状铁矿粉粉状铁矿粉，配入适宜的，配入适宜的燃料燃料和和熔剂熔剂，均匀混合，然后放在烧结机点火烧结。在燃料均匀混合，然后放在烧结机点火烧结。在燃料燃烧产生高温和一系列物理化学变化作用下，燃烧产生高温和一系列物理化学变化作用下，部分混合料颗粒表面发生软化熔融，产生一定部分混合料颗粒表面发生软化熔融，产生一定数量的液相，并润湿其它未融化的矿石颗粒。数量的液相，并润湿其它未融化的矿石颗粒。冷却后，液相将冷却后，液相将矿粉颗粒粘结成块矿粉颗粒粘结成块。这一过程。这一过程叫是叫是烧结烧结，
9、所的到的块矿叫，所的到的块矿叫烧结矿烧结矿。122022-8-7/7:07:5512 烧结生产的必要性 在自然界中，能直接用于高炉冶炼的富矿越来越少，使得人们不得不开采贫矿（含铁品位2540%），但贫矿直接入炉是不经济的，仍须经过选矿提高其品位。要选矿，必须对矿石进行破碎研磨，因此铁矿粉选矿后粒度组成不符合高炉冶炼的要求，必须经过造块后方可用于冶炼。132022-8-7/7:07:5513 烧结矿的优点 烧结矿是人工制造的矿石，它比天然矿石有许多优点，通常含铁量高，粒度组成均匀，气孔率大，成分稳定，还原性能好。另外，含碱性熔剂，高炉造渣性能好，具有良好的冶金性能。高炉使用烧结矿，可提高产量，降
10、低燃料消耗。烧结烧结工艺工艺流程流程152022-8-7/7:07:5615162022-8-7/7:07:5616武钢三烧武钢三烧396m2鼓风环式冷却机鼓风环式冷却机172022-8-7/7:07:5617烧结过程示意图烧结过程示意图p 烧结料层有明显的分层，依次出现烧结料层有明显的分层，依次出现烧结矿层烧结矿层、燃烧层燃烧层、预热和干燥预热和干燥 层层、过湿层过湿层，然后又，然后又 相继消失，最后剩下相继消失，最后剩下 烧结矿层烧结矿层。182022-8-7/7:07:5618400m2带式抽风烧结机带式抽风烧结机192022-8-7/7:07:5619烧结过程的主要反应烧结过程的主要反
11、应p 燃烧反应燃烧反应：C+O2，烧结废气中以，烧结废气中以CO2为主，存在为主，存在少量少量CO，还有一些自由氧和氮。，还有一些自由氧和氮。2C+O2=2CO；C+O2=CO2p 分解反应分解反应：结晶水的分解：褐铁矿（结晶水的分解：褐铁矿（mFe2O3nH2O）高岭土（高岭土（Al2O3 2SiO22H2O)熔剂分解：熔剂分解：CaCO3=CaO+CO2(750以上以上)MgCO3=MgO+CO2(720)202022-8-7/7:07:5620烧结过程的主要反应烧结过程的主要反应p 还原与再氧化反应：还原与再氧化反应：Fe、Mn等等 靠近燃料颗粒处：靠近燃料颗粒处：3Fe2O3+CO=2
12、Fe3O4+CO2;Fe3O4+CO=3FeO+CO2;远离燃料颗粒处：远离燃料颗粒处：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3;3FeO+1/2O2=Fe3O4.p 气化反应：脱硫气化反应：脱硫8595。FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2 2FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO2212022-8-7/7:07:5621烧结矿的形成烧结矿的形成p 烧结矿是一种由多种矿物组成的复合体。由烧结矿是一种由多种矿物组成的复合体。由含含铁矿物铁矿物和和脉石矿物脉石矿物组成的液相粘结在一起组成组成的液相粘结在一起组成。p 含含铁矿物铁矿物有磁铁矿、方铁矿（或浮氏体）、赤有磁铁矿、方铁矿（或浮氏体
13、）、赤铁矿铁矿p 粘结相粘结相主要有铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅灰石、主要有铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅灰石、硅酸二钙、硅酸三钙、硅酸二钙、硅酸三钙、铁酸钙铁酸钙、钙铁灰石及少、钙铁灰石及少量反应不全的游离石英和石灰。量反应不全的游离石英和石灰。222022-8-7/7:07:5622矿物名矿物名SiO2CaOMgOAl2O3Fe2O3Fe3O4熔点（熔点（）173025702799204215651597232022-8-7/7:07:5623 烧结矿质量指标 烧结矿质量对高炉冶炼有重大影响，改善其质量是“精料”的主要措施。对其质量评价指标主要有化学成分、物理性能、冶金性能等。242022-8-7/
14、7:07:5624 化学成分 高炉要求烧结矿化学成分稳定，波动小，有害杂质少。主要包括TFe、FeO、S、碱度（CaO/SiO2）。目前武钢入炉烧结矿品位在55%56%左右，一级品允许波动范围为0.5；碱度在1.90左右，一级品允许波动范围为0.08；S含量一级品0.08%。252022-8-7/7:07:5625 物理性能 包括机械强度和粒度组成等。高炉要求烧结矿机械强度高，粉末少，粒度均匀。烧结矿粒度小于5mm的称之为粉末。粉末含量对高炉料柱透气性影响很大。粉末含量高，高炉透气性差，导致炉况不顺，可能引起崩料或悬料。反应机械强度的指标为：转鼓指数、抗磨指数、筛分指数。目前武钢烧结矿的转鼓强
15、度大约在79%80%左右。262022-8-7/7:07:5626高温冶金性能 低温还原粉化率（RDI Reduction Degradation Index）：是指烧结矿在高炉上部约500还原气氛下抗粉化的能力。3.15mm粒级越小越好。还原度（RI）：是指烧结矿在900 还原气氛下被还原成Fe的能力。还原度越高越好272022-8-7/7:07:5627烧结厂巡视烧结厂巡视282022-8-7/7:07:5728烧结机烧结机p 世界上世界上90%以上烧结矿由以上烧结矿由抽风带式烧结抽风带式烧结机机生产，其主生产，其主要设备为要设备为烧结烧结台车台车。292022-8-7/7:07:5729
16、 天然块矿天然块矿(生矿生矿)氧化球团氧化球团酸性炉料酸性炉料碱性炉料碱性炉料:高碱度烧结矿高碱度烧结矿保证高炉炉渣碱度保证高炉炉渣碱度CaO/SiO2=11.25精矿粉：用于生产氧化球团精矿粉：用于生产氧化球团粉矿粉矿+精矿粉：用于生产高碱度烧结矿精矿粉：用于生产高碱度烧结矿氧化球团氧化球团:品位高（品位高（TFe6267%）粒度均匀粒度均匀(915mm)强度高强度高(150200kg)还原性好还原性好高碱度烧结矿高碱度烧结矿：碱度：碱度(CaO/SiO2)1.6 机械强度好机械强度好 冶金性能好冶金性能好:还原性能还原性能,低温还原粉化性能低温还原粉化性能,软熔性能软熔性能302022-8
17、-7/7:07:57302.1.3 球团球团p 将准备好的原料将准备好的原料(细磨精矿或其他细磨粉状物料、细磨精矿或其他细磨粉状物料、添加剂等添加剂等)，按一定比例经过配料、混匀制成一定，按一定比例经过配料、混匀制成一定尺寸的小球，然后采用干燥焙烧或其他方法使其发尺寸的小球，然后采用干燥焙烧或其他方法使其发生一系列的物理化学变化而硬化固结这一过程即生一系列的物理化学变化而硬化固结这一过程即为为球团生产过程球团生产过程其产品即为其产品即为球团矿球团矿。p 球团矿生产的工艺流程一般包括原料准备、配球团矿生产的工艺流程一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和料、混合、造球、干燥和
18、焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序。返矿处理等工序。312022-8-7/7:07:5731 氧化球团氧化球团:品位高品位高,粒度均匀粒度均匀(915mm),强度高强度高(150200kg),还原性好，还原性好，是是一种优质的炼铁原料一种优质的炼铁原料品种品种TFeFeOCaOSiO2MgOAl2O3MnOSR巴西球团巴西球团65.811.610.473.670.730.490.13国产球团国产球团63.210.171.226.010.480.760.20国产球团国产球团64.201.881.333.661.591.510.080.030.36烧结矿烧结矿56.337.8010.225.372.
19、452.230.270.0231.90南非块矿南非块矿63.260.761.332.490.531.510.150.030.53巴西块矿巴西块矿66.624.230.707.940.231.110.09海南块矿海南块矿52.171.10.3513.30.020.80.050.520.03322022-8-7/7:07:5732生产球团矿的原料生产球团矿的原料(1)磁铁精矿粉磁铁精矿粉:TFe=6069%(Fe3O4理论品位理论品位72.4%)粒度粒度-200目目(0.074mm)7080%（2）粘结剂：膨润土）粘结剂：膨润土(SiO266.7%,Al2O328.3%,H2O5%):0.52.5
20、%粘结剂的作用粘结剂的作用:(1)吸收水分吸收水分 (2)改善精矿粉造球性能改善精矿粉造球性能 (3)提高生球强度提高生球强度 (4)提高生球爆裂温度提高生球爆裂温度332022-8-7/7:07:5733基本工艺流程基本工艺流程342022-8-7/7:07:5834球团竖炉球团竖炉352022-8-7/7:07:5935362022-8-7/7:07:5936竖炉生产对生球质量的要求竖炉生产对生球质量的要求(1)粒度要求粒度要求:915 mm(2)抗压强度抗压强度:0.81.0kg/个个(3)落下次数落下次数:3次次(0.5m高度自由落到钢板上高度自由落到钢板上至破裂的次数至破裂的次数)(
21、4)爆裂温度爆裂温度:650 372022-8-7/7:07:5937链篦机链篦机-回转窑球团厂回转窑球团厂 链篦机链篦机-回转窑球团厂回转窑球团厂 382022-8-7/7:07:5938392022-8-7/7:08:0039 900:2Fe3O4 +1/2O2-3Fe2O3 1100:Fe2O3晶粒长大形成强大的晶桥402022-8-7/7:08:0040950氧化氧化:保持足够氧化时间保持足够氧化时间,使整个使整个球团充分氧化球团充分氧化11501250长大长大:Fe2O3晶体再结晶晶体再结晶长大长大,球团强度迅速提高球团强度迅速提高 1100:温度低于温度低于1100,Fe2O3再结
22、再结晶缓慢晶缓慢,球团强度差球团强度差 1300:温度高于温度高于1300,Fe2O3开始开始分解分解Fe2O3Fe3O4 若升温过快若升温过快,外层外层Fe2O3迅迅速长大速长大,阻碍阻碍O2向中心扩散向中心扩散,形形成分层结构成分层结构,球团强度差球团强度差.412022-8-7/7:08:01416,8,10,16 m2竖炉竖炉,8m2日产日产1000吨球团矿吨球团矿 8m2竖炉焙烧室有效高度竖炉焙烧室有效高度(即从炉口到排矿器中心线之即从炉口到排矿器中心线之间的距离间的距离)7.510 m,焙烧室焙烧室有效容积有效容积6090m3 炉口平均有效宽度炉口平均有效宽度1.7m,长度长度4.
23、65.1m 燃烧室容积燃烧室容积6065m3优点：优点：结构简单，对材质无特殊要求结构简单，对材质无特殊要求缺点：缺点：单炉产量低，只适用于磁精粉球团焙烧单炉产量低，只适用于磁精粉球团焙烧 由于竖炉内气体流难控制，焙烧不均匀造成由于竖炉内气体流难控制，焙烧不均匀造成球团矿质量不均匀球团矿质量不均匀422022-8-7/7:08:0142优点：设备简单，可以处理各种矿石，生产各种球团矿缺点：易结圈432022-8-7/7:08:0143鼓风干燥 抽风干燥预热焙烧 均热鼓风 冷却一冷二冷优点：操作简单，控制方便，可以处理各种矿石，生产能力大缺点：上下层质量不均，台车易损，需要高温合金，流程复杂带式
24、焙烧机带式焙烧机442022-8-7/7:08:02442.2 高炉炼铁原理高炉炼铁原理2.2.1 高炉冶炼过程及特点高炉冶炼过程及特点2.2.2 燃烧反应燃烧反应2.2.3 还原反应还原反应2.2.4 高炉炉渣与脱硫高炉炉渣与脱硫2.2.5 炉料与煤气运动炉料与煤气运动 2.2.6 高炉生产主要技术经济指标高炉生产主要技术经济指标452022-8-7/7:08:0245武钢武钢 6号高炉号高炉462022-8-7/7:08:0246宝钢宝钢4号高炉号高炉 472022-8-7/7:08:0247芬兰鲁基（芬兰鲁基（Ruukki）公司的）公司的1号高炉号高炉 482022-8-7/7:08:0
25、248450m3高炉高炉492022-8-7/7:08:024950m3小高炉小高炉502022-8-7/7:08:02502.2.1高炉冶炼过程及特点高炉冶炼过程及特点p 现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除高炉本体高炉本体外，还有外，还有供料供料、送风送风、煤气净化除尘煤气净化除尘、喷吹燃料喷吹燃料和和渣铁处理渣铁处理等系统。等系统。p 高炉炼铁的本质高炉炼铁的本质 传质过程传质过程：矿石中的：矿石中的O2-O2-进入煤气中，实现铁与氧的分离进入煤气中，实现铁与氧的分离 传热过程传热过程：煤气携带的热量传给炉料，使炉料熔化成：煤气携带的热量传给炉
26、料，使炉料熔化成渣铁，实现渣铁分离渣铁，实现渣铁分离O2-(矿）矿）CO CO2512022-8-7/7:08:0251高炉生产工艺流程522022-8-7/7:08:0252532022-8-7/7:08:0253高炉结构高炉结构p 高炉是由耐火材料砌筑高炉是由耐火材料砌筑而成而成竖式圆筒形炉体竖式圆筒形炉体，外有钢板制成炉壳加固外有钢板制成炉壳加固密封，内嵌冷却器保护，密封，内嵌冷却器保护，炉子自上而下依次分为炉子自上而下依次分为炉喉、炉身、炉腰、炉炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸腹和炉缸五部分。炉缸五部分。炉缸部分设有风口、铁口和部分设有风口、铁口和渣口，炉喉以上为装料渣口，炉喉以上为装料装
27、置和煤气封盖及导出装置和煤气封盖及导出管。管。542022-8-7/7:08:0254高炉高炉炉内炉内炉料炉料状况状况及反及反应应552022-8-7/7:08:02552.2.2 燃烧反应燃烧反应p 炉顶加入的焦炭，其中风口前燃烧的碳量约占入炉顶加入的焦炭，其中风口前燃烧的碳量约占入炉总碳量的炉总碳量的65%75%，是在风口前与鼓风，是在风口前与鼓风中的中的O2燃烧，燃烧，1721参加直接还原反应，参加直接还原反应，10左右溶解进入铁水。左右溶解进入铁水。p 燃烧反应的燃烧反应的作用作用：为高炉冶炼过程提供主要热源；为高炉冶炼过程提供主要热源；为还原反应提供为还原反应提供CO、H2等还原剂；
28、等还原剂；为炉料下降提供必要的空间。为炉料下降提供必要的空间。562022-8-7/7:08:0256燃烧反应燃烧反应p 燃烧反应的机理一般认为燃烧反应的机理一般认为分两步分两步进行：进行：p 风口前碳素的燃烧是不完全燃烧，生成风口前碳素的燃烧是不完全燃烧，生成CO并放并放出热量。出热量。p 由于鼓风中总含有一定的水蒸气，灼热的由于鼓风中总含有一定的水蒸气，灼热的C与与H2O发生下列反应：发生下列反应：C+H2O=CO+H2 -124390kJ p 实际生产中的条件下，风口前碳素燃烧的最终产实际生产中的条件下，风口前碳素燃烧的最终产物由物由CO、H2、N2组成。组成。2222C+O=CO400
29、660kJ (1)C+CO=2CO 165686kJ (2)(1)+(2)2C+O=2CO294974kJ (3)则：572022-8-7/7:08:0257回旋区及燃烧带回旋区及燃烧带p 回旋区回旋区：风口前产生焦炭：风口前产生焦炭和煤气流回旋运动的区域和煤气流回旋运动的区域称为回旋区。称为回旋区。p 回旋区和中间层组成焦炭回旋区和中间层组成焦炭在炉缸内进行燃烧反应的在炉缸内进行燃烧反应的区域称为区域称为燃烧带燃烧带。p 实践中常以实践中常以CO2降至降至12的位置定为燃烧带界限。的位置定为燃烧带界限。大型高炉的燃烧带长度在大型高炉的燃烧带长度在10001500mm左右。左右。582022-
30、8-7/7:08:02582.2.3 还原反应还原反应2.2.3.1 基本概念基本概念2.2.3.2 高炉内铁氧化物的还原高炉内铁氧化物的还原2.2.3.3 高炉内非铁元素的还原高炉内非铁元素的还原592022-8-7/7:08:02592.2.3.1基本概念基本概念p 还原反应还原反应 还原剂还原剂夺取金属氧化物中的氧夺取金属氧化物中的氧，使之变为金，使之变为金属或该金属低价氧化物的反应。属或该金属低价氧化物的反应。高炉炼铁常用的还原剂主要有高炉炼铁常用的还原剂主要有CO、H2和固体和固体碳碳。p 铁氧化物的还原顺序铁氧化物的还原顺序 遵循逐级还原的原则。遵循逐级还原的原则。当温度小于当温度
31、小于570时，按时，按Fe2O3Fe3O4Fe的顺序还原。的顺序还原。当温度大于当温度大于570时，按时，按Fe2O3Fe3O4 FeOFe的顺序还原。的顺序还原。602022-8-7/7:08:02602.2.3.2 高炉内铁氧化物的还原高炉内铁氧化物的还原p 用用CO和和H2还原铁氧化物还原铁氧化物 用用CO和和H2还原铁氧化物，生成还原铁氧化物，生成CO2和和H2O还原反应叫还原反应叫间接还原间接还原。用用CO作还原剂的还原反应主要在高炉内小作还原剂的还原反应主要在高炉内小于于800的区域进行。的区域进行。用用H2作还原剂的还原反应主要在高炉内作还原剂的还原反应主要在高炉内8001100
32、的区域进行。的区域进行。p 用固体碳还原铁氧化物用固体碳还原铁氧化物 用固体碳还原铁氧化物，生成用固体碳还原铁氧化物，生成CO的还原反应叫的还原反应叫直接还原直接还原。在高炉内具有实际意义的只有在高炉内具有实际意义的只有FeO+C=Fe+CO的反应。的反应。直接还原要通过气相进行反应，其反应过程如直接还原要通过气相进行反应，其反应过程如下：下：p 直接还原一般在大于直接还原一般在大于1100的区域进行，的区域进行，8001100区域为直接还原与间接还原同时存在区，区域为直接还原与间接还原同时存在区，低于低于800的区域是间接还原区。的区域是间接还原区。622022-8-7/7:08:02622
33、.2.3.3 高炉内非铁元素的还原高炉内非铁元素的还原 p 锰的还原锰的还原p 硅的还原硅的还原p 磷的还原磷的还原 p 铅、锌、砷的还原铅、锌、砷的还原 632022-8-7/7:08:0263锰的还原锰的还原 p 高炉内锰氧化物的还原由高级向低级逐级还原直高炉内锰氧化物的还原由高级向低级逐级还原直到金属锰，顺序为：到金属锰，顺序为：p 从从MnO2到到MnO可通过间接还原进行还原反应。可通过间接还原进行还原反应。MnO还原成还原成Mn只能靠直接还原取得。只能靠直接还原取得。p MnO的直接还原是吸热反应。高炉炉温是锰还的直接还原是吸热反应。高炉炉温是锰还原的重要条件，其次适当提高炉渣碱度，
34、增加原的重要条件，其次适当提高炉渣碱度，增加MnO的活度，也有利于锰的直接还原。的活度，也有利于锰的直接还原。p 还原出来的锰可溶于生铁或生成还原出来的锰可溶于生铁或生成Mn3C溶于生铁。溶于生铁。642022-8-7/7:08:0264硅的还原硅的还原p 硅的还原只能在硅的还原只能在高炉下部高温区高炉下部高温区(1300以上以上)以直接还原的形式进行：以直接还原的形式进行：SiO2+2CSi2CO -628297kJp SiO2在还原时要吸收大量热量，硅在高炉内只在还原时要吸收大量热量，硅在高炉内只有少量被还原。有少量被还原。p 还原出来的硅可溶于生铁或生成还原出来的硅可溶于生铁或生成FeS
35、i再溶于生再溶于生铁。铁。p 较高的炉温和较低的炉渣碱度有利于硅的还原。较高的炉温和较低的炉渣碱度有利于硅的还原。p 铁水中的含硅量可作为衡量炉温水平的标志。铁水中的含硅量可作为衡量炉温水平的标志。652022-8-7/7:08:0265磷的还原磷的还原 p 磷酸铁磷酸铁(FeO)3P2O58H2O又称蓝铁矿，蓝铁矿结又称蓝铁矿，蓝铁矿结晶水分解后，形成多微孔的结构较易还原，反应式为：晶水分解后，形成多微孔的结构较易还原，反应式为：p 磷酸钙磷酸钙（主要存在形式）在高炉内首先进入炉渣，在（主要存在形式）在高炉内首先进入炉渣，在11001300时用碳作还原剂还原磷，其还原率能时用碳作还原剂还原磷
36、，其还原率能达达60；当有；当有SiO2存在时，可以加速磷的还原：存在时，可以加速磷的还原：p 磷在高炉冶炼条件下，磷在高炉冶炼条件下，全部全部被还原以被还原以Fe2P形态溶于生形态溶于生铁。铁。662022-8-7/7:08:0266铅、锌、砷的还原铅、锌、砷的还原 p 还原出来的铅（密度还原出来的铅（密度11.34g/cm3）易沉积于）易沉积于炉底，渗入砖缝，破坏炉底；部分铅在高炉内易炉底，渗入砖缝，破坏炉底；部分铅在高炉内易挥发上升，遇到挥发上升，遇到CO2和和H2O将被氧化，随炉料一将被氧化，随炉料一起下降时又被还原，在炉内循环。起下降时又被还原，在炉内循环。p 还原出来的锌，在炉内挥
37、发、氧化、体积增大使还原出来的锌，在炉内挥发、氧化、体积增大使炉墙破坏，或凝附于炉墙形成炉瘤。炉墙破坏，或凝附于炉墙形成炉瘤。p 还原出来的砷，与铁化合影响钢铁性能，使钢冷还原出来的砷，与铁化合影响钢铁性能，使钢冷脆，焊接性能大大降低。脆，焊接性能大大降低。672022-8-7/7:08:0267FeO+C=Fe+CO 650kcal/kgFeMnO+C=Mn+CO 1248kcal/kgMnSiO2+2C=Si+2CO 5360 kcal/kgSi2Ca3(PO4)2+3SiO2+10C=3Ca2SiO4+4P+10CO5471kcal/kg P铁水主要成分：铁水主要成分：C、Si、Mn、P
38、、S、元素元素 收得率收得率 铁铁 99.7%锰锰 4060%（炼钢生铁）（炼钢生铁）70%（铸造生铁）（铸造生铁）磷磷 100%682022-8-7/7:08:02682.2.3.5生铁的生成与渗碳过程生铁的生成与渗碳过程 p 生铁的生成：渗碳和已还原的元素进入生铁中，得到含生铁的生成：渗碳和已还原的元素进入生铁中，得到含Fe、C、Si、Mn、P、S等元素的生铁。等元素的生铁。p 渗碳过程渗碳过程 固体海绵铁发生渗碳过程：固体海绵铁发生渗碳过程：（渗（渗C有限，不到有限，不到1）在在1400左右时，与炽热的焦炭继续进行固相渗碳。左右时，与炽热的焦炭继续进行固相渗碳。熔化后的金属铁与焦炭发生渗
39、碳反应：熔化后的金属铁与焦炭发生渗碳反应：3Fe液液+C焦焦=Fe3C液液。692022-8-7/7:08:02692.2.4 高炉炉渣与脱硫高炉炉渣与脱硫 p 高炉炉渣是铁矿石中的脉石和焦炭高炉炉渣是铁矿石中的脉石和焦炭(燃料燃料)中的中的灰分等与熔剂相互作用生成低熔点的化合物，灰分等与熔剂相互作用生成低熔点的化合物，形成非金属的液相。形成非金属的液相。高炉炉渣的成分高炉炉渣的成分 高炉炉渣作用高炉炉渣作用 成渣过程成渣过程 生铁去硫生铁去硫702022-8-7/7:08:02702.2.4.1 高炉炉渣的成分高炉炉渣的成分p 高炉炉渣的来源：矿石中的脉石、焦炭高炉炉渣的来源：矿石中的脉石、
40、焦炭(燃料燃料)中的灰中的灰分、熔剂中的氧化物、被侵蚀的炉衬等。分、熔剂中的氧化物、被侵蚀的炉衬等。p 高炉炉渣的成分：氧化物为主，且含量最多的是高炉炉渣的成分：氧化物为主，且含量最多的是SiO2、CaO、Al2O3、MgO。p 炉渣中氧化物的种类：碱性氧化物、酸性氧化物和中炉渣中氧化物的种类：碱性氧化物、酸性氧化物和中性氧化物。以碱性氧化物为主的炉渣称碱性炉渣；以性氧化物。以碱性氧化物为主的炉渣称碱性炉渣；以酸性氧化物为主的炉渣称酸性炉渣。酸性氧化物为主的炉渣称酸性炉渣。p 炉渣的碱度炉渣的碱度(R)：炉渣中碱性氧化物和酸性氧化物的质：炉渣中碱性氧化物和酸性氧化物的质量百分数之比表示炉渣碱度
41、：量百分数之比表示炉渣碱度：p 高炉炉渣碱度一般表示式：高炉炉渣碱度一般表示式：R=w(CaO)w(SiO2)p 炉渣的碱度根据高炉原料和冶炼产品的不同，一般在炉渣的碱度根据高炉原料和冶炼产品的不同，一般在1.01.25之间。之间。712022-8-7/7:08:02712.2.4.2 高炉炉渣的作用高炉炉渣的作用p 分离渣铁分离渣铁，具有良好的流动性，能顺利排出炉外。，具有良好的流动性，能顺利排出炉外。p 具有足够的脱硫能力具有足够的脱硫能力，尽可能降低生铁含硫量，保，尽可能降低生铁含硫量，保证冶炼出合格的生铁。证冶炼出合格的生铁。p 具有调整生铁成分，保证生铁质量的作用具有调整生铁成分，保
42、证生铁质量的作用。p 保护炉衬，保护炉衬，具有较高熔点的炉渣，易附着于炉衬上，具有较高熔点的炉渣，易附着于炉衬上，形成形成“渣皮渣皮”，保护炉衬，维持生产。，保护炉衬，维持生产。722022-8-7/7:08:02722.2.4.2 成渣过程成渣过程 （1）焦炭在风口处完全燃烧，）焦炭在风口处完全燃烧，灰分灰分进入炉渣。进入炉渣。（2）石灰石在下降过程中，）石灰石在下降过程中，分解的分解的CaO在滴落带，在滴落带，被初渣溶解，参与造渣。被初渣溶解，参与造渣。（3）矿石在块状带固相反应生成了低熔点的化合）矿石在块状带固相反应生成了低熔点的化合物沿焦炭缝隙流下，分离出物沿焦炭缝隙流下，分离出初渣初
43、渣。随后渣中。随后渣中(FeO)不断还原不断还原进入铁中，至滴落带，炉渣以滴状下落，进入铁中，至滴落带，炉渣以滴状下落，渣中渣中FeO已降到已降到23。（4）滴落的初渣成分不断变化，初渣开始是自然）滴落的初渣成分不断变化，初渣开始是自然碱度，以后随着碱度，以后随着SiO2的还原的还原，石灰石渣化石灰石渣化并加入并加入焦焦炭灰分炭灰分，经过碱度波动之后形成，经过碱度波动之后形成终渣终渣。成渣过程中，成渣过程中，软熔带软熔带对炉内料柱透气性影响很对炉内料柱透气性影响很大，习惯上把这一带叫大，习惯上把这一带叫成渣带成渣带。732022-8-7/7:08:02732.2.4.3 生铁去硫生铁去硫p 硫
44、的来源：矿石、焦炭、熔剂和喷吹燃料中的硫硫的来源：矿石、焦炭、熔剂和喷吹燃料中的硫分。炉料中分。炉料中焦炭焦炭带入的硫最多，占带入的硫最多，占7080。p 冶炼每吨生铁由炉料带入的总硫量称冶炼每吨生铁由炉料带入的总硫量称硫负荷硫负荷。p 炉渣去硫炉渣去硫 炉渣去硫反应：炉渣去硫反应：FeS+(CaO)=(CaS)+(FeO)生成的生成的FeO在高温下与焦炭作用：在高温下与焦炭作用：(FeO)+C=Fe+CO-Q 总的脱硫反应可写成：总的脱硫反应可写成：FeS+(CaO)+C=(CaS)+Fe+CO-Q p 炉外脱硫炉外脱硫 高炉常用的炉外脱硫剂是苏打粉高炉常用的炉外脱硫剂是苏打粉(Na2CO3
45、)。反应式为：。反应式为：Na2CO3+FeS=Na2S+FeO+CO2-Q 还有还有石灰石灰、白云石、电石、复合脱硫剂等。、白云石、电石、复合脱硫剂等。742022-8-7/7:08:0274高炉中铁水脱硫反应：高炉中铁水脱硫反应：高炉渣的主要组成：高炉渣的主要组成：CaO、MgO、SiO2、Al2O3、FeO、MnO、S烧结矿：烧结矿：CaO、SiO2、MgO、Al2O3、S球团矿、块矿：球团矿、块矿：SiO2、Al2O3、S焦炭、煤粉：焦炭、煤粉：SiO2、Al2O3、S高炉中高炉中8085%的的S来自焦炭和煤粉来自焦炭和煤粉主要成分：主要成分：CaO SiO2 Al2O3 MgO Fe
46、O MnO CaS 3540 3540 15（18）12 1.0 0.450.850.851.25w(Mn)一组一组二组二组三组三组0.40.4 1.01.02.0w(P)特级特级一级一级二级二级三级三级0.100.100.150.150.250.250.40w(S)特类特类一类一类二类二类三类三类0.020.020.030.030.050.050.07铁水温度在铁水温度在14501550。按照。按照Si含量的不同，将高炉铁水分为炼钢生铁含量的不同，将高炉铁水分为炼钢生铁(w Si1.25%)和铸造生铁和铸造生铁(w Si1.25%)。炼钢生铁中。炼钢生铁中C含量在含量在3.74.3%之间。之
47、间。我我国国生生铁铁产产品品国国家家标标准准 862022-8-7/7:08:03862.3 高炉结构及附属设备高炉结构及附属设备2.3.1 高炉本体高炉本体2.3.2 高炉附属系统高炉附属系统马钢马钢2500m3高炉高炉 872022-8-7/7:08:03872.3.1 高炉本体高炉本体2.3.1.1 高炉内型高炉内型2.3.1.2 炉顶装料装置炉顶装料装置882022-8-7/7:08:03882.3.1.1 高炉内型高炉内型p 高炉是一个竖立圆筒形炉子，其内部工作空间高炉是一个竖立圆筒形炉子，其内部工作空间形状称为形状称为高炉内型高炉内型，即通过高炉中心线的剖面，即通过高炉中心线的剖面
48、轮廓。高炉内型一般由炉缸、炉腹、炉腰、炉轮廓。高炉内型一般由炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉五段组成。身和炉喉五段组成。p 炉型设计合理，能促进高炉冶炼指标的改善和炉型设计合理，能促进高炉冶炼指标的改善和延长高炉的使用寿命，故延长高炉的使用寿命，故炉型炉型是高炉最基本的是高炉最基本的工艺参数。现代高炉向工艺参数。现代高炉向大型化大型化发展，合理炉型发展，合理炉型总的趋势是总的趋势是矮胖化矮胖化。892022-8-7/7:08:03892.3.1.1 高炉内型高炉内型高炉有效容积：高炉有效容积：51iuVV超大型高炉超大型高炉：Vu3000m3大型高炉：大型高炉：Vu15002500m3中型高炉中型
49、高炉：Vu6001000m3小型高炉：小型高炉：Vu 300m3以下以下我国第一座超大型高炉是我国第一座超大型高炉是1985年年9月月15日建成投产的宝钢日建成投产的宝钢1号高炉号高炉4063m3。到目前为止，我国已经。到目前为止，我国已经建成投产建成投产32004350m3超大型高超大型高炉近炉近20座，座，5000m3级超大型高炉级超大型高炉有河北曹妃甸首钢京唐钢铁公司的有河北曹妃甸首钢京唐钢铁公司的2座座5500m3高炉、沙钢高炉、沙钢5860m3。一一座座4000m3级高炉日产生铁量达到级高炉日产生铁量达到10000 以上。以上。902022-8-7/7:08:04902.3.1.2
50、炉顶装料装置炉顶装料装置p 高炉炉顶装料设备的高炉炉顶装料设备的作用是按冶炼要求，作用是按冶炼要求，向炉内合理布料，同时要严密封住炉内向炉内合理布料，同时要严密封住炉内荒煤气不逸出炉外。荒煤气不逸出炉外。p 常用的炉顶装料设备主要有常用的炉顶装料设备主要有钟式炉顶钟式炉顶和和溜槽式（亦称无钟式）炉顶溜槽式（亦称无钟式）炉顶。912022-8-7/7:08:0491钟式炉顶钟式炉顶1旋转布料器；旋转布料器；2煤气封盖；煤气封盖；3均压室；均压室；4大料钟；大料钟；5大料斗；大料斗；6小料钟；小料钟；7受料斗受料斗922022-8-7/7:08:0492无钟炉顶无钟炉顶1带式上料机；带式上料机；2
