冶金概論2CH2高爐煉鐵

1、第二章第二章 高爐煉鐵高爐煉鐵(Blast Furnace Ironmaking)22主要內(nèi)容主要內(nèi)容2.1 高爐冶煉用原料高爐冶煉用原料(raw materials)2.2 高爐煉鐵原理高爐煉鐵原理2.3 高爐結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)備高爐結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)備2.4 高爐操作高爐操作332.1 高爐冶煉用原料高爐冶煉用原料2.1.1 主要原料主要原料2.1.2 燒結(jié)燒結(jié)(sintering)2.1.3 球團(tuán)球團(tuán)(pelletizing)442.1.1.1 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)：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

2、然組成及一定物理、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玫姆Q為元素稱為礦物。其中能夠?yàn)槿祟惱玫姆Q為有用有用礦物礦物。 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)：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：礦石中有用成分的質(zhì)量百分含量，稱為該礦石的百分含量，稱為該礦石的品位品位。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，一，一般在冶煉過程中需要般在冶煉過程中

3、需要去除去除。555、富礦、富礦(high-grade ore)：含鐵品位：含鐵品位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%的的鐵礦石稱貧礦（必須經(jīng)過選礦后使用）鐵礦石稱貧礦（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

4、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772.1.1.2 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（天然富礦和人造富礦）、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

5、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(coke)，0.20.4t熔劑。熔劑。p 高爐冶煉是連續(xù)生產(chǎn)過程，必須盡可能為其提高爐冶煉是連續(xù)生產(chǎn)過程，必須盡可能為其提供供數(shù)量充足、品味高、強(qiáng)度好、粒度均勻粉末數(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)定少、有害雜質(zhì)少及性能穩(wěn)定的原料。的原料。88鐵礦石鐵礦石磁鐵礦（磁鐵礦（Fe3O4）-magnettie赤鐵礦（赤鐵礦（Fe2O3）-hematite褐鐵礦（褐鐵礦（mFe2O3nH2O）-limonite 菱鐵礦（菱鐵礦（FeCO3）-siderite 99鐵礦石處理工藝流程p 礦石礦石(o

6、re)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1010燃料燃料p 焦炭的作用：焦炭的作用：發(fā)熱劑發(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

7、氣）氣體（天然氣或焦?fàn)t煤氣）1111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：熔劑的作用： 助熔，改善流動性，使渣鐵容易分離；助熔，改善流動性，使渣鐵容易分離； 脫硫（焦炭和礦石中脫硫（焦炭和礦石中S）。）。12122.1.2 燒結(jié)燒結(jié)(sintering)p 將各種將各種粉狀鐵粉狀鐵，配入適宜的，配入適宜的燃料燃料和和熔劑熔劑，均勻，均勻混合，然

8、后放在燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火燒結(jié)。在燃料燃燒混合，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。冷卻的液相，并潤濕其它未融化的礦石顆粒。冷卻后，液相將后，液相將礦粉顆粒粘結(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)燒結(jié)工藝工藝流程流程1414武鋼三燒武鋼三燒396m2鼓風(fēng)環(huán)式冷卻機(jī)鼓風(fēng)環(huán)式冷卻機(jī)1515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

9、現(xiàn)燒結(jié)料層有明顯的分層，依次出現(xiàn)燒結(jié)礦層燒結(jié)礦層、燃燒層燃燒層、預(yù)熱和干燥預(yù)熱和干燥 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。1616400m2帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī)1717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，存在為主，存在少量少量CO，還有一些自由氧和氮。，還有一些自由氧和氮。 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：

10、熔劑分解：CaCO3=CaO+CO2(750以上以上) MgCO3=MgO+CO2(720)1818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+2SO21919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

11、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。由含含鐵礦物鐵礦物和和脈石礦物脈石礦物組成的液相粘結(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）、赤有磁鐵礦、方鐵礦（或浮氏體）、赤鐵礦鐵礦p 粘結(jié)相粘結(jié)相主要有鐵橄欖石、鈣鐵橄欖石、硅灰石、主要有鐵橄欖石、鈣鐵橄欖石、硅灰石、硅酸二鈣、硅酸三鈣、硅酸二鈣、硅酸三鈣、鐵酸鈣鐵酸鈣、鈣鐵灰石及少、鈣鐵灰石及少量反應(yīng)不全的游離石英和石灰。量反應(yīng)不全的游離石英和石灰。2020燒結(jié)廠巡視燒結(jié)廠巡視2121燒結(jié)機(jī)燒結(jié)機(jī)p 世界上世界上90%以上燒結(jié)礦由以上燒結(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)，其主生產(chǎn)，其

12、主要設(shè)備為要設(shè)備為燒結(jié)燒結(jié)臺車臺車。22222.1.3 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、細(xì)磨精礦或其他細(xì)磨粉狀物料、添加劑等添加劑等)，按一定比例經(jīng)過配料、混勻制成一定，按一定比例經(jīng)過配料、混勻制成一定尺寸的小球，然后采用干燥焙燒或其他方法使其發(fā)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)變化而硬化固結(jié)這一過程即生一系列的物理化學(xué)變化而硬化固結(jié)這一過程即為為球團(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、成品和料

13、、混合、造球、干燥和焙燒、冷卻、成品和返礦處理等工序。返礦處理等工序。 2323圓盤造球機(jī)圓盤造球機(jī) 2424豎爐豎爐球團(tuán)球團(tuán)礦生礦生產(chǎn)的產(chǎn)的工藝工藝流程流程 25252.2 高爐煉鐵原理高爐煉鐵原理2.2.1 高爐冶煉過程及特點(diǎn)高爐冶煉過程及特點(diǎn)2.2.2 燃燒反應(yīng)燃燒反應(yīng)2.2.3 還原反應(yīng)還原反應(yīng)2.2.4 高爐爐渣與脫硫高爐爐渣與脫硫2.2.5 爐料與煤氣運(yùn)動爐料與煤氣運(yùn)動 2.2.6 高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)26262.2.1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

14、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：煤氣攜帶的熱量傳給爐料，使?fàn)t料熔化成渣鐵，實(shí)現(xiàn)渣鐵分離渣鐵，實(shí)現(xiàn)渣鐵分離O2-(礦）礦）CO CO22727高爐生產(chǎn)工藝流程2828高爐結(jié)構(gòu)高爐結(jié)構(gòu)p 高爐是由耐火材料砌筑高爐是由耐火材料砌筑而成而成豎式圓筒形爐體豎式圓筒形爐體，外有鋼板制成爐殼加固外有鋼板制成爐殼加固密封，內(nèi)嵌冷卻器

15、保護(hù)，密封，內(nèi)嵌冷卻器保護(hù)，爐子自上而下依次分為爐子自上而下依次分為爐喉、爐身、爐腰、爐爐喉、爐身、爐腰、爐腹和爐缸腹和爐缸五部分。爐缸五部分。爐缸部分設(shè)有風(fēng)口、鐵口和部分設(shè)有風(fēng)口、鐵口和渣口，爐喉以上為裝料渣口，爐喉以上為裝料裝置和煤氣封蓋及導(dǎo)出裝置和煤氣封蓋及導(dǎo)出管。管。2929高爐高爐爐內(nèi)爐內(nèi)爐料爐料狀況狀況及反及反應(yīng)應(yīng)30302.2.2 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總碳量的65%75%，是在風(fēng)口前與鼓風(fēng)，是在風(fēng)口前與鼓風(fēng)中的中的O2燃燒，燃燒，1721參加直接還原反應(yīng)，參加直接還原反應(yīng)，10左右溶解

16、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。3131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)口前碳素的燃燒只能是不完全燃燒，生成風(fēng)口前碳素的燃燒只能是不完全燃燒，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

17、 p 實(shí)際生產(chǎn)中的條件下，風(fēng)口前碳素燃燒的最終產(chǎn)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：3232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：風(fēng)口前產(chǎn)生焦炭和煤氣流回旋運(yùn)動的區(qū)域和煤氣流回旋運(yùn)動的區(qū)域稱為回旋區(qū)。稱為回旋區(qū)。p 回旋區(qū)和中間層組成焦炭回旋區(qū)和中間層組成焦炭在爐缸內(nèi)進(jìn)行燃燒反應(yīng)的在爐缸內(nèi)進(jìn)行燃燒反應(yīng)的區(qū)域稱為區(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

18、為燃燒帶界限。的位置定為燃燒帶界限。大型高爐的燃燒帶長度在大型高爐的燃燒帶長度在10001500mm左右。左右。33332.2.3 還原反應(yīng)還原反應(yīng)2.2.3.1 基本概念基本概念2.2.3.2 高爐內(nèi)鐵氧化物的還原高爐內(nèi)鐵氧化物的還原2.2.3.3 高爐內(nèi)非鐵元素的還原高爐內(nèi)非鐵元素的還原34342.2.3.1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?，使之變?yōu)榻饘倩蛟摻饘俚蛢r(jià)氧化物的反應(yīng)。屬或該金屬低價(jià)氧化物的反應(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和固體和固體碳碳。 p 鐵氧化物的還原順序鐵氧化物的

19、還原順序 遵循逐級還原的原則。遵循逐級還原的原則。 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 FeOFe的順序還原。的順序還原。35352.2.3.2 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)小作還原劑的還原反應(yīng)主要在高爐內(nèi)小于于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

20、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。 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)過程如直接還原要通過氣相進(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)過程如下：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)橹苯舆€原與間接還原同時(shí)存在區(qū)，區(qū)域?yàn)橹苯舆€原與間接還原同時(shí)存在區(qū)，低于低于800的區(qū)域是間接還原區(qū)。的區(qū)域是間接還原

21、區(qū)。 37372.2.3.3 高爐內(nèi)非鐵元素的還原高爐內(nèi)非鐵元素的還原 p 錳的還原錳的還原p 硅的還原硅的還原p 磷的還原磷的還原 p 鉛、鋅、砷的還原鉛、鋅、砷的還原 3838錳的還原錳的還原 p 高爐內(nèi)錳氧化物的還原由高級向低級逐級還原直高爐內(nèi)錳氧化物的還原由高級向低級逐級還原直到金屬錳，順序?yàn)椋旱浇饘馘i，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^間接還原進(jìn)行還原反應(yīng)。MnO還原成還原成Mn只能靠直接還原取得。只能靠直接還原取得。p MnO的直接還原是吸熱反應(yīng)。高爐爐溫是錳還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，增加原的重要條件

22、，其次適當(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。 3939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)以直接還原的形式進(jìn)行：以直接還原的形式進(jìn)行： SiO2+2CSi2CO -628297kJp SiO2在還原時(shí)要吸收大量熱量，硅在高爐內(nèi)只在還原時(shí)要吸收大量熱量，硅在高爐內(nèi)只有少量被還原。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再溶于生再溶于生鐵。鐵。 p 較高的爐溫

23、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。4040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)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：晶水分解后，形成多微孔的結(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)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，其還原率能時(shí)用碳作還原劑還原磷，其還原率能達(dá)達(dá)60；當(dāng)有；當(dāng)有SiO2存在時(shí)，可以加速磷的還原：存

24、在時(shí)，可以加速磷的還原： 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)溶于生形態(tài)溶于生鐵。鐵。4141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）易沉積于爐底，滲入磚縫，破壞爐底；部分鉛在高爐內(nèi)易爐底，滲入磚縫，破壞爐底；部分鉛在高爐內(nèi)易揮發(fā)上升，遇到揮發(fā)上升，遇到CO2和和H2O將被氧化，隨爐料一將被氧化，隨爐料一起下降時(shí)又被還原，在爐內(nèi)循環(huán)。起下降時(shí)又被還原，在爐內(nèi)循環(huán)。p 還原出來的鋅，在爐內(nèi)揮發(fā)、氧化、體積增大使還原出來的鋅，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。爐墻

25、破壞，或凝附于爐墻形成爐瘤。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。脆，焊接性能大大降低。42422.2.3.5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。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)

26、生滲碳反應(yīng)：熔化后的金屬鐵與焦炭發(fā)生滲碳反應(yīng)：3Fe液液+C焦焦=Fe3C液液。 43432.2.4 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)中的中的灰分等與熔劑相互作用生成低熔點(diǎn)的化合物，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。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44442.2.4.1 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)中的灰中的灰分、熔劑中的氧化物、被侵蝕的

27、爐襯等。分、熔劑中的氧化物、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。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)：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：量百分?jǐn)?shù)之比表示爐渣堿度： p 高爐爐渣堿度一般表

28、示式：高爐爐渣堿度一般表示式：R=m(CaO)m (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1.01.3之間。之間。 45452.2.4.2 高爐爐渣的作用高爐爐渣的作用p 分離渣鐵分離渣鐵，具有良好的流動性，能順利排出爐外。，具有良好的流動性，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，盡可能降低生鐵含硫量，保證冶煉出合格的生鐵。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，

29、具有較高熔點(diǎn)的爐渣，易附著于爐襯上，形成形成“渣皮渣皮”，保護(hù)爐襯，維持生產(chǎn)。，保護(hù)爐襯，維持生產(chǎn)。46462.2.4.2 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，在滴落帶，被初渣溶解，參與造渣。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）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，分離出物沿焦炭縫隙流下，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，進(jìn)入鐵中，至滴落帶，爐

30、渣以滴狀下落，渣中渣中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）滴落的初渣成分不斷變化，初渣開始是自然堿度，以后隨著堿度，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焦炭灰分炭灰分，經(jīng)過堿度波動之后形成，經(jīng)過堿度波動之后形成終渣終渣。 成渣過程中，成渣過程中，軟熔帶軟熔帶對爐內(nèi)料柱透氣性影響很對爐內(nèi)料柱透氣性影響很大，習(xí)慣上把這一帶叫大，習(xí)慣上把這一帶叫成渣帶成渣帶。 47472.2.4.3 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硫的來源：礦石、焦炭、熔劑和噴吹燃料中的硫分。爐料中分。爐料中焦炭焦炭帶入的硫最多，占帶入的

31、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)合脫硫劑等

32、。、白云石、電石、復(fù)合脫硫劑等。48482.2.5 爐料與煤氣運(yùn)動爐料與煤氣運(yùn)動2.2.5.1 爐料運(yùn)動爐料運(yùn)動2.2.5.2 煤氣運(yùn)動煤氣運(yùn)動49492.2.5.1爐料運(yùn)動爐料運(yùn)動p 爐料在爐內(nèi)下降的基本條件：高爐內(nèi)不斷形成爐料在爐內(nèi)下降的基本條件：高爐內(nèi)不斷形成促使?fàn)t料下降的自由空間。促使?fàn)t料下降的自由空間。p 形成爐料下降的自由空間的因素形成爐料下降的自由空間的因素 焦炭在風(fēng)口前燃燒生成煤氣。焦炭在風(fēng)口前燃燒生成煤氣。 爐料中的碳素參加直接還原。爐料中的碳素參加直接還原。 爐料在下降過程中重新排列、壓緊并熔化成爐料在下降過程中重新排列、壓緊并熔化成液相，體積縮小。液相，體積縮小。 定時(shí)放

33、出渣鐵。定時(shí)放出渣鐵。50502.2.5.2 煤氣運(yùn)動煤氣運(yùn)動 p 煤氣的體積的變化煤氣的體積的變化p 煤氣的成分的變化煤氣的成分的變化p 煤氣的溫度的變化煤氣的溫度的變化p 煤氣的壓力的變化煤氣的壓力的變化5151煤氣的體積的變化煤氣的體積的變化p 煤氣量取決于冶煉強(qiáng)度、鼓風(fēng)成分、焦比等因煤氣量取決于冶煉強(qiáng)度、鼓風(fēng)成分、焦比等因素。素。p 煤氣的體積煤氣的體積 總量在上升總量在上升 過程中是增過程中是增 加的。加的。5252煤氣成分的變化煤氣成分的變化p CO：煤氣上升過程中，：煤氣上升過程中，CO在高爐下部高溫區(qū)開始增加，在高爐下部高溫區(qū)開始增加，煤氣中的煤氣中的CO含量會相應(yīng)減小。含量會

34、相應(yīng)減小。 p CO2：在爐缸、爐腹部位幾乎為零，從中溫區(qū)開始增加。：在爐缸、爐腹部位幾乎為零，從中溫區(qū)開始增加。p H2：來源于風(fēng)中：來源于風(fēng)中H2O汽和焦炭中的有機(jī)汽和焦炭中的有機(jī)H2和噴吹燃料和噴吹燃料中的揮發(fā)中的揮發(fā)H2，上升過程中由于參加間接還原和生成，上升過程中由于參加間接還原和生成CH4，含量逐漸減少，但由于爐料中結(jié)晶水和碳作用生，含量逐漸減少，但由于爐料中結(jié)晶水和碳作用生成部分成部分H2，又可適量增加煤氣中，又可適量增加煤氣中H2的含量。的含量。p N2：鼓風(fēng)帶入的：鼓風(fēng)帶入的N2，焦炭中的有機(jī)，焦炭中的有機(jī)N2和噴吹燃料中的和噴吹燃料中的揮發(fā)揮發(fā)N2，在上升過程中不參加任何反

35、應(yīng)，絕對量不變。，在上升過程中不參加任何反應(yīng)，絕對量不變。 p CH4：高溫時(shí)少量焦炭與：高溫時(shí)少量焦炭與H2作用生成作用生成CH4，上升過程，上升過程中又加入焦炭揮發(fā)分中中又加入焦炭揮發(fā)分中CH4，但數(shù)量很少，變化不大。，但數(shù)量很少，變化不大。 5353p 爐內(nèi)熱交換現(xiàn)象：爐缸煤氣在上升過程中把熱量爐內(nèi)熱交換現(xiàn)象：爐缸煤氣在上升過程中把熱量傳遞給爐料，溫度逐漸降低；而爐料在下降過程傳遞給爐料，溫度逐漸降低；而爐料在下降過程吸收煤氣的熱量，溫度逐漸上升。吸收煤氣的熱量，溫度逐漸上升。煤氣溫度的變化煤氣溫度的變化5454p 壓頭損失壓頭損失(p)的表示式的表示式 p =P爐缸爐缸-P爐喉爐喉 p

36、 壓頭損失壓頭損失p的作用的作用 增加到一定程度時(shí)，將妨礙高爐順行。增加到一定程度時(shí)，將妨礙高爐順行。煤氣壓力的變化煤氣壓力的變化55552.2.6 高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)p 有效容積利用系數(shù)（有效容積利用系數(shù)（V）：高爐每立方米有效容：高爐每立方米有效容積每天生產(chǎn)的合格鐵水量（積每天生產(chǎn)的合格鐵水量（t/m3d）p 入爐焦比入爐焦比（K）：冶煉一噸生鐵消耗的焦炭量）：冶煉一噸生鐵消耗的焦炭量（kg/t）V V=高爐每天的合格生鐵量高爐每天的合格生鐵量P高爐有效容積高爐有效容積VuK =每天裝入高爐的焦炭量每天裝入高爐的焦炭量高爐每天出鐵量高爐每天出鐵量56p 煤比（

37、或油比）：煤比（或油比）：冶煉一噸生鐵消耗的煤冶煉一噸生鐵消耗的煤粉量或重油（粉量或重油（kg/t）p 燃料比燃料比焦比煤比（或油比）焦比煤比（或油比）p 冶煉強(qiáng)度：冶煉強(qiáng)度：高爐每立方米有效容積每天消耗高爐每立方米有效容積每天消耗的（干）焦炭量（焦比一定的情況下）的（干）焦炭量（焦比一定的情況下） V=I/KM =每天噴入高爐的煤粉量每天噴入高爐的煤粉量高爐每天出鐵量高爐每天出鐵量I =高爐每天消耗的焦炭量高爐每天消耗的焦炭量高爐的有效容積高爐的有效容積57p 生鐵合格率生鐵合格率：生鐵化學(xué)成分符合國家標(biāo)準(zhǔn)的總量占生：生鐵化學(xué)成分符合國家標(biāo)準(zhǔn)的總量占生鐵總量的指標(biāo)。鐵總量的指標(biāo)。p 休風(fēng)率：

38、休風(fēng)率：高爐休風(fēng)時(shí)間（不包括計(jì)劃大、中、小修）高爐休風(fēng)時(shí)間（不包括計(jì)劃大、中、小修）占日歷工作時(shí)間的百分?jǐn)?shù)。占日歷工作時(shí)間的百分?jǐn)?shù)。 規(guī)定的日歷作業(yè)時(shí)間規(guī)定的日歷作業(yè)時(shí)間=日歷時(shí)間日歷時(shí)間-計(jì)劃大中修及封爐時(shí)計(jì)劃大中修及封爐時(shí)間間 休風(fēng)率反映高爐操作及設(shè)備維護(hù)的水平。休風(fēng)率反映高爐操作及設(shè)備維護(hù)的水平。p 生鐵成本：生鐵成本：生產(chǎn)每噸合格生鐵所需原料、燃料、材料、生產(chǎn)每噸合格生鐵所需原料、燃料、材料、動力、人工等一切費(fèi)用的總和，單位：元動力、人工等一切費(fèi)用的總和，單位：元/tFe。p 爐齡（高爐一代壽命）爐齡（高爐一代壽命）：即從高爐點(diǎn)火開始到停爐大：即從高爐點(diǎn)火開始到停爐大修之間實(shí)際運(yùn)行的時(shí)

39、間或產(chǎn)鐵量。爐齡長，產(chǎn)鐵多，修之間實(shí)際運(yùn)行的時(shí)間或產(chǎn)鐵量。爐齡長，產(chǎn)鐵多，經(jīng)濟(jì)效益高。經(jīng)濟(jì)效益高。休風(fēng)率休風(fēng)率=高爐休風(fēng)時(shí)間高爐休風(fēng)時(shí)間規(guī)定的日歷作業(yè)時(shí)間規(guī)定的日歷作業(yè)時(shí)間100%5858鐵鐵 種種煉鋼生鐵煉鋼生鐵牌牌 號號煉煉04煉煉08煉煉10代代 號號L04L08L10w (Si)0.450.450.850.851.25w (Mn)一組一組二組二組三組三組0.40.4 1.01.02.0w (P)特級特級一級一級二級二級三級三級0.100.100.150.150.250.250.40w (S)特類特類一類一類二類二類三類三類0.020.020.030.030.050.050.07鐵水溫度

40、在鐵水溫度在14501550。按照。按照Si含量的不同，將高爐鐵水分為煉鋼生鐵含量的不同，將高爐鐵水分為煉鋼生鐵(w Si4000m3 大型高爐：大型高爐：620m3 中型高爐：中型高爐：255620m3 小型高爐：小型高爐：100m32.3.1.1 高爐內(nèi)型高爐內(nèi)型63632.3.1.2 爐頂裝料裝置爐頂裝料裝置p 高爐爐頂裝料設(shè)備的高爐爐頂裝料設(shè)備的作用是按冶煉要求，作用是按冶煉要求，向爐內(nèi)合理布料，同時(shí)要嚴(yán)密封住爐內(nèi)向爐內(nèi)合理布料，同時(shí)要嚴(yán)密封住爐內(nèi)荒煤氣不逸出爐外?；拿簹獠灰莩鰻t外。p 常用的爐頂裝料設(shè)備主要有常用的爐頂裝料設(shè)備主要有鐘式爐頂鐘式爐頂和和溜槽式（亦稱無鐘式）爐頂溜槽式（亦稱無鐘式）爐頂。6464鐘式爐頂鐘式爐頂1旋轉(zhuǎn)布料器；旋轉(zhuǎn)布料器；2煤氣封蓋；煤氣封蓋；3均壓室；均壓室；4大料鐘；大料鐘；5大料斗；大料斗；6小料鐘；小料鐘；7受料斗受料斗6565無鐘爐頂無鐘爐頂1帶式上料機(jī)；帶式上料機(jī)；2旋轉(zhuǎn)料罐；旋轉(zhuǎn)料罐；3驅(qū)動電動機(jī)；驅(qū)動電動機(jī)；4托盤式料門；托盤式料門；5上密封閥（放散）；上密封閥（放散）；6密封料罐密