《煉鐵工藝培訓(xùn)》word版

1、第一章 煉鐵工藝和原燃料第一節(jié)煉鐵工藝簡(jiǎn)介一鋼鐵工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用鋼鐵工業(yè)在人類社會(huì)活動(dòng)中占有極其重要的地位，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通及國(guó)防等工業(yè)均離不開鋼鐵，一個(gè)國(guó)家的鋼鐵生產(chǎn)水平，直接反映了這個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展程度和人民的生活水平。二、我國(guó)煉鐵史簡(jiǎn)述三、現(xiàn)代化高爐煉鐵生產(chǎn)工藝流程鐵廣泛地存在自然界中，鐵在自然界中的貯存量?jī)H次于鋁，居第二位（Al:7.5%、鐵：5.1%），自然界中的鐵元素主要以氧化物的形式存在于礦石中，如赤鐵礦（Fe2O3）磁鐵礦（Fe3O4）等。高爐冶煉生鐵的本質(zhì)是從鐵礦石中將鐵還原出來(lái)，并熔化成生鐵流出爐外。還原鐵礦石需要的還原劑和熱量由燃料燃燒產(chǎn)生，煉鐵的主要燃料是焦炭，

2、使用了噴吹煤粉、重油、天燃?xì)獾容o助燃料新工藝過程，隨著采礦、選礦和造塊等技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代幾乎采用了人造富礦（燒結(jié)礦、球團(tuán)礦）作為含鐵原料。在高爐煉鐵生產(chǎn)中，高爐是工藝流程的主體，從上部裝入礦石、燃料和熔劑向下運(yùn)動(dòng)，下部鼓入空氣燃燒燃料，產(chǎn)生大量的還原性氣體向上運(yùn)動(dòng)，爐料經(jīng)過加熱、還原、熔化、造渣、滲碳、脫硫等一系列的物理化學(xué)過程，最后生成液態(tài)爐渣和生鐵。高爐是一個(gè)豎式圓筒形冶煉爐，由爐基、爐殼、爐襯及冷卻設(shè)備、支柱或框架組成。從上至下分為：爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸五部分。高爐煉鐵的工藝流程組成：以高爐本體為核心，高爐生產(chǎn)還包括以下幾個(gè)系統(tǒng)：上料系統(tǒng)、裝料系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、煤氣回收與除塵系

3、統(tǒng)、渣鐵處理系統(tǒng)、煤粉噴吹系統(tǒng)以及為這些系統(tǒng)服務(wù)的動(dòng)力系統(tǒng)。1上料系統(tǒng)：包括貯礦場(chǎng)、貯礦槽、焦炭滾動(dòng)篩、稱量漏斗、稱量車、料坑、斜橋和卷?yè)P(yáng)機(jī)，大型高爐采用皮帶上料。這些設(shè)備根據(jù)冶煉工藝要求，把礦、焦等原燃料配成一定質(zhì)量和成分的“料批”運(yùn)到爐頂裝入受料漏斗。2裝料系統(tǒng)：鐘式爐頂包括：受料漏斗，旋轉(zhuǎn)布料器，大小鐘漏斗，大、小鐘，大、小鐘平衡桿，探尺，高壓操作的高爐還有均壓閥和放散閥。無(wú)料鐘爐頂包括：受料罐、上料閘、上密封閥、稱料罐、閥門箱、料流調(diào)節(jié)閥、下密封閥、中心喉管、齒輪箱等。本系統(tǒng)的任務(wù)是均勻地按工藝要求將上料系統(tǒng)到來(lái)的爐料裝入爐內(nèi)。3送風(fēng)系統(tǒng)：包括鼓風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)爐、熱風(fēng)總管、換熱器等，本系統(tǒng)

4、的任務(wù)是把從鼓風(fēng)機(jī)房送出來(lái)的冷風(fēng)加熱送入高爐。4煤氣回收及除塵系統(tǒng)：包括煤氣上升管、煤氣下降管、重力除塵器、洗滌塔、文式管、脫水器、電除塵器或布袋除塵器等。高壓高爐還有高壓閥組。本系統(tǒng)的任務(wù)是將爐頂引出的含塵量很高的荒煤氣凈化成合乎要求的氣體燃料。5渣鐵處理系統(tǒng)：包括出鐵場(chǎng)、泥炮、開口機(jī)、爐前吊車、鐵水罐、渣水罐、鑄鐵機(jī)、堵渣機(jī)、沖渣池及其爐前水力沖渣設(shè)施等。本系統(tǒng)的任務(wù)是定期將爐內(nèi)渣、鐵出凈，保證高爐連續(xù)生產(chǎn)。6噴吹系統(tǒng)：噴吹系統(tǒng)目前以噴煤為主，噴吹系統(tǒng)有制粉機(jī)、收集罐、貯存罐、噴吹罐、混合器和噴槍。本系統(tǒng)的任務(wù)是磨制、收存和計(jì)量后把煤粉或重油從風(fēng)口噴入高爐。7動(dòng)力系統(tǒng)：該系統(tǒng)包括水、電、壓

5、縮空氣、氧氣、蒸氣等生產(chǎn)供應(yīng)部門，本系統(tǒng)的任務(wù)是為高爐提供保障服務(wù)。制氧提供氧氣和氮?dú)?。四、高爐冶煉產(chǎn)品高爐生產(chǎn)的主要產(chǎn)品是生鐵，副產(chǎn)品有爐渣、煤氣和爐塵。生鐵、鋼和熟鐵都是鐵碳合金，它們的主要區(qū)別是含碳量不同，含碳量小于0.2%的為熟鐵，含碳量0.2%1.7%的為鋼，含碳量1.7%以上的為生鐵。高爐生鐵含碳量為4%左右。1生鐵生鐵分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵，它們的主要區(qū)別是含硅量不同。表1、表2分別為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。2爐渣爐渣有許多用途。液態(tài)爐渣用水急冷水淬成水渣，是良好的制磚和制水泥原料。液態(tài)爐渣用高壓蒸氣或壓縮空氣吹成渣棉，可做絕熱材料。冷凝后的干渣也是制磚和制水泥原料。3高爐煤氣每冶煉

6、1噸生鐵約產(chǎn)生17002500m3煤氣，其化學(xué)成分有CO2（1520%），CO（2030%），H2（13%），N2（5658%）和少量的CH4經(jīng)除塵后能成為很好的低熱值氣體燃料，發(fā)熱值一般為29003800KJ/m3，高爐煤氣是無(wú)色無(wú)味透明的氣體，由于含CO較高，會(huì)使人中毒致死。當(dāng)煤氣與空氣混合，煤氣含量達(dá)到4662%，溫度達(dá)到著火點(diǎn)（650）時(shí)，就會(huì)發(fā)生爆炸。因此，在煤氣區(qū)域工作時(shí)要特別注意防火防爆和煤氣中毒。4爐塵（瓦斯灰）爐塵是隨著高速上升的煤氣帶出高爐的細(xì)顆爐料，在除塵系統(tǒng)與煤氣分離。爐塵中主要是含鐵、含碳，每冶煉1噸生鐵約產(chǎn)生1015Kg爐塵。爐塵回收后可作為燒結(jié)原料，也可制水泥。我

7、們漣鋼的爐塵含碳量達(dá)3050%，可做燒磚用的燃料。表1煉鋼用生鐵GB/T7171998鐵種煉鋼生鐵鐵號(hào)牌號(hào)煉04煉08煉010代號(hào)L04L08L010化學(xué)成份C0.35Si0.450.450.850.851.25Mn一組0.4二組0.41.0三組1.002.00P特級(jí)0.1一級(jí)0.1000.15二級(jí)0.150.25三級(jí)0.250.40S特級(jí)0.02一類0.020.03二類0.030.05三類0.050.07五高爐煉鐵主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)高爐生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益的總要求是高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長(zhǎng)壽和安全，主要指標(biāo)有：1高爐有效容積利用系數(shù)：它是指每立方米高爐有效容積一晝夜生產(chǎn)煉鋼鐵的噸數(shù)：P/Vu(

8、t/m3.d)2冶煉強(qiáng)度I：分為焦炭冶煉強(qiáng)度和綜合冶煉強(qiáng)度兩個(gè)指標(biāo)。焦炭冶煉強(qiáng)度是指每晝夜、每立方米高爐有效容積消耗的焦炭量，即一一晝夜裝入高爐的干焦炭（Qk）與有效容積（Vu）的比值：I焦 Ok/ Vu(t/m3.d) 由于采用噴吹技術(shù)，將噴吹的燃料量與焦炭量相加后與有效容積之比稱為綜合冶煉強(qiáng)度： I綜（O噴+Ok）/ Vu(t/m3.d)3休風(fēng)率：休風(fēng)率是指高爐休風(fēng)停產(chǎn)時(shí)間占規(guī)定日歷作業(yè)時(shí)間的百分?jǐn)?shù)，規(guī)定日歷作業(yè)時(shí)間是指日歷時(shí)間減去計(jì)劃大、中修時(shí)間和封爐時(shí)間。4生鐵合格率：這是質(zhì)量指標(biāo)。生鐵化學(xué)成分符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)稱合格生鐵。生產(chǎn)合格生鐵占高爐總鐵量的百分?jǐn)?shù)即為生鐵合格率。5焦比K：它是冶煉

9、1噸生鐵所需的干焦量：KQk/（Kg/t）6折算焦比K折：它是將所煉某種生鐵折算成煉鋼鐵以后，計(jì)算1噸煉鋼鐵所需的干焦量：K折Qk/PxA（Kg/t）。7煤比Y（油比M）：煤比是指冶煉1噸生鐵所噴吹的煤粉量。YQy/p（Kg/t） 8.綜合燃料比：它是冶煉1噸生鐵所需的干焦量與煤粉、重油量之和。K綜=(Qk+Qy+Om)/P （Kg/t） 9.綜合焦比：首先應(yīng)確定煤粉或油或焦炭的置換比。噴吹單位重量（體積）的燃料所能代替焦炭的數(shù)量稱為燃料置換比。綜合焦比是指冶煉1噸生鐵所噴吹的煤粉或重油乘上置換比折算成干焦量。再與冶煉1噸生鐵所噴吹的干焦量相加即為綜合焦比。10.生鐵成本：生鐵成本是指冶煉1噸

10、生鐵所需的費(fèi)用，包括原料、燃料、動(dòng)力、工資及管理等費(fèi)用。生鐵成本是評(píng)價(jià)高爐經(jīng)濟(jì)效益好壞的重要標(biāo)志。表2鑄造用生鐵GB71882鐵種鑄造用生鐵鐵號(hào)牌號(hào)鑄34鑄30鑄26鑄22鑄18鑄14代號(hào)Z34Z30Z26Z22Z18Z14化學(xué)成分C>3.3Si>3.2-3.6>2.8-3.2>2.4-2.8>2.0-2.4>1.6-2.0>1.25-1.6Mn、P、S第二節(jié)含鐵原料和輔助原料一、鐵礦石分類：根據(jù)鐵礦石含鐵礦物的主要性質(zhì)，按其礦物組成，通常將鐵礦石分為四大類：磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦（1） 磁鐵礦石：主要含F(xiàn)e礦物為磁鐵礦，化學(xué)式為Fe3O4；理

11、論含鐵量為72.4%，密度5.2t/m3；顏色為黑色或灰色,有光澤；致密、堅(jiān)硬、難還原；（2） 赤鐵礦石：主要含F(xiàn)e礦物為赤鐵礦，化學(xué)式為Fe2O3；理論含鐵量為70%，密度4.95.3t/m3；顏色為紅色或淺灰色；軟、易破碎、易還原；（3） 菱鐵礦石：主要含F(xiàn)e礦物為菱鐵礦，化學(xué)式為FeCO3;理論含鐵量為48.2%,密度3.8t/m3；顏色為灰?guī)в悬S褐；易破碎、焙燒后易還原；（4） 褐鐵礦石：主要含F(xiàn)e礦物為含結(jié)晶水的氧化鐵，化學(xué)式為mFe2O3nH2O（m=1、2、3；n=1、2、3、4）， 理論含鐵量為55.266.1%,密度2.55.0t/m3；顏色為黃褐、暗褐或絨黑；疏松、易還原；

12、二 鐵礦石質(zhì)量評(píng)價(jià)：決定鐵礦石質(zhì)量的主要因素是其化學(xué)成分、物理性質(zhì)和冶金性能。優(yōu)質(zhì)鐵礦石應(yīng)具備以下幾點(diǎn)：l 含鐵量高，脈石少l 有害雜質(zhì)如硫、磷少l 化學(xué)成分穩(wěn)定l 粒度合適、均勻l 具備一定的機(jī)械強(qiáng)度和良好的高溫冶金性能分述如下： 鐵礦石含鐵量含鐵量亦即品位，是衡量鐵礦石質(zhì)量的主要指標(biāo)。一般把實(shí)際含鐵量占理論含鐵量70%以上稱為富礦，低于此值稱為貧礦，有使用價(jià)值的鐵礦石含鐵量一般在23%65%之間。富礦經(jīng)過破碎、篩分可直接冶煉，貧礦需經(jīng)過選礦富化，造快后才能使用。有無(wú)開采價(jià)值，開采后能否直接入爐及其冶煉價(jià)值的高低主要取決于含鐵量。我國(guó)礦石平均品位33%左右，低于世界鐵礦石平均品位11%。入選

13、原礦品位一般為3031%，已探明鐵礦石儲(chǔ)量的97.5%是需要選礦加工的貧鐵礦。我國(guó)鐵精礦粉品位為51.6%68%，平均62.35%。 脈石成分鐵礦石的脈石的成分一般都是SiO2、Al2O3、CaO、MgO等，以SiO2為主的脈石稱為酸性脈石，以CaO和MgO為主的脈石稱為堿性脈石?，F(xiàn)有的鐵礦石資源中，絕大多數(shù)以酸性為主，含量最高，最應(yīng)重視的是SiO2，因?yàn)殍F礦石中SiO2含量的增加，必然需要加入等量以上的CaO，將引起高爐渣量成雙倍以上的增加，因此要求SiO2含量少一些，CaO含量多一些，MgO多一些，Al2O3少一些。 有害雜質(zhì)和有益元素含量鐵礦石中的某些元素對(duì)高爐冶煉有不利影響，或使鋼鐵性

14、能變壞，這些元素稱為有害元素或有害雜質(zhì)。通常指硫、磷、鉛、砷等。高爐冶煉中要求礦石中的有害元素或有害雜質(zhì)愈少愈好。a、硫：硫?qū)︿撟顬橛泻Φ脑?，它使鋼鐵材料具有熱脆性。b、磷：磷也是有害元素，它使鋼鐵材料具有冷脆性。c、鉛：鉛在礦石中一般以硫化物（PbS）存在，它在高爐中很易還原。鉛不熔于生鐵且其比重大于生鐵，因此沉入爐底，滲入磚縫破壞爐底，甚至使?fàn)t底砌磚漂浮。d、鋅：鋅在鐵礦石中多以硫化物存在（ZnS）。鋅在高爐極易還原，還原的金屬鋅在900時(shí)開始揮發(fā)，上升至高爐上部以氧化成ZnO，部分粘結(jié)在爐墻上生成爐瘤。e、砷：砷在礦石中一般以硫化物存在，它在高爐冶煉過程中全部還原進(jìn)入生鐵，鋼中含砷大于

15、0.1%時(shí)，它能使鋼的脆性增加且焊接性能變壞。（4）、有益元素許多鐵礦石中常伴有錳、鉻、釩、鈦、鎳、銅等元素，形成多金屬和共生礦，這些金屬能改善鋼材的性能，是重要的合金元素，稱為有益元素。（5）、礦石的還原性是評(píng)價(jià)鐵礦石質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。鐵礦石的還原性是指鐵礦石被還原氣體CO或H2還原的難易程度，還原性好，有利于降低焦比。影響鐵礦石還原性能的主要因素有：礦物組成、礦石本身結(jié)構(gòu)的致密程度和氣孔率等。氣孔率大的礦石透氣性好，氣體還原劑與礦石的接觸面增加，加速鐵礦石的還原。（6）礦石的高溫性能：軟化性和熔滴性軟化性：礦石的高溫性能是指在高溫狀態(tài)下開始軟化溫度和軟化區(qū)間兩個(gè)方面。開始軟化溫度是指鐵礦

16、石在一定荷重下加熱的開始變形溫度；軟化區(qū)間是指鐵礦石軟化開始到軟化終了的溫度范圍。通常礦石的開始軟化溫度高，則軟化區(qū)間較窄，反之，則軟化區(qū)間較寬。高爐冶煉要求鐵礦石具有較高的開始軟化溫度和較窄的軟化區(qū)間，以使?fàn)t內(nèi)不會(huì)過早地形成初渣，即成渣位置低，軟熔區(qū)小，有助于改善料柱透氣性。反之，初渣形成過早，初渣中FeO含量高，使?fàn)t內(nèi)透氣性變壞，并增加爐缸熱負(fù)荷，嚴(yán)重影響冶煉過程的正常進(jìn)行。測(cè)定時(shí)將礦石在荷重還原條件下收縮率為4%時(shí)的溫度定為軟化開始溫度，收縮率為40%時(shí)的溫度定為軟化終了溫度。熔滴性：礦石軟化后，在高爐內(nèi)繼續(xù)下行，被進(jìn)一步加熱和還原，并開始熔融。在熔渣和金屬達(dá)到自由流動(dòng)、積聚成滴前，軟熔

17、層透氣性極差，出現(xiàn)很大的壓力降。高爐軟熔帶壓力降約占高爐料柱總壓力降的60%。人們對(duì)礦石在模擬高爐冶煉條件下的熔滴過程進(jìn)行研究，測(cè)定其滴落開始溫度、終了溫度及過程壓力降作為評(píng)價(jià)礦石熔滴性能的依據(jù)。高爐操作要求礦石的熔滴溫度高些、區(qū)間窄些、Pmax低些為好。（7）礦石的粒度鐵礦石的粒度過小會(huì)影響爐內(nèi)料柱的透氣性，使煤氣上升的阻力增大。粒度過大，又使礦石的加熱和還原速度降低。因而規(guī)定粒度小于5的礦粉應(yīng)在入爐前盡可能篩除。而粒度上限依礦石本身的還原性而不同，一般來(lái)說礦石粒度最大為4050，最好的范圍是2535。在縮小鐵礦石粒度的同時(shí)，還應(yīng)使粒度均勻。粒度分布范圍較大的礦石應(yīng)分級(jí)入爐。近年來(lái)普遍有降低

18、粒度的趨勢(shì)。（8）礦石的氣孔率礦石的氣孔率有體積氣孔率和面積氣孔率兩種表示方法；體積氣孔率是指礦石的孔隙占總體積的百分比；面積氣孔率是指單位體積內(nèi)氣孔表面積的絕對(duì)值。高爐冶煉希望礦石的氣孔率要大，燒結(jié)礦和球團(tuán)礦能滿足這種要求。（9）礦石的機(jī)械強(qiáng)度和熱強(qiáng)度鐵礦石的機(jī)械強(qiáng)度是指耐沖擊、耐摩擦、耐擠壓的強(qiáng)弱程度。高爐容積的不斷擴(kuò)大對(duì)入爐鐵礦石的機(jī)械強(qiáng)度的要求也相應(yīng)提高，鐵礦石強(qiáng)度低，轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)產(chǎn)生大量粉末，使入爐成本上升，入爐后產(chǎn)生大量粉末，既增加了爐塵損失，又阻塞了煤氣通路，降低了料柱透氣性，使高爐操作困難。天然塊礦的強(qiáng)度一般都比較好，球團(tuán)礦次之，燒結(jié)礦最差。熱強(qiáng)度：冶煉條件下礦石可能由于以下兩種因素

19、而減低強(qiáng)度：物理吸附水或化學(xué)結(jié)晶水的蒸發(fā)使礦石破裂；礦石結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，強(qiáng)度降低或產(chǎn)生裂縫。一般檢查項(xiàng)目有： 熱爆裂性。通常把具有一定粒度的冷塊礦加入預(yù)熱到一定溫度的容器中，按照爆裂成碎片的比例來(lái)衡量，或者按一定升溫速度下的爆裂程度來(lái)衡量。 低溫還原粉化率。鐵礦石還原過程中，在400600和8001000兩個(gè)溫度區(qū)間會(huì)產(chǎn)生爆裂或強(qiáng)度下降。在400600是因?yàn)镕e2O3還原到Fe3O4或FeO有晶格變化和CO的析碳反應(yīng)，在鐵礦石中形成裂縫，乃至粉化。在8001000則是因?yàn)榈V石軟熔。常用低溫還原粉化和荷重軟化兩種檢驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定。低溫還原粉化測(cè)定有靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法兩種方式。詳見下頁(yè)表。 熱膨脹性。礦石

20、加熱后體積膨脹，球團(tuán)礦更盛。一般認(rèn)為，體積膨脹率在20%以上的球團(tuán)礦就不宜在高爐中大量使用，因?yàn)橐睙挄r(shí)可能造成懸料。礦石體積膨脹率RSI=（V1-V0）/V0×100%式中V1、V0 分別為膨脹后體積和原始體積。（10）、礦石各種指標(biāo)的穩(wěn)定性高爐要保證正常生產(chǎn)，必須有一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的冶煉條件，即不但要有足夠數(shù)量的原料，而且要求各項(xiàng)理化性能相對(duì)穩(wěn)定。特別是礦石的品位、脈石成分和數(shù)量、有害元素、還原性能等指標(biāo)的波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致各項(xiàng)指標(biāo)下降（如焦比、產(chǎn)量、效益等）三、鐵礦石的混勻和中和由于礦山開采的礦石不能直接加入高爐進(jìn)行冶煉，這是由于原礦含鐵量及其它化學(xué)成分波動(dòng)很大，并有多種金屬共生物，粒度組

21、成懸殊等原因所致，必須經(jīng)過加工處理才能使用。一般天然富礦在入爐前進(jìn)行整粒和混勻。貧礦和多種金屬共生礦經(jīng)過選礦去除雜質(zhì)、回收有用成分，加工成成造富礦后使用。所以。鐵礦石加工處理的目的，主要是使高爐上精料，以改善高爐生產(chǎn)指標(biāo)，并做好鐵礦資源的綜合利用。1破碎：根據(jù)對(duì)產(chǎn)品的粒度要求不同，可分為粗碎、中碎、細(xì)碎及粉碎幾個(gè)級(jí)別，粗碎從1000mm破碎到100mm，中碎是從100mm破碎到30mm，細(xì)碎是從30mm破碎到5mm，粉碎是從5mm破碎到1mm以下。2篩分：經(jīng)過破碎后的天然富礦粒度很不均勻，通過篩分可除去粉未并篩出超過規(guī)定粒度上限的大塊，進(jìn)行再破碎，還可完成粒度分級(jí)，使原料分級(jí)入爐或單級(jí)供高爐使

22、用。3混勻：混勻也稱中和，目的是在于穩(wěn)定礦石的各種性質(zhì)?；靹蚝笠蟮V石品位的波動(dòng)小于1%，混勻的主要手段是“平鋪直取”。4焙燒：焙燒是把礦石在一定的氣氛中加熱到比其熔點(diǎn)低200300，以改善礦石的化學(xué)組成和性質(zhì)；去除原料中的有害雜質(zhì)；回收有用元素；同時(shí)還可以使礦石組織疏松，便于破碎和提高礦石的還原性。按照焙燒的氣氛不同分為：氧化焙燒、還原磁化焙燒和氯化焙燒等。5選礦：選礦的目的是為了提高礦石的品位，對(duì)于復(fù)合礦可回收其中有用成分，除去有害雜質(zhì)。選礦的常用方法有磁選和浮選。四、燒結(jié)礦和球團(tuán)礦1.燒結(jié)礦的質(zhì)量評(píng)價(jià)（以一級(jí)品為例）：品位：TFe含量波動(dòng)范圍不超過0.5%堿度：R2（=CaO/SiO2）

23、波動(dòng)范圍不超過0.08倍轉(zhuǎn)鼓和篩分指數(shù)：轉(zhuǎn)鼓（+6.3）72%,篩分指數(shù)8%粒度：5的粉礦應(yīng)篩除。（煉鐵廠規(guī)定入爐礦中5的不超過5%）2.球團(tuán)礦的質(zhì)量評(píng)價(jià)內(nèi)容有 ： 品位穩(wěn)定性： 堿度的穩(wěn)定性以及SiO2的含量： 礦石的含硫量： 粒度范圍（國(guó)內(nèi)球團(tuán)以616為宜）附錄：主要含鐵原料化學(xué)成分表（以2006年1月煉鐵廠的技術(shù)專業(yè)月報(bào)數(shù)據(jù)為例）成分品名原料化學(xué)成分（%）TFeFeOSiO2Al2O3CaOMgOSP燒結(jié)礦55.174.294.981.4611.972.050.0180.048自產(chǎn)豎窯球團(tuán)礦62.990.385.594.541.291.190.0060.165湖北豎球63.554.471

24、.460.990.620.0170.022進(jìn)口球團(tuán)65.863.380.3580.3250.10.01570.0084南非礦65.893.011.390.090.10.0210.066澳礦63.792.921.3290.11690.10.03150.0786五.熔劑在目前的原材料條件下，高爐采用“高堿度燒結(jié)礦+酸性球團(tuán)+塊礦”的爐料結(jié)構(gòu)，熔劑直接入爐量逐漸減少，現(xiàn)在熔劑多應(yīng)用于燒結(jié)工藝。（浙江杭鋼） 熔劑的主要作用是助熔和造渣。 熔劑按性質(zhì)分成三大類l 堿性熔劑：主要有石灰石CaCO3，白云石CaCO3 ·MgCO3l 酸性熔劑：主要有硅石SiO2l 中性熔劑：主要有鐵釩土 熔劑成分

25、的波動(dòng)將引起高爐造渣制度的波動(dòng)。有時(shí)為了保持燒結(jié)礦堿度和基本爐料結(jié)構(gòu)不變，以確保高爐爐況的穩(wěn)定，需要通過微量調(diào)劑使高爐爐渣堿度不發(fā)生變化。當(dāng)下調(diào)堿度時(shí)，越來(lái)越多的企業(yè)不使用硅石，而使用含SiO2量較高的天然塊礦（如海南塊礦）代替，由于加入量比硅石多，容易控制，避免了爐渣堿度的劇烈波動(dòng)。而且由于加入SiO2的同時(shí)也帶入了鐵元素，有助于減少高爐渣量。當(dāng)上調(diào)堿度時(shí)，也可以用轉(zhuǎn)爐鋼渣塊代替石灰石或者白云石直接入爐。 對(duì)堿性熔劑石灰石的質(zhì)量要求：一是熔劑中的堿性氧化物（CaO+MgO）含量要高，而酸性氧化物（SiO2+Al2O3）含量要低，一般要求石灰石中酸性氧化物含量不超過3.5%；二是有害雜質(zhì)S、P

26、含量越少越好；三是要求石灰石有一定的強(qiáng)度和均勻的粒度組成。大高爐要求2550mm，小高爐要求1030mm。六.輔助原料可分為以下三大類：l 含鐵原料：如碎鐵等l 洗爐劑料：如錳礦、螢石等l 護(hù)爐劑料：如釩鈦礦等l附錄：鐵燒結(jié)礦、球團(tuán)礦的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/OHAC 1002004中的有關(guān)技術(shù)要求： 優(yōu)質(zhì)鐵燒結(jié)礦的技術(shù)要求應(yīng)符合下表規(guī)定：項(xiàng)目名稱化學(xué)成分，%物理性能，%冶金性能，%TFeRFeOS轉(zhuǎn)鼓指數(shù)（+6.3mm）篩分指數(shù)（-5mm）低溫還原粉化指數(shù)（RDI）（+3.15mm）還原度指數(shù)（RI）允許波動(dòng)范圍±0.4±0.05±0.5指標(biāo)571.790.03726747

27、8 普通鐵燒結(jié)礦的技術(shù)要求應(yīng)符合下表規(guī)定：項(xiàng)目名稱化學(xué)成分，%物理性能，%冶金性能，%堿度品級(jí)TFeRFeOS轉(zhuǎn)鼓指數(shù)（+6.3mm）篩分指數(shù)（-5mm）低溫還原粉化指數(shù)（RDI）（+3.15mm）還原度指數(shù)（RI）允許波動(dòng)范圍不大于1.52.5一級(jí)±0.5±0.08110.076877478二級(jí)±1.0±0.12120.106597275 球團(tuán)礦的技術(shù)要求應(yīng)符合下表的規(guī)定：品級(jí)化學(xué)成分，%物理性能，%冶金性能，%TFeRFeOS轉(zhuǎn)鼓指數(shù)（+6.3mm）抗壓強(qiáng)度（N/個(gè)球）篩分指數(shù)（-5mm）膨脹率還原度指數(shù)（RI）允許波動(dòng)范圍不大于一級(jí)±0.

28、5±0.0810.0590200051565二級(jí)±1.0±0.1220.0886150052065第三節(jié)燃料高爐用燃料主要有焦炭和噴吹用煤粉。下面僅僅介紹焦炭的有關(guān)內(nèi)容： 焦炭的作用發(fā)熱劑：焦炭在高爐冶煉中作為主要的能量來(lái)源，使高爐內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)得以進(jìn)行。高爐冶煉所需消耗的熱量有7080%來(lái)自燃料的燃燒。還原劑：焦炭中的固定碳（C）和它燃燒產(chǎn)生的CO、H2與鐵礦礦石中各級(jí)氧氣物反應(yīng)，將鐵還原出來(lái)。料柱骨架：高爐內(nèi)的礦石和熔劑下降到高溫區(qū)時(shí)，全部軟化和熔化成液體，焦炭則即不熔化也不軟化，因而成了高爐內(nèi)支承料柱的骨架。焦炭的化學(xué)成分焦炭的化學(xué)成分決定了其化學(xué)性質(zhì)?；瘜W(xué)

29、成分包含有五個(gè)方面，即固定碳、灰分、硫分、揮發(fā)分、水分的百分含量。對(duì)焦炭的質(zhì)量要求亦即其化學(xué)成分的要求，有以下五各方面：固定碳和灰分是焦炭的主要組成部分，兩者互為消長(zhǎng)關(guān)系。固定碳含量高，單位焦炭提供的熱量和還原劑就多，灰分含量就低?；曳趾扛咚鶐?lái)的不良影響有：因灰分中80%是SiO2和Al2O3，灰分高，則高爐渣量增加。灰分在煉焦過程中不能熔融，對(duì)焦炭中各種組織的黏結(jié)很不利，使裂紋增多，強(qiáng)度降低。灰分與焦炭的膨脹性不同，在高爐內(nèi)加熱后，灰分顆粒周圍產(chǎn)生裂紋，使焦炭碎裂、粉化?；曳种械膲A金屬和Fe2O3等都對(duì)焦炭氣化反應(yīng)起催化作用，使焦炭反應(yīng)性指數(shù)增高，影響反應(yīng)后強(qiáng)度。因此要求固定碳含量高而灰

30、分含量低。 硫分高爐燃料（焦炭和煤粉）所帶入的硫量約占高爐硫負(fù)荷的80%，因此要求其含量盡可能低。還有磷、堿金屬等雜質(zhì)含量盡可能低。 揮發(fā)分揮發(fā)分是焦炭成熟程度的標(biāo)志。揮發(fā)分含量低，說明結(jié)焦后期熱分解與熱縮聚程度高，氣孔壁材質(zhì)致密，有利于焦炭顯微硬度，耐磨強(qiáng)度和反應(yīng)后強(qiáng)度的提高，因此揮發(fā)分含量以低為好。 水分焦炭水分波動(dòng)引起入爐干焦量變化，即焦炭真實(shí)負(fù)荷的波動(dòng)，因而要求焦炭水分在穩(wěn)定的前提下盡可能低，水分越高，焦粉粘附在焦塊上，不易篩除而帶入高爐，不利于生產(chǎn)。 磷和堿金屬含量也是需要控制的成分。冷態(tài)機(jī)械強(qiáng)度焦碳強(qiáng)度與高爐生產(chǎn)狀態(tài)和操作指標(biāo)密切相關(guān)，包括抗碎強(qiáng)度M40和抗磨強(qiáng)度M10兩項(xiàng)指標(biāo)。采

31、用米庫(kù)姆轉(zhuǎn)鼓法測(cè)定冷態(tài)機(jī)械強(qiáng)度。焦碳在轉(zhuǎn)動(dòng)的鼓中，不斷地被提料板提起，然后落在鋼板上。在此過程中，焦碳與鼓壁和焦碳之間相互產(chǎn)生撞擊、磨檫的作用，使焦碳沿裂紋破裂以及表面被磨損，用以測(cè)定焦碳的抗碎強(qiáng)度和耐磨強(qiáng)度。鼓體是密閉的鋼板制圓筒，內(nèi)徑（1000±5）mm，鼓內(nèi)長(zhǎng)（1000±5）mm，鼓壁厚度不小于5mm，沿鼓長(zhǎng)方向有4根100mm×50mm×10mm的角鋼，相隔90°焊于鼓內(nèi)壁上。測(cè)量時(shí)，鼓內(nèi)裝入粒度大于60mm的試樣50Kg，以25r/min的速度旋轉(zhuǎn)4min。停轉(zhuǎn)后將鼓內(nèi)全部試樣用直徑40mm及10mm的圓孔篩處理。將焦碳分成大于40m

32、m、4010mm、小于10mm三級(jí)。大于40mm一級(jí)需進(jìn)行手穿孔。篩分時(shí)每次入篩量不得超過15kg。將篩分后的各級(jí)焦碳稱重，大于40mm的焦碳質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)(記為M40)為抗碎強(qiáng)度的指標(biāo)，而小于10mm的碎焦質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（記為M10）為耐磨強(qiáng)度指標(biāo)。GB199680規(guī)定：（類焦）M40/%80.0 M10/%8.0粒度焦炭粒度要求均勻，平均以4050為適宜高溫性能（熱態(tài)條件下的物理化學(xué)性能）焦炭高溫性能包括反應(yīng)性CRI和反應(yīng)后強(qiáng)度CSR。CRI是衡量焦炭在高溫狀態(tài)下抵抗CO2氣化能力的化學(xué)穩(wěn)定性指標(biāo)，反應(yīng)性高，在高爐內(nèi)被CO2溶損的比例高，導(dǎo)致焦比升高，并使焦炭氣孔增大，氣孔壁變薄，強(qiáng)

33、度下降過程加劇，因此，希望焦炭反應(yīng)性低些。反應(yīng)后強(qiáng)度是衡量焦炭經(jīng)受CO2和堿金屬侵蝕狀態(tài)下保持高溫強(qiáng)度的能力，希望焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度高一些。檢測(cè)方法（GB4000-83）：焦炭反應(yīng)性CRI和反應(yīng)后強(qiáng)度CSR是在同一組試驗(yàn)中完成的。試樣是取大于25mm冶金焦20kg，棄去泡焦和爐頭焦，制成直徑2125mm的焦球700g，分成3份，每份不少于220g。試驗(yàn)時(shí)將經(jīng)過烘干備好的焦樣（200±0.5）g裝入反應(yīng)器，一起放入電爐恒溫區(qū)。當(dāng)料層中心溫度達(dá)到400時(shí)，通入0.8L/min的N2保護(hù)；當(dāng)料層中心溫度達(dá)到1100時(shí)，切斷N2改通CO2，流量為5L/min；反應(yīng)2h后停止加熱，切斷CO2改通N

34、2，流量為2L/min，并將反應(yīng)器從爐內(nèi)取出，在室溫下冷卻至100以下，停止通N2，打開反應(yīng)器，取出焦樣稱量，以損失的焦炭質(zhì)量占反應(yīng)前焦樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)為焦炭反應(yīng)性指標(biāo)（記為CRI）。將反應(yīng)后焦樣全部裝入型轉(zhuǎn)鼓內(nèi)（鼓體為普通光管制成，內(nèi)徑130mm，長(zhǎng)700mm），以20轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速共轉(zhuǎn)30min，總轉(zhuǎn)數(shù)600轉(zhuǎn)。然后取出焦樣篩分、稱重，以轉(zhuǎn)鼓后大于10mm粒級(jí)焦炭占反應(yīng)后殘余焦炭的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度指標(biāo)（記為CSR）。下表是煉鐵廠2006年1月技術(shù)專業(yè)月報(bào)中的有關(guān)焦碳質(zhì)量的部分?jǐn)?shù)據(jù)。（空欄是因?yàn)樵碇袥]有數(shù)據(jù)）成分品名燃料化學(xué)成分水分灰分揮發(fā)分SP固定炭M40M10自產(chǎn)焦（大塊）

35、5.712.680.680.827.17自產(chǎn)焦（中塊）15.1412.490.61外購(gòu)焦12.2812.850.6191.195.597.高爐高噴煤比操作對(duì)焦炭質(zhì)量的要求高爐實(shí)施噴煤技術(shù)以來(lái)，由于焦比大幅下降，料柱骨架作用日顯突出，對(duì)焦炭的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，尤其是焦炭的強(qiáng)度要求更高，以提高到達(dá)風(fēng)口時(shí)保持原始粒度的能力。要求如下： 更好的原始強(qiáng)度(冷態(tài)機(jī)械強(qiáng)度)和更均勻的原始粒度。 更好的高溫強(qiáng)度.通過改善反應(yīng)性CRI來(lái)提高反應(yīng)后強(qiáng)度CSR。 因?yàn)榻固炕曳謱?duì)高爐冶煉過程特別是對(duì)焦炭質(zhì)量本身的全面影響，因此強(qiáng)調(diào)降低焦炭灰分。附錄：焦炭的技術(shù)要求見下表：（GB/T 1996-94）粒度（mm）指標(biāo)

36、40252540灰分，Ad%不大于12.0012.0113.513.5115.00硫分，S%不大于0.60. 610.800.811.00機(jī)械強(qiáng)度抗碎強(qiáng)度M25%大于92.092.088.18883.0按供需雙方協(xié)議抗磨強(qiáng)度，M10%不大于7.08.510.5揮發(fā)分Vdaf%，不大于1.9水分含量，%4.0±1.05.0±2.0不大于12.0焦末含量，%，不大于4.05.012.0第二章高爐冶煉基本原理第一節(jié)高爐爐料結(jié)構(gòu)和精料高爐爐料結(jié)構(gòu)是指其原料構(gòu)成中,燒結(jié)礦、球團(tuán)礦和天然塊礦的配比組合，再加上對(duì)這種配比產(chǎn)生的綜合爐料性能評(píng)價(jià)。精料就是高爐原燃料質(zhì)量的優(yōu)化。精料是爐料結(jié)構(gòu)

37、的物質(zhì)基礎(chǔ)，精料技術(shù)是爐料結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)，精料技術(shù)發(fā)展推動(dòng)了爐料結(jié)構(gòu)合理化。反過來(lái)，追求爐料結(jié)構(gòu)合理化不斷對(duì)原燃料品質(zhì)提出更新、更高的要求，促進(jìn)了精料技術(shù)的進(jìn)步。高爐冶煉生產(chǎn)的日益強(qiáng)化，要求原、燃料的質(zhì)量更優(yōu)化。精料工藝是取得優(yōu)質(zhì)原材料的重要方法，可以概括為“六字方針”即“高、熟、穩(wěn)、小、勻、凈“。分述如下：高原料含F(xiàn)e高，還原性高；焦炭C固含量高；熔劑CaO含量高；原料和焦炭的機(jī)械強(qiáng)度高；熟盡量使用精熟料； 穩(wěn)原料的化學(xué)成分穩(wěn)定；小、勻、凈指平均粒度小、粒度均勻、小于下限的粉末篩除干凈。精料是降低單位生鐵全部熱量消耗，充分利用爐內(nèi)煤氣熱能和化學(xué)能的基礎(chǔ)。對(duì)精料的要求一是質(zhì)量要好，二是成本要低

38、。焦炭的質(zhì)量非常重要，提高焦炭質(zhì)量，擴(kuò)大配煤品種、比例等降低成本的實(shí)用技術(shù)也較多，如：完善巖相配煤，防止結(jié)焦性好的煤過分粉碎和弱粘結(jié)性硬煤不粉碎的分煤種破碎技術(shù)，利用廢焦油渣來(lái)做粘結(jié)劑增加型煤比例，以及鍍碳鍍膜技術(shù)等。例如：寶鋼巖相配煤有17年，有效降低了焦炭灰分，當(dāng)焦炭灰分由12%降低到11.3%后，不僅固定碳增加，還使反應(yīng)性CSI26%，反應(yīng)后強(qiáng)度66%。燒結(jié)技術(shù)是發(fā)展低碳厚料層低溫?zé)Y(jié)和低硅燒結(jié)。因而各高爐煉鐵廠根據(jù)各自的原料條件確定最經(jīng)濟(jì)的入爐配比。我廠高爐爐料結(jié)構(gòu)的基本形式是“高堿度燒結(jié)礦+酸性爐料”，酸性爐料為“球團(tuán)礦+天然塊礦”。需要指出的是，高爐冶煉要取得好的技術(shù)指標(biāo)，決定因素

39、還是礦石入爐品位。而決定生產(chǎn)高爐的爐料結(jié)構(gòu)的主要因素是煉鐵成本，即鐵前系統(tǒng)綜合經(jīng)濟(jì)效益。下表是煉鐵廠2006年1月生產(chǎn)計(jì)劃中的爐料結(jié)構(gòu)： 料種高爐類別燒結(jié)礦（%）自產(chǎn)球（%）進(jìn)口球（%）進(jìn)口塊（%）國(guó)內(nèi)球（%）小高爐66221002大高爐58520170第二節(jié) 從高爐解剖看鐵礦石的還原從解剖調(diào)查中初步肯定了高爐冶煉過程可分為五個(gè)區(qū)域，在爐料與煤氣流逆向運(yùn)動(dòng)過程中，熱交換、還原、熔化、渣鐵形成等反應(yīng)依次在五個(gè)區(qū)域中進(jìn)行，這五個(gè)區(qū)域一般稱為五帶或五層。1塊狀帶。爐內(nèi)料柱上部，礦石與焦炭始終保持著明顯的固態(tài)的層次緩緩下降，但層狀趨于水平，而且厚度也逐漸變薄。2軟熔帶。它是由許多固態(tài)焦炭和黏結(jié)在一起的

40、半熔的礦石層組成，焦炭礦石相間，層次分明，由于礦石呈軟熔狀，透氣性極差，煤氣主要是從焦炭層通過，像窗口一樣，此稱其為“焦窗”。3滴落帶。位于軟熔帶之下，熔化后的渣鐵象雨滴一樣穿過固態(tài)焦炭層而滴落。4風(fēng)口帶。焦炭在風(fēng)口前，由于鼓風(fēng)動(dòng)能的作用在劇烈地回旋運(yùn)動(dòng)中燃燒，形成一個(gè)半空狀態(tài)的焦炭回旋區(qū)，這個(gè)區(qū)域是高爐中惟一存在的氧化性區(qū)域。5渣鐵帶。在爐缸下部，主要是液態(tài)渣鐵以及浸入其中的焦炭。鐵滴穿過渣層以及渣鐵界面最終完成必要的渣鐵反應(yīng)，得到合格生鐵。第三節(jié)軟熔帶的形成及其影響因素爐料在爐內(nèi)下降，經(jīng)過還原、軟化、熔化，逐步成為鐵水與爐渣滴落而積存于爐缸，由于礦石從軟熔到滴落的狀態(tài)形成了軟熔帶。軟熔層與

41、爐內(nèi)溫度相適應(yīng)而井然有序的分布著，其分布狀態(tài)以及在爐內(nèi)的位置，因原料的性質(zhì)不同、布料不同和高爐操作不同而變化。一軟熔帶的形狀根據(jù)炊熔帶形狀和特點(diǎn)可分為三種：1倒V形：它的特點(diǎn)是中心溫度高，邊緣溫度低，煤氣利用好，對(duì)高爐冶煉過程的一系列反應(yīng)有著很好的影響。2V形。它的特點(diǎn)是剛好與倒V形相反，邊緣溫度高，中心溫度低，煤氣利用不好，而且不利于爐缸一系列反應(yīng)，高爐操作中應(yīng)該盡是避免它。3W形：它的特點(diǎn)與效果都處于倒V形與V形之間。二、影響軟熔帶的因素根據(jù)高爐解體研究以及礦石的軟熔特性，軟熔形狀與爐內(nèi)等溫線相適應(yīng)，而等溫線和煤氣中的CO2分布曲線相對(duì)應(yīng)的，在高爐操作中爐頂煤氣CO2曲線主要由裝料制度來(lái)調(diào)

42、節(jié)。其次是送風(fēng)制度的影響。因此，軟熔帶的形狀受兩個(gè)方面的影響，即裝料制度和送風(fēng)制度，前者屬于上部調(diào)節(jié)，后者屬于下部調(diào)節(jié)。例如正裝比例為主的高爐，一般是接近倒V形的軟熔帶，如果以倒裝為主或全倒裝的高爐，基本上屬于V形軟熔帶，正裝倒裝都有一定比例的高爐，一般接近W形的軟熔帶。三、軟熔帶對(duì)冶煉過程的影響軟熔帶在高爐中下部起著煤氣再分布的作用，它的形狀與位置對(duì)高爐冶煉過程產(chǎn)生明顯的影響。1倒V形的軟熔帶（1）.氣流穩(wěn)定，煤氣利用改善，爐頂溫度降低，混合煤氣中C02值升高，焦比降低。（2）.中心煤氣流量多，邊緣煤氣流量少，溫度較低，對(duì)爐墻刷蝕較少。（3）.順行得到改善，爐缸活躍，爐溫較高，風(fēng)、渣口破損少

43、。（4）.懸料次數(shù)減少。2V形的軟熔帶（1）. 邊緣煤氣流量多，溫度較高，爐墻刷蝕破壞嚴(yán)重，縮短高爐壽命。（2）.散失熱量多，爐頂溫度降高，焦比高。（3）.煤氣能量利用差。（4）.爐缸不少活躍，中心堆積，風(fēng)、渣口破損多。3W形的軟熔帶介于兩者之間。第四節(jié) 鐵元素的還原及生鐵的形成一、 還原反應(yīng)的基本原理還原劑對(duì)氧的親和力必須大于被還原元素對(duì)氧的親和力。衡量各種元素對(duì)氧的親和力大小，常用這些元素氧化物的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能G0。在高爐冶煉條件下：Cu、Ni、Co、Fe可以全部被還原；Cr、Mn、V、Si、Ti部分被還原；Al、Mg、Ca完全不被還原。二、鐵氧化物的還原由實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐得知，鐵氧化物是按

44、下面還原順序1用CO還原：高于570時(shí)3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2+37130KJ（31）Fe3O4+CO=3FeO+CO220888KJ（32）FeO+CO=Fe+CO2+13605KJ（33）低于570時(shí)：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2+37130KJ（31）Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2+17163KJ（32）上述反應(yīng)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（5） 從Fe2O逐級(jí)還原成Fe，除反應(yīng)式（32）為吸熱反應(yīng)外，其余反應(yīng)勻?yàn)榉艧岱磻?yīng)。3（2）氣相產(chǎn)物為C02。在高爐這種以CO為還原劑，氣相產(chǎn)物為CO2的還原反應(yīng)均稱為間接還原。（3）除反應(yīng)（31）式外，都是可逆反應(yīng)。在一定溫度

45、、壓力下反應(yīng)向右或向左進(jìn)行，取決于氣相反應(yīng)物和生成物的濃度，當(dāng)CO濃度高于生成物CO2的濃度時(shí)，反應(yīng)向右進(jìn)行；當(dāng)CO濃度低于生成物CO2的濃度時(shí)，反應(yīng)向左進(jìn)行。所以用CO還原鐵的氧化物時(shí)，氣相中含必須含有一部分CO與生成物CO2相平衡，不參加反應(yīng)，其過量部分才參加反應(yīng)。平衡所需的CO愈多，CO利用程度愈高。所以CO可能利用的最大限度取決于反應(yīng)平衡的氣相成分。把生成物氣相成分與反應(yīng)物氣相成分之比，稱為平衡常數(shù)，可用下式表示：KPPco2/Pco=CO2%/CO% 因?yàn)椋–O2%）（CO%）100%所以（CO%）100/(1+KP) (3-4)2.溫度對(duì)反應(yīng)的影響不同鐵氧化物在不同溫度下平衡氣相成

46、分是不同的，用(3-4)式可求得在不同溫度下，各鐵氧化物還原反應(yīng)平衡時(shí)，氣相中CO的百分含量，可繪出圖312用固定碳還原焦碳從爐頂裝入，直到風(fēng)口始終以固體狀態(tài)存在。到風(fēng)口才被鼓入的熱風(fēng)燃燒。生成煤氣并產(chǎn)生大量的熱，提供高爐冶煉所需的熱量，所以焦炭既是還原劑，又是發(fā)熱劑。礦石中鐵氧化物不可能在高爐上部全部還原，總有一部分下到高溫區(qū)進(jìn)行最后還原直接還原。（1）還原反應(yīng)的特點(diǎn)根據(jù)鐵氧化物還原的順序，用固體碳的還原反應(yīng)有高于570時(shí)3Fe2O3+C=2Fe3O4+CO108982KJ（35）Fe3O4+C=3FeO+CO2194393KJ（36）FeO+C=Fe+C152190KJ（37）低于570時(shí)

47、：3Fe2O3+C=2Fe3O4+CO108982KJ（38）Fe3O4+4C=3Fe+4CO64309KJ（39）上述反應(yīng)有下面兩個(gè)特點(diǎn)：（1）都是吸熱反應(yīng)，并且直接消耗焦碳中的固定碳。（2）反應(yīng)物沒有氣相，反應(yīng)產(chǎn)物有氣相，所以，反應(yīng)是不可逆的。高爐中用固體碳作還原劑，生成的氣相產(chǎn)物為CO的還原反應(yīng)統(tǒng)稱為直接還原。3用H2還原鐵氧化物高爐冶煉過程中除CO和固體C外，還有燃料帶入及鼓風(fēng)水分分解等產(chǎn)生的氫氣。在沒有噴吹燃料的高爐煤氣中，一般含H2量只占1.8%2.5%，當(dāng)高爐噴吹煤粉后，煤氣中的H2濃度隨噴吹燃料的和種類及噴吹數(shù)量而變化。4復(fù)雜化合物中的鐵氧化物還原高爐爐料中的鐵氧化物常與其它氧

48、化物結(jié)合成復(fù)雜的化合物，例如燒結(jié)礦中的硅酸鐵（Fe2SiO4），熔劑性燒結(jié)礦中的鐵酸鹽（CaO.Fe2O）,釩鈦磁鐵礦中的鈦鐵礦（FeTiO3）等。這此復(fù)雜的還原首先必須分解成自由的鐵氧化物，而再被還原劑還原，因此，還原比較困難，常常會(huì)消耗更多的燃料。（1）硅酸鐵的還原由于硅酸鐵結(jié)構(gòu)致密，還原性差。當(dāng)用CO或H2還原，需在900左右開始，而且還原速度很慢，基本上都是直接還原，其反應(yīng)式為：當(dāng)用CO還原時(shí)：Fe2SiO42FeOSiO2 -47520KJ (3-10)2FeO+ 2CO=2Fe+2CO2 27214K (3-11)將310與311兩式相加得：Fe2SiO42CO2Fe+SiO2+2

49、CO2 -20306KJ (3-12)3當(dāng)有固體碳存在時(shí)：Fe2SiO42FeOSiO2 -47520KJ (3-13)2FeO+ 2CO=2Fe+2CO2 27214K (3-14)2CO22C4CO33159KJ（315）將313、314與315三式相加得：Fe2SiO42C2Fe+SiO2+2CO351900KJ（316）在比較反應(yīng)式37和反應(yīng)式（316）的熱效應(yīng)可知，從硅酸鹽中還原FeO比還原自由的FeO要多消耗熱量419KJ/公斤鐵。其次，硅酸鐵的熔點(diǎn)低，流動(dòng)性好，未經(jīng)預(yù)熱和還原就被熔化，而流入爐缸后進(jìn)入爐渣。由于爐渣中有CaO存在，而CaO與SiO2的結(jié)合力比FeO較大，能將FeO

50、置換出來(lái)，于是還原反應(yīng)式變?yōu)椋篎e2SiO42CaO2Fe+Ca2SiO4 +91858KJ (3-16)2FeO+ 2C=2Fe+2CO 304380KJ (3-17) 將上兩式相加得：Fe2SiO42CaO+C2Fe+CaSiO4+2CO -212522KJ (3-18)可見，有CaO存在時(shí)，還原硅酸鐵的熱量有所降低。但這種還原是在爐缸中進(jìn)行，要消耗爐缸中的熱量，會(huì)使?fàn)t缸中的溫度降低。所以，高爐冶煉不希望含有Fe2SiO4高的原料。特別是一些中小高爐，由于風(fēng)溫不高，爐缸熱儲(chǔ)備少，爐渣中過多的Fe2SiO4還原會(huì)造成“爐涼”和爐況不順，以及生鐵含S升高等現(xiàn)象。一些使用土燒結(jié)礦的中小高爐常出現(xiàn)

51、這種情況。若使用較高堿度的燒結(jié)礦、球團(tuán)礦及采用高風(fēng)溫和堿性渣操作等有利于Fe2SiO4的還原。三、鐵氧化物的直接還原和間接還原對(duì)焦比的影響鐵氧化物由Fe2O3還原到FeO是比較容易的，正常情況下在高爐上部就可完成，即全部為間接還原。但從FeO還原成Fe，在高爐上部不能全部完成。因?yàn)榈V石的還原是從表及里進(jìn)行的，在間接還原區(qū)域，礦石外層還原了，但內(nèi)部還原就不易。這不是因?yàn)槊簹獠荒苓_(dá)到礦石的內(nèi)部，還在于礦石的內(nèi)部溫度還不足。礦石內(nèi)部未被還原的氧化鐵隨爐料下降，勢(shì)必進(jìn)入直接還原區(qū)。所以，礦石中的氧化鐵總有一部分是直接還原的。此外，由于成渣過程的進(jìn)行，總有一部分FeO進(jìn)入渣中，液態(tài)爐渣下降較快，也必有一

52、部分FeO進(jìn)入高爐區(qū)發(fā)生直接還原。高爐進(jìn)行間接還原和直接還原區(qū)域并非固定不變。操作人員的任務(wù)力求控制高爐區(qū)不使之上移，以減少直接還原，發(fā)展間接還原。高爐爐溫下降，無(wú)非是供熱不足，或者消耗熱增多。不管哪種原因引起高爐下部直接還原增多，必然導(dǎo)致CO利用不好，增加熱量消耗和固體C的消耗，結(jié)果使?fàn)t溫下降或焦比上升。第五節(jié)高爐中非鐵元素的還原高爐中陴鐵元素外，還有錳、硅、磷等其它元素的還原。Cu、Ni、Co、Sn可以全部被還原；Cr、Mn、V、Si、Ti部分被還原；Al、Mg、Ca完全不被還原。一、錳的還原錳是高爐冶煉中經(jīng)常遇到的金屬，高爐有時(shí)也煉鏡鐵或錳鐵，錳是貴重元素，高爐中的錳主要是由錳礦帶入的。

53、高爐內(nèi)錳氧化物的還原也是由高價(jià)向低價(jià)逐級(jí)進(jìn)行的，其順序?yàn)椋?MnO2Mn2O3Mn3O4MnOMn其化學(xué)反應(yīng)式為：2MnO2+CO=Mn2O3+CO2+226797KJ 3Mn2O3+CO=2Mn3O4+CO2+170203KJMn3O4+CO=3MnO+CO2+51906KJ由于MnO是相當(dāng)穩(wěn)定的化合物，它的分解壓力比氧化鐵小得多，MnO不可能由間接還原獲得，只能靠直接還原取得。MnO+C=Mn+CO165965KJMn在高爐內(nèi)有部分揮發(fā)，它到上部又被氧化成Mn3O4。當(dāng)溫度在11001200時(shí)，Mn的高級(jí)氧化物已還原到MnO，而MnO未開始還原就和SiO2組成硅酸鹽進(jìn)入熔融爐渣。含MnO的爐渣熔點(diǎn)很低，11501200即可熔化，因此絕大部分Mn是從液態(tài)爐渣中還原出來(lái)的。由于MnO在爐渣中絕大部分以硅酸鹽的形態(tài)存在，因此更難還原。要求還原溫度在14001500以上。高爐內(nèi)存在有利于Mn還原的條件，一是鐵的存在和Mn能溶于鐵水中就有助于MnO的還原，當(dāng)鐵存在時(shí)，MnO在1030就開始還原。二是高爐中有大量C存在。三是高爐渣中大量CaO的存在也能促進(jìn)MnO的還原。煉普通生鐵時(shí)大約4060%的Mn進(jìn)入生鐵，有510%的Mn揮發(fā)進(jìn)入煤氣，其余進(jìn)入爐渣。二、硅的還原Si在自然界中以SiO2的形態(tài)存在，高爐中的硅主要來(lái)源礦石和焦炭，SiO2是較穩(wěn)定的化合物，它的生成熱