宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材課件

宏發(fā)煉鐵廠

培訓(xùn)教材

(二)生產(chǎn)技術(shù)科江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠

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(二)生產(chǎn)技術(shù)科江蘇沙鋼集團1煉鐵基礎(chǔ)知識第一章高爐煉鐵簡述第二章高爐煉鐵原料和燃料第三章高爐冶煉基本原理江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材煉鐵基礎(chǔ)知識第一章高爐煉鐵簡述江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏2第一章高爐煉鐵簡述1.1高爐煉鐵工藝流程高爐煉鐵生產(chǎn)是冶金(鋼鐵)工業(yè)的主要環(huán)節(jié)，高爐煉鐵工藝就是利用焦炭不完全燃燒產(chǎn)生的一氧化碳將鐵礦石中的鐵以生鐵形式還原出來的一種工藝流程。具體概括就是鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按一定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使爐喉料面保持一定的高度，焦炭和礦石在爐內(nèi)形成交替分層結(jié)構(gòu)，礦石料在下降過程中與風口上升的煤氣相遇，逐步被還原、熔化成鐵和渣，聚集在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出，爐頂產(chǎn)生的煤氣經(jīng)除塵系統(tǒng)進入凈煤氣管網(wǎng)。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)幾年到十幾年。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材第一章高爐煉鐵簡述1.1高爐煉鐵工藝流程江蘇沙鋼集團江3江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材41.2高爐本體及高爐系統(tǒng)1.2.1高爐本體。高爐本體由上至下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹和爐缸構(gòu)成。爐喉：高爐本體的最上部分，呈圓筒形。爐喉既是爐料的加入口，也是煤氣的導(dǎo)出口。它對爐料和煤氣的上部分布起控制和調(diào)節(jié)作用。爐喉直徑應(yīng)和爐缸直徑、爐腰直徑及大鐘直徑比例適當。爐喉高度要允許裝一批以上的料，以能起到控制爐料和煤氣流分布為限。

爐身：高爐鐵礦石間接還原的主要區(qū)域，呈圓錐臺簡稱圓臺形，由上向下逐漸擴大，用以使爐料在遇熱發(fā)生體積膨脹后不致形成料拱，并減小爐料下降阻找力。爐身角的大小對爐料下降和煤氣流分布有很大影響。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材1.2高爐本體及高爐系統(tǒng)江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠5爐腰：高爐直徑最大的部位。它使爐身和爐腹得以合理過渡。由于在爐腰部位有爐渣形成，并且粘稠的初成渣會使爐料透氣性惡化，為減小煤氣流的阻力，在渣量大時可適當擴大爐腰直徑，但仍要使它和其他部位尺寸保持合適的比例關(guān)系，比值以取上限為宜。爐腰高度對高爐冶煉過程影響不很顯著，一般只在很小范圍內(nèi)變動。爐腹：高爐熔化和造渣的主要區(qū)段，呈倒錐臺形。為適應(yīng)爐料熔化后體積收縮的特點，其直徑自上而下逐漸縮小，形成一定的爐腹角。爐腹的存在，使燃燒帶處于合適位置，有利于氣流均勻分布。爐腹高度隨高爐容積大小而定，但不能過高或過低，一般為3．0～3．6m。爐腹角一般為79～82；過大，不利于煤氣流分布；過小，則不利于爐料順行。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材爐腰：高爐直徑最大的部位。它使爐身和爐腹得以合理過渡。由于在6

爐缸：高爐燃料燃燒、渣鐵反應(yīng)和貯存及排放區(qū)域，呈圓筒形。出鐵口、渣口和風口都設(shè)在爐缸部位，因此它也是承受高溫煤氣及渣鐵物理和化學(xué)侵蝕最劇烈的部位，對高爐煤氣的初始分布、熱制度、生鐵質(zhì)量和品種都有極重要的影響。

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爐缸：高爐燃料燃燒、渣鐵反應(yīng)和貯存及排放區(qū)域，呈圓筒7江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材81.2.2高爐系統(tǒng)高爐系統(tǒng)除了高爐本體外，一般還包括六大系統(tǒng)，即上料系統(tǒng)、裝料系統(tǒng)、送風系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)、渣鐵系統(tǒng)和煤氣處理系統(tǒng)。1、上料系統(tǒng)。上料設(shè)備系統(tǒng)包括貯礦場。貯礦槽、槽下漏斗、槽下篩分、稱量和運料設(shè)備、向爐頂供料設(shè)備（有皮帶上料機和料車上料機之分）。其任務(wù)是將高爐所需原燃料，按比例通過上料設(shè)備運送到爐頂受料漏斗中。2、裝料系統(tǒng)。裝料設(shè)備一般分為鐘式、鐘閥式和無鐘式三類。比較先進的高爐一般采用無鐘式裝料設(shè)備系統(tǒng)。本系統(tǒng)的任務(wù)是均勻地按工藝要求將上料系統(tǒng)運來的爐料裝入爐內(nèi)。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材1.2.2高爐系統(tǒng)江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教93、送風系統(tǒng)。包括鼓風機、熱風爐、熱風總管，送風支管。本系統(tǒng)的任務(wù)是把從鼓風機房送出的冷風加熱并送入高爐。4、噴吹系統(tǒng)。包括磨煤機、集煤罐、儲煤罐、噴煤罐、混合器和噴槍。本系統(tǒng)的任務(wù)是磨制、收存和計量后把煤粉從風口噴入高爐。5、渣鐵處理系統(tǒng)。包括出鐵廠、泥炮、開口機、鐵水罐、水渣池等。本系統(tǒng)的任務(wù)是定期將爐內(nèi)的渣鐵出凈，保證高爐連續(xù)生產(chǎn)。6、煤氣處理系統(tǒng)。包括煤氣上升管、下降管、重力除塵器、布袋除塵器、靜電除塵器。本系統(tǒng)的任務(wù)是將爐頂引出的含塵很高的荒煤氣凈化成合乎要求的凈煤氣。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材3、送風系統(tǒng)。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材10鐘式爐頂和無鐘式爐頂圖6并罐式無鐘爐頂裝置示意圖1—皮帶運輸機；2—受料漏斗；3—上閘門；4—上密封閥；5—儲料倉；6—下閘門；7—下密封閥；8—叉型漏斗；9—中心喉管；10—冷卻氣體充入管；11—傳動齒輪機構(gòu)；12—探尺；13—旋轉(zhuǎn)溜槽；14—爐喉煤氣封蓋；；17—料倉支撐輪；18—電子秤壓頭；19—支撐架；20—下部閘門傳動機構(gòu)；21—波紋管；22—測溫熱電偶；23—氣密箱；24一更換滑槽小車；25一消音器 江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材鐘式爐頂和無鐘式爐頂圖6并罐式無鐘爐頂裝置示意圖江蘇11爐頂布料江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材爐頂布料江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材12江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材13江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材14江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材151.3高爐主要技術(shù)經(jīng)濟指標

1、有效容積利用系數(shù):

每立方米高爐有效容積一晝夜生產(chǎn)的生鐵噸數(shù)。它是衡量高爐生產(chǎn)強化程度的指標。ηv=P（高爐晝夜產(chǎn)鐵量）/Vu（高爐有效容積）t/（m3.d））我國高爐有效容積系數(shù)一般為1.8～2.3（t/m3.d），高的達到3.0t/（m3.d）

2、焦比、煤比、綜合焦比、燃料比:

焦比就是冶煉一噸生鐵消耗的干焦量。K=Q（每晝夜干焦用量）/P（現(xiàn)主要核算綜合焦比）；煤比就是冶煉一噸生鐵噴吹的煤粉量；綜合焦比是指冶煉一噸生鐵所噴吹的煤粉量乘上置換比折算成干焦量再與冶煉一噸生鐵消耗的干焦量相加；燃料比就是冶煉一噸生鐵消耗的燃料量之和。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材1.3高爐主要技術(shù)經(jīng)濟指標江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵16

3、冶煉強度、綜合冶煉強度:

冶煉強度指每晝夜每立方米高爐有效容積消耗的干焦量I=Q/Vu

（反應(yīng)焦碳的燃燒能力）；綜合冶煉強度是指每晝夜每立方米高爐有效容積消耗的燃料量（折算成干焦）。4、休風率:高爐休風停產(chǎn)時間占規(guī)定日歷作業(yè)時間（日歷時間減去計劃大中修時間和封爐時間）的百分比（一般控制在2%以內(nèi)）。它是衡量高爐設(shè)備管理水平、維護水平和操作水平的重要指標。降低休風率是高爐增產(chǎn)節(jié)焦的重要途徑。5、一代爐齡：

高爐點火開爐到停爐大修歷經(jīng)的時間（與耐材砌筑、有關(guān)）。延長爐齡是提高高爐總體經(jīng)濟效益的重大課題，大高爐爐齡要求達到10年以上，國外最長壽的達20年以上。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材17江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材18第二章高爐煉鐵原料和燃料2.1鐵礦石2.1.1鐵礦石的分類及主要特性鐵礦石可分為天然鐵礦石和人造富礦兩種。天然鐵礦石目前自然界發(fā)現(xiàn)的有300多種礦物，最常見的主要是以下四類：（1）磁鐵礦?；瘜W(xué)式位Fe3O4，具有強磁性，結(jié)構(gòu)致密，晶粒細小，顏色及條痕均為黑色，脈石的主要成分主要是石英和硅酸鹽。磁鐵礦種含有TiO2及V2O5等組成的復(fù)合礦被稱為鈦磁鐵礦或釩鈦磁鐵礦。自然界中純磁鐵礦很少，由于地表氧化作用部分磁鐵礦氧化為赤鐵礦，但仍殘留著磁鐵礦的晶格及外形，故稱為假象磁鐵礦。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材第二章高爐煉鐵原料和燃料2.1鐵礦石江蘇沙鋼集團江蘇19

（2）赤鐵礦。化學(xué)式為Fe2O3，顏色為暗紅色，具有弱磁性，含硫、磷較少，易碎，易還原，脈石多為硅酸鹽。（3）褐鐵礦?；瘜W(xué)式為nFe2O3.mH2O（n=1～3,m=1～4)。褐鐵礦中絕大部分含鐵礦物是以2Fe2O3.3H2O的形式存在的。（4）菱鐵礦?；瘜W(xué)式為FeCO3，顏色為灰色帶黃褐色。菱鐵礦經(jīng)過焙燒，分解出二氧化碳氣體，含鐵量即可得到提高，而且變得疏松多孔，易破碎，還原性好。人造富礦有燒結(jié)礦和球團礦兩種。常見鐵礦石的主要特性如下表2-1江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材（2）赤鐵礦。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教20各類鐵礦石圖赤鐵礦磁鐵礦菱鐵礦褐鐵礦江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材各類鐵礦石圖赤鐵礦磁鐵礦菱鐵礦褐鐵礦江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團212.1.2高爐冶煉對鐵礦石的要求鐵礦石是高爐冶煉的主要原料，決定鐵礦石質(zhì)量優(yōu)劣的主要因素是化學(xué)成分、物理性質(zhì)及其冶金性能。高爐冶煉對鐵礦石的要求是：含鐵量高，脈石少，有害雜質(zhì)少，化學(xué)成分穩(wěn)定，粒度均勻，具有良好的還原性及一定的機械強度等性能。2.1.2.1鐵礦石品位鐵礦石的品位即指鐵礦石的含鐵量，以TFe%表示。品位是評價鐵礦石質(zhì)量的主要指標。經(jīng)驗表明：鐵礦石含鐵量每增加1%，焦比將降低2%，產(chǎn)量提高3%，因為隨著礦石品位的提高，脈石含量越少，溶劑用量和渣量減少，既節(jié)省熱量消耗，又有利于爐況順行。一般實際含鐵量大于理論含鐵量70%～90%時方可直接入爐，成為富礦。貧礦必須經(jīng)過選礦和造塊才能入爐冶煉。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2.1.2高爐冶煉對鐵礦石的要求江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏222.1.2.2脈石成分鐵礦石的脈石成分主要是二氧化硅（SiO2)、三氧化二鋁(Al2O3)、氧化鈣(CaO)和氧化鎂(MgO)。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。堿性脈石含堿性氧化物較多，冶煉時可回憶少加或不加石灰石，對降低焦比有利，具有較高的冶煉價值。這種冶煉時不加熔劑的礦石稱為自熔性礦石。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2.1.2.2脈石成分江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠232.1.2.3有害雜質(zhì)和有益元素的含量1.有害雜質(zhì)。礦石中的有害雜質(zhì)是指對冶煉有妨礙或使礦石冶煉時不易獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的元素，主要有硫（S）、磷（P）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、砷（As）、鉀（K）、鈉（Na）等。(1)硫。硫在礦物中主要以硫化物狀態(tài)存在。硫的危害主要表現(xiàn)在：a、鋼中的含硫量超過一定量時，會使剛才具有熱脆性。這是由于FeS和Fe結(jié)合成低熔點（985℃）合金，冷卻時最后凝固成薄膜狀，并分布于晶粒之間，當鋼材被加熱到11501120℃時，硫化物首先熔化，使鋼材沿晶粒界面形成裂紋。b、對鑄造生鐵，會降低鐵水的流動性，阻止?jié)B碳體（Fe3C）分解，使鑄件產(chǎn)生氣孔、難于切削并降低其韌性。c、硫會顯著降低鋼材的焊接性、耐腐蝕性和耐磨性。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2.1.2.3有害雜質(zhì)和有益元素的含量江蘇沙鋼集團江蘇沙24（2）磷。磷以Fe2P和Fe3P的形態(tài)溶于鐵水中。因為磷化物是脆性物質(zhì)，冷凝時聚集于鋼的晶界周圍，減弱晶粒間的結(jié)合力，使剛才在冷卻時產(chǎn)生很大的脆性，從而造成鋼的冷脆現(xiàn)象。高爐冶煉過程中磷全部還原進入生鐵，因此控制生鐵含磷的唯一途徑就是控制入爐原料的含磷量。（3）鉛和鋅。鉛在礦石中一般以方鉛礦（PbS）形態(tài)存在。鉛在高爐中是易還原元素，但鉛不熔于生鐵且密度大于生鐵，因此沉入爐底，深入磚縫破壞爐底砌磚，甚至使爐底砌磚浮起，鉛又極易揮發(fā)，在高爐上部被氧化成PbO粘結(jié)于爐墻，易引起結(jié)瘤。鋅在礦石中多以閃鋅礦（ZnS）形式存在。鋅易揮發(fā)（905℃），不熔于鐵水，但很容易揮發(fā)，在爐內(nèi)又被氧化成ZnO。ZnO部分沉積在爐身上部爐墻上，形成爐瘤，部分滲入爐襯的空隙和磚縫中，引起爐襯膨脹而破壞爐襯，礦石中的含鋅量應(yīng)低于0.1%。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材（2）磷。磷以Fe2P和Fe3P的形態(tài)溶于鐵水中。因為磷化物25（4）砷。砷在礦石中以硫化物形態(tài)存在。與磷相似，砷在高爐冶煉過程中全部還原進入生鐵，鋼中含砷量大于0.1%時會產(chǎn)生“冷脆”現(xiàn)象，并降低鋼材的焊接性能，要求礦石中砷含量應(yīng)低于0.07%。（5）堿金屬。堿金屬主要指鉀和鈉，一般以硅酸鹽形式存在與礦石中。冶煉過程中，在高爐下部高溫區(qū)堿金屬被直接還原成大量堿蒸氣，隨煤氣上升到低溫區(qū)又被氧化成碳酸鹽沉積在爐料和爐墻上，部分隨爐料下降，從而反復(fù)循環(huán)積累。其危害主要為：與爐襯作用生成鉀霞石（K2O﹒Al2O3﹒2SiO2），體積膨脹40%而破壞爐襯；與爐襯作用生成低熔點化合物，粘接在爐墻上，易導(dǎo)致結(jié)瘤；與焦炭作用生成嵌入式化合物（CKCN），體積膨脹很大，破壞焦炭高溫強度，從而影響高爐下部料柱的透氣性。（6）銅。銅是貴重的有色金屬，在鋼中的含量不超過0.3%時，能增強金屬的抗腐蝕性能，但當含銅量超過0.3%時，鋼的焊接性能降低，并產(chǎn)生熱脆。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材（4）砷。砷在礦石中以硫化物形態(tài)存在。與磷相似，砷在高爐冶煉262.有益元素。

許多鐵礦石中常伴有錳、鉻、釩、鈦、鎳等元素，形成多種共生礦。這些金屬能改善鋼材的性能，是重要的合金元素，故稱之為有益元素。（1）錳。鐵礦石中的錳一般都不超過5%，錳能增加鋼材的強度和硬度。它在高爐中的還原率為40%～60%,生鐵中含有一定量的錳能降低生鐵的含硫量，含錳的礦粉在燒結(jié)時可以改善燒結(jié)礦的質(zhì)量。（2）鉻。鉻是很貴重的合金元素，它能提高鋼的耐腐蝕能力和強度，是冶煉不銹鋼的重要合金元素。鉻在礦石中常以鉻鐵礦（FeO﹒Ti2O3）的形態(tài)存在，在高爐中的還原率為80%～85%。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2.有益元素。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材27（3）鎳。鎳能提高鋼的強度，也是冶煉不銹鋼的重要合金元素。它在鐵礦石中含量很少，常存在于褐鐵礦中，高爐冶煉時全部進入生鐵。（4）釩。釩是非常寶貴的合金元素，它能提高鋼的耐疲勞強度。釩存在于釩鈦磁鐵礦中，少量存在于褐鐵礦中。高爐冶煉時，釩的還原率為70%～90%。（5）鈦。含鈦的合金鋼，具有耐高溫、抗腐蝕的良好性能，是制造飛機、火箭、航天器的高溫合金。鈦在釩鈦磁鐵礦中以FeO﹒TiO2的形態(tài)存在。鈦化物進入爐渣后使爐渣變得粘稠，高爐不易操作。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材（3）鎳。鎳能提高鋼的強度，也是冶煉不銹鋼的重要合金元素。它282.1.2.4鐵礦石的還原性和軟化性鐵礦石的還原性是指鐵礦石中與鐵結(jié)合的氧被氣體還原劑（CO和H2）奪取的難易程度.鐵礦石還原好，有利于降低焦比。影響鐵礦石還原性的主要因素有：礦物組成、礦物結(jié)構(gòu)的致密程度、粒度和氣孔度等。氣孔率大的礦石還原性好，隨著氣孔率的增加氣體還原劑與礦石的反應(yīng)面積增大，加速鐵礦石的還原。磁鐵礦因結(jié)構(gòu)致密，最難還原；赤鐵礦中有中等的氣孔度，比較容易還原；褐鐵礦和菱鐵礦失去結(jié)晶水和二氧化碳后，氣孔度增加容易還原；燒結(jié)礦和球團礦的氣孔度高，其還原性一般比天然富礦好。

鐵礦石的軟化性包括鐵礦石的軟化溫度和軟化溫度區(qū)間兩個方面。軟化溫度是指鐵礦石在一定的荷重下受熱開始變形的溫度；軟化溫度區(qū)間是指鐵礦石開始軟化到軟化終了的溫度范圍。高爐冶煉要求鐵礦石軟化溫度高，軟化溫度區(qū)間要窄，這有利于高爐穩(wěn)定運行和降低焦比。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2.1.2.4鐵礦石的還原性和軟化性江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集292.1.2.5鐵礦石的粒度、氣孔度和機械強度鐵礦石的粒度是指礦石顆粒的直徑，它直接影響爐料的透氣性和傳熱傳質(zhì)條件。粒度太小，會影響爐內(nèi)料柱的透氣性，使煤氣上升的阻力增大。粒度過大，回事礦石的加熱和還原速度降低。近年來，有降低礦石粒度上限的趨勢，同時采用分級入爐。通常入爐礦石粒度在5～35mm之間，小于5mm的粉末是不能直接入爐的。鐵礦石的氣孔度有體積氣孔度和面積氣孔度兩種表示法。體積氣孔度是礦石的孔隙占總體積的百分比；面積氣孔度是單位體積內(nèi)氣孔表面積的絕對值。氣孔有開空氣孔和閉口氣孔兩種，高爐冶煉要求礦石的開口氣孔要大，人造富礦可以滿足這一要求。鐵礦石的機械強度是指鐵礦石耐沖擊、耐磨擦、抗擠壓的強弱程度。強度差的礦石在爐內(nèi)下降過程中很容易產(chǎn)生粉末，惡化料柱透氣性。高爐冶煉要求礦石具有較高的機械強度。但礦石常溫下的機械強度不能反映高爐內(nèi)的實際情況，近年來國內(nèi)外日益重視高爐原料在高溫條件下的機械強度的工作。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2.1.2.5鐵礦石的粒度、氣孔度和機械強度江蘇沙鋼集團江302.1.2.6鐵礦石各項指標的穩(wěn)定性。要保證高爐的正常生產(chǎn)和最大限度地發(fā)揮生產(chǎn)效率，要求鐵礦石的各項理化指標應(yīng)符合要求并保持相對穩(wěn)定。在各項技術(shù)指標中，礦石的品位、脈石成分與數(shù)量、有害雜質(zhì)含量的穩(wěn)定性尤為重要。高爐冶煉要求成分波動范圍是：TFe＜±0.5%～1%；ω（SiO2）＜±0.2%～0.3%。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2.1.2.6鐵礦石各項指標的穩(wěn)定性。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼312.2鐵礦石入爐前準備2.2.1鐵礦石入爐前準備處理概述2.2.1.1礦石的破碎篩分礦石破碎篩分的目的：按高爐冶煉要求提供適宜粒度以及滿足貧礦選分處理對粒度的需要。破碎分為粗碎、中碎、細碎、粗磨及細磨等幾個級別。粗碎：從1000㎜破碎到400㎜；中碎：從400㎜破碎到100㎜；細碎：從100㎜破碎到25㎜；粗磨：從25㎜破碎到1㎜以下；細磨：從1㎜破碎到0.3㎜以下。篩分是將物料按粒度分成兩種或多種級別的作業(yè)。篩分的效果用篩分效率表示。篩分效率是指實際篩下物的重量與篩分物料中粒度小于篩孔的物料總量之比，常用百分數(shù)表示。篩孔的大小用毫米表示。對于粉碎很細的物料用網(wǎng)目表示，簡稱目。網(wǎng)目是指篩子表面25.4㎜（1英寸）長度上所具有的大小相同的篩孔數(shù)。根據(jù)國際標準篩制：200網(wǎng)目為0.075㎜；100網(wǎng)目為0.15㎜；16網(wǎng)目為1㎜。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2.2鐵礦石入爐前準備江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培322.2.1.2礦石混勻混勻也稱為中和，目的在于穩(wěn)定入爐礦石的化學(xué)成分。常用方法是平鋪直取，即將礦石一層一層鋪在地上，達到一定高度后，沿垂直斷面截取。由于截取多層礦石，，從而達到混勻的目的?；靹蚝笠蟮V石品位波動小于±1%。2.2.1.3焙燒焙燒的目的是改變礦石的化學(xué)組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，除去部分有害雜質(zhì)，回收有用元素，同時還可以使礦石組織變得疏松，提高鐵礦石的還原性。焙燒的方法有氧化焙燒、還原磁化焙燒和氯化焙燒等。氧化焙燒是指鐵礦石在氧化性氣氛條件焙燒，主要用于去除菱鐵礦中的二氧化碳和褐鐵礦中的結(jié)晶水，并提高品位，改善還原性，同時還減少了菱鐵礦和褐鐵礦結(jié)晶水在高爐內(nèi)分解的熱量消耗。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2.2.1.2礦石混勻江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠33菱鐵礦的焙燒實在500℃到900℃之間進行的，它按下式進行分解：4FeCO3+O2＝2Fe2O3+4CO2褐鐵礦的脫水，大約在250℃到500℃之間發(fā)生下列反應(yīng)：2Fe2O3﹒H2O＝2Fe2O3+H2O在氧化焙燒中還可以使礦石中的硫氧化去掉，其反應(yīng)式如下：3Fe

S2+8O2＝Fe3O4+6SO2

還原磁化焙燒是在還原氣氛下，通過焙燒將弱磁性的赤鐵礦（或褐鐵礦、菱鐵礦）及非磁性的黃鐵礦，還原轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袕姶判缘拇盆F礦，以便磁選。氯化焙燒。對于含有一定量有色金屬銅、鉛、鋅等的鐵礦，可以采用氯化焙燒的方法進行處理，使原料中的金屬氧化物與加入的氯或氯化物作用生成金屬氯化物。在焙燒過程中，金屬氯化物便從礦石中分離出來，進入煙氣，然后再進行回收。其基本原理是利用這些金屬氯化物沸點低易揮發(fā)的特點，達到與鐵氧化物分離的目的。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材菱鐵礦的焙燒實在500℃到900℃之間進行的，它按下式進行分342.2.1.4選礦選礦的目的主要是為了提高礦石的品位。礦石經(jīng)過選別可以得到三種產(chǎn)品：精礦、中礦和尾礦。精礦是指選礦后得到的含有有用礦物含量較高的產(chǎn)品；中礦為選礦過程的中間產(chǎn)品，需要進一步選礦處理；為礦石經(jīng)選礦后留下的廢棄物。對于鐵礦石，常用的選礦方法有重力選礦法、磁力選礦法和浮游選礦法三種。重力選礦法是利用不同密度和粒度的礦粒在選礦介質(zhì)中具有不同的特性，將在介質(zhì)中運動的礦?；旌衔镞M行選別，從而達到使被選礦物與脈石分離的目的。重選法所用介質(zhì)有水、空氣、重介質(zhì)（密度大于水的重液和懸浮液）。磁力選礦法是利用礦物和脈石的磁性差異，在不均勻的磁場中使其分離，從而達到選別的目的。磁選法是磁鐵礦石和錳礦石的主要選礦方法。浮游選礦法是利用礦物表面不同的親水性，選擇性地將疏水性強的礦物用泡沫浮到礦漿表面，親水性礦物留在礦漿中，從而實現(xiàn)有用礦物和脈石的分離。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2.2.1.4選礦江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)352.2.2燒結(jié)法造塊2.2.2.1燒結(jié)法造塊工藝流程燒結(jié)法生產(chǎn)燒結(jié)礦就是將鐵礦粉配入適量的燃料和熔劑，加入適量水，經(jīng)混合制粒后在燒結(jié)機上進行燒結(jié)的過程。在此過程中借助燃料燃燒產(chǎn)生的高溫，物料發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化，并產(chǎn)生一定數(shù)量的液相，當冷卻時，液相將礦粉顆粒粘結(jié)成塊，即燒結(jié)礦。目前生產(chǎn)上廣泛采用帶式抽風燒結(jié)機，其他還有回轉(zhuǎn)燒結(jié)、懸浮燒結(jié)、抽風或鼓風盤式燒結(jié)等。2.2.2.2帶式燒結(jié)機燒結(jié)生產(chǎn)使用的設(shè)備由燒結(jié)機體、布料設(shè)備、點火器和抽風除塵系統(tǒng)等設(shè)備組成。帶式燒結(jié)機由許多臺車組成，臺車的數(shù)目由燒結(jié)機大小決定，臺車密排在軌道上，形成一條長帶，故稱帶式燒結(jié)機。燒結(jié)料鋪在底部有爐篦條并能透風的臺車上進行燒結(jié)，下面用抽風機抽風。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2.2.2燒結(jié)法造塊江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培36燒結(jié)時臺車在機頭大星輪的帶動下，沿著軌道連續(xù)循環(huán)運動，進行到機尾的半圓軌道時，臺車傾翻，自動倒出燒結(jié)礦，然后靠自重沿下軌道滑到機頭大星輪處，所以帶式燒結(jié)機可以連續(xù)生產(chǎn)。帶式燒結(jié)機的規(guī)格是按鋪料燒結(jié)的臺車面積之和計算的，這一面積稱為有效燒結(jié)面積，例如120㎡、240㎡、450㎡等。帶式燒結(jié)機工作原理。燒結(jié)前，根據(jù)高爐冶煉對燒結(jié)礦的含鐵量和堿度的要求，將各種燒結(jié)原料按一定的比例混合，在經(jīng)兩次混合的過程中適當加入水分，一次混合以混勻和調(diào)整水分為主，二次混合以預(yù)熱和造球為主?；旌虾煤蟮臒Y(jié)料，先用布料器在臺車底部鋪一層粒度較大的燒結(jié)礦（鋪底料），然后將燒結(jié)料鋪滿臺車，料層厚度一般為300～700㎜。燒結(jié)臺車一邊接受輔料，一邊向前運行，當運行到點火器下方時，用煤氣和重油點火（溫度約1100℃），同時在下面抽風，空氣由料層表面吸入，遇混合料中的燃料進行燃燒，產(chǎn)生的高溫（約1250～1350℃）江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材燒結(jié)時臺車在機頭大星輪的帶動下，沿著軌道連續(xù)循環(huán)運動，進行到37使混合料局部熔化，生成熔融體，空氣不斷從料層表面吸入，穿過料層孔隙供給混合料中的燃料由上而下地逐層燃燒。上層燃燒產(chǎn)生的高溫熔融體被不斷被抽入的冷風冷卻。在凝固過程中，散料顆?；ハ嗾辰Y(jié)成多孔的塊狀燒結(jié)礦。當燒結(jié)臺車運行到機尾彎道處時，混合料已完全燒結(jié)成燒結(jié)礦。此時臺車傾翻，將燒結(jié)礦卸下，經(jīng)破碎篩分，篩上物就是成品燒結(jié)礦。鋪底料的作用（1）使燒結(jié)的赤熱層不與臺車篦條直接接觸，延長臺車使用壽命；（2）鋪底料組成過濾層，防止粉料由爐篦縫被抽走，大大減少廢氣含塵量，從而減輕除塵器負荷，提高抽風機轉(zhuǎn)子的使用壽命；3）、防止粉料和燒結(jié)礦堵塞和粘結(jié)爐篦，增加有效抽風面積，提高料層透氣性，強化了燒結(jié)過程，使生產(chǎn)率、成品率提高。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材使混合料局部熔化，生成熔融體，空氣不斷從料層表面吸入，穿過料38燒結(jié)點火示意圖江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材燒結(jié)點火示意圖江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材392.2.2.3燒結(jié)過程整個燒結(jié)過程是在9.8～16kPa負壓抽風下，沿料層高度自上而下逐漸進行的。在燒結(jié)機上取某一斷面，可見料層有明顯的分層，依次出現(xiàn)燒結(jié)礦層、燃燒層、預(yù)熱層、干燥層和過濕層，然后又相繼消失，最后剩下燒結(jié)礦層。

（1）燒結(jié)礦層。即成礦層，主要變化是：液相凝固，析出新礦物，預(yù)熱空氣。表層受冷空氣作用，溫度低，礦物來不及析晶，故表層玻璃質(zhì)較多，強度較差。下層燒結(jié)礦由于高溫保持時間較長，冷卻速度慢，結(jié)晶較完善，燒結(jié)礦強度較好。

（2）燃燒層。位于燒結(jié)礦層下面，燃料燃燒溫度可達1100～1600℃?；旌蠈榆浕?、熔融及形成液相，此層厚度為15～50㎜。它對燒結(jié)過程和燒結(jié)礦質(zhì)量影響較大，料層過厚，透氣性差，導(dǎo)致產(chǎn)量降低；料層過薄，燒結(jié)溫度低，液相不足，燒結(jié)礦固結(jié)不好，強度低。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2.2.2.3燒結(jié)過程江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠40

燃燒層的厚度取決于燃料用量、粒度粗細和料層的透氣性。許多反應(yīng)在該層激烈進行，主要包括：固體燃料燃燒、鐵氧化物的氧化、還原和熱分解、碳酸鹽分解、硫化物分解和氧化、低熔點礦物熔融、液相生成等反應(yīng)。這些反應(yīng)對燒結(jié)礦的質(zhì)量影響較大。（3）預(yù)熱層。在該層中水分已全部蒸發(fā)（＞150℃）并被加熱到固體燃料開始燃燒的著火溫度（700℃左右）。由于干燥的混合料熱容量低，溫度升高較快，因而預(yù)熱層厚度僅3～10㎜。這一層主要是進行結(jié)晶水和部分碳酸鹽、硫化物的分解，部分低價鐵氧化物氧化，各種氧化物間的固相反應(yīng)等。（4）干燥層。這一層濕的混合料被熱廢氣加熱到“露點”溫度（一般為65～70℃）以上時，濕料中水分開始蒸發(fā)直至蒸發(fā)完畢（一般為150℃），其厚度一般為10～25㎜。干燥層的主要反應(yīng)是水分蒸發(fā)。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材燃燒層的厚度取決于燃料用量、粒度粗細和料層的透41（二）燒結(jié)料層結(jié)構(gòu)江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材（二）燒結(jié)料層結(jié)構(gòu)江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材42（5）過濕層。由于干燥層吹來的含有水蒸氣的熱廢氣被下部燒結(jié)料冷卻到“露點”溫度以下時，廢氣中的水蒸氣冷凝成水又進入混合料，使混合料的水分超過混合料的原始含量。過濕層的主要反應(yīng)是水蒸氣的冷凝，其厚度一般為20～40㎜。由于冷凝，混合料過濕，混合料顆粒之間充滿水分，堵塞孔隙，甚至破壞小球顆粒，是透氣性最差的一個層次。表層混合料中的固體燃料經(jīng)點燃后，逐漸往下燃燒，5個層次依次出現(xiàn)，燃燒結(jié)束時，料層只中剩下燒結(jié)礦層，其余4個層依次消失，燒結(jié)過程結(jié)束。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材（5）過濕層。由于干燥層吹來的含有水蒸氣的熱廢氣被432.2.2.4燒結(jié)礦的成礦機理燒結(jié)礦的成球機理，包括燒結(jié)過程的固相反應(yīng)、液相形成及結(jié)晶過程。燒結(jié)過程的主要礦物都是高熔點的，在燒結(jié)過程基本不能熔化。當物料加熱到一定溫度時，各組分之間進行固相反應(yīng)生成低熔點化合物，使它們在較低溫度下生成液相，并將周圍的固相粘接起來，冷卻凝固后形成多孔的燒結(jié)礦。燒結(jié)過程的基本液相是硅酸鹽和鐵酸鹽體系的礦物，如FeO-SiO2（硅酸鐵1205℃）、CaO-Fe2O3（鐵酸鈣1210℃）、CaO-FeO-SiO2（鐵鈣橄欖石1200℃）等，它們是燒結(jié)礦形成的主要粘接物。液相礦物的組成及多少對燒結(jié)礦質(zhì)量有很大影響，需要根據(jù)需要進行控制。燒結(jié)固相反應(yīng)是指在燒結(jié)過程中，各種礦物在沒有熔融之前以固態(tài)形式發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。固相反應(yīng)生成低熔點化合物或化合物之間形成更低熔點的共熔體（如2CaO﹒SiO2-CaO﹒Fe2O31192℃），在正常的燒結(jié)溫度（1300℃左右）下為生成一定數(shù)量的液相創(chuàng)造了條件。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2.2.2.4燒結(jié)礦的成礦機理江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏44

2.2.2.5燒結(jié)礦的分類及生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟指標A燒結(jié)礦的分類。燒結(jié)礦按堿度（CaO/SiO2）的不同，可以分為以下四類：（1）酸性燒結(jié)礦，其堿度小于1.0。這種燒結(jié)礦強度好，但還原性較差，高爐使用它時還需加入較多的熔劑，對提高產(chǎn)量和降低焦比不利。（2）自熔性燒結(jié)礦，其堿度為1.0～1.5。這種燒結(jié)礦還原性較好，高爐冶煉使用這種燒結(jié)礦可不加或少加熔劑，對提高產(chǎn)量和降低焦比有利，但它的強度較差，對高爐順行不利。

（3）高堿度燒結(jié)礦，其堿度為1.5～3.5。這種燒結(jié)礦的強度和還原性都較好，而且高爐冶煉時可不加熔劑，所以對高爐提高產(chǎn)量和降低焦比以及順行都有利。當前高爐冶煉普遍使用此種燒結(jié)礦，在配料中比重占80%～90%以上。（4）超高堿度燒結(jié)礦，其堿度大于3.5。

江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2.2.2.5燒結(jié)礦的分類及生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟指標江蘇沙鋼集45B燒結(jié)礦生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟指標。

（1）燒結(jié)機利用系數(shù)。是指單位時間內(nèi)每平方米有效燒結(jié)面積生產(chǎn)的燒結(jié)礦量，單位為t/（㎡﹒h）。利用系數(shù)是確定燒結(jié)機生產(chǎn)能力的重要指標，一般為1.5～2.0t/（㎡﹒h）。

（2）作業(yè)率。是指燒結(jié)機年作業(yè)時間與日歷時間的百分比。它反映的是燒結(jié)機連續(xù)作業(yè)的水平，一般為90%。（3）燒結(jié)機生產(chǎn)能力。燒結(jié)機生產(chǎn)能力用臺時產(chǎn)量表示，即每臺燒結(jié)機單位時間內(nèi)生產(chǎn)的燒結(jié)礦數(shù)量，可用下式表示：Q=60kBLγu式中K——燒結(jié)機成品率，%（一般為60%～75%）；B——燒結(jié)機臺車寬度，m；L——燒結(jié)機有效長度，m；

γ——混合料堆密度，t/m3；u——垂直燒結(jié)速度，m/min。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材B燒結(jié)礦生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟指標。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)46燒結(jié)礦及燒結(jié)球團燒結(jié)球團燒結(jié)礦江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材燒結(jié)礦及燒結(jié)球團燒結(jié)球團燒結(jié)礦江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉472.2.3球團法造塊球團法造塊就是把潤濕的鐵精礦粉、少量添加劑（熔劑）、造球劑和燃料粉等混合后，用造球機制成直徑為10到30㎜的圓球，再經(jīng)過干燥和焙燒，使生球固結(jié)成適合高爐使用的人造富礦（球團）。球團礦具有粒度均勻、還原性好、品位高、冶煉效果好、便于運輸和貯存等優(yōu)點。但在高溫下球團礦易產(chǎn)生體積膨脹和軟化收縮，目前國內(nèi)外習(xí)慣于把球團礦和燒結(jié)礦按比例搭配使用。球團礦分為自熔性、非自熔性和金屬化（預(yù)還原）球團礦等幾種。2.2.3.1球團礦的生產(chǎn)工藝流程球團礦的生產(chǎn)工藝流程一般包括原料準備、配料、混合、造球、干燥和焙燒、成品和返礦處理等。

江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2.2.3球團法造塊江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培482.2.3.2礦粉造球1、水在礦粉中的形態(tài)和作用

干燥的礦粉是不能滾動成球的，加水潤濕后才能使礦粉成球。按水在礦物表面活動能力的不同有四種存在形態(tài)，即吸附水、薄膜水、毛細水和重力水。四種水在成球過程中顯示不同的作用。

（1）吸附水的作用。被干燥的細磨物料顆粒表面強大的靜電引力所吸引的水層成為吸附水。吸附水層很薄，特點是它與顆粒表面的吸附力很大，在顆粒表面不能自由遷移。一般情況下，當物料只含吸附水時，仍為散沙狀，不能結(jié)合成團，成球過程就不會進行。厚度一般為5×10-6㎜。

（2）薄膜水的作用。顆粒表面達到最大吸附水后，在進一步加水潤濕時，依靠分子引力作用，在吸附水層外面形成一層水膜，稱為薄膜水。在分子力作用下，可以從水膜較厚的顆粒表面向與之接觸的另一個水膜較薄的顆粒表面遷移，直至薄膜厚度相同為止。顆粒間距離越小，薄膜水的粘滯性就越大，對生球來說其強度就越高。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2.2.3.2礦粉造球江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠49（3）毛細水的作用。在細磨物料層中，存在著許多大小不一、曲曲彎彎的連通孔隙所學(xué)那個城的復(fù)雜通道，可視為大量的毛細管。當?shù)V粉濕潤到水含量超過最大分子水含量時，水分便會在礦粒孔隙中形成毛細水。毛細水在細磨物料的成球過程中起主導(dǎo)作用，只有將物料潤濕到毛細水階段，成球過程才開始明顯地進行。（4）重力水的作用。當?shù)V粉完全被水飽和時，還有重力水，它能在重力作用下發(fā)生遷移。重力水在成球過程中起有害作用，只有當水分含量處于毛細水含量范圍內(nèi)時，水分對物料成球才有幫助。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材（3）毛細水的作用。在細磨物料層中，存在著許多大小50

2、生球的形成（1）母球形成。礦粉顆粒被水潤濕后，首先在其表面形成薄膜水；若進一步潤濕，并使?jié)駶櫟念w粒互相接觸，則在觸點處形成毛細水，靠毛細力的作用，兩個或更多的顆粒連接起來形成小球；繼續(xù)增加水分，在機械滾動力的作用下，小球內(nèi)部顆粒重新排列，進一步密集，形成比較堅實的小球，稱為母球。

（2）母球長大。母球在滾動過程中彼此碰撞，母球被進一步壓緊，使過剩的毛細水被擠到母球的表面上來。這樣，過濕的母球表面靠毛細水的作用，將周圍濕度較低的粉礦粘到母球表面。不斷向母球表面進行人工噴水，使母球表面濕潤，從而不斷粘接周圍礦粉，使母球逐漸長大，直至達到符合要求的尺寸。

（3）生球壓實。當母球長大到達到要求的尺寸時停止噴水潤濕，使母球在機械力的作用下，內(nèi)部顆粒排列更緊密，擠出多余的水分，獲得強度更高的生球。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2、生球的形成江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)513、影響生球質(zhì)量的因素影響礦粉成球及生球質(zhì)量的因素很多，概括起來主要有：原料性能，如親水性、濕度和粒度等；添加劑及加入量；工藝操作，如加水和加料方法、造球時間、生球尺寸以及造球盤傾角、轉(zhuǎn)速等。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材3、影響生球質(zhì)量的因素江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)522.2.3.3生球焙燒球團的整個高溫焙燒過程包括生球干燥、預(yù)熱、焙燒固結(jié)、均熱和冷卻5個階段。（1）生球干燥。干燥的目的是降低生球水分，以免在高溫下焙燒時發(fā)生破裂。一般預(yù)熱溫度為200-400℃。在干燥過程中，生球內(nèi)部水分向外擴散，并從表面蒸發(fā)去除，所以溫度高、氣流速度快，有利于脫水。但干燥過快也會引起生球爆裂，因此需要嚴格控制干燥溫度和氣流速度。

（2）預(yù)熱。經(jīng)過干燥后的生球在達到培燒溫度之前，應(yīng)先在溫度區(qū)間為800-1100℃的范圍內(nèi)進行預(yù)熱。其目的是干燥階段尚未排出的水分，在此階段除凈，同時使結(jié)晶水和碳酸鹽、硫化物進行分解和氧化反應(yīng)。

江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2.2.3.3生球焙燒江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠53（3）焙燒。預(yù)熱過程中未完成的反應(yīng)在此階段繼續(xù)進行。此階段主要進行鐵氧化物的結(jié)晶和再結(jié)晶，晶粒長大、固相反應(yīng)以及由其產(chǎn)生的低熔點化合物和共晶的熔化，形成部分液相，球團體積收縮及組織致密化。球團固結(jié)主要靠固相反應(yīng)和再結(jié)晶，過多的液相會使球團相互粘結(jié)成大塊，應(yīng)加以控制。（4）均熱。球團均熱的主要目的是使球團礦內(nèi)晶體長大，再結(jié)晶充分，礦物組成均勻。該過程溫度略低于焙燒溫度。（5）冷卻。為將球團礦的溫度從1000℃以上降到運輸帶能承受的溫度（100℃左右），并回收其熱量，需將燒成的球團進行冷卻，其冷卻介質(zhì)為空氣。

江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材（3）焙燒。預(yù)熱過程中未完成的反應(yīng)在此階段繼續(xù)進行。此階段主542.2.3.4球團焙燒設(shè)備目前采用的球團焙燒設(shè)備主要有豎爐、帶式焙燒機和鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯三種。豎爐是世界上最早采用的球團焙燒設(shè)備。它中間是焙燒室，兩側(cè)是燃燒室，下部是卸料輥和密封閥門，焙燒室和燃燒室的橫截面多為矩形。現(xiàn)代豎爐在頂部設(shè)有烘干床，燒結(jié)室中央設(shè)有導(dǎo)風墻。燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的高溫氣體從兩側(cè)噴入焙燒室向頂部運動，生球從上部均勻地鋪在烘干床上被上升的熱氣流干燥、預(yù)熱，然后沿烘干床斜坡滑入焙燒室內(nèi)焙燒固結(jié)，在出焙燒室后與從底部鼓進的冷卻風相遇得到冷卻，最后經(jīng)排礦口排出豎爐。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2.2.3.4球團焙燒設(shè)備江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)552.3熔劑2.3.1熔劑在高爐冶煉中的作用（1）使渣鐵分離。（2）改善生鐵質(zhì)量。（脫硫、控制硅錳等元素的還原)2.3.2熔劑的分類熔劑一般分為堿性、酸性和中性熔劑。堿性熔劑常見的有石灰石和白云石，酸性熔劑常見的有硅石，中性熔劑一般有鐵礬土等。2.3.3高爐冶煉對堿性熔劑的要求（1）堿性氧化物含量要高。（2）硫、磷等有害雜質(zhì)含量要少。（3）應(yīng)具有一定的強度和均勻的塊度。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2.3熔劑江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材562.4燃料2.4.1焦炭2.4.1.1焦炭在高爐冶煉中的作用焦炭在高爐冶煉中主要起發(fā)熱劑、還原劑和料柱骨架的作用。2.4.1.2焦炭的物理性質(zhì)焦炭的物理性質(zhì)包括機械強度、篩分組成和氣孔度等，其中最主要的是機械強度，其機械強度可以通過轉(zhuǎn)鼓試驗確定。2.4.1.3焦炭的化學(xué)成分焦炭的化學(xué)成分通常以焦炭的工業(yè)分析來表示的。工業(yè)分析的內(nèi)容包括：固定碳、灰分、硫分、揮發(fā)分和水分的含量。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材572.4.1.4焦炭的化學(xué)性質(zhì)焦炭的化學(xué)性質(zhì)包括焦炭的燃燒性和反應(yīng)性。2.4.1.5焦炭的生產(chǎn)流程現(xiàn)代焦炭的生產(chǎn)過程分為洗煤、配煤、煉焦、熄焦及煤氣和化工產(chǎn)品回收處理等工序。2.4.1.6煉焦用煤種類煤按其生成的地質(zhì)年代長短可分成泥煤、褐煤、煙煤及無煙煤四種，用于煉焦的主要是煙煤。煙煤根據(jù)地質(zhì)年代的長短和變質(zhì)程度的高低可以分為長焰煤、氣煤、焦煤、肥煤、瘦煤和貧煤六種。2.4.2噴吹燃料噴吹燃料可以分為氣體、液體和固體燃料。氣體燃料有天然氣和焦爐煤氣等，液體燃料有重油和焦油等，固體燃料以煙煤和無煙煤為主。

江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材58江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材59第三章高爐冶煉基本原理3.1高爐解剖3.1.1高爐解剖的意義

所謂高爐解剖，就是對正在生產(chǎn)的高爐突然停止鼓風，并急速降溫以保持爐內(nèi)原狀，然后將高爐剖開，進行全過程的觀察、錄像、分析化驗等各個項目的研究，人們通常把這項工作叫做高爐解剖研究。通過對高爐解剖調(diào)查后，可將高爐的冶煉過程分為五個主要區(qū)域，即塊狀帶、軟熔帶、滴落帶、風口帶和渣鐵帶。在下降的爐料與上升的煤氣相向運動的過程中，原料的吸熱、熔化還原、渣鐵的形成、各種熱交換等在五個區(qū)域依次進行。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材第三章高爐冶煉基本原理3.1高爐解剖江蘇沙鋼集團江蘇60江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材61礦石焦炭塊狀帶焦炭天窗軟熔帶滴落帶風口帶渣鐵貯存區(qū)爐身爐喉爐腰爐腹爐缸圖3.1高爐內(nèi)各區(qū)域分布示意圖焦炭疏松區(qū)死料柱江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材礦石焦炭塊狀帶焦炭天窗軟熔帶滴落帶風口帶渣鐵貯存區(qū)爐身爐喉爐621塊狀帶在塊狀帶明顯的保持裝料時的分層狀態(tài)（礦石層與焦炭層），沒有液態(tài)渣鐵。隨著爐料的下降，其層狀趨于水平，厚度逐漸變薄。在該區(qū)域主要發(fā)生的反應(yīng)有：礦石的間接還原，爐料的水分蒸發(fā)、結(jié)晶水分解、除CaCO3外的其它MCO3分解碳素沉積反應(yīng)（2CO=C+CO2）。2軟熔帶礦石從開始軟化到完全熔化的區(qū)間稱為軟熔帶，它由許多固態(tài)的焦炭層和粘結(jié)在一起的半熔融的礦石層組成。焦炭、礦石相間，層次分明。由于礦石呈軟熔狀，透氣性極差，煤氣主要通過焦炭層通過，像窗口一樣，因此稱為“焦窗”。軟熔帶的上沿是軟化線（即固相線），其下沿是熔化線（即液相線），它與礦石的軟熔溫度區(qū)間是一致的。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材1塊狀帶江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材63最高部位稱為軟熔帶頂部其底部與爐墻相連，稱為軟熔帶的根部。隨著原料與操作條件的變化，軟熔帶的形狀與位置都會隨之改變。形狀受煤氣流分布與布料影響，可分為正V型，倒V型，W型。在該區(qū)域主要進行的反應(yīng)：礦石的直接還原和滲碳、CaCO3分解、焦炭氣化反應(yīng)C+CO2=2CO（貝波反應(yīng)）。3滴落帶軟熔帶以下是已熔化的渣、鐵穿過固體焦炭空隙，像雨滴一樣滴落的區(qū)域，故稱為滴落帶。在滴落帶內(nèi)焦炭長時間處于基本穩(wěn)定狀態(tài)的區(qū)域稱為中心呆滯區(qū)（死料柱）。焦炭松動下降的區(qū)域稱為活動焦炭區(qū)。在該區(qū)域主要進行的反應(yīng)：非鐵元素（Mn、Si、P）的還原、脫硫、鐵水的滲碳和焦炭氣化反應(yīng)。

江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材最高部位稱為軟熔帶頂部其底部與爐墻相連，稱為軟熔帶的根644風口帶風口前在鼓風動能作用下焦炭做回旋運動的區(qū)域稱為焦炭回旋區(qū)?；匦齾^(qū)中心呈半空狀態(tài)，在該區(qū)域內(nèi)焦炭燃燒，是高爐內(nèi)熱量和氣體還原劑的主要產(chǎn)生地，也是高爐內(nèi)唯一存在的氧化性區(qū)域。該區(qū)域主要進行的反應(yīng)：焦炭的燃燒。5渣、鐵帶風口以下的爐缸區(qū)域稱為渣、鐵帶。它主要用于儲存液態(tài)渣、鐵以及浸入其中的焦炭。在鐵滴穿過渣層以及在渣、鐵界面是最終完成必要的渣、鐵反應(yīng)，得到合格的生鐵，并間接地將渣、鐵從渣口、鐵口排出爐外。該區(qū)域主要進行的反應(yīng)：最終的渣、鐵反應(yīng)。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材4風口帶江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材653.1.2軟熔帶及其對高對高爐行程的影響1影響軟熔帶形狀的因素根據(jù)高爐解剖研究，礦石的軟熔特性、軟熔帶形狀與爐內(nèi)等溫線相適應(yīng)，而等溫線又與煤氣中CO2的分布相適應(yīng)。在高爐操作中，爐喉煤氣中CO2曲線的形狀主要靠改變裝料制度（上部調(diào)劑）進行調(diào)解，其次受送風制度（下部調(diào)劑）的影響。因此，軟熔帶的形狀主要受裝料制度與送風制度的影響。2軟熔帶對高爐冶煉的影響軟熔帶對高爐中、下部起著煤氣再分布的作用，它的形狀和位置對高爐冶煉過程產(chǎn)生明顯的影響，如影響礦石的預(yù)還原、生鐵含硅量、煤氣利用、爐缸溫度與活躍程度以及對爐襯的維護等。其中，倒V型是目前公認的最佳軟熔帶。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材3.1.2軟熔帶及其對高對高爐行程的影響江蘇沙鋼集團江蘇663.2爐料的蒸發(fā)、揮發(fā)和分解3.2.1水分的蒸發(fā)與水化物的分解爐料中的水分分為兩種，一種是依靠表面張力吸附在爐料顆粒表面及孔隙表面的吸附水，也稱物理水；另一種是與爐料內(nèi)的氧化物結(jié)合成的化合水，也成為結(jié)晶水。這些水分的蒸發(fā)和分解都會對高爐冶煉產(chǎn)生一定的影響。1吸附水的蒸發(fā)存在于爐料中的吸附水加熱到105℃時就激烈的蒸發(fā)。高爐爐頂溫度用冷料時為150-250℃，用熱的熟料時能達到400-500℃，爐內(nèi)的煤氣流速快，因此，吸附水在高爐上部很快蒸發(fā)完畢。其蒸發(fā)耗熱是高爐上部在冶煉中不能利用的余熱，所以對焦比和爐況均沒有什么影響。相反，吸附水蒸發(fā)使得煤氣溫度降低，流速減慢，爐塵吹出量減少，爐頂設(shè)備的磨損減弱。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材3.2爐料的蒸發(fā)、揮發(fā)和分解江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)672水化物的分解在爐料中結(jié)晶水一般存在于褐鐵礦和高嶺土（Al2O3-2SiO2-2H2O）中，褐鐵礦中所含結(jié)晶水最多。褐鐵礦中的結(jié)晶水在200℃左右開始分解，400-500℃時分解速度急劇加快。高嶺土一般400℃開始分解，500-600℃時才迅速進行，結(jié)晶水的分解除了與溫度有關(guān)，還與其粒度大小和氣孔度有關(guān)。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2水化物的分解江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材683.2.2揮發(fā)物的揮發(fā)1燃料揮發(fā)物的揮發(fā)燃料揮發(fā)分存在于焦炭和煤粉中，焦炭含揮發(fā)分少，揮發(fā)物含量高低是衡量焦炭的重要指標之一，一般含量為0.7%-1.3%，其主要成分是N2、CO和CO2等氣體.焦炭到達風口前，已被加熱到1400-1600℃，揮發(fā)物已揮發(fā)完全，含量也較少，對高爐冶煉影響不大。大量噴吹煤粉時，容易引起爐缸煤氣成分變化，對還原也有一定影響。2其他物質(zhì)的揮發(fā)與循環(huán)富集除了燃料中的揮發(fā)物外，爐內(nèi)還有許多化合物和元素進行少量揮發(fā)也稱氣化。其中包括可以在高爐內(nèi)還原的元素，如S、P、As、K、Na、Zn、Pb和Mn等，以及還原中間產(chǎn)物SiO、PbO、K2O和Na2O等。這些物質(zhì)在高爐下部還原后氣化，隨煤氣上升到高爐上部又冷凝，然后再下降到高溫區(qū)再次氣化，形成循環(huán)。它們之中只有部分氣化物質(zhì)冷凝成粉塵，被煤氣帶出爐外或進入渣、鐵后被帶到爐外，而剩余部分則在爐內(nèi)循環(huán)，形成富集。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材3.2.2揮發(fā)物的揮發(fā)江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠69鋅：鋅蒸氣滲入爐襯，在冷凝過程中被氧化成ZnO，體積增大，使爐襯脹裂，嚴重時會形成爐瘤。鉛：揮發(fā)的鉛累積后進入磚縫使磚浮起，破壞爐底。錳：部分揮發(fā)物隨煤氣上升至低溫區(qū)，被氧化成極細的Mn3O4，隨煤氣逸出，增加了煤氣清洗的難度，部分沉積在爐料的孔隙中堵塞煤氣流的上升通道，破壞高爐運行，甚至造成懸料和結(jié)瘤。一氧化硅：在高爐上部被氧化成白色的SiO2微粒，一部分隨煤氣逸出爐外，增加了煤氣清洗的難度，另一部分沉積在爐料的孔隙中，使料住的透氣性變差。冶煉煉鋼生鐵時，焦比和爐溫較低，Mn和SiO的揮發(fā)物不多，對高爐生產(chǎn)影響不大。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材鋅：鋅蒸氣滲入爐襯，在冷凝過程中被氧化成ZnO，體積增大，70江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材713.2.3高爐內(nèi)堿金屬的揮發(fā)與危害堿金屬對高爐生產(chǎn)危害很大，如堿金屬能使焦炭強度大大降低，甚至使焦炭粉化，使爐墻結(jié)厚甚至結(jié)瘤，使風口大量燒壞等。1高爐內(nèi)堿金屬的循環(huán)K、Na等堿金屬大都以硅酸鹽的形態(tài)存在于爐料中，進入高溫區(qū)后被碳直接還原為金屬鉀與鈉。由于沸點低（鉀為766℃，鈉為890℃），還原后立即氣化進入煤氣流。氣態(tài)的鉀、鈉上升過程中與其他物質(zhì)反應(yīng)形成氰化物、氟化物、硅酸鹽、碳酸鹽、氧化物及少量硫酸鹽等，并分別以固態(tài)或液態(tài)沉積在爐料的表面或孔隙以及爐襯的縫隙中，也能被軟熔爐料吸收進入初成渣中。正常情況下爐料中70%的鉀和鈉可隨爐渣排出，少部分被還原氣化，形成鉀、鈉的“循環(huán)富集”，還有少量混入煤氣逸出爐外。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材3.2.3高爐內(nèi)堿金屬的揮發(fā)與危害江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集722堿金屬對高爐冶煉的危害（1）提前并加劇CO2對焦炭的氣化反應(yīng)，引起焦比升高，降低料柱特別是軟熔帶焦窗的透氣性，引起風口大量破損等。（2）加劇球團礦災(zāi)難性的膨脹和多數(shù)燒結(jié)礦的中溫還原粉化。（3）引起硅鋁質(zhì)耐火材料的異常膨脹，熱面剝落和嚴重侵蝕，從而大大縮短了高爐內(nèi)襯的使用壽命，嚴重時還會脹裂爐缸和爐底的鋼殼。（4）滲入焦炭孔隙內(nèi)，促使焦炭不均勻膨脹而產(chǎn)生局部應(yīng)力，造成焦炭的宏觀龜裂和分化。（5）是爐墻結(jié)厚甚至結(jié)瘤。堿金屬蒸氣在低溫區(qū)一部分凝結(jié)在爐墻表面，逐步結(jié)厚，嚴重時形成爐瘤。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2堿金屬對高爐冶煉的危害江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵733防止堿金屬危害的措施（1）提高隨煤氣逸出爐外的比例。（2）減少從爐料的帶入量，可以通過配料解決。（3）增加隨爐渣排走的量。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材3防止堿金屬危害的措施江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵743.2.4碳酸鹽的分解高爐中的碳酸鹽常以碳酸鈣、碳酸鎂、碳酸鐵和碳酸錳等形態(tài)存在。以碳酸鈣和碳酸鎂為主，它們主要來自熔劑，即石灰石和白云石。這些碳酸鹽受熱時分解，其中大部分分解溫度較低，在高爐上部已經(jīng)分解完畢，對高爐冶煉基本沒有影響。但碳酸鈣的分解溫度較高，對高爐冶煉有比較大的影響。1石灰石的分解石灰石的主要成分是碳酸鈣，其分解反應(yīng)式為：CaCO3＝CaO+CO2－17800kJ反應(yīng)達平衡時，CO2的分壓力稱為CaCO3的分解壓力，用pCO2表示，分解壓力隨溫度的升高而升高。當分解壓力等于周圍環(huán)境中CO2的分壓力p‘CO2時，CaCO3開始分解。此時的溫度叫做開始分解溫度（約740℃）。當分解壓力等于環(huán)境中氣相的總壓力p總時，CaCO3劇烈分解。此時的溫度稱為沸騰分解溫度（約960℃）。在高溫區(qū)石灰石分解產(chǎn)生的二氧化碳會與焦炭發(fā)生貝-波反應(yīng)反應(yīng)，消耗熱量和焦炭。在正常冶煉情況下，大約有50%的分解出的二氧化碳發(fā)生貝-波反應(yīng)。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材3.2.4碳酸鹽的分解江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠752石灰石分解對高爐冶煉的影響（1）CaCO3分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，每千克CaCO3要消耗178000kJ的熱量。（2）在高溫區(qū)發(fā)生貝-波反應(yīng)，不但吸收熱量，還消耗焦炭。（3）CaCO3分解放出的CO2沖淡了高爐內(nèi)煤氣的還原氣氛，減弱了還原效果。據(jù)統(tǒng)計，每噸鐵少加100kg石灰石可以降低焦比30-40kg。3消除石灰石不利的影響（1）采用熔劑性燒結(jié)礦（或球團礦），高爐內(nèi)不加或少加石灰石。對于熟礦率較低的高爐可配加高堿度或超高堿度燒結(jié)礦。（2）縮小石灰石的粒度，使其在高爐的上部盡可能分解完畢，減少在高爐下部高溫區(qū)產(chǎn)生的貝-波反應(yīng)。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2石灰石分解對高爐冶煉的影響江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏763.3鐵氧化物的還原和生鐵的形成3.3.1還原反應(yīng)的基本原理高爐冶煉過程基本上就是鐵氧化物的還原過程。金屬氧化物的還原反應(yīng)可以按下面的通式來表示：MeO+B=BO+Me±Q式中MeO——金屬氧化物；B——還原劑；Me——金屬元素；Q——反應(yīng)熱。哪些物質(zhì)可以作還原劑呢？這取決于它們與氧親和力的大小，凡是比金屬元素Me對氧親和力大的物質(zhì)都可以作為還原劑。高爐冶煉用的還原劑CO、H2和固體C與氧的親和力都比鐵與氧的親和力大。各種元素與氧的親和力還與溫度有關(guān)。在高爐冶煉條件下，各種氧化物由易到難的還原順序為：CuO→PbO→FeO→MnO→SiO2→

Al2O3→

MgO→CaO其中Fe和Mn的高價氧化物都是易還原的氧化物。在高爐冶煉的溫度范圍內(nèi)（600-1600℃），Cu、Pb和Fe的氧化物能全部被CO、H2和固體C還原；MnO和SiO2只能部分被還原，部分進入爐渣；Al2O3、

MgO和CaO都不能被還原，全部進入爐渣。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材3.3鐵氧化物的還原和生鐵的形成江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集773.3.2鐵氧化物的還原1鐵氧化物的還原順序一般低級氧化物的分解壓力比較小，而高級氧化物的分解壓力比較大，所以氧化物的分解順序是從高級氧化物向低級氧化物轉(zhuǎn)化的還原順序與分解順序是相同的，也就是說鐵氧化物是按下面順序來還原的：3Fe2O3→2Fe3O4→6FeO→6Fe失氧量1/92/96/9可見由3Fe2O3→2Fe3O4的反應(yīng)中失氧量最少，因而還原時容易的，越到后面失氧量越多，還原越困難。一半以上的氧是6FeO→6Fe的過程中被奪走的，也就是說鐵氧化物中FeO的還原具有重要的意義。FeO在低于570℃時是不穩(wěn)定的，將分解成Fe3O4和Fe。它們的還原情況如下：＜570℃時：3Fe2O3→2Fe3O4→6Fe失氧量1/98/9＞570℃時：3Fe2O3→2Fe3O4→6FeO→6Fe失氧量1/92/96/9江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材3.3.2鐵氧化物的還原江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵78在高爐中以CO為還原劑還原鐵的氧化物，反應(yīng)生成的氣相產(chǎn)物為CO2的還原反應(yīng)稱為間接還原。各種鐵氧化物在不同溫度下平衡氣相成分是不同的，用公式φCO=100/（KP+1）（KP——平衡常數(shù)）可求得在不同溫度下，各種鐵氧化物還原反應(yīng)平衡時氣相中CO的百分含量，由此得出圖2所示的Fe—O—C系氣相平衡組成。曲線1是反應(yīng)式3Fe2O3+CO＝2Fe3O4+CO2的平衡氣相成分線。它的位置很低，即平衡氣相中CO的濃度很低，也就是說只要少量的CO就能使Fe2O3還原。通常此反應(yīng)在高爐上部低溫區(qū)域就可以全部完成，該反應(yīng)在高爐冶煉條件下是不可逆的。曲線2是反應(yīng)式Fe3O4+CO＝3FeO+CO2的平衡氣相成分線。它向下傾斜，說明反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。曲線3是反應(yīng)式FeO+CO＝Fe+CO2的平衡氣相成分線。曲線4是反應(yīng)式Fe3O4+4CO＝3Fe+4CO2的平衡氣相成分線。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材在高爐中以CO為還原劑還原鐵的氧化物，反應(yīng)生成的氣相產(chǎn)物為C79江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2用CO還原鐵氧化物＞570℃時：3Fe2O3+CO＝2Fe3O4+CO2＋37112kJFe3O4+CO＝3FeO+CO2－20878kJFeO+CO＝Fe+CO2＋13605kJ＞570℃時：3Fe2O3+CO＝2Fe3O4+CO2＋37112kJFe3O4+4CO＝3Fe+4CO2＋19937kJ江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材2用CO還原鐵80曲線2、3、4將圖2分為Fe3O4，F(xiàn)eO和Fe三個穩(wěn)定區(qū)。很容易看出，在一定溫度條件下，為使鐵氧化物還原成鐵，氣相中必須含有過量的CO。例如在1000℃時，氣相中必須保持71.6%以上的CO，F(xiàn)e3O4才能使還原成Fe。所以，從該圖中可以直接查出還原鐵氧化物所需要的氣相成分和溫度。3用固體碳還原鐵的氧化物焦炭從爐頂裝入后直到風口區(qū)域，它始終以固態(tài)存在。到達風口區(qū)才被鼓入的熱風燃燒，生成煤氣并產(chǎn)生大量的熱，從而為高爐冶煉提供必須的熱量和還原劑。礦石中的鐵氧化物不可能在高爐上部還原完全，總有一部分下到高溫區(qū)進行最后的還原——直接還原。高爐中用固體碳作為還原劑，生成的氣相產(chǎn)物為CO的還原產(chǎn)物統(tǒng)稱為直接還原。反應(yīng)式如下：

江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材曲線2、3、4將圖2分為Fe3O4，F(xiàn)eO和F81＞570℃時：3Fe2O3+C＝2Fe3O4+CO

－

108982kJFe3O4+C＝3FeO+CO

－194393kJFeO+C＝Fe+CO

－152190kJ＞570℃時：3Fe2O3+C＝2Fe3O4+CO

－108982kJFe3O4+4C＝3Fe+4CO

－164309kJ上述反應(yīng)有兩個特點：1）上述反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)，并且直接消耗焦炭中的固體碳。2）反應(yīng)物沒有氣相成分，反應(yīng)產(chǎn)物有氣相組分，反應(yīng)是不可逆的。高爐中直接還原反應(yīng)大約是從800℃開始的，因此把高爐中低于800℃的區(qū)域稱為間接還原區(qū)；800-1100℃的區(qū)域為間接還原和直接還原同時進行的區(qū)域；高于1100℃的區(qū)域為直接還原區(qū)（此時僅剩少部分FeO）。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材＞570℃時：3Fe2O3+C＝2Fe3O4+CO824用H2還原鐵氧化物高爐冶煉過程的還原劑除了CO和固體碳外，還有燃料帶入以及鼓風中水分分解等產(chǎn)生的氫氣。在沒有噴吹燃料的高爐煤氣中，一般H2的含量只占1.8%～2.5%；當高爐噴吹燃料時，煤氣中H2的濃度隨噴吹燃料的種類及數(shù)量而發(fā)生變化，可達到5%～8%。氫與氧的親和力很強，可以奪取鐵氧化物中的氧作為還原劑。以氫還原鐵氧化物的反應(yīng)也稱為間接還原。（1）H2還原反應(yīng)特點及溫度的影響＞570℃時：3Fe2O3+H2＝2Fe3O4+H2O

－

21813kJFe3O4+H2＝3FeO+H2O

－63597kJFeO+H2＝Fe+H2O

－27717kJ＞570℃時：3Fe2O3+H2＝2Fe3O4+H2O

－21813kJFe3O4+4H2＝3Fe+4H2O

－146748kJ上述反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材4用H2還原鐵氧化物江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培83江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材84（2）碳—水蒸氣反應(yīng)的影響當溫度高于1000℃時，H2O（汽）會與焦炭發(fā)生下面的反應(yīng)：H2O＋C＝H2＋CO－124450kJ這個反應(yīng)叫碳水反應(yīng)。這是由于高爐中有大量的焦炭存在，用H2還原鐵氧化物的氣相產(chǎn)物H2O（汽）在高溫區(qū)也將發(fā)生這個反應(yīng)，于是有：FeO+H2＝Fe+H2O＋）H2O＋C＝H2＋CO兩式加合后得到：FeO+C＝Fe+CO由疊加結(jié)果可以看出，在高溫時用H2還原鐵氧化物也轉(zhuǎn)化為直接還原。H2只起傳輸氧的作用，最終消耗的是固體C。在高爐冶煉過程中氫氣只能一部分參加還原，無噴吹高爐的氫氣利用率大概為1/3。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材（2）碳—水蒸氣反應(yīng)的影響江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠853.3.3鐵氧化物的直接還原和間接還原對焦比的影響1直接還原和間接還原的比較（見下表）江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材3.3.3鐵氧化物的直接還原和間接還原對焦比的影響江蘇沙86鐵氧化物由Fe2O3還原到FeO是比較容易的，正常情況全部為間接還原。但從FeO還原為Fe，在高爐上部不能全部完成。這不僅是因為煤氣不容易到達礦石內(nèi)部，還在于礦石內(nèi)部的溫度不夠。礦石內(nèi)部未被還原的FeO隨爐料下降進入下部的直接還原區(qū)，所以礦石中的FeO總有一部分是直接還原的。此外，由于成渣過程的進行，也有一部分FeO進入爐渣中，液體爐渣下降速度較快，也必然會有一部分進入高溫區(qū)發(fā)生直接還原反應(yīng)。由于間接還原生成的氣體產(chǎn)物CO2進入煤氣，因此在石灰石用量不變的情況下，可以根據(jù)煤氣中CO2的含量來判斷煤氣化學(xué)能的利用和間接還原反應(yīng)發(fā)展的程度。在高爐中間接還原和直接還原的區(qū)域并非是固定不變的，這就要求高爐操作人員力求控制高溫區(qū)不使其上移，以減少直接還原的發(fā)生，從而發(fā)展間接還原。江蘇沙鋼集團江蘇沙鋼集團宏發(fā)煉鐵廠培訓(xùn)教材鐵氧化物由Fe2O3還原到FeO是比較容易的，872還原度的概念假設(shè)將鐵的高級氧化物（Fe2O3，F(xiàn)e3O4）還原到低級氧化物（FeO）全部是間接還原，則FeO中以直接還原的方式還原出來的鐵量與從鐵氧化