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第一篇煉鐵生產(chǎn)一、煉鐵定義

所謂煉鐵是指利用含鐵礦石、燃料、熔劑等原燃料通過冶煉生產(chǎn)合格生鐵的工藝過程。0

概述二、高爐煉鐵的生產(chǎn)工藝圖1高爐本體和輔助設(shè)備系統(tǒng)二、高爐煉鐵的生產(chǎn)工藝

1、高爐本體高爐本體是煉鐵生產(chǎn)的核心設(shè)備，包括爐基、爐殼、爐襯、冷卻設(shè)備、爐頂裝料設(shè)備等，整個冶煉過程是在高爐內(nèi)完成的。二、高爐煉鐵的生產(chǎn)工藝

2、輔助設(shè)備系統(tǒng)五個輔助設(shè)備系統(tǒng)包括上料系統(tǒng)、送風系統(tǒng)、煤氣凈化系統(tǒng)、渣鐵處理系統(tǒng)、噴吹燃料系統(tǒng)。二、高爐煉鐵的生產(chǎn)工藝（1）上料系統(tǒng)包括貯礦場、貯礦槽、焦炭倉、焦炭滾篩、稱量漏斗、稱量車等。上料系統(tǒng)的任務是將高爐所需原燃料通過上料設(shè)備裝入高爐內(nèi)以供高爐冶煉用。二、高爐煉鐵的生產(chǎn)工藝（1）上料系統(tǒng)包括貯礦場、貯礦槽、焦炭倉、焦炭滾篩、稱量漏斗、稱量車等。上料系統(tǒng)的任務是將高爐所需原燃料通過上料設(shè)備裝入高爐內(nèi)以供高爐冶煉用。二、高爐煉鐵的生產(chǎn)工藝（2）送風系統(tǒng)

包括鼓風機、熱風爐、熱風彎管、直吹管等。送風系統(tǒng)的任務是將風機送來的冷風經(jīng)熱風爐預熱以后送進高爐內(nèi)。二、高爐煉鐵的生產(chǎn)工藝（3）煤氣凈化系統(tǒng)

包括上升管、下降管、重力除塵器、洗滌塔、文氏管、脫水器等。

煤氣凈化系統(tǒng)的任務是將高爐冶煉所產(chǎn)生的荒煤氣進行凈化處理，以獲得合格的氣體燃料。二、高爐煉鐵的生產(chǎn)工藝（3）煤氣凈化系統(tǒng)

包括上升管、下降管、重力除塵器、洗滌塔、文氏管、脫水器等。

煤氣凈化系統(tǒng)的任務是將高爐冶煉所產(chǎn)生的荒煤氣進行凈化處理,以獲得合格的氣體燃料。二、高爐煉鐵的生產(chǎn)工藝（4）渣鐵處理系統(tǒng)

包括出鐵場、泥炮、開口機、爐前吊車、鐵水罐、鑄鐵機、渣罐等。

渣鐵處理系統(tǒng)的任務是將爐內(nèi)放出的渣、鐵，按要求進行處理；二、高爐煉鐵的生產(chǎn)工藝（5）噴吹燃料系統(tǒng)

包括煤粉收集罐、貯煤罐、噴吹罐、混合器和噴槍等。噴吹燃料系統(tǒng)的任務是將按一定要求準備好的燃料噴入爐內(nèi)，可代替部分昂貴的冶金焦，以降低冶煉成本，改善高爐操作指標。二、高爐煉鐵的生產(chǎn)工藝

3、主要產(chǎn)品高爐冶煉的主要產(chǎn)品是生鐵，副產(chǎn)品是爐渣、煤氣和一定量的爐塵等

（1）生鐵分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵兩大類，我國約90%以上的為煉鋼生鐵，其余的部分為鑄造生鐵。它們的主要區(qū)別是含Si量不同。

二、高爐煉鐵的生產(chǎn)工藝（2）爐渣礦石中的脈石和熔劑、燃料灰分等熔化后組成爐渣，其主要成分為CaO、MgO、SiO2、Al2O3等。

爐渣常用作水泥原料及隔熱、建材、鋪路等材料。

我國大中型高爐的渣量一般在每噸鐵300～600㎏之間，地方小高爐的渣量大大超過此數(shù)值。

二、高爐煉鐵的生產(chǎn)工藝（3）煤氣

煤氣的化學成分為CO、CO2、H2、N2及少量CH4等。高爐冶煉每噸生鐵大約產(chǎn)生煤氣1700～3000m3。

煤氣經(jīng)處理后，成為很好的氣體燃料，除作為熱風爐的燃料外，還可供煉鋼、煉焦、軋鋼廠均熱爐以及燒鍋爐等用戶。二、高爐煉鐵的生產(chǎn)工藝（3）煤氣高爐煤氣是無色、無味的氣體，有毒易爆炸。因此，在煤氣區(qū)域工作，要特別注意防火和預防煤氣中毒。二、高爐煉鐵的生產(chǎn)工藝（4）爐塵

爐塵是隨高爐逸出的細粒爐料，經(jīng)除塵處理后與煤氣分離。

爐塵含F(xiàn)e、C、CaO等有用物質(zhì)，可作為燒結(jié)的原料，噸鐵爐塵量為10～100㎏。近年來日本用爐塵生產(chǎn)海綿鐵成功，開辟了利用爐塵的新途徑。三、高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟指標（1）高爐有效容積利用系數(shù)ηu=

式中ηu——每立方米高爐有效容積在一晝夜內(nèi)生產(chǎn)合格生鐵的噸數(shù)

P——高爐一晝夜生產(chǎn)的合格生鐵；

Vu——高爐有效容積，指爐缸、爐腹、爐腰、爐身、爐喉五段之和。三、高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟指標（2）焦比K=

式中K——一噸生鐵消耗的焦炭量；

Q——高爐一晝夜消耗的干焦量。

焦比是能耗的重要指標，它對生鐵成本的影響最大。因此降低焦比和燃料比始終是高爐操作者努力的方向。目前我國噴吹高爐的焦比一般低于450㎏/t。國外先進高爐焦比已小于400㎏/t，燃料比約450㎏/t。

三、高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟指標（3）綜合焦比指冶煉每噸生鐵消耗干焦數(shù)量與其它輔助燃料折算成相應干焦數(shù)量的總和；綜合焦比=

=三、高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟指標（4）冶煉強度指冶煉每噸生鐵消耗干焦數(shù)量與其它輔助燃料折算成相應干焦數(shù)量的總和；I=冶煉強度是指每立方米高爐有效容積消耗的焦炭總量，當高爐噴吹燃料時每晝夜每立方米高爐有效容積消耗的燃料折合總量，稱為綜合冶煉強度。三、高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟指標（5）休風率休風率是指休風時間（日歷時間扣除計劃檢修時間）占規(guī)定作業(yè)時間的百分數(shù)。休風率=×100%休風率反映設(shè)備管理維護和高爐的操作水平。降低休風率是高爐增產(chǎn)節(jié)焦的重要途徑，我國先進高爐休風率已降到1%以下。三、高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟指標（6）生鐵合格率化學成分符合國家標準的生鐵為合格生鐵。合格生鐵占高爐總產(chǎn)量的百分數(shù)為生鐵合格率，它是評價高爐產(chǎn)品質(zhì)量的指標，即

生鐵合格率=×100%三、高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟指標（7）爐齡系指兩代高爐大修之間高爐實際運行時間。衡量爐齡的另一個指標是每立方米爐容在一代爐齡內(nèi)的累計產(chǎn)鐵量。延長爐齡是高爐工作者的重要課題，現(xiàn)今高爐平均壽命可達5000t/m3以上，日本君津3號高爐達8000t/m3的最高紀錄。四、高爐生產(chǎn)發(fā)展方向總的發(fā)展方向是：節(jié)約能源、資源，提高設(shè)備效率，實現(xiàn)全方位自動化，加強環(huán)境保護，實現(xiàn)綜合治理。1煉鐵原料

高爐煉鐵的主要原料是鐵礦石、熔劑和燃料。1.1鐵礦石和熔劑1.1.1鐵礦資源及其特性

礦石是在目前的技術(shù)條件下能經(jīng)濟合理地從中提取金屬、金屬化合物或有用礦物的物質(zhì)。

礦石又由有用礦物和脈石礦物所組成。

按其礦物組成主要分為四大類：磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦。1.1鐵礦石和熔劑1.1.1鐵礦資源及其特性（1）磁鐵礦俗稱黑礦，化學式為Fe3O4，結(jié)構(gòu)致密，晶粒細小，黑色條痕。強磁性，S、P含量較高，還原性差。（2）赤鐵礦俗稱紅礦，化學式為Fe2O3，櫻紅色條痕，具有弱磁性。S、P含量較低，易破碎、易還原。1.1鐵礦石和熔劑1.1.1鐵礦資源及其特性（3）褐鐵礦褐鐵礦是含結(jié)晶水的氧化物，呈褐色條痕，還原性好，化學式為nFe2O3·mH2O(n=1～3,m=1～4)。其中絕大部分含鐵礦物是以2Fe2O3·3H2O的形式存在的。1.1鐵礦石和熔劑1.1.1鐵礦資源及其特性（4）菱鐵礦它為碳酸鹽鐵礦石，化學式為FeCO3，菱鐵礦很容易被分解氧化成褐鐵礦，一般含鐵量不高，但受熱分解出CO2以后，不僅含鐵量顯著提高而且也變得多孔，還原性很好，其含S低，含P較高。1.1鐵礦石和熔劑1.1.2高爐冶煉對鐵礦石的要求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。1.1鐵礦石和熔劑1.1.2.1鐵礦石的成分鐵礦石主要由含鐵礦物和脈石組成，鐵礦石含鐵量的高低用品位來表示，礦石品位是衡量鐵礦石質(zhì)量的主要指標。工業(yè)上使用的鐵礦石含鐵量范圍一般在23%～70%之間，鐵礦石含鐵量高有利于降低焦比和提高產(chǎn)量。1.1鐵礦石和熔劑1.1.2.1鐵礦石的成分一般地說，直接入爐冶煉礦石的叫做富礦；由于含鐵量較低，不能直接入爐冶煉要經(jīng)過選礦處理的叫貧礦。脈石成分絕大多數(shù)為酸性，SiO2含量較高。SiO2含量越高，需加入的石灰石也愈多，導致燃料消耗增多，引起焦比升高和產(chǎn)量下降。所以要求鐵礦石中含SiO2愈低愈好。1.1鐵礦石和熔劑1.1.2.1鐵礦石的成分礦石中的有害元素主要有硫、磷、鉛、鋅等。（1）硫硫能使鋼材具有熱脆性。這是由于硫在鋼中主要以FeS的形式存在，F(xiàn)eS和Fe組成的共晶體熔點為985℃。當鋼錠被加熱到1250～1350℃軋制或鍛造時，晶界處的硫化物首先熔化，這樣使鋼材沿晶粒界面形成裂紋，造成鋼的“熱脆”。所以要求鐵礦石中含硫愈低愈好。1.1鐵礦石和熔劑1.1.2.1鐵礦石的成分（2）磷

磷使鋼材具有冷脆性。隨著含磷量的增加，鋼的塑性和韌性降低，出現(xiàn)鋼的脆性現(xiàn)象，當?shù)蜏貢r更為嚴重，通稱為冷脆性。鐵礦石中的磷在選礦和燒結(jié)過程中不易除去，而在煉鐵過程中磷又全部還原進入生鐵，所以控制生鐵含磷量的唯一途徑就是控制原料的含磷量。因此，除少數(shù)高磷鑄鐵允許有較高的磷外，一般生鐵含磷愈低愈好。1.1鐵礦石和熔劑1.1.2.1鐵礦石的成分（3）鉛少量的鉛一般以硫化物狀態(tài)存在，如方鉛石（PbS）。其密度大于鐵水，所以還原出來的鉛沉積于爐底鐵水層以下，滲入磚縫破壞爐底砌磚，甚至使爐底砌磚浮起。因此，要求鐵礦石中含鉛量愈少愈好，一般限制鐵礦石中含鉛不應超過0.1%。1.1鐵礦石和熔劑1.1.2.1鐵礦石的成分（4）鋅高爐冶煉中的鋅全部被還原，其沸點低，不熔于鐵水，很容易揮發(fā)，在爐內(nèi)又被氧化成ZnO，部分ZnO沉積在爐身上部爐墻上，形成爐瘤，部分滲入爐襯的孔隙和磚縫中，引起爐襯膨脹而破壞爐襯。要求礦石中的含鋅質(zhì)量分數(shù)應小于0.1%。1.1鐵礦石和熔劑1.1.2.1鐵礦石的成分礦石中的有益元素主要是指對鋼鐵性能有改善作用或可提取的元素，如錳、鉻、鈷、鎳、釩、鈦等。

（1）錳

錳在鋼中是有益元素，可以改善鋼的機械性能，尤其是增加鋼的硬度，還可以削弱硫的危害。錳與氧的親和力比鐵對氧的親和力大，而且MnO不溶于鋼水易上浮。因而錳就成為煉鋼時必不可少的脫氧劑。另外，在燒結(jié)過程中加入含錳的粉礦還能夠改善礦石的燒結(jié)作用。1.1鐵礦石和熔劑1.1.2.1鐵礦石的成分（2）鉻和鎳

鉻在鐵礦石中常以FeO·Cr2O3形式存在，鉻在鋼中是有益元素，可以增加鋼的耐腐蝕能力及強度。鋼中加入鉻與鎳可以制成鎳鉻不銹鋼。一般冶煉過程中希望生鐵中含鉻≤0.4%～0.6%，這就要求生鐵中的含鉻量不大于0.25%。1.1鐵礦石和熔劑1.1.2.2鐵礦石的化學性質(zhì)鐵礦石的化學性質(zhì)主要指其還原性。

所謂鐵礦石的還原性是指其被還原氣體CO或H2還原的難易程度。它是一項評價鐵礦石質(zhì)量的重要指標，還原性好有利于降低焦比。

影響鐵礦石還原性的因素主要有礦物組成、礦物結(jié)構(gòu)的致密程度、粒度和氣孔率等。1.1鐵礦石和熔劑1.1.2.2鐵礦石的化學性質(zhì)一般因磁鐵礦結(jié)構(gòu)致密，最難還原。赤鐵礦有中等的氣孔率，比較容易還原。褐鐵礦和菱鐵礦容易還原，因為這兩種礦石分別失去結(jié)晶水和去掉CO2后，礦石氣孔率增加。燒結(jié)礦和球團礦的氣孔率高，其還原性一般比天然富礦的還要好。1.1鐵礦石和熔劑1.1.2.3鐵礦石的物理性質(zhì)主要包括礦石的粒度、機械強度和軟化性。礦石的粒度是指礦石顆粒的直徑。它直接影響著爐料的透氣性和傳熱、傳質(zhì)條件。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。粒度的確定應在保證良好透氣性的前提下，盡可能的小。1.1鐵礦石和熔劑1.1.2.3鐵礦石的物理性質(zhì)礦石的機械強度是指礦石耐沖擊、抗摩擦、抗擠壓的能力。力求強度高一些，以避免冶煉過程中爐塵量增加后影響高爐透氣性。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荷重下受熱開始變形的溫度；軟化溫度區(qū)間是指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的軟化溫度要高，軟化溫度區(qū)間要窄。1.1鐵礦石和熔劑1.1.3鐵礦石的準備和處理為了獲得精料，從礦山開采出來的原礦一般要經(jīng)過破碎、篩分、混勻、焙燒、選礦、造塊等準備處理加工。1.1.3.1破碎和篩分破碎和篩分使鐵礦石的粒度達到“小、凈、勻”。根據(jù)破碎的粒度，可分為粗碎、中碎、細碎和粉碎各段破碎的粒度范圍見表1-1。1.1鐵礦石和熔劑1.1.3.1破碎和篩分表1-1各段破碎粒度范圍作業(yè)給礦粒度，mm排礦粒度，mm粗碎1000100中碎10030細碎305粉碎5＜11.1鐵礦石和熔劑1.1.3.1破碎和篩分破碎方式主要是機械破碎；

破碎設(shè)備有顎式破碎機和圓錐破碎機兩大類。

破碎方法有：壓碎、劈碎、折斷和擊碎等。1.1鐵礦石和熔劑1.1.3.1破碎和篩分入爐前必須經(jīng)過篩分作業(yè)。一方面將粉末篩出，同時也要將大于規(guī)定粒度上限的大塊篩出進行再破碎，以提高破碎機的工作效率；另一方面通過篩分可以按礦石粒度分級，分批裝入高爐冶煉，有利于改善料柱的透氣性，提高高爐生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟指標。

礦石的篩分設(shè)備多采用振動篩。1.1鐵礦石和熔劑1.1.3.2混勻混勻的目的在于穩(wěn)定鐵礦石的化學成分，從而穩(wěn)定高爐操作。礦石的混勻方法是按“平鋪直取”的原則進行的。

所謂平鋪，是根據(jù)料場的大小將每一批來料沿水平方向依次平鋪，一般每層厚度為200～300mm把料鋪到一定高度。所謂直取，即取礦時，沿料堆垂直斷面截取礦石，這樣可以同時截取許多層次的礦石，從而達到混勻的目的。1.1鐵礦石和熔劑1.1.3.3焙燒

焙燒是對礦石進行熱加工處理的一種方法。鐵礦石焙燒是將鐵礦石加熱到比其熔化溫度低200～300℃的一種加熱過程。通過焙燒可以改變礦石的化學組成，除去有害雜質(zhì)，回收有用元素，同時還可以使礦石變得疏松，提高礦石的還原性。1.1鐵礦石和熔劑1.1.3.4選礦

選礦的目的主要是為了提高礦石品位。可得到三種產(chǎn)品：精礦、中礦、尾礦。精礦是指選礦后得到的含有用礦物較高的產(chǎn)品；中礦為選礦過程中間產(chǎn)品，需進一步選礦處理；尾礦是經(jīng)選礦后留下的廢棄物。目前常用的選別方法有：重力選礦法、磁力選礦法、浮游選礦法。1.1鐵礦石和熔劑1.1.4熔劑1.1.4.1熔劑的作用熔劑與脈石、灰分作用生成低熔點化合物和共熔體（即熔渣）。在使用堿性熔劑時，還可以去除有害雜質(zhì)硫，改善生鐵質(zhì)量。1.1鐵礦石和熔劑1.1.4熔劑1.1.4.2熔劑的種類熔劑可分為堿性、酸性和中性熔劑三種。（1）堿性熔劑石灰石（CaCO3）和白云石(CaCO3·MgCO3）（2）酸性熔劑石英（SiO2）（3）中性熔劑高鋁原料1.1鐵礦石和熔劑1.1.4熔劑1.1.4.3高爐冶煉對堿性熔劑的要求要求堿性熔劑中堿性氧化物（CaO+MgO）含量高，酸性氧化物(SiO2+Al2O3）少。否則，冶煉單位生鐵的熔劑消耗增加，渣量增大，焦比升高。另外，要求其有害雜質(zhì)元素硫、磷含量要少；機械強度高，粒度要均勻適中。1.2燃料現(xiàn)代高爐都使用焦炭作燃料。隨著噴吹技術(shù)的發(fā)展，可以從風口噴吹燃料替代一部分焦炭，但只占全部燃料用量的10%～30%(個別達40%)，其中主要是無煙煤粉，有的地方還使用天然氣。1.2.1焦煤資源概述焦炭是由采出的原煤經(jīng)過洗煤、配煤、煉焦和產(chǎn)品處理等工序得到的高爐燃料。從目前國內(nèi)外已查明的煤資源來看，作為煉焦用煤的煤種所占比例小，不能滿足生產(chǎn)需求，這是發(fā)展鋼鐵工業(yè)在能源問題上所遇到的很大困難，因此，強化高爐冶煉與降低焦比的研究有待于進一步的加強。

1.2燃料1.2.2高爐冶煉對焦炭質(zhì)量的要求焦炭在高爐冶煉中主要作為發(fā)熱劑，還原劑和料柱骨架。為了保證高爐煉鐵過程順利進行和獲得好的技術(shù)經(jīng)濟指標，焦炭必須滿足如下幾方面的要求。（1）含碳量高，灰分低；（2）含硫、磷雜質(zhì)要少；

（3）化學成分要穩(wěn)定；

（4）揮發(fā)分含量要適合；（5）機械強度高；（6）粒度均勻、粉末少；

（7）物理化學性質(zhì)好。1.2燃料2鐵礦粉造塊鐵礦粉造塊可綜合利用資源，擴大煉鐵用的原料種類，去除有害雜質(zhì)，回收有益元素，保護環(huán)境。同時可以改善礦石的冶金性能，適應高爐冶煉對鐵礦石的質(zhì)量要求，使高爐冶煉的主要技術(shù)經(jīng)濟指標得到改善。

鐵礦粉造塊的方法目前主要有兩種：燒結(jié)法和球團法，獲得的塊礦分別為燒結(jié)礦和球團礦。

我國鐵礦石燒結(jié)的主要設(shè)備有帶式燒結(jié)機、環(huán)式燒結(jié)機和步進式燒結(jié)機等，目前大小燒結(jié)機在1000臺以上，年產(chǎn)燒結(jié)礦約9億噸。2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.1燒結(jié)基礎(chǔ)知識2.1.1.1燒結(jié)的含義燒結(jié)生產(chǎn)過程是把粉礦配入一定比例的熔劑和燃料，加入適量的水，經(jīng)過混合后，在一定溫度下燒結(jié)成高爐需要的原料（燒結(jié)礦）。2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.1.2燒結(jié)廠主要技術(shù)經(jīng)濟指標燒結(jié)廠的主要技術(shù)經(jīng)濟指標包括利用系數(shù)、作業(yè)率、質(zhì)量合格率等。（1）利用系數(shù)每臺燒結(jié)機每平方米有效抽風面積每小時的生產(chǎn)量稱燒結(jié)機利用系數(shù)，單位為t/(m2·h)。它用臺時產(chǎn)量與燒結(jié)機有效抽風面積的比值表示：

利用系數(shù)=2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.1.2燒結(jié)廠主要技術(shù)經(jīng)濟指標（2）燒結(jié)機作業(yè)率作業(yè)率是設(shè)備工作狀況的一種表示方法，以運轉(zhuǎn)時間占設(shè)備日歷時間的百分數(shù)表示

設(shè)備作業(yè)率=×100％2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.1.2燒結(jié)廠主要技術(shù)經(jīng)濟指標（3）質(zhì)量合格率燒結(jié)礦的化學成分和物理性能符合冶金部（YB/T421-2014）標準要求的叫燒結(jié)礦合格品，不符合的燒結(jié)礦叫出格品。質(zhì)量合格率=×100％2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.1.3燒結(jié)礦的質(zhì)量指標（1）燒結(jié)礦的化學性質(zhì)燒結(jié)礦品位：指含鐵量高低。

燒結(jié)礦堿度：一般用燒結(jié)礦中m（CaO）/m（SiO2）的比值表示。還原性：燒結(jié)礦的還原性可用其氧化度來表示。即根據(jù)燒結(jié)礦中的全鐵和亞鐵的含量計算出它的氧化度。

2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.1.3燒結(jié)礦的質(zhì)量指標（2）燒結(jié)礦的物理性質(zhì)

轉(zhuǎn)鼓指數(shù)：它是衡量燒結(jié)礦在常溫狀態(tài)下磨削和抗沖擊能力的一個指標，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)越高燒結(jié)礦強度越好。

篩分指數(shù)：按取樣規(guī)定在高爐礦槽下燒結(jié)礦入料車前取原始試樣裝入篩內(nèi)進行篩分，篩下0～5mm部分與原始試樣重的百分比，即為篩分指數(shù)，此值越小越好。落下強度：它是表示燒結(jié)礦抗沖擊能力的強度指標。粒度組成：粒度均勻和盡可能將小于5mm粉末篩除。2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.2燒結(jié)生產(chǎn)工藝燒結(jié)生產(chǎn)工藝主要包括帶燒、環(huán)繞和平燒等。目前生產(chǎn)上廣泛采用帶式抽風燒結(jié)機生產(chǎn)燒結(jié)礦。主要包括燒結(jié)原料的準備和加工處理，配料，混合與制粒，燒結(jié)和產(chǎn)品處理等工序。燒結(jié)生產(chǎn)的工藝流程如圖2-1所示。2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.2.1燒結(jié)原料的準備精礦粉是含鐵貧礦經(jīng)過細磨選礦處理后除去一部分脈石和雜質(zhì)使含鐵量提高的極細的礦粉。燒結(jié)對熔劑的要求：堿性氧化物含量要高；S、P雜質(zhì)要少；酸性氧化物含量(SiO2+Al2O3)低，粒度和水分適宜。燒結(jié)所用燃料主要為焦粉和無煙煤。對燃料的要求是固定碳含量高，灰分低，揮發(fā)分低，含硫低，成分穩(wěn)定，含水小于10％，粒度小于3mm占95％以上。2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.2.2配料所謂配料就是根據(jù)高爐對燒結(jié)礦的產(chǎn)品質(zhì)量要求及原料的化學性質(zhì)，將各種原料、熔劑、燃料、代用品及返礦等按一定比例進行配加的工序。目前國內(nèi)常用的配料方法有兩種，即容積配料法和重量配料法。2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.2.3混合與制?；旌现屏５哪康模旱谝?，將配料配好的各種物料以及后來加入的返礦進行混勻，得到質(zhì)量比較均一的燒結(jié)料；

第二，在混合過程中加入燒結(jié)料所必須的水分，使燒結(jié)料為水所潤濕；

第三，進行燒結(jié)料的造球，提高燒結(jié)料的透氣性。2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.2.3混合與制粒我國燒結(jié)廠一般都采用兩次混合工藝。一次混合主要是將燒結(jié)料混勻，并起預熱燒結(jié)料的作用。二次混合主要是對已潤濕混勻的燒結(jié)料進行造球并補加水分。2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.2.4燒結(jié)生產(chǎn)一般燒結(jié)生產(chǎn)時，首先要在燒結(jié)機的臺車爐篦上鋪上一層較粗粒級的（10～25mm）的燒結(jié)料，這部分料被稱為鋪底料。鋪底料之后，緊接著就進行燒結(jié)混合料的布料。布料時，應使混合料在粒度、化學成分及水分等沿臺車寬度均勻分布，并且具有一定的松散性。

2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.2.4燒結(jié)生產(chǎn)為了使混合料內(nèi)燃料進行燃燒和使表層燒結(jié)料粘結(jié)成塊，燒結(jié)料的點火必須滿足：（1）有足夠高的點火溫度和點火強度。（2）適宜的高溫保持時間。（3）沿臺車方向點火均勻。點火溫度一般介于1050～1200℃，點火時間一般為1~1.5min。

2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.2.4燒結(jié)生產(chǎn)帶式燒結(jié)機抽風燒結(jié)過程是自上而下進行的，根據(jù)沿其料層高度溫度變化的情況和其中發(fā)生的物理化學變化一般可分為5層，自上至下依次出現(xiàn)燒結(jié)礦層、燃燒層、預熱層、干燥層和過濕層，然后后四層又相繼消失，最終只剩燒結(jié)礦層。各層中的反映變化情況如圖2-2所示。

2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.2.4燒結(jié)生產(chǎn)圖2-2燒結(jié)過程各層反應示意圖

2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.2.5燒結(jié)礦的冷卻與整粒燒結(jié)礦在燒結(jié)機上燒成后從機尾卸下時其溫度大約在600～1000℃，一般要將其冷卻到150℃以下，原因：（1）保護運輸設(shè)備，使廠區(qū)配置緊湊；（2）保護高爐爐頂設(shè)備及高爐礦槽；（3）改善高爐、燒結(jié)廠的勞動條件；（4）為燒結(jié)礦的整粒及分出鋪底料創(chuàng)造了條件；（5）為實現(xiàn)高爐生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)代化創(chuàng)造條件。

2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.2.5燒結(jié)礦的冷卻與整粒燒結(jié)礦的冷卻方式很多，從方法上來分，有自然冷卻和強制通風冷卻兩類；從冷卻的地點和設(shè)備來分，有燒結(jié)機外冷卻和燒結(jié)機上冷卻兩種。

燒結(jié)礦的整粒，就是對燒結(jié)礦進行破碎、篩分，控制燒結(jié)礦上、下限粒度，并按需要進行粒度分級，以達到提高燒結(jié)礦質(zhì)量的目的。

2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.3燒結(jié)生產(chǎn)的主要設(shè)備燒結(jié)生產(chǎn)的主要設(shè)備包括：配料設(shè)備，混料設(shè)備，燒結(jié)機本體及附屬設(shè)備，燒結(jié)破碎篩分及冷卻設(shè)備等。2.1.3.1配料設(shè)備目前燒結(jié)生產(chǎn)配料設(shè)備主要是圓盤給料機，其結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。圓盤給料機具有給料均勻，容易調(diào)節(jié)，運行平穩(wěn)可靠，操作方便等優(yōu)點。2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.3.1配料設(shè)備圖2-3燒結(jié)配料圓盤給料機2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.3.2混料設(shè)備現(xiàn)在國內(nèi)燒結(jié)廠普遍采用的混料設(shè)備是圓筒混料機，其構(gòu)造如圖2-4所示。它是一個帶有傾角的鋼制回轉(zhuǎn)圓筒，內(nèi)襯是防磨襯板，筒內(nèi)裝有噴水嘴，以便供水。

具有構(gòu)造簡單，對原料適應性強，生產(chǎn)率高，運轉(zhuǎn)可靠等優(yōu)點。缺點是內(nèi)襯粘料，振動較大。2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.3.2混料設(shè)備圖2-4圓筒混料機2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.3.3帶式燒結(jié)機本體設(shè)備國內(nèi)外廣泛采用的燒結(jié)設(shè)備是帶式燒結(jié)機。帶式燒結(jié)機的大小用有效抽風面積表示。

燒結(jié)機本體主要包括：傳動裝置、臺車、真空箱等，其結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.1.3.3帶式燒結(jié)機本體設(shè)備圖2－5燒結(jié)機示意圖2.1燒結(jié)生產(chǎn)2.2.1球團生產(chǎn)基礎(chǔ)知識2.2.1.1球團的含義球團是指把細磨鐵精礦粉或其他含鐵粉料添加少量添加劑混合后，在加水潤濕的條件下，通過造球機滾動成球，再經(jīng)過干燥焙燒，固結(jié)成為具有一定強度和冶金性能的球形含鐵原料（球團礦）的過程。2.2球團礦生產(chǎn)2.2.1.2球團的分類

球團法是一種新型的造塊方法，球團礦無論是在高爐、轉(zhuǎn)爐或電爐中都能使用。

從固結(jié)原理上來分，可分為高溫固結(jié)和低溫固結(jié)法。按化學成分可以分為酸性球團、自熔性球團和含鎂球團三種。2.2球團礦生產(chǎn)2.2.2球團生產(chǎn)工藝球團礦生產(chǎn)的工藝流程一般包括原料的準備、配料、混合、干燥和焙燒、冷卻、成品和返礦處理等工序，如圖2-6所示。2.2球團礦生產(chǎn)圖2-6球團礦生產(chǎn)工藝流程2.2.2.1原料及準備球團礦生產(chǎn)的原料主要是鐵精礦粉，一般占造球混合料的90％以上，因此精礦的質(zhì)量如何，對生球、成品球團礦的質(zhì)量起著決定性的作用。

球團生產(chǎn)對鐵精礦的要求是：一定的粒度、適宜的水分和均勻的化學成分，這是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)球團礦的三項基本要求。2.2球團礦生產(chǎn)2.2.2.1原料及準備（1）粒度一定的細度是物料成球的必要條件。一般要求具有足夠的-0.044mm粒級含量或-0.074mm粒級含量。（2）水分水分的控制和調(diào)節(jié)對造球是極其重要的。水分的波動不應超過±0.2％。（3）化學成分國外對球團礦的要求是：TFe的波動≤±0.3％，SiO2≤±0.2％。國內(nèi)至少應該控制：TFe≤±0.5％，SiO2≤±0.3％。2.2球團礦生產(chǎn)2.2.2.2配料與混合為了獲得化學成分和冶金性能穩(wěn)定的球團礦，必須進行精確配料。配料的準確性首先是按工藝要求將精礦、熔劑和粘結(jié)劑按照給定的比例配合，送往造球工序，其次是根據(jù)造球的需要量均衡地供料?；旌系娜蝿帐菍⒏鞣N物料混合，使之成分均勻。一些特殊的混料設(shè)備還可以用來搗碎混合料中的大團塊，改善成球性能。2.2球團礦生產(chǎn)2.2.2.3造球成球過程大致可分為三個步驟：精礦粉成核、母球長大和生球密實。國內(nèi)常用的造球設(shè)備為圓筒造球機和圓盤造球機。

生球的尺寸控制般下限為6~9mm，上限為16~20mm。2.2球團礦生產(chǎn)2.2.2.4生球的干燥與焙燒生球干燥是防止生球開裂，提高球團礦產(chǎn)量，改善球團礦品質(zhì)的必要工序，在生產(chǎn)中干燥生球使用的是冷卻球團礦的余熱或焙燒球團礦的廢氣余熱。合理的干燥制度是在保證生球不發(fā)生破裂的條件下，盡量提高干燥速度，以提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。2.2球團礦生產(chǎn)2.2.2.4生球的干燥與焙燒生球焙燒對球團礦的冶金性能和機械強度起著決定性的作用。隨著生球的礦物組成與焙燒制度不同，發(fā)生不同的固結(jié)反應，從而決定著焙燒后的球團礦的質(zhì)量。目前，球團礦的焙燒方法按設(shè)備分主要有三種：豎爐法、帶式焙燒機法、鏈箅機—回轉(zhuǎn)窯法。2.2球團礦生產(chǎn)2.2.2.5球團礦的質(zhì)量指標轉(zhuǎn)鼓指數(shù)是指球團礦在常溫狀態(tài)下抵抗沖擊和摩擦的綜合能力。以＞6.3mm部分的重量百分數(shù)表示。它是球團質(zhì)量鑒定的主要手段之一。落下強度反應球團礦的抗沖擊能力，即產(chǎn)品的耐轉(zhuǎn)運的能力。球團礦的抗壓強度就是球團礦能夠抵抗外來而不破裂時的最大壓應力。2.2球團礦生產(chǎn)3煉鐵原理與工藝煉鐵是從鐵礦石到生鐵的生產(chǎn)過程，現(xiàn)代煉鐵主要是在高爐中進行。經(jīng)過處理的鐵礦石、燃料和熔劑等按一定配比分批加入到高爐中在高溫下進行冶煉。高爐煉鐵的主要產(chǎn)品是生鐵，爐渣、煤氣、和爐塵等是副產(chǎn)品。高爐煉鐵的整個工藝過程從風口前碳素燃燒開始，燃燒產(chǎn)生的高溫煤氣與爐料相向運動和相互作用發(fā)生反應。冶煉過程主要包括爐料的加熱、蒸發(fā)、揮發(fā)和分解，氧化物的還原，爐料的軟熔、造渣，生鐵的脫硫、滲碳等。高爐煉鐵涉及氣、固、液的多相流動，傳熱和傳質(zhì)等復雜物理化學變化。3.1煉鐵原理3.1.1高爐內(nèi)各區(qū)域的狀況

通過國內(nèi)外高爐解剖研究得到高爐爐內(nèi)典型爐況如圖3-1所示，按照爐料物理狀態(tài)高爐爐內(nèi)大致分為：塊狀帶、軟熔帶、滴落帶、風口帶、渣鐵帶五個區(qū)域或稱五個帶。其中軟熔帶的位置、形狀、尺寸對高爐順行、產(chǎn)量、燃料消耗量及鐵水成分影響很大。倒V型軟熔帶最好。

圖3-1爐內(nèi)爐況示意圖圖3-2軟熔帶示意圖3.1.2高爐內(nèi)的燃料燃燒3.1.2.1燃料燃燒高爐冶煉的主要燃料焦碳中的碳素除小部分在下降過程中參加直接還原和滲入生鐵外，約70%左右進行燃燒反應。此外還有從風口噴入的重油、天然氣、煤粉中的碳素等均在風口前發(fā)生燃燒反應。完全燃燒:C+O2=CO2+4006600kJ

不完全燃燒:C+O2=CO+117490kJ

由于高爐內(nèi)燃燒反應在焦碳過剩條件下進行，O2充足處產(chǎn)生的CO2也會與固體C進行氣化反應：

CO2+C=2CO-165800kJ：熱風帶入的水分高溫下與碳反應：

H2O+C=H2+CO-124390kJ

因此，爐缸反應最終產(chǎn)物是CO和N2和還有少量H2。3.1.2.2理論燃燒溫度理論燃燒溫度,即風口前碳素燃燒所能達到的最高平均溫度。也即爐缸煤氣尚未與爐料參與熱交換前的原始溫度。提高理論燃燒溫度可采取的主要措施包括：（1）提高鼓風溫度。（2）提高鼓風中氧氣含量。（3）降低鼓風濕度。（4）減少噴吹量。(5）減少爐缸煤氣體積。3.1.2.3回旋區(qū)和燃燒帶

隨著高爐冶煉強度提高和風速增大（100～200m/s）,焦碳在風口前隨氣流一起運動，形成一個非靜止的、疏散的、近似球形的自由空間，稱為風口回旋區(qū)。如圖3-3所示。

在回旋區(qū)外圍有一層厚100～300mm的中間層，此層焦炭既受高速煤氣流的沖擊作用又受阻于外圍包裹的緊密焦炭，比較疏松，但又不能和煤氣流一起運動?；匦齾^(qū)和中間層組成焦炭在爐缸內(nèi)進行碳素燃燒反應的區(qū)域稱為燃燒帶。

燃燒帶是高爐煤氣的發(fā)源地，當燃燒帶向高爐中心擴大時有利于高爐中心氣流發(fā)展，當燃燒帶縮小時有利于邊緣氣流發(fā)展。適當擴大燃燒帶可縮小爐料呆滯區(qū)，擴大活躍區(qū)，有利于順行，爐缸圓周分燃燒帶連成環(huán)形（如圖3-4所示），有利于高爐順行，可以通過改變送風制度進行調(diào)劑。

圖3-3風口前焦碳循環(huán)運動示意圖圖3-4爐缸截面上燃燒帶分布示意圖

影響燃燒帶大小的因素主要有：（1）鼓風動能

指鼓風克服風口前料層阻力向爐缸中心擴大和穿透的能力，應控制合理。（2）燃燒反應速度燃燒反應速度提高，燃燒帶縮小。一般情況下：風溫提高、鼓風中O2增加，燃燒反應速度加快，燃燒反應時間減少，燃燒帶長度減小。（3）爐缸料柱阻力

爐缸內(nèi)料柱疏松，燃燒帶延長；反之，燃燒帶縮小。（4）焦炭性質(zhì)

焦炭粒度，氣孔度、反應性等對燃燒帶大小也有一定的影響。3.1.3煤氣和爐料的運動3.1.3.1煤氣的運動

風口前燃燒反應產(chǎn)生的高速上升煤氣，帶有大量的熱，并含有高濃度的CO、H2等氣體是高爐內(nèi)的主要還原劑，是高爐冶煉過程中熱能和化學能的來源。煤氣在上升過程中，穿過料層空隙，借傳導、對流和輻射的方式將熱量傳給爐料，并參加一系列物理化學反應，隨著熱交換和還原反應進行，煤氣在上升過程中的體積、成分、溫度和壓力均發(fā)生變化。（1）煤氣成分和體積的變化圖

3-5高爐煤氣上升過程中體積、成分變化圖（2）煤氣上升過程中的溫度變化

圖3-6沿半徑方向爐缸溫度變化圖3-7理想高爐豎向溫度分布圖高爐高度方向煤氣成分和溫度變化

圖3-8高爐高度方向煤氣成分和溫度變化圖3-911m3高爐內(nèi)各相及等溫線分布（3）煤氣上升過程中的壓力變化圖3-10本鋼高爐煤氣靜壓力分布（4）影響△Ｐ的因素△Ｐ=Ｐ缸-Ｐ爐喉≈Ｐ熱風-Ｐ爐頂。主要可分為煤氣流方面和原料方面。煤氣流方面主要包括煤氣流速、煤氣溫度和壓力、煤氣密度和粘度等。原料方面主要包括粒度、孔隙度等的影響。3.1.3.2爐料的運動

風口前焦炭的燃燒，渣鐵排放，爐料在下降過程中小塊填充于大塊之間以及軟熔等引起的體積縮小，為爐料下降提供了可能性。

爐料能否順利下降取決于護料下降的力學條件。決定爐料下降的力(Ｐ)可表達為：

Ｐ=Ｑ爐料－Ｐ墻摩－Ｐ料摩－△Ｐ

當Ｐ＞0時，爐料下降；當Ｐ≈0高爐難行或懸料；Ｐ＜0超過一定的值爐料會被吹出。3.1.4爐料的蒸發(fā)、揮發(fā)和分解3.1.4.1水分的蒸發(fā)和結(jié)晶水的分解

水分以吸附水和結(jié)晶水兩種形式存在。

吸附水也稱物理水，加熱到105℃時就迅速干燥和蒸發(fā)。減少了爐塵的吹出量，同時對爐頂裝料設(shè)備和爐頂設(shè)備維護帶來好處。

結(jié)晶水也稱化合水，一般存在于褐鐵礦（nFe2O3·mH2O）和高嶺土(Al2O3·2SiO2·2H2O)中，即粘土的主要成分。隨著溫度的升高到400～600℃，結(jié)晶水在爐內(nèi)大量分解。3.1.4.2揮發(fā)物的揮發(fā)

揮發(fā)物的揮發(fā)包括燃料（焦碳、煤粉）中揮發(fā)物的揮發(fā)和高爐內(nèi)其他物質(zhì)的揮發(fā)，包括：（1）還原產(chǎn)物：S、P、As、K、Na、Zn、Pb、Mn等；（2）還原中間產(chǎn)物：SiO、PbO、K2O、Na2O等；（3）高爐內(nèi)新生化合物：SiS、CS等；

另外爐料帶入的CaF2等這些元素和化合物的揮發(fā)也會對高爐爐況和爐襯產(chǎn)生影響。3.1.4.3碳酸鹽的分解

主要以CaCO3、MgCO3、MnCO3、FeCO3等形式存在，并以熔劑CaCO3為主。CaCO3分解溫度較高在高爐內(nèi)的開始分解溫度為740℃，化學沸騰溫度＞960℃，其反應式為：CaCO3=CaO+CO2-

178000kJ

目前，CaCO3粒度25～40mm有50%～70%進入900℃以上高溫區(qū)分解，會發(fā)生碳的氣化反應（約有50%以上CO2參加貝—波反應），危害：反應耗熱，反應消耗碳素使焦比大大升高，產(chǎn)物CO2沖淡了還原氣氛。為減少其危害通?？刹扇。翰捎萌蹌┬詿Y(jié)礦或球團礦，不加或少加石灰，縮小礦石粒度等措施來降低焦比。3.1.5還原反應還原反應是高爐內(nèi)的主要反應，還原反應所需要的熱量約占爐內(nèi)總熱量的50%左右。3.1.5.1還原的基本原理還原反應的基本通式：MeO+X=Me+XO

式中MeO——被還原金屬氧化物；

X——還原劑；

Me——還原產(chǎn)物；

XO——氧化產(chǎn)物。高爐煉鐵常用的還原劑主要是CO、H2和固體C。3.1.5.2鐵氧化物的還原高爐內(nèi)的鐵氧化物主要有Fe2O3、Fe3O4

、FeCO3

、Fe2SiO4、FeS2等但最后都是經(jīng)FeO形態(tài)被還原成金屬Fe。（1）各種鐵氧化物的還原與分解順序：

3Fe2O3→2Fe3O4→6FeO→6Fe失氧量/%011.133.3100

從上面可看出：一半以上的氧是從FeO→Fe，所以FeO的還原意義重大。T＜570℃，還原順序為：Fe2O3→Fe3O4→Fe。T＞570℃還原順序為：Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe。（2）間接還原反應礦石在高爐內(nèi)在溫度不超過900～1000℃的高爐中上部，鐵氧化物中的氧是被煤氣CO和H2奪取而生成CO2和H2O，此反應稱為間接還原反應。用CO作還原劑：

T＜570℃3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2+27130kJFe3O4+CO=3Fe+CO2+17160kJT＞570℃3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2+27130kJFe3O4+CO=3FeO+CO2-20890kJFeO+CO=Fe+CO2+13600kJH2作還原劑：T＜570℃3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O+21800kJFe3O4+4H2=3Fe+4H2O-146650kJT＞570℃3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O+21800kJFe3O4+H2=FeO+H2O-63570kJFeO+H2=Fe+H2O-27700kJ當H2和CO的還原能力研究表明：在低溫區(qū)T＜810℃時，H2＜CO；T=810℃時，H2和CO還原能力相同；在高溫區(qū)T＞810℃時，H2＞CO。（3）固體碳的直接還原反應高爐內(nèi)用固體碳作還原劑還原鐵氧化物生成氣相產(chǎn)物CO的反應稱為直接還原反應。其反應式為：

FeO+C=Fe+CO-152190kJ

由于固體碳同鐵氧化物的接觸面積很小，實際上主要通過以下兩個階段進行：

FeO+CO=Fe+CO2+13600kJ+）CO2+C=2CO-165790kJFeO+C=Fe+CO-152190kJ

高爐內(nèi)各區(qū)域的溫度不同，直接還原和間接還原的部位也不同。

T＜800℃低溫區(qū)為間接還原區(qū)。

T＞1100℃高溫區(qū)為直接還原區(qū)。

T=800～1100℃中溫區(qū)為二者都存在的混合區(qū)。高爐冶煉中通常把以直接還原式還原出的鐵量占還原出來總鐵量的比值稱為直接還原度（rd）。研究表rd最佳在0.2～0.3,而高爐實際操作中rd常在0.4～0.5之間，有的甚至更高，調(diào)配合理的rd，是降低焦比的重要內(nèi)容。3.1.5.3非鐵元素的還原高爐內(nèi)除鐵元素外還有錳、硅、磷等元素的還原。根據(jù)各氧化物分解壓大小，銅、砷、鈷、鎳在高爐內(nèi)幾乎全部被還原；錳、礬、硅、鈦等較難還原，部分進入生鐵。（1）錳的還原

與鐵類似，由高價向低價逐級還原。6MnO2—→3Mn2O3—→2Mn3O4—→6MnO—→6MnMnO只能由直接還原方式還原為Mn，開始還原溫度約在1000～2000℃間，反應如下：MnO+C=Mn+CO-287190kJ

冶煉普通生鐵時Mn大至40%～60%進入生鐵，5%～10%揮發(fā)進入煤氣，其余進入爐渣。（2）硅的還原

只能在高溫區(qū)（1300℃）以直接還原方式進行，且是逐級進行的。

當T＜1500℃時，SiO2→Si：SiO2+2C=Si+2CO

當T＞1500℃時，SiO2→SiO→Si：SiO2+C=SiO+COSiO+C=Si+CO

還原出來的Si能與鐵在高溫下形成穩(wěn)定的硅化物FeSi（也包括Fe3Si和FeSi2）而溶解于鐵中，降低了還原時的熱消耗和還原溫度，從而有利于Si的還原。

生產(chǎn)中常以生鐵含Si量來代表爐缸溫度水平。（3）磷的還原

以磷酸鈣（CaO）3·P2O5（磷石灰）形態(tài)存在，有時以磷酸鐵（FeO）3·P2O5·8H2O（藍鐵礦）形態(tài)存在。

當T＜950～1000℃時，進行間接還原：2（FeO）3·P2O5+16CO=Fe2P+P+16CO2

當T＞950～1000℃時,進行直接還原：2（FeO）3·P2O5+16C=3Fe2P+P+16CO

磷石灰較難還原，首先被爐渣中的SiO2置換，自由態(tài)的P2O5再進行直接還原：2（CaO）3·P2O5+3SiO2=3Ca2SiO4+P2O5-917340kJ+）P2O5+10C=4P+10CO-1921290kJ2Ca3·（PO4）2+3SiO2+10C=3Ca2SiO4+4P+10CO-2838630kJ

冶煉過程中P為難還原元素且反應吸熱量大，F(xiàn)e2P和P都溶于鐵水中，降低生鐵中含磷量的唯一途徑是控制爐料中的含磷量。（4）鉛、鋅、砷的還原

我國的一些鐵礦石中含有鉛、鋅、砷等元素，這些元素在高爐冶煉條件下易還原。還原出來的這些元素會對生鐵質(zhì)量和高爐本身產(chǎn)生一定的影響。3.1.6還原反應動力學

熱力學是研究反應方向和限度即平衡的科學。而動力學則是說明反應是通過什么步驟進行（反應機理），以及反應速度和反應達到平衡所需時間的科學。目前為止能比較全面解釋鐵氧化物整個還原過程的理論是未反應核模型理論。這種理論認為鐵氧化物從高價到低價逐級還原，隨著反應的進行，未反應核心逐漸縮小，直到完全消失，如圖3-12所示。圖3-12礦球反應過程模型

整個反應過程按以下順序進行：

（1）還原氣體外擴散；

（2）還原氣體內(nèi)擴散；

（3）還原氣體被界面吸附；

（4）界面化學反應；

（5）氧化氣體的脫附；

（6）氧化氣體內(nèi)擴散；

（7）氧化氣體外擴散。

在整個過程中還原反應速度取決于最慢的一個環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)稱限制性環(huán)節(jié)。一般認為當反應受擴散規(guī)律控制時，稱擴散控速；如反應受本身控制時則稱化學反應控速；當二者相差不多稱處于復合控速。反應速度處于哪個范圍受到許多動力學因素的影響，通常提高煤氣的溫度和濃度、控制合理的流速、提高煤氣壓力；使用粒度較小，氣孔率較大的人造礦石有利于改善還原條件，加快還原反應速度。3.1.7生鐵的形成和滲碳過程

高爐上部部分鐵礦石還原生成的金屬鐵呈多孔海綿狀，稱為海綿鐵，其成分較純，幾乎不含碳。高爐內(nèi)生鐵經(jīng)過了滲碳。研究認為爐內(nèi)滲碳大致可分三個階段：第一階段，海綿鐵的滲碳。當溫度升高到727℃以上一般在高爐爐身中上部時，固體海綿鐵開始滲碳，這一階段的滲碳量占全部滲碳量的1.5%左右。

2CO=CO2+C黑

+)3Fe固

+C黑

=Fe3C固

3Fe固

+2CO=Fe3C固

+CO2

第二階段，液態(tài)鐵的滲碳。經(jīng)初步滲碳的金屬鐵在1400℃左右時與熾熱的焦碳繼續(xù)進行固相滲碳，開始熔化為鐵水，穿過焦碳滴入爐缸，熔化后的鐵水與焦碳直接接觸的滲碳反應：

3Fe液+C焦=Fe3C

到達爐腹處，生鐵的最終含碳已達4%左右。第三階段，爐缸內(nèi)的滲碳過程。爐缸部分只進行少量的滲碳，一般只有0.1～0.5%。經(jīng)過以上階段鐵水在向爐缸滴落的過程中，除了滲碳反應外，還有硅、錳、磷進入生鐵，脫除硫等有害雜質(zhì)，形成最終的成分生鐵。3.1.8爐渣的組成和作用3.1.8.1爐渣的組成

主要成分是SiO2、Al2O3、

CaO、MgO，此外還含有少量的其它氧化物和硫化物。用焦碳冶煉高爐爐渣成分大致范圍如下：

成分：SiO2Al2O3CaOMgOMnOFeOCaSK2O+Na2O%30～408～1835～50＜10＜3＜1＜2.5＜1～1.5冶煉上把爐渣中堿性氧化物與酸性氧化物的百分數(shù)之比稱為爐渣堿度（B）。生產(chǎn)中，堿度一般表示為二元堿度。根據(jù)堿度高低，爐渣分為酸性渣、中性渣、堿性渣。生產(chǎn)中,堿度一般表示為二元堿度：冶煉中二元堿度一般在1.0～1.3之間。3.1.8.2高爐渣的作用和要求

高爐冶煉是從鐵礦石到金屬鐵的過程，除在化學上實現(xiàn)Fe—O分離外，還要實現(xiàn)金屬與氧化物等的機械或物理分離，而這要靠造性能良好的液態(tài)爐渣。因此，高爐渣應滿足：（1）爐渣與生鐵互不溶解，且密度不同--渣鐵分離，純凈生鐵。（2）具有充分的脫硫能力，保證生鐵合格。（3）調(diào)整生鐵成分，保證生鐵質(zhì)量--利于有益元素的還原抑制有害元素的還原；（4）有利于爐況順行，獲得良好的冶煉技術(shù)經(jīng)濟指標；利于保護爐襯，延長爐襯壽命。3.1.9爐渣的形成

爐渣的形成要經(jīng)歷由初成渣→中間渣→終渣過程。其變化過程簡介如下：（1）初成渣的生成

包括固相反應、軟化、熔融、滴落幾個階段。軟熔帶中形成的液態(tài)初渣。初渣中（FeO）、（MnO）含量較高。（2）中間渣的變化

處于滴落過程中成分、溫度不斷變化的爐渣。處于軟熔帶以下、風口平面以上部位。中間渣中（FeO）、（MnO）含量逐漸減小，（CaO）、（MgO）含量逐漸增大，爐渣粘度增大。（3）終渣由中間渣轉(zhuǎn)化而得，通過風口平面聚集在爐缸，成分、性質(zhì)較穩(wěn)定的爐渣。終渣中（

Al2O3）、（SiO2）增大，（CaO）、（MgO）、（MnO）和（FeO）含量減小，（CaS）含量增大，堿度減小。3.1.10爐渣去硫

硫主要來源于焦碳、礦石、熔劑和噴吹燃料等。其中焦碳帶入的硫量占60～80%。冶煉每噸生鐵由爐料帶入的總硫量稱為硫負荷。一般硫負荷在4～8kg/t。

高爐內(nèi)的去硫主要是含有FeS的鐵水在滴過渣層時以及在渣鐵相界面處進行。[FeS]+（CaO）=（CaS）+（FeO）

（FeO）+C=[Fe]+{CO}

總的脫硫反應可寫為：[FeS]+（CaO）+C=[Fe]+（CaS）+CO-149140kJ

產(chǎn)物CO氣體起攪拌作用，可加速去硫反應。

主要措施有：降低硫負荷；提高煤氣的利用率；增大渣量；提高爐渣的脫硫能力，即可采取提高溫度，增加堿度等方法實現(xiàn)。3.1.11高爐強化冶煉與節(jié)能

高爐強化冶煉的目的是提高產(chǎn)量，即提高高爐冶煉強度（I）、提高高爐有效容積利用系數(shù)（ηu）和降低焦（K）。主要措施包括：

（1）精料

概括為：“高、熟、凈、勻、小、穩(wěn)、少、好”。“高”指入爐礦石含鐵品位要高，焦炭、燒結(jié)礦和球團礦強度要高，燒結(jié)礦的堿度要高?！笆臁敝甘炝希磳㈣F礦粉制成具有高溫強度，又符合各項冶金性能要求的塊狀料?！皟簟笔侵溉霠t原料中小于５ｍｍ的粉末要篩除?！皠颉笔侵父郀t煉鐵的爐料粒度要均勻?！靶　笔侵溉霠t料的粒度要小、均勻，上限所規(guī)定的范圍要窄，并控制住爐料中的大塊?！胺€(wěn)”是指入爐料的化學成分和物理性能穩(wěn)定，波動范圍小。“少”是指鐵礦石中含有害雜質(zhì)要少?！昂谩笔侵歌F礦石的冶金性能要好。

（2）高壓操作

超過130kPa的稱為高壓操作?？捎行У奶岣咭睙拸姸?，有利于爐況順行，減少管道行程，降低爐塵吹出量以及降低焦比等，當前的高壓水平一般為140～250kPa，3000m3以上的高爐大多采用250～300kPa。

（3）高風溫

熱風帶入的熱量約占1/4左右。特別是噴吹量不斷加大的情況下，提高風溫是降低焦比和強化冶煉的有效措施。風溫每提高100℃可降低焦比8～12kg，產(chǎn)量增加2%～3%。

（4）富氧鼓風

可提高冶煉強度，爐缸煤氣量增加，促進還原，提高爐缸溫度，降低焦比，有利于順行。富氧率一般為3%～4%，最高25%～40%。

（5）加濕和脫濕鼓風

統(tǒng)稱為調(diào)濕鼓風。其中加濕鼓風是在冷風總管上加一定量的水蒸氣，經(jīng)熱風爐送往高爐。加濕鼓風風中的水分在風口前燃燒發(fā)生以下反應：H2O=H2+O2-QH2O+C=CO+H2

可見增加了還原性氣體的含量，有利于降低焦比和提高冶煉強度，目前只在一些不噴吹燃料且具有潛能的小高爐上應用。

脫濕鼓風是將鼓風中的濕分降低到較低水平。有利于提高風口前理論燃燒溫度，有利于降低焦比和增加噴吹量和穩(wěn)定爐況。

（6）噴吹燃料

降低焦比，同時有利于改善煤氣分布和煤氣還原能力，提高生鐵產(chǎn)量，促進順行的效果。

另外，高爐冶煉低硅生鐵，可達到降低焦比，增加產(chǎn)量的效果；采用合理冷卻方式，改進冷卻器材質(zhì)與結(jié)構(gòu)，提高耐火材料的材質(zhì)，選擇合理的操作制度，爐缸、爐底用含鈦物料護爐等延長高爐壽命措施，也屬于高爐強化冶煉的范疇。

由于整個煉鐵系統(tǒng)（焦化、燒結(jié)、球團、煉鐵等工序）直接能源消耗占鋼鐵生產(chǎn)總能耗的一半以上。而在高爐生產(chǎn)過程中有許多余能利用潛力很大，可通過爐頂煤氣余壓發(fā)電，煤氣余熱發(fā)電，渣鐵顯熱利用，回收熱風爐煙道廢氣余熱，冷卻水落差發(fā)電等高爐節(jié)能措施回收利用二次能源。3.2煉鐵生產(chǎn)

高爐日常操作主要包括：

（1）開爐、休風、停爐操作；

（2）高爐爐況判斷與調(diào)節(jié)；

（3）爐前操作。3.2.1開爐

開爐是高爐一代爐齡的開始。

（1）開爐前的準備檢查

（2）烘爐：高爐和熱風爐

（3）裝料：選最好的爐料作為開爐料，分段加入。

（4）點火

可用熱風700～750℃的熱風開爐點火。3.1.2停爐

高爐停爐分為大修停爐和中修停爐。二者的主要區(qū)別是：中修停爐不放爐缸殘鐵，大修停爐必須放凈爐缸殘鐵。停爐要做到安全、出凈渣鐵、便于拆除和檢修。停爐方法主要有充填法和空料線噴水停爐法兩種。

充填法要點是在決定高爐停爐時停止上礦石。當料線下降時用其它物質(zhì)充填所空出的空間。用于填充的物質(zhì)有石灰石、碎焦等。也有的用高爐爐渣填充。此法較安全但停爐后要清除充填物大量浪費人力物力。

空料線噴水法：停爐開始時停止裝料，待料面下降上部空間擴大時，從爐頂噴水，當料面到達風口平面或其上1～2m時停止送風，繼續(xù)噴水。待爐缸內(nèi)紅焦全部熄滅后，開始修理。此法可大大縮短修爐時間，但要注意安全。3.1.3休風

高爐生產(chǎn)過程中因臨時檢修或計劃檢修，而需要短期或者長時間停止送風，叫做休風。休風時間超過8小時的稱為長期休風，8小時以內(nèi)的稱為短期休風。

高爐休風和復風操作中最重要的是防止煤氣爆炸，要將高爐本體與煤氣管道完全切斷。為預防爆炸性混合氣體的生成，在休風期應把高爐爐頂與煤氣管道完全切斷，同時在應向高爐爐頂及煤氣管道內(nèi)通入蒸汽，以保持爐頂及管道內(nèi)的正壓，可防止空氣滲入并可沖淡煤氣中CO和H2的濃度，減少爆炸的可能性。3.1.3休風

對于長期修風的高爐，應在停風前（對于大高爐風壓降到（1.05～1.1）×103Pa）關(guān)閉爐頂蒸汽，打開大鐘；用紅焦或燒著的木材與油布點燃爐頂煤氣，并維持火焰不滅，然后停風堵嚴風口，在繼續(xù)通蒸汽的情況下，使煤氣管道與大氣相通，靠自然抽力驅(qū)凈煤氣。高爐恢復送風時，也要注意煤氣安全。復風前，上述各部位都要通入蒸汽，待爐頂煤氣有足夠壓力時，再按操作程序接通煤氣系統(tǒng)。對于長期休風超過十天的高爐，休風期間為防止空氣進入爐內(nèi)，爐子要嚴格密封進行封爐操作，為再開爐具有充足的爐溫，爐況順行和迅速恢復到正常生產(chǎn)水平創(chuàng)造條件。封爐操作主要根據(jù)封爐時間長短確定封爐料的組成，封爐時間越長，焦碳負荷應越輕。3.2.4高爐基本操作制度高爐操作的基本任務是選擇好合理的操作制度，控制煤氣流，充分利用熱能和化學能。操作制度要根據(jù)爐型特點、設(shè)備條件、原料條件、冶煉生鐵品種及優(yōu)質(zhì)低耗指標要求制定工作準則。只有選擇好合理操作制度，控制好煤氣流，才能實現(xiàn)爐況穩(wěn)定順行，充分利用熱能和化學能。高爐基本操作制度包括：爐缸熱制度、送風制度、造渣制度和裝料制度等。3.2.4.1爐缸熱制度

爐缸熱制度指的是爐缸所具有的平均溫度水平，其參數(shù)有兩個方面：一是鐵水溫度，一般在1350～1500℃，又稱物理熱；爐渣溫度比鐵水溫度高50～100℃；其二是生鐵含硅量，硅含量的多少可以作為爐溫高低的標志，又稱化學熱。硅含量愈高則爐溫愈高。

合理的爐缸熱制度要根據(jù)高爐具體的冶煉特點及冶煉生鐵品種確定。影響爐缸熱制度的波動因素很多，爐缸熱制度主要用調(diào)劑焦碳負荷為控制手段，輔以高風溫和富氧率。3.2.4.2送風制度

送風制度指在一定冶煉條件下，確定適宜的鼓風量、鼓風質(zhì)量和進風狀態(tài)，它是實現(xiàn)煤氣合理分布的基礎(chǔ)，是保證爐料順行，爐溫穩(wěn)定的必要條件。送風制度可通過風量、風溫、鼓風濕度以及風口面積和長度、富氧率、噴吹燃料量等來調(diào)節(jié)。合理的送風制度應達到：煤氣流分布合理，熱量充足，煤氣利用好，爐況順行，爐缸工作均勻，鐵水合格；有利于爐型和設(shè)備的維護要求。3.2.4.3造渣制度

造渣制度是指按原燃料條件和生鐵的成分要求，選擇適宜的爐渣成分和堿度范圍。造渣制度要根據(jù)原燃料條件（主要是含硫量）和生鐵成分的要求主要是[Mn]、[Si]和[S]，選擇合理的爐渣成分和堿度。選定造渣制度應力求使爐渣有良好的冶煉性能，即流動性良好，脫硫能力強，有利于穩(wěn)定爐溫和形成穩(wěn)定渣皮以保護爐襯。3.2.4.4裝料制度

裝料制度指爐料的裝入方法。包括裝料順序、批重大小、料線高低和布料制度，對無鐘爐頂還包括溜槽傾角等。

（1）批重

指裝入高爐的每批料的重量。每批料中礦石的重量稱為礦批，焦碳的重量稱為焦批。礦石和焦碳的重量比稱為焦碳負荷，也即單位重量的焦碳所負擔的礦石量。批重對煤氣流的影響：批重大壓制中心氣流，批重小壓制邊沿氣流。

（2）料線

從大料鐘打開位置下沿到料面的距離成為料線。高料線即這段距離短；低料線則指這段距離長。提高料線爐料堆尖逐漸離開爐墻將促使邊緣氣流發(fā)展；降低料線堆尖逐漸向爐墻移近，將促使中心氣流發(fā)展。一般料線不能低于碰撞點。

圖3-14批重大小對布料的影響圖3-15料線高低對布料的影響（3）裝料順序。指的是礦石和爐料的裝入順序。先礦石后焦碳的裝入順序稱為正裝。先焦碳后礦石的裝入順序稱為倒裝。正裝時邊沿礦石多，加重邊沿。而倒裝則是中心礦石多加重中心。此外，還有同裝與分裝。同裝是礦石和焦碳一次入爐，分裝是礦石和焦碳分兩次入爐。就加重邊沿而言分裝比同裝緩和。

邊緣負荷由重到輕的裝入順序是：正同裝（KJ↓）→正分裝（K↓J↓）→倒分裝（J↓K↓）→倒同裝（JK↓）（K——礦石；J——焦碳）。

以上四種基本操作制度相互聯(lián)系相互制約，按調(diào)節(jié)的部位可分為上部調(diào)劑和下部調(diào)劑。上部調(diào)劑主要是通過調(diào)節(jié)裝料制度來調(diào)節(jié)煤氣流的合理分布，充分利用煤氣能量；下部調(diào)劑主要是通過調(diào)節(jié)送風制度來改變煤氣流的原始分布，達到活躍爐缸，順行的目的。生產(chǎn)中以下部調(diào)劑為基礎(chǔ)，上下部調(diào)劑相結(jié)合。3.2.5爐況判斷3.2.5.1直接觀察法直接觀察法是指通過看風口，看渣、看鐵和看料速和料尺工作狀態(tài)來判斷爐況。（1）看風口是高爐內(nèi)溫度最高的地方，是唯一能看到高爐內(nèi)冶煉情況的地方，當高爐順行時，風口明亮，活躍，各風口亮度一樣。當爐熱時風口耀眼奪目；爐涼時風口紅暗，當風口發(fā)黑并有掛渣現(xiàn)象，說明爐涼已經(jīng)十分嚴重。高爐難行時風口前焦炭活躍性較差，懸料時風口前焦炭停滯不動。（2）看出渣爐熱時渣溫高，流動性好表面光亮有火焰。渣樣斷口呈灰白石頭狀，則爐溫高堿度高。若渣流動性差，發(fā)紅，渣樣呈玻璃狀或黑色，則爐溫低，堿度低。3.2.5爐況判斷3.2.5.1直接觀察法（3）看出鐵出鐵時鐵溝內(nèi)火花與含硅量多少直接有關(guān)?；鸹ǖ?、小、多則硅低；火花高、大、疏則硅高。鐵水表面白亮，無“油”，說明爐溫高硫低。鐵樣凝固較快，并且斷口呈灰色，則硅高；鐵樣凝固較慢，且斷口呈白色，則硅低，爐溫低。（4）看下料觀察料速主要是看料速的快慢和均衡程度。料速均勻表現(xiàn)在下料順暢，料批穩(wěn)定，兩料尺速度一致（相差不超過0.2m）。當爐溫由涼轉(zhuǎn)熱時料速由快到慢。反之，料速增快，則預示爐溫由熱轉(zhuǎn)涼。當料尺停止不動，則表示懸料。料尺突然塌陷很深是蹦料的象征。兩料尺下降速度不均勻，則是偏料的象征。3.2.5.2間接觀察法

間接觀察法主要是利用壓力表、流量表、溫度表、料速表等熱工儀表來測量風量、風溫、風壓及爐內(nèi)不同部位的煤氣壓力、溫度、成分等間接判斷爐況。

（1）熱風壓力表

熱風壓力表能反應料柱透氣性好壞。爐況正常時風壓波動范圍?。粦伊蠒r風壓大增；崩料、管道行程時風壓大降。爐況熱行時，風壓緩慢上升，冷行時，風壓逐漸下降。

（2）爐頂煤氣壓力表

爐況正常時，煤氣壓力波動不大。懸料時，煤氣壓力大大降低。管道行程或崩料時煤氣壓力大增。

（3）冷風流量計

爐況正常時，風量波動范圍不大。懸料時，風量自動減少。管道行程時風量自動增加。爐況向冷時，風量增加；爐況向熱時風量減少。3.2.5.2間接觀察法

（4）爐頂煤氣壓力計

爐頂煤氣溫度高時，說明爐內(nèi)熱能利用不良。管道行程和懸料或難行初期，爐頂溫度也會升高。

（5）爐頂煤氣成分CO2%分布多的地方礦石分布較多，煤氣流量較少，反之，CO2%分布少的地方，焦碳分布較多，煤氣流量較多。正常情況下，爐喉CO2%分布曲線是中心高于邊沿。圖3-16我國煤氣分布曲線發(fā)展3.2.6爐況處理3.2.6.1正常爐況的特征

（1）熱制度穩(wěn)定

爐溫波動在規(guī)定范圍之內(nèi)，前后兩爐鐵的[Si]含量在波動范圍，各個風口均勻活躍，風口明亮，無生降，不掛渣。

（2）造渣制度穩(wěn)定

渣溫充足，流動性好。放渣順暢，流過渣溝不結(jié)殼，上下渣及各渣口堿度及渣溫均勻。