武汉科技大学冶金概论文字精简版

1、一绪论1.1冶金基本概念1.2钢铁工业1.3钢铁冶炼1.4钢铁产品及副产品1.5钢铁工业能耗及能源1.6耐火材料1.7环境保护 1.1冶金基本概念冶金学概念冶金学是一门研究如何经济地从矿石或其它原料中提取金属或金属化合物，并用一定加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。由于矿石性能不同，提取金属的 原理、工艺过程和设备不同，从而形成专门的冶金学科一冶金学(Metallurgy)。冶金学研究所涉及的内容：金属的制取，金属的加工，金属性能的改进t对金属成 分、组织结构、性能和相关理论的研究。冶金学分类冶金学按研究的领域分：提取冶金学(化学冶金学)和物理冶金学(physical metallurg

2、y)(材料的加工成型，通过控制其组成、结构使已提取的金属具有某种 性能)。提取冶金(extractive metallurgy ):从矿石中提取金属及金属化合物的过程，因其中进行很 多化学反应，又称化学冶金提取冶金的分类按按所冶炼金属类型分：有色冶金、钢铁冶金(黑色冶金)按冶金工艺过程不同分火法冶金、湿法冶金、电冶金火法冶金主要过程简介：干燥：去水，温度为 400600C。焙烧：以改变原料组成为目的的、在低于矿石熔点温度下、在特定气氛中进行的冶 金过程。煅烧：在空气中以去 C02和水为目的的冶金过程。烧结与球团：以获得特定矿物组成、结构及性能的造块。熔炼：还原氧化物，提取粗金属。精炼：氧化杂质

3、，获得纯金属。铸造：液态金属凝固成固态。1.2钢铁工业钢铁是使用最多的金属材料原因：储量大；冶炼加工容易；综合性能好预计未来几年钢铁产品在各行业中占的比例口建瑕业交連运输设备制谨业口金属制畐41机诫制造业和黑色全届渣燼耳 庄延吉用设备制垃业毎业电气机慟歳器拘制谨山S辛金 雇矿物制品业等苴它钢与生铁区别:生铁钢含碳量2% 43%(103% -2%苴它杂质较多较少机械性能质硬而脆 无韧性质硬、有韧性机械加工可铸不可锻可铸可锻町延压钢铁冶炼技术发展简史:远古至13世纪末：半熔融状态的铁块一海绵铁（sponge iron）;13世纪末至19世纪中叶：熔融状态的生铁t粗钢，形成两步法炼钢；19世纪中期至

4、今 ：1856年英国人发明了空气底吹酸性转炉炼钢法；1864年法国人发明了平炉炼钢法（0H）;1874年发明了空气底吹碱性转炉炼钢法；20世纪初发明了电弧炉炼钢 （EAF）;20世纪中叶氧气顶吹转炉（LD法）。我国钢铁工业的发展：1996年，突破1亿吨；1999年，产量世界第一；2003年，突破 2亿吨，世界唯一年产钢超过 2亿吨的国家；2004年，产量2.8亿吨；2005年，产量3.5亿吨；2006年，产量 4.2亿吨。1.3钢铁冶炼钢铁生产的两个典型流程长流程（高炉炼铁）：烧结/球团 一高炉一转炉一连铸机一轧机。短流程（非高炉炼铁）：直接还原或熔融还原 一电炉一连铸机一轧机钢铁冶炼的任务是

5、把铁矿石冶炼成合格的钢。钢铁生产的典型工艺（长流程）矿石陳矿精矿烧结/球团|连铸焦炭球团矿 转炉炼钢巡预处理铁水连铸峰铁水铁水预处理钢铁工业的特点：生产规模大，物流吞吐大，每吨钢涉及的物流将是5-6吨。资源密集、能耗密集。在钢铁联合企业内，每吨钢降消耗0.7-0.8吨左右的标准煤、1.5-1.65 吨左右铁矿石、3-8吨左右新水；制造流程工序多、结构复杂制造流程中伴随大量物质/能量排放，形成复杂的环境界面。钢铁产品及副产品产品：生铁、钢、铁合金。畐U产品：炉渣、煤气。生铁：它是铁和碳及少量硅。锰、硫、磷等元素组成的合金，主要由高炉生产，按其用途 可分为炼钢生铁和铸造生铁。铁合金：是指铁与一种或

6、几种元素组成的中间合金，主要用于炼钢脱氧或作为合金添加剂，当采用金属热还原法生产其它铁合金和有色金属时作还原剂（详见第七章）。如：硅铁、锰铁。炉渣：是炉料在冶炼过程中不能进到生铁和钢中的氧化物、硫化物等形成的熔融体。其主要成分是CaO、MgO、Si02、AI2O3等。根据冶炼方法的不同，钢铁生产产生的炉渣分为高炉渣和炼钢渣，按炉渣中含有不同的化学成分又可分为碱性渣碱度（R）:炉渣中CaO与Si02的质量百分数之比。这是二元碱度，还有三元碱度等r w(CaO)w(SiO2)w(CaO) w(MgO)w(SiO2)煤气：钢铁生产中还能获得大量的可燃气体，高炉炼铁可产生高炉煤气，转炉炼钢可获得 转炉

7、煤气，炼焦时可得焦炉煤气等。煤气主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH41.5钢铁工业能耗及能源钢铁工业是能源消耗的大户，约占全国总能源消耗量的1011 %。钢铁生产所用能源主要有煤炭、燃料油（重油）、天然气、电力等。煤占钢铁生产中燃料消耗的70%，钢铁工业用煤量已超过煤炭总产量的15%。煤在钢铁企业主要用来炼焦和自备电厂发电、蒸汽机车烧煤、烧工业锅炉及部分窑 炉，少部分制成粉煤用于高炉喷吹及烧结生产。我国钢铁工业的能源消耗中，钢铁冶炼是耗能最高的工序，占钢铁工业能耗的6070%。其主要耗于炼铁系统，焦化、烧结、球团、炼铁等工序。节能途径：改进生产工艺及操作， 更新和改造耗能高的设备。降低能

8、源损失（废料”、煤气、热能、压力能），减少生产工序。回收利用散失热量。加强企业能源管理，力口强能源利用技术的研究工作，提高操作技术水平，充分发挥现有设备能力，以节能为目 标合理组织生产。1.6耐火材料钢铁冶金的技术进步和过程温度的提高分不开，耐火材料的发展与钢铁冶金的技术进步 紧密相关。耐火材料产品绝大部分（6080% ）用于冶金行业。耐火材料在冶金中的应用有：? 高温炉管? 坩埚、容器? 热电偶绝缘管? 热电偶保护管? 炉膛耐火材料 ? 炉膛保温材料耐火材料定义：耐火材料是耐火度不低于 1580 C的无机非金属材料。ISO定义：耐火材料是耐火度至少为1500 C的非金属材料或制品（但不排除含

9、有一定比例的金属) 。 在高温炉(高炉、热风炉、转炉、各种加热炉)中，炉膛是用耐火材料砌成的。 对耐火材料的要求是：有足够高的耐火度，合理的形状，质地致密，高温下有一定 强度，无明显挥发现象以及不与炉内工作气氛发生反应等。耐火材料分类 :复合系按化学成分：氧化物、非氧化物、 按形态：定形、不定形 按耐火度分：普通 15801770 高级 17702000 特级2000 c以上 按制作工艺分：泥浆浇注；可塑成型1.7 环境保护 钢铁厂产生的各种污染物有： ? 大气污染物质? 污水? 固体废弃物大气污染物质 :SOX ：是通过原料、 燃料中硫磺成分的燃烧而产生的。 烧结工厂等为其主要发生源。NOX

10、 ：通过燃烧后发生。烧结工厂等为其主要发生源。 煤尘：通过燃烧后发生。烧结炉、各加热炉为其发生源。 粉尘：从燃料原料的输送、处理过程，及储藏场中产生。炼铁、炼钢工程为其主要 发生源。污水 : 钢铁工业用水主要是冷却水，其次是煤气洗涤水，以及冲洗设备、地面及除尘用水 等。污水中含有下列污染物：? 固体悬浮物( SS Solid suspension )：从排气集尘、高温物质的直接冷却等过程中 产生。? 油：由各种机械等所使用的油所发生的漏泄及冷轧工程使用轧制机的机油等原因而 产生。? 化学需氧量( COD Chemical oxygen demand )：从煤炭干馏时的氨水，及冷轧、电 镀废水中

11、产生。? 酸、碱：从冷轧工程的酸洗工程、电镀工程等的脱脂工程中产生。从高炉、铁水预处理、转炉、电炉、二次精炼设备等的冶炼工程中产生。 在各种水处理过程中产生。从各种干式集尘机中产生。固体废弃物 : 炉渣 污泥 灰尘钢铁生产中产生的污染物（1）:第一章 小结? 火法冶金及其主要工序；? 钢铁生产长流程和短流程生产工艺；? 钢铁工业能源及能耗特点；? 耐火材料及其要求。高炉炼铁2.1 高炉冶炼用原料 (raw materials)2.2 高炉炼铁原理2.3 高炉结构及附属设备2.4 高炉操作2.1 几个基本概念1 矿物 (Minerals) ：地壳中具有均一内部结构、化学组成及一定物理、化学性质的

12、天然化合 物或自然元素称为矿物。其中能够为人类利用的称为有用矿物。2 矿石 (Ore) ：在现代的技术经济条件下，能以工业规模从中提取金属、金属化合物或其它 产品的矿物称为矿石。3 矿石的品位 (Ore grade) ：矿石中有用成分的质量百分含量，称为该矿石的品位。4 脉石 (Gauge) ：矿石中没有用的成分称为脉石，一般在冶炼过程中需要去除。5、富矿 (high-grade ore) ：含铁品位 50% 的铁矿石赤铁矿:理论含铁量70%磁铁矿:理论含铁量72.4%菱铁矿:理论含铁量48 . 3%褐铁矿:理论含铁量55 . 266.1%6、 贫矿(lean ore):实际含铁量低于理论含铁

13、量70%的铁矿石称贫矿(必须经过选矿后使用)7、块矿 (lump ore) 和粉矿 (fine ore)8、精矿 (ore concentrate) :贫矿经过破碎，细磨，并通过磁选或浮选得到的高品位细粉状矿 石.主要原料高炉冶炼用的原料主要有铁矿石(天然富矿和人造富矿) 、燃料 (fuel) (焦炭和喷吹 燃料)、熔剂 (flux) (石灰石与白云石等) 。冶炼 1t 生铁大约需要 1.62.0t 矿石， 0.40.6t 焦炭 (coke)，0.20.4t 熔剂。 高炉冶炼是连续生产过程，必须尽可能为其提供数量充足、品味高、强度好、粒度 均匀粉末少、有害杂质少及性能稳定的原料。铁矿石处理工艺

14、流程矿石(ore) f 破碎(crush)宀筛分(screen)宀富矿(high-grade ore) 宀混匀(mix)宀高炉； 矿石t破碎t筛分t贫矿 (lean ore) f 磨矿(grinding) f 筛分f 选矿f 造块f 人造富矿f高炉燃料焦炭的作用：发热剂、还原剂及料柱骨架。粒度：大型高炉 4060mm ；中型高炉 2540mm ；小型高炉 1525mm ；喷吹燃料： 固体(无烟煤与烟煤粉) 液体(重油、煤焦油) 气体(天然气或焦炉煤气) 熔剂熔剂主要使用石灰石 (calcite)和白云石 (dolomite) ；熔剂的要求：? 有效成分含量高( CaO+MgO )；? 有害杂质

15、 S、 P 低；? 粒度均匀，强度好，粉末少。熔剂的作用：? 助熔，改善流动性，使渣铁容易分离；? 脱硫（焦炭和矿石中 S）。烧结 将各种粉状铁矿粉，配入适宜的燃料和熔剂，均匀混合，然后放在烧结机点火烧结。在燃 料燃烧产生高温和一系列物理化学变化作用下，部分混合料颗粒表面发生软化熔融，产生 一定数量的液相，并润湿其它未融化的矿石颗粒。冷却后，液相将矿粉颗粒粘结成块。这 一过程叫是烧结，所的到的块矿叫烧结矿。烧结生产的必要性 : 在自然界中，能直接用于高炉冶炼的富矿越来越少，使得人们不得不开采贫矿（含铁品位 2540% ），但贫矿直接入炉是不经济的，仍须经过选矿提高其品位。要选矿，必须对矿石 进

16、行破碎研磨，因此铁矿粉选矿后粒度组成不符合高炉冶炼的要求，必须经过造块后方可 用于冶炼 .烧结矿的优点 : 烧结矿是人工制造的矿石，它比天然矿石有许多优点，通常含铁量高，粒度组成均匀，气 孔率大，成分稳定，还原性能好。另外，含碱性熔剂，高炉造渣性能好，具有良好的冶金 性能。高炉使用烧结矿，可提高产量，降低燃料消耗。烧结工艺流程烧结工艺流程I LOW S1QXI OFWAO6IELLI一 ns -Til/1ft再i焉戟 3 ：芒二gm一芒用長怫-炭淳含Bl1220A主M 二 lUltR /ntn22皿6Csi 5 gWm : EiAOSltEL烧结过程示意图烧结料层有明显的分层，依次出现烧结矿层

17、、燃烧层、预热和干燥层、过湿层，然后又 相继消失，最后剩下烧结矿层。烧结过程的主要反应：燃烧反应：C+02，烧结废气中以C02为主，存在少量 CO ,还有一些自由氧和氮。2C+O2=2CO ； C+O2=CO2分解反应：结晶水的分解：褐铁矿( mFe2O3 nH2O )高岭土( A12O3 2SiO2 2H2O) 熔剂分解：CaCO3=CaO+CO2(75O C 以上)MgCO3=MgO+CO2(72O C)还原与再氧化反应：Fe、Mn等靠近燃料颗粒处：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2;Fe3O4+CO=3FeO+CO2;远离燃料颗粒处：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3;3FeO

18、+1/2O2=Fe3O4.气化反应：脱硫 85 %95%。FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO22FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO2烧结矿的形成 烧结矿是一种由多种矿物组成的复合体。由含铁矿物和脉石矿物组成的液相粘结在 一起组成。含铁矿物有磁铁矿、方铁矿(或浮氏体) 、赤铁矿粘结相主要有铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅灰石、硅酸二钙、硅酸三钙、铁酸钙、钙 铁灰石及少量反应不全的游离石英和石灰。烧结矿质量指标： 烧结矿质量对高炉冶炼有重大影响，改善其质量是“精料” 的主要措施。 对其质量评价指标主要有化学成分、物理性能、冶金性能等。 化学成分高炉要求烧结矿化学成分稳定，波动小，有害杂质少。主

19、要包括TFe、FeO、S、碱度( CaO/SiO2 )。目前武钢入炉烧结矿品位在55%56%左右，一级品允许波动范围为土0.5;碱度在1.90左右，一级品允许波动范围为土0.08; S含量一级品w 0.08%。 物理性能 包括机械强度和粒度组成等。高炉要求烧结矿机械强度高，粉末少，粒度均匀。烧结矿粒度小于 5mm 的称之为粉末。粉末含量对高炉料柱透气性影响很大。粉末含量 高，高炉透气性差，导致炉况不顺，可能引起崩料或悬料。反应机械强度的指标为：转鼓指数、抗磨指数、筛分指数。 目前武钢烧结矿的转鼓强度大约在 79%80%左右。 高温冶金性能低温还原粉化率(RDI Reduction Degrad

20、ation Index ):是指烧结矿在高炉上部约 500 C 还原气氛下抗粉化的能力。v 3.15mm粒级越小越好。还原度(RI):是指烧结矿在900 C还原气氛下被还原成 Fe的能力。还原度越高越好 烧结机世界上 90% 以上烧结矿由抽风带式烧结机生产，其主要设备为烧结台车。球团将准备好的原料（细磨精矿或其他细磨粉状物料、添加剂等），按一定比例经过配料、混匀制成一定尺寸的小球，然后采用干燥焙烧或其他方法使其发生一系列的物理化 学变化而硬化固结这一过程即为球团生产过程其产品即为球团矿。球团矿生产的工艺流程一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、 成品和返矿处理等工序。生产球团矿

21、的原料：磁铁精矿粉：TFe=6069%（Fe3O4理论品位72.4%）粒度-200 目（0.074mm）7080%（2）粘结剂：膨润土（SiO266.7%, AI2O328.3%, H2O5%）: 0.52.5% 粘结剂的作用：（1）吸收水2）改善精矿粉造球性能3）提高生球强度4）提高生球爆裂温度基本工艺流程：铁精矿膨润土（送烧结）（送高炉）球团竖炉:竖炉生产对生球质量的要求：（1）粒度要求：915 mm 抗压强度:0.81.0kg/个（3）落下次数：3次（0.5m高度自由落到钢板上至破裂的次数）爆裂温度： 650 C2.2高炉炼铁原理高炉冶炼过程及特点现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除

22、高炉本体外，还有供料、送风、煤气 净化除尘、喷吹燃料和渣铁处理等系统。高炉炼铁的本质传质过程：矿石中的 02-02-进入煤气中，实现铁与氧的分离传热过程：煤气携带的热量传给炉料，使炉料熔化成渣铁，实现渣铁分离鱼雷半高炉结构高炉是由耐火材料砌筑而成竖式圆筒形炉体，外有钢板制成炉壳加固密封，内嵌冷 却器保护，炉子自上而下依次分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸五部分。炉缸部 分设有风口、铁口和渣口，炉喉以上为装料装置和煤气封盖及导出管。高炉炉内炉料状况及反应块状区主奧特征：邸与次昱箕譬容布尽杭停为固 碎粒反d主 生掠止：矿石网按还原.碟阪盐分鮮。I软熔区壬耍特怔：丁石星较熔状丫 对煤7血力丸J I 主

23、耍哎应：矿石的it按逵康“注曠利焦炭的PUX 弘 I滴瘩匿壬耍特证：蕉就下降.其间夾朵渣恢乳费口 主耍歧应：韭钛元爲还原、JU硫、港碳、*熨的吒化皿甩 I為熨回旋区主要特怔：為滾作M撬無动I主英戊虫：鼓风中的轧和蒸汽与焦熨氐喷 入的捕助撚料塡生魅块反趣二炉虹区燃烧反应主那-時忸：缝钱耗对静止，井臂令于1IJ 圭冥反血：垠气的曲锻反血。炉顶加入的焦炭，其中风口前燃烧的碳量约占入炉总碳量的65%75% ,是在风口前与鼓风中的02燃烧，1721%参加直接还原反应，10%左右溶解进入铁水。燃烧反应的作用：?为高炉冶炼过程提供主要热源；?为还原反应提供 CO、H2等还原剂;?为炉料下降提供必要的空间。燃

24、烧反应的机理一般认为分两步进行：风口前碳素的燃烧是不完全燃烧，生成 CO 并放出热量。 由于鼓风中总含有一定的水蒸气，灼热的 C 与 H2O 发生下列反应： C+H2O=CO+H2 -124390kJ实际生产中的条件下， 风口前碳素燃烧的最终产物由CO 、H2 、N2 组成。回旋区及燃烧带回旋区：风口前产生焦炭和煤气流回旋运动的区域称为回旋区。回旋区和中间层组成焦炭在炉缸内进行燃烧反应的区域称为燃烧带。实践中常以C02降至12%的位置定为燃烧带界限。大型高炉的燃烧带 长度在10001500mm 左右。2.3 还原反应还原反应? 还原剂夺取金属氧化物中的氧，使之变为金属或该金属低价氧化物 的反应

25、。? 高炉炼铁常用的还原剂主要有C0、H2 和固体碳。铁氧化物的还原顺序? 遵循逐级还原的原则。?当温度小于570 C时，按Fe2O3宀Fe3O4宀Fe的顺序还原。?当温度大于570 C时，按Fe2O3宀Fe3O4宀FeO宀Fe的顺序还原。高炉内铁氧化物的还原用 CO 和 H2 还原铁氧化物? 用 CO 和 H2 还原铁氧化物， 生成 CO2 和 H2O 还原反应叫间接还原。?用CO作还原剂的还原反应主要在高炉内小于800C的区域进行。?用H2作还原剂的还原反应主要在高炉内8001100 C的区域进行。用固体碳还原铁氧化物? 用固体碳还原铁氧化物，生成CO 的还原反应叫直接还原。? 在高炉内具

26、有实际意义的只有FeO+C=Fe+CO 的反应。? 直接还原要通过气相进行反应，其反应过程如下：直接还原一般在大于 1100 c的区域进行，8001100 C区域为直接还原与间接还原同时 存在区，低于 800 C的区域是间接还原区。锰的还原 高炉内锰氧化物的还原由高级向低级逐级还原直到金属锰，顺序为：从 MnO2 到 MnO 可通过间接还原进行还原反应。 MnO 还原成 Mn 只能 靠直接还原取得。MnO 的直接还原是吸热反应。高炉炉温是锰还原的重要条件，其次适当 提高炉渣碱度，增加 MnO 的活度，也有利于锰的直接还原。还原出来的锰可溶于生铁或生成 Mn3C 溶于生铁。硅的还原硅的还原只能在

27、高炉下部高温区（1300 C以上）以直接还原的形式进行：SiO2+2C = Si+ 2CO-628297kJSiO2 在还原时要吸收大量热量，硅在高炉内只有少量被还原。 还原出来的硅可溶于生铁或生成 FeSi 再溶于生铁。 较高的炉温和较低的炉渣碱度有利于硅的还原。铁水中的含硅量可作为衡量炉温水平的标志。磷的还原磷酸铁（FeO）3 P2O5 -8H2O又称蓝铁矿，蓝铁矿结晶水分解后，形成多微孔的结构较易还原，反应式为：磷酸钙（主要存在形式）在高炉内首先进入炉渣，在11001300 C时用碳作还原剂还原磷，其还原率能达60；当有 SiO2 存在时，可以加速磷的还原：磷在高炉冶炼条件下，全部被还原

28、以 Fe2P 形态溶于生铁。 铅、锌、砷的还原还原出来的铅（密度 11.34g/cm3 ）易沉积于炉底，渗入砖缝，破坏炉底； 部分铅在高炉内易挥发上升，遇到 CO2 和 H2O 将被氧化，随炉料一起下降时又被 还原，在炉内循环。还原出来的锌，在炉内挥发、氧化、体积增大使炉墙破坏，或凝附于炉 墙形成炉瘤。还原出来的砷，与铁化合影响钢铁性能，使钢冷脆，焊接性能大大降低。 铁水主要成分： C、 Si、 Mn 、P、S、FeO + C = Fe + CO - 650kcal/kgFeMnO + C = Mn + CO-1248kcal/kgM nSiO2+ 2C = Si + 2CO - 5360 k

29、cal/kgSi 2Ca3（PO4）2+3SiO2+10C = 3Ca2SiO4+4P +10CO-5471kcal/kg P元素 收得率铁99.7%锰4060%（炼钢生铁）70% （铸造生铁）磷100%生铁的生成与渗碳过程生铁的生成：渗碳和已还原的元素进入生铁中，得到含Fe、C、Si、Mn 、P、S 等元素的生铁。渗碳过程? 固体海绵铁发生渗碳过程：（渗 C 有限，不到 1）在1400 C左右时，与炽热的焦炭继续进行固相渗碳。熔化后的金属铁与焦炭发生渗碳反应：3Fe液+C焦=Fe3C液。高炉炉渣与脱硫高炉炉渣是铁矿石中的脉石和焦炭（燃料 ）中的灰分等与熔剂相互作用生成低熔点的化合物，形成非金

30、属的液相。? 高炉炉渣的成分? 高炉炉渣作用? 成渣过程? 生铁去硫高炉炉渣的成分高炉炉渣的来源：矿石中的脉石、焦炭（燃料 ）中的灰分、熔剂中的氧化物、被侵蚀的炉衬等。高炉炉渣的成分：氧化物为主，且含量最多的是SiO2、CaO、Al2O3 、MgO 。炉渣中氧化物的种类：碱性氧化物、酸性氧化物和中性氧化物。以碱性氧化物为主 的炉渣称碱性炉渣；以酸性氧化物为主的炉渣称酸性炉渣。炉渣的碱度（R）:炉渣中碱性氧化物和酸性氧化物的质量百分数之比表示炉渣碱度： 高炉炉渣碱度一般表示式： R=w（CaO） w （SiO2）炉渣的碱度根据高炉原料和冶炼产品的不同，一般在1.01.25之间。高炉炉渣的作用分离

31、渣铁，具有良好的流动性，能顺利排出炉外。 具有足够的脱硫能力，尽可能降低生铁含硫量，保证冶炼出合格的生铁。具有调整生铁成分，保证生铁质量的作用。保护炉衬，具有较高熔点的炉渣，易附着于炉衬上，形成 “渣皮”，保护炉衬，维持 生产。成渣过程（1）焦炭在风口处完全燃烧，灰分进入炉渣。（2） 石灰石在下降过程中，分解的CaO 在滴落带，被初渣溶解，参与造渣。（3）矿石在块状带固相反应生成了低熔点的化合物沿焦炭缝隙流下，分离出初渣。随后渣中（FeO）不断还原进入铁中，至滴落带，炉渣以滴状下落，渣中FeO已降到2%3%。（4） 滴落的初渣成分不断变化，初渣开始是自然碱度，以后随着SiO2 的还原，石灰石渣

32、化并加入焦炭灰分，经过碱度波动之后形成终渣。成渣过程中，软熔带对炉内料柱透气性影响很大，习惯上把这一带叫成渣带。 生铁去硫硫的来源：矿石、焦炭、熔剂和喷吹燃料中的硫分。炉料中焦炭带入的硫最多，占 70%80%。冶炼每吨生铁由炉料带入的总硫量称硫负荷。 炉渣去硫? 炉渣去硫反应： FeS+(CaO)=(CaS)+(FeO) 生成的 FeO 在高温下与焦炭作用： (FeO)+C=Fe+CO-Q 总的脱硫反应可写成： FeS+(CaO)+C=(CaS)+Fe+CO-Q 炉外脱硫? 高 炉 常 用 的 炉 外 脱 硫 剂 是 苏 打 粉 (Na2CO3) 。 反 应 式 为 Na2CO3+FeS=Na

33、2S+FeO+CO2-Q? 还有石灰、白云石、电石、复合脱硫剂等。 高炉渣的主要组成： CaO、MgO 、 SiO2 、 Al2O3 、FeO、MnO 、S 烧结矿： CaO 、 SiO2、MgO 、Al2O3 、S 球团矿、块矿： SiO2、Al2O3 、 S 焦炭、煤粉： SiO2 、 Al2O3 、S高炉中8085%的S来自焦炭和煤粉主要成分:CaOSiO2Al2O3MgOFeOMnOCaS3540354015(18)121.0 3000m3大型高炉：Vu 15002500m3中型高炉 ：Vu 6001000m3小型高炉：Vu 300m3以下炉顶装料装置高炉炉顶装料设备的作用是按冶炼要求

34、，向炉内合理布料，同时要严密 封住炉内荒煤气不逸出炉外。常用的炉顶装料设备主要有钟式炉顶和溜槽式（亦称无钟式）炉顶。钟式炉顶1 旋转布料器；2煤气封盖；3均压室；4大料钟；5大料斗；6小料钟；7 受料斗5上密封阀（放散）；10 波纹管；11 无钟炉顶1 带式上料机；2 旋转料罐；3驱动电动机；4托盘式料门；6密封料罐；7卸料漏斗；8料流调节阀；9下密封阀（均压） 眼睛阀；12气密箱；13溜槽上料系统爼X中軸丿FT龙轴d I .ri v ; -i 札胡菠帀送风系统高炉送风系统包括高炉鼓风机、冷风管路、热风炉、热风管路、风口以及管路上的 各种阀门等。蓄热式热风炉由拱顶、 燃烧室和蓄热室等几部分构成

35、。蓄热式热风炉呈周期性工 作，一个工作周期有燃烧 期、送风期和切炉期三个过程。一般一座高炉有三至四 座热风炉。燃饶耄热風出口燃烧口废气出口min燃烧牢魅烧口冷14入口内燃式外燃式顶燃式废丸出口蓄热式热风炉结构热风围管及风口由热风炉送出的热风通过热风总管送到高炉，再经热风围管和送风支管，将热风均 匀的分配到每个风口，以便炉内焦炭和喷吹燃料进行燃烧。热风围管由钢结构本体、耐火内衬、吊挂装置和下部电葫芦单轨梁组成。风口装置主要由风口大套、中套和风口小套组成。煤气净化系统1 高炉；2重力除尘器；3 洗涤塔；4 文氏管；5 调压阀组；6脱水器炉顶煤气温度：200250 C炉顶煤气压力：22.5kg/cm

36、2炉顶煤气成分：CO : 2026%、CO2 : 1622%、N2 : 5460%、H2 : 3%、CH4 : 0.8%。/炉气体的谎向蕉料的流向流向岀址口渣铁分离器1- i H淘* 2$ 戦谕商伸坝：4-HSftte*改-沟头* 67-毁钛孔I ”一小井r 9 砂口讯转鼓脱水法工艺流程1 水渣沟；2 水渣槽及放散筒；3 分配器；4 脱水转鼓;5 鼓内胶带运输机 6鼓外胶带运输机;7 水渣成品贮存槽；8集水斗;9 冷却水池；10 泵站11脱水转鼓的细筛网；12 轴向刮板;13 吹扫用压缩空气;14 冲洗水图2 荚巴INBA法水渣处理流程示意图1 一粒化睁山一水渣権*3 分配舉沁一遞网辖散祐一度

37、带 输送轨2威胎槽”塞水增沖一冷却嘗理一水泵第二章?小结重点掌握内容：高炉炼铁原料及作用、烧结及过程；高炉结构、高炉内区域及进行反应、直接还原和间接还原、高炉炉渣作用、生铁去 硫、咼炉生产主要技术经济指标；高炉有效容积、炉顶装料装置、热风炉炉型及原理；第三章铁水预处理+转炉炼钢3.1 炼钢的基本任务3.2 炼钢炉渣 （slag）3.3 炼钢过程的基本原理3.4 炼钢用原材料 （raw materials）3.5 转炉炼钢 铁水预处理工艺 铁水预处理是指铁水进入炼钢炉之前对其进行脱除杂质元素或从铁水中回收有价 值元素的一种工艺。铁水预处理可分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理，前者有脱硫、脱硅、脱

38、磷或 同时脱磷脱硫；后者有铁水提钒、提铌等。预脱硫：电石、石灰、金属镁等炉外脱硫剂。 预脱硅：铁水沟、盛铁水容器中喷吹氧 化剂。预脱磷：盛铁水容器中喷吹氧化剂铁水预处理按需要可在铁水沟、盛铁水容器（铁水包、鱼雷罐 ）或转炉中时行。铁水预处理的化学冶金学意义化学冶金学意义： 创造最佳的冶金反应环境 !钢铁冶金工艺优化：高炉T分离脉石、还原铁矿石铁水预处理T脱硅、脱磷、脱硫转炉T脱碳、升温钢水炉外精炼T去夹杂、合金化铁水预处理 （脱硫 ）的优越性（1）满足用户对超低硫、磷钢的需求，发展高附加值钢种：如：船板钢、油井管钢：S、P 0.005 % 管线钢、Z 向钢、IF 钢：S 2.5,高碱度渣；氧化

39、性一一炉渣向金属熔池传氧的能力，一般以渣中氧化铁(刀FeO)含量来表示。炉渣的氧化能力是个综合的概念,其传氧能力还受炉渣粘度、熔池搅拌强度、供氧 速度等因素的影响。炼钢熔池中氧的来源氧的来源： 直接向熔池中吹入工业纯氧 (98)；向熔池中加入富 铁矿；炉气中的氧传入熔池。铁液中元素的氧化方式有两种：直接氧化 (direct oxidation) 和间接氧化直接氧化： 直接氧化是指氧气直接与铁液中的元素产生氧化反应。当向铁液中吹入氧气时，如果在铁液与气相界面有被溶解的元素如Si、Mn、C,虽有大量的铁原子存在，但根据元素的氧化次序Si、Mn、C将优先于铁而被氧化。在氧气转炉炼钢时氧气流股冲击铁液

40、形成一个冲击坑,氧气与铁液直接接触,易产生 元素的直接氧化。吹入的氧气由于动力学的原因首先与铁液中的Fe原子反应形成FeO进入炉渣同时使铁液中溶解氧O。炉渣中的(FeO)和溶解在铁液中的O再与元素发生间接氧化。 脱碳反应： 炼钢的一个重要任务是利用氧化方法将铁液中过多的碳去除,称为脱碳。脱碳反应是贯穿于冶炼过程。在高温下C主要氧化成为CO。其反应产物 CO 气体的上浮Fe 优先于 P 氧化,通过直接P2O5 时是酸性氧化物,脱碳反应的作用： 脱碳反应除了调整钢液碳含量的作用外, 排除使得脱碳反应给炼钢带来独特的作用。? 促进熔池成分、温度均匀；? 提高化学反应速度；? 降低钢液中的气体含量和夹

41、杂物数量：? 造成喷溅和溢出：脱磷反应：在炼钢温度下,气化脱磷反应是不能进行的。由于 氧化反应的气化脱磷也是难以进行的。通过加入石灰造碱性渣可以将铁液中的磷脱出到炉渣中。这是由于 遇到碱性氧化物如 CaO 能生成稳定的化合物而进入炉渣。脱硫的基本条件是：高碱度、高温、低氧化性。影响脱硫反应的基本条件分析(1) 炉渣碱度研究结果表明：炉渣碱度在30 35 之间最好,过高会使黏度增加,不利硫在钢 渣之间的扩散,过低则不符合脱硫要求。(2) 氧化性炉渣氧化性对脱硫的影响较为复杂, 从脱硫反应式中可以看出, 渣中的 还原性越强，即刀(FeO)越低越有利于脱硫反应。但实际生产中氧气转炉的氧化渣 中也能去

42、除一部分硫，其主要原因是：刀 (FeO)的存在改善了渣的流动性，能促进 石灰的熔化,有利于高碱度渣的形成,从而部分改善了脱硫条件。尽管氧化渣中也能脱硫, 但在其他条件如搅拌、 温度、碱度等完全相同的条件下, 氧化渣的去硫效果还是远远低于还原渣的。(3) 温度 高温有利于吸热反应的进行,即有利于去硫反应的顺利进行。(4) 钢渣搅拌情况 去硫是钢 渣界面反应,加强钢 渣搅拌扩大反应界面积有利 于去硫。例如电炉 (还原期 )出钢时,采用钢 渣混出的方法,使钢液和炉渣强烈混 合，钢 渣界面大大增加，充分发挥了电炉还原渣的脱硫能力，使脱硫反应能够迅 速进行。（5）渣量 增加渣量可以减少 （CaS） 的相

43、对浓度，可促进去硫反应。气化脱硫 主要通过炉渣中硫的气化来实现，渣中的铁离子充当气化脱硫所需氧的媒 介。需要明确的是， 气化脱硫是以炉渣脱硫为基础的， 首先硫从金属液被脱除到炉渣中， 然后炉渣中的硫再被气化脱除进入炉气中。 在转炉炼钢中， 有约三分之一的硫是以气化 脱硫的方式去除的。钢的脱氧脱氧是向炼钢熔池或钢水中加入脱氧剂，脱氧元素与氧反应，生成的脱氧产物或进 入渣中或成为气相排出。脱氧剂应具有脱氧元素与氧的亲和力大、脱氧产物易排除、成本低和来源广等的特点。根据脱氧反应发生的地点不同，脱氧方法分为沉淀脱氧、扩散脱氧和真空脱氧。 钢中氧的危害性主要表现在以下三个方面。1 产生夹杂。 钢液凝固时

44、， 其中多余的氧与钢中其他元素结合生成非金属夹杂物， 进而破坏了钢基体的连续性，降低钢的强度极限、冲击韧性、伸长率等各种力学性 能和导磁性能、焊接性能等。2 形成气泡。钢液中的氧含量过高，在浇铸过程中会再次与钢中碳反应，产生 CO 气体，从而会使钢锭（坯）产生气孔、疏松，甚至上涨等缺陷，严重时会导致 钢锭（坯）报废。3.晶界上的FeO和FeS还会形成低熔点（910 C ）物质，使钢在热加工时发生热脆。 沉淀脱氧：又叫直接脱氧。把块状脱氧剂加入到钢液中，脱氧元素在钢液内部与钢中氧 直接反应， 生成的脱氧产物上浮进入渣中的脱氧方法称为沉淀脱氧。出钢时向钢包中加入硅铁、锰铁、铝铁或铝块脱氧就是沉淀脱

45、氧。 扩散脱氧：又叫间接脱氧。它是将粉状的脱氧剂如 C 粉、 Fe-Si 粉、 CaSi 粉、 Al 粉加 到炉渣中，降低炉渣中的氧含量，使钢液中的氧向炉渣中扩散，从而达到降低钢液中氧 含量的一种脱氧方法。 在电炉炼钢的还原期和炉外精炼过程向渣中加入粉状脱氧剂进行 脱氧操作就是扩散脱氧。真空脱氧： 是利用降低系统的压力来降低钢液中氧含量的脱氧方法。它只适用于脱氧产物为气体的脱氧反应如 C-O 反应。 这种脱氧方法常用于炉外精炼中， 如 RH 真空处理 、 VAD 、 VD 等精炼方法都可实现钢液的真空脱氧。脱气 钢中气体（H、N ）的来源：? 金属料如废钢和铁合金中含有的一定量的氢和氮。? 潮

46、湿的造渣剂，加入炉内后分解，也使钢中气体增加。? 耐火材料用粘结剂含有 8%9%的氢。? 暴露在空气中的钢液，会从空气中吸收氢和氮。? 如果炼钢采用的氧气不纯，也能造成钢的增氮。氢对钢性能的影响? 氢在钢中基本上有害无利。氢在钢中的不良影响主要有以下几方面：?1）使钢产生 “氢脆”。氢能使钢的塑性和韧性明显降低，即产生“氢脆”现象。对于高强度钢来讲， “氢脆 ”的影响更严重。? 钢中的 “氢脆”属于滞后破坏。 表现在应力作用下， 经过一段时间钢突然发生脆断。 ?2）使钢产生 “白点”。所谓“白点”是指在钢材断面上呈银白色的斑点。其实质是一个有锯齿形边缘的微小气泡，又叫发裂。它的产生与氢脆不同，它是钢从高温冷却 到室温时产生的。 “白点 ”也使钢的塑性和韧性明显降低。?3） 产生石板断口。其主要原因是：氢含量高的地方会出气泡，在气泡的周围易出现 C、P、S 和夹杂物的偏析，这些缺陷在钢材热加工时被拉长，但不能焊合，于是 形成石板断口。?4） 产生氢腐蚀。在高温高压作用下，钢中的氢即高压氢会使钢产生网络状裂纹，严重时还可以鼓泡，这种现象称氢腐蚀。氮对钢的性能有利有弊。氮对钢的不良影响是：?1）氮会使钢产生 蓝脆”淬火钢在250400C回火后，塑韧性不仅不增大，反而下降，这个温度范围的钢呈蓝色，故叫 “蓝脆 ”。?2）氮和氢综合作用使钢产生缺陷。氮和氢的综合作用会使镇静钢锭产生结疤和皮