炼铁第一章概论课件

1、钢铁冶金学炼铁部分冶金工程专业本科生必修课北京科技大学冶金与生态工程学院 钢铁冶金学炼铁第一章：概论吴铿 2007.03.05钢铁冶金学钢铁冶金学是根据冶金物理化学、冶金传输原理和材料(组织结构)学的原理和方法来研究钢铁冶金过程的一门科学；钢铁冶金学与钢铁冶金(过程)的区别；钢铁冶金学的建立和发展及冶金工作者的使命。炼铁部分课堂讲授内容的学时分配 第一章 概论 3学时第二章 铁矿粉造块 5学时 第三章 高炉冶炼过程的物理化学 7学时第四章 高炉冶炼过程的传输现象 5学时第五章 高炉冶炼的能量利用 6学时第六章 高炉炼铁工艺 8学时习题课和总结 6学时第七章 高炉冶炼过程的数学模型概述 2学时第

2、八章 非高炉炼铁 2学时 总计 44学时课本和参考书 王筱留主编 钢铁冶金学(炼铁部分) 冶金工业出版社 北京 2006 (必备)参考书：东北大学、武汉，安徽、辽宁、唐山和包头科技大学等学校出版的炼铁学。 (了解) 鞍钢、宝钢、首钢和武钢等炼铁专家的著作。 (知道)第一章 概论 1.1 钢铁工业在国民经济中的地位1.2 钢铁工业概况1.3 钢铁联合企业中的炼铁生产1.4 高炉炼铁过程概述 1 钢铁工业在国民经济中的地位人均钢材消耗量反映了一个国家的工业发达程度 日本人均钢材消耗量名列世界第一， 为800 kg/人.年 我国的人均钢材消耗量为300 kg/人. 年左右 评价国家的工业发达程度的一

3、个指标工业化水平1 工业生产中所占比利2 机械化、自动化程度3 快捷便利的物流水平4 高效的劳动生产率国民生活水准1 便捷的交通工具2 完善齐备的市政设施3 舒适环保的民用住宅4 高质量的生活用品需要大量机械设备需要大量基础建设材料各种钢铁产品(数量大、质量好)1 价格低廉；2 有较高的强度和韧性；3 易于加工制造；4 所需原料资源丰富；5 冶炼工艺成熟、技术高。反映国民经济和工业发达的程度一个标志稳定可靠的原料来源(矿石、煤、熔剂、耐火材料等)稳定的动力资源(水、电等）庞大和畅通的运输设施(铁路、水运等)雄厚的资金保证(投资大、建设周期长、生产流动资金量大)具备上述条件保证钢铁工业发达1.2

4、 钢铁工业的发展概况二次世界大战后的四十多年中，钢铁工业获得重大发展 (钢铁冶金学的发展) 钢产量：50年代初的2亿吨90年代的7.4亿吨 我国概况古代占领先地位(公元前六世纪已广泛使用铁器)近代落后于发达国家，1890年(汉阳铁厂投产到 1949年约半个世纪内累计钢产量不到200万t，技艺领先但科学落后。改革开发后钢铁行业得到迅猛的发展，连续几年居世界第一名。18712001年世界4大产钢国家的产量“二战”后世界4大产钢国家的产量中国近20年钢的产量20022007年主要国家粗钢产量 万 t1.3 钢铁生产工艺流程钢铁制造过程：把铁矿石冶炼成合格的钢铁矿石去脉石、杂质和氧铁；还原熔化过程 (

5、炼铁) 铁精炼（脱C、Si、P等）钢；氧化精炼过程(炼钢) 三种炼铁工艺流程的概念图钢铁企业中的炼铁和炼钢1.4 高炉炼铁过程概述1.4.1 高炉炼铁工艺流程及炉型 运行中高炉纵剖面图1.4.2 高炉冶炼的特点及主要过程 1-固体炉料区；2-软熔区；3-疏松焦炭区；4-压实焦炭区；5-渣铁储存区；6-风口循环区特点:在黑箱的逆流过程中(炉料下降及煤气上升)，完成复合的物理化学反应和热量交换；由于在高炉下部的温度最高，高炉是最有效利用化学能和热能的冶金炉；熔融带的形状和焦炭死料柱的透液性对保证煤气流合理分布及炉料均匀下降至关重要，是高炉冶炼过程顺行的关键。主要过程：热量交换过程：上升的煤气将热量

6、传递给下降的炉料；还原过程：炉料中金属氧化物(主要是Fe氧化物)被还原，高价(氧化物)低价金属；造渣过程：完成还原的金属与脉石的熔融态机械分离，达到要求成分的炉渣；渣铁反应过程：控制渣铁相互作用，得到成分及温度均合格的液态铁水。1.4.3 高炉原料 铁矿石 含铁代用品天然块矿人造富矿 (烧结矿， 球团矿)碱性熔剂(石灰、石灰石、白云石)酸性熔剂 硅石特殊熔剂 萤石高炉、转炉炉尘残铁轧钢铁皮硫酸渣 高炉原料熔剂铁矿石 凡是在当前的技术条件下，可经济地提取出金属铁的岩石，称为铁矿石。地壳中Fe元素居第四位，占4.2 ；在鉄矿石中不存在纯金属的铁，而是以氧化物、硫化物的形式存在；除含Fe氧化物外，含

7、有其他化合物，统称为脉石，常见的SiO2、Al2O3、CaO、MgO。铁矿石的分类赤铁矿(Fe2O3)，理论含Fe70，红条痕， 较软，易还原；磁铁矿(Fe3O4)，理论含Fe72.4，黑条痕，较硬，难还原；褐铁矿(xFe2O3.yH2O)，黄褐条痕，疏松多孔，易还原；菱铁矿(FeCO3)，理论含Fe48.2，灰黄条痕，焙烧后易还原。假象及半假象赤铁矿 由于矿石在自然界中受到氧化作用，磁铁矿常转化为半假象和假象赤铁矿。 所谓“假象半假象”是指化学成分Fe3O4 Fe2O3，结晶构造上仍为磁铁矿特征。 半假象赤铁矿： 7 Fe全/FeO质量比 3.5 假象赤铁矿 Fe/FeO质量比 7.0 铁矿

8、石的评价含Fe品位：Fe的品位决定了矿石的价格， 即冶炼的经济型。将含Fe品位量达到65 % 上的富矿直接入炉；脉石量和成分：脉石量及其中SiO2和Al2O3要少，CaO多，MgO合适；矿物结构：Fe矿物与脉石矿物的结合程度要弱，以易于进行矿物的单体分离。有害元素：S、P、As、Cu对钢铁产品性 能有害，K、Na、Zn、Pb、F对炉衬和 高炉顺行有害，有害元素要少；有益元素：Mn、Cr、Ni、V、Ti、Nb、稀 土元素等对提高钢产品性能有利，有益元 素量适当。 有益元素含量多时要为复合矿石考虑综合利用。要考虑高炉冶炼中出现特殊现象。还原性：矿石中与Fe结合的氧被还原剂(CO 和H2)夺取的难易

9、程度称为还原性。疏松结构、微气孔多的含鉄氧化物物质还原性好； 褐铁矿赤铁矿磁铁矿 人造富矿天然铁矿 冶金性能：冷和热态强度好、软化熔融温度 高、区间窄；粒度分布：5 mm的粉末要少，830 mm 宜，太大对还原不利； 太小对顺行不利。 熔剂 要求有效成分含量高， 含S、P等有害元素少。其它含铁代用品 要求含铁量高，杂质少，有一定的块度。1.4.4 高炉燃料高炉燃料固液体燃料焦炉煤气气体燃料煤 重油焦炭高炉煤气用于高炉本体 用于热风炉和加热炉焦炭按要求比例混合不同的煤，在(9001000) 干馏而成的固体燃料；焦炭的四大作用热源：在风口前燃烧，提供冶炼所需热量；还原剂：本身及其氧化产物CO均为还

10、原剂；骨架和通道：熔融带的形状和炉芯焦(焦炭死 料柱)的透液性； 渗碳：铁水在炉缸的渗碳。焦炭质量要求和作用：固定C高、灰分低；S含量低、挥发份控制 1 % 左右；高温反应强度高、高温反应性低 (C + CO22CO)；粒度合适，为矿石平均粒 度的 35倍为宜，d小/d大0.7 其他燃料无法取代焦炭在高炉中的作用。焦 炭要用宝贵主焦煤资源，炼焦过程的污染非 常严重。减少焦炭用量是高炉工作者奋斗的 目标，高炉喷煤技术应运而生。 煤粉喷吹和质量要求高炉喷煤可置换部分昂贵焦炭，降低生铁成本； 高炉喷吹煤粉要固定C高，灰分低；含S低；粒 度适合；煤可磨性好，爆炸性弱；燃烧性好， 反应性强；我国是世界上

11、较早开发高炉喷煤技术的国家之一。近些年我国高炉喷煤技术有了长足进步。世界先进高炉喷煤量已达267 kg/tHM，宝钢目前 生产中为200230 kg/tHM。首秦、莱钢和长治的平均煤比达到了190 kg/tHM左右的水平。1.4.5 耐火材料 耐火材料高炉本体用 热风炉不定形耐火材料 炉身上部：粘土砖炉身中部：高铝砖炉身下部：碳化硅砖炉腰、炉腹：碳化硅砖炉缸上部：碳化硅砖炉缸下部：外侧和底部用碳砖，内衬高 铝砖陶瓷杯顶部及格子砖上部用硅砖；其它部位 用高铝砖或粘土砖铁口炮泥及炉前沟泥焦粉粘土蒽油刚玉碳化硅绢云母焦粉焦油喷补泥浆 Al2O3+SiO2+粘结剂(磷酸盐、皂土、水玻璃等)高炉用各种耐

12、火材料性能的比较宝钢原1号高炉各部位耐火砖的材质 1.4.6 高炉产品高炉产品 主产品铁水Si：0.31.25%C ：0.55.0%Mn : 0.10.8%P : 0.080.4%S : 0.020.07%铁水温度14201560 少量铁合金高碳锰铁；高碳硅铁；稀土硅铁 高碳硅锰合金等副产品炉渣渣量:250400kg/tCaO: 3544 %SiO2：3242 %Al2O3 : 614 %MgO: 413 %渣温14001600 热含量16801900 kJ/kg副产品煤气煤气量16003500 M3/tHM煤气成分CO: 2126 %H2: 1.02.0%CH4:0.20.8%CO2 :14

13、21% N2: 5557发热值Q低32003800kJ/M31.4.7 高炉主要技术经济指标 1 有效容积利用系数定义：每M3高炉有效容积每昼夜生产的合格 铁量 (tHM/M3.d)。 我国=1.84.0 tHM/ M3.d (大高炉低、小高炉高);2 焦比定义：冶炼每吨生铁所消耗焦炭的千克数 (kg/tHM)。 我国焦比为260550 kg/tHM3 煤比 定义：冶炼每吨生铁所消耗的煤粉的千克数 (kg/tHM)。 我国煤比为80230kg/tHM(150 kg/tHM居多);4 燃料比(焦比+煤比+油比) 定义：冶炼每吨生铁所消耗的固体和液体燃 料的总和(kg/tHM)。 我国燃料比为48

14、0580(kg/tHM)，目前没有采用喷吹重油；综合焦比(焦比+煤、油比煤、油与焦置 换比)6 煤焦置换比定义：喷吹1kg煤粉所能替代的焦炭的kg数。 一般为0.81.0(不包括褐煤)；7 焦炭冶炼强度定义：每M3高炉有效容积每昼夜燃烧的焦炭吨 数(t/ M3.d)。 通常为0.81.0t/M3.d 8 综合冶炼强度定义：每M3高炉有效容积每昼夜燃烧的综合焦 炭的吨数(t/M3.d)。 一般为0.91.15t/M3.d9 利用系数、焦比及冶炼强度三者关系纯焦冶炼时：利用系数焦炭冶炼强度/焦比喷吹燃料时：利用系数综合冶炼强度/综合 焦比10 燃烧强度定义：每M3炉缸截面积每昼夜燃烧的焦炭的 吨数(t/ M3.d)11 工序能耗 Ci(燃料消耗+动力消耗-回收二次能源)/产品产量(吨标准煤/tHM) 1 kg标准煤的发热量为29310 kJ(7000千卡)全球若干先进高炉的主要指标本章思考题1 试述长流程中3种炼铁生产工艺的特点。2 画出运行中高炉纵剖面图和主要区域，简述高炉冶炼过程的特点及主要过程。3 画出高炉本体图，并在其图上标明四大系统。4 归纳高炉炼铁对铁矿石的质量要求。5 试述焦炭在高炉炼铁中的四个作用及对其质量的要求。6 试述高炉喷吹用煤粉的质量要求。7 掌握高