高炉炼铁原料.课件

1、高炉炼铁原料7/30/2022/02:20:3722.1.1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。7/30/2022/02:20:373铁矿石磁铁矿（Fe3O4）-magnettie赤铁矿（Fe2O3）-hematite褐铁矿（mFe2O3nH2O）-limonite 菱铁矿（FeCO3）-side

2、rite 品位高：将含Fe量达到理论值的70%以上的矿石称为富矿。脉石成分少和分布合适：SiO2、Al2O3越好（须重视Al2O3 ）， CaO要多，MgO要合适有害杂质少：S、P、 As、 Cu（影响钢质）；Pb、Zn、K、Na（对炉衬和高炉顺行有害）高温冶金性能好：低温粉化率和高温还原粉化率要小。软化温度高，软化区间要窄。铁矿石的评价粒度分布合适：粒度5mm的粉末要少，830mm为宜；太大对还原不利； 太小对顺行不利 不同粒度应分级入炉;还原性好：被CO、H2还原的难易；从矿石种类上说：褐铁矿赤铁矿磁铁矿;人造富矿天然铁矿; 从结构上来说：疏松结构、微气孔多的矿石还原性好化学成分稳定：TF

3、e波动0.5%，SiO2 0.03%混匀的重要性（条件：平铺直取原料场应足够大）;铁矿石的评价我国现代高炉的追求高 产 率低 能 耗低 成 本含铁品位的影响提高入炉原料铁品位 1高炉焦比 2高炉产量 3含铁原料性能对高炉冶炼的影响机械强度增加的影响提高烧结矿转鼓强度 1高炉产量 1降低烧结矿自然粉化率 1高炉焦比 0.5高炉产量 1含铁原料性能对高炉冶炼的影响还原性能的影响降低烧结矿FeO 1高炉焦比 11.5高炉产量 11.5降低原料在高炉内的rd 1高炉焦比 0.80.9高炉产量 0.80.9粒度均匀性的影响原料粒度由840mm825mm高炉焦比 18Kg/t含铁原料性能对高炉冶炼的影响低

4、温还原粉化性能的影响降低烧结矿RDI 1高炉焦比 0.3高炉产量 0.3化学成分稳定性的影响降低入炉原料含铁量波动 1高炉焦比 3高炉产量 6有害元素的危害硫在钢凝固过程中以FeFeS共晶形式凝固在晶界上，在加热过程中先熔化，造成“热脆”现象。磷化物聚集在晶界周围减弱晶粒间结合力，使钢冷却时发生很大的脆性，从而导致钢的“冷脆”现象。当铜含量超过0.3时，钢的焊接性能降低，并产生“热脆”现象。砷能使钢增加脆性，并使钢的焊接性能变坏。铅的密度大于铁水，极易渗入砖缝，破坏炉底砌砖。另外，铅在高炉内有富集现象，造成高炉结瘤。有害元素的控制SPCuPbZnAsFK2O+Na2O0.12%0.030.08

5、%0.3%0.1%0.10.2%0.07%1%18%20%），炉况失常时，才加入硅石、硅砂等石英质酸性熔剂改善造渣。二、对碱性熔剂的质量要求1、碱性氧化物（CaO+MgO）的含量要高，酸性氧化物（SiO2+Al2O3）的含量要少。一般要求（CaO+MgO）50%，（SiO2+Al2O3）3.5%。对于石灰石，其有效熔剂性能有用CaO有效表示：CaO有效= CaORSiO2，%式中R炉渣碱度，即渣中CaO/SiO2的比值；CaO，SiO2石灰石中CaO，SiO2的含量，%。2.1.3 熔剂2、硫、磷愈低愈好。石灰石一般含硫量0.01%0.08%，含磷量为0.001%0.03%。3、强度高、粒度均

6、匀，粉末少。一般大高炉的石灰石粒度为2555mm，小高炉为1030mm。最好是同矿石粒度一致。现代高炉多使用熔剂性或自熔性人造富矿，这样，高炉造渣所需熔剂已在造块过程中加入，高炉可以不直接加入石灰石。只备用少量作为临时调剂之用。一些使用天然富矿或酸性球团矿的高炉，仍需加入石灰石。 7/30/2022/02:20:3721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）2.1.4 高炉燃料 一、焦炭焦炭是现代高炉冶炼的主要燃料和能源基础，

7、在高炉冶炼过程中具有如下作用：(1)燃料。燃烧后发热，产生冶炼所需热量。(2)还原剂。焦炭中的固定碳和它燃烧后生成的CO都是铁矿石还原所需的还原剂。(3)料柱骨架。高炉内是充满着炉料和熔融渣、铁的一个料柱，焦炭约占料柱体积的1/31/2，对料柱透气性具有决定性的影响。特别是在高炉下部，矿石、熔剂已经熔化、造渣，变成液态渣和铁，只有焦炭仍保持固态，为渣、铁滴落和煤气上升以及炉缸内的渣、铁正常流通和排出，提供了必要条件，使冶炼过程得以顺利进行。焦炭的这一作用目前尚不能为其他燃料所代替。2.1.4 高炉燃料 高炉对焦炭质量的要求：(1)含碳量高，灰分低。焦炭中的固定碳含量与灰分有关。灰分升高，固定碳

8、减少，发热量降低。通常焦炭灰分中SiO2和Al2O3约占7580%。故灰分升高，须增加熔剂消耗量，使渣量增加，热量消耗增加，焦比升高，产量降低。实际生产中有“灰分降低1%(相当于固定碳升高1%)，则焦比降低2%，产量提高3%”的经验。因此应力求降低焦炭的灰分。降低焦炭灰分的主要措施是加强洗煤，合理配煤。炼焦过程不能降低灰分。2.1.4 高炉燃料 (2)含硫等有害杂质要少。高炉中的硫约80%来自焦炭。降低焦炭含硫量对提高生铁质量，降低焦比，提高产量有很大影响。当焦炭含硫高时，应多加石灰石提高炉渣碱度来脱硫，致使渣量增加。洗煤、炼焦过程中可去除1030%的硫，因此加强洗煤，合理配煤是控制焦炭含硫量

9、的主要途径。焦炭含磷一般很少。我国本钢焦炭含磷很低，使用低磷低硫的矿石可炼出高纯生铁或优质生铁。2.1.4 高炉燃料 (3)成分稳定。即要求化学灰分、C、S、H2O等稳定。水分的波动意味着入炉焦炭重量的波动，因而影响炉温稳定。干法熄焦(即用惰性气体代替喷水熄焦)，使焦炭不含水分，从而排除了水分波动的影响；同时因冷却较慢，改善了焦炭强度，并可获得400，4.05Mpa的高温、高压蒸汽，供给锅炉发电。2.1.4 高炉燃料 高炉对焦炭质量的要求(4)挥发分含量适合。焦炭中的挥发分是炼焦过程中未分解挥发完的有机物，主要是碳、氢、氧及少量的硫和氮。挥发分过高：说明焦炭成熟程度可能不够，夹生焦多，在高炉内

10、易产生粉末；挥发分过低：说明焦炭可能过烧，易产生裂纹多、极脆的大块焦。因此，焦炭挥发分过高或过低都将影响焦炭的产量和质量。2.1.4 高炉燃料 高炉对焦炭质量的要求(5)强度高，块度均匀。机械强度差的焦炭，转运过程中和炉内下降过程中破裂产生大量粉末，大大削弱其柱料的骨架作用，使柱料透气性恶化，炉渣变稠，炉缸堆积，炉况不顺。所以提高焦炭强度，十分重要。2.1.4 高炉燃料 高炉对焦炭质量的要求关于焦炭强度通常有两种测定和表示方法： 2.1.4 高炉燃料 高炉对焦炭质量的要求大转鼓：(松格林转鼓)是过去常用的测定焦炭强度的方法。它是取粒度大于25mm的块焦410kg，放在直径为2.0m，宽0.8m

11、的转鼓内(鼓外缘由25mm圆钢相隔25mm焊成)，转鼓以10r/min的转速转15min。用鼓内残留的重量(kg)表示转鼓指数。转鼓指数愈大，焦炭强度愈好。鼓外小于10mm的重量(kg)为焦粉量。2.1.4 高炉燃料 高炉对焦炭质量的要求小转鼓(米库姆转鼓)：是近年国际通用的鉴定焦炭强度的方法。它是一个直径和宽度皆为1.0m的封闭转鼓，内壁焊有1005010mm角钢四块，互成90布置。取粒度大于60mm的焦块50kg装入鼓内，以25r/min的转速转4min。然后将试样用直径40和10mm的圆孔筛进行筛分。以粒度大于40mm的焦炭所占的重量百分数M40作为焦炭破碎强度指数；以小于10mm的焦粉

12、所占的重量百分数M10表示焦炭磨损强度指数。显示M40愈大，M10愈小，说明焦炭强度愈好。小转鼓比大转鼓测试方便，表达更为确切。 2.1.4 高炉燃料 二、喷吹用燃料向高炉内喷吹的辅助燃料可代替部分焦炭，大幅度降低焦比。目前喷吹的燃料已占高炉全部燃料用量的1030%，有的达40%。在日本和联邦德国一般维持在10%左右，他们更着重于提高喷吹效率。喷吹用燃料来源广泛，可分为固、液、气体三种。2.1.4 高炉燃料 二、喷吹用燃料2.1.4 高炉燃料 二、喷吹用燃料1、气体燃料：天然气；焦炉煤气天然气的主要成分是甲烷(CH4)。有的还含有较高的重碳氢化合物CmHn(430%)。同空气混合时的着火温度为

13、680750，遇明火即发生爆炸，其发热值在3350050200kJ/m3之间，属高热值燃料，也是重要的化工原料。焦炉煤气主要成分是H2(5060%)和CH4(2030%)，发热值为1550019700kJ/m3，亦是高热值煤气。高炉喷吹气体的种类和数量主要取决于当地资源条件。 2.1.4 高炉燃料 二、喷吹用燃料2. 液体燃料。常用于喷吹的有重油，有时还有柴油、焦油。重油是由石油分馏提取汽油、柴油、煤油后剩下的产品。其中可燃物多，含碳8689%，氢1012%，硫、灰分、水分少。重油发热量高达4042MJ/kg，燃烧温度高，火焰辐射能力强，喷吹效果好，贮存方便，喷吹设备简单，易于操作控制，是适宜

14、高炉喷吹的优质燃料。国外高炉多用它，但受资源限制。2.1.4 高炉燃料 二、喷吹用燃料3. 固体燃料。常用于喷吹的是固定碳高、发热值高的无烟粉煤。一般认为，高炉喷吹用煤应满足低灰分、低硫分、低水分、适宜挥发分等质量要求。从国内外高炉生产实践看，高炉喷吹煤种的范围很广，包括无烟煤、烟煤、褐煤等各煤种都可以用来喷吹。如德国蒂森公司喷吹过从挥发分为9%的无烟煤到挥发分达50%的褐煤。日本也将低挥发分无烟煤、高挥发分烟煤等不同煤种用于高炉喷吹。有些企业进行了喷吹废旧塑料颗粒的试验，收到较好经济、社会效益。第二章 炼铁篇2. 烧结(sintering)7/30/2022/02:20:37372.1 烧结

15、(sintering)将各种粉状铁，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。含铁料：精矿粉200目以下占60%以上 （考虑成球性）、富矿粉（58mm，烧结中的骨架）、其他（炉尘、轧钢皮等）要求含铁原料品位高，成分稳定，杂质少。熔剂：以CaO为主， CaO 1%，烧结产量 3%.要求有效CaO含量高，杂质少，成分稳定，含水3左右，粒度小于3mm的占90以上。 燃料：焦粉、无烟煤35%。

16、要求是固定碳含量高，灰分低，挥发分低，含硫低，成分稳定，含水小于10，粒度小于3mm的占95以上。返矿：机尾筛下物（未烧透影响成品率）烧结料组成烧结所用的原料及特点含铁原料 主要有：铁矿石、高炉灰、转炉灰、钢渣粉、轧钢皮、硫酸渣等。1、铁矿石：按种类分可分为两种：天然富矿粉和精矿粉，见下图：烧结生产对铁精粉的要求铁精粉是选矿厂的最终产品，在烧结生产中要求如下：1）、铁量愈高愈好。含铁量是衡量铁精粉品质的主要指标。含铁量愈高，生产出的烧结矿含铁量也愈高。现在一般企业要求入厂品位达到66%以上。脉石及有害杂质要少。2）、酸性氧化物（SiO2、Al2O3）含量要低，而CaO和MgO含量高一点，经济价

17、值也增高。有害杂质S、P等要少。3）、铁精矿粉的粒度精矿粉粒度很细，小于200目的占60%以上，精矿粒度粗细与矿石的晶粒大小有关，与磨矿工艺有关。精矿粒度除用网目表示外，还经常用比表面积表示。所谓比表面积是指单位质量或单位体积精矿粉所具有的表面积，单位为cm2/g或cm2/cm3。对于烧结生产来说，精矿粉不宜太细。要求富矿粉粒度一般80%;无烟煤粉： C固75%;挥发分、灰分、硫含量要低，灰分的增加将降低烧结矿的品位。焦粉和煤粉均15%。挥发分的增加将恶化烧结料层透气性，降低烧结矿产量。同时粘附在风机转子上，降低风机寿命。而且影响除尘效果。挥发分一般小于5%；粒度保持在3mm以下部分占95%以

18、上，但小于0.5%极细粒级不要过多；对于煤粉为避免过粉碎，可以适当放宽上限。水分小于10%；烧结用固体燃料应满足以下要求燃料燃料粒度对烧结过程的影响1.燃料粒度过大时，将会带来以下不利影响。燃料在料层中分布不均，以致于大颗粒燃料周围熔化得很厉害，而离燃料颗粒较远的物料则不能很好地烧结。燃烧带变宽，从而使烧结料层透气性变坏。粗粒燃料周围，还原气氛较强，而无燃料处空气得不到利用。布料时，容易产生偏析现象，大颗粒集中在下部，使烧结料层上下部温差较大， 造成上部烧结矿强度差，下层过熔、粘车、FeO 含量增加。2.燃料粒度也不能过小。因为粒度过小，使燃烧速度过快，难以达到所需的烧结温度，同时降低料层透气

19、性，而且过小粒度的燃料有可能被气流带走。所以，通常要求燃料粒度为0-3mm。各种燃料简介固体燃料 主要有：碎焦粉、无烟煤。1、焦粉 常见的成份：C:82%、灰分:15%、挥发分:3%；2、无烟煤 常见的成份：C:75%、灰分:13% 、挥发分:10%。液体燃料液体燃料发热量比固体燃料高，可完全燃烧，几乎无残渣，便于运输。石油是天然的液体燃料，也称原油，它基本上是由C、H、N、O、S等元素组成。烧结厂常用的液体燃料是重油。重油是石油加热分馏后的残留物，呈黑褐色的黏稠液体，密度0.9-0.96g/cm3，具有发热值高37674-46046 KJ/kg，黏性大等特点。重油在烧结生产中常用作点火燃料。

20、重油的黏度对油泵、喷油嘴的工作效率和耗油量都有影响。黏度太大，则油泵、喷油嘴的效率低，喷出的油速度慢，雾化不好烧不完全，影响喷油嘴的使用寿命，增加耗油量。各种燃料简介气体燃料气体燃料是几种简单气体的混合物，可燃成分为H2、CO、CH4（及各种碳氢化合物）等，非可燃成分为CO2、N2等。气体燃料包括天然气及人造煤气：天然气 天然气是由地下开采出来的可燃气体，发热值高，主要成分甲烷（CH4）含90%左右，发热值33488-376774KJ/m3便于远距离运输。高炉煤气 高炉煤气是高炉炼铁过程中的副产品，具有毒性；煤气中含有灰尘需经洗涤除尘后方可使用，否则极易堵塞煤气管道和烧嘴。焦炉煤气 焦炉煤气是

21、炼焦过程的副产品，可燃成分主要是H2、CH4等，热值远高于高炉煤气。混合煤气 混合煤气一般由焦炉煤气和高炉煤气混合而成，它的发热值大小取决于高炉、焦炉煤气的混合比例。各种燃料简介烧结生产工艺流程烧结生产主要设备烧结生产设备主要是带式抽风烧结机。带式抽风烧结设备主要包括混料设备、烧结机本体设备、主抽风机、冷却设备及防尘等设备。(一)混料设备般采用圆筒混料机，它的作用是混合和造球。 (二)烧结机本体设备 烧结机个体设备由本体钢结构机架、布料器、点火器、台车、真空箱及主抽风管道、破碎等设备组成。1、布料器： 是将混合料连续装入烧结机台车的装置。一般采用圆筒给料机布料。 2点火器： 是对已经布入烧结机

22、台车的烧结料表面层进行点火的设备。点火使用的燃料一般为焦炉煤气或混合煤气。点火温度通常为1200一1300。点火时间约12分钟。点火器内设有多个烧嘴。煤气对2空气内各自的管道从点火器两侧引入各个烧嘴，混合后在烧嘴下方燃烧。 3台车： 台车是烧结机的主要组成部分，它直接承受装料、点火、抽风烧结直至机尾卸，完成烧结作业。烧结机的大小以有效烧结面积表示。有效烧结面积是以台车宽度与有效抽风长度的乘积表示的。宝钢450平方烧结机的台车宽度为5米，有效抽风长度为90米。4真空箱(风箱) 安装在烧结机台车下面。台车与真空箱之间装有密封装置。真空箱是将烧结料层上方的空气由上向下抽吸的装置。风箱内导管同主抽风管

23、道连接。大型烧结机设有2025个真空箱。(三)主抽风机 抽风机是烧结的主要配套设备。由主抽风机通过主抽风管道和真空箱从烧结机台车下方将烧结料层上方的空气抽入，以使烧结料中的焦粉燃烧，完成烧结过程。大型烧结机需要功率10000千瓦以上的离心式抽风机。(四)烧结矿的冷却设备 从烧结机机尾卸下的烧结矿，温度达6001000为了方便运输、整粒工作、改善劳动条件和维护高炉炉顶设备，通常使热烧结矿冷却到100左右。例：宝钢烧结厂采用的是有效直径48米、有效面积460米的鼓风环形冷却机。由冷却机排出的热空气(300一400)经过多管除尘后，用作烧结时点火和保温过程的助燃空气。(五)除尘设备 除尘设备是烧结厂

24、环境保护设施之一。用以处理主抽风废气中的粉尘。国内采用旋风和多管两种除尘器。旋风除尘器除尘原理是：废气由切线方向被导入除尘器，在离心力量的作用下，粉尘粒子与废气分离。烧结流程7/30/2022/02:20:3761400m2带式抽风烧结机热破碎机7/30/2022/02:20:3763武钢三烧396m2鼓风环式冷却机7/30/2022/02:20:3764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、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。烧结矿层燃烧层预热和干燥层过湿层7/30/2022/02:20:3765烧结料层结构预热层：主要反应为：氧化还原、结晶

25、水分解、部分MCO3分解烧结矿层：随烧结过程进行不断加厚，抽入空气过冷使烧结矿骤冷将影响烧结矿强度。燃烧层：主要反应为：C的燃烧、MCO3分解、FeS2氧化、形成液相、铁氧化物分解还原氧化。（由于液相的产生使该层透气性变差）干燥层：主要为烧结料中水分蒸发，易使烧结料球破坏过湿层：原始混合料层，水分凝聚，影响料层透气性烧结过程的主要反应 燃料的燃烧和热交换。料层中的气流运动水分的蒸发和冷凝。碳酸盐的分解和氧化钙的矿化铁氧化物的分解、氧化与还原烧结过程的固相反应粉料的软化、熔融和冷却、结晶。有害杂质的去除。烧结过程的特点1.燃料分布较稀疏，燃料燃烧需空气过剩，过剩系数=1.41.52. 烧结保持弱

26、氧化气氛3.烧结过程存在自动蓄热作用。分层配炭上高下低4.存在传热速度与燃烧速度的同步问题5.存在如何减少“过湿”现象的问题6.存在有害杂质S的去除问题7.存在选用何种液相体系作为固结成型机理问题8.如何解决还原性与强度矛盾的问题烧结矿的种类根据烧结矿碱度（CaO/SiO2）不同，分为普通烧结矿(非自熔性烧结矿)：碱度低于1.0自熔性烧结矿:碱度在1.01.5高碱度烧结矿：碱度在1.53.5超高碱度烧结:碱度大于3.57/30/2022/02:20:3770烧结过程的主要反应燃烧反应：C+O2，烧结废气中以CO2为主，存在少量CO，还有一些自由氧和氮。 2C+O2=2CO； C+O2=CO2分

27、解反应： 结晶水的分解：褐铁矿（mFe2O3nH2O） 高岭土（Al2O3 2SiO22H2O) 熔剂分解：CaCO3=CaO+CO2(750以上) MgCO3=MgO+CO2(720)7/30/2022/02:20:3771烧结过程的主要反应还原与再氧化反应：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+1/2O2=Fe3O4.气化反应：脱硫8595。 FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2 2FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO27/30/2022/

28、02:20:3772烧结矿的形成烧结矿形成机理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。烧结的主要作用是：1.改善高炉入炉矿石的状态(特别是要保证块状带的透气性)；2.保证烧结原料柱的透气性良好，要求烧结料额度均匀，粉末少，机械强度高；3.降低高炉焦比，要求烧结料含铁原料的还原性好、品位高而烧结可以达到这一目的。1、碳酸盐的分解和氧化钙的化合烧结过程中的基本化学反应2、铁和锰氧化物的分解、还原和氧化3、烧结过程中的脱硫反应其他杂质的去除氟的去除低氧化钙有利于脱氟铅、锌的去除去锌不易，去铅基本不可能。需要用还原法和氯化焙烧高炉冶炼对烧结矿的质量要求：(一)常温性能入炉前烧结矿要有良好的常温强度，成分稳定和适当的粒度组成。(二)低温性能烧结矿在高炉低温区(400一700)要求没有显著的还