河北联合大学钢铁冶金学炼铁讲义

-.z.第一局部概论一、高炉本体开展趋势：大型化〔热损小〕、矮胖型二、高炉生产特点1、逆流条件下完成的复杂物理化学反响；2、无法直接观察；3、生产规模大；4、钢铁联合企业的重要一环；5、长期连续生产，具有滞后性；6、机械化和自动化程度高；三、高炉原料1、铁矿石(烧结矿、球团矿、天然块矿)成分：含〔1〕含铁品位(TFe)；〔2〕SiO2、Al2O3、；〔3〕酸性氧化物；2、熔剂〔石灰石、白云石MgCO3〕3、燃料：焦炭、煤粉、C4、空气：O2、N2〔最多〕四、高炉产品1、生铁〔1〕成分有Fe、C、Si、Mn、S、P等〔V、Ti〕〔2〕分为炼钢生铁〔Si<1.4%、S<0.07%〕、铸造生铁〔Si高S低,Si>1.4%、S<0.06%;Si可以明显改善铁水流动性〕、铁合金、锰铁一级品S<0.03%〔3〕铁与钢主要区别是C2、炉渣成分有：CaO、MgO、SiO2、Al2O3、FeO、MnO等3、煤气成分有CO、CO2、N2、H2、H2O五、高炉辅助设备1、供料系统〔皮带〕2、送风系统〔风机、热风炉〕3、除尘系统4、渣铁处理系统5、燃料喷吹系统六、高炉冶炼的概况分为五带:1、块状带：所有炉料都是固体a、间接复原b、分解反响CaCO3=CaO+CO2c、局部直接复原FeO+C=Fe+CO2、软熔带：呈倒V型〔理想〕矿石+溶剂=软化、熔化造渣反响：CaO+SiO2+Al2O3=硅酸盐渗碳反响：3Fe+2CO=Fe3C+CO23、滴落带：直接复原〔FeO〕+C=、〔MnO〕+C=、〔SiO2〕+C=、〔P2O5〕+C=4、风口燃烧带：2C+O2=2CO5、炉缸局部：脱硫反响FeS+CaO+C=CaS+Fe+CO七、高炉技术经济指标1、有效容积：铁口中心线至大钟下降下沿或溜槽垂直下沿。Vu工作容积＝有效容积－炉缸容积2、有效容积利用系数：高炉一昼夜每m3有效容积生产生铁的量，t/m3d。n=P/Vu3、焦比：每t生铁所消耗的焦炭，kg/t。K=Q/P煤比：每t生铁所消耗的煤粉量，kg/t。综合焦比＝焦比＋煤比×置换比。4、冶炼强度：每天每m3容积消耗的焦炭量，t/m3。I=Q/Vu=n×K综合冶炼强度=每天综合焦炭消耗量/有效容积5、生铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量占生铁总产量的百分数。6、休风率：休风时间占日历时间的百分比。7、高炉一代寿命〔炉龄〕：〔1〕两次大修之间的时间，年。〔2〕单位体积的产铁量，t/m3。第二局部铁矿石和熔剂§1铁矿石一、根本定义：矿物：自然界存在的自然元素和化合物。矿石：可以提取有用物质并获取利润的矿物。脉石：不可以提取有用物质或不能获取利润的矿物。二、矿石的种类：赤铁矿〔Fe2O3〕，红色；磁铁矿〔Fe3O4〕，黑色，有磁性；褐铁矿〔Fe2O3·nH2O〕，含有结晶水；菱铁矿〔FeCO3〕碳酸盐。三、铁矿石的质量评价〔1〕含铁品位(TFe)，扣除CaO的品味；〔2〕脉石成分(SiO2、Al2O3低，CaO、MgO高)；〔3〕有害杂质(S、P、F、As、K、Na、Pb、Zn、Cu)与有益元素，〔Mn、Cr、Ni、Co、V、Ti、Mo、Nb、稀土类等〕；〔4〕复原性〔由好至坏依次为：褐铁矿、菱铁矿、赤铁矿、磁铁矿〕；〔5〕强度与粒度〔粒度上限决定复原性，下限决定于透气性，一般为9—25mm〕；〔6〕化学成分和粒度的稳定四、我国铁矿石的特点1、贫矿多2、复合矿多五、锰矿石评价合金元素、与铁性能相近、用于铁合金和洗炉。1、Mn高，比铁品位更重要，难复原；2、Fe低，Mn/Fe>10，因为Fe易复原；3、S、P要低，因为铁合金在后期参加钢水中，不能再脱S和脱P，要求P<0.2%；4、较高的强度和适宜的粒度。§2铁矿石准备处理一、破碎与筛分破碎比：矿石进入破碎机的直径与出来的直径之比。台时产量：1台设备1小时的产量。网目：1英寸〔2.54厘米〕长度上的方孔数。200目：1英寸的筛网长度内有200个筛孔。-200目：直径比200目小的，在筛网下面的物料。+200目：直径比200目大的，在筛网上面的物料。二、混匀目的：使原料的物质和化学性质均匀与稳定。方法：平铺直取。铺料层数600层，层数越多，每层越薄，成分越均匀。堆垛方式：三角形、菱形三、焙烧〔目的是改变铁矿石性能。〕主要有：复原磁化焙烧Fe2O3+CO=Fe3O4+CO2Fe2O3+H2=Fe3O4+H2O〔十分容易〕磁化率：TFe/FeO=2.332、氧化焙烧2FeCO2+1/2O2=Fe2O3+2CO2Fe2O3·nH2O=Fe2O3+nH2O作用：提高含铁品味〔10%〕，可去除30%-40%的硫。3、氯化焙烧去除有色金属、Cu、Pb、Zn沸点低原料为CaCl2缺点：腐蚀性强四、选矿作用：1、提高品位，回收有用的元素；2、去除有害杂质。方法主要有磁选、重选、浮选§2高炉用溶剂一、目的：降低熔点、脱硫。二、分类：碱性、中性、酸性三、质量要求：1〕CaO、MgO高；2〕S、P低；3〕高强度和适宜粘度；4〕比拟高的活性。第三局部高炉用燃料§1焦炭一、作用：发热剂、复原剂、增碳剂、骨架作用二、质量要求：1、C固高；2、A低；3、V适当；4、S、P低；5、常温强度高；6、高温强度高；7、稳定性好。三、炼焦〔配煤〕1、煤根据其挥发分分类：炼焦煤和非炼焦煤，前者包括气煤，肥煤，主焦煤，瘦煤，后者包括无烟煤，贫煤，褐煤等2、焦炭性能与原煤性能的关系：1〕S主要决定于混合煤中的S〔脱去30%—40%〕与温度与时间有关。2〕3〕4〕+++++++++++++++++++四、炼焦工艺煤准备：贮存、配料、炼焦—熄焦〔干法熄焦N2；湿法熄焦水〕§2喷吹煤粉一、喷吹煤粉的作用：发热、复原二、质量要求：1、灰分低，C高；2、S、P低，K、Na低；3、发热值高；4、可磨性好；5、燃烧性和反响性好；6、平安性高。第四局部烧结原理§1抽风烧结过程烧结的作用利用贫矿和粉矿；2、改善铁矿的冶金性能；3、利用钢铁厂的废弃物。烧结原料质量要求1、含铁原料种类：精矿粉，富矿粉，高炉炉尘，转炉炉尘，轧钢皮等。质量要求：S、P低，FeO高，粒度＜10mm。2、溶剂种类：石灰石；消石灰；生石灰；白云石；菱镁石。质量要求：CaO、MgO高；S、P低；粒度＜3mm，要有利于分解和矿化；高活性度；成分稳定。3、燃料〔1〕点火气体燃料：有高炉煤气、焦炉煤气、天然气，一般采用高炉煤气与焦炉煤气混合。质量要求：发热值高，点火温度到达1100℃至1250〔2〕固体燃料：焦粉和煤粉质量要求：质量：A和V低；S和P低；粒度＜3mm。抽风烧结过程温度分布见教材中的图2-1(P33)。分为5层1、烧结矿层：小于1100℃2、燃烧层：700℃至1350℃或1500℃3、枯燥预热层：露点至700℃4、过湿层：露点以下至露点。水汽重新凝结于混合料中，产生过湿，透气性差。5、混合料层和铺底料。§2烧结料中水分的蒸发、分解和凝结〔1〕蒸发和凝结的条件是：蒸发：实际PH2O<P’H2O〔饱和蒸汽压〕凝结：实际PH2O>P’H2O〔饱和蒸汽压〕〔2〕蒸发：100℃时：P’实际上：烧结料层中PH2O＝0.9atm，因此水汽化的沸腾温度低于100℃烧结过程中汽化在120℃至125原因有：1、烧结过程传热速度快，烧结混合料快速加热；2、分子水与固体颗粒之间的结合力大，不易去除。〔3〕凝结：水分的再分布，温度是露点：PH2O=P’H2O烧结过程中露点一般为50℃〔4〕分解：分解吸热，增加燃料消耗。褐铁矿：250℃至300高岭土〔Al2O3·SiO2·2H2O〕：400℃开场分解，500℃至600℃大量分解，完成去除结晶水要到1000℃左右。§3碳酸盐分解及矿化作用一、分解反响：CaCO3=CaO+CO2MgCO3=MgO+CO2影响碳酸盐分解因素：1〕烧结温度：高有利于分解。2〕石灰石粒度：小有利于分解，要求小于3mm。3〕杂质〔Al2O3、SiO2、Fe2O3〕：少有利于分解。4〕活性：高有利于分解。二、碳酸盐的矿化作用：固化反响，形成CaO·SiO2、CaO·Fe2O3等。如果没有发生矿化作用，则会形成白点〔CaO〕，CaO+H2O=Ca(HO)2体积膨胀，产生粉化。影响矿化作用的因素：1〕烧结温度：高有利于矿化。2〕石灰石粒度：小有利于分解，要求＜3mm。3〕矿粉粒度：小有利于分解。4〕活性：高有利于分解。§4烧结过程中固体碳的燃烧一、固体碳燃烧的特征：1〕C少，稀而均匀。重量比3-5%；体积比10%左右。2〕传热条件好。"抽风〞3〕具有一定量的空气过剩系数：α=实际耗氧/理论耗氧二、固体碳的燃烧过程：完全燃烧与不完全燃烧同时存在。*C+yO2=nCO+mCO2t<1200℃t>1500℃烧结过程温度实际处在1200℃烧结废气成分为：CO、CO2、N2、H2、O2三、空气过剩系数++++++++++++++++++++++++++++++四、烧结料层的气氛条件：根据废气成分确定。烧结过程中：自由氧为2-6%，是氧化性或弱氧化性气氛。但在固体燃料外表附近，则是复原性气氛。可以说，烧结过程宏观上氧化性气氛；微观上有复原性气氛。固体燃料粒度过大时，复原气氛强，要求固体燃料粒度小于3mm>70%。五、固体碳燃烧速度处于扩散速度范围内固体燃料粒度增加，气流速度提高，气流中含氧增加，则料层温度升高。§5烧结料层的热交换1、自动蓄热作用：定义是热烧结矿将热量传给气体，气体温度上升，然后气体将热量带给下层燃烧带，这种现象称为自动蓄热作用。自动蓄热作用对燃料带的温度影响很大，可以提供燃烧带全部热量的40%以上。料层越厚，自动蓄热作用越强。2、垂直烧结速度：定义是燃烧带〔高温区〕向下移动的速度。与料层内的风量〔料层透气性〕成正比，是决定烧结矿产量的重要因素。垂直烧结速度过快：废气传给物料的热量缺乏，烧结温度降低，烧结矿强度下降，烧结矿成品率下降，烧结矿产量下降。垂直烧结速度过慢；烧结矿产量下降，颗粒内部热量多，但外表温度低，液相生成量缺乏。3、高温区的温度水平决定于高温区的热平衡和气流与物料间的传热条件。Q1+Q2+Q3-Q4-Q5T=--------------------------------mcQ1：空气显热，kJ。Q2：烧结过程中燃料燃烧放热以及所发生的各种反响的热效应总和，kJQ3：从烧结上层下来的废气中吸收的热量，kJ。Q4：废气带走的热量，kJ；Q5：高温区热损失，kJm：高温区物料重量，kg；C：烧结料比热，kJ/kg.℃。影响因素：配碳量增加，石灰石量减少，Q2增加，T升高；烧结过程越往下，Q3增加越多，T升高，抽风烧结的特点；热风烧结，Q1增加，T升高。最好在烧结过程的前期供热风，因为此时的Q3=04、高温区的厚度高温区是料层透气性最差的一层。燃烧速度与传热速度的配合对高温区的温度和厚度有重要的影响。〔1〕燃烧速度<传热速度：废气传入颗粒内部的热量增多，料层温度水平降低，高温区加厚。〔2〕燃烧速度>传热速度：废气传入颗粒内部的热量减少，废气温度升高，带走的热量增加，高温区加厚。〔3〕燃烧速度≈传热速度：料层温度最高，高温区厚度最小。〔4〕燃料粒度大，则燃烧速度下降，高温区水平下降，高温区厚度增加。〔5〕配碳量增加，高温区水平升高，高温区厚度增加。§6烧结料层中的气体流动气体流动阻力△P=f(ε、w、d、H),垂直烧结速度取决于烧结料层在烧结过程中的透气性，不是烧结料层的原始透气性。烧结矿层：透气性比拟好。燃烧层有液相：△P最大，此层越薄越好。预热枯燥层：透气性主要取决于枯燥后混合料中小球的强度。过湿层：透气性比拟差。烧结点火后，烧结矿层未形成，△P升高，而后逐渐降低。气流分布均匀，则垂直烧结速度均匀，烧结成品率升高。§7烧结过程中氧化复原反响烧结过程宏观上是氧化气氛，但也存在复原气氛，尤其在配碳量比拟高和燃料粒度比拟大时比拟明显。1〕Fe2O3：在烧结过程中会发生热分解和复原。3Fe2O3=2Fe3O4+1/2O2热分解3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2复原固相反响形成CaO·Fe2O3系列，则难复原。2〕Fe3O4：在烧结过程中分解难，但在1300℃--13502Fe3O4+3SiO2=3(2FeO·SiO2)+O2在烧结过程中可以复原，Fe3O4+CO=FeO+CO2900℃同时也可以发生下面的反响：3Fe3O4+3SiO2+2CO=3(2FeO·SiO2)+2CO2，CaO存在，则不利于2FeO·SiO2的形成。在烧结过程中也可以氧化成Fe2O3：条件是料层透气性好，配碳量比拟低，氧化反响是放热反响。〔3〕FeO：在烧结过程中复原比拟困难，只有在配碳量特别高时才有可能。在烧结过程中可以被氧化成Fe3O4，条件是料层透气性好，配碳量比拟低，供氧充足。〔4〕锰氧化物：MnO2和Mn2O3易进展热分解；Mn3O4不易进展热分解，但可复原成MnO；MnO不易复原。〔5〕降低烧结矿中FeO的条件1〕2〕3〕4〕5〕§8烧结过程中固相反响1、固相反响2、液相反响3、冷凝结晶？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？影响固相反响的因素有：矿粉粒度；混匀程度；燃料用量；烧结气氛。§9烧结过程中液相的生成这些液相就是粘结相，对烧结矿质量和产量有非常重要的影响。〔1〕铁氧〔Fe-O〕体系：铁氧化物固溶体。高品位烧结矿的主要粘结相，脉石成分比拟小。〔2〕FeO--SiO2体系：酸性烧结矿的主要粘结相。。2FeO·SiO2熔点：1205FeO·SiO2--FeO熔点：1177FeO·SiO2--SiO2熔点：1178特点：强度比拟高；但复原性比拟差。生成条件：比拟低的碱度，有SiO2，比拟高的温度；复原性气氛。工艺是燃料用量高。烧结矿碱度与高炉炉渣碱度的区别和联系:烧结矿碱度＜高炉炉渣碱度：酸性〔低碱度〕烧结矿烧结矿碱度≈高炉炉渣碱度：自熔性烧结矿烧结矿碱度＞高炉炉渣碱度：高碱度〔熔剂型〕烧结矿〔3〕CaO--SiO2体系：熔剂性烧结矿的主要粘结相。CaO·SiO2熔点：1544CaO·SiO2--SiO2熔点：14503CaO·2SiO2熔点：14602CaO·SiO2熔点：2130特点：固相反响生成能力强，反响速度快。强度比拟低；原因是2CaO·SiO2有相变问题；不存在复原性问题。830-850℃：α-2CaO·SiO2→γ-2CaO·675℃：β-2CaO·SiO2→γ-2CaO·应控制或减少2CaO·SiO2的生成量和晶体转变。生成条件：比拟高的碱度，有CaO；高温〔生成的液相量是不多的〕。〔4〕CaO--Fe2O3体系：熔剂性烧结矿的主要粘结相。2CaO·Fe2O3熔点：1449CaO·Fe2O3熔点：1216CaO·2Fe2O3熔点：1226特点：强度比拟高；复原性比拟好，最好的粘结相。生成条件：1〕高碱度，CaO多。2〕低温，因为高温〔1300℃3〕氧化性气氛，固体燃料配量比拟低。4〕SiO2含量比拟低，因为SiO2与FeO和CaO的结合力都比拟大。此外，针状铁酸钙比片状和柱状铁酸钙的强度高，复原性好。开展针状铁酸钙是烧结开展的一个趋势，低温烧结就是这个目的。〔5〕CaO--FeO--SiO2体系：熔剂性烧结矿的主要粘结相。典型矿物：铁钙橄榄石：CaO·FeO·SiO2铁钙方柱石：2CaO·FeO·2SiO2钙铁辉石：CaO·FeO·2SiO2特点：强度比拟高；复原性比拟差。生成条件：高碱度；高温；复原性气氛。〔6〕CaO--SiO2--TiO2体系：钒钛磁铁烧结矿的主要粘结相。特点：硬而脆，粉末比拟多；复原性比拟好。生成条件：钒钛磁铁矿。高碱度、高温。§10烧结矿成矿过程中液相的冷凝和结晶、、、、、、、、、、、、？？？？？、、、、、、、、、、、、、§11烧结过程中有害杂质的去除〔1〕S的去除。85-90％S的存在状态：1〕有机S：含量一般比拟低，仅在个别年轻煤中含量较高。2〕硫化物：如FeS2、FeS。3〕硫酸盐：如FeSO4、CaSO4、BaSO4等，硫酸盐在新鲜煤中含量极少，在氧化后的煤中含量比拟高。烧结过程脱硫是氧化脱硫，分解只是一小局部。硫化物脱硫的主要反响有：4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO23FeS2+8O2=Fe3O4+6SO22FeS2=2FeS+S2S+O2=SO24FeS+7O2=2Fe2O3+4SO23FeS+5O2=Fe3O4+3SO21350℃以下，铁氧化物以生成Fe2O3为主；1350硫化物中的硫去除比拟容易，硫酸盐中的硫去除比拟困难。但在Fe2O3和SiO2等存在的条件下，CaSO4、BaSO4分解变得容易。CaSO4+Fe2O3=CaO·Fe2O3+SO2+1/2O2吸热BaSO4+SiO2=CaO·SiO2+SO2+1/2O2吸热影响烧结过程脱硫的因素：1〕矿粉粒度：粒度细有利于脱硫，原因是有利于氧化，各类矿粉的粒度要求小于10mm。2〕矿石品位：品位高有利于脱硫，品位高则熔点高。3〕烧结矿碱度：碱度低有利于烧结脱硫，烧结脱硫的实现是S进入废气，碱度高有利于形成CaS，没有实现脱硫。4〕燃料用量：恰当则有利于脱硫。燃料多易形成复原性气氛，硫负荷高，不利于烧结脱硫；燃料少烧结温度低，同样不利于脱硫。烧结脱硫发热，1kgFeS2可代替0.3kg含C为80%的焦粉。5〕返矿用量：恰当则有利于脱硫。改善料层透气性，有利于烧结脱硫；液相量增加，不利于脱硫。(2)去As:氧化去As，烧透是前提。As有毒。2FeAsS+5O2==Fe2O3+As2O3+2SO2(3)脱F：2CaF2+SiO2==2CaO+SiF4CaO不利于去F；SiO2有利于去F；H2有利于去F。F对人体有害、腐蚀设备。(4)Pb和Zn的去除燃料增加到10%至11%，脱锌率可以到达20%。参加CaCl2，可以脱除90%左右的铅和65%左右的锌。〔5〕P在烧结过程中不能脱除第五局部烧结工艺1、烧结配料〔P51〕采用重量法配料，根据配料计算。2、混匀与制粒一混的主要作用是混匀；二混的主要作用是造球制粒。影响混匀和制粒的因素：〔1〕原料性质：粘性大，比重相差小，粒度差异小有利于混匀和造球。〔2〕水分含量和加水方法：适量、雾状有利于混匀和造球。〔3〕工艺因素：倾角、转速、填充率，混匀时间长有利于混匀和造球。3、铺底料：〔1〕作用：保护篦条；减少废气含尘量和除尘器负荷；增加有效抽风面积和料层透气性；改善厂区环境。〔2〕方法：粒度自然偏析，偏析布料。但不能是大粒度的燃料；10-25mm的成品烧结或天然块矿。4、布料：〔1〕要求：均匀〔粒度、成分和水分〕；具有一定的松散性，但不能太松。〔2〕理想布料是粒度上小下粗、碳上多下少。实现方法有双层布料和偏析布料。偏析布料有磁辊、反射板和空气吹风。5、烧结料点火和烧结矿保温点火温度为1100℃至13006、烧结矿处理破碎〔单辊破碎〕、筛分〔固定条筛〕、冷却〔带式冷却机和环形冷却机〕返矿返回烧结机，小于5mm的比例应小于5%。7、烧结机生产能力Q=60KΥBHVK：成品率%；Υ：堆比重；B：台车宽；H：料层高；V：台车速度；H=dtd：垂直烧结速度；t：烧结时间；D=f(料层透气性)；透气性指数=Q/F〔H/ΔP〕0.6;Q：抽风量；F：抽风面积；H：料层厚度；ΔP：负压。8、改善烧结料层透气性〔1〕适当配加富矿粉，粒度粗。〔2〕加消石灰，有利于成球。〔3〕加松料器。〔4〕提高料温：蒸汽、热返矿、生石灰，消除过湿现象。〔5〕新的布料装置。9、增加有效风量〔1〕降低漏风率，主要是机头和机尾。〔2〕经常检查，及时堵漏，定期检修。10、改善烧结矿质量〔1〕厚料层烧结;〔2〕提高MgO含量;〔3〕低温烧结;〔4〕加B或P;〔5〕高碱度烧结矿;〔6〕适宜的配C量;〔7〕配加蛇纹石;〔8〕配加萤石。第六局部球团原理§1铁矿粉成球一、粉矿成球1、成球机理：加水润湿矿粉是铁矿粉成球的根本条件，对水进展研究。水在矿粉中的状态：〔1〕吸附水：原因是新外表具有过剩能量。具有固体的性质，不能在颗粒外表自由移动。〔2〕薄膜水：结合力要差一些，可以在颗粒外表迁移。吸附水和薄膜水组成分子结合水，矿粉含水量到达最大分子结合水后，成球才明显开场。〔3〕毛细水：矿粉中超过分子水后才能形成，起作用的是毛细力。矿粉成球过程是在毛细力的作用下，矿粉颗粒被拉向水滴中心，形成小球。毛细水在矿粉成球中起主导作用。液体外表张力大、物料亲水性强、液体密度小、毛细管直径小，毛细力大，矿粉成球容易。〔4〕重力水：对造球不利。2、成球过程〔1〕形成母球：矿粉润湿，在机械力的作用下形成细小的毛细管。主要是水的润湿。〔2〕母球长大：毛细管形状和尺寸改变，过剩毛细水挤到母球的外表上，粘结上润湿程度比拟低的矿粉。润湿和机械力同时作用。〔3〕母球压实：停顿加水润湿，在机械力的作用下，水分被挤出。挤出的水分被未充分润湿的矿粉吸收。机械力的作用。三个过程在造球机内一起完成。二、生球的质量要求：焙烧和冶炼的要求。〔1〕粒度：均匀粒度，10-16mm。〔2〕抗压强度：15-20N/个球。〔3〕落下强度：0.5m高自由落下大于4次。〔4〕比拟高的爆裂温度。三、影响造球过程的因素〔1〕原料性能：亲水性强易成球，褐铁矿最强，磁铁矿最差；孔隙度大易成球；颗粒形状：针状和片状好，球状差。〔2〕原料粒度：粒度小，比外表积大，组成不均匀易成球，小于200目。〔3〕原料湿度：含水量大，生球大小不均匀，相互粘结，适宜的含水量。矿粉的水分应低于造球适宜的水分，否则烘干。〔4〕添加剂：皂土〔一般为0.5%至1.5%，实际3%左右〕、消石灰、石灰石、生石灰、有机添加剂。〔5〕工艺操作：加水加料原则：滴水成球，雾水长大，无水压紧。造球时间：3至10分钟设备指标：圆盘造球机的转速和倾角〔倾角45至50度〕，园盘边高和填充率适宜，底料和刮板要适宜。物料温度：预热混合料，50℃§2球团矿焙烧固结1、生球枯燥目的：提高强度，防止破裂。破裂的原因：不均匀收缩。由外表水汽化和内部水扩大散到外表的两个过程组成，速度要适宜，防止生球破裂。枯燥速度有计算公式，但多数是定性公式。枯燥时生球的最低强度应该能承受球层的压力和枯燥介质穿过球层的压力。影响枯燥的因素：〔1〕球层越高，水冷凝越严重，降低了下层生球的破裂温度。〔2〕缩小生球尺寸有利于枯燥过程。〔3〕生球孔隙度下降，阻碍生球内部蒸汽的扩散。2、再结晶固结理论：要保证球团有足够高机械强度和良好的冶金性能。1〕磁铁矿：〔1〕微晶键连接：氧化气氛，低温〔900℃〔2〕Fe2O3再结晶：Fe3O4生球在强氧化性气氛中继续加热到1100℃Fe2O3氧化再结晶的条件;/////、、、、、、、、、、、？？？？？？、、、、〔3〕Fe3O4再结晶：Fe3O4生球在中性或强复原性气氛中焙烧，当温度高于900℃〔4〕渣键连接：有SiO2存在，则在复原或弱氧化性气氛中焙烧，高于1100℃时：Fe2O3+SiO2+CO==2FeO·SiO2+CO22FeO+SiO2==2FeO·SiO22〕赤铁矿：Fe2O3高温再结晶：1300℃3、影响球团焙烧固结的因素：〔1〕原料性能：磁铁矿氧化放热，焙烧温度比拟低，能耗低。石英在氧化性气氛中不影响赤铁矿球团固结，在中性或复原性气氛中会形成液相。长石熔点低，可降低焙烧温度，有利于液相粘结。皂土有利于球团固结，形成液相。消石灰和石灰石会使球团矿的焙烧温度区间变窄，易出现渣相粘结。〔2〕精矿粒度和粒度组成：粒度细，比外表积大，氧化快而完全，有利于球团造球和焙烧。孔隙度低，有利于焙烧。粒度大小不一，有利于焙烧。〔3〕焙烧温度：提高焙烧温度有利球团固结，但最高温度不能超过Fe2O3大量分解的温度。一般为1200℃至1300℃，不低于1150℃〔4〕升温速度和高温下保持时间：升温速度过快，球团强度下降。高温下保持时间要足够，因为再结晶和液相生产都需要时间。过长：球团熔化和粘结。〔5〕焙烧气体介质特性磁铁矿：氧化性气氛最好，中性和复原性气氛球团矿强度低，复原性差。赤铁矿：氧化性或中性气氛中进展焙烧；不能在复原性气氛中进展焙烧。气氛根据O2含量划分：O2>1.5%，氧化性气氛。O2=1-1.5%，中性气氛。O2<1%，复原性气氛。〔6〕球团矿尺寸：尺寸大，氧化过程进展得慢而不完全。球团氧化完成所需的时间与球团的直径的平方成正比。生球尺寸在对赤铁矿球团的焙烧影响更大，无内部热量。§3球团矿与焙烧矿的比拟1、原料条件：球团细，-325目要大于70%，比外表积为1500-2000cm2/g烧结粗，-150目要小于20%，原料适应性强。2、生产设备投资和管理费用生产设备投资球团高。加工费用球团略高，但按含铁量比拟球团稍低。球团的燃料费用低于烧结矿，但动力费用要高于烧结矿。3、冶金性能〔1〕球团矿粒度均匀，冷态强度高，运输和贮存粉末少。球团矿有复原膨胀现象，高温冶金性能不太理想。球团膨胀的原因：膨胀小于20%异常膨胀Fe2O3→Fe3O4→→→→→FeO六面体立方体铁胡须立方体正常膨胀一般小于20%，异常膨胀可以达100%至200%或更大，原因主要是形成铁胡须。降低球团矿复原膨胀的措施：适当提高球团矿中SiO2含量，形成渣键；适当提高球团矿的碱度，生产自熔性球团矿；提高焙烧温度。〔2〕烧结矿有低温复原粉化现象烧结矿深度复原和高温复原性能比拟好，软熔性能比拟好。但烧结矿也有低温复原粉化问题。RDI，原因与球团矿复原膨胀的原因根本一样。4、高炉冶炼效果：球团矿与烧结矿无明显差异。5、环境状况：球团工艺可以减少灰尘量、SO2和NO*。§4高炉合理的炉料构造合理标准：1、资源量大，要稳定。2、取消石灰石入炉。3、比拟高的熟料率。4、良好的冶金性能。合理的炉料构造是相对的，一般认为高碱度烧结矿配加酸性球团矿是合理的炉料构造。但碱度差不能太大，球团矿配比也应控制在40%以内。第七局部球团工艺1、原料准备：配料、混料和造球。目的是使化学成分、粒度组成、水分均匀。混料和配料工艺比拟简单，多采用混磨。造球采用：圆筒和圆盘2、a、球团矿焙烧：设备：竖炉、链篦机--回转窑、带式焙烧机b、其它球团生产方法：〔1〕冷固结球团：水泥法和碳酸盐球团固结法〔2〕金属化球团法〔3〕有色金属氧化物氯化挥发球团法3、球团工艺的改良：1、自熔性球团矿2、高MgO球团矿3、内燃性或多孔性球团矿4、高炉原料冶金性能检测方法？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？第八局部铁的复原与生铁的生成§1铁氧化物复原的热力学一、铁氧化物复原的规律：逐级复原t>570℃，Fe2O3→Fe3O4→FeO→t<570℃，Fe2O3→Fe3O4→Fe2O3赤铁矿，六方晶格，刚玉型菱型晶格。复原容易。Fe3O4磁铁矿，立方晶格，复原比拟困难。Fe2O3·FeOFeO浮氐体，立方晶格，不稳定，Fe*O〔*<1.0〕，复原困难。复杂铁氧化物：CaO·Fe2O3、2FeO·SiO2、CaO·FeO·SiO2、FeO·TiO2及褐铁矿、菱铁矿先分解后复原。二、铁氧化物复原的根本反响复原剂：CO、H2、C；主要是C和CO。特点：1〕T＜810℃T＞810℃2〕H2复原时吸热，CO复原时放热高炉CO利用率？？？？？？？？？？？"§2直接复原和间接复原1、概念：直接复原：用C复原，生成CO，高温、吸热，决定于碳的气化反响，1100℃间接复原：用CO或H2复原，生成CO2，低温、放热〔H2吸热〕，决定于矿石的复原性能。Fe2O3→FeO全部间接复原；FeO→Fe一局部间接复原，一局部直接复原。2、直接复原度的表示和计算Fe直Fe直rd=-------------------==--------------定义式Fe生—Fe料Fe全rd=1—rco—rH2=1—ri，ri=Fe间/Fe全Fe间=〔56/12〕C间，FeO+CO=Fe+CO2(56/12)[(C焦+C燃-C铁-C尘)(CO2/(CO+CO2+CH4))-(12/44)CO2熔+挥-(12/160)Fe2O3-(12/87)MnO2rco=-------------------------------------------------------------------------------------------------Fe生-Fe料式中：44为CO2的分子量。FeH2(56/2)H2还αrH2=--------=----------------------Fe全Fe生-Fe料式中：α，高炉下部参与复原FeO的H2的百分数，一般α≥85%。H2还=H2总-H2煤气一般情况下，氢在高炉内的利用率η为30%至50%，即：H2还=(30-50)%H2总所以：〔56/2〕［H2燃+(2/18)(H2O风+H2O喷)］ηH2αrH2=--------------------------------------------------------------------Fe生-Fe料式中：H2燃：入炉各种燃料带入的H2量，kg/t铁。H2O风、H2O喷：分别为鼓风和喷吹物含水量，kg/t铁。ηH2=30%-50%，α=85%rd的简易计算法：C氧-C风-CSi+Mn+P-C石灰石rd=----------------------------------------------------(12/56)(Fe生-Fe料)式中:C氧=C焦+C煤-C生-C尘氧化的总碳量，kg/t-生铁。CSi+Mn+P：Si、Mn、P直接复原消耗的碳量，kg/t-生铁。C石灰石：石灰石分解CO2与C作用所消耗的碳，kg/t-生铁。C风：风口区燃烧的碳量，kg/t-生铁。按C、N2平衡原理算出鼓风消耗量来计算，煤气分析要准确。3、高炉直接复原度Rd定义：高炉冶炼过程中，直接复原夺取的氧量O直与复原过程夺取的总氧量O总的比值，用Rd表示。O直0.5CO+CO2-βN2-0.5CO20.5(CO+CO2)-βN2Rd=-------------------=------------------------------------------=-----------------------------------O间+O直0.5CO+CO2-βN20.5CO+CO2-βN2CO、CO2、N2煤气中相应组成的含量。0.21(1-f)+0.5fβ：氧氮比，β=--------------------------〔f：空气中水分含量，％〕0.79(1-f)§3直接复原和间接复原对燃料比的影响1、复原剂的碳量消耗(1)直接复原：FeO+C==Fe+COCd=(12/56)rd(Fe生-Fe料)=0.214rd(Fe生-Fe料)(2)间接复原：FeO+CO==Fe+CO2Ci=(12/56)ri(Fe生-Fe料)n=0.214(1-rd)(Fe生-Fe料)nn：过剩系数由于Fe3O4和FeO的间接复原是可逆的，反响平衡时的气相组成中CO/CO2保持有一定的比例，为了使复原反响不断进展下去，必须使气相CO浓度超过平衡浓度才行。即CO过剩才行。此时，Ci为理论上的最低需求量。(3)n的计算高炉为一逆流反响器，FeO来自炉子上部Fe3O4的间接复原，而复原Fe3O4的气相成分则来自炉子下部复原FeO后的气相组成。因此该气相组成应满足Fe3O4复原所需CO过剩量的要求。FeO+n1CO==Fe+CO2+(n1-1)COKp1=%CO2/%CO=1/(n1-1)(根据△G°计算Kp1值即可求得)n1=1+(1/Kp1)=1+(%CO/%CO2)=f(T)=100/%CO2例：700℃时：平衡%CO2=40%，%CO=60%，则n1=2.5,复原FeO后的煤气再上升复原Fe3O41/3Fe3O4+CO2+(n1-1)CO==FeO+4/3CO2+(n1-4/3)COKp1=%CO2/%CO=(4/3)/(n1-4/3)Kp2=(4/3)/(n2-4/3)＝＝＞(4/3)/(n1-4/3)＝1/(n2-1)n2=(4/3)×(1+1/Kp2)=f(T)2、发热剂的碳量消耗直接复原：复原剂消耗碳量少，发热剂消耗碳量多。间接复原：复原剂消耗碳量多，发热剂消耗碳量少。热消耗Q=热收入=QCO2+QCO+Q风+Q渣式中：QCO2：生成CO2产生的热量。QCO2=CCO2×qCO2，qCO2=33390J/kg-CQCO：生成CO产生的热量。QCO=CCO×qCO，qCO=9791J/kg-CQ风：鼓风带入高炉的热量。Q渣：成渣热。CCO2：生成CO2的碳。CCO：生成CO的碳。Q-23599(1.5-rd)(Fe生-Fe料)×0.214C热=-----------------------------------------------------9791+q风+q渣式中：Q：高炉内的热消耗。q风：鼓风的热容。q渣：成渣物质的热容。Q、rd升高，则C热也升高。见图5-2(P193)提高品位，降低消耗，则CBD曲线向下平移。3、降低燃料比的措施(1)减少热量消耗Q。包括提高品位、降低渣量、降低焦炭和煤中的灰分、降低鼓风中的水分，减少石灰石的参加量。(2)提高q风，即提高风温。(3)降低rd，rd降低0.1，则燃料比降低50kg/t。包括生产高复原性的烧结矿和球团矿、改善高炉操作、富氧鼓风。(4)喷吹燃料，发热。(5)改善氢的利用。rH2升高则rd降低。1、氢复原的特点：1)810℃2)吸热3)原子半径小，扩散能力强，是3.74倍。4)导热性能好，为CO的7至10倍。5)粘度系数小，有利于降低压差。6)温度很高会发生分解，H2==2H△H=436±4kJ/mol2000℃限制温度升高，又起到均匀炉缸温度的作用。H2是很好的复原剂，但高炉中很少使用。因为H2生成H2O(气)，而H2O(气)＋C→水煤气2、氢利用率及其计算H2还H2O煤理论上：ηH2=------------=-------------------------×100%H2总H2煤+H2O煤公式不准确，原因是H2O煤包括了炉料吸附水，分析不准。(2/22.4)V煤(H2煤+2CH4煤)计算式：ηH2=[1------------------------------------------------------]×100%H2风+H2燃+H2晶+H2焦上式中：V煤：1吨生铁的煤气量，m3/t。H2煤、CH4煤：煤气成分。H2风、H2燃、H2晶、H2焦：鼓风、燃料、结晶水、挥发分中H2的重量。即入炉总氢量，Kg/t。当100%熟料时，H2晶=03、提高氢利用率1)喷吹燃料。煤气中H2含量升高，ηH2也升高；当H2含量到达一定值时，ηH2不变。2)生产高复原性的烧结矿和球团矿。3)富氧鼓风4)提高炉缸温度ηH2和ηCO的关系(ηH2：H2利用率，ηCO：CO利用率)CO2+H2=CO+H2O水煤气反响PCO×PH2OKp=--------------------------------810℃PCO2×PH2PH2OPCO2得：Kp=--------------=---------------×Kp→ηH2＝ηCO×KpPH2PCO即ηH2升高，ηCO也升高。§4铁氧化物复原的动力学1、铁氧化物复原的动力学模型未反响核模型2、加速铁矿石复原的条件(1)改善铁矿石条件1)提高孔隙度，增加小气孔。2)缩小矿石粒度，下限取决于料层透气性。3)开展合理的矿物组成。Fe2O3比Fe3O4好，原因是Fe2O3复原到Fe3O4时会发生晶型转变，体积膨胀，产生气孔。4)提高矿石的软化温度。5)矿石中的杂质：碱性氧化物促进复原，酸性抑制复原。6)复原过程中的体积变化，适当，过大不利于透气性。(2)控制煤气流条件1)煤气成分：提高CO、H2含量。CO、H2含量升高，有利于还原，N2含量高不利于复原，它是载热体。2)煤气温度：升高温度有利于复原，但有反常现象。一是400℃-600℃3)煤气流速，有利于外扩散。提高煤气流速对复原速度无影响，煤气利用降低，焦比升高。4)煤气压力：CO2+C=CO煤气压力升高，抑制直接复原的开场，扩大了间接复原区，有利于反响。5)气流分布：均匀有利于复原。§5铁矿在复原过程中强度的变化一、球团矿的复原膨胀1、正常膨胀Fe2O3〔六面体〕→Fe3O4〔立方体〕膨胀小于20%2、异常膨胀Fe3O4→→→→→→→FeO立方体铁胡须立方体异常膨胀可以达100%至200%或更大，原因主要是形成铁胡须。降低球团矿复原膨胀的措施：适当提高球团矿中SiO2含量，形成渣键；适当提高球团矿的碱度，生产自熔性球团矿；提高焙烧温度。二、烧结矿有低温复原粉化现象烧结矿深度复原和高温复原性能比拟好，软熔性能比拟好。但烧结矿也有低温复原粉化问题。RDI，原因与球团矿复原膨胀的原因根本一样。三、天然块矿爆裂原因;结晶水→分解与矿种有关§6炉料的蒸发、挥发和分解一、蒸发吸附水蒸发。耗热不多，对高炉影响不大。二、结晶水分解烧结已述。补充：结晶水析出过晚现象。T＞800℃分解比例：20-50％。三、碳酸盐分解高炉加熔剂或炉料中存在碳酸盐时，T升高，则发生分解，耗热增加。主要不利影响：CaCO3分解，消耗碳素，吸收热量。四、析C反响煤气中CO在上升过程中T下降到400－600℃不利影响：破坏炉衬，加剧炉料粉化。五、气化反响在高炉内气化的物质有复原元素P、As、K、Na、Pb、Zn和S；复原中间产物SiO、Al2O和PbO；化合物SiS、CS和CaF2等。少局部随煤气逸出，一局部被炉渣吸收，一局部在上升过程中随T降低而凝聚，形成"循环累积〞，造成炉料难行、悬料及结瘤等。解决方法：提高炉顶温度、增加煤气量、降低炉渣碱度、提高渣量。§7碱金属在高炉内的行为1、碱金属的形态：K2SiO3、K2CO3、K2O、KCN；钠也同样。2、热力学上的稳定性：K2SiO3：1100℃以下稳定；1300K2CO3：900℃以下稳定；1100K2O：1350℃以下稳定；1350KCN：800℃至9003、循环：炉料升温复原→随煤气上升→氧化→随炉料下降→复原。碱金属负荷：1吨生铁入炉的碱金属。以K2O+Na2O计算。碱金属循环负荷：1吨生铁中循环的碱金属与入炉碱金属之比。大多数为5至7。主要积累在软熔带。4、影响碱金属循环富集的因素(1)炉温高，挥发量增加，富集程度降低。(2)冶炼强度高，富集程度提高。(3)渣量多，富集程度降低。(4)炉渣碱度低，富集程度降低。5、碱金属对高炉冶炼的影响(1)粘附在炉墙上，K和Na熔点低，炉身结瘤。(2)粘附在焦炭上，焦炭反响性升高，焦炭强度降低。(3)粘附在矿石上，促进复原粉化和复原膨胀。6、控制碱金属危害的方法(1)控制原料中的碱金属含量，选矿细磨。(2)低炉渣碱度，高MgO含量，增加渣量。炉外脱硫。(3)定期酸性料洗炉。§8难复原物质和非铁元素的复原1、硅酸盐的复原〔1〕2FeO·SiO2的特点：熔点低，1150℃〔2〕2FeO·SiO2的来源：高FeO烧结矿，高SiO2烧结矿，低碱度烧结矿。〔3〕复原反响：Fe2SiO4+2C=2Fe+SiO2+2CO,直接复原，强吸热反响。〔4〕改善复原：提高炉渣碱度；提高炉缸温度。因此：要生产高碱度、高复原性、低FeO的烧结矿。2、Mn的复原〔1〕高炉内Mn的分配。Mn是难复原元素，不能完全复原。炼钢生铁：生铁：40-50%，炉渣：<40%，煤气：5-10%铸造生铁：生铁：50-60%，炉渣：<30%，煤气：5-10%锰铁：生铁：70-80%，炉渣：<10%，煤气：8-20%炼钢生铁对Mn含量不作要求。〔2〕Mn氧化物的复原规律。COCOCOCMnO2→Mn2O3→Mn3O4→MnO→MnH2H2H2MnO2→Mn2O3→Mn3O4比拟容易复原，比相应的铁氧化物容易复原。Mn3O4→MnO可逆反响，需过量的CO才能进展。MnO→Mn要比FeO→Fe困难得多，只能用C复原，1400℃以上。MnO+C=Mn+CO强吸热反响。提高温度有利于Mn的复原。炼锰铁的焦比到达1000kg/t左右，是炼钢生铁的1.5至2倍。MnO与SiO2结合成MnSiO3〔熔点为1291℃(MnO)+C=[Mn]+CO〔3〕影响Mn复原的因素：足够高的炉缸温度。高风温、富氧、焦比高；提高炉渣碱度。会导致炉渣粘度升高，添加一些MgO、MnO等碱性物质，降低炉渣粘度；高品位。Fe、SiO2、S、P低。3、硅的复原(1)生铁对Si的要求:炼钢生铁：要求[Si]<0.6%，局部条件下0.2-0.3%。铸造生铁：要求[Si]=1.25%至4%。铁水流动性硅铁：要求[Si]高，但高炉冶炼的硅铁[Si]<20%。原因是Si比Mn更难复原。(2)硅复原规律：SiO2比拟稳定，复原只能直接复原。〔SiO2〕+C=[Si]+2CO△G0=596400-394.28TJ/mol1400℃-1500℃生铁中的[Si]平衡浓度与铁水温度有近似直线关系，温度升高，则[Si]提高，1500℃(3)Si复原的途径：1〕气相复原：(SiO2)=SiOg+1/2O2SiOg+[C]=[Si]+COSiOg+C焦=[Si]+CO动力学条件非常优越，高炉解剖发现风口以上Si含量很高。2〕渣相复原：(SiO2)+2C=[Si]+2CO(4)Si复原的条件：1〕足够高的炉缸温度。高风温、富氧。炉温高则难行，SiO挥发。焦比高，硅铁焦比是炼钢生铁焦比的2至2.5倍，铸造生铁焦比比炼钢生铁焦比高5%至30%。2〕降低炉渣碱度，酸性渣，SiO2的活度高。3〕选择原料，渣量大，焦炭灰分高。4、P的复原(1)存在形式：(CaO)3P2O5磷酸钙和(FeO)3P2O5兰铁矿。1200℃(CaO)3P2O5+10C+3SiO2=(CaO)3SiO2+4P+10COSiO2和Fe的存在有利于P的复原。(2)P复原100%进入生铁原因：1)SiO2和Fe的存在，有利于P的复原。2)P气化，促进复原反响进展，化工回收。3)P2O5挥发，同C的接触条件好。4)高炉内是强复原气气氛，高碱度炉渣，可去掉20%至30%的P。(3)高P铁矿的利用：选矿、烧结和高炉冶炼都难去P.1)冶炼局部铸造铁。2)对铁水进展炉外脱P。3)细磨至-325目，进展磁—浮联选。5、V、Ti、Ni和Cr的复原(1)V的复原：V2O5、V2O4、V2O3、VO，比锰难复原。VO+C=V+CO，VO是碱性。V不能100%进入生铁，约70%-80%进入生铁,炼钢前氧化提钒。碱度高，促进V复原；Fe2O3多，促进V复原。(2)Ti的复原：TiO2、Ti2O3、TiO、Ti〔熔点高〕，TiO2+C=Ti+CO会形成TiC、TiN和Ti〔CN〕(3)Ni全部复原进入生铁。(4)Cr全部复原进入生铁。6、Pb、Zn、As的复原(1)Pb的复原：PbSO4、PbS存在。PbSO4+4C=PbS+4COPbS+Fe=FeS+PbPbO+CO=Pb+CO2Pb几乎100%复原，Pb比重大〔11.34；Fe：7.87〕，熔点低〔327℃Pb在高炉内有循环、挥发、氧化和复原。(2)Zn的复原：ZnS、ZnCO3、ZnSiO3存在。ZnO+CO=Zn+CO2ZnO+H2=Zn+H2OZn在400℃至500循环：炉料升温复原→随