宏发炼铁厂培训教材课件

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(二)生产技术科江苏沙钢集团宏发炼铁厂

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(二)生产技术科江苏沙钢集团1炼铁基础知识第一章高炉炼铁简述第二章高炉炼铁原料和燃料第三章高炉冶炼基本原理江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材炼铁基础知识第一章高炉炼铁简述江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏2第一章高炉炼铁简述1.1高炉炼铁工艺流程高炉炼铁生产是冶金(钢铁)工业的主要环节，高炉炼铁工艺就是利用焦炭不完全燃烧产生的一氧化碳将铁矿石中的铁以生铁形式还原出来的一种工艺流程。具体概括就是铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按一定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度，焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构，矿石料在下降过程中与风口上升的煤气相遇，逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出，炉顶产生的煤气经除尘系统进入净煤气管网。高炉生产是连续进行的，一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材第一章高炉炼铁简述1.1高炉炼铁工艺流程江苏沙钢集团江3江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材41.2高炉本体及高炉系统1.2.1高炉本体。高炉本体由上至下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸构成。炉喉：高炉本体的最上部分，呈圆筒形。炉喉既是炉料的加入口，也是煤气的导出口。它对炉料和煤气的上部分布起控制和调节作用。炉喉直径应和炉缸直径、炉腰直径及大钟直径比例适当。炉喉高度要允许装一批以上的料，以能起到控制炉料和煤气流分布为限。

炉身：高炉铁矿石间接还原的主要区域，呈圆锥台简称圆台形，由上向下逐渐扩大，用以使炉料在遇热发生体积膨胀后不致形成料拱，并减小炉料下降阻找力。炉身角的大小对炉料下降和煤气流分布有很大影响。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材1.2高炉本体及高炉系统江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂5炉腰：高炉直径最大的部位。它使炉身和炉腹得以合理过渡。由于在炉腰部位有炉渣形成，并且粘稠的初成渣会使炉料透气性恶化，为减小煤气流的阻力，在渣量大时可适当扩大炉腰直径，但仍要使它和其他部位尺寸保持合适的比例关系，比值以取上限为宜。炉腰高度对高炉冶炼过程影响不很显著，一般只在很小范围内变动。炉腹：高炉熔化和造渣的主要区段，呈倒锥台形。为适应炉料熔化后体积收缩的特点，其直径自上而下逐渐缩小，形成一定的炉腹角。炉腹的存在，使燃烧带处于合适位置，有利于气流均匀分布。炉腹高度随高炉容积大小而定，但不能过高或过低，一般为3．0～3．6m。炉腹角一般为79～82；过大，不利于煤气流分布；过小，则不利于炉料顺行。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材炉腰：高炉直径最大的部位。它使炉身和炉腹得以合理过渡。由于在6

炉缸：高炉燃料燃烧、渣铁反应和贮存及排放区域，呈圆筒形。出铁口、渣口和风口都设在炉缸部位，因此它也是承受高温煤气及渣铁物理和化学侵蚀最剧烈的部位，对高炉煤气的初始分布、热制度、生铁质量和品种都有极重要的影响。

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炉缸：高炉燃料燃烧、渣铁反应和贮存及排放区域，呈圆筒7江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材81.2.2高炉系统高炉系统除了高炉本体外，一般还包括六大系统，即上料系统、装料系统、送风系统、喷吹系统、渣铁系统和煤气处理系统。1、上料系统。上料设备系统包括贮矿场。贮矿槽、槽下漏斗、槽下筛分、称量和运料设备、向炉顶供料设备（有皮带上料机和料车上料机之分）。其任务是将高炉所需原燃料，按比例通过上料设备运送到炉顶受料漏斗中。2、装料系统。装料设备一般分为钟式、钟阀式和无钟式三类。比较先进的高炉一般采用无钟式装料设备系统。本系统的任务是均匀地按工艺要求将上料系统运来的炉料装入炉内。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材1.2.2高炉系统江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教93、送风系统。包括鼓风机、热风炉、热风总管，送风支管。本系统的任务是把从鼓风机房送出的冷风加热并送入高炉。4、喷吹系统。包括磨煤机、集煤罐、储煤罐、喷煤罐、混合器和喷枪。本系统的任务是磨制、收存和计量后把煤粉从风口喷入高炉。5、渣铁处理系统。包括出铁厂、泥炮、开口机、铁水罐、水渣池等。本系统的任务是定期将炉内的渣铁出净，保证高炉连续生产。6、煤气处理系统。包括煤气上升管、下降管、重力除尘器、布袋除尘器、静电除尘器。本系统的任务是将炉顶引出的含尘很高的荒煤气净化成合乎要求的净煤气。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材3、送风系统。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材10钟式炉顶和无钟式炉顶图6并罐式无钟炉顶装置示意图1—皮带运输机；2—受料漏斗；3—上闸门；4—上密封阀；5—储料仓；6—下闸门；7—下密封阀；8—叉型漏斗；9—中心喉管；10—冷却气体充入管；11—传动齿轮机构；12—探尺；13—旋转溜槽；14—炉喉煤气封盖；；17—料仓支撑轮；18—电子秤压头；19—支撑架；20—下部闸门传动机构；21—波纹管；22—测温热电偶；23—气密箱；24一更换滑槽小车；25一消音器 江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材钟式炉顶和无钟式炉顶图6并罐式无钟炉顶装置示意图江苏11炉顶布料江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材炉顶布料江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材12江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材13江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材14江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材151.3高炉主要技术经济指标

1、有效容积利用系数:

每立方米高炉有效容积一昼夜生产的生铁吨数。它是衡量高炉生产强化程度的指标。ηv=P（高炉昼夜产铁量）/Vu（高炉有效容积）t/（m3.d））我国高炉有效容积系数一般为1.8～2.3（t/m3.d），高的达到3.0t/（m3.d）

2、焦比、煤比、综合焦比、燃料比:

焦比就是冶炼一吨生铁消耗的干焦量。K=Q（每昼夜干焦用量）/P（现主要核算综合焦比）；煤比就是冶炼一吨生铁喷吹的煤粉量；综合焦比是指冶炼一吨生铁所喷吹的煤粉量乘上置换比折算成干焦量再与冶炼一吨生铁消耗的干焦量相加；燃料比就是冶炼一吨生铁消耗的燃料量之和。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材1.3高炉主要技术经济指标江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁16

3、冶炼强度、综合冶炼强度:

冶炼强度指每昼夜每立方米高炉有效容积消耗的干焦量I=Q/Vu

（反应焦碳的燃烧能力）；综合冶炼强度是指每昼夜每立方米高炉有效容积消耗的燃料量（折算成干焦）。4、休风率:高炉休风停产时间占规定日历作业时间（日历时间减去计划大中修时间和封炉时间）的百分比（一般控制在2%以内）。它是衡量高炉设备管理水平、维护水平和操作水平的重要指标。降低休风率是高炉增产节焦的重要途径。5、一代炉龄：

高炉点火开炉到停炉大修历经的时间（与耐材砌筑、有关）。延长炉龄是提高高炉总体经济效益的重大课题，大高炉炉龄要求达到10年以上，国外最长寿的达20年以上。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材17江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材18第二章高炉炼铁原料和燃料2.1铁矿石2.1.1铁矿石的分类及主要特性铁矿石可分为天然铁矿石和人造富矿两种。天然铁矿石目前自然界发现的有300多种矿物，最常见的主要是以下四类：（1）磁铁矿。化学式位Fe3O4，具有强磁性，结构致密，晶粒细小，颜色及条痕均为黑色，脉石的主要成分主要是石英和硅酸盐。磁铁矿种含有TiO2及V2O5等组成的复合矿被称为钛磁铁矿或钒钛磁铁矿。自然界中纯磁铁矿很少，由于地表氧化作用部分磁铁矿氧化为赤铁矿，但仍残留着磁铁矿的晶格及外形，故称为假象磁铁矿。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材第二章高炉炼铁原料和燃料2.1铁矿石江苏沙钢集团江苏19

（2）赤铁矿。化学式为Fe2O3，颜色为暗红色，具有弱磁性，含硫、磷较少，易碎，易还原，脉石多为硅酸盐。（3）褐铁矿。化学式为nFe2O3.mH2O（n=1～3,m=1～4)。褐铁矿中绝大部分含铁矿物是以2Fe2O3.3H2O的形式存在的。（4）菱铁矿。化学式为FeCO3，颜色为灰色带黄褐色。菱铁矿经过焙烧，分解出二氧化碳气体，含铁量即可得到提高，而且变得疏松多孔，易破碎，还原性好。人造富矿有烧结矿和球团矿两种。常见铁矿石的主要特性如下表2-1江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材（2）赤铁矿。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教20各类铁矿石图赤铁矿磁铁矿菱铁矿褐铁矿江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材各类铁矿石图赤铁矿磁铁矿菱铁矿褐铁矿江苏沙钢集团江苏沙钢集团212.1.2高炉冶炼对铁矿石的要求铁矿石是高炉冶炼的主要原料，决定铁矿石质量优劣的主要因素是化学成分、物理性质及其冶金性能。高炉冶炼对铁矿石的要求是：含铁量高，脉石少，有害杂质少，化学成分稳定，粒度均匀，具有良好的还原性及一定的机械强度等性能。2.1.2.1铁矿石品位铁矿石的品位即指铁矿石的含铁量，以TFe%表示。品位是评价铁矿石质量的主要指标。经验表明：铁矿石含铁量每增加1%，焦比将降低2%，产量提高3%，因为随着矿石品位的提高，脉石含量越少，溶剂用量和渣量减少，既节省热量消耗，又有利于炉况顺行。一般实际含铁量大于理论含铁量70%～90%时方可直接入炉，成为富矿。贫矿必须经过选矿和造块才能入炉冶炼。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.1.2高炉冶炼对铁矿石的要求江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏222.1.2.2脉石成分铁矿石的脉石成分主要是二氧化硅（SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)。以SiO2为主的脉石称为酸性脉石；以CaO和MgO为主的脉石称为碱性脉石。碱性脉石含碱性氧化物较多，冶炼时可回忆少加或不加石灰石，对降低焦比有利，具有较高的冶炼价值。这种冶炼时不加熔剂的矿石称为自熔性矿石。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.1.2.2脉石成分江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂232.1.2.3有害杂质和有益元素的含量1.有害杂质。矿石中的有害杂质是指对冶炼有妨碍或使矿石冶炼时不易获得优质产品的元素，主要有硫（S）、磷（P）、铅（Pb）、锌（Zn）、砷（As）、钾（K）、钠（Na）等。(1)硫。硫在矿物中主要以硫化物状态存在。硫的危害主要表现在：a、钢中的含硫量超过一定量时，会使刚才具有热脆性。这是由于FeS和Fe结合成低熔点（985℃）合金，冷却时最后凝固成薄膜状，并分布于晶粒之间，当钢材被加热到11501120℃时，硫化物首先熔化，使钢材沿晶粒界面形成裂纹。b、对铸造生铁，会降低铁水的流动性，阻止渗碳体（Fe3C）分解，使铸件产生气孔、难于切削并降低其韧性。c、硫会显著降低钢材的焊接性、耐腐蚀性和耐磨性。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.1.2.3有害杂质和有益元素的含量江苏沙钢集团江苏沙24（2）磷。磷以Fe2P和Fe3P的形态溶于铁水中。因为磷化物是脆性物质，冷凝时聚集于钢的晶界周围，减弱晶粒间的结合力，使刚才在冷却时产生很大的脆性，从而造成钢的冷脆现象。高炉冶炼过程中磷全部还原进入生铁，因此控制生铁含磷的唯一途径就是控制入炉原料的含磷量。（3）铅和锌。铅在矿石中一般以方铅矿（PbS）形态存在。铅在高炉中是易还原元素，但铅不熔于生铁且密度大于生铁，因此沉入炉底，深入砖缝破坏炉底砌砖，甚至使炉底砌砖浮起，铅又极易挥发，在高炉上部被氧化成PbO粘结于炉墙，易引起结瘤。锌在矿石中多以闪锌矿（ZnS）形式存在。锌易挥发（905℃），不熔于铁水，但很容易挥发，在炉内又被氧化成ZnO。ZnO部分沉积在炉身上部炉墙上，形成炉瘤，部分渗入炉衬的空隙和砖缝中，引起炉衬膨胀而破坏炉衬，矿石中的含锌量应低于0.1%。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材（2）磷。磷以Fe2P和Fe3P的形态溶于铁水中。因为磷化物25（4）砷。砷在矿石中以硫化物形态存在。与磷相似，砷在高炉冶炼过程中全部还原进入生铁，钢中含砷量大于0.1%时会产生“冷脆”现象，并降低钢材的焊接性能，要求矿石中砷含量应低于0.07%。（5）碱金属。碱金属主要指钾和钠，一般以硅酸盐形式存在与矿石中。冶炼过程中，在高炉下部高温区碱金属被直接还原成大量碱蒸气，随煤气上升到低温区又被氧化成碳酸盐沉积在炉料和炉墙上，部分随炉料下降，从而反复循环积累。其危害主要为：与炉衬作用生成钾霞石（K2O﹒Al2O3﹒2SiO2），体积膨胀40%而破坏炉衬；与炉衬作用生成低熔点化合物，粘接在炉墙上，易导致结瘤；与焦炭作用生成嵌入式化合物（CKCN），体积膨胀很大，破坏焦炭高温强度，从而影响高炉下部料柱的透气性。（6）铜。铜是贵重的有色金属，在钢中的含量不超过0.3%时，能增强金属的抗腐蚀性能，但当含铜量超过0.3%时，钢的焊接性能降低，并产生热脆。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材（4）砷。砷在矿石中以硫化物形态存在。与磷相似，砷在高炉冶炼262.有益元素。

许多铁矿石中常伴有锰、铬、钒、钛、镍等元素，形成多种共生矿。这些金属能改善钢材的性能，是重要的合金元素，故称之为有益元素。（1）锰。铁矿石中的锰一般都不超过5%，锰能增加钢材的强度和硬度。它在高炉中的还原率为40%～60%,生铁中含有一定量的锰能降低生铁的含硫量，含锰的矿粉在烧结时可以改善烧结矿的质量。（2）铬。铬是很贵重的合金元素，它能提高钢的耐腐蚀能力和强度，是冶炼不锈钢的重要合金元素。铬在矿石中常以铬铁矿（FeO﹒Ti2O3）的形态存在，在高炉中的还原率为80%～85%。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.有益元素。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材27（3）镍。镍能提高钢的强度，也是冶炼不锈钢的重要合金元素。它在铁矿石中含量很少，常存在于褐铁矿中，高炉冶炼时全部进入生铁。（4）钒。钒是非常宝贵的合金元素，它能提高钢的耐疲劳强度。钒存在于钒钛磁铁矿中，少量存在于褐铁矿中。高炉冶炼时，钒的还原率为70%～90%。（5）钛。含钛的合金钢，具有耐高温、抗腐蚀的良好性能，是制造飞机、火箭、航天器的高温合金。钛在钒钛磁铁矿中以FeO﹒TiO2的形态存在。钛化物进入炉渣后使炉渣变得粘稠，高炉不易操作。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材（3）镍。镍能提高钢的强度，也是冶炼不锈钢的重要合金元素。它282.1.2.4铁矿石的还原性和软化性铁矿石的还原性是指铁矿石中与铁结合的氧被气体还原剂（CO和H2）夺取的难易程度.铁矿石还原好，有利于降低焦比。影响铁矿石还原性的主要因素有：矿物组成、矿物结构的致密程度、粒度和气孔度等。气孔率大的矿石还原性好，随着气孔率的增加气体还原剂与矿石的反应面积增大，加速铁矿石的还原。磁铁矿因结构致密，最难还原；赤铁矿中有中等的气孔度，比较容易还原；褐铁矿和菱铁矿失去结晶水和二氧化碳后，气孔度增加容易还原；烧结矿和球团矿的气孔度高，其还原性一般比天然富矿好。

铁矿石的软化性包括铁矿石的软化温度和软化温度区间两个方面。软化温度是指铁矿石在一定的荷重下受热开始变形的温度；软化温度区间是指铁矿石开始软化到软化终了的温度范围。高炉冶炼要求铁矿石软化温度高，软化温度区间要窄，这有利于高炉稳定运行和降低焦比。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.1.2.4铁矿石的还原性和软化性江苏沙钢集团江苏沙钢集292.1.2.5铁矿石的粒度、气孔度和机械强度铁矿石的粒度是指矿石颗粒的直径，它直接影响炉料的透气性和传热传质条件。粒度太小，会影响炉内料柱的透气性，使煤气上升的阻力增大。粒度过大，回事矿石的加热和还原速度降低。近年来，有降低矿石粒度上限的趋势，同时采用分级入炉。通常入炉矿石粒度在5～35mm之间，小于5mm的粉末是不能直接入炉的。铁矿石的气孔度有体积气孔度和面积气孔度两种表示法。体积气孔度是矿石的孔隙占总体积的百分比；面积气孔度是单位体积内气孔表面积的绝对值。气孔有开空气孔和闭口气孔两种，高炉冶炼要求矿石的开口气孔要大，人造富矿可以满足这一要求。铁矿石的机械强度是指铁矿石耐冲击、耐磨擦、抗挤压的强弱程度。强度差的矿石在炉内下降过程中很容易产生粉末，恶化料柱透气性。高炉冶炼要求矿石具有较高的机械强度。但矿石常温下的机械强度不能反映高炉内的实际情况，近年来国内外日益重视高炉原料在高温条件下的机械强度的工作。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.1.2.5铁矿石的粒度、气孔度和机械强度江苏沙钢集团江302.1.2.6铁矿石各项指标的稳定性。要保证高炉的正常生产和最大限度地发挥生产效率，要求铁矿石的各项理化指标应符合要求并保持相对稳定。在各项技术指标中，矿石的品位、脉石成分与数量、有害杂质含量的稳定性尤为重要。高炉冶炼要求成分波动范围是：TFe＜±0.5%～1%；ω（SiO2）＜±0.2%～0.3%。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.1.2.6铁矿石各项指标的稳定性。江苏沙钢集团江苏沙钢312.2铁矿石入炉前准备2.2.1铁矿石入炉前准备处理概述2.2.1.1矿石的破碎筛分矿石破碎筛分的目的：按高炉冶炼要求提供适宜粒度以及满足贫矿选分处理对粒度的需要。破碎分为粗碎、中碎、细碎、粗磨及细磨等几个级别。粗碎：从1000㎜破碎到400㎜；中碎：从400㎜破碎到100㎜；细碎：从100㎜破碎到25㎜；粗磨：从25㎜破碎到1㎜以下；细磨：从1㎜破碎到0.3㎜以下。筛分是将物料按粒度分成两种或多种级别的作业。筛分的效果用筛分效率表示。筛分效率是指实际筛下物的重量与筛分物料中粒度小于筛孔的物料总量之比，常用百分数表示。筛孔的大小用毫米表示。对于粉碎很细的物料用网目表示，简称目。网目是指筛子表面25.4㎜（1英寸）长度上所具有的大小相同的筛孔数。根据国际标准筛制：200网目为0.075㎜；100网目为0.15㎜；16网目为1㎜。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.2铁矿石入炉前准备江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培322.2.1.2矿石混匀混匀也称为中和，目的在于稳定入炉矿石的化学成分。常用方法是平铺直取，即将矿石一层一层铺在地上，达到一定高度后，沿垂直断面截取。由于截取多层矿石，，从而达到混匀的目的。混匀后要求矿石品位波动小于±1%。2.2.1.3焙烧焙烧的目的是改变矿石的化学组成和内部结构，除去部分有害杂质，回收有用元素，同时还可以使矿石组织变得疏松，提高铁矿石的还原性。焙烧的方法有氧化焙烧、还原磁化焙烧和氯化焙烧等。氧化焙烧是指铁矿石在氧化性气氛条件焙烧，主要用于去除菱铁矿中的二氧化碳和褐铁矿中的结晶水，并提高品位，改善还原性，同时还减少了菱铁矿和褐铁矿结晶水在高炉内分解的热量消耗。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.2.1.2矿石混匀江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂33菱铁矿的焙烧实在500℃到900℃之间进行的，它按下式进行分解：4FeCO3+O2＝2Fe2O3+4CO2褐铁矿的脱水，大约在250℃到500℃之间发生下列反应：2Fe2O3﹒H2O＝2Fe2O3+H2O在氧化焙烧中还可以使矿石中的硫氧化去掉，其反应式如下：3Fe

S2+8O2＝Fe3O4+6SO2

还原磁化焙烧是在还原气氛下，通过焙烧将弱磁性的赤铁矿（或褐铁矿、菱铁矿）及非磁性的黄铁矿，还原转变为具有强磁性的磁铁矿，以便磁选。氯化焙烧。对于含有一定量有色金属铜、铅、锌等的铁矿，可以采用氯化焙烧的方法进行处理，使原料中的金属氧化物与加入的氯或氯化物作用生成金属氯化物。在焙烧过程中，金属氯化物便从矿石中分离出来，进入烟气，然后再进行回收。其基本原理是利用这些金属氯化物沸点低易挥发的特点，达到与铁氧化物分离的目的。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材菱铁矿的焙烧实在500℃到900℃之间进行的，它按下式进行分342.2.1.4选矿选矿的目的主要是为了提高矿石的品位。矿石经过选别可以得到三种产品：精矿、中矿和尾矿。精矿是指选矿后得到的含有有用矿物含量较高的产品；中矿为选矿过程的中间产品，需要进一步选矿处理；为矿石经选矿后留下的废弃物。对于铁矿石，常用的选矿方法有重力选矿法、磁力选矿法和浮游选矿法三种。重力选矿法是利用不同密度和粒度的矿粒在选矿介质中具有不同的特性，将在介质中运动的矿粒混合物进行选别，从而达到使被选矿物与脉石分离的目的。重选法所用介质有水、空气、重介质（密度大于水的重液和悬浮液）。磁力选矿法是利用矿物和脉石的磁性差异，在不均匀的磁场中使其分离，从而达到选别的目的。磁选法是磁铁矿石和锰矿石的主要选矿方法。浮游选矿法是利用矿物表面不同的亲水性，选择性地将疏水性强的矿物用泡沫浮到矿浆表面，亲水性矿物留在矿浆中，从而实现有用矿物和脉石的分离。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.2.1.4选矿江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训352.2.2烧结法造块2.2.2.1烧结法造块工艺流程烧结法生产烧结矿就是将铁矿粉配入适量的燃料和熔剂，加入适量水，经混合制粒后在烧结机上进行烧结的过程。在此过程中借助燃料燃烧产生的高温，物料发生一系列的物理化学变化，并产生一定数量的液相，当冷却时，液相将矿粉颗粒粘结成块，即烧结矿。目前生产上广泛采用带式抽风烧结机，其他还有回转烧结、悬浮烧结、抽风或鼓风盘式烧结等。2.2.2.2带式烧结机烧结生产使用的设备由烧结机体、布料设备、点火器和抽风除尘系统等设备组成。带式烧结机由许多台车组成，台车的数目由烧结机大小决定，台车密排在轨道上，形成一条长带，故称带式烧结机。烧结料铺在底部有炉篦条并能透风的台车上进行烧结，下面用抽风机抽风。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.2.2烧结法造块江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培36烧结时台车在机头大星轮的带动下，沿着轨道连续循环运动，进行到机尾的半圆轨道时，台车倾翻，自动倒出烧结矿，然后靠自重沿下轨道滑到机头大星轮处，所以带式烧结机可以连续生产。带式烧结机的规格是按铺料烧结的台车面积之和计算的，这一面积称为有效烧结面积，例如120㎡、240㎡、450㎡等。带式烧结机工作原理。烧结前，根据高炉冶炼对烧结矿的含铁量和碱度的要求，将各种烧结原料按一定的比例混合，在经两次混合的过程中适当加入水分，一次混合以混匀和调整水分为主，二次混合以预热和造球为主。混合好后的烧结料，先用布料器在台车底部铺一层粒度较大的烧结矿（铺底料），然后将烧结料铺满台车，料层厚度一般为300～700㎜。烧结台车一边接受辅料，一边向前运行，当运行到点火器下方时，用煤气和重油点火（温度约1100℃），同时在下面抽风，空气由料层表面吸入，遇混合料中的燃料进行燃烧，产生的高温（约1250～1350℃）江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材烧结时台车在机头大星轮的带动下，沿着轨道连续循环运动，进行到37使混合料局部熔化，生成熔融体，空气不断从料层表面吸入，穿过料层孔隙供给混合料中的燃料由上而下地逐层燃烧。上层燃烧产生的高温熔融体被不断被抽入的冷风冷却。在凝固过程中，散料颗粒互相粘结成多孔的块状烧结矿。当烧结台车运行到机尾弯道处时，混合料已完全烧结成烧结矿。此时台车倾翻，将烧结矿卸下，经破碎筛分，筛上物就是成品烧结矿。铺底料的作用（1）使烧结的赤热层不与台车篦条直接接触，延长台车使用寿命；（2）铺底料组成过滤层，防止粉料由炉篦缝被抽走，大大减少废气含尘量，从而减轻除尘器负荷，提高抽风机转子的使用寿命；3）、防止粉料和烧结矿堵塞和粘结炉篦，增加有效抽风面积，提高料层透气性，强化了烧结过程，使生产率、成品率提高。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材使混合料局部熔化，生成熔融体，空气不断从料层表面吸入，穿过料38烧结点火示意图江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材烧结点火示意图江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材392.2.2.3烧结过程整个烧结过程是在9.8～16kPa负压抽风下，沿料层高度自上而下逐渐进行的。在烧结机上取某一断面，可见料层有明显的分层，依次出现烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层和过湿层，然后又相继消失，最后剩下烧结矿层。

（1）烧结矿层。即成矿层，主要变化是：液相凝固，析出新矿物，预热空气。表层受冷空气作用，温度低，矿物来不及析晶，故表层玻璃质较多，强度较差。下层烧结矿由于高温保持时间较长，冷却速度慢，结晶较完善，烧结矿强度较好。

（2）燃烧层。位于烧结矿层下面，燃料燃烧温度可达1100～1600℃。混合层软化、熔融及形成液相，此层厚度为15～50㎜。它对烧结过程和烧结矿质量影响较大，料层过厚，透气性差，导致产量降低；料层过薄，烧结温度低，液相不足，烧结矿固结不好，强度低。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.2.2.3烧结过程江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂40

燃烧层的厚度取决于燃料用量、粒度粗细和料层的透气性。许多反应在该层激烈进行，主要包括：固体燃料燃烧、铁氧化物的氧化、还原和热分解、碳酸盐分解、硫化物分解和氧化、低熔点矿物熔融、液相生成等反应。这些反应对烧结矿的质量影响较大。（3）预热层。在该层中水分已全部蒸发（＞150℃）并被加热到固体燃料开始燃烧的着火温度（700℃左右）。由于干燥的混合料热容量低，温度升高较快，因而预热层厚度仅3～10㎜。这一层主要是进行结晶水和部分碳酸盐、硫化物的分解，部分低价铁氧化物氧化，各种氧化物间的固相反应等。（4）干燥层。这一层湿的混合料被热废气加热到“露点”温度（一般为65～70℃）以上时，湿料中水分开始蒸发直至蒸发完毕（一般为150℃），其厚度一般为10～25㎜。干燥层的主要反应是水分蒸发。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材燃烧层的厚度取决于燃料用量、粒度粗细和料层的透41（二）烧结料层结构江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材（二）烧结料层结构江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材42（5）过湿层。由于干燥层吹来的含有水蒸气的热废气被下部烧结料冷却到“露点”温度以下时，废气中的水蒸气冷凝成水又进入混合料，使混合料的水分超过混合料的原始含量。过湿层的主要反应是水蒸气的冷凝，其厚度一般为20～40㎜。由于冷凝，混合料过湿，混合料颗粒之间充满水分，堵塞孔隙，甚至破坏小球颗粒，是透气性最差的一个层次。表层混合料中的固体燃料经点燃后，逐渐往下燃烧，5个层次依次出现，燃烧结束时，料层只中剩下烧结矿层，其余4个层依次消失，烧结过程结束。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材（5）过湿层。由于干燥层吹来的含有水蒸气的热废气被432.2.2.4烧结矿的成矿机理烧结矿的成球机理，包括烧结过程的固相反应、液相形成及结晶过程。烧结过程的主要矿物都是高熔点的，在烧结过程基本不能熔化。当物料加热到一定温度时，各组分之间进行固相反应生成低熔点化合物，使它们在较低温度下生成液相，并将周围的固相粘接起来，冷却凝固后形成多孔的烧结矿。烧结过程的基本液相是硅酸盐和铁酸盐体系的矿物，如FeO-SiO2（硅酸铁1205℃）、CaO-Fe2O3（铁酸钙1210℃）、CaO-FeO-SiO2（铁钙橄榄石1200℃）等，它们是烧结矿形成的主要粘接物。液相矿物的组成及多少对烧结矿质量有很大影响，需要根据需要进行控制。烧结固相反应是指在烧结过程中，各种矿物在没有熔融之前以固态形式发生的化学反应。固相反应生成低熔点化合物或化合物之间形成更低熔点的共熔体（如2CaO﹒SiO2-CaO﹒Fe2O31192℃），在正常的烧结温度（1300℃左右）下为生成一定数量的液相创造了条件。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.2.2.4烧结矿的成矿机理江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏44

2.2.2.5烧结矿的分类及生产技术经济指标A烧结矿的分类。烧结矿按碱度（CaO/SiO2）的不同，可以分为以下四类：（1）酸性烧结矿，其碱度小于1.0。这种烧结矿强度好，但还原性较差，高炉使用它时还需加入较多的熔剂，对提高产量和降低焦比不利。（2）自熔性烧结矿，其碱度为1.0～1.5。这种烧结矿还原性较好，高炉冶炼使用这种烧结矿可不加或少加熔剂，对提高产量和降低焦比有利，但它的强度较差，对高炉顺行不利。

（3）高碱度烧结矿，其碱度为1.5～3.5。这种烧结矿的强度和还原性都较好，而且高炉冶炼时可不加熔剂，所以对高炉提高产量和降低焦比以及顺行都有利。当前高炉冶炼普遍使用此种烧结矿，在配料中比重占80%～90%以上。（4）超高碱度烧结矿，其碱度大于3.5。

江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.2.2.5烧结矿的分类及生产技术经济指标江苏沙钢集45B烧结矿生产技术经济指标。

（1）烧结机利用系数。是指单位时间内每平方米有效烧结面积生产的烧结矿量，单位为t/（㎡﹒h）。利用系数是确定烧结机生产能力的重要指标，一般为1.5～2.0t/（㎡﹒h）。

（2）作业率。是指烧结机年作业时间与日历时间的百分比。它反映的是烧结机连续作业的水平，一般为90%。（3）烧结机生产能力。烧结机生产能力用台时产量表示，即每台烧结机单位时间内生产的烧结矿数量，可用下式表示：Q=60kBLγu式中K——烧结机成品率，%（一般为60%～75%）；B——烧结机台车宽度，m；L——烧结机有效长度，m；

γ——混合料堆密度，t/m³；u——垂直烧结速度，m/min。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材B烧结矿生产技术经济指标。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发46烧结矿及烧结球团烧结球团烧结矿江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材烧结矿及烧结球团烧结球团烧结矿江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼472.2.3球团法造块球团法造块就是把润湿的铁精矿粉、少量添加剂（熔剂）、造球剂和燃料粉等混合后，用造球机制成直径为10到30㎜的圆球，再经过干燥和焙烧，使生球固结成适合高炉使用的人造富矿（球团）。球团矿具有粒度均匀、还原性好、品位高、冶炼效果好、便于运输和贮存等优点。但在高温下球团矿易产生体积膨胀和软化收缩，目前国内外习惯于把球团矿和烧结矿按比例搭配使用。球团矿分为自熔性、非自熔性和金属化（预还原）球团矿等几种。2.2.3.1球团矿的生产工艺流程球团矿的生产工艺流程一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、成品和返矿处理等。

江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.2.3球团法造块江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培482.2.3.2矿粉造球1、水在矿粉中的形态和作用

干燥的矿粉是不能滚动成球的，加水润湿后才能使矿粉成球。按水在矿物表面活动能力的不同有四种存在形态，即吸附水、薄膜水、毛细水和重力水。四种水在成球过程中显示不同的作用。

（1）吸附水的作用。被干燥的细磨物料颗粒表面强大的静电引力所吸引的水层成为吸附水。吸附水层很薄，特点是它与颗粒表面的吸附力很大，在颗粒表面不能自由迁移。一般情况下，当物料只含吸附水时，仍为散沙状，不能结合成团，成球过程就不会进行。厚度一般为5×10-6㎜。

（2）薄膜水的作用。颗粒表面达到最大吸附水后，在进一步加水润湿时，依靠分子引力作用，在吸附水层外面形成一层水膜，称为薄膜水。在分子力作用下，可以从水膜较厚的颗粒表面向与之接触的另一个水膜较薄的颗粒表面迁移，直至薄膜厚度相同为止。颗粒间距离越小，薄膜水的粘滞性就越大，对生球来说其强度就越高。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.2.3.2矿粉造球江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂49（3）毛细水的作用。在细磨物料层中，存在着许多大小不一、曲曲弯弯的连通孔隙所学那个城的复杂通道，可视为大量的毛细管。当矿粉湿润到水含量超过最大分子水含量时，水分便会在矿粒孔隙中形成毛细水。毛细水在细磨物料的成球过程中起主导作用，只有将物料润湿到毛细水阶段，成球过程才开始明显地进行。（4）重力水的作用。当矿粉完全被水饱和时，还有重力水，它能在重力作用下发生迁移。重力水在成球过程中起有害作用，只有当水分含量处于毛细水含量范围内时，水分对物料成球才有帮助。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材（3）毛细水的作用。在细磨物料层中，存在着许多大小50

2、生球的形成（1）母球形成。矿粉颗粒被水润湿后，首先在其表面形成薄膜水；若进一步润湿，并使湿润的颗粒互相接触，则在触点处形成毛细水，靠毛细力的作用，两个或更多的颗粒连接起来形成小球；继续增加水分，在机械滚动力的作用下，小球内部颗粒重新排列，进一步密集，形成比较坚实的小球，称为母球。

（2）母球长大。母球在滚动过程中彼此碰撞，母球被进一步压紧，使过剩的毛细水被挤到母球的表面上来。这样，过湿的母球表面靠毛细水的作用，将周围湿度较低的粉矿粘到母球表面。不断向母球表面进行人工喷水，使母球表面湿润，从而不断粘接周围矿粉，使母球逐渐长大，直至达到符合要求的尺寸。

（3）生球压实。当母球长大到达到要求的尺寸时停止喷水润湿，使母球在机械力的作用下，内部颗粒排列更紧密，挤出多余的水分，获得强度更高的生球。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2、生球的形成江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训513、影响生球质量的因素影响矿粉成球及生球质量的因素很多，概括起来主要有：原料性能，如亲水性、湿度和粒度等；添加剂及加入量；工艺操作，如加水和加料方法、造球时间、生球尺寸以及造球盘倾角、转速等。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材3、影响生球质量的因素江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训522.2.3.3生球焙烧球团的整个高温焙烧过程包括生球干燥、预热、焙烧固结、均热和冷却5个阶段。（1）生球干燥。干燥的目的是降低生球水分，以免在高温下焙烧时发生破裂。一般预热温度为200-400℃。在干燥过程中，生球内部水分向外扩散，并从表面蒸发去除，所以温度高、气流速度快，有利于脱水。但干燥过快也会引起生球爆裂，因此需要严格控制干燥温度和气流速度。

（2）预热。经过干燥后的生球在达到培烧温度之前，应先在温度区间为800-1100℃的范围内进行预热。其目的是干燥阶段尚未排出的水分，在此阶段除净，同时使结晶水和碳酸盐、硫化物进行分解和氧化反应。

江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.2.3.3生球焙烧江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂53（3）焙烧。预热过程中未完成的反应在此阶段继续进行。此阶段主要进行铁氧化物的结晶和再结晶，晶粒长大、固相反应以及由其产生的低熔点化合物和共晶的熔化，形成部分液相，球团体积收缩及组织致密化。球团固结主要靠固相反应和再结晶，过多的液相会使球团相互粘结成大块，应加以控制。（4）均热。球团均热的主要目的是使球团矿内晶体长大，再结晶充分，矿物组成均匀。该过程温度略低于焙烧温度。（5）冷却。为将球团矿的温度从1000℃以上降到运输带能承受的温度（100℃左右），并回收其热量，需将烧成的球团进行冷却，其冷却介质为空气。

江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材（3）焙烧。预热过程中未完成的反应在此阶段继续进行。此阶段主542.2.3.4球团焙烧设备目前采用的球团焙烧设备主要有竖炉、带式焙烧机和链篦机-回转窑三种。竖炉是世界上最早采用的球团焙烧设备。它中间是焙烧室，两侧是燃烧室，下部是卸料辊和密封阀门，焙烧室和燃烧室的横截面多为矩形。现代竖炉在顶部设有烘干床，烧结室中央设有导风墙。燃烧室内产生的高温气体从两侧喷入焙烧室向顶部运动，生球从上部均匀地铺在烘干床上被上升的热气流干燥、预热，然后沿烘干床斜坡滑入焙烧室内焙烧固结，在出焙烧室后与从底部鼓进的冷却风相遇得到冷却，最后经排矿口排出竖炉。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.2.3.4球团焙烧设备江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发552.3熔剂2.3.1熔剂在高炉冶炼中的作用（1）使渣铁分离。（2）改善生铁质量。（脱硫、控制硅锰等元素的还原)2.3.2熔剂的分类熔剂一般分为碱性、酸性和中性熔剂。碱性熔剂常见的有石灰石和白云石，酸性熔剂常见的有硅石，中性熔剂一般有铁矾土等。2.3.3高炉冶炼对碱性熔剂的要求（1）碱性氧化物含量要高。（2）硫、磷等有害杂质含量要少。（3）应具有一定的强度和均匀的块度。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.3熔剂江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材562.4燃料2.4.1焦炭2.4.1.1焦炭在高炉冶炼中的作用焦炭在高炉冶炼中主要起发热剂、还原剂和料柱骨架的作用。2.4.1.2焦炭的物理性质焦炭的物理性质包括机械强度、筛分组成和气孔度等，其中最主要的是机械强度，其机械强度可以通过转鼓试验确定。2.4.1.3焦炭的化学成分焦炭的化学成分通常以焦炭的工业分析来表示的。工业分析的内容包括：固定碳、灰分、硫分、挥发分和水分的含量。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材572.4.1.4焦炭的化学性质焦炭的化学性质包括焦炭的燃烧性和反应性。2.4.1.5焦炭的生产流程现代焦炭的生产过程分为洗煤、配煤、炼焦、熄焦及煤气和化工产品回收处理等工序。2.4.1.6炼焦用煤种类煤按其生成的地质年代长短可分成泥煤、褐煤、烟煤及无烟煤四种，用于炼焦的主要是烟煤。烟煤根据地质年代的长短和变质程度的高低可以分为长焰煤、气煤、焦煤、肥煤、瘦煤和贫煤六种。2.4.2喷吹燃料喷吹燃料可以分为气体、液体和固体燃料。气体燃料有天然气和焦炉煤气等，液体燃料有重油和焦油等，固体燃料以烟煤和无烟煤为主。

江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材58江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材59第三章高炉冶炼基本原理3.1高炉解剖3.1.1高炉解剖的意义

所谓高炉解剖，就是对正在生产的高炉突然停止鼓风，并急速降温以保持炉内原状，然后将高炉剖开，进行全过程的观察、录像、分析化验等各个项目的研究，人们通常把这项工作叫做高炉解剖研究。通过对高炉解剖调查后，可将高炉的冶炼过程分为五个主要区域，即块状带、软熔带、滴落带、风口带和渣铁带。在下降的炉料与上升的煤气相向运动的过程中，原料的吸热、熔化还原、渣铁的形成、各种热交换等在五个区域依次进行。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材第三章高炉冶炼基本原理3.1高炉解剖江苏沙钢集团江苏60江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材61矿石焦炭块状带焦炭天窗软熔带滴落带风口带渣铁贮存区炉身炉喉炉腰炉腹炉缸图3.1高炉内各区域分布示意图焦炭疏松区死料柱江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材矿石焦炭块状带焦炭天窗软熔带滴落带风口带渣铁贮存区炉身炉喉炉621块状带在块状带明显的保持装料时的分层状态（矿石层与焦炭层），没有液态渣铁。随着炉料的下降，其层状趋于水平，厚度逐渐变薄。在该区域主要发生的反应有：矿石的间接还原，炉料的水分蒸发、结晶水分解、除CaCO3外的其它MCO3分解碳素沉积反应（2CO=C+CO2）。2软熔带矿石从开始软化到完全熔化的区间称为软熔带，它由许多固态的焦炭层和粘结在一起的半熔融的矿石层组成。焦炭、矿石相间，层次分明。由于矿石呈软熔状，透气性极差，煤气主要通过焦炭层通过，像窗口一样，因此称为“焦窗”。软熔带的上沿是软化线（即固相线），其下沿是熔化线（即液相线），它与矿石的软熔温度区间是一致的。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材1块状带江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材63最高部位称为软熔带顶部其底部与炉墙相连，称为软熔带的根部。随着原料与操作条件的变化，软熔带的形状与位置都会随之改变。形状受煤气流分布与布料影响，可分为正V型，倒V型，W型。在该区域主要进行的反应：矿石的直接还原和渗碳、CaCO3分解、焦炭气化反应C+CO2=2CO（贝波反应）。3滴落带软熔带以下是已熔化的渣、铁穿过固体焦炭空隙，像雨滴一样滴落的区域，故称为滴落带。在滴落带内焦炭长时间处于基本稳定状态的区域称为中心呆滞区（死料柱）。焦炭松动下降的区域称为活动焦炭区。在该区域主要进行的反应：非铁元素（Mn、Si、P）的还原、脱硫、铁水的渗碳和焦炭气化反应。

江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材最高部位称为软熔带顶部其底部与炉墙相连，称为软熔带的根644风口带风口前在鼓风动能作用下焦炭做回旋运动的区域称为焦炭回旋区。回旋区中心呈半空状态，在该区域内焦炭燃烧，是高炉内热量和气体还原剂的主要产生地，也是高炉内唯一存在的氧化性区域。该区域主要进行的反应：焦炭的燃烧。5渣、铁带风口以下的炉缸区域称为渣、铁带。它主要用于储存液态渣、铁以及浸入其中的焦炭。在铁滴穿过渣层以及在渣、铁界面是最终完成必要的渣、铁反应，得到合格的生铁，并间接地将渣、铁从渣口、铁口排出炉外。该区域主要进行的反应：最终的渣、铁反应。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材4风口带江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材653.1.2软熔带及其对高对高炉行程的影响1影响软熔带形状的因素根据高炉解剖研究，矿石的软熔特性、软熔带形状与炉内等温线相适应，而等温线又与煤气中CO2的分布相适应。在高炉操作中，炉喉煤气中CO2曲线的形状主要靠改变装料制度（上部调剂）进行调解，其次受送风制度（下部调剂）的影响。因此，软熔带的形状主要受装料制度与送风制度的影响。2软熔带对高炉冶炼的影响软熔带对高炉中、下部起着煤气再分布的作用，它的形状和位置对高炉冶炼过程产生明显的影响，如影响矿石的预还原、生铁含硅量、煤气利用、炉缸温度与活跃程度以及对炉衬的维护等。其中，倒V型是目前公认的最佳软熔带。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材3.1.2软熔带及其对高对高炉行程的影响江苏沙钢集团江苏663.2炉料的蒸发、挥发和分解3.2.1水分的蒸发与水化物的分解炉料中的水分分为两种，一种是依靠表面张力吸附在炉料颗粒表面及孔隙表面的吸附水，也称物理水；另一种是与炉料内的氧化物结合成的化合水，也成为结晶水。这些水分的蒸发和分解都会对高炉冶炼产生一定的影响。1吸附水的蒸发存在于炉料中的吸附水加热到105℃时就激烈的蒸发。高炉炉顶温度用冷料时为150-250℃，用热的熟料时能达到400-500℃，炉内的煤气流速快，因此，吸附水在高炉上部很快蒸发完毕。其蒸发耗热是高炉上部在冶炼中不能利用的余热，所以对焦比和炉况均没有什么影响。相反，吸附水蒸发使得煤气温度降低，流速减慢，炉尘吹出量减少，炉顶设备的磨损减弱。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材3.2炉料的蒸发、挥发和分解江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发672水化物的分解在炉料中结晶水一般存在于褐铁矿和高岭土（Al2O3-2SiO2-2H2O）中，褐铁矿中所含结晶水最多。褐铁矿中的结晶水在200℃左右开始分解，400-500℃时分解速度急剧加快。高岭土一般400℃开始分解，500-600℃时才迅速进行，结晶水的分解除了与温度有关，还与其粒度大小和气孔度有关。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2水化物的分解江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材683.2.2挥发物的挥发1燃料挥发物的挥发燃料挥发分存在于焦炭和煤粉中，焦炭含挥发分少，挥发物含量高低是衡量焦炭的重要指标之一，一般含量为0.7%-1.3%，其主要成分是N2、CO和CO2等气体.焦炭到达风口前，已被加热到1400-1600℃，挥发物已挥发完全，含量也较少，对高炉冶炼影响不大。大量喷吹煤粉时，容易引起炉缸煤气成分变化，对还原也有一定影响。2其他物质的挥发与循环富集除了燃料中的挥发物外，炉内还有许多化合物和元素进行少量挥发也称气化。其中包括可以在高炉内还原的元素，如S、P、As、K、Na、Zn、Pb和Mn等，以及还原中间产物SiO、PbO、K2O和Na2O等。这些物质在高炉下部还原后气化，随煤气上升到高炉上部又冷凝，然后再下降到高温区再次气化，形成循环。它们之中只有部分气化物质冷凝成粉尘，被煤气带出炉外或进入渣、铁后被带到炉外，而剩余部分则在炉内循环，形成富集。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材3.2.2挥发物的挥发江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂69锌：锌蒸气渗入炉衬，在冷凝过程中被氧化成ZnO，体积增大，使炉衬胀裂，严重时会形成炉瘤。铅：挥发的铅累积后进入砖缝使砖浮起，破坏炉底。锰：部分挥发物随煤气上升至低温区，被氧化成极细的Mn3O4，随煤气逸出，增加了煤气清洗的难度，部分沉积在炉料的孔隙中堵塞煤气流的上升通道，破坏高炉运行，甚至造成悬料和结瘤。一氧化硅：在高炉上部被氧化成白色的SiO2微粒，一部分随煤气逸出炉外，增加了煤气清洗的难度，另一部分沉积在炉料的孔隙中，使料住的透气性变差。冶炼炼钢生铁时，焦比和炉温较低，Mn和SiO的挥发物不多，对高炉生产影响不大。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材锌：锌蒸气渗入炉衬，在冷凝过程中被氧化成ZnO，体积增大，70江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材713.2.3高炉内碱金属的挥发与危害碱金属对高炉生产危害很大，如碱金属能使焦炭强度大大降低，甚至使焦炭粉化，使炉墙结厚甚至结瘤，使风口大量烧坏等。1高炉内碱金属的循环K、Na等碱金属大都以硅酸盐的形态存在于炉料中，进入高温区后被碳直接还原为金属钾与钠。由于沸点低（钾为766℃，钠为890℃），还原后立即气化进入煤气流。气态的钾、钠上升过程中与其他物质反应形成氰化物、氟化物、硅酸盐、碳酸盐、氧化物及少量硫酸盐等，并分别以固态或液态沉积在炉料的表面或孔隙以及炉衬的缝隙中，也能被软熔炉料吸收进入初成渣中。正常情况下炉料中70%的钾和钠可随炉渣排出，少部分被还原气化，形成钾、钠的“循环富集”，还有少量混入煤气逸出炉外。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材3.2.3高炉内碱金属的挥发与危害江苏沙钢集团江苏沙钢集722碱金属对高炉冶炼的危害（1）提前并加剧CO2对焦炭的气化反应，引起焦比升高，降低料柱特别是软熔带焦窗的透气性，引起风口大量破损等。（2）加剧球团矿灾难性的膨胀和多数烧结矿的中温还原粉化。（3）引起硅铝质耐火材料的异常膨胀，热面剥落和严重侵蚀，从而大大缩短了高炉内衬的使用寿命，严重时还会胀裂炉缸和炉底的钢壳。（4）渗入焦炭孔隙内，促使焦炭不均匀膨胀而产生局部应力，造成焦炭的宏观龟裂和分化。（5）是炉墙结厚甚至结瘤。碱金属蒸气在低温区一部分凝结在炉墙表面，逐步结厚，严重时形成炉瘤。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2碱金属对高炉冶炼的危害江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁733防止碱金属危害的措施（1）提高随煤气逸出炉外的比例。（2）减少从炉料的带入量，可以通过配料解决。（3）增加随炉渣排走的量。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材3防止碱金属危害的措施江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁743.2.4碳酸盐的分解高炉中的碳酸盐常以碳酸钙、碳酸镁、碳酸铁和碳酸锰等形态存在。以碳酸钙和碳酸镁为主，它们主要来自熔剂，即石灰石和白云石。这些碳酸盐受热时分解，其中大部分分解温度较低，在高炉上部已经分解完毕，对高炉冶炼基本没有影响。但碳酸钙的分解温度较高，对高炉冶炼有比较大的影响。1石灰石的分解石灰石的主要成分是碳酸钙，其分解反应式为：CaCO3＝CaO+CO2－17800kJ反应达平衡时，CO2的分压力称为CaCO3的分解压力，用pCO2表示，分解压力随温度的升高而升高。当分解压力等于周围环境中CO2的分压力p‘CO2时，CaCO3开始分解。此时的温度叫做开始分解温度（约740℃）。当分解压力等于环境中气相的总压力p总时，CaCO3剧烈分解。此时的温度称为沸腾分解温度（约960℃）。在高温区石灰石分解产生的二氧化碳会与焦炭发生贝-波反应反应，消耗热量和焦炭。在正常冶炼情况下，大约有50%的分解出的二氧化碳发生贝-波反应。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材3.2.4碳酸盐的分解江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂752石灰石分解对高炉冶炼的影响（1）CaCO3分解反应是吸热反应，每千克CaCO3要消耗178000kJ的热量。（2）在高温区发生贝-波反应，不但吸收热量，还消耗焦炭。（3）CaCO3分解放出的CO2冲淡了高炉内煤气的还原气氛，减弱了还原效果。据统计，每吨铁少加100kg石灰石可以降低焦比30-40kg。3消除石灰石不利的影响（1）采用熔剂性烧结矿（或球团矿），高炉内不加或少加石灰石。对于熟矿率较低的高炉可配加高碱度或超高碱度烧结矿。（2）缩小石灰石的粒度，使其在高炉的上部尽可能分解完毕，减少在高炉下部高温区产生的贝-波反应。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2石灰石分解对高炉冶炼的影响江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏763.3铁氧化物的还原和生铁的形成3.3.1还原反应的基本原理高炉冶炼过程基本上就是铁氧化物的还原过程。金属氧化物的还原反应可以按下面的通式来表示：MeO+B=BO+Me±Q式中MeO——金属氧化物；B——还原剂；Me——金属元素；Q——反应热。哪些物质可以作还原剂呢？这取决于它们与氧亲和力的大小，凡是比金属元素Me对氧亲和力大的物质都可以作为还原剂。高炉冶炼用的还原剂CO、H2和固体C与氧的亲和力都比铁与氧的亲和力大。各种元素与氧的亲和力还与温度有关。在高炉冶炼条件下，各种氧化物由易到难的还原顺序为：CuO→PbO→FeO→MnO→SiO2→

Al2O3→

MgO→CaO其中Fe和Mn的高价氧化物都是易还原的氧化物。在高炉冶炼的温度范围内（600-1600℃），Cu、Pb和Fe的氧化物能全部被CO、H2和固体C还原；MnO和SiO2只能部分被还原，部分进入炉渣；Al2O3、

MgO和CaO都不能被还原，全部进入炉渣。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材3.3铁氧化物的还原和生铁的形成江苏沙钢集团江苏沙钢集773.3.2铁氧化物的还原1铁氧化物的还原顺序一般低级氧化物的分解压力比较小，而高级氧化物的分解压力比较大，所以氧化物的分解顺序是从高级氧化物向低级氧化物转化的还原顺序与分解顺序是相同的，也就是说铁氧化物是按下面顺序来还原的：3Fe2O3→2Fe3O4→6FeO→6Fe失氧量1/92/96/9可见由3Fe2O3→2Fe3O4的反应中失氧量最少，因而还原时容易的，越到后面失氧量越多，还原越困难。一半以上的氧是6FeO→6Fe的过程中被夺走的，也就是说铁氧化物中FeO的还原具有重要的意义。FeO在低于570℃时是不稳定的，将分解成Fe3O4和Fe。它们的还原情况如下：＜570℃时：3Fe2O3→2Fe3O4→6Fe失氧量1/98/9＞570℃时：3Fe2O3→2Fe3O4→6FeO→6Fe失氧量1/92/96/9江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材3.3.2铁氧化物的还原江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁78在高炉中以CO为还原剂还原铁的氧化物，反应生成的气相产物为CO2的还原反应称为间接还原。各种铁氧化物在不同温度下平衡气相成分是不同的，用公式φCO=100/（KP+1）（KP——平衡常数）可求得在不同温度下，各种铁氧化物还原反应平衡时气相中CO的百分含量，由此得出图2所示的Fe—O—C系气相平衡组成。曲线1是反应式3Fe2O3+CO＝2Fe3O4+CO2的平衡气相成分线。它的位置很低，即平衡气相中CO的浓度很低，也就是说只要少量的CO就能使Fe2O3还原。通常此反应在高炉上部低温区域就可以全部完成，该反应在高炉冶炼条件下是不可逆的。曲线2是反应式Fe3O4+CO＝3FeO+CO2的平衡气相成分线。它向下倾斜，说明反应是吸热反应。曲线3是反应式FeO+CO＝Fe+CO2的平衡气相成分线。曲线4是反应式Fe3O4+4CO＝3Fe+4CO2的平衡气相成分线。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材在高炉中以CO为还原剂还原铁的氧化物，反应生成的气相产物为C79江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2用CO还原铁氧化物＞570℃时：3Fe2O3+CO＝2Fe3O4+CO2＋37112kJFe3O4+CO＝3FeO+CO2－20878kJFeO+CO＝Fe+CO2＋13605kJ＞570℃时：3Fe2O3+CO＝2Fe3O4+CO2＋37112kJFe3O4+4CO＝3Fe+4CO2＋19937kJ江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2用CO还原铁80曲线2、3、4将图2分为Fe3O4，FeO和Fe三个稳定区。很容易看出，在一定温度条件下，为使铁氧化物还原成铁，气相中必须含有过量的CO。例如在1000℃时，气相中必须保持71.6%以上的CO，Fe3O4才能使还原成Fe。所以，从该图中可以直接查出还原铁氧化物所需要的气相成分和温度。3用固体碳还原铁的氧化物焦炭从炉顶装入后直到风口区域，它始终以固态存在。到达风口区才被鼓入的热风燃烧，生成煤气并产生大量的热，从而为高炉冶炼提供必须的热量和还原剂。矿石中的铁氧化物不可能在高炉上部还原完全，总有一部分下到高温区进行最后的还原——直接还原。高炉中用固体碳作为还原剂，生成的气相产物为CO的还原产物统称为直接还原。反应式如下：

江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材曲线2、3、4将图2分为Fe3O4，FeO和F81＞570℃时：3Fe2O3+C＝2Fe3O4+CO

－

108982kJFe3O4+C＝3FeO+CO

－194393kJFeO+C＝Fe+CO

－152190kJ＞570℃时：3Fe2O3+C＝2Fe3O4+CO

－108982kJFe3O4+4C＝3Fe+4CO

－164309kJ上述反应有两个特点：1）上述反应都是吸热反应，并且直接消耗焦炭中的固体碳。2）反应物没有气相成分，反应产物有气相组分，反应是不可逆的。高炉中直接还原反应大约是从800℃开始的，因此把高炉中低于800℃的区域称为间接还原区；800-1100℃的区域为间接还原和直接还原同时进行的区域；高于1100℃的区域为直接还原区（此时仅剩少部分FeO）。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材＞570℃时：3Fe2O3+C＝2Fe3O4+CO824用H2还原铁氧化物高炉冶炼过程的还原剂除了CO和固体碳外，还有燃料带入以及鼓风中水分分解等产生的氢气。在没有喷吹燃料的高炉煤气中，一般H2的含量只占1.8%～2.5%；当高炉喷吹燃料时，煤气中H2的浓度随喷吹燃料的种类及数量而发生变化，可达到5%～8%。氢与氧的亲和力很强，可以夺取铁氧化物中的氧作为还原剂。以氢还原铁氧化物的反应也称为间接还原。（1）H2还原反应特点及温度的影响＞570℃时：3Fe2O3+H2＝2Fe3O4+H2O

－

21813kJFe3O4+H2＝3FeO+H2O

－63597kJFeO+H2＝Fe+H2O

－27717kJ＞570℃时：3Fe2O3+H2＝2Fe3O4+H2O

－21813kJFe3O4+4H2＝3Fe+4H2O

－146748kJ上述反应均为吸热反应。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材4用H2还原铁氧化物江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培83江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材84（2）碳—水蒸气反应的影响当温度高于1000℃时，H2O（汽）会与焦炭发生下面的反应：H2O＋C＝H2＋CO－124450kJ这个反应叫碳水反应。这是由于高炉中有大量的焦炭存在，用H2还原铁氧化物的气相产物H2O（汽）在高温区也将发生这个反应，于是有：FeO+H2＝Fe+H2O＋）H2O＋C＝H2＋CO两式加合后得到：FeO+C＝Fe+CO由叠加结果可以看出，在高温时用H2还原铁氧化物也转化为直接还原。H2只起传输氧的作用，最终消耗的是固体C。在高炉冶炼过程中氢气只能一部分参加还原，无喷吹高炉的氢气利用率大概为1/3。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材（2）碳—水蒸气反应的影响江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂853.3.3铁氧化物的直接还原和间接还原对焦比的影响1直接还原和间接还原的比较（见下表）江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材3.3.3铁氧化物的直接还原和间接还原对焦比的影响江苏沙86铁氧化物由Fe2O3还原到FeO是比较容易的，正常情况全部为间接还原。但从FeO还原为Fe，在高炉上部不能全部完成。这不仅是因为煤气不容易到达矿石内部，还在于矿石内部的温度不够。矿石内部未被还原的FeO随炉料下降进入下部的直接还原区，所以矿石中的FeO总有一部分是直接还原的。此外，由于成渣过程的进行，也有一部分FeO进入炉渣中，液体炉渣下降速度较快，也必然会有一部分进入高温区发生直接还原反应。由于间接还原生成的气体产物CO2进入煤气，因此在石灰石用量不变的情况下，可以根据煤气中CO2的含量来判断煤气化学能的利用和间接还原反应发展的程度。在高炉中间接还原和直接还原的区域并非是固定不变的，这就要求高炉操作人员力求控制高温区不使其上移，以减少直接还原的发生，从而发展间接还原。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材铁氧化物由Fe2O3还原到FeO是比较容易的，872还原度的概念假设将铁的高级氧化物（Fe2O3，Fe3O4）还原到低级氧化物（FeO）全部是间接还原，则FeO中以直接还原的方式还原出来的铁量与从铁氧化