炼铁工艺学绪论

炼铁工艺学成绩评定期末考试：70%作业：20%课堂考勤：10%主要内容及学时分配绪论：三种炼铁工艺比较2学时第一章高炉冶炼过程的物理化学14学时第二章高炉冶炼过程的传输现象8学时第三章高炉冶炼能量利用8学时第四章高炉炼铁工艺8学时共计：40学时绪论（三种炼铁工艺）一、高炉炼铁工艺二、直接还原炼铁工艺三、熔融还原炼铁工艺非高炉炼铁钢铁冶金的任务三种炼铁工艺流程的概念：现代钢铁联合企业中主要炼铁方法，生产规模大，技术成熟。缺点：必须使用冶金焦，流程长，投资大，系统庞大、复杂。一、高炉炼铁工艺冶金焦作用热源还原性气体料柱骨架高炉炼铁系统由三大块组成：造块、焦化和高炉（1）造块铁矿石精矿粉块矿（烧结矿、球团矿）入炉选矿造块烧结法球团法（2）焦化炼焦煤洗煤配煤炼焦熄焦煤气和化工产品回收处理（3）高炉系统高炉本体供料系统煤气除尘系统渣铁处理系统煤粉喷吹系统矿焦熔剂O2N2净煤气荒煤气铁水炉渣送风系统高炉炼铁过程高炉炉型图高炉冶炼的特点：①在逆流（炉料下降及煤气上升）过程中，完成复杂的物理化学反应；②在投入（装料）及产出（铁、渣、煤气）之外，无法直接观察炉内反应过程；③维持高炉顺行（保证煤气流合理分布及炉料均匀下降）是冶炼过程的关键。高炉冶炼过程：炼焦煤资源日益缺乏，在质和量上都难以满足高炉炼铁需要。焦化和造块是造成钢铁企业环境污染的直接原因。必须开发新的炼铁工艺——非高炉炼铁。发展非高炉炼铁的原因：二、直接还原炼铁工艺直接还原定义DirectReduction：指铁矿石在低于熔化温度之下还原成海绵铁的生产过程。海绵铁：未经熔化，保持矿石外形，由于还原失氧，形成大量气孔，在显微镜下观察形似海绵而得名。海绵铁用途：含碳低（＜1%），保存了矿石中的脉石。不宜用于转炉炼钢，适用于代替废钢作为电炉炼钢的原料，其价格比废钢高。直接还原法概述：流程短，直接还原铁可直接用于电炉炼钢；不用焦炭，不受炼焦煤短缺的影响；污染少，取消了焦炉、烧结等工序；直接还原铁中硫、磷等有害杂质含量低，有利于电炉冶炼优质钢种。直接还原法的优点：对原料要求较高，气基要有天然气；煤基要用灰分熔点高、反应性好的煤。直接还原铁的价格一般比废钢高。直接还原法的缺点：直接还原分类（按主体能源不同）：煤基直接还原：以煤为主体能源，回转窑为主体设备；气基直接还原：以天然气为主体能源，竖炉、反应罐、流化床为主体设备；电热直接还原：以电力为主体能源，电热竖炉为主体设备。（停产）举例1：MIDREX工艺流程（气基直接还原法）竖炉转化炉助燃空气混合室天然气炉顶煤气CO+H2：70%铁矿石还原段冷却段海绵铁还原气CO+H2：95%，750~900℃转化炉：镍质催化反应管组，进行催化裂化反应。原料：氧化球团或天然富矿要求：粒度6-25mm；脉石含量﹤3%；膨胀率﹤20%；强度>200Kg/球一次能源：天然气煤气转化：CH4＋H2O=CO+3H2CH4+CO2=2CO+2H2煤气要求：氧化度﹤5%；入炉煤气温度750-900℃还原停留时间：6小时举例2：煤基回转窑（煤基直接还原法）回转窑炼铁过程示意图原料：焦粒（煤粒）、块状铁矿（球团或富矿2-25mm)、石灰石粒（或白云石粒）举例3：转底炉流程(煤基直接还原法）——日本神户制钢转底炉工艺熔融还原是指不用高炉而在高温熔融状态下还原铁矿石的方法，产品是液态铁水。开发熔融还原是为了取代或补充高炉炼铁。与高炉炼铁法相比，熔融还原有如下优点：（1）燃料用煤，而不用焦炭，可不建焦炉，减少污染；（2）可用与高炉一样的块状含铁原料或直接用矿粉做原料。如用矿粉做原料，可不建烧结厂或球团厂；三、熔融还原炼铁工艺（3）全用氧气，而不用空气，氧气消耗量大；（4）产出的铁水温度、成分与高炉铁水相当，供转炉炼钢；（5）除产出铁水外，还产生大量的高热值煤气。举例：FINEX工艺流程主要由四级流化床还原反应装置和熔融气化炉两部分组成。（1）矿粉在四级流化床还原反应装置中被逆流还原气体还原成粉状DRI。（2）热态粉状DRI经压块（HCI)并破碎后送入熔融气化炉内，干燥后的块煤和型煤也被加入熔融气化炉内。（3）氧气从风口喷入熔融气化炉中，使煤发生气化。FINEX工艺流程：（4）在气化炉内热压铁块（HCI)和煤灰熔融生成铁水和炉渣。