煉鐵學(xué)PPT精品課程課件全冊(cè)課件匯總

1、授課人：XX XX 鐵冶金學(xué)XX學(xué)院 XX 專業(yè)【全套課件】現(xiàn)代煉鐵方法 現(xiàn)代煉鐵方法分為:高爐煉鐵法即以焦炭為能源基礎(chǔ)的傳統(tǒng)煉鐵方法。它與轉(zhuǎn)爐煉鋼相配合，是目前生產(chǎn)鋼鐵的主要方法。高爐煉鐵的這種主導(dǎo)地位預(yù)計(jì)在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期之內(nèi)不會(huì)改變。由于高爐煉鐵受能源焦炭的限制，在一些缺乏焦煤資源的國(guó)家和地區(qū)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研制和實(shí)踐，也逐步形成了不同形式的非高爐煉鐵法。傳統(tǒng)的高爐轉(zhuǎn)爐煉鋼流程，工藝成熟，可大規(guī)模生產(chǎn)，是現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的主要形式。現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的一般流程現(xiàn)代煉鐵方法 現(xiàn)代煉鐵方法分為:非高爐煉鐵法 非高爐煉鐵法，泛指高爐以外，不用焦炭，用煤、燃油、天然氣、電為能源基礎(chǔ)的一切其它煉鐵方法。例如直接還原法

2、，主要是指在冶煉過(guò)程中，爐料始終保持固體狀態(tài)而不熔化，產(chǎn)品為多孔狀海綿鐵或金屬化球團(tuán)的方法。熔融還原法是用高品位鐵精礦粉（經(jīng)預(yù)還原）在高溫熔融狀態(tài)下直接還原冶煉鋼鐵的一種新工藝。新興的直接還原電爐煉鋼流程，規(guī)模較小，目前還正在發(fā)展，是鋼鐵生產(chǎn)的重要補(bǔ)充。 第一章 現(xiàn)代高爐煉鐵工藝1.1 高爐煉鐵生產(chǎn)流程1.2 高爐本體及主要構(gòu)成1.1 高爐煉鐵生產(chǎn)流程高爐煉鐵的本質(zhì)是鐵的還原過(guò)程，即焦炭做燃料和還原劑，在高溫下將鐵礦石或含鐵原料的鐵，從氧化物或礦物狀態(tài)（如Fe2O3、Fe3O4、Fe2SiO4、Fe3O4TiO2等）還原為液態(tài)生鐵。冶煉過(guò)程中，爐料（礦石、熔劑、焦炭）按照確定的比例通過(guò)裝料設(shè)備

3、分批地從爐頂裝入爐內(nèi)。從下部風(fēng)口鼓入的高溫?zé)犸L(fēng)與焦炭發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的高溫還原性煤氣上升，并使?fàn)t料加熱、還原、熔化、造渣，產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)變化，最后生成液態(tài)渣、鐵聚集于爐缸，周期地從高爐排出。上升過(guò)程中，煤氣流溫度不斷降低，成分逐漸變化，最后形成高爐煤氣從爐頂排出。1.1 高爐煉鐵生產(chǎn)流程高爐煉鐵生產(chǎn)非常復(fù)雜，除了高爐本體以外，還包括有原燃料系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、渣鐵處理系統(tǒng)、煤氣處理系統(tǒng)。通常，輔助系統(tǒng)的建設(shè)投資是高爐本體的45倍。生產(chǎn)中，各個(gè)系統(tǒng)互相配合、互相制約，形成一個(gè)連續(xù)的、大規(guī)模的高溫生產(chǎn)過(guò)程。高爐開(kāi)爐之后，整個(gè)系統(tǒng)必須日以繼夜地連續(xù)生產(chǎn)，除了計(jì)劃?rùn)z修和特殊事故暫時(shí)休風(fēng)外，一

4、般要到一代壽命終了時(shí)才停爐。 1.2 高爐本體及主要構(gòu)成密閉的高爐本體是冶煉生鐵的主體設(shè)備。它是由耐火材料砌筑成豎式圓筒形，外有鋼板爐殼加固密封，內(nèi)嵌冷卻設(shè)備保護(hù)（圖1-2）。高爐內(nèi)部工作空間的形狀稱為高爐內(nèi)型。高爐內(nèi)型從下往上分為爐缸、爐腹、爐腰、爐身和爐喉五個(gè)部分，該容積總和為它的有效容積，反映高爐所具備的生產(chǎn)能力。1.2 高爐本體及主要構(gòu)成1.2.1 高爐內(nèi)襯高爐內(nèi)耐火材料砌筑的實(shí)體稱為高爐內(nèi)襯，其作用是形成高爐工作空間。由于高爐冶煉過(guò)程溫度高且有復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，爐襯在冶煉過(guò)程中將受到侵蝕和破壞。爐襯被侵蝕到一定程度，就需要采取措施修補(bǔ)。停爐大修便是高爐一代壽命的終止。通常，高爐

5、爐襯以陶瓷質(zhì)材料（包括粘土質(zhì)和高鋁質(zhì)等）和炭質(zhì)材料（炭磚、炭搗石墨等）砌筑。1.2 高爐本體及主要構(gòu)成1.2.1 高爐內(nèi)襯對(duì)高爐內(nèi)襯的基本要求如下：1）各部位內(nèi)襯與熱流強(qiáng)度相適應(yīng)，以保持在強(qiáng)熱流沖擊下內(nèi)襯的穩(wěn)定性。2）爐襯的侵蝕和破壞與冶煉條件密切相關(guān)，不同位置的耐火材料受侵蝕破壞機(jī)理不同，因此要求各部位內(nèi)襯與侵蝕破損機(jī)理相適應(yīng)，以延緩內(nèi)襯破損速度。1.2 高爐本體及主要構(gòu)成1.2.2 高爐冷卻設(shè)備溫度是影響高爐爐襯侵蝕程度的主要因素之一，爐襯的溫度狀態(tài)是爐襯破損的主要原因。因此，采用合適的冷卻設(shè)備，維持高爐爐襯在一定溫度下工作，可使其不失去強(qiáng)度，維持爐型。使用冷卻設(shè)備還可保護(hù)爐殼及各種鋼結(jié)構(gòu)

6、，使其不因受熱變形而破壞。在某些部位還可形成渣皮，保護(hù)爐襯代替爐襯工作。1.2 高爐本體及主要構(gòu)成1.2.2 高爐冷卻設(shè)備爐襯冷卻是將通有冷卻介質(zhì)的金屬冷卻器件插入砌體或置于砌體外緣表面，由冷卻介質(zhì)將進(jìn)入爐襯的熱量帶走，從而使輸入和輸出爐襯的熱流平衡，保持爐襯工作表面穩(wěn)定。由于高爐各部位熱負(fù)荷不同，加上結(jié)構(gòu)上的要求，高爐冷卻設(shè)備有冷卻壁、冷卻水箱、外部噴水冷卻、水冷爐底等多種形式和方法。 1.2 高爐本體及主要構(gòu)成1.2.3 高爐內(nèi)主要區(qū)域?qū)⒄谶\(yùn)行中的高爐突然停爐并進(jìn)行解剖分析，結(jié)構(gòu)表明，根據(jù)物料存在形態(tài)的不同，可將高爐劃分為五個(gè)區(qū)域：塊狀帶、軟熔帶、滴落帶、風(fēng)口前回旋區(qū)、渣體聚集區(qū)（圖1-

7、3）。 1.2 高爐本體及主要構(gòu)成各區(qū)內(nèi)進(jìn)行的主要反應(yīng)及特征分別為：塊狀帶：爐料中水分蒸發(fā)及受熱分解，鐵礦石還原，爐料與煤氣熱交換；焦炭與礦石層狀交替分布，呈固體狀態(tài)；以氣固相反應(yīng)為主。軟熔帶：爐料在該區(qū)域軟化，在下部邊界開(kāi)始熔融滴落；主要進(jìn)行直接還原反應(yīng)，初渣形成。1.2 高爐本體及主要構(gòu)成滴落帶：滴落的液態(tài)渣鐵與煤氣及固體碳之間進(jìn)行多種復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)?；匦齾^(qū)：噴入的燃料與熱風(fēng)發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生高熱煤氣，是爐內(nèi)溫度最高的區(qū)域。渣鐵聚集區(qū)：在渣鐵層間的交界面及鐵滴穿過(guò)渣層時(shí)發(fā)生渣金反應(yīng)。1.3 高爐冶煉產(chǎn)品高爐冶煉的主要產(chǎn)品是生鐵。爐渣和高爐煤氣為副產(chǎn)品。一、生鐵生鐵可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵。

8、煉鋼生鐵供轉(zhuǎn)爐、電爐煉鋼使用。鑄造生鐵則主要用于生產(chǎn)耐壓鑄件。生鐵是Fe與C及其它一些元素的合金。通常，生鐵含F(xiàn)e 94%左右，C 4%左右。其余為Si、Mn、P、S等少量元素。1.3 高爐冶煉產(chǎn)品一般來(lái)說(shuō)，生鐵和鋼的化學(xué)成分主要差別是含碳量。鋼中含碳量最高不超過(guò)2.11%。高爐生鐵含碳量在2.54.5%范圍，鑄鐵中不超過(guò)5.0%（此時(shí)Fe3C含量約占75%，當(dāng)鑄鐵中Fe3C達(dá)100%時(shí)，其含碳量為6.67%）。當(dāng)鑄鐵中C5.0%時(shí)，鑄鐵甚脆，沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。而含碳量在1.62.5%之間的鋼鐵材料，由于缺乏實(shí)用性，一般不進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。1.3 高爐冶煉產(chǎn)品煉鋼生鐵作為轉(zhuǎn)爐熱裝煉鋼的原料，約占生鐵產(chǎn)

9、量的8090%。鑄造生鐵，又稱為翻砂鐵或灰口鐵，用于鑄件生產(chǎn)。其主要特點(diǎn)是含硅較高，在1.254.25%之間。硅在生鐵中能促進(jìn)石墨化，即使化合碳游離成石墨碳，增強(qiáng)鑄件的韌性和耐沖擊性并易于切削加工。鑄造生鐵約占生鐵產(chǎn)量的10%左右。高爐還可生產(chǎn)特殊生鐵，如錳鐵、硅鐵、鏡鐵（含1025%Mn）、硅鏡鐵（含913%Si，1824%Mn）等，主要用作煉鋼脫氧劑和合金化劑。1.3 高爐冶煉產(chǎn)品此外，生鐵中還可能含有部分微量元素。生鐵中微量元素含量常以T為指標(biāo)：T= Pb +Sn +Sb +As +Ti +V +Cr +Zn含微量元素很低的“高純生鐵”T0.1%。國(guó)內(nèi)外適宜生產(chǎn)高純生鐵的礦源稀少。我國(guó)本

10、鋼生鐵素有“人參鐵”之稱。它除P、S極低外，微量元素亦很低。其T0.08%，屬國(guó)際高純生鐵范疇。1.3 高爐冶煉產(chǎn)品二、高爐渣由于冶煉礦石品位、焦比及焦炭灰分的不同，我國(guó)大中型高爐的單位生鐵渣量在0.30.5t之間。高爐渣主要成分是Ca、Mg、Si、Al的氧化物，其工業(yè)用途廣泛。如在爐前急冷粒化成水渣，作成水泥和建筑材料；酸性渣還可在爐前用蒸汽吹成渣棉，作絕熱材料。冶煉多元素共生的復(fù)合礦時(shí)，爐渣中常富集有多種元素（如稀土、鈦等）。這類爐渣可進(jìn)一步利用。 1.3 高爐冶煉產(chǎn)品三、高爐煤氣冶煉每噸生鐵可產(chǎn)生16003000m3的高爐煤氣，其中含有約20%25%的CO，13%的H2，還有少量甲烷（C

11、H4）等可燃?xì)怏w。從高爐排出的煤氣中含有大量的爐料粉塵，經(jīng)過(guò)除塵處理可使含塵量降到1020mg/m3。除塵處理后的高爐煤氣發(fā)熱值約為33503770kJ/m3，是良好的氣體燃料。但高爐冶煉產(chǎn)生的煤氣量、成分及發(fā)熱值與高爐操作參數(shù)及產(chǎn)品種類有關(guān)。如高爐冶煉鐵合金時(shí)煤氣中幾乎沒(méi)有CO2。高爐煤氣是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的重要二次能源，主要用作熱風(fēng)爐燃料，還可供動(dòng)力、煉焦、燒結(jié)、煉鋼、軋鋼等部門使用。1.4 高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 高爐生產(chǎn)的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效果可用如下技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)衡量：1.有效容積利用系數(shù)式中：P生鐵日產(chǎn)量，t/d；高爐有效容積，m3； 1.4 高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 可見(jiàn)，利用系數(shù)愈大，生鐵產(chǎn)量愈高，

12、高爐的生產(chǎn)率也就愈高。P(生鐵日產(chǎn)量)和都是生產(chǎn)率指標(biāo)。對(duì)一定容積的高爐，隨P成正比地增加。對(duì)不同容積高爐，P無(wú)可比性，而可比。目前世界主要產(chǎn)鐵國(guó)家年平均高爐有效容積利用系數(shù)為2.32.8t/(m3d)，先進(jìn)高爐達(dá)3t/(m3d)以上。我國(guó)首鋼1號(hào)高爐在2004年取得了平均利用系數(shù)突破了4.2t/(m3d)的世界先進(jìn)水平。1.4 高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 2.焦比（K） 是生產(chǎn)1噸生鐵所消耗的焦炭重量。顯然，焦比愈低愈好。式中：Q每日消耗焦炭量，kg/d。在噴吹燃料時(shí)，高爐的的能耗情況用燃料比（K燃）表示，即每噸生鐵耗用各種入爐燃料之總和。K燃（焦炭+煤粉+重油+）kg/t1.4 高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 噴

13、吹燃料按對(duì)置換比折算為相應(yīng)的干焦（K）與實(shí)際耗用的焦炭量（焦比K）之和稱為綜合焦比（K綜）。K綜（K + K）kg/t近年來(lái)平均一般在400kg/t以下，燃料比一般在450kg/t左右。寶鋼高爐（三座高爐平均）保持在500kg/t以下的燃料比，2003年的平均值492.5Kg/t。 1.4 高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 3.冶煉強(qiáng)度（I） 每m3高爐有效容積每天消耗焦炭的重量。它是標(biāo)志高爐強(qiáng)化程度的指標(biāo)之一。目前，國(guó)內(nèi)外高爐冶煉強(qiáng)度的數(shù)值，一般約在1.51.8t/（m3d）。在噴吹燃料條件下，相應(yīng)有綜合冶煉強(qiáng)度（I綜），即不僅計(jì)算消耗的焦炭量，還應(yīng)將噴吹的燃料按置換比折合成相當(dāng)?shù)慕固苛恳黄鹩?jì)算。1.4 高

14、爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 利用系數(shù)、焦比和冶煉強(qiáng)度三者之間的關(guān)系為：可見(jiàn)，利用系數(shù)與冶煉強(qiáng)度I成正比，與焦比K成反比，要提高利用系數(shù)，強(qiáng)化高爐生產(chǎn)，應(yīng)從降低焦比和提高冶煉強(qiáng)度兩方面考慮。在當(dāng)前能源緊張的情況下，首先應(yīng)考慮降低焦比（燃料比）。1.4 高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 4.生鐵合格率 合格生鐵量占高爐總產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)。此外，優(yōu)質(zhì)生鐵占生鐵總量的百分?jǐn)?shù)稱為優(yōu)質(zhì)率。合格率和優(yōu)質(zhì)率都是生鐵質(zhì)量指標(biāo)。對(duì)生鐵質(zhì)量的考查主要看其化學(xué)成分（如S和Si）是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。5.休風(fēng)率 高爐休風(fēng)時(shí)間占規(guī)定作業(yè)時(shí)間的百分?jǐn)?shù)。降低休風(fēng)率是增產(chǎn)節(jié)約的重要途徑，我國(guó)現(xiàn)今高爐休風(fēng)率已降到1%以下。1.4 高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 6.生鐵成本 生

15、產(chǎn)1噸生鐵所需的費(fèi)用。它是衡量高爐生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)。成本愈低，經(jīng)濟(jì)效益愈高，說(shuō)明高爐生產(chǎn)效果愈好。7.高爐一代壽命（爐齡） 從高爐點(diǎn)火開(kāi)爐到停爐大修之間的歷程，或高爐相鄰兩次大修之間的冶煉時(shí)間叫做高爐一代壽命。壽命愈長(zhǎng)，則一代爐齡產(chǎn)鐵量愈高，各項(xiàng)耗費(fèi)相對(duì)愈少，經(jīng)濟(jì)效果愈好。一般大高爐的一代壽命在10年左右，有的高達(dá)18年。衡量爐齡的另一個(gè)指標(biāo)是每m3爐容在一代爐齡期內(nèi)的累計(jì)產(chǎn)鐵量。先進(jìn)高爐平均達(dá)5000t/m3，我國(guó)寶鋼2號(hào)高爐已接近10000 t/m3。1.5 高爐煉鐵原料和燃料原料是高爐冶煉的物質(zhì)基礎(chǔ)，其質(zhì)量對(duì)冶煉過(guò)程及冶煉效果影響極大。目前，煉鐵的發(fā)展趨勢(shì)之一就是采用精料。1.5.

16、1 鐵礦石分類及特性一、礦石和脈石礦石是礦物的集合體。但是，在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)條件下，能從中經(jīng)濟(jì)合理地提煉出金屬來(lái)的礦物才稱為礦石。礦石的概念是相對(duì)的。例如鐵元素廣泛地、程度不同地分布在地殼的巖石和土壤中，有的比較集中，形成天然的富鐵礦，可以直接利用來(lái)煉鐵，堪稱礦石；有的比較分散，形成貧鐵礦，用于冶煉既困難又不經(jīng)濟(jì)。1.5.1 鐵礦石分類及特性一、礦石和脈石隨著選礦和冶煉技術(shù)的發(fā)展，礦石的來(lái)源和范圍不斷擴(kuò)大。如含鐵較低的貧礦，經(jīng)過(guò)富選也可用來(lái)煉鐵；過(guò)去認(rèn)為不能冶煉的攀枝花釩鈦磁鐵礦，已成為重要的煉鐵原料。礦石中除了用來(lái)提取金屬的有用礦物外，還含有一些工業(yè)上沒(méi)有提煉價(jià)值的礦物或巖石，統(tǒng)稱為脈石。對(duì)冶

17、煉不利的脈石礦物，應(yīng)在選礦和其它處理過(guò)程中盡量去除。1.5.1 鐵礦石分類及特性二、天然鐵礦石的分類及特征天然鐵礦石按其主要礦物分為磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等幾種，主要礦物組成及特征見(jiàn)表2-1。 表2-1 常見(jiàn)鐵（錳）礦石的組成及特征1.5.1 鐵礦石分類及特性赤鐵礦 又稱紅礦，其主要含鐵礦物為Fe2O3，其中鐵占70%，氧占30%，常溫下無(wú)磁性。但Fe2O3有兩種晶形，一為- Fe2O3 ，一為- Fe2O3 ，在一定溫度下，當(dāng)- Fe2O3轉(zhuǎn)變?yōu)? Fe2O3時(shí)，便具有了磁性。色澤為赤褐色到暗紅色，由于其硫、磷含量低，還原性較磁鐵礦好，是優(yōu)良原料。赤鐵礦的熔融溫度為：15801640

18、。1.5.1 鐵礦石分類及特性磁鐵礦 主要含鐵礦物為Fe3O4，具有磁性。其化學(xué)組成可視為Fe2O3FeO，其中FeO=30%，F(xiàn)e2O3=69%；TFe=72.4%，O=27.6%。磁鐵礦顏色為灰色或黑色，由于其結(jié)晶結(jié)構(gòu)致密，所以還原性比其它鐵礦差。磁鐵礦的熔融溫度為：15001580。這種礦物與TiO2和V2O5共生，叫釩鈦磁鐵礦；只與TiO2共生的叫鈦磁鐵礦，其它常見(jiàn)混入元素還有Ni、Cr、Co等。在自然界中純磁鐵礦很少見(jiàn)，常常由于地表氧化作用使部分磁鐵礦氧化轉(zhuǎn)變?yōu)榘爰傧蟪噼F礦和假象赤鐵礦。所謂假象就是Fe3O4雖然氧化成Fe2O3，但它仍保留原來(lái)磁鐵礦的外形。1.5.1 鐵礦石分類及特

19、性在自然界中純磁鐵礦很少見(jiàn)，常常由于地表氧化作用使部分磁鐵礦氧化轉(zhuǎn)變?yōu)榘爰傧蟪噼F礦和假象赤鐵礦。所謂假象就是Fe3O4雖然氧化成Fe2O3，但它仍保留原來(lái)磁鐵礦的外形。它們一般可用TFe/FeO的比值來(lái)區(qū)分：TFe/FeO=2.33為純磁鐵礦石TFe/FeO7.0為假象赤鐵礦石式中，TFe礦石中的總含鐵量（%），又稱全鐵；FeO礦石中的FeO含量（%）。1.5.1 鐵礦石分類及特性褐鐵礦 通常指含水氧化鐵的總稱。如3Fe2O34H2O稱為水針鐵礦；2Fe2O33H2O才稱褐鐵礦。這類礦石一般含鐵較低，但經(jīng)過(guò)焙燒去除結(jié)晶水后，含鐵量顯著上升。顏色為淺褐色、深褐色或黑色，硫、磷、砷等有害雜質(zhì)一般多

20、。1.5.1 鐵礦石分類及特性菱鐵礦 又稱碳酸鐵礦石，因其晶體為菱面體而得名。顏色為灰色、淺黃色、褐色。其化學(xué)組成為FeCO3，亦可寫成FeOCO2，其中FeO=62.1%，CO2=37.9%。?；烊隡g、Mn等的礦物。一般含鐵較低，但若受熱分解放出CO2后品位顯著升高，而且組織變得更為疏松，很易還原。所以使用這種礦石一般要先經(jīng)焙燒處理。1.5.1 鐵礦石分類及特性三、鐵礦石質(zhì)量評(píng)價(jià)鐵礦石質(zhì)量直接影響高爐冶煉效果，必須嚴(yán)格要求。通常從以下幾方面評(píng)價(jià)：1.5.1 鐵礦石分類及特性1.礦石品位品位即鐵礦石的含鐵量，它決定著礦石的開(kāi)采價(jià)值和入爐前的處理工藝。入爐品位愈高，愈有利于降低焦比和提高產(chǎn)量，

21、從而提高經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)驗(yàn)表明，若礦石含鐵量提高1%，則焦比降低%，產(chǎn)量增加3%。因?yàn)槠肺惶岣?，意味著酸性脈石大幅度減少，冶煉時(shí)可少加石灰石造渣，因而渣量大大減少，既節(jié)省熱量，又促進(jìn)爐況順行。例如鞍山地區(qū)的酸性貧鐵礦，含鐵30%，SiO2 50%，富選后精礦品位達(dá)到60%，SiO2降低到14%；含鐵量提高一倍，SiO2降低近3/4。而生產(chǎn)1t生鐵的渣量和熔劑用量減少到原來(lái)的1/8?？梢?jiàn)提高品位對(duì)冶煉的影響是很大的。1.5.1 鐵礦石分類及特性礦石的貧富一般以其理論含鐵量的70%來(lái)評(píng)估。實(shí)際含鐵量超過(guò)理論含鐵量的70%稱富礦。但這并不是絕對(duì)固定的標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)樗€與礦石的脈石成分、雜質(zhì)含量和礦石類型等因

22、素有關(guān)。如對(duì)褐鐵礦、菱鐵礦和堿性脈石礦含鐵量的要求可適當(dāng)放寬。因褐、菱鐵礦受熱分解出H2O和CO2后品位會(huì)提高。堿性脈石礦含CaO高，冶煉時(shí)可少加或不加石灰石，其品位應(yīng)按扣去CaO的含鐵量來(lái)評(píng)價(jià)。TFe原礦含鐵量，%；CaO原礦CaO含量，% 1.5.1 鐵礦石分類及特性2脈石成分脈石中含有堿性脈石，如CaO、MgO；有酸性脈石，如SiO2、Al2O3。一般鐵礦石含酸性脈石者居多，即其中SiO2高，需加入相當(dāng)數(shù)量的石灰石造成堿度（CaO/SiO2）為1.0左右的爐渣，以滿足冶煉工藝的需求。因此希望酸性脈石含量愈少愈好。而含CaO高的堿性脈石則具有較高的冶煉價(jià)值。如某鐵礦成分（%）為Fe 45.

23、30，CaO 10.05，MgO 3.34，SiO2 11.20。自然堿度（CaO/SiO2）=0.9，（CaO+MgO）/SiO2=1.2，接近爐渣堿度的正常范圍，屬自熔性富礦。1.5.1 鐵礦石分類及特性若考慮MgO則為52.3。脈石中的MgO還有改善爐渣性能的作用，但這類礦石不多見(jiàn)。脈石中的Al2O3含量也應(yīng)控制，若Al2O3含量過(guò)高，使?fàn)t渣中Al2O3濃度超過(guò)2225%時(shí)，爐渣難熔而不易流動(dòng)，使冶煉造成困難。印度塔塔鋼鐵公司（TISCO）礦石中Al2O3高，爐渣中Al2O3含量高達(dá)25%左右，因此采取提高M(jìn)gO的含量來(lái)解決爐渣流動(dòng)性的問(wèn)題 1.5.1 鐵礦石分類及特性3有害雜質(zhì)和有益元

24、素的含量有害雜質(zhì)通常指S、P、Pb、Zn、As等，它們的含量愈低愈好。Cu有時(shí)為害，有時(shí)為益，視具體情況而定。表2-2 為入爐鐵礦石有害雜質(zhì)的界限含量。 表2-2 入爐鐵礦石有害雜質(zhì)的界限含量（%）1.5.1 鐵礦石分類及特性硫是對(duì)鋼鐵危害大的元素，它使鋼材具有熱脆性。所謂“熱脆”就是S幾乎不熔于固態(tài)鐵而與鐵形成FeS，而FeS與Fe形成的共晶體熔點(diǎn)為988，低于鋼材熱加工的開(kāi)始溫度（11501200）。熱加工時(shí)，分布于晶界的共晶體先行熔化而導(dǎo)致開(kāi)裂。因此礦石含硫愈低愈好。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定生鐵中S0.07%，優(yōu)質(zhì)生鐵S0.03%，就是要嚴(yán)格控制鋼中硫含量。1.5.1 鐵礦石分類及特性高爐煉鐵過(guò)程可

25、去除90%以上的硫。但脫硫需要提高爐渣堿度，渣量增加，導(dǎo)致焦比增加而產(chǎn)量降低。根據(jù)鞍鋼經(jīng)驗(yàn)，礦石中含硫每增加0.1，焦比升高5%。一般規(guī)定礦石中S0.06%為一級(jí)礦，S0.2%為一級(jí)礦，S0.3%為高硫礦。對(duì)于高硫礦石，可以通過(guò)選礦和燒結(jié)的方法降低含硫量。硫可改善鋼材的切削加工性能，在易切削鋼中，S可達(dá)0.150.3%。 1.5.1 鐵礦石分類及特性磷是鋼材中的有害成分，使鋼具有冷脆性。磷能溶于-Fe中（可達(dá)1.2%），固溶并富集在晶粒邊界的磷原子使鐵素體在晶粒間的強(qiáng)度大大增高，從而使鋼材的室溫強(qiáng)度提高而脆性增加，稱為冷脆。磷在鋼的結(jié)晶過(guò)程中容易偏析，而又很難用熱處理的方法來(lái)消除，亦使鋼材冷脆

26、的危險(xiǎn)性增加。但含磷鐵水的流動(dòng)性好，充填性好，對(duì)制造畸形復(fù)雜鑄件有利。磷亦可改善鋼材的切削性能，故在易切削鋼中磷含量可達(dá)0.080.15%。1.5.1 鐵礦石分類及特性磷是鋼材中的有害成分，使鋼具有冷脆性。礦石中的磷在選礦和燒結(jié)過(guò)程中不易除去，在高爐冶煉過(guò)程磷幾乎全部進(jìn)入生鐵。因此，生鐵含磷量決定于礦石含磷量，要求鐵礦石含磷愈低愈好。1.5.1 鐵礦石分類及特性鉛（Pb）、鋅（Zn）和砷（As）在高爐內(nèi)都易還原。Pb不溶于Fe而密度又比Fe大，還原后沉積于爐底，破壞性很大。Pb在1750時(shí)沸騰，揮發(fā)的鉛蒸氣在爐內(nèi)循環(huán)能形成爐瘤。Zn還原后在高溫區(qū)以Zn蒸氣大量揮發(fā)上升，部分以ZnO沉積于爐墻，

27、使?fàn)t墻脹裂并形成爐瘤。As可全部還原進(jìn)入生鐵，它可降低鋼材的焊接性并使之“冷脆”。生鐵含As量應(yīng)小于1%，優(yōu)質(zhì)生鐵不應(yīng)含As。1.5.1 鐵礦石分類及特性鉛（Pb）、鋅（Zn）和砷（As）鐵礦石中的鉛、鋅、砷常以硫化物形態(tài)存在，如方鉛礦（PbS）、閃鋅礦（ZnS）、毒砂（FeAsS）。燒結(jié)過(guò)程中很難排除鉛、鋅，因此要求含量越低越好。一般要求含鉛、鋅不應(yīng)超過(guò)0.1%。含鉛高的鐵礦石可以通過(guò)氯化焙燒和浮選方法使鉛鐵分離。含鋅高的礦石不能單獨(dú)直接冶煉，應(yīng)該與含鋅少的礦石混合使用，或進(jìn)行焙燒、選礦等處理，降低鐵礦石中的含鋅量。燒結(jié)過(guò)程中能部分去除礦石中的砷，可以采用氯化焙燒方法排除。通常要求，鐵礦石含

28、砷不超過(guò)0.07%1.5.1 鐵礦石分類及特性銅在鋼中若不超過(guò)0.3%可增加鋼材抗蝕性，超過(guò)0.3%時(shí)，則降低其焊接性，并有熱脆現(xiàn)象。銅在燒結(jié)中一般不能去除，在高爐中又全部還原進(jìn)入生鐵。故鋼鐵含銅量決定于原料含銅量。一般鐵礦石允許含銅量不超過(guò)0.2%。對(duì)于一些難選的高銅氧化礦，可采用氯化焙燒法回收銅，同時(shí)可煉高銅（Cu1.0%）鑄造生鐵，它具有很好的機(jī)械性能和耐腐蝕性能。1.5.1 鐵礦石分類及特性此外，一些鐵礦石還含有堿金屬鉀、鈉，它們?cè)诟郀t下部高溫區(qū)大部分被還原后揮發(fā)，到上部又氧化而進(jìn)入爐料中，造成循環(huán)累積，使?fàn)t墻結(jié)瘤。因此要求礦石中含堿金屬量必須嚴(yán)格控制。我國(guó)普通高爐堿金屬（K2O+Na

29、2O）入爐量限制為57kg/tFe，國(guó)外高爐堿金屬（K2O+Na2O）入爐限制量為低于3.5kg/tFe。1.5.1 鐵礦石分類及特性氟在冶煉過(guò)程中以CaF2形態(tài)進(jìn)入渣中。CaF2能降低爐渣的熔點(diǎn)，增加爐渣流動(dòng)性，當(dāng)鐵礦石中含氟高時(shí)，爐渣在高爐內(nèi)過(guò)早形成，不利于礦石還原。礦石中含氟不超過(guò)1%時(shí)對(duì)冶煉無(wú)影響，當(dāng)含量達(dá)到4%5%時(shí)需要注意控制爐渣的流動(dòng)性。采外，高溫下氟揮發(fā)對(duì)耐火材料和金屬構(gòu)件有一定的腐蝕作用。1.5.1 鐵礦石分類及特性鐵礦石中常共生有Mn、Cr、Ni、Co、V、Ti、Mo；包頭白云鄂博鐵礦還含有Nb、Ta及稀土元素Ce、La等。這些元素有改善鋼鐵性能的作用，故稱有益元素。當(dāng)它們

30、在礦石中的含量（%）達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，如Mn5、Cr0.06、Ni0.2，Co0.03，V0.10.15，Mo0.3，Cu0.3，則稱為復(fù)合礦石，經(jīng)濟(jì)價(jià)值很大，應(yīng)考慮綜合利用。1.5.1 鐵礦石分類及特性對(duì)于鐵礦石中一些有害雜質(zhì)，如果含量較高，如Pb0.5，Zn0.7，Sn0.2時(shí)，應(yīng)視為復(fù)合礦石綜合利用。因?yàn)檫@些雜質(zhì)本身也是重要的金屬。1.5.1 鐵礦石分類及特性4礦石的粒度和強(qiáng)度入爐鐵礦石應(yīng)具有適宜的粒度和足夠的強(qiáng)度。粒度過(guò)大會(huì)減少煤氣與鐵礦石的接觸面積，使鐵礦石不易還原；過(guò)小則增加氣流阻力，同時(shí)易吹出爐外形成爐塵損失；粒度大小不均，則嚴(yán)重影響料柱透氣性。因此，大塊應(yīng)破碎，粉末應(yīng)篩除，粒度應(yīng)

31、適宜而均勻。一般要求礦石粒度在540mm范圍，并力求縮小上下限粒度差。鐵礦石的強(qiáng)度是指鐵礦石耐沖擊、摩擦的強(qiáng)弱程度。隨著高爐容積不斷擴(kuò)大，入爐鐵礦石的強(qiáng)度也要相應(yīng)提高。否則易生成粉末、碎塊，一方面增加爐塵損失，另一方面使高爐料柱透氣性變壞，引起爐況不順。 1.5.1 鐵礦石分類及特性5鐵礦石的還原性鐵礦石還原性是指鐵礦石被還原性氣體CO或H2還原的難易程度，是評(píng)價(jià)鐵礦石質(zhì)量的重要指標(biāo)。還原性愈好，愈有利于降低焦比，提高產(chǎn)量。改善礦石還原性（或采用易還原礦石）是強(qiáng)化高爐冶煉的重要措施之一。影響鐵礦石還原性的因素主要有礦物組成、礦石結(jié)構(gòu)的致密程度、粒度和氣孔率等。1.5.1 鐵礦石分類及特性6礦石

32、化學(xué)成分的穩(wěn)定性鐵礦石成分的波動(dòng)會(huì)引起爐溫、爐渣堿度和性質(zhì)以及生鐵質(zhì)量的波動(dòng)，造成爐況不順，使焦比升高，產(chǎn)量下降。同時(shí)，爐況的頻繁波動(dòng)使高爐自動(dòng)控制難以實(shí)現(xiàn)，因此，國(guó)內(nèi)外都嚴(yán)格控制爐料成分的波動(dòng)范圍。穩(wěn)定礦石成分的有效方法是對(duì)礦石進(jìn)行混勻處理。1.5.2 鐵礦石的準(zhǔn)備處理根據(jù)上述質(zhì)量要求，一般的鐵礦石很難完全滿足要求，須在入爐前進(jìn)行必要的準(zhǔn)備處理。對(duì)天然富礦（如含F(xiàn)e50%以上），須經(jīng)破碎、篩分，獲得合適而均勻的粒度。對(duì)于褐鐵礦、菱鐵礦和致密磁鐵礦還應(yīng)進(jìn)行焙燒處理，以去除其結(jié)晶水和CO2，提高品位，疏松其組織，改善還原性，提高冶煉效果。對(duì)貧鐵礦的處理要復(fù)雜得多。一般都必須經(jīng)過(guò)破碎、篩分、細(xì)磨、

33、精選，得到含鐵60%以上的精礦粉，經(jīng)混勻后進(jìn)行造塊，變成人造富礦，再按高爐粒度要求進(jìn)行適當(dāng)破碎，篩分后入爐。1.5.2 鐵礦石的準(zhǔn)備處理由于天然富礦資源有限，而其冶金性能又不如人造富礦優(yōu)越，所以絕大多數(shù)現(xiàn)代高爐都用人造富礦，或大部分用人造富礦、兌加少數(shù)天然富礦冶煉。在這種情況下，鋼鐵廠便兼有人造富礦和天然富礦兩種處理流程。1.5.2 鐵礦石的準(zhǔn)備處理一、破碎篩分破碎和篩分是鐵礦石準(zhǔn)備處理工作中的基本環(huán)節(jié)，通過(guò)破碎和篩分使鐵礦石的粒度達(dá)到“小、勻、凈”的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)貧礦而言，破碎使鐵礦物與脈石單體分離，以便選礦。鐵礦物嵌布愈細(xì)密，破碎粒度要求愈細(xì)。破碎的常要設(shè)備有：顎式、錐式、輥式破碎機(jī)，球磨機(jī)和棒

34、磨機(jī)。篩分的常用設(shè)備有固定條篩、圓筒篩、振動(dòng)篩等。 1.5.2 鐵礦石的準(zhǔn)備處理三、焙燒焙燒是在適當(dāng)?shù)臍夥罩?，使鐵礦石加熱到低于其熔點(diǎn)的溫度，在固態(tài)下發(fā)生的物理化學(xué)過(guò)程。例如，氧化焙燒就是在空氣充足的氧化性氣氛中進(jìn)行，以保證燃料完全燃燒和礦石的氧化。多用于去除CO2、H2O和S（碳酸鹽和結(jié)晶水分解，硫化物氧化），使致密礦石的組織變得疏松，易于還原。菱鐵礦的焙燒：在500900之間按下式分解：4FeCO3+O2=Fe2O3+2CO2褐鐵礦的脫水：在250500之間發(fā)生下述反應(yīng)：2Fe2O33H2O=2Fe2O3+3H2O1.5.2 鐵礦石的準(zhǔn)備處理氧化焙燒還可是礦石中的硫氧化：3FeS2+8O2

35、=Fe3O4+6SO2還原焙燒則是在還原氣氛中進(jìn)行，主要目的是使貧赤鐵礦中的Fe2O3轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂写判缘腇e3O4，以便磁選。2Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO22Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O氯化焙燒則是為了回收赤鐵礦中的有色金屬如Zn、Cu、Sn等，或去除其他有害雜質(zhì)。1.5.2 鐵礦石的準(zhǔn)備處理四、選礦選礦是依據(jù)礦石的性質(zhì)，采用適當(dāng)?shù)姆椒?，把有用礦物和脈石機(jī)械地分開(kāi)，從而使有用礦物富集的過(guò)程。通過(guò)選礦可使礦石品位提高，去除部分有害雜質(zhì)（如硫等），回收復(fù)合礦中的一些有用元素（如釩、鉻等），使貧礦資源得到有效利用。1.5.2 鐵礦石的準(zhǔn)備處理四、選礦通過(guò)選礦獲得的有用礦物富集品稱為

36、精礦，如鐵精礦、鐵釩精礦等；而主要由脈石組成的其余部分叫尾礦，一般廢棄。在一些復(fù)合鐵礦石中，常用一些有用元素富集于尾礦中（如釩鈦磁鐵礦中的鈦，包頭礦中的稀土元素等），必須將它們進(jìn)一步精選出來(lái)。有用礦物含量介于精礦和尾礦之間的中間產(chǎn)品叫做中礦，亦須進(jìn)一步選分，以提高金屬回收率。 1.5.2 鐵礦石的準(zhǔn)備處理現(xiàn)代常用于精選鐵礦石的方法重要有三種：（1）重選 利用含鐵礦物和脈石密度的差異來(lái)選別。當(dāng)兩者粒度相近而在介質(zhì)中沉落時(shí)，則密度大的含鐵礦物將迅速沉降而與脈石分開(kāi)。常用的介質(zhì)為水。有時(shí)還用比重大于水的液體作介質(zhì)，稱為重液選。1.5.2 鐵礦石的準(zhǔn)備處理現(xiàn)代常用于精選鐵礦石的方法重要有三種：（2）磁

37、選 利用有用礦物和脈石導(dǎo)磁性不同的特點(diǎn)進(jìn)行選分。如以純鐵的導(dǎo)磁系數(shù)為100%，則強(qiáng)磁性的磁鐵礦為40.2%，中磁性的鈦鐵礦為24.7%，弱磁性的赤鐵礦為1.32%，無(wú)磁性的黃鐵礦石英脈石等在0.5%以下。在磁場(chǎng)作用下，強(qiáng)磁性的顆粒（如Fe3O4）便同弱磁性（如Fe2O3）或無(wú)磁性（如石英）的顆粒分開(kāi)。赤鐵礦若用磁選則需事先進(jìn)行磁化焙燒。一般用干式磁選機(jī)處理粗粒礦石，用濕式磁選機(jī)處理細(xì)粒礦石。按磁場(chǎng)強(qiáng)度，高于320KA/m的稱為強(qiáng)磁選機(jī)，在72320KA/m之間的稱為弱磁選機(jī)。1.5.2 鐵礦石的準(zhǔn)備處理（3）浮選 利用礦物具有不同的親水性進(jìn)行選分。浮選前礦物要磨碎到一定粒度，使有用礦物和脈石礦

38、物基本達(dá)到單體分離。在細(xì)磨礦漿中進(jìn)行充氣攪拌時(shí)，親水性強(qiáng)者其顆粒表面易于為水潤(rùn)濕而下沉；親水性弱者其顆粒表面難以為水潤(rùn)濕而浮起，從而使有用礦物和脈石分離。1.5.2 鐵礦石的準(zhǔn)備處理為了提高浮選效果，常使用各種浮選藥劑來(lái)?xiàng)l件和控制浮選過(guò)程。如有在礦粒表面形成薄膜、控制潤(rùn)濕、促進(jìn)浮起的捕集劑，有形成氣泡和穩(wěn)定泡沫、保證浮起者不下沉的氣泡劑等等。由于浮選劑的多種作用，可以根據(jù)需要來(lái)選別礦物，因此浮選特別適用于處理復(fù)合礦和有色金屬礦石。有些礦石性質(zhì)復(fù)雜，往往需要用幾種方法聯(lián)合起來(lái)選礦，以最大限度地綜合回收利用其中的有用金屬元素。1.5.2 鐵礦石的準(zhǔn)備處理四、造塊富選得到的精礦粉，天然富礦破碎篩分后

39、的粉礦，以及一切含鐵粉塵物料（如高爐、轉(zhuǎn)爐爐塵，軋鋼皮，鐵屑，硫酸渣等）不能直接加入高爐，必須用燒結(jié)或制團(tuán)的方法將它們重新造塊，制成燒結(jié)礦、球團(tuán)礦，或預(yù)還原爐料。這不僅解決了入爐原料的粒度問(wèn)題，擴(kuò)大了原料來(lái)源，同時(shí)，還大大改善了礦石的冶金性能，提高高爐冶煉效果。1.5.3 熔劑高爐冶煉條件下，脈石及灰分不能熔化，必須加入熔劑，使其與礦石脈石和灰分作用生成低熔點(diǎn)化合物，形成流動(dòng)性好的爐渣，實(shí)現(xiàn)渣鐵分離并自爐內(nèi)順暢排出。此外，一定堿度的爐渣，如 CaO/SiO2=1.01.2，可去除生鐵中有害雜質(zhì)硫，提高生鐵質(zhì)量。1.5.3 熔劑一、熔劑的種類由于礦石脈石和焦炭灰分多系酸性氧化物，所以高爐主要用堿

40、性熔劑，如石灰石（CaCO3）、白云石（CaCO3MgCO3）等。石灰石資源很豐富，幾乎各地都有。白云石同時(shí)含有CaO和MgO，既可代替部分石灰石，又使渣中含有一定數(shù)量的MgO，改善渣的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，從而促進(jìn)脫硫。在使用高Al2O3礦石，爐渣Al2O3高時(shí)其效果特別顯著。1.5.3 熔劑當(dāng)高爐使用含堿性脈石的鐵礦石冶煉時(shí)，需要加入酸性熔劑。但實(shí)際生產(chǎn)中只是采用兌入酸性礦石的辦法，很少使用酸性熔劑。僅當(dāng)渣中Al2O3過(guò)高（18%20%），爐況失常時(shí),才加入硅石、硅砂等石英質(zhì)酸性熔劑改善造渣。 1.5.3 熔劑二、對(duì)堿性熔劑的質(zhì)量要求1、堿性氧化物（CaO+MgO）的含量要高，酸性氧化物（SiO

41、2+Al2O3）的含量要少。一般要求（CaO+MgO）50%，（SiO2+Al2O3）3.5%。對(duì)于石灰石，其有效熔劑性能有用效CaO表示：CaO有效= CaORSiO2，%式中R爐渣堿度，即渣中CaO/SiO2的比值；CaO，SiO2石灰石中CaO，SiO2的含量，%。1.5.3 熔劑2、硫、磷愈低愈好。石灰石一般含硫量0.01%0.08%，含磷量為0.001%0.03%。3、強(qiáng)度高、粒度均勻，粉末少。一般大高爐的石灰石粒度為2555mm，小高爐為1030mm。最好是同礦石粒度一致?，F(xiàn)代高爐多使用熔劑性或自熔性人造富礦，這樣，高爐造渣所需熔劑已在造塊過(guò)程中加入，高爐可以不直接加入石灰石。只備

42、用少量作為臨時(shí)調(diào)劑之用。一些使用天然富礦或酸性球團(tuán)礦的高爐，仍需加入石灰石。 1.5.4 高爐燃料 一、焦炭焦炭是現(xiàn)代高爐冶煉的主要燃料和能源基礎(chǔ)，在高爐冶煉過(guò)程中具有如下作用：(1)燃料。燃燒后發(fā)熱，產(chǎn)生冶煉所需熱量。(2)還原劑。焦炭中的固定碳和它燃燒后生成的CO都是鐵礦石還原所需的還原劑。(3)料柱骨架。高爐內(nèi)是充滿著爐料和熔融渣、鐵的一個(gè)料柱，焦炭約占料柱體積的1/31/2，對(duì)料柱透氣性具有決定性的影響。特別是在高爐下部，礦石、熔劑已經(jīng)熔化、造渣，變成液態(tài)渣和鐵，只有焦炭仍保持固態(tài)，為渣、鐵滴落和煤氣上升以及爐缸內(nèi)的渣、鐵正常流通和排出，提供了必要條件，使冶煉過(guò)程得以順利進(jìn)行。焦炭的這

43、一作用目前尚不能為其他燃料所代替。1.5.4 高爐燃料 高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的要求(1)含碳量高，灰分低。焦炭中的固定碳含量與灰分有關(guān)?；曳稚?，固定碳減少，發(fā)熱量降低。通常焦炭灰分中SiO2和Al2O3約占7580%。故灰分升高，須增加熔劑消耗量，使渣量增加，熱量消耗增加，焦比升高，產(chǎn)量降低。實(shí)際生產(chǎn)中有“灰分降低1%(相當(dāng)于固定碳升高1%)，則焦比降低2%，產(chǎn)量提高3%”的經(jīng)驗(yàn)。因此應(yīng)力求降低焦炭的灰分。我國(guó)焦炭灰分含量一般為10%15%，鞍鋼為13%14%，首鋼約12%，攀鋼約14%，武鋼約13%。國(guó)外大型高爐一般要求灰分10%。降低焦炭灰分的主要措施是加強(qiáng)洗煤，合理配煤。煉焦過(guò)程不能降低灰分

44、。1.5.4 高爐燃料 高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的要求(2)含硫等有害雜質(zhì)要少。高爐中的硫約80%來(lái)自焦炭。降低焦炭含硫量對(duì)提高生鐵質(zhì)量，降低焦比，提高產(chǎn)量有很大影響。當(dāng)焦炭含硫高時(shí)，應(yīng)多加石灰石提高爐渣堿度來(lái)脫硫，致使渣量增加。我國(guó)焦炭含硫一般為0.51.0%，鞍鋼約0.6%，本鋼約0.70.8%。國(guó)外大型高爐一般含硫要求0.5%。洗煤、煉焦過(guò)程中可去除1030%的硫，因此加強(qiáng)洗煤，合理配煤是控制焦炭含硫量的主要途徑。焦炭含磷一般很少。我國(guó)本鋼焦炭含磷很低，使用低磷低硫的礦石可煉出高純生鐵或優(yōu)質(zhì)生鐵。1.5.4 高爐燃料 高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的要求(3)成分穩(wěn)定。即要求化學(xué)灰分、C、S、H2O等穩(wěn)定。水分的

45、波動(dòng)意味著入爐焦炭重量的波動(dòng)，因而影響爐溫穩(wěn)定。干法熄焦(即用惰性氣體代替噴水熄焦)，使焦炭不含水分，從而排除了水分波動(dòng)的影響；同時(shí)因冷卻較慢，改善了焦炭強(qiáng)度，并可獲得400，4.05Mpa的高溫、高壓蒸汽，供給鍋爐發(fā)電。1.5.4 高爐燃料 高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的要求(4)揮發(fā)分含量適合。焦炭中的揮發(fā)分是煉焦過(guò)程中未分解揮發(fā)完的有機(jī)物，主要是碳、氫、氧及少量的硫和氮。揮發(fā)分過(guò)高說(shuō)明焦炭成熟程度可能不夠，夾生焦多，在高爐內(nèi)易產(chǎn)生粉末；揮發(fā)分過(guò)低說(shuō)明焦炭可能過(guò)燒，易產(chǎn)生裂紋多、極脆的大塊焦。因此，焦炭揮發(fā)分過(guò)高或過(guò)低都將影響焦炭的產(chǎn)量和質(zhì)量。1.5.4 高爐燃料 高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的要求(5)強(qiáng)度高，塊度

46、均勻。機(jī)械強(qiáng)度差的焦炭，轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中和爐內(nèi)下降過(guò)程中破裂產(chǎn)生大量粉末，大大削弱其柱料的骨架作用，使柱料透氣性惡化，爐渣變稠，爐缸堆積，爐況不順。所以提高焦炭強(qiáng)度，十分重要。1.5.4 高爐燃料 高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的要求關(guān)于焦炭強(qiáng)度通常有兩種測(cè)定和表示方法， 1.5.4 高爐燃料 高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的要求大轉(zhuǎn)鼓(松格林轉(zhuǎn)鼓)是過(guò)去常用的測(cè)定焦炭強(qiáng)度的方法。它是取粒度大于25mm的塊焦410kg，放在直徑為2.0m，寬0.8m的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)(鼓外緣由25mm圓鋼相隔25mm焊成)，轉(zhuǎn)鼓以10r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)15min。用鼓內(nèi)殘留的重量(kg)表示轉(zhuǎn)鼓指數(shù)。轉(zhuǎn)鼓指數(shù)愈大，焦炭強(qiáng)度愈好。鼓外小于10mm的重量(kg

47、)為焦粉量。1.5.4 高爐燃料 高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的要求小轉(zhuǎn)鼓(米庫(kù)姆轉(zhuǎn)鼓)是近年國(guó)際通用的鑒定焦炭強(qiáng)度的方法。它是一個(gè)直徑和寬度皆為1.0m的封閉轉(zhuǎn)鼓，內(nèi)壁焊有1005010mm角鋼四塊，互成90布置。取粒度大于60mm的焦塊50kg裝入鼓內(nèi)，以25r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)4min。然后將試樣用直徑40和10mm的圓孔篩進(jìn)行篩分。以粒度大于40mm的焦炭所占的重量百分?jǐn)?shù)M40作為焦炭破碎強(qiáng)度指數(shù)；以小于10mm的焦粉所占的重量百分?jǐn)?shù)M10表示焦炭磨損強(qiáng)度指數(shù)。顯示M40愈大，M10愈小，說(shuō)明焦炭強(qiáng)度愈好。小轉(zhuǎn)鼓比大轉(zhuǎn)鼓測(cè)試方便，表達(dá)更為確切。 1.5.4 高爐燃料 二、噴吹用燃料向高爐內(nèi)噴吹的輔助燃

48、料可代替部分焦炭，大幅度降低焦比。目前噴吹的燃料已占高爐全部燃料用量的1030%，有的達(dá)40%。在日本和聯(lián)邦德國(guó)一般維持在10%左右，他們更著重于提高噴吹效率。噴吹用燃料來(lái)源廣泛，可分為固、液、氣體三種。1.5.4 高爐燃料 二、噴吹用燃料1.5.4 高爐燃料 二、噴吹用燃料天然氣的主要成分是甲烷(CH4)。有的還含有較高的重碳?xì)浠衔顲mHn(430%)。同空氣混合時(shí)的著火溫度為680750，遇明火即發(fā)生爆炸，其發(fā)熱值在3350050200kJ/m3之間，屬高熱值燃料，也是重要的化工原料。焦?fàn)t煤氣主要成分是H2(5060%)和CH4(2030%)，發(fā)熱值為1550019700kJ/m3，亦是

49、高熱值煤氣。高爐噴吹氣體的種類和數(shù)量主要取決于當(dāng)?shù)刭Y源條件 1.5.4 高爐燃料 二、噴吹用燃料2. 液體燃料。常用于噴吹的有重油，有時(shí)還有柴油、焦油。重油是由石油分餾提取汽油、柴油、煤油后剩下的產(chǎn)品。其中可燃物多，含碳8689%，氫1012%，硫、灰分、水分少。重油發(fā)熱量高達(dá)4042MJ/kg，燃燒溫度高，火焰輻射能力強(qiáng)，噴吹效果好，貯存方便，噴吹設(shè)備簡(jiǎn)單，易于操作控制，是適宜高爐噴吹的優(yōu)質(zhì)燃料。國(guó)外高爐多用它，但受資源限制。1.5.4 高爐燃料 二、噴吹用燃料3. 固體燃料。常用于噴吹的是固定碳高，發(fā)熱值高的無(wú)煙粉煤。一般認(rèn)為，高爐噴吹用煤應(yīng)滿足低灰分、低硫分、低水分、適宜揮發(fā)分產(chǎn)率等質(zhì)量

50、要求。從國(guó)內(nèi)外高爐生產(chǎn)實(shí)踐看，高爐噴吹煤種的范圍很廣，包括無(wú)煙煤、煙煤、褐煤等各煤種都可以用來(lái)噴吹。如德國(guó)蒂森公司噴吹過(guò)從揮發(fā)分為9%的無(wú)煙煤到揮發(fā)分達(dá)50%的褐煤。日本也將低揮發(fā)分無(wú)煙煤、高揮發(fā)分煙煤等不同煤種用于高爐噴吹。 第一章 結(jié)束第二章 鐵礦燒結(jié)第二章 鐵礦燒結(jié)富礦粉和貧礦富選后得到的精礦粉都不能直接入爐冶煉，必須將其重新造塊，燒結(jié)是最重要最基本的造塊方法之一。2003年中國(guó)生鐵總產(chǎn)量為2億噸，2005年將達(dá)2.5億噸。2003年美國(guó)鋼鐵產(chǎn)品銷售量為1.056億噸，較上年增長(zhǎng)6.5。中國(guó)2003年球團(tuán)礦產(chǎn)量3000萬(wàn)噸，現(xiàn)有63座以上豎爐，生產(chǎn)總面積超過(guò)520m2 2.1.1燒結(jié)的意

51、義第二章 鐵礦燒結(jié)通過(guò)燒結(jié)得到的燒結(jié)礦具有許多優(yōu)于天然富礦的冶煉性能，如高溫強(qiáng)度高，還原性好，含有一定的CaO、MgO，具有足夠的堿度，而且已事先造渣，高爐可不加或少加石灰石。通過(guò)燒結(jié)可除去礦石中的S、Zn、Pb、As、K、Na等有害雜質(zhì)，減少其對(duì)高爐的危害。高爐使用冶煉性能優(yōu)越的燒結(jié)礦后，基本上解除了天然礦冶煉中常出現(xiàn)的結(jié)瘤故障；同時(shí)極大地改善了高爐冶煉效果。燒結(jié)中可廣泛利用各種含鐵粉塵和廢料，擴(kuò)大了礦石資源，又改善了環(huán)境。因此自上世紀(jì)50年代以來(lái)，燒結(jié)生產(chǎn)獲得了迅速發(fā)展。2.1.1燒結(jié)的意義第二章 鐵礦燒結(jié)燒結(jié)礦質(zhì)量對(duì)高爐冶煉效果具有重大影響。改善其質(zhì)量是“精料”的主要內(nèi)容之一。對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)

52、量的要求是：品位高，強(qiáng)度好，成分穩(wěn)定，還原性好，粒度均勻，粉末少，堿度適宜，有害雜質(zhì)少。一般要求與天然礦同，僅討論幾個(gè)特殊問(wèn)題2.1.2 燒結(jié)礦質(zhì)量評(píng)價(jià)第二章 鐵礦燒結(jié)1. 強(qiáng)度和粒度。燒結(jié)礦強(qiáng)度好，粒度均勻，可減少轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中和爐內(nèi)產(chǎn)生的粉末，改善高爐料柱透氣性，保證爐況順行，從而導(dǎo)致焦比降低，產(chǎn)量提高。燒結(jié)礦強(qiáng)度提高意味著燒結(jié)機(jī)產(chǎn)量(成品率)增加，同時(shí)大大減少了粉塵，改善燒結(jié)和煉鐵廠的環(huán)境，改善設(shè)備工作條件，延長(zhǎng)設(shè)備壽命。一個(gè)年產(chǎn)500萬(wàn)噸生鐵的煉鐵廠，若燒結(jié)礦強(qiáng)度差，粉末多，使?fàn)t塵吹出量增加50kg/t鐵，則一年光吹損的燒結(jié)礦就達(dá)25萬(wàn)噸，相當(dāng)于浪費(fèi)了50萬(wàn)噸/年的采選能力，再計(jì)上爐況不順

53、帶來(lái)的損失，那就更大了。相當(dāng)于損失一個(gè)中型煉鐵廠。足見(jiàn)提高燒結(jié)礦強(qiáng)度特別是高溫還原強(qiáng)度之重要。2.1.2 燒結(jié)礦質(zhì)量評(píng)價(jià)第二章 鐵礦燒結(jié)1. 強(qiáng)度和粒度。國(guó)內(nèi)外多采用標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)鼓的鑒定方法來(lái)確定燒結(jié)礦強(qiáng)度。取粒度25150mm的燒結(jié)礦試樣20kg，置于直徑1.0m，寬0.65m的轉(zhuǎn)鼓中(鼓內(nèi)焊有高100mm，厚10mm，互成120布置的鋼板三塊)。轉(zhuǎn)鼓以25r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)4分鐘。然后用5mm的方孔篩往復(fù)擺動(dòng)10次進(jìn)行篩分，取其中大于5mm的重量百分比作為燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)：2.1.2 燒結(jié)礦質(zhì)量評(píng)價(jià)第二章 鐵礦燒結(jié)式中A試樣中小于5mm部分的重量，kg。顯然轉(zhuǎn)鼓指數(shù)愈大，燒結(jié)礦強(qiáng)度愈好。一般要

54、求燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)大于75%。2.1.2 燒結(jié)礦質(zhì)量評(píng)價(jià)第二章 鐵礦燒結(jié)2.還原性燒結(jié)礦還原性好，有利于強(qiáng)化冶煉并相應(yīng)減少還原劑消耗，從而降低焦比。還原性的測(cè)定和表示方法亦未標(biāo)準(zhǔn)化。生產(chǎn)中習(xí)慣用燒結(jié)礦中的FeO含量表示還原性。一般認(rèn)為FeO升高，表明燒結(jié)礦中難還原的硅酸鐵2FeOSiO2(還有鈣鐵橄欖石)多，燒結(jié)礦過(guò)熔而使結(jié)構(gòu)致密，氣孔率低，故還原性差。反之，若FeO降低，則還原性好。一般要求FeO應(yīng)低于10%。國(guó)外有低于5%的。鞍鋼新燒結(jié)廠燒結(jié)礦標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定FeO含量8.51.5為合格品。2.1.2 燒結(jié)礦質(zhì)量評(píng)價(jià)第二章 鐵礦燒結(jié)3.堿度燒結(jié)礦堿度一般用CaO/SiO2表示。按照堿度的不同，燒結(jié)

55、礦可分為三類：凡燒結(jié)礦堿度(如0.9)低于爐渣堿度的稱為酸性(或普通)燒結(jié)礦。高爐使用這種燒結(jié)礦，尚須加入相當(dāng)數(shù)量的石灰石才能達(dá)到預(yù)定爐渣堿度要求，通常高爐渣的堿度(CaO/SiO2)在1.0左右。凡燒結(jié)礦堿度(1.01.4)等于或接近爐渣堿度的稱為自熔性燒結(jié)礦。高爐使用自熔性燒結(jié)礦一般可不加或少加石灰石。2.1.2 燒結(jié)礦質(zhì)量評(píng)價(jià)第二章 鐵礦燒結(jié)3.堿度燒結(jié)礦堿度(1.4)明顯高于爐渣堿度的稱為熔劑性燒結(jié)礦或高堿度(2.03.0)、超高堿度(3.04.0)燒結(jié)礦。高爐使用這種燒結(jié)礦無(wú)須加石灰石。由于它含CaO高，可起熔劑作用，因此往往要與酸性礦配合冶煉，以達(dá)到合適的爐渣堿度。為了改善爐渣的流

56、動(dòng)性和穩(wěn)定性，燒結(jié)礦中常含有一定量的MgO(如23%或更高)，使渣中MgO含量達(dá)到78%或更高，促進(jìn)高爐順行。在此情況下，燒結(jié)礦和爐渣的堿度應(yīng)按(CaO+MgO)/SiO2來(lái)考慮。2.1.2 燒結(jié)礦質(zhì)量評(píng)價(jià)第二章 鐵礦燒結(jié)目前世界各國(guó)90%以上的燒結(jié)礦由抽風(fēng)帶式燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)，其工藝流程如圖3-1所示。其他燒結(jié)方法有回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)，懸浮燒結(jié)，抽風(fēng)或鼓風(fēng)盤式燒結(jié)和土法燒結(jié)等。各法生產(chǎn)工藝和設(shè)備盡管有所不同，但燒結(jié)基本原理基本相同。下面著重以帶式抽風(fēng)燒結(jié)法來(lái)論述。 2.2 燒結(jié)反應(yīng)過(guò)程第二章 鐵礦燒結(jié)2.2 燒結(jié)反應(yīng)過(guò)程第二章 鐵礦燒結(jié)2.2 燒結(jié)反應(yīng)過(guò)程第二章 鐵礦燒結(jié)2.2 燒結(jié)反應(yīng)過(guò)程第二章 鐵礦燒

57、結(jié)抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)程是將鐵礦粉、熔劑和燃料經(jīng)適當(dāng)處理，按一定比例加水混合，鋪在燒結(jié)機(jī)上，然后從上部點(diǎn)火，下部抽風(fēng)，自上而下進(jìn)行燒結(jié)，得到燒結(jié)礦。取一臺(tái)車剖面分析，抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)程大致可分為五層(圖3-2)，即燒結(jié)礦層、燃燒層、預(yù)熱層、干燥層和過(guò)濕層。這五層并不是截然分開(kāi)的。點(diǎn)火燒結(jié)開(kāi)始，各層依次出現(xiàn)，一定時(shí)間后，各層又依次消失，而最終剩下燒結(jié)礦層。一、抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)程第二章 鐵礦燒結(jié)一、抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)程第二章 鐵礦燒結(jié)(1)燒結(jié)礦層從表面開(kāi)始隨著燒結(jié)過(guò)程的進(jìn)行逐漸增厚。抽入的空氣通過(guò)燒結(jié)礦層被預(yù)熱供給燃燒，而燒結(jié)礦層則被冷卻和氧化。在同燃燒層接近處，進(jìn)行液相的冷卻結(jié)晶(10001100)，使燒結(jié)物固結(jié)形成多孔的

58、燒結(jié)礦。一、抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)程第二章 鐵礦燒結(jié)(2)燃燒層燃料被預(yù)熱空氣燃燒，產(chǎn)生13001500的高溫，使燒結(jié)料局部熔化、造渣并進(jìn)行還原、氧化，石灰石及硫化物的分解反應(yīng)。從燃料著火開(kāi)始到燃燒完畢，需要一定時(shí)間。故燃燒層有一定厚度，約1580mm。燃燒層沿著高度下移的速度稱為垂直燒結(jié)速度，一般為1040mm/min。這一速度決定著燒結(jié)機(jī)的生產(chǎn)率。一、抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)程第二章 鐵礦燒結(jié)(3)預(yù)熱層業(yè)已干燥的燒結(jié)料被燃燒層的高溫氣體迅速加熱到燃料的著火點(diǎn)(一般為700左右，但在燒結(jié)層中實(shí)際為10501150)，并進(jìn)行氧化、還原、分解和固相反應(yīng)，出現(xiàn)少量液相。一、抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)程第二章 鐵礦燒結(jié)(4)干燥層同預(yù)熱層

59、交界處溫度約120150，燒結(jié)料中的游離水在此大量蒸發(fā)，使料干燥。同時(shí)料中熱穩(wěn)定性差的一些球形顆粒可能破裂，使料層透氣性變壞。一、抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)程第二章 鐵礦燒結(jié)(5)過(guò)濕層即原始的燒結(jié)混合料層。由于干燥層來(lái)的廢氣中含有大量的水蒸氣，當(dāng)其被濕料層冷卻到露點(diǎn)溫度以下時(shí)，水氣便重新凝結(jié)，使料的濕分超過(guò)原始水分，造成過(guò)濕現(xiàn)象，使料層透氣性惡化。為避免過(guò)濕，應(yīng)確保濕料層溫度在露點(diǎn)以上。 一、抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)程第二章 鐵礦燒結(jié)可見(jiàn)燒結(jié)過(guò)程是許多物理和化學(xué)變化過(guò)程的綜合。其中有燃燒和傳熱；蒸發(fā)和冷凝；氧化和還原；分解和吸附；熔化和結(jié)晶；礦(渣)化和氣體動(dòng)力學(xué)等。在某一層中可能同時(shí)進(jìn)行幾種反應(yīng)，而一種反應(yīng)又可能在幾層

60、中進(jìn)行。下面對(duì)各過(guò)程分別進(jìn)行研究和討論。一、抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)程第二章 鐵礦燒結(jié)任何粉料在空氣中總含有一定水分，燒結(jié)料也不例外。除了各種原料本身帶來(lái)和吸收大氣水分外，在混合時(shí)為使礦粉成球，提高料層透氣性，常外加一定量的水，使混合料中含水達(dá)78%。這種水叫游離水或吸附水。100即可大量蒸發(fā)除去。如用褐鐵礦燒結(jié)，則還含有較多結(jié)晶水(化合水)。需要在200300才開(kāi)始分解放出，若含有粘土質(zhì)高嶺土礦物(Al2O32SiO2H2O)則需要在400600才能分解，甚至9001000才能去盡。 二、燒結(jié)料中水分的蒸發(fā)、分解和凝結(jié) 第二章 鐵礦燒結(jié)為加速結(jié)晶水分解必須嚴(yán)格控制粉料的粒度。因?yàn)榻Y(jié)晶水的高溫分解要吸收熱量