煉鐵學教學講解課件

鐵冶金學鐵冶金學1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)計在相當長時期之內(nèi)不會改變。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家和地區(qū)，經(jīng)過長期的研制和實踐，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?，F(xiàn)代煉鐵方法現(xiàn)代煉鐵方法分為:2現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的一般流程現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的一般流程3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，主要是指在冶煉過程中，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)的重要補充?，F(xiàn)代煉鐵方法現(xiàn)代煉鐵方法分為:4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)成第一章現(xiàn)代高爐煉鐵工藝1.1高爐煉鐵生產(chǎn)流程51.1高爐煉鐵生產(chǎn)流程高爐煉鐵的本質(zhì)是鐵的還原過程，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、Fe3O4·TiO2等）還原為液態(tài)生鐵。冶煉過程中，爐料（礦石、熔劑、焦炭）按照確定的比例通過裝料設(shè)備分批地從爐頂裝入爐內(nèi)。從下部風口鼓入的高溫熱風與焦炭發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的高溫還原性煤氣上升，并使爐料加熱、還原、熔化、造渣，產(chǎn)生一系列的物理化學變化，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)流程高爐煉鐵的本質(zhì)是鐵的還原過程，即焦炭6煉鐵學教學講解課件71.1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4~5倍。生產(chǎn)中，各個系統(tǒng)互相配合、互相制約，形成一個連續(xù)的、大規(guī)模的高溫生產(chǎn)過程。高爐開爐之后，整個系統(tǒng)必須日以繼夜地連續(xù)生產(chǎn)，除了計劃檢修和特殊事故暫時休風外，一般要到一代壽命終了時才停爐。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81.2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（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)成密閉的高爐本體是冶煉生鐵的主體設(shè)備91.2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。由于高爐冶煉過程溫度高且有復(fù)雜的物理化學反應(yīng)發(fā)生，爐襯在冶煉過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。停爐大修便是高爐一代壽命的終止。通常，高爐爐襯以陶瓷質(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101.2高爐本體及主要構(gòu)成1.2.1高爐內(nèi)襯對高爐內(nèi)襯的基本要求如下：1）各部位內(nèi)襯與熱流強度相適應(yīng)，以保持在強熱流沖擊下內(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理不同，因此要求各部位內(nèi)襯與侵蝕破損機理相適應(yīng)，以延緩內(nèi)襯破損速度。1.2高爐本體及主要構(gòu)成1.2.1高爐內(nèi)襯111.2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，可使其不失去強度，維持爐型。使用冷卻設(shè)備還可保護爐殼及各種鋼結(jié)構(gòu)，使其不因受熱變形而破壞。在某些部位還可形成渣皮，保護爐襯代替爐襯工作。1.2高爐本體及主要構(gòu)成1.2.2高爐冷卻設(shè)備121.2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1.2.2高爐冷卻設(shè)備131.2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\行中的高爐突然停爐并進行解剖分析，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區(qū)域：塊狀帶、軟熔帶、滴落帶、風口前回旋區(qū)、渣體聚集區(qū)（圖1-3）。1.2高爐本體及主要構(gòu)成1.2.3高爐內(nèi)主要區(qū)域141.2高爐本體及主要構(gòu)成各區(qū)內(nèi)進行的主要反應(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，在下部邊界開始熔融滴落；主要進行直接還原反應(yīng)，初渣形成。1.2高爐本體及主要構(gòu)成各區(qū)內(nèi)進行的主要反應(yīng)及特征分別為：151.2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行多種復(fù)雜的化學反應(yīng)?；匦齾^(qū)：噴入的燃料與熱風發(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渣層時發(fā)生渣金反應(yīng)。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161.3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。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)e94%左右，C4%左右。其余為Si、Mn、P、S等少量元素。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171.3高爐冶煉產(chǎn)品一般來說，生鐵和鋼的化學成分主要差別是含碳量。鋼中含碳量最高不超過2.11%。高爐生鐵含碳量在2.5~4.5%范圍，鑄鐵中不超過5.0%（此時Fe3C含量約占75%，當鑄鐵中Fe3C達100%時，其含碳量為6.67%）。當鑄鐵中C>5.0%時，鑄鐵甚脆，沒有實用價值。而含碳量在1.6~2.5%之間的鋼鐵材料，由于缺乏實用性，一般不進行工業(yè)生產(chǎn)。1.3高爐冶煉產(chǎn)品一般來說，生鐵和鋼的化學成分主要差別是含181.3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)量的80~90%。鑄造生鐵，又稱為翻砂鐵或灰口鐵，用于鑄件生產(chǎn)。其主要特點是含硅較高，在1.25~4.25%之間。硅在生鐵中能促進石墨化，即使化合碳游離成石墨碳，增強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10~25%Mn）、硅鏡鐵（含9~13%Si，18~24%Mn）等，主要用作煉鋼脫氧劑和合金化劑。1.3高爐冶煉產(chǎn)品煉鋼生鐵作為轉(zhuǎn)爐熱裝煉鋼的原料，約占生鐵191.3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ΣT為指標：ΣT=Pb+Sn+Sb+As+Ti+V+Cr+Zn含微量元素很低的“高純生鐵”ΣT<0.1%。國內(nèi)外適宜生產(chǎn)高純生鐵的礦源稀少。我國本鋼生鐵素有“人參鐵”之稱。它除P、S極低外，微量元素亦很低。其ΣT<0.08%，屬國際高純生鐵范疇。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201.3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，我國大中型高爐的單位生鐵渣量在0.3~0.5t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，爐渣中常富集有多種元素（如稀土、鈦等）。這類爐渣可進一步利用。1.3高爐冶煉產(chǎn)品二、高爐渣211.3高爐冶煉產(chǎn)品三、高爐煤氣冶煉每噸生鐵可產(chǎn)生1600~3000m3的高爐煤氣，其中含有約20%~25%的CO，1~3%的H2，還有少量甲烷（CH4）等可燃氣體。從高爐排出的煤氣中含有大量的爐料粉塵，經(jīng)過除塵處理可使含塵量降到10~20mg/m3。除塵處理后的高爐煤氣發(fā)熱值約為3350~3770kJ/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煤氣中幾乎沒有CO2。高爐煤氣是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的重要二次能源，主要用作熱風爐燃料，還可供動力、煉焦、燒結(jié)、煉鋼、軋鋼等部門使用。1.3高爐冶煉產(chǎn)品三、高爐煤氣221.4高爐技術(shù)經(jīng)濟指標

高爐生產(chǎn)的技術(shù)水平和經(jīng)濟效果可用如下技術(shù)經(jīng)濟指標來衡量：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)濟指標高爐生產(chǎn)的技術(shù)水平和經(jīng)濟效果可用如231.4高爐技術(shù)經(jīng)濟指標

可見，利用系數(shù)愈大，生鐵產(chǎn)量愈高，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。對一定容積的高爐，隨P成正比地增加。對不同容積高爐，P無可比性，而可比。目前世界主要產(chǎn)鐵國家年平均高爐有效容積利用系數(shù)為2.3～2.8t/(m3·d)，先進高爐達3t/(m3·d)以上。我國首鋼1號高爐在2004年取得了平均利用系數(shù)突破了4.2t/(m3·d)的世界先進水平。1.4高爐技術(shù)經(jīng)濟指標可見，利用系數(shù)愈大，生鐵產(chǎn)量愈高，241.4高爐技術(shù)經(jīng)濟指標

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，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)濟指標2.焦比（K）是生產(chǎn)1噸生鐵所251.4高爐技術(shù)經(jīng)濟指標

噴吹燃料按對置換比折算為相應(yīng)的干焦（K`）與實際耗用的焦炭量（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)濟指標噴吹燃料按對置換比折算為相應(yīng)的干焦261.4高爐技術(shù)經(jīng)濟指標

3.冶煉強度（I）

每m3高爐有效容積每天消耗焦炭的重量。它是標志高爐強化程度的指標之一。目前，國內(nèi)外高爐冶煉強度的數(shù)值，一般約在1.5～1.8t/（m3·d）。在噴吹燃料條件下，相應(yīng)有綜合冶煉強度（I綜），即不僅計算消耗的焦炭量，還應(yīng)將噴吹的燃料按置換比折合成相當?shù)慕固苛恳黄鹩嬎恪?.4高爐技術(shù)經(jīng)濟指標3.冶煉強度（I）每m3高爐有271.4高爐技術(shù)經(jīng)濟指標

利用系數(shù)、焦比和冶煉強度三者之間的關(guān)系為：

可見，利用系數(shù)與冶煉強度I成正比，與焦比K成反比，要提高利用系數(shù)，強化高爐生產(chǎn)，應(yīng)從降低焦比和提高冶煉強度兩方面考慮。在當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)濟指標利用系數(shù)、焦比和冶煉強度三者之間的281.4高爐技術(shù)經(jīng)濟指標

4.生鐵合格率

合格生鐵量占高爐總產(chǎn)量的百分數(shù)。此外，優(yōu)質(zhì)生鐵占生鐵總量的百分數(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。對生鐵質(zhì)量的考查主要看其化學成分（如S和Si）是否符合國家標準。5.休風率

高爐休風時間占規(guī)定作業(yè)時間的百分數(shù)。降低休風率是增產(chǎn)節(jié)約的重要途徑，我國現(xiàn)今高爐休風率已降到1%以下。1.4高爐技術(shù)經(jīng)濟指標4.生鐵合格率合格生鐵量占高爐291.4高爐技術(shù)經(jīng)濟指標

6.生鐵成本生產(chǎn)1噸生鐵所需的費用。它是衡量高爐生產(chǎn)經(jīng)濟效益的重要指標。成本愈低，經(jīng)濟效益愈高，說明高爐生產(chǎn)效果愈好。7.高爐一代壽命（爐齡）從高爐點火開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間叫做高爐一代壽命。壽命愈長，則一代爐齡產(chǎn)鐵量愈高，各項耗費相對愈少，經(jīng)濟效果愈好。一般大高爐的一代壽命在10年左右，有的高達18年。衡量爐齡的另一個指標是每m3爐容在一代爐齡期內(nèi)的累計產(chǎn)鐵量。先進高爐平均達5000t/m3，我國寶鋼2號高爐已接近10000t/m3。1.4高爐技術(shù)經(jīng)濟指標6.生鐵成本生產(chǎn)1噸生鐵所需的301.5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)量對冶煉過程及冶煉效果影響極大。目前，煉鐵的發(fā)展趨勢之一就是采用精料。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311.5.1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，在當前科學技術(shù)條件下，能從中經(jīng)濟合理地提煉出金屬來的礦物才稱為礦石。礦石的概念是相對的。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。1.5.1鐵礦石分類及特性一、礦石和脈石321.5.1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，礦石的來源和范圍不斷擴大。如含鐵較低的貧礦，經(jīng)過富選也可用來煉鐵；過去認為不能冶煉的攀枝花釩鈦磁鐵礦，已成為重要的煉鐵原料。礦石中除了用來提取金屬的有用礦物外，還含有一些工業(yè)上沒有提煉價值的礦物或巖石，統(tǒng)稱為脈石。對冶煉不利的脈石礦物，應(yīng)在選礦和其它處理過程中盡量去除。1.5.1鐵礦石分類及特性一、礦石和脈石331.5.1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表2-1。1.5.1鐵礦石分類及特性二、天然鐵礦石的分類及特征34表2-1常見鐵（錳）礦石的組成及特征表2-1常見鐵（錳）礦石的組成及特征351.5.1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%，常溫下無磁性。但Fe2O3有兩種晶形，一為α-Fe2O3，一為γ-Fe2O3，在一定溫度下，當α-Fe2O3轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Fe2O3時，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：1580~1640℃。1.5.1鐵礦石分類及特性赤鐵礦又稱紅礦，其主要含鐵礦361.5.1鐵礦石分類及特性磁鐵礦主要含鐵礦物為Fe3O4，具有磁性。其化學組成可視為Fe2O3·FeO，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：1500~1580℃。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，其它常見混入元素還有Ni、Cr、Co等。在自然界中純磁鐵礦很少見，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·，但它仍保留原來磁鐵礦的外形。1.5.1鐵礦石分類及特性磁鐵礦主要含鐵礦物為Fe3O371.5.1鐵礦石分類及特性在自然界中純磁鐵礦很少見，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·，但它仍保留原來磁鐵礦的外形。它們一般可用TFe/FeO的比值來區(qū)分：TFe/FeO=2.33 為純磁鐵礦石TFe/FeO<3.5 為磁鐵礦石TFe/FeO=3.5~7.0 為半假象赤鐵礦石TFe/FeO>7.0 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鐵礦石分類及特性在自然界中純磁鐵礦很少見，常常由381.5.1鐵礦石分類及特性褐鐵礦

通常指含水氧化鐵的總稱。如3Fe2O3·4H2O稱為水針鐵礦；2Fe2O3·3H2O才稱褐鐵礦。這類礦石一般含鐵較低，但經(jīng)過焙燒去除結(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。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391.5.1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。其化學組成為FeCO3，亦可寫成FeO·CO2，其中FeO=62.1%，CO2=37.9%。常混入Mg、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鐵礦石分類及特性菱鐵礦又稱碳酸鐵礦石，因其晶體401.5.1鐵礦石分類及特性三、鐵礦石質(zhì)量評價鐵礦石質(zhì)量直接影響高爐冶煉效果，必須嚴格要求。通常從以下幾方面評價：1.5.1鐵礦石分類及特性三、鐵礦石質(zhì)量評價411.5.1鐵礦石分類及特性1.礦石品位品位即鐵礦石的含鐵量，它決定著礦石的開采價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，從而提高經(jīng)濟效益。經(jīng)驗表明，若礦石含鐵量提高1%，則焦比降低%，產(chǎn)量增加3%。因為品位提高，意味著酸性脈石大幅度減少，冶煉時可少加石灰石造渣，因而渣量大大減少，既節(jié)省熱量，又促進爐況順行。例如鞍山地區(qū)的酸性貧鐵礦，含鐵30%，SiO250%，富選后精礦品位達到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的1/8?？梢娞岣咂肺粚σ睙挼挠绊懯呛艽蟮?。1.5.1鐵礦石分類及特性1.礦石品位421.5.1鐵礦石分類及特性礦石的貧富一般以其理論含鐵量的70%來評估。實際含鐵量超過理論含鐵量的70%稱富礦。但這并不是絕對固定的標準。因為它還與礦石的脈石成分、雜質(zhì)含量和礦石類型等因素有關(guān)。如對褐鐵礦、菱鐵礦和堿性脈石礦含鐵量的要求可適當放寬。因褐、菱鐵礦受熱分解出H2O和CO2后品位會提高。堿性脈石礦含CaO高，冶煉時可少加或不加石灰石，其品位應(yīng)按扣去CaO的含鐵量來評價。TFe——原礦含鐵量，%；CaO——原礦CaO含量，%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7431.5.1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值。如某鐵礦成分（%）為Fe45.30，CaO10.05，MgO3.34，SiO211.20。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2．脈石成分441.5.1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。脈石中的Al2O3含量也應(yīng)控制，若Al2O3含量過高，使爐渣中Al2O3濃度超過22~25%時，爐渣難熔而不易流動，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25%左右，因此采取提高MgO的含量來解決爐渣流動性的問題1.5.1鐵礦石分類及特性451.5.1鐵礦石分類及特性3．有害雜質(zhì)和有益元素的含量有害雜質(zhì)通常指S、P、Pb、Zn、As等，它們的含量愈低愈好。Cu有時為害，有時為益，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3．有害雜質(zhì)和有益元素的含量461.5.1鐵礦石分類及特性硫是對鋼鐵危害大的元素，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形成的共晶體熔點為988℃，低于鋼材熱加工的開始溫度（1150~1200℃）。熱加工時，分布于晶界的共晶體先行熔化而導(dǎo)致開裂。因此礦石含硫愈低愈好。國家標準規(guī)定生鐵中S≤0.07%，優(yōu)質(zhì)生鐵S≤0.03%，就是要嚴格控制鋼中硫含量。1.5.1鐵礦石分類及特性硫是對鋼鐵危害大的元素，它使鋼材471.5.1鐵礦石分類及特性高爐煉鐵過程可去除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，礦石中含硫每增加0.1％，焦比升高5%。一般規(guī)定礦石中S≤0.06%為一級礦，S≤0.2%為一級礦，S>0.3%為高硫礦。對于高硫礦石，可以通過選礦和燒結(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0.15~0.3%。1.5.1鐵礦石分類及特性高爐煉鐵過程可去除90%以上的硫481.5.1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α-Fe中（可達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度大大增高，從而使鋼材的室溫強度提高而脆性增加，稱為冷脆。磷在鋼的結(jié)晶過程中容易偏析，而又很難用熱處理的方法來消除，亦使鋼材冷脆的危險性增加。但含磷鐵水的流動性好，充填性好，對制造畸形復(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0.08～0.15%。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491.5.1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)過程中不易除去，在高爐冶煉過程磷幾乎全部進入生鐵。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鐵礦石分類及特性磷是鋼材中的有害成分，使鋼具有冷501.5.1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，使爐墻脹裂并形成爐瘤。As可全部還原進入生鐵，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（As511.5.1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0.1%。含鉛高的鐵礦石可以通過氯化焙燒和浮選方法使鉛鐵分離。含鋅高的礦石不能單獨直接冶煉，應(yīng)該與含鋅少的礦石混合使用，或進行焙燒、選礦等處理，降低鐵礦石中的含鋅量。燒結(jié)過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，鐵礦石含砷不超過0.07%1.5.1鐵礦石分類及特性鉛（Pb）、鋅（Zn）和砷（As521.5.1鐵礦石分類及特性銅在鋼中若不超過0.3%可增加鋼材抗蝕性，超過0.3%時，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0.2%。對于一些難選的高銅氧化礦，可采用氯化焙燒法回收銅，同時可煉高銅（Cu＞1.0%）鑄造生鐵，它具有很好的機械性能和耐腐蝕性能。1.5.1鐵礦石分類及特性銅531.5.1鐵礦石分類及特性此外，一些鐵礦石還含有堿金屬鉀、鈉，它們在高爐下部高溫區(qū)大部分被還原后揮發(fā)，到上部又氧化而進入爐料中，造成循環(huán)累積，使爐墻結(jié)瘤。因此要求礦石中含堿金屬量必須嚴格控制。我國普通高爐堿金屬（K2O+Na2O）入爐量限制為5~7kg/t·Fe，國外高爐堿金屬（K2O+Na2O）入爐限制量為低于3.5kg/t·Fe。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、541.5.1鐵礦石分類及特性氟在冶煉過程中以CaF2形態(tài)進入渣中。CaF2能降低爐渣的熔點，增加爐渣流動性，當鐵礦石中含氟高時，爐渣在高爐內(nèi)過早形成，不利于礦石還原。礦石中含氟不超過1%時對冶煉無影響，當含量達到4%～5%時需要注意控制爐渣的流動性。采外，高溫下氟揮發(fā)對耐火材料和金屬構(gòu)件有一定的腐蝕作用。1.5.1鐵礦石分類及特性氟551.5.1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。當它們在礦石中的含量（%）達到一定數(shù)值時，如Mn≥5、Cr≥0.06、Ni≥0.2，Co≥0.03，V≥0.1~0.15，Mo≥0.3，Cu≥0.3，則稱為復(fù)合礦石，經(jīng)濟價值很大，應(yīng)考慮綜合利用。1.5.1鐵礦石分類及特性鐵礦石中常共生有Mn、Cr、Ni561.5.1鐵礦石分類及特性對于鐵礦石中一些有害雜質(zhì)，如果含量較高，如Pb≥0.5，Zn≥0.7，Sn≥0.2時，應(yīng)視為復(fù)合礦石綜合利用。因為這些雜質(zhì)本身也是重要的金屬。1.5.1鐵礦石分類及特性對于鐵礦石中一些有害雜質(zhì)，如果含571.5.1鐵礦石分類及特性4．礦石的粒度和強度入爐鐵礦石應(yīng)具有適宜的粒度和足夠的強度。粒度過大會減少煤氣與鐵礦石的接觸面積，使鐵礦石不易還原；過小則增加氣流阻力，同時易吹出爐外形成爐塵損失；粒度大小不均，則嚴重影響料柱透氣性。因此，大塊應(yīng)破碎，粉末應(yīng)篩除，粒度應(yīng)適宜而均勻。一般要求礦石粒度在5~40mm范圍，并力求縮小上下限粒度差。鐵礦石的強度是指鐵礦石耐沖擊、摩擦的強弱程度。隨著高爐容積不斷擴大，入爐鐵礦石的強度也要相應(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4．礦石的粒度和強度581.5.1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，是評價鐵礦石質(zhì)量的重要指標。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5．鐵礦石的還原性591.5.1鐵礦石分類及特性6．礦石化學成分的穩(wěn)定性鐵礦石成分的波動會引起爐溫、爐渣堿度和性質(zhì)以及生鐵質(zhì)量的波動，造成爐況不順，使焦比升高，產(chǎn)量下降。同時，爐況的頻繁波動使高爐自動控制難以實現(xiàn)，因此，國內(nèi)外都嚴格控制爐料成分的波動范圍。穩(wěn)定礦石成分的有效方法是對礦石進行混勻處理。1.5.1鐵礦石分類及特性6．礦石化學成分的穩(wěn)定性601.5.2鐵礦石的準備處理根據(jù)上述質(zhì)量要求，一般的鐵礦石很難完全滿足要求，須在入爐前進行必要的準備處理。對天然富礦（如含F(xiàn)e50%以上），須經(jīng)破碎、篩分，獲得合適而均勻的粒度。對于褐鐵礦、菱鐵礦和致密磁鐵礦還應(yīng)進行焙燒處理，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。對貧鐵礦的處理要復(fù)雜得多。一般都必須經(jīng)過破碎、篩分、細磨、精選，得到含鐵60%以上的精礦粉，經(jīng)混勻后進行造塊，變成人造富礦，再按高爐粒度要求進行適當破碎，篩分后入爐。1.5.2鐵礦石的準備處理根據(jù)上述質(zhì)量要求，一般的鐵礦石很611.5.2鐵礦石的準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鐵礦石的準備處理由于天然富礦資源有限，而其冶金性621.5.2鐵礦石的準備處理一、破碎篩分破碎和篩分是鐵礦石準備處理工作中的基本環(huán)節(jié)，通過破碎和篩分使鐵礦石的粒度達到“小、勻、凈”的標準。對貧礦而言，破碎使鐵礦物與脈石單體分離，以便選礦。鐵礦物嵌布愈細密，破碎粒度要求愈細。破碎的常要設(shè)備有：顎式、錐式、輥式破碎機，球磨機和棒磨機。篩分的常用設(shè)備有固定條篩、圓筒篩、振動篩等。

1.5.2鐵礦石的準備處理一、破碎篩分631.5.2鐵礦石的準備處理三、焙燒焙燒是在適當?shù)臍夥罩?，使鐵礦石加熱到低于其熔點的溫度，在固態(tài)下發(fā)生的物理化學過程。例如，氧化焙燒就是在空氣充足的氧化性氣氛中進行，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500℃~900℃之間按下式分解：4FeCO3+O2=Fe2O3+2CO2↑褐鐵礦的脫水：在250℃~500℃之間發(fā)生下述反應(yīng)：2Fe2O3·3H2O=2Fe2O3+3H2O↑1.5.2鐵礦石的準備處理三、焙燒641.5.2鐵礦石的準備處理氧化焙燒還可是礦石中的硫氧化：3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2↑還原焙燒則是在還原氣氛中進行，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+CO2↑2Fe2O3+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鐵礦石的準備處理氧化焙燒還可是礦石中的硫氧化：651.5.2鐵礦石的準備處理四、選礦選礦是依據(jù)礦石的性質(zhì)，采用適當?shù)姆椒ǎ延杏玫V物和脈石機械地分開，從而使有用礦物富集的過程。通過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鐵礦石的準備處理四、選礦661.5.2鐵礦石的準備處理四、選礦通過選礦獲得的有用礦物富集品稱為精礦，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），必須將它們進一步精選出來。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，亦須進一步選分，以提高金屬回收率。

1.5.2鐵礦石的準備處理四、選礦671.5.2鐵礦石的準備處理現(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選別。當兩者粒度相近而在介質(zhì)中沉落時，則密度大的含鐵礦物將迅速沉降而與脈石分開。常用的介質(zhì)為水。有時還用比重大于水的液體作介質(zhì)，稱為重液選。1.5.2鐵礦石的準備處理現(xiàn)代常用于精選鐵礦石的方法重要有681.5.2鐵礦石的準備處理現(xiàn)代常用于精選鐵礦石的方法重要有三種：（2）磁選利用有用礦物和脈石導(dǎo)磁性不同的特點進行選分。如以純鐵的導(dǎo)磁系數(shù)為100%，則強磁性的磁鐵礦為40.2%，中磁性的鈦鐵礦為24.7%，弱磁性的赤鐵礦為1.32%，無磁性的黃鐵礦石英脈石等在0.5%以下。在磁場作用下，強磁性的顆粒（如Fe3O4）便同弱磁性（如Fe2O3）或無磁性（如石英）的顆粒分開。赤鐵礦若用磁選則需事先進行磁化焙燒。一般用干式磁選機處理粗粒礦石，用濕式磁選機處理細粒礦石。按磁場強度，高于320KA/m的稱為強磁選機，在72~320KA/m之間的稱為弱磁選機。1.5.2鐵礦石的準備處理現(xiàn)代常用于精選鐵礦石的方法重要有691.5.2鐵礦石的準備處理（3）浮選

利用礦物具有不同的親水性進行選分。浮選前礦物要磨碎到一定粒度，使有用礦物和脈石礦物基本達到單體分離。在細磨礦漿中進行充氣攪拌時，親水性強者其顆粒表面易于為水潤濕而下沉；親水性弱者其顆粒表面難以為水潤濕而浮起，從而使有用礦物和脈石分離。1.5.2鐵礦石的準備處理（3）浮選701.5.2鐵礦石的準備處理為了提高浮選效果，常使用各種浮選藥劑來條件和控制浮選過程。如有在礦粒表面形成薄膜、控制潤濕、促進浮起的捕集劑，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鐵礦石的準備處理為了提高浮選效果，常使用各種浮選711.5.2鐵礦石的準備處理四、造塊富選得到的精礦粉，天然富礦破碎篩分后的粉礦，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)或制團的方法將它們重新造塊，制成燒結(jié)礦、球團礦，或預(yù)還原爐料。這不僅解決了入爐原料的粒度問題，擴大了原料來源，同時，還大大改善了礦石的冶金性能，提高高爐冶煉效果。1.5.2鐵礦石的準備處理四、造塊721.5.3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化合物，形成流動性好的爐渣，實現(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=1.0~1.2，可去除生鐵中有害雜質(zhì)硫，提高生鐵質(zhì)量。1.5.3熔劑高爐冶煉條件下，脈石及灰分不能熔化，必須加入731.5.3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，所以高爐主要用堿性熔劑，如石灰石（CaCO3）、白云石（CaCO3·MgCO3）等。石灰石資源很豐富，幾乎各地都有。白云石同時含有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，改善渣的流動性和穩(wěn)定性，從而促進脫硫。在使用高Al2O3礦石，爐渣Al2O3高時其效果特別顯著。1.5.3熔劑一、熔劑的種類741.5.3熔劑當高爐使用含堿性脈石的鐵礦石冶煉時，需要加入酸性熔劑。但實際生產(chǎn)中只是采用兌入酸性礦石的辦法，很少使用酸性熔劑。僅當渣中Al2O3過高（>18%~20%），爐況失常時,才加入硅石、硅砂等石英質(zhì)酸性熔劑改善造渣。1.5.3熔劑當高爐使用含堿性脈石的鐵礦石冶煉時，需要加入751.5.3熔劑二、對堿性熔劑的質(zhì)量要求1、堿性氧化物（CaO+MgO）的含量要高，酸性氧化物（SiO2+Al2O3）的含量要少。一般要求（CaO+MgO）>50%，（SiO2+Al2O3）＜3.5%。對于石灰石，其有效熔劑性能有用效CaO表示：CaO有效=CaO－R×SiO2，%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熔劑二、對堿性熔劑的質(zhì)量要求761.5.3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、強度高、粒度均勻，粉末少。一般大高爐的石灰石粒度為25~55mm，小高爐為10~30mm。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程中加入，高爐可以不直接加入石灰石。只備用少量作為臨時調(diào)劑之用。一些使用天然富礦或酸性球團礦的高爐，仍需加入石灰石。1.5.3熔劑2、硫、磷愈低愈好。石灰石一般含硫量0.01771.5.4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、鐵的一個料柱，焦炭約占料柱體積的1/3~1/2，對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，使冶煉過程得以順利進行。焦炭的這一作用目前尚不能為其他燃料所代替。1.5.4高爐燃料一、焦炭781.5.4高爐燃料

高爐對焦炭質(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撸潭ㄌ紲p少，發(fā)熱量降低。通常焦炭灰分中SiO2和Al2O3約占75~80%。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。實際生產(chǎn)中有“灰分降低1%(相當于固定碳升高1%)，則焦比降低2%，產(chǎn)量提高3%”的經(jīng)驗。因此應(yīng)力求降低焦炭的灰分。我國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洗煤，合理配煤。煉焦過程不能降低灰分。1.5.4高爐燃料高爐對焦炭質(zhì)量的要求791.5.4高爐燃料

高爐對焦炭質(zhì)量的要求(2)含硫等有害雜質(zhì)要少。高爐中的硫約80%來自焦炭。降低焦炭含硫量對提高生鐵質(zhì)量，降低焦比，提高產(chǎn)量有很大影響。當焦炭含硫高時，應(yīng)多加石灰石提高爐渣堿度來脫硫，致使渣量增加。我國焦炭含硫一般為0.5~1.0%，鞍鋼約0.6%，本鋼約0.7~0.8%。國外大型高爐一般含硫要求<0.5%。洗煤、煉焦過程中可去除10~30%的硫，因此加強洗煤，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高爐燃料高爐對焦炭質(zhì)量的要求801.5.4高爐燃料

高爐對焦炭質(zhì)量的要求(3)成分穩(wěn)定。即要求化學灰分、C、S、H2O等穩(wěn)定。水分的波動意味著入爐焦炭重量的波動，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的影響；同時因冷卻較慢，改善了焦炭強度，并可獲得400℃，4.05Mpa的高溫、高壓蒸汽，供給鍋爐發(fā)電。1.5.4高爐燃料高爐對焦炭質(zhì)量的要求811.5.4高爐燃料

高爐對焦炭質(zhì)量的要求(4)揮發(fā)分含量適合。焦炭中的揮發(fā)分是煉焦過程中未分解揮發(fā)完的有機物，主要是碳、氫、氧及少量的硫和氮。揮發(fā)分過高說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)分過低說明焦炭可能過燒，易產(chǎn)生裂紋多、極脆的大塊焦。因此，焦炭揮發(fā)分過高或過低都將影響焦炭的產(chǎn)量和質(zhì)量。1.5.4高爐燃料高爐對焦炭質(zhì)量的要求821.5.4高爐燃料

高爐對焦炭質(zhì)量的要求(5)強度高，塊度均勻。機械強度差的焦炭，轉(zhuǎn)運過程中和爐內(nèi)下降過程中破裂產(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。所以提高焦炭強度，十分重要。1.5.4高爐燃料高爐對焦炭質(zhì)量的要求831.5.4高爐燃料

高爐對焦炭質(zhì)量的要求關(guān)于焦炭強度通常有兩種測定和表示方法，

1.5.4高爐燃料高爐對焦炭質(zhì)量的要求841.5.4高爐燃料

高爐對焦炭質(zhì)量的要求大轉(zhuǎn)鼓(松格林轉(zhuǎn)鼓)是過去常用的測定焦炭強度的方法。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Ф25mm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，焦炭強度愈好。鼓外小于10mm的重量(kg)為焦粉量。1.5.4高爐燃料高爐對焦炭質(zhì)量的要求851.5.4高爐燃料

高爐對焦炭質(zhì)量的要求小轉(zhuǎn)鼓(米庫姆轉(zhuǎn)鼓)是近年國際通用的鑒定焦炭強度的方法。它是一個直徑和寬度皆為1.0m的封閉轉(zhuǎn)鼓，內(nèi)壁焊有100×50×10mm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的圓孔篩進行篩分。以粒度大于40mm的焦炭所占的重量百分數(shù)M40作為焦炭破碎強度指數(shù)；以小于10mm的焦粉所占的重量百分數(shù)M10表示焦炭磨損強度指數(shù)。顯示M40愈大，M10愈小，說明焦炭強度愈好。小轉(zhuǎn)鼓比大轉(zhuǎn)鼓測試方便，表達更為確切。1.5.4高爐燃料高爐對焦炭質(zhì)量的要求861.5.4高爐燃料

二、噴吹用燃料向高爐內(nèi)噴吹的輔助燃料可代替部分焦炭，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10~30%，有的達40%。在日本和聯(lián)邦德國一般維持在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871.5.4高爐燃料

二、噴吹用燃料1.5.4高爐燃料二、噴吹用燃料881.5.4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氫化合物CmHn(4~30%)。同空氣混合時的著火溫度為680~750℃，遇明火即發(fā)生爆炸，其發(fā)熱值在33500~50200kJ/m3之間，屬高熱值燃料，也是重要的化工原料。焦爐煤氣主要成分是H2(50~60%)和CH4(20~30%)，發(fā)熱值為15500～19700kJ/m3，亦是高熱值煤氣。高爐噴吹氣體的種類和數(shù)量主要取決于當?shù)刭Y源條件

1.5.4高爐燃料二、噴吹用燃料891.5.4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86~89%，氫10~12%，硫、灰分、水分少。重油發(fā)熱量高達40~42MJ/kg，燃燒溫度高，火焰輻射能力強，噴吹效果好，貯存方便，噴吹設(shè)備簡單，易于操作控制，是適宜高爐噴吹的優(yōu)質(zhì)燃料。國外高爐多用它，但受資源限制。1.5.4高爐燃料二、噴吹用燃料901.5.4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)熱值高的無煙粉煤。一般認為，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)量要求。從國內(nèi)外高爐生產(chǎn)實踐看，高爐噴吹煤種的范圍很廣，包括無煙煤、煙煤、褐煤等各煤種都可以用來噴吹。如德國蒂森公司噴吹過從揮發(fā)分為9%的無煙煤到揮發(fā)分達50%的褐煤。日本也將低揮發(fā)分無煙煤、高揮發(fā)分煙煤等不同煤種用于高爐噴吹。1.5.4高爐燃料二、噴吹用燃料91第一章結(jié)束煉鐵學教學講解課件92第二章鐵礦燒結(jié)煉鐵學教學講解課件93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年中國生鐵總產(chǎn)量為2億噸，2005年將達2.5億噸。2003年美國鋼鐵產(chǎn)品銷售量為1.056億噸，較上年增長6.5％。中國2003年球團礦產(chǎn)量3000萬噸，現(xiàn)有63座以上豎爐，生產(chǎn)總面積超過520m2

2.1.1燒結(jié)的意義第二章鐵礦燒結(jié)富礦粉和貧礦富選后得到的精礦粉都不能直接入94第二章鐵礦燒結(jié)通過燒結(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，擴大了礦石資源，又改善了環(huán)境。因此自上世紀50年代以來，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)通過燒結(jié)得到的燒結(jié)礦具有許多優(yōu)于天然富礦的95第二章鐵礦燒結(jié)燒結(jié)礦質(zhì)量對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。對燒結(jié)礦質(zhì)量的要求是：品位高，強度好，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，僅討論幾個特殊問題2.1.2燒結(jié)礦質(zhì)量評價第二章鐵礦燒結(jié)燒結(jié)礦質(zhì)量對高爐冶煉效果具有重大影響。改善96第二章鐵礦燒結(jié)1.強度和粒度。燒結(jié)礦強度好，粒度均勻，可減少轉(zhuǎn)運過程中和爐內(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)礦強度提高意味著燒結(jié)機產(chǎn)量(成品率)增加，同時大大減少了粉塵，改善燒結(jié)和煉鐵廠的環(huán)境，改善設(shè)備工作條件，延長設(shè)備壽命。一個年產(chǎn)500萬噸生鐵的煉鐵廠，若燒結(jié)礦強度差，粉末多，使爐塵吹出量增加50kg/t鐵，則一年光吹損的燒結(jié)礦就達25萬噸，相當于浪費了50萬噸/年的采選能力，再計上爐況不順帶來的損失，那就更大了。相當于損失一個中型煉鐵廠。足見提高燒結(jié)礦強度特別是高溫還原強度之重要。2.1.2燒結(jié)礦質(zhì)量評價第二章鐵礦燒結(jié)1.強度和粒度。2.1.2燒結(jié)礦質(zhì)量評97第二章鐵礦燒結(jié)1.強度和粒度。國內(nèi)外多采用標準轉(zhuǎn)鼓的鑒定方法來確定燒結(jié)礦強度。取粒度25~150mm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10次進行篩分，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)量評價第二章鐵礦燒結(jié)1.強度和粒度。2.1.2燒結(jié)礦質(zhì)量評98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)礦強度愈好。一般要求燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)大于75%。2.1.2燒結(jié)礦質(zhì)量評價第二章鐵礦燒結(jié)式中A——試樣中小于5mm部分的重量，kg99第二章鐵礦燒結(jié)2.還原性燒結(jié)礦還原性好，有利于強化冶煉并相應(yīng)減少還原劑消耗，從而降低焦比。還原性的測定和表示方法亦未標準化。生產(chǎn)中習慣用燒結(jié)礦中的FeO含量表示還原性。一般認為FeO升高，表明燒結(jié)礦中難還原的硅酸鐵2FeO·SiO2(還有鈣鐵橄欖石)多，燒結(jié)礦過熔而使結(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%。國外有低于5%的。鞍鋼新燒結(jié)廠燒結(jié)礦標準規(guī)定FeO含量8.5％±1.5％為合格品。2.1.2燒結(jié)礦質(zhì)量評價第二章鐵礦燒結(jié)2.還原性2.1.2燒結(jié)礦質(zhì)量評價100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)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，尚須加入相當數(shù)量的石灰石才能達到預(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(1.0~1.4)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)量評價第二章鐵礦燒結(jié)3.堿度2.1.2燒結(jié)礦質(zhì)量評價101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(2.0~3.0)、超高堿度(3.0~4.0)燒結(jié)礦。高爐使用這種燒結(jié)礦無須加石灰石。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，以達到合適的爐渣堿度。為了改善爐渣的流動性和穩(wěn)定性，燒結(jié)礦中常含有一定量的MgO(如2~3%或更高)，使渣中MgO含量達到7~8%或更高，促進高爐順行。在此情況下，燒結(jié)礦和爐渣的堿度應(yīng)按(CaO+MgO)/SiO2來考慮。2.1.2燒結(jié)礦質(zhì)量評價第二章鐵礦燒結(jié)3.堿度2.1.2燒結(jié)礦質(zhì)量評價102第二章鐵礦燒結(jié)目前世界各國90%以上的燒結(jié)礦由抽風帶式燒結(jié)機生產(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)，抽風或鼓風盤式燒結(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燒結(jié)法來論述。

2.2燒結(jié)反應(yīng)過程第二章鐵礦燒結(jié)2.2燒結(jié)反應(yīng)過程103第二章鐵礦燒結(jié)2.2燒結(jié)反應(yīng)過程第二章鐵礦燒結(jié)2.2燒結(jié)反應(yīng)過程104第二章鐵礦燒結(jié)2.2燒結(jié)反應(yīng)過程第二章鐵礦燒結(jié)2.2燒結(jié)反應(yīng)過程105第二章鐵礦燒結(jié)2.2燒結(jié)反應(yīng)過程第二章鐵礦燒結(jié)2.2燒結(jié)反應(yīng)過程106第二章鐵礦燒結(jié)抽風燒結(jié)過程是將鐵礦粉、熔劑和燃料經(jīng)適當處理，按一定比例加水混合，鋪在燒結(jié)機上，然后從上部點火，下部抽風，自上而下進行燒結(jié)，得到燒結(jié)礦。取一臺車剖面分析，抽風燒結(jié)過程大致可分為五層(圖3-2)，即燒結(jié)礦層、燃燒層、預(yù)熱層、干燥層和過濕層。這五層并不是截然分開的。點火燒結(jié)開始，各層依次出現(xiàn)，一定時間后，各層又依次消失，而最終剩下燒結(jié)礦層。一、抽風燒結(jié)過程第二章鐵礦燒結(jié)抽風燒結(jié)過程是將鐵礦粉、熔劑和燃料經(jīng)適當處107第二章鐵礦燒結(jié)一、抽風燒結(jié)過程第二章鐵礦燒結(jié)一、抽風燒結(jié)過程108第二章鐵礦燒結(jié)(1)燒結(jié)礦層從表面開始隨著燒結(jié)過程的進行逐漸增厚。抽入的空氣通過燒結(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，進行液相的冷卻結(jié)晶(1000~1100℃)，使燒結(jié)物固結(jié)形成多孔的燒結(jié)礦。一、抽風燒結(jié)過程第二章鐵礦燒結(jié)(1)燒結(jié)礦層一、抽風燒結(jié)過程109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1300~1500℃的高溫，使燒結(jié)料局部熔化、造渣并進行還原、氧化，石灰石及硫化物的分解反應(yīng)。從燃料著火開始到燃燒完畢，需要一定時間。故燃燒層有一定厚度，約15~80mm。燃燒層沿著高度下移的速度稱為垂直燒結(jié)速度，一般為10~40mm/min。這一速度決定著燒結(jié)機的生產(chǎn)率。一、抽風燒結(jié)過程第二章鐵礦燒結(jié)(2)燃燒層一、抽風燒結(jié)過程110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(一般為700℃左右，但在燒結(jié)層中實際為1050~1150℃)，并進行氧化、還原、分解和固相反應(yīng)，出現(xiàn)少量液相。一、抽風燒結(jié)過程第二章鐵礦燒結(jié)(3)預(yù)熱層一、抽風燒結(jié)過程111第二章鐵礦燒結(jié)(4)干燥層同預(yù)熱層交界處溫度約120~150℃，燒結(jié)料中的游離水在此大量蒸發(fā)，使料干燥。同時料中熱穩(wěn)定性差的一些球形顆?？赡芷屏?，使料層透氣性變壞。一、抽風燒結(jié)過程第二章鐵礦燒結(jié)(4)干燥層一、抽風燒結(jié)過程112第二章鐵礦燒結(jié)(5)過濕層即原始的燒結(jié)混合料層。由于干燥層來的廢氣中含有大量的水蒸氣，當其被濕料層冷卻到露點溫度以下時，水氣便重新凝結(jié)，使料的濕分超過原始水分，造成過濕現(xiàn)象，使料層透氣性惡化。為避免過濕，應(yīng)確保濕料層溫度在露點以上。

一、抽風燒結(jié)過程第二章鐵礦燒結(jié)(5)過濕層一、抽風燒結(jié)過程113第二章鐵礦燒結(jié)可見燒結(jié)過程是許多物理和化學變化過程的綜合。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)化和氣體動力學等。在某一層中可能同時進行幾種反應(yīng)，而一種反應(yīng)又可能在幾層中進行。下面對各過程分別進行研究和討論。一、抽風燒結(jié)過程第二章鐵礦燒結(jié)可見燒結(jié)過程是許多物理和化學變化過程的綜合114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和吸收大氣水分外，在混合時為使礦粉成球，提高料層透氣性，常外加一定量的水，使混合料中含水達7~8%。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200~300℃才開始分解放出，若含有粘土質(zhì)高嶺土礦物(Al2O3·2SiO2·H2O)則需要在400~600℃才能分解，甚至900~1000℃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)任何粉料在空氣中總含有一定水分，燒結(jié)料也不115第二章鐵礦燒結(jié)為加速結(jié)晶水分解必須嚴格控制粉料的粒度。因為結(jié)晶水的高溫分解要吸收熱量，同時消耗碳素，這不論在燒結(jié)過程或是高爐冶煉中都要引起燃耗增加，因而不利。其反應(yīng)為：500~1000℃ 2H2O+C=CO2+2H2 ΔH=99600J/mol1000℃以上時 H2O+C=CO+H2ΔH=133100J/mol 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)晶水分解必須嚴格控制粉料的粒度。因116第二章鐵礦燒結(jié)燒結(jié)料中的碳酸鹽有CaCO3、MgCO3，如果用菱鐵礦和菱錳礦燒結(jié)，則還有FeCO3和MnCO3。生產(chǎn)熔劑性或高堿度燒結(jié)礦時，需加入大量的CaCO3和一定的MgCO3。它們的分解條件如圖3-3所示。CaCO3的分解溫度較其他碳酸鹽高。其分解反應(yīng)為:三、碳酸鹽分解及礦化作用第二章鐵礦燒結(jié)三、碳酸鹽分解及礦化作用117第二章鐵礦燒結(jié)其分解速度同溫度、粒度、外界氣流速度和氣相中CO2濃度等相關(guān)，溫度升高，粒度減小，氣流速度加快，氣相中CO2濃度降低，則分解加速。在燒結(jié)過程中，上述分解溫度是完全可以滿足的。石灰石的粒度一般小于3mm。這一方面有利于其迅速分解，更重要的是有利于礦化作用，即CaO同其他氧化物反應(yīng)形成新的礦物的作用。三、碳酸鹽分解及礦化作用第二章鐵礦燒結(jié)三、碳酸鹽分解及礦化作用118第二章鐵礦燒結(jié)燒結(jié)料中固體碳的燃燒為形成粘結(jié)所必須的液相和進行各種反應(yīng)提供了必要的條件(溫度、氣氛)。燒結(jié)過程所需要的熱量的80~90%為燃料燃燒供給。然而燃料在燒結(jié)混合料中所占比例很小，按重量計僅3~5%，按體積計約10%。在碳量少，分布稀疏的條件下，要使燃料迅速而充分地燃燒，必須供給過量的空氣，空氣過剩系數(shù)達1.4~1.5或更高。四、燃料燃燒和傳熱第二章鐵礦燒結(jié)四、燃料燃燒和傳熱119第二章鐵礦燒結(jié)由于燃料分布不均，在燃料少，透氣性好，空氣充足處，進行完全燃燒形成氧化區(qū)。C焦+O2=CO2在燃料多，透氣性差，空氣不足處，進行不完全燃燒形成還原區(qū)。C焦+1/2O2=CO所以，在燃燒層的燃燒產(chǎn)物中，同時有CO2和CO，還有過剩的O2和不發(fā)生反應(yīng)的N2。在燃燒層中，主要是氧化區(qū)，也有部分的還原區(qū)。增加燃料用量，減小燃燒速度，可增強還原劑氣氛。減少燃料用量，改善料層透氣性，增加氣流速度和含氧量，可提高燃燒速度，提高燒結(jié)過程的氧勢。四、燃料燃燒和傳熱第二章鐵礦燒結(jié)由于燃料分布不均，在燃料少，透氣性好，空氣120第二章鐵礦燒結(jié)燃料燃燒雖然是燒結(jié)過程的主要熱源，但僅靠它并不能把燃燒層溫度提高到1300~1500℃的水平。相當部分的熱量是靠上部灼熱的燃燒礦層將抽入的空氣預(yù)熱到足夠高的溫度來供給燃燒層燃料燃燒的。灼熱的燒結(jié)礦層相當于一個“蓄熱室”。這一作用稱為燒結(jié)過程中的自動蓄熱作用。熱平衡分析指出，這種自動蓄熱作用帶來的熱量約占供熱總量的40%。四、燃料燃燒和傳熱第二章鐵礦燒結(jié)四、燃料燃燒和傳熱121第二章鐵礦燒結(jié)隨著燒結(jié)過程的進行，燃燒層向下移動，燒結(jié)礦層增厚，自動蓄熱作用愈顯著，愈到下層燃燒溫度愈高。這就出現(xiàn)上層溫度不足(一般為1150℃左右)，液相不多，強度較低，返礦較多；而下部溫度過高，液相多，過熔，強度雖高而還原性差，即上下燒結(jié)礦質(zhì)量不均的現(xiàn)象。為改善這種狀況，提出了具有不同配碳量的雙層或多層燒結(jié)的方法。即上層含碳量應(yīng)高于平均含碳量，而下層應(yīng)低于平均含碳量，以保證上下層溫度均勻，質(zhì)量一致。而且節(jié)省燃料。蘇聯(lián)采用分層燒結(jié)某礦粉，下部含碳量低1.2%，節(jié)省燃料10%，聯(lián)邦德國某廠使用雙層燒結(jié)，節(jié)省燃料15%，日本用此法節(jié)省燃料10%。四、燃料燃燒和傳熱第二章鐵礦燒結(jié)隨著燒結(jié)過程的進行，燃燒層向下移動，燒結(jié)礦122第二章鐵礦燒結(jié)隨著燒結(jié)料層的增厚，自動蓄熱量增加，有利于降低燃料消耗，但隨著料層厚度增加，蓄熱量的增加逐漸減少，所以燃耗降低幅度也減小。當燒結(jié)礦層形成一個穩(wěn)定的蓄熱層后，則蓄熱量將不再增加，燃耗也不再降低。因此，從熱量利用角度看，厚料層燒結(jié)是有利的，但不是愈厚愈好，在一定的條件下，存在著一個界限料層高度。同時料層高度的進一步增加還受到透氣性的限制。高溫區(qū)(燃燒層)的溫度，下移速度和厚度也對燒結(jié)過程有重大影響。高溫區(qū)厚度增加可保證高溫燒結(jié)反應(yīng)有充分時間進行，提高質(zhì)量，但過厚則增加氣流阻力。四、燃料燃燒和傳熱第二章鐵礦燒結(jié)隨著燒結(jié)料層的增厚，自動蓄熱量增加，有利于123第二章鐵礦燒結(jié)1.鐵氧化物的分解還原和氧化燒結(jié)過程宏觀上是氧化性氣氛，但在燃燒顆粒表面附近或燃料集中處，CO濃度極高，故也有局部還原性氣氛。即微觀來看，在料層中既有氧化區(qū)也有還原區(qū)，因此對鐵礦物同時存在著氧化、還原、分解等反應(yīng)。五、氧化、還原反應(yīng)及有害雜質(zhì)的去除

第二章鐵礦燒結(jié)1.鐵氧化物的分解還原和氧化五、氧化、還原124第二章鐵礦燒結(jié)在有CO存在的區(qū)域，只要300℃左右，F(xiàn)e2O3就很易被還原：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2

此反應(yīng)所需的CO平衡濃度很低。所以一般燒結(jié)礦中自由Fe2O3很少。在有固相反應(yīng)生成CaO·Fe3O4的條件下，F(xiàn)e2O3較難還原，燒結(jié)礦中FeO較低。五、氧化、還原反應(yīng)及有害雜質(zhì)的去除

第二章鐵礦燒結(jié)五、氧化、還原反應(yīng)及有害雜質(zhì)的去除125第二章鐵礦燒結(jié)磁鐵礦(Fe3O4)分解壓很小，較難分解。但在有SiO2存在時，F(xiàn)e3O4的分解壓接近Fe2O3分解壓，故在1300~1350℃以上亦可進行熱分解：2Fe3O4+3SiO2=3(2FeO·SiO2)+O2

在900℃以上，F(xiàn)e3O4可被CO還原，F(xiàn)e3O4+CO=3FeO+CO2

五、氧化、還原反應(yīng)及有害雜質(zhì)的去除

第二章鐵礦燒結(jié)五、氧化、還原反應(yīng)及有害雜質(zhì)的去除126第二章鐵礦燒結(jié)SiO2存在時，促進了這一還原，2Fe3O4+3SiO2+2CO=3(2FeO·SiO2)+2CO2

CaO存在時，不利于2FeO·SiO2的生成，故不利于反應(yīng)進行。因此，燒結(jié)礦堿度提高后，F(xiàn)eO會有所降低。MnO2和Mn2O3比Fe2O3具有更大的分解壓力，在較低溫度下即可進行分解。五、氧化、還原反應(yīng)及有害雜質(zhì)的去除

第二章鐵礦燒結(jié)五、氧化、還原反應(yīng)及有害雜質(zhì)的去除127第二章鐵礦燒結(jié)FeO分解壓力很小，927℃時為6.4×10-18Mpa，在一般燒結(jié)條件下，F(xiàn)eO很難被CO還原為Fe。因為在700℃時，反應(yīng)FeO+CO=Fe+CO2的氣相平衡中CO2/CO=0.666，溫度升高，此值下降，所需CO濃度較高。在配碳量很高和燒結(jié)溫度很高情況下，上述反應(yīng)可進行，從而獲得一定數(shù)量的金屬鐵。

五、氧化、還原反應(yīng)及有害雜質(zhì)的去除

第二章鐵礦燒結(jié)五、氧化、還原反應(yīng)及有害雜質(zhì)的去除128第二章鐵礦燒結(jié)在燃燒層中距碳粒較遠的區(qū)域，氧化性氣氛較強?？梢允笷e3O4和FeO氧化：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3

3FeO+1/2O2=Fe3O4

在空氣通過灼熱的燒結(jié)礦層時，也進行氧化反應(yīng)，燒結(jié)礦氣孔壁表面有氧化層就是證明。正因為如此，燒結(jié)過程中還原得到的少量金屬鐵，很容易被抽入的空氣氧化。因此燒結(jié)礦中金屬鐵量甚微，一般在0.5%以下。五、氧化、還原反應(yīng)及有害雜質(zhì)的去除

第二章鐵礦燒結(jié)五、氧化、還原反應(yīng)及有害雜質(zhì)的去除129第二章鐵礦燒結(jié)2.有害雜質(zhì)的去除燒結(jié)過程可以部分去除礦石中硫、鉛、鋅、砷、氟、鉀、鈉等對高爐有害的物質(zhì)，以改善燒結(jié)礦的質(zhì)量和高爐冶煉過程。這是鐵礦燒結(jié)的一個突出優(yōu)點。五、氧化、還原反應(yīng)及有害雜質(zhì)的去除

第二章鐵礦燒結(jié)2.有害雜質(zhì)的去除五、氧化、還原反應(yīng)及有害130第二章鐵礦燒結(jié)(1)燒結(jié)去硫。燒結(jié)可以去除大部分的硫。以硫化物形態(tài)存在的硫可以去除90%以上，而硫酸鹽的去硫率也可達80~85%。高爐要求入爐天然礦石(一極品)含S≤0.06%。國家頒布標準規(guī)定入爐一級燒結(jié)礦含S≤0.08%。燒結(jié)是處理高硫鐵礦的一個有效途徑。鐵礦石中的硫常以硫化物形態(tài)(FeS2)和硫酸鹽(CaSO4、BaSO4等)的形式存在存在。

五、氧化、還原反應(yīng)及有害雜質(zhì)的去除

第二章鐵礦燒結(jié)五、氧化、還原反應(yīng)及有害雜質(zhì)的去除131在低于1350℃時，以生成Fe2O3為主，在高于1350℃時，主要生成Fe3O4。在低于1350℃時，以生成Fe2O3為主，132第二章鐵礦燒結(jié)硫酸鹽的分解壓很小，開始分解的溫度相當高，如CaSO4大于975℃，BaSO4高于1185℃。因此其去硫比硫化物困難。但當有Fe2O3和SiO2存在時，可改善其去硫熱力學條件。CaSO4+Fe2O3=CaO·Fe2O3+SO2+1/2O2 ΔH=485J/molBaSO4+SiO2=BaO·SiO2+SO2+1/2O2 ΔH=459J/mol 五、氧化、還原反應(yīng)及有害雜質(zhì)的去除

第二章鐵礦燒結(jié)硫酸鹽的分解壓很小，開始分解的溫度相當高，133第二章鐵礦燒結(jié)硫化物的去硫反應(yīng)為放熱反應(yīng)，而硫酸鹽的去硫反應(yīng)則為吸熱反應(yīng)。因此，提高燒結(jié)溫度對硫酸鹽礦石去硫有利。而在燒結(jié)硫化物礦石時，為穩(wěn)定燒結(jié)溫度，促進脫硫，應(yīng)相應(yīng)降低燃耗。大致1kg硫相當于0.5~0.6kg焦粉。硫化物燒結(jié)去硫主要是氧化反應(yīng)。高溫、氧化性氣氛有利于去硫。兩者都與燃料量直接有關(guān)。燃料量不足時，燒結(jié)溫度低，氧化反應(yīng)速度慢。但燃料過多，溫度過高，易產(chǎn)生過熔(FeO與FeS易形成低熔物)和表面渣化，阻礙了O2向硫化物表面的擴散吸附和SO2的擴散脫附過程，反使脫硫率降低，同時燃料量過多，料層中還原氣氛濃，亦影響去硫。凡能夠提高燒結(jié)過程氧勢的措施均有利于去硫。五、氧化、還原反應(yīng)及有害雜質(zhì)的去除

第二章鐵礦燒結(jié)硫化物的去硫反應(yīng)為放熱反應(yīng)，而硫酸鹽的去硫134第二章鐵礦燒結(jié)礦粉粒度大，擴散阻力增加，不利于去硫；但若粒度過細，料層透氣性不好，容易引起燒結(jié)過程不均，產(chǎn)生燒不透的生料，降低去硫率。最佳去硫率的適宜礦粉粒度為0~6mm。燒結(jié)料中石灰物質(zhì)硫酸化的結(jié)果使去硫平均降低5~7%。事實上熔劑性燒結(jié)礦中以CaS形態(tài)存在的硫較多。表明CaO的吸硫作用降低了燒結(jié)過程的去硫效率、鞍鋼