兰州理工大学钢铁冶金第二章高炉炼铁原料
2钢铁冶金-高炉冶炼用原料
基本概念
金矿石
基本概念
银矿石
基本概念
铜矿石
基本概念
铁矿石
题 纲
基本概念
铁矿石
铁矿石的富选 铁矿粉造块 燃料 熔剂
铁矿石
铁矿石分布
世界铁矿资源丰富，据调查，截止 年底， 世界铁矿资源丰富，据调查，截止2004年底，世界铁矿石 年底 储量为1600亿t，储量基础为 储量为 亿 ，储量基础为3700亿t，铁金属储量为 亿 ，铁金属储量为800亿t，储 亿， 量基础为1800亿t。 量基础为 亿。 世界铁矿资源集中在澳大利亚、巴西、俄罗斯、乌克兰、 世界铁矿资源集中在澳大利亚、巴西、俄罗斯、乌克兰、 哈萨克斯坦、印度、美国、加拿大、南非等国。 哈萨克斯坦、印度、美国、加拿大、南非等国。 中国铁矿资源主要分布在华北、东北、华东、西南、中南、 中国铁矿资源主要分布在华北、东北、华东、西南、中南、 西北等地，有两个特点：一是贫矿多， 西北等地，有两个特点：一是贫矿多，贫矿出储量占总储量的 80%；二是多元素共生的复合矿石较多。此外矿体复杂；有些 ；二是多元素共生的复合矿石较多。此外矿体复杂； 贫铁矿床上部为赤铁矿，下部为磁铁矿。 贫铁矿床上部为赤铁矿，下部为磁铁矿。
钢
铁
冶
金
概
论
2 高炉冶炼用原料
濮耐技术
2008年8月 年 月
陈勇
复习
冶金的方法有哪些？ 冶金的方法有哪些？ 钢和生铁有何区别？ 钢和生铁有何区别？ 钢铁生产工艺流程？ 钢铁生产工艺流程？ 耐火材料在钢铁冶金中的作用？ 耐火材料在钢铁冶金中的作用？
绪论
钢铁生产工艺流程
（高炉的还原过程） （氧化过程） 高炉的还原过程） 氧化过程）
铁矿石
铁矿石分类 磁铁矿石 赤铁矿石 褐铁矿石 菱铁矿石 请分别写出各矿石的化学分子式！ 请分别写出各矿石的化学分子式！
高炉炼铁原理课件
高炉内的传热过程
总结词
高炉内的传热过程是炼铁过程中必不可少的环节，它涉及到多种传热方式，如传导、对流和辐射。
详细描述
高炉内的传热过程主要通过焦炭、矿石和铁水等固体物质之间的热传导，以及气体和铁水之间的对流 换热来完成。此外，高炉内的高温环境还使得热量以辐射方式传递。这些传热方式共同作用，使得热 量能够有效地传递到铁水中，完成炼铁过程。
成分监测与控制
生铁的成分直接影响其质量和用途。为确保生铁质量达标，应定期对生铁成分进行监测， 并根据监测结果调整原料配比、焦炭质量和鼓风量等参数。
压力监测与控制
高炉内的压力对气体流量和反应过程有重要影响。压力的波动可能导致炉况不稳和生产事 故。因此，应定期监测高炉内压力，并对其进行控制，确保压力稳定。
，降低能耗。
05 渣铁分离与排放
渣铁的形成与性质
渣铁的形成
在高炉炼铁过程中，矿石、焦炭和熔剂经过一系列化学反应后形成渣铁。
渣铁的性质
渣铁具有不同的物理和化学性质，如密度、黏度、成分等，这些性质对渣铁分 离和排放过程有重要影响。
渣铁的分离过程
自然分离
在高炉中，渣铁由于密度差异自 然分层，上层为铁水，下层为炉
燃料的燃烧过程
燃料燃烧反应
燃烧产物的成分
燃料在高温下与空气中的氧气发生化 学反应，释放出热量，加热高炉内的 气体和原料。
燃烧产物主要是高炉内的气体和炉渣 ，其成分和性质对高炉炼铁的产品质 量和效率有着重要影响。
燃烧效率
燃料燃烧效率的高低直接影响到高炉 炼铁的效率，因此需要控制好燃烧过 程，提高燃烧效率。
高炉炼铁原理课件
• 高炉炼铁概述 • 原料准备与燃料 • 还原过程与化学反应 • 高炉内气体流动与传热 • 渣铁分离与排放 • 高炉操作与控制
钢铁冶金概论第二章 高炉炼铁-主要物理化学反应与操作工艺
（1）CaCO3在高炉中的分解吸热
CaCO3 ( s) CaO( s ) CO2 ( g ) 42500kcal
每100kg CaCO3分解吸收的热量是6kg焦炭燃烧产生 的热量。 （2）CaCO3在进入高温区分解产生的CO2，其中 50%参与焦炭溶损反应，该反应900℃开始，1000℃ 剧烈进行，大量吸热，降低焦炭热强度
高岭土（Al2O3· 2O）中的结晶水： 2H
400℃开始→500~600 ℃剧烈分解
大颗粒矿传热慢，尽管矿粒表面温度已达到剧烈 分解温度，但内部温度还很低，当内部温度达到 剧烈分解温度时，表面温度已很高，分解出来的 水会与焦炭反应。
2013-7-19 6
500~900 ℃
T> 900 ℃
C + 2H2O = CO2 + H2
这些碳酸盐分解 发生在低温区， 对高炉冶炼影响 不大
T沸1 720 ~ 780C T沸2 900C
3）白云石
MgCO3 CaCO3 ( s) MgO( s) CaCO3 ( s) CO2 ( g ) MgO( s) CaO( s) 2CO2 ( g )
4）碳酸铁
2
2013-7-19
T<1000°C
上缘T:1150~1200℃ 矿石开始软化收缩
下缘T: 1400°C,渣铁 开始熔融滴落 包括活性焦炭区 和呆滞区
鼓风T为1100~1300℃， 在风口前端形成回旋 区向炉缸中心延伸， 产生大量热量和CO， 产生空间使炉料下降
T为1400~1500°C
2013-7-19 3
(FeO) + C焦炭 = [Fe] + CO -36350kcal/kmol
高炉炼铁的原理
高炉炼铁的原理
简介
高炉炼铁是一种重要的冶炼工艺，通过高炉将铁矿石和焦炭等原料还原为铁。
高炉通常是一个巨大的金属容器，内部通过高温反应实现铁的冶炼。
原料
铁矿石是高炉炼铁的主要原料之一，常见的铁矿石包括赤铁矿、磷铁矿等。
此外，焦炭、石灰石等原料也是高炉炼铁中必不可少的。
原理
1.燃烧过程: 高炉中焦炭等燃料在燃烧时产生高温，燃气通过矿石料床
加热矿石，并在还原区域发生还原反应。
2.还原反应: 在高炉内，煤气经过还原区域与铁矿石中的氧化铁发生反
应，将氧还原为气态二氧化碳，释放出铁。
3.融化过程: 上述反应产生的铁在高温下融化，并通过热对流从上向下
移动到高炉的熔融区域。
4.炉渣形成: 高炉中产生的碳酸化合物和石灰石在高温下融化形成炉渣，
在铁水表面形成保护膜，防止铁的再氧化。
冶炼过程
高炉炼铁过程通常会经历炉料下料、补料、冶炼、出铁等阶段。
整个过程需要
严格调控高炉的温度、气氛、矿石的质量等参数，以确保炼铁效果。
结论
高炉炼铁是一项复杂的冶炼过程，通过高炉的高温还原反应，将铁矿石转化为铁。
高炉炼铁工艺的改进和提高效率对于保障铁铸造业的发展至关重要，进一步
提高炼铁效率和降低成本是未来的发展方向。
2020年兰州理工大学钢铁冶金学第一章炼铁部分参照模板可编辑
14560 9763 7937 1223 228 442 504
38.0% 25.5% 20.7% 3.2% 0.6% 1.2% 1.3%
2013铁矿石进口8.19亿吨，较2012年的7.44亿吨增长 10.2%；进口总额1057.28亿美元，同比增长10.4%。
1.2 炼铁生产流程
矿山
精矿 粉矿 块矿
4.5
4.0
3.5
3.0 钢产量
2.5
2.0 矿石进口量
1.5
1.0
0.5
0.0 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008
2007年铁矿石原 矿总量8.05亿吨左 右，进口铁矿石 总量为3.7亿吨左 右 10年铁矿石原 矿总量10亿吨左 右，进口铁矿石 总量为6.2亿吨左 右，铁矿石对外 依存63%左右。
社，2000 7. 陈家祥，钢铁冶金学（炼钢部分），冶金工业出版社，2004 8. 炼铁 章天华 冶金工业出版社 1986 9. 铁冶金学 文光远 重庆大学出版 1993 10. 炼钢工艺学 高泽平 冶金工业出版社 2006 11. 电弧炉炼钢工艺与设备 沈才芳 冶金工业出版社 2002 12. 炼钢学、炼铁学 北京科技大学
球团矿 烧结矿
焦化厂 熔 焦炭 剂
制粉车间 煤粉
喷吹燃料
高炉
铸铁机
铸造生铁
铁水
炼 钢 生 铁
转炉
炉渣
高炉煤气
水泥厂
炼钢厂
轧钢
热风炉 鼓风机 发电厂
高炉的五大系统
高 炉 的 原 料 系 统
称量料斗
送风系统
送风系统之——热风炉
原料系统之一——上料皮带
炉顶布料
1.3 高炉本体
某大学理工钢铁冶金行业及高炉炼铁原料管理知识
带式抽风烧结机
带式抽风烧结机
液化气体
再循环罩
分离器
气体混合室 分离器
带式抽风烧结机
烧结矿冷却机
1）烧结过程 精矿、粉矿 （0~10mm）
石灰石、白云石 （80~0mm）
碎焦、无烟煤 （25~0mm）
破碎
>3mm
筛分 3~0配mm 料 皮
破碎 3~0mm
带
瓦斯灰、轧钢皮 （10~0mm）
越好
⑶有害杂质和有益元素：S、P、Pb、Zn、As、K、Na、 Cu、 Mn、V、Ni、Cr、Nb
B 强度和粒度 强度↓易粉化影响高炉透气性，不同粒度应分级入炉;
C 还原性： 铁矿石被CO、H2还原的难易程度，影响焦比;
D 化学成分稳定性： TFe波动≤±0.5%，SiO2 ≤±0.03%混匀的重要性（条件： 平铺直取——原料场应足够大）;
铁矿石的准备处理
破碎
粗破
筛分
混匀
焙烧
选矿
造块 磁选机
球磨机 输送机
烧结矿及烧结球团
烧结矿
烧结球团
2.1.2 （助）熔剂
（1）作用：形成低熔点易流动的炉渣、脱S（碱性熔剂）调 整成分。
（2）种类：
性质 碱性 酸性
中性
使用条件及作用
铁矿中脉石为酸性氧化物，包括：石灰石、白云石、石灰
铁矿中脉石为碱性氧化物，主要为：SiO2（只在炉况失常 时使用——（Al2O3）≥18%或排碱时） 高Al熔剂，主要为：含Al2O3高的铁矿（只在降低炉渣流动 性时使用）
• 式中A--试样中小于5mm部分的重量，kg。显然转鼓指数 愈大，烧结矿强度愈好。一般要求烧结矿的转鼓指数大 于75%。
钢铁冶金学(炼铁)课件第2章
第二章铁矿粉造块(Agglomeration of Fine Iron Ores)2.1 铁矿粉造块的意义和作用铁矿石造块的必要性现代高炉(Blast furnace)生产对原料(Raw materials)提出更加严格的要求(精料方针)；天然富矿(Natural rich ore)少，富矿粉(Ore fines)和贫矿(Lean ore)选矿(Ore-dressing或Beneficiation)后的精矿粉(Concentrates)粒度(Size)细，不适合在填充床(Packed bed)中的冶炼；通过造块工艺，可改善铁矿石(Iron ores)的冶金性能(Metallurgical properties)；通过造块过程，可脱除某些杂质，如：S、P、K、Na等；造块过程可综合利用冶金企业产生的大量粉尘(Fines or Dusts)和烟尘(Flue dust)。
我国烧结矿(Sinter)生产的发展铁矿石烧结的发展简史2.2 造块的基础理论散料造块的基础理论2.3 烧结过程(Sintering Process)2.3.1 烧结工艺流程现代烧结生产是一种抽风烧结(Wind-drawing sintering)过程；料层厚度(Sinter mix/blend bed height)为350～700mm；点火温度(Ignition temperature)为950～1200℃；抽风负压(Wind-drawing negative pressure)为1000～1600mmH2O柱；烧结温度(Sintering temperature)为1260～1500℃。
烧结过程沿料层高度的变化状况1. 烧结矿层(Sinter ore layer)——上冷下热，约40～50 mm为脆性层(T低、急冷)；2. 燃烧层(Combustion layer)——即烧结层(Sintering layer)，厚度约为15～50 mm，温度为1100～1400℃，主要反应为燃烧反应；3. 预热层(Preheating layer)——厚度为20～40 mm，特点是热交换剧烈，温度快速下降，主要反应为水分蒸发、结晶水及石灰石分解、矿石氧化还原及固相反应；4. 冷料层(Mix/Blend layer)——即过湿层(Wetting layer)，上层带入的水分由于温度低而凝结，¯过多的重力水使混合料小球被破坏¯影响料层透气性(Permeability)；5. 垫底料层(Hearth layer)——为保护烧结机炉篦子不因燃烧带下移而烧坏。
冶金概论3-高炉冶炼用原料(二)
现代焦炭生产过程分为洗煤、配煤、炼 焦、熄焦及煤气和化工产品回收处理等工 序，生产工艺流程见图。
炼焦工艺：现代焦炭生产过程分为洗煤、配煤、炼焦、熄焦 及煤气和化工产品回收处理等工序，生产工艺流程见图2-10。
• (1)洗煤
•
原煤在炼焦前洗选，目的是降低煤中灰分和洗除
其它杂质。
• (2)配煤 • 可用于炼焦的煤主要有气煤、肥煤、焦煤和瘦 煤等。配煤是将上述各种结焦性不同的煤经洗选后， 按一定比例配合炼焦。目的是在保证焦炭质量的前 提下，节约日趋减少的主焦煤，扩大炼焦用煤源，
在烧结过程中还能去除其它有害元素，如As、Pb、
Zn、K、Na等。这些均为有毒气体，所以对烧结 废气应作净化处理。
• （3）烧结矿形成
• 烧结矿的成矿机理，包括烧结过程的固相反应、
液相形成及结晶过程。
•
在烧结料中主要矿物都是高熔点的，在烧结
温度下大多不能熔化。当物料加热到一定温度时， 各组分之间进行固相反应，生成熔点较低的新化 合物，使它们在较低温度下生成液相，并将周围 物料浸润和熔融。
水制成8 ～ 15mm的圆球。这种圆球经过干燥、焙烧
成为强度很高的球团矿。
(1)球团矿生产工艺 (P17 ～ 18，图2-6) (2)生球形成(P18，图2-7) (3)球团焙烧固结 (4)球团焙烧设备
4 球团矿与烧结矿的比较
• ①球团矿生产适合于使用细磨精矿粉。 烧结矿主要依靠液相固结，而球团矿主 要依据铁矿物的再结晶和结晶长大固结。 因而精矿品位越高、粒度越细、越有利 于球团生产。 细精矿粉如用于烧结，料层透气性明显 变差．将影响烧结生产率。
•
3FeO＋1/2O2＝Fe3O4
• 4)去硫反应： 烧结过程是一个有效的脱硫过程，
高炉炼铁的原料和产品
高炉炼铁的原料和产品图5-2为高炉炼铁原料和产品的流向图。
高炉使用的原料包括铁矿石（烧结矿、球团矿和块矿）、焦炭、煤粉、鼓风和少量熔剂；产品包括铁水、高炉煤气和高炉渣。
1 原料(1)铁矿石：烧结矿、球团矿和块矿的典型化学成分见表5-1。
在大型高炉炉料结构中，高碱度烧结矿一般占70% -80%,酸性的球团矿和块矿占20% ~30%。
熔剂通常为石灰石, 用来调节炉渣碱度。
高炉渣的碱度（ff = Ca0/Si02)在1.0-1.25之间，当碱性炉料（高碱度烧结矿）与酸性炉料（球团矿和块矿）比例合适时，高炉中可不加或只加少量石灰石。
根据人炉综合品位，冶炼U生铁需要消耗铁矿石1.5~1. 7t。
(2)燃料：焦炭在高炉风口区域燃烧产生大量热量和煤气（CO+ N2)。
煤气中的CO将铁矿石中的氧化铁还原成金W铁，燃烧产生的热量将渣铁熔化成铁水和液态炉渣。
焦炭在高炉内始终呈固态，它能够将整个高炉的料柱支撑起来，保持高炉内部具有良好的透气性。
煤粉从高炉风口喷入炉内，在风口区域燃烧产生热量和还原煤气，可代替部分焦炭。
但煤粉无法代替焦炭的另一个重要作用——支撑料柱。
目前，冶炼It生铁大约需要消耗焦炭250 - 350 kg,消耗煤粉150 ~ 250kg。
(3)鼓风：空气通过高炉鼓风机加压后成为高压空气（鼓风），经过热风炉换热，将温度提高到1100 ~1300"1：,再从高炉风口进人炉缸，与焦炭和煤粉燃烧产生热量和煤气。
鼓风带人高炉的物理热占高炉热量总收人的20%左右。
在鼓风中加人氧气可提高鼓风中的氧含量（称为富氧鼓风）。
采用富氧鼓风可提高风口燃烧温度，有利于高炉提高喷煤量和高炉利用系数。
冶炼It生铁大约需要鼓风1400 ~ 1700m3。
2 产品(1)铁水：铁水的主要化学成分为Fe、C、Si、Mn, P、S等，温度1450 ~ lSSOt。
按照Si含量的不同，将高炉铁水分为炼钢生铁（《>[Si] < 1.25%)和铸造生铁（切[Si]这1.25%)。
高炉炼铁工艺课件
3、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。
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。 2. 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。
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
第二章 高炉炼铁
2023/11/9
25
硫铁矿（主要成分FeS2） 褐铁矿（主要成分2Fe2O3·3H2O）
2含铁品位
Fe品位高，脉石含量低，冶炼时所需熔剂和形 成的渣少，用于分离渣铁所需的能量低。
T.Fe> 65%，P、S含量低的矿石可直接供直接 还原和熔融还原
鼓风机 热风炉
球团矿 烧结矿
焦炭
煤粉 熔剂 热风
高
炼铁工艺流程图
炉
水泥厂 铸铁机
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炉渣 铁水 高炉煤气 铸造生铁 炼钢生铁
放散 轧钢厂 转炉炼钢厂
6
由于高炉的效率高、能耗低，所以高炉生产的铁占 世界铁总产量的95%以上。
我国最大的高炉是宝钢3号高炉（4350m3）。世界
最大高炉达5000m3以上。
21
六、 高炉炉基
钢筋混凝土基座
2023/11/9
22
2.1.3 高炉炼铁原料及产品
一、高炉炼铁原料 1、含铁原料—Iron-Bearing Materials 铁矿石：1.6~1.8吨/吨铁，主要成分为
Fe3O4，理论含铁量72.4%； Fe2O3，理论含铁量70%
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23
(1)自然界中主要铁矿石 自然界中铁元素主要以化合态存在。主要矿
218
454
50 1840
525
1090
40 2300
985
2050
一般的经验数据是：品位提高1%，焦比降低2%， 产量增加3%
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28
脉石成分及分布
铁矿石中的脉石主要有 SiO2、Al2O3 、CaO 、 MgO等金属氧化物，以酸性氧化物为主。脉石 主要参与造渣，几乎不被还原
高炉炼铁原料
2、矿石粒度和气孔率
矿石粒度→料柱透气性、传热和传质条件→高炉 顺行和还原过程
粒度过大，与煤气接触面积小，扩散半径大，块 矿中心部分不易加热和还原，煤气利用变差，焦比 升高。
粒度过小，特别是粉末较多时，会使煤气流上升 的阻力增大，有碍高炉顺行，使产量降低。
16
（4）有害元素的含量
矿石中主要有害元素有：S、P、Cu、As,另外 还有:K、Na、Pb、Zn。
1）S 硫使钢材产生热脆性,在高炉炼铁过程中， S可 去除90%以上，但脱S消耗焦炭，降低产量。 对于高S矿石可以通过选矿、焙烧等方法处理， 降低原料含S量。
17
2）P
磷使钢材具有冷脆性,但含磷铁水流动性、 充填性好,对制造复杂铸件或改善导电性能有 利，铝电解用于制作阳极。
15
（3）有益元素：指对钢材质量有改善或可提取 的元素。如Mn、Cr、Co、Ni、V、Ti等。
这些元素可部分被还原进入生铁，并能改善钢 铁材料的性能。
当这些有益元素达到一定含量时，如 W(Mn)≥5％、W(Cr)≥0.6％、W(Co)≥0.03％、 W(Ni)≥0.2％、W(V)≥0.1％即可视为复合矿石， 其经济价值很大，是宝贵的矿石资源。
30
13
1.1.1.2 铁矿石的质量评价 1、化学成分：
（1）矿石品位 矿石品位即矿石含铁量，目前矿石品位的工 业开采不低于25%。 品位高并可直接入炉冶炼的铁矿石称为富矿， 品位低于理论品位70%为贫矿，贫矿需经磨矿、 选矿、造块等加工处理才能入炉。 矿石品位每提高1%,可降低焦比2%,提高产 量3%。
Pb、Zn在高炉内对炉料、炉衬起破坏作用。
19
20
5）钾和钠：以碳酸盐及硅酸盐形态存在。 在高炉中下部被还原成钾、钠氧化物或单质， 对炉衬构成侵蚀性破坏，并且恶化原燃料质 量。
冶金概论2-高炉冶炼用原料(一)
坚硬致 难还原 密 软，易 易还原 破碎 疏松 易还原
4.9～ 红色至浅 5.3 灰色
褐铁矿 mFe2O3.nH2O( 2.5～ 黄褐暗褐 m=1-3,n=1-4) 5.0 石 或绒黑色 菱铁矿 FeCO3 石 3.8 灰色带黄 褐色
易破碎 焙烧后 易还原
• 我国铁矿石资源丰富，已探明储量为443亿
• 根据矿石品位的不同，一般分为富矿石和 贫矿石。它们之间并没有严格的界限，通 常根据各个工业部门及矿区的具体条件而 定。 • 高炉富矿：品位在50％以上、可直接入高 炉冶炼的矿石。
• 贫矿石：品位太低、需经选矿加工富集的 矿石。 • 精矿：经加工处理后获得的高品位矿石。
• （3）脉石：矿石里除了有用矿物之外的、 在工业上几乎没有利用价值的矿物。 • 如磁铁矿石中的石英。
解，脉石中高岭土(A12O3· 2SiO2· 2O)结晶 2H
水分解温度为500℃以上。结晶水分解吸热，
因此在使用含结晶水的物料烧结时，应适
高温直接还原度，有利于降低燃料消耗和保证炉
内良好透气性。
• (6)矿石的强度与粒度组成。 矿石强度差易粉碎，粒度过小或大小不均，都 会使高炉料柱透气性变坏，导致炉况不顺，煤气 利用不好，所以一般要求粒度小于5mm的矿石不
能入炉。粒度上限与矿石还原性有关，难还原的
磁铁矿粒度不大于40mm，易还原的矿石粒度不大 于50mm；粒度下限为8mm。 为改善料柱透气性和有利于炉况顺行，铁矿石 在入炉前应整粒和分级入炉。
矿固结不好，强度低。
• 3)预热干燥层：混合料被燃烧层下来的热废气干 燥和预热。由于热交换进行迅速剧烈，故废气温
度很快从1500℃降至60 ～ 70℃。此层主要反应
是水分蒸发、结晶水及碳酸盐分解、矿石的氧化 还原以及固相反应等。该层厚度为20 ～ 40mm。 • 4）过湿层（冷料层）：因上层废气中带入较多的 水汽，进入冷料层温度降至露点以下时，水汽将 会大量冷凝于料层中，形成过湿层，从而破坏混 合料中已造好的小球，影响料层透气性。生产中
高炉炼铁原料
四种矿石比较
名称 主要成 分化学 式 Fe3O4 Fe2O3 理论含 铁量 /% 72.4 70 实际富 矿含铁 量/% 45~70 55~60 37~55 颜色 最低工 业品位 /% 特性
磁铁矿 赤铁矿
黑色 红色 黄褐色
20~25 P、S高，坚硬、致密， 难还原 30 30 P、S低，质软，易碎， 易还原 P高，质软疏松，易 还原
3
1、1 铁矿石分类
根据含铁矿物的主要性质，按其矿物组成 通常把铁矿石分为四大类： 1、磁铁矿石 2、赤铁矿石 3、褐铁矿石 4、菱铁矿石
2013-7-15
4
1、磁铁矿石
主要含铁矿物为磁铁矿，即Fe3O4 (FeO31％、Fe2O369％)理论含 铁量72.4％。磁铁矿受大气氧化部分形成Fe2O3，按氧 化程度不同分为假象磁铁矿和半假象磁铁矿，一般用 TFe%/FeO%来表示铁矿石的氧化程度，并规定： TFe%/FeO%=72.4/31=2.33 ——纯磁铁矿 TFe%/FeO%<3.5 ——磁铁矿 TFe%/FeO%=3.5~7 ——半假象赤铁矿 TFe%/FeO%>7 ——假象赤铁矿
2013-7-15
粒度范围（mm） 8～25，25～50 8～20 8～25 6～20，20～40 5～10
烧结矿 生矿难还原
生矿易还原
5～15
27
8、各项指标的稳定性
生产实践表明：当含铁波动从±1.5％下降到 ±0.2％，高炉增产4.5％，焦比降低2.5％。 大中型企业的含铁原料：TFe＜ ±0.5％， SiO2< ±0.2%，石灰石的CaO< ±0.5％，白 云石的MgO< ±0.5%。
褐铁矿 mFe2O3· 55.2~ nH2O 66.1
高炉炼铁化学方程式
高炉炼铁化学方程式在高温下，用还原剂将铁矿石还原得到生铁的生产过程。
炼铁的主要原料是铁矿石、焦炭、石灰石、空气。
铁矿石有赤铁矿(fe2o3)和磁铁矿(fe3o4)等。
铁矿石的含铁量叫做品位，在冶炼前要经过选矿，除去其它杂质，提高铁矿石的品位，然后经破碎、磨粉、烧结，才可以送入高炉冶炼。
焦炭的作用是提供热量并产生还原剂一氧化碳。
石灰石是用于造渣除脉石，使冶炼生成的铁与杂质分开。
炼铁的主要设备是高炉。
冶炼时，铁矿石、焦炭、和石灰石从炉顶进料口由上而下加入，同时将热空气从进风口由下而上鼓入炉内，在高温下，反应物充分接触反应得到铁。
高炉炼铁是指把铁矿石和焦炭，一氧化碳，氢气等燃料及熔剂（从理论上说把金属活动性比铁强的金属和矿石混合后高温也可炼出铁来）装入高炉中冶炼，去掉杂质而得到金属铁（生铁）。
有高炉法，直接还原法，熔融还原法，等离子法。
其反应式为：fe2o3+3co==2fe+3co2(高温)(还原反应）fe3o4+4co==3fe+4co2(高温)（还原成反应）炉渣的形成:题目：炼铁的主要设备是______．主要原料是铁矿石、______和______．答案工业炼铁在高炉中进行，主要原料有：铁矿石、焦炭和石灰石，焦炭在过量空气中生成二氧化碳，同时放出大量热，二氧化碳又在焦炭的作用下生成一氧化碳，一氧化碳把铁从铁矿石中还原出来，从而制得铁.故答案为：高炉、焦炭、石灰石.赤铁矿的化学成分为α-fe2o3，炼铁厂以赤铁矿石、焦炭、石灰石、空气等为主要原料炼铁，主要反应过程为——首先焦炭与空气中的氧气生成二氧化碳(提供热源)，然后生成的二氧化碳继续与焦炭反应生成气体还原剂一氧化碳，接下来一氧化碳还原氧化铁生成铁和二氧化碳，从而冶炼得到生铁。
① c + o2 =高温= co2;当然条件列入熄灭也可以，但高温更精确。
② co2 +c =高温= 2co;③ 3co + fe2o3 =高温= 2fe + 3co2高炉炼铁的工艺流程高炉炼钢就是一个已连续的生产过程，全过程在炉料自上而下，煤气自下而上的相互碰触过程中顺利完成。
冶 金 工 程 概 论 第02章 高炉冶炼用原料
• 风箱：风箱安装在台车正下方，并用管道与降尘管(大烟道) 相连，降尘管兼有集气和除尘作用。 • 除尘器：由降尘管排出的废气经电除尘器进一步除尘后才 能由抽风机排放。 • 剪切式单辊破碎机和振动筛：剪切式单辊破碎机作为一次 破碎设备，用来破碎从台车上卸下的热烧结块。 • 烧结矿冷却设备：烧结矿从热振动筛卸出时温度高600～ 1000 ℃ ，需要经过冷却才能进行整粒和皮带运输至高炉矿 槽。常见的冷却设备有带式抽风冷却机和环形鼓风冷却机。
0.2 ~ 0.4t
2.1 铁矿石
2.1.1 铁矿石的分类及其特征
铁矿石种类较多，在自然界中已发现的有300多种含铁矿 物。目前世界上常用的铁矿石，主要有磁铁矿石、赤铁矿 石、褐铁矿石和菱铁矿石等。
磁铁矿
赤铁矿
菱铁矿
褐铁矿
⑴ 磁铁矿 磁铁矿是一种氧化铁的矿石，主要成份为Fe3O4，是Fe2O3和 FeO的复合物，呈黑灰色，理论含铁量72.4％，具有磁性。 在选矿时可利用磁选法，处理非常方便，但是由于其结构细 密，故被还原性较差。经过长期风化作用后即变成赤铁矿。 磁铁矿氧化后可变成赤铁矿（假象赤铁矿及褐铁矿），但仍 能保持其原来的晶形。 ⑵ 赤铁矿 赤铁矿主要成份为 Fe2O3，呈暗红色，理论含铁量 70％是 最主要的铁矿石。由其本身结构状况的不同又可分成很多 类别，如赤色赤铁矿、镜铁矿、云母铁矿、粘土质赤铁矿 等。
⑶ 焙烧固结 球团焙烧在竖炉中完成。球团竖炉的大小用矩形炉口的面 积表示，如8m2、10m2：、16m2等。生球用布料器从炉口 布料，经烘床干燥，进入氧化带、高温焙烧固结带和冷却 带完成球团矿的焙烧固结过程。
• 干燥带：主要完成生球水分的蒸发和干燥。竖炉炉口废气 温度达到400～650℃。 • 氧化带：温度950 ～1100℃ 。在这一区域Fe3O4氧化成 Fe2O3保持足够氧化时间，使整个球团充分氧化。 • 焙烧固结带：温度1150～1300 ℃ 。由Fe3O4氧化而来的新 生态Fe2O3 晶体发生再结晶长大，形成强大的晶桥，球团强度 迅速提高。球团经高温焙烧固结后进入冷却带，被下部鼓入的 冷风冷却。
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为了改善炉渣的流动性和稳定性，烧结矿中常含有 MgO(如2～3%或更高)，使渣中MgO含量达到7～8%或更高，促 进高炉顺行。
•2.2.2 烧结反应过程
• 鼓风烧结法（平地吹土烧法、烧结锅 、带式烧结 机）
• 抽风烧结法 （间隙式 固定式及移动式烧结盘） ( 连续式 环式及带式抽风烧结机） 目前世界各国90%以上的烧结矿由抽风带式 烧结机生产，其他烧结方法有回转窑烧结，悬浮 烧结，抽风或鼓风盘式烧结和土法烧结等。各法 生产工艺和设备尽管有所不同，但烧结基本原理 基本相同。
③成分稳定（特指水分）： 干熄焦技术（宝钢） ④焦炭反应性：
C+CO2=2CO（H2O或O2）
开始反应位置的高低快慢→影响间接还原区的范焦煤减少，价格上升，寻找替代能源
（1）气体燃料 天然气、焦炉煤气、热转化气（裂化石油气、重油裂
化气等） （2）液体燃料
（1）作用：形成低熔点易流动的炉渣、脱S（碱性熔剂）调 整成分。
（2）种类：
性质 碱性 酸性
中性
使用条件及作用 铁矿中脉石为酸性氧化物，包括：石灰石、白云石、石灰 铁矿中脉石为碱性氧化物，主要为：SiO2（只在炉况失常 时使用——（Al2O3）≥18%或排碱时） 高Al熔剂，主要为：含Al2O3高的铁矿（只在降低炉渣流动 性时使用）
重油、柴油、焦油 （3）固体燃料
煤---无烟煤、烟煤、褐煤
2.2 烧结矿
富矿粉和贫矿富选后得到的精矿粉都不能直接入炉冶 炼，必须将其重新造块，烧结是最重要最基本的造块方法 之一。通过烧结得到的烧结矿具有许多优于天然富矿的冶 炼性能，如高温强度高,还原性好,含有一定的CaO、MgO， 具有足够的碱度,高炉可不加或少加石灰石。通过烧结可 除去矿石中的S、Zn、Pb、As、K、Na等有害杂质，减少其 对高炉的危害。高炉使用冶炼性能优越的烧结矿后，基本 上解除了天然矿冶炼中常出现的结瘤故障；同时极大地改 善了高炉冶炼效果。烧结中可广泛利用各种含铁粉尘和废 料，扩大了矿石资源,又改善了环境。
贫富界限 实际品位 (%)
我国铁矿石 最低工业品 位(%）
冶炼性能
赤铁矿（Fe2O3）
磁铁矿（Fe3O4） 菱铁矿（FeCO3）
褐铁矿（ 2Fe2O3·3H2O）
70
72.4 48.3
55.2～ 66.1
49
50.68 33.74
38.64～ 46.27
30～35 30 25
30
P，S↓易还原
P，S↑难还原 P，S↓焙烧后易还
•
b. CO2+C=2CO
•
c. CO2会冲淡CO浓度造成焦比K增加
。
2.1.3 高炉燃料
A.焦炭
①主要作用： 作为高炉热量主要来源的60～80%，其它热风提供 提供还原剂C、CO 料柱骨架，保证透气性、透液性
②质量要求： 含炭量：C↑灰份↓→→渣量↓、强度↑、反应性↓ →→焦比↓ 含S量：生铁中[S]80%±来源于焦碳 强 度：M40、M10(转鼓指数)
选或浮选得到的高品位细 粉状矿石（ TFe60~68%）
•Limonite
•各类铁矿石图
•褐铁矿 •Hematite
•赤铁 矿
•Magnetite
•Siderite
•磁铁矿
•菱铁矿
•Goethite
•Pyrite
•针铁矿(Fe2O3*H2O)
•黄铁矿
•各类铁矿石含量及冶炼性能
铁矿石
理论含 铁量(%)
•(3)熔剂的质量要求
•①碱性氧化物含量（CaO+MgO≥52%） • 概念：石灰石有效熔剂性能用CaO（有效）表示 •CaO（有效）= CaO（石灰石）- R×SiO2（石灰石）
•②S、P↓ S（0.01~0.08%），P（0.001~0.03%）
•③减少CaCO3入炉：
•
原因：a. 高温分解吸热
• 式中A--试样中小于5mm部分的重量，kg。显然转鼓指数 愈大，烧结矿强度愈好。一般要求烧结矿的转鼓指数大 于75%。
2）还原性 生产中习惯用烧结矿中的FeO含量表示还原性。
3）碱度 烧结矿碱度一般用R=CaO/SiO2表示,按照碱度的不同,烧
结矿可分为三类： A)酸性(或普通)烧结矿 碱度(如R＜0.9)低于炉渣碱度。 B)自熔性烧结矿 碱度(1.0～1.4)等于或接近炉渣碱度。 C)熔剂性烧结矿 碱度(＞1.4)明显高于炉渣碱度
下面着重以带式抽风烧结法来论述。
•带式抽风烧结机
•带式抽风烧结机
•液化气体
•再循环罩
•分离器
•气体混合室 •分离器
•带式抽风烧结机
•烧结矿冷却机
•1）烧结过程
•精矿、粉矿
•（0~10mm
原
↑易还原
铁矿石的评价
A 成分 ⑴品位：含铁量，理论上品位↑1%，焦比↓2%，产量↑ 3% ⑵脉石成分：SiO2、Al2O3↓越低（须重视Al2O3 ），MgO ↑
越好 ⑶有害杂质和有益元素：S、P、Pb、Zn、As、K、Na、 Cu
、 Mn、V、Ni、Cr、Nb B 强度和粒度
强度↓易粉化影响高炉透气性，不同粒度应分级入炉; C 还原性：
•生产烧结 矿
2.2.1 烧结矿质量评价
对烧结矿质量的要求是：品位高，强度好，成分稳定 ，还原性好，粒度均匀，粉末少，碱度适宜，有害杂质 少。 1）强度和粒度 国内外多采用标准转鼓的鉴定方法来确定烧结矿强度。 取粒度25～150mm的烧结矿试样20kg，置于直径1.0m， 长0.65m的转鼓中
转鼓指数=(1-A/20) ×100%
铁矿石被CO、H2还原的难易程度，影响焦比; D 化学成分稳定性：
TFe波动≤±0.5%，SiO2 ≤±0.03%混匀的重要性（条件： 平铺直取——原料场应足够大）;
铁矿石的准备处理
•破碎
•粗破
筛分
•混匀
•焙烧
•选矿
•造块 •磁选 机
•球磨机 •输送机
•烧结矿及烧结球团
•烧结矿
•烧结球团
2.1.2 （助）熔剂
兰州理工大学钢铁冶金 第二章高炉炼铁原料
2020年6月2日星期二
•2.1 铁矿石和燃料
•2.1.1 铁矿石
• 几个基本概念 • 1）富 矿：含铁品位>50%的铁矿石； • 2）贫矿：实际含铁量低于理论含铁量70%
的铁矿石称贫矿（必须经过选矿后使用）。 • 3）块矿和粉矿 • 4）精矿：贫矿经过破碎、细磨，并通过磁