兰州理工大学钢铁冶金第二章高炉炼铁原料.pptx
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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
解对高炉冶炼的影响
（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
（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。
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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
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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
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(FeO) + C焦炭 = [Fe] + CO -36350kcal/kmol
CH高炉炼铁解析实用PPT课件
细磨
赤铁矿
浮选
-200目>60~80%
细磨
菱铁矿
浮选
-200目>60~80%
先磁化焙烧 褐铁矿
后细磨
磁选
2021/4/5/19:08:49
6
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铁矿石
磁铁矿（Fe3O4）-magnettie 赤铁矿（Fe2O3）-hematite
褐铁矿（mFe2O3·nH2O）-limonite 菱铁矿（FeCO3）-siderite
• 高炉冶炼是连续生产过程，必须尽可能为其提供数量充足、品味高、强度好、粒度均匀粉末少、有害杂质 少及性能稳定的原料。
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5
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8、精矿(ore concentrate)：贫矿经过破碎，细磨，并通过磁选或浮选
得到的高品位细粉状矿石.
细磨
磁铁矿
磁选
-200目>60~80%
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烧结机
• 世界上90%以上烧结矿由抽风带式烧结机生产，其 主要设备为烧结台车。
• 工作原理
（1）烧结机本体主要有台
车、真空箱、密封装置、传
动装置、单辊破碎机、热矿
筛等组成，安放在钢支架上。
（2）铺满混合料的台车移
至真空箱时，上面点火、下
面抽风，烧结开始并连续进
3 矿石的品位(Ore grade)：矿石中有用成分的质量百分含量，称为该矿石的品位。 4 脉石(Gauge)：矿石中没有用的成分称为脉石，一般在冶炼过程中需要去除。
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3
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5、富矿(high-grade ore)：含铁品位>50%的铁矿石
2高炉炼铁-第二节
2014/4/25/15:38:43
3
3
2.4.1高炉冶炼过程及特点
现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除 高炉本体外，还有供料、送风、煤气净化除尘 、喷吹燃料和渣铁处理等系统。 高炉炼铁的本质
传质过程：矿石中的O2O2-(矿）＋CO ￫ CO2
O2-
进入煤气中，实现铁与氧的分离 传热过程：煤气携带的热量传给炉料，使炉料熔化成 渣铁，实现渣铁分离
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27
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2.4.5 炉料与煤气运动
在高炉冶炼中，各种物理化学反 应都是在炉料和煤气不断相向运动 的条件下进行的。炉料的顺利下降 和煤气流的合理分布是高炉获得高 产、优质、低耗的前提。
2.4.5.1 炉料运动 2.4.5.2 煤气运动
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第二章 高炉炼铁 (Blast Furnace Ironmaking)
主要内容
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 基本概念 高炉冶炼的原料及产品 造块技术 高炉炼铁原理 高炉结构及附属设备 高炉操作
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2
2
2.4 高炉炼铁原理
2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 2.4.6 高炉冶炼过程及特点 燃烧反应 还原反应 高炉炉渣与脱硫 炉料与煤气运动 高炉生产主要技术经济指标
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25
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2.4.4.2 成渣过程
（1）焦炭在风口处完全燃烧，灰分进入炉渣。 （2）石灰石在下降过程中，分解的CaO在滴落带 ，被初渣溶解，参与造渣。 （3）矿石在块状带固相反应生成了低熔点的化合 物沿焦炭缝隙流下，分离出初渣。随后渣中(FeO) 不断还原进入铁中，至滴落带，炉渣以滴状下落， 渣中FeO已降到2％～3％。 （4）滴落的初渣成分不断变化，初渣开始是自然 碱度，以后随着SiO2的还原，石灰石渣化并加入焦 炭灰分，经过碱度波动之后形成终渣。 成渣过程中，软熔带对炉内料柱透气性影响很 大，习惯上把这一带叫成渣带。
高炉炼铁原料ppt课件
（1）赤铁矿 又称红矿,它是无水氧化铁矿石，其化学式为Fe2O3，理论含铁量为
70%。
4
赤铁矿（主要成分Fe2O3）
磁铁矿（主要成分Fe3O4）
5
特点： 1）自然界储量最多，含铁量一般为50%~60%； 2）S 、 P低，质软、易碎、易还原； 3）赤铁矿具有半金属光泽，仅有弱磁性，脉石多为硅酸盐。
28
40mm
富矿 破碎筛分
混匀 焙烧 10mm
过筛
天然块矿 高 炉
贫矿 破碎筛分磨细 选矿 精矿粉 混匀 造块 人造富矿
图2－1 铁矿石处理流程
29
3、铁矿粉混匀 钢铁企业采购的矿粉来自不同产地、不同时间，成分波动相当大。铁
矿粉混匀的目的是均匀同一种铁矿粉或不同种类铁矿粉之间的化学成分 和粒度组成得到混匀矿。
13
（2）脉石 铁矿石中除铁氧化物外，其余成分称为脉石，主要包括：
•酸性氧化物SiO2； •碱性氧化物CaO及MgO； •中性氧化物Al2O3、TiO2。
铁矿石中主要含酸性和中性氧化物。 冶炼中为了改善炉渣冶金性能，常要消耗相当数量的石灰石(CaCO3)等碱性 氧化物。所有含有碱性脉石的矿物相对价值要高.
铁矿粉混匀设施主要有：一次料场、预混料槽、二次料场等。
30
中国某钢铁公司一次原料场
31
炼铁原料场取料机在作业
32
33
34
35
二次料场堆料作业
36
二次料场堆料作业
37
二次料场取料作业
38
2.1.2 熔剂 1、熔剂的作用
（1）与矿石中的脉石、焦炭灰分作用生成低熔点化合物，改善炉 渣的冶金性能；
53
2.2.1.1 铁矿粉烧结意义 作为充填床式反应器的高炉，要求入炉矿石的粒度大于5mm
70%。
4
赤铁矿（主要成分Fe2O3）
磁铁矿（主要成分Fe3O4）
5
特点： 1）自然界储量最多，含铁量一般为50%~60%； 2）S 、 P低，质软、易碎、易还原； 3）赤铁矿具有半金属光泽，仅有弱磁性，脉石多为硅酸盐。
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40mm
富矿 破碎筛分
混匀 焙烧 10mm
过筛
天然块矿 高 炉
贫矿 破碎筛分磨细 选矿 精矿粉 混匀 造块 人造富矿
图2－1 铁矿石处理流程
29
3、铁矿粉混匀 钢铁企业采购的矿粉来自不同产地、不同时间，成分波动相当大。铁
矿粉混匀的目的是均匀同一种铁矿粉或不同种类铁矿粉之间的化学成分 和粒度组成得到混匀矿。
13
（2）脉石 铁矿石中除铁氧化物外，其余成分称为脉石，主要包括：
•酸性氧化物SiO2； •碱性氧化物CaO及MgO； •中性氧化物Al2O3、TiO2。
铁矿石中主要含酸性和中性氧化物。 冶炼中为了改善炉渣冶金性能，常要消耗相当数量的石灰石(CaCO3)等碱性 氧化物。所有含有碱性脉石的矿物相对价值要高.
铁矿粉混匀设施主要有：一次料场、预混料槽、二次料场等。
30
中国某钢铁公司一次原料场
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炼铁原料场取料机在作业
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二次料场堆料作业
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二次料场堆料作业
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二次料场取料作业
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2.1.2 熔剂 1、熔剂的作用
（1）与矿石中的脉石、焦炭灰分作用生成低熔点化合物，改善炉 渣的冶金性能；
53
2.2.1.1 铁矿粉烧结意义 作为充填床式反应器的高炉，要求入炉矿石的粒度大于5mm
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。
《高炉炼铁》课件
高炉炼铁
汇报人：PPT
单击输入目录标题 高炉炼铁概述 高炉炼铁的原料 高炉炼铁的过程 高炉炼铁的设备 高炉炼铁的环境影响与治理措施
添加章节标题
高炉炼铁概述
高炉炼铁的定义
高炉炼铁是一种 将铁矿石、焦炭 等原料在高炉内 进行冶炼，生产 出铁水的过程。
高炉炼铁是现代 钢铁工业中最重 要的生产工艺之 一，也是钢铁生 产的主要环节。
为黑色，硬度高，含有钒和钛元素
焦炭的种类和作用
焦炭种类：气焦、 半焦、全焦等
作用：提供热量， 使铁矿石熔化
作用：作为还原 剂，将铁矿石中 的铁还原为铁
作用：作为骨架， 支撑炉料，防止 炉料坍塌
熔剂的种类和作用
石灰石：作为熔剂，可以降低铁矿石的熔 点，提高铁的产量和质量
硅石：作为熔剂，可以降低铁矿石的熔点， 提高铁的产量和质量
高炉炼铁的原料
铁矿石的种类和特点
磁铁矿：主要成分为Fe3O4，具有磁性，易被磁选 赤铁矿：主要成分为Fe2O3，颜色为红色或褐色，硬度高 褐铁矿：主要成分为Fe2O3·nH2O，颜色为褐色，硬度低 菱铁矿：主要成分为FeCO3，颜色为灰白色，硬度低 钛铁矿：主要成分为FeTiO3，颜色为黑色，硬度高 钒钛磁铁矿：主要成分为Fe3O4·2Fe2O3·V2O5，颜色
矿石筛分： 将破碎后的 矿石进行筛 分，去除杂 质和过大颗 粒
矿石预热： 将筛分后的 矿石进行预 热，提高矿 石温度，降 低还原反应 温度
矿石还原： 将预热后的 矿石放入高 炉中，通过 高温还原反 应，将矿石 中的铁元素 还原出来， 形成铁水
铁水冷却： 将铁水冷却， 形成固态铁 块，便于后 续加工处理
高炉炼铁的主要 设备是高炉，其 结构复杂，操作 难度大，需要严 格的工艺控制。
汇报人：PPT
单击输入目录标题 高炉炼铁概述 高炉炼铁的原料 高炉炼铁的过程 高炉炼铁的设备 高炉炼铁的环境影响与治理措施
添加章节标题
高炉炼铁概述
高炉炼铁的定义
高炉炼铁是一种 将铁矿石、焦炭 等原料在高炉内 进行冶炼，生产 出铁水的过程。
高炉炼铁是现代 钢铁工业中最重 要的生产工艺之 一，也是钢铁生 产的主要环节。
为黑色，硬度高，含有钒和钛元素
焦炭的种类和作用
焦炭种类：气焦、 半焦、全焦等
作用：提供热量， 使铁矿石熔化
作用：作为还原 剂，将铁矿石中 的铁还原为铁
作用：作为骨架， 支撑炉料，防止 炉料坍塌
熔剂的种类和作用
石灰石：作为熔剂，可以降低铁矿石的熔 点，提高铁的产量和质量
硅石：作为熔剂，可以降低铁矿石的熔点， 提高铁的产量和质量
高炉炼铁的原料
铁矿石的种类和特点
磁铁矿：主要成分为Fe3O4，具有磁性，易被磁选 赤铁矿：主要成分为Fe2O3，颜色为红色或褐色，硬度高 褐铁矿：主要成分为Fe2O3·nH2O，颜色为褐色，硬度低 菱铁矿：主要成分为FeCO3，颜色为灰白色，硬度低 钛铁矿：主要成分为FeTiO3，颜色为黑色，硬度高 钒钛磁铁矿：主要成分为Fe3O4·2Fe2O3·V2O5，颜色
矿石筛分： 将破碎后的 矿石进行筛 分，去除杂 质和过大颗 粒
矿石预热： 将筛分后的 矿石进行预 热，提高矿 石温度，降 低还原反应 温度
矿石还原： 将预热后的 矿石放入高 炉中，通过 高温还原反 应，将矿石 中的铁元素 还原出来， 形成铁水
铁水冷却： 将铁水冷却， 形成固态铁 块，便于后 续加工处理
高炉炼铁的主要 设备是高炉，其 结构复杂，操作 难度大，需要严 格的工艺控制。
2高炉炼铁-第一节汇总
第二章 高炉炼铁 (Blast Furnace Ironmaking)
高炉炼铁的重要性
高炉炼铁在现代钢铁联合企业中占据极为重要 的地位。 首先，高炉冶炼的产品-生铁是炼钢的原料； 其次，高炉冶炼产生的煤气是钢铁联合企业中 的二次能源； 高炉是铁矿石、焦炭和能源的巨大消耗者。 一座日产1万吨生铁的高炉，每天需要消耗铁 矿石~1.6万吨、焦炭3000t、煤粉~2000t、 ~0.15亿m³ 的热风，同时产生炉渣~3000t和 ~0.19亿m³ 高炉煤气。
2018/10/31
武汉科技大学讲义—朱诚意
31
31
冶金概论 General Discussion of Metallurgy
2.3 铁矿粉造块
Chapter II: Agglomeration of Iron Ore Fines
32
2.1
实际含铁品 位大于理论 品位的70%
富矿 块矿 粒度为 10~45m m
3/t 鼓风： 1700~2200 Nm 2018/10/31
武汉科技大学讲义—朱诚意 26
26
2.2.4 高炉炼铁的产品
1、生铁（铁水）
高炉铁水温度为1450~1550º C，主要用来 炼钢主要成分为Fe，还有C和少量杂质（Si， Mn，P，S）。
(1) 炼钢生铁
高炉生产的生铁产品中80～90%为炼钢生 铁，它是由Fe、C和少量杂质 （Si<1.25%，Mn，P，S）组成。
2）硫和磷等杂质元素含量少； 3）合适的挥发分含量，一般控制在0.7-1.2%。
2018/10/31/11:06:3 0
22
22
2.2.3.2 燃料
焦炭的粒度： 大型高炉 40~60mm； 中型高炉 25~40mm； 小型高炉 15~25mm；
高炉炼铁的重要性
高炉炼铁在现代钢铁联合企业中占据极为重要 的地位。 首先，高炉冶炼的产品-生铁是炼钢的原料； 其次，高炉冶炼产生的煤气是钢铁联合企业中 的二次能源； 高炉是铁矿石、焦炭和能源的巨大消耗者。 一座日产1万吨生铁的高炉，每天需要消耗铁 矿石~1.6万吨、焦炭3000t、煤粉~2000t、 ~0.15亿m³ 的热风，同时产生炉渣~3000t和 ~0.19亿m³ 高炉煤气。
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冶金概论 General Discussion of Metallurgy
2.3 铁矿粉造块
Chapter II: Agglomeration of Iron Ore Fines
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2.1
实际含铁品 位大于理论 品位的70%
富矿 块矿 粒度为 10~45m m
3/t 鼓风： 1700~2200 Nm 2018/10/31
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2.2.4 高炉炼铁的产品
1、生铁（铁水）
高炉铁水温度为1450~1550º C，主要用来 炼钢主要成分为Fe，还有C和少量杂质（Si， Mn，P，S）。
(1) 炼钢生铁
高炉生产的生铁产品中80～90%为炼钢生 铁，它是由Fe、C和少量杂质 （Si<1.25%，Mn，P，S）组成。
2）硫和磷等杂质元素含量少； 3）合适的挥发分含量，一般控制在0.7-1.2%。
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2.2.3.2 燃料
焦炭的粒度： 大型高炉 40~60mm； 中型高炉 25~40mm； 小型高炉 15~25mm；
钢铁冶金2PPT课件
烧结过程在点火后不到一分钟，料层温度升高到1200℃～ 1350℃，故其燃烧反应基本上是在扩散区内进行，因此，一切 能够增加扩散速度的因素，如减小燃料粒度、增加气流速度 （改善料层透气性、增加风机风量）和气流中的氧含量，都能 提高燃烧反应速度，强化烧结过程。
4.2.3 烧结料层的废气组成及影响因素
(3)烧结料层中一般空气过剩系数较高(常为1.4～1.5)，故废 气中均含一定数量的氧。
一般来说，碳的燃烧在较低温度和氧含量较高的条件下，以 生成CO2为主；在较高温度和氧含量较低的条件下，以生成CO 为主。烧结废气中，碳的氧化物是以CO2为主，只含少量的CO。
图4－2 在烧结试验过程测得废气中的 氧气、二氧化碳和一氧化碳的变化
的氧化物、碳酸盐、硫化物的分解；
④ 燃烧带：燃料燃烧，液相熔体生成，
高温分解；
⑤ 干燥预热带：挥发，分解，氧化还原，
水分蒸发；
图4－1 烧结过程的解剖
⑥ 水分冷凝带：水汽冷凝。
1－烧结盘；2－炉篦；3－废气出口；
4－煤气点火器；5－铺底料
带式烧结机抽风烧结过程的分层性
烧结矿层
燃烧层
预热层 干燥层 湿料层 铺底料层
（1）氧通过边界层扩散到固体碳的表面； （2）氧在碳粒表面吸附； （3）吸附的氧与碳发生化学反应； （4）反应产物的解吸； （5）反应产物由碳粒表面的边界层向气相中扩散。
为了建立碳粒燃烧速率方程，假设上述五个步骤中氧向碳 粒表面的扩散和氧与碳的化学反应两步的速率最小，这样整 个反应就被（1）、（3）两个步骤控制。
在烧结精矿时(-lmm，其中-0.074mm占30％)，试验表明焦 粉粒度0.5～3mm最好；
试验和生产实践证明，焦 粉中-0.5和+3mm粒级的存 在是不利的。
4.2.3 烧结料层的废气组成及影响因素
(3)烧结料层中一般空气过剩系数较高(常为1.4～1.5)，故废 气中均含一定数量的氧。
一般来说，碳的燃烧在较低温度和氧含量较高的条件下，以 生成CO2为主；在较高温度和氧含量较低的条件下，以生成CO 为主。烧结废气中，碳的氧化物是以CO2为主，只含少量的CO。
图4－2 在烧结试验过程测得废气中的 氧气、二氧化碳和一氧化碳的变化
的氧化物、碳酸盐、硫化物的分解；
④ 燃烧带：燃料燃烧，液相熔体生成，
高温分解；
⑤ 干燥预热带：挥发，分解，氧化还原，
水分蒸发；
图4－1 烧结过程的解剖
⑥ 水分冷凝带：水汽冷凝。
1－烧结盘；2－炉篦；3－废气出口；
4－煤气点火器；5－铺底料
带式烧结机抽风烧结过程的分层性
烧结矿层
燃烧层
预热层 干燥层 湿料层 铺底料层
（1）氧通过边界层扩散到固体碳的表面； （2）氧在碳粒表面吸附； （3）吸附的氧与碳发生化学反应； （4）反应产物的解吸； （5）反应产物由碳粒表面的边界层向气相中扩散。
为了建立碳粒燃烧速率方程，假设上述五个步骤中氧向碳 粒表面的扩散和氧与碳的化学反应两步的速率最小，这样整 个反应就被（1）、（3）两个步骤控制。
在烧结精矿时(-lmm，其中-0.074mm占30％)，试验表明焦 粉粒度0.5～3mm最好；
试验和生产实践证明，焦 粉中-0.5和+3mm粒级的存 在是不利的。
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。
高炉炼铁概述课件
环保要求
高炉炼铁作为工业生产的重要环节，必须遵守国家和地方的 环保法规，严格控制污染物排放，确保生产过程中的环保合 规性。
环保措施
为满足环保要求，高炉炼铁企业应采取一系列环保措施，如 安装除尘、脱硫、脱硝等环保设施，对生产过程中的废气、 废水、废渣进行治理和回收利用，降低对环境的影响。
高炉炼铁节能减排技术
02
高炉炼铁原料
铁矿石的种类与选择
赤铁矿（Hematite）
赤铁矿是高炉炼铁最常用的铁矿石，具有 较高的铁含量和相对较低的杂质元素。
磁铁矿（Magnetite）
磁铁矿是一种具有磁性的铁矿石，其含铁 量较高，但杂质元素也相对较高。
褐铁矿（Limonite）
褐铁矿是一种含水较多的铁矿石，含铁量 较低，但杂质元素较少。
排渣设备
高炉出铁时，控制出铁口开启和关闭 的设备。
将高炉渣排出的设备，如冲渣机、排 渣机等。
渣铁处理设备
对高炉渣铁进行处理的设备，如渣罐、 铁罐等。
04
高炉炼铁操作与控制
高炉开炉与停炉操作
准备阶段
检查高炉及其周围设备，确保安 全无隐患；准备充足的原料和燃 料；对高炉进行预热。
启动阶段
点燃焦炭，开始加热高炉；控制 加热速度，确保高炉均匀受热； 逐步增加焦炭和铁矿石的投入量。
萤石（Fluorite）
萤石是一种具有较低熔点的矿物，在高炉炼铁中主要用作助 熔剂，帮助降低渣的熔点，提高流动性。
其他辅助原料
碎焦
碎焦是焦炭在运输和装卸过程中产生的碎料，可以作为高炉炼铁的辅助原料，提供热量和还原剂。
煤粉
煤粉可以作为高炉炼铁的辅助燃料，提供热量和还原剂，同时也可以替代部分焦炭。
膨润土
高炉炼铁概述课件
高炉炼铁作为工业生产的重要环节，必须遵守国家和地方的 环保法规，严格控制污染物排放，确保生产过程中的环保合 规性。
环保措施
为满足环保要求，高炉炼铁企业应采取一系列环保措施，如 安装除尘、脱硫、脱硝等环保设施，对生产过程中的废气、 废水、废渣进行治理和回收利用，降低对环境的影响。
高炉炼铁节能减排技术
02
高炉炼铁原料
铁矿石的种类与选择
赤铁矿（Hematite）
赤铁矿是高炉炼铁最常用的铁矿石，具有 较高的铁含量和相对较低的杂质元素。
磁铁矿（Magnetite）
磁铁矿是一种具有磁性的铁矿石，其含铁 量较高，但杂质元素也相对较高。
褐铁矿（Limonite）
褐铁矿是一种含水较多的铁矿石，含铁量 较低，但杂质元素较少。
排渣设备
高炉出铁时，控制出铁口开启和关闭 的设备。
将高炉渣排出的设备，如冲渣机、排 渣机等。
渣铁处理设备
对高炉渣铁进行处理的设备，如渣罐、 铁罐等。
04
高炉炼铁操作与控制
高炉开炉与停炉操作
准备阶段
检查高炉及其周围设备，确保安 全无隐患；准备充足的原料和燃 料；对高炉进行预热。
启动阶段
点燃焦炭，开始加热高炉；控制 加热速度，确保高炉均匀受热； 逐步增加焦炭和铁矿石的投入量。
萤石（Fluorite）
萤石是一种具有较低熔点的矿物，在高炉炼铁中主要用作助 熔剂，帮助降低渣的熔点，提高流动性。
其他辅助原料
碎焦
碎焦是焦炭在运输和装卸过程中产生的碎料，可以作为高炉炼铁的辅助原料，提供热量和还原剂。
煤粉
煤粉可以作为高炉炼铁的辅助燃料，提供热量和还原剂，同时也可以替代部分焦炭。
膨润土
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ห้องสมุดไป่ตู้我国铁矿石 最低工业品 位(%）
冶炼性能
赤铁矿（Fe2O3）
70
磁铁矿（Fe3O4）
72.4
菱铁矿（FeCO3）
48.3
褐铁矿
55.2～
（2Fe2O3·3H2O）
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
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：
焦炉
焦炭
B.喷吹燃料
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
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。
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 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
第二章高炉炼铁原料
2.1 铁矿石和燃料 2.2 烧结矿 2.3 球团矿 2.4其它固结方法
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
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)
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围，从而影响焦比。
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%
（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）
(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
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）
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
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(%)
贫富界限 实际品位 (%)
高碱度(2.0～3.0) 超高碱度(3.0～4.0)烧结矿。
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。
• 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
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。