高炉炼铁基本原理与工艺

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2.铁的间接还原与直接还原
（1）间接还原：用CO、H2为还原剂还原铁的氧化物，产物CO2、 H2O的还原反应。 特点：放热反应 反应可逆 （2）直接还原：用C作为还原剂，最终气体产物为CO的还原反应。 特点：强吸热反应 反应不可逆 （3）直接、间接还原区域划分：取决于焦碳的反应性 低温区 ＜800℃基本为间接还原 中温区 800~1100℃共存 高温区 ＞ 1100℃全部为直接还原 （4）用直接还原度rd、间接还原度ri来衡量高炉C素利用好坏，评价 焦比。
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2. (助)熔剂
（1）作用： 形成低熔点易流动的炉渣、脱S（碱性熔剂） （2）种类：
使用条件及作用
碱性
酸性
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）
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五、高炉强化冶炼手段与方法
1.大风量 风量增加，炉内传热效果下降，ri降低，K 增加。风量应与还原性相适应 2.高风温 风温增加，传热推动力增加，但利用风温 的同时K势必降低，透气性将下降 3.富氧 富氧将使炉缸温度增加，但煤气总量下降， 不利于全厂能量平衡；富氧达到的效果与提高 风温相比，成本提高10倍。
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中性
3 焦碳
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:10%左右，灰分低可使渣量↓ 含S量：<0.6% 生铁中[S]80%±来源于焦碳 强 度：M40 (kangsuiqd)、M10 (lmqd) 粒度组成：均匀 60mm 左右的 >80% ，大于 80mm 的 <10% ，大于 80mm的<10% 成分稳定（特指水分）： 一般采用干熄焦 焦碳反应性： C+CO2=2CO开始反应的高低快慢→影响间接还原区的 范围从而影响焦比
2 B 2 T 1.7 BG
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三、高炉冶炼原、燃料及熔剂
1 炉料种类及质量评价
成分 磁
Fe3O4
理论含铁量 实际富矿含 最低工业品 % 铁% 位% 72.4 45~70 20~25
冶炼性能 P，S↑难 还原
赤
褐 菱
Fe2O3
n Fe2O3.mH2O FeCO3
70
55.2~66.1 48.2
55~60
3.炉顶煤气的分布： （1）边缘气流→ 煤气利用差 （2）中心气流→ 煤气利用一般，考虑大喷煤应以发展中心为主 （3）两道气流→中心、边缘都有一定发展，传统型 （4）管道气流→煤气分布失常
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（五）高炉能量利用 1.评价方法： （1）燃料比 （2）rd （3）C的利用程度ηco 2.煤气上升过程中的变化
⑶有害杂质：S、P、Cu、Pb、Zn、As、 ⑷有益元素：Mn、V、Ni、Cr(铬)
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⑸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;
⑹还原性：
被CO、H2还原的难易、影响焦比;
⑺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）;
高炉炼铁基本原理及工艺
罗玉强
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主要内容
高炉炼铁工艺流程 高炉主要技术经济指标 高炉冶炼原、燃料及熔剂 高炉冶炼基本原理与能量利用 高炉强化冶炼的手段与方法
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一、高炉炼铁工艺流程
高炉炼铁十字方针：高效、优质、低耗、长寿、环保。
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二、高炉主要技术经济指标
1、利用系数: η=P(高炉昼夜产铁量)/Vu (高炉有 效容积) t/m3.d 2、焦比 : K=Q(昼夜焦碳用量)/P(现主要核算综合 焦比) 3、冶炼强度: I=Q/Vu (反应焦碳的燃烧能力) P P K 4、透气性指数： V 4V BG 5、炉腹煤气指数： X BG D 2 4、休风率:计划外的检修时间占规定作业时间的百 分比(≤2%) 5、生铁成本：原料占80%± 6、一代炉龄：高炉点火开炉→停炉大修历经时间
37~55 30~40
30
30 25
P，S↓易 还原
P ↑易还原 P，S↓熔 烧后易还原
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各类铁矿石图
磁铁矿
褐铁矿
赤铁矿
菱铁矿
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烧结矿及烧结球团
烧结矿
烧结球团
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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↓越好（须
重视Al2O3 ），MgO ↑越好 K、Na
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（3）P的还原
P100%还原入铁，只有原料控P
（4）含Ti矿的冶炼
TiO2→Ti2O3→TiO→Ti→Ti（C，N）固熔体使炉渣粘稠
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（二）造渣
1.造渣的概念与作用 概念： 根据脉石、焦碳灰份组成及数量，选择适当的熔剂，形成具有一 定性能的炉渣。 作用： （1）促进或抑制某些化学反应（脱S） （2）保护炉墙（高炉长寿）
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四、高炉冶炼基本原理与能量利用
（一）高炉内还原过程
（二）造渣与脱S （三）风口前C的燃烧
（四）炉料与煤气运动
（五）高炉能量利用
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（一）高炉还原过程
1.高炉炉内状况
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（1）块状带：矿焦保持装料时的分层状态，与布料形式及粒度有关，占BF 总体积60%±（200~1100℃） 主要反应：水分蒸发 结晶水分解 除CaCO3外的其它MCO3分解 间接还原 碳素沉积反应（2CO=C+CO2） （2）软熔带：矿石层开始熔化与焦碳层交互排列，焦碳层也称“焦窗” 形状受煤气流分布与布料影响，可分为正V型，倒V型，W型 主要反应：Fe的直接还原 Fe的渗碳 CaCO3分解 吸收S（焦碳中的S向渣、金、气三相分布） 贝波反应：C+CO2=2CO
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3.非铁元素的还原
（1）Mn的还原： ①一般规律： MnO2→（550℃间还）→Mn2O3→（1100 ℃ 间还）→Mn3O4→ （1000 ℃间还） →MnO→（1200 ℃直接还原）→Mn ②Mn还原的特点：间接还原放热大，使炉顶温度↑ 直接还原吸热大，使焦比↑ ③控制Mn还原的手段：提高炉缸温度，但会使Mn的挥发损失↑ 提高炉渣R 生铁中保持一定[Si]
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（3）滴落带：主要由焦碳床组成，熔融状态的渣铁穿越焦碳床 主要反应：Fe、Mn、Si、P、Cr的直接还原，Fe的渗C
（4）回旋区：C在鼓风作用下一面做回旋运动一面燃烧，是高炉热量发 源地（C的不完全燃烧），高炉唯一的氧化区域。 主要反应： C+O2=CO2 CO2+C=2CO
（5）炉缸区：渣铁分层存在，焦碳浸泡其中 主要反应： 渣铁间脱S，Si、Mn等元素氧化还原
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（四）炉料与煤气运动
1.炉料下降的条件： 力学分析 P=P料-P摩-P浮-P气 P＞0 顺行 P≤0 悬料，难行 P料~品位↑，焦碳负荷↑， P料↑ P摩~炉墙与炉料，炉料与炉料，H/D（设计问题） P浮~料柱浸泡在渣铁中产生，勤放渣铁 P气~上升煤气对料柱的支撑力
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2.炉腹区煤气流 炉腹区压差（ΔP）较大易形成液泛现象（flood）。 为避免液泛现象要求： （1）渣量小→品位高、I小 （2）提高焦碳质量 （3）煤气流速小 （4）初渣粘度小，保证一定（FeO）含量
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（三）风口前C的燃烧
1.风口前C燃烧的意义 风口前C得燃烧占总C量的70%， 其燃烧的基本意义： （1）提供热量80% （2）提供还原剂 （3）影响炉料下降、软熔带形状、煤气利用、冶炼指标 2.燃烧带大小的控制—下部调剂 影响燃烧带大小的因素： ①C的燃烧速度（一般认为影响不大） ②布料状态（中心堆积，燃烧带小；中心疏松，燃烧带大） ③鼓风动能EK的大小
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（2）Si的还原
①生铁中[Si]的要求： 制钢铁[Si]≤0.6 铸造铁1.25≤[Si]≤4.25 ② Si 还原的特点： 大量吸热 8倍 全部直接还原 K↑ ③ Si 还原的途径： 气化还原： SiO2+C=SiO（g）+CO SiO（g）+[C]=[Si]+CO 渣铁反应：（SiO2）+2[C]=[Si]+2CO ④控制Si 还原的因素： 提高炉缸温度利于Si 的还原 ↓炉渣R利于Si的还原
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4.加湿与脱湿 风中水分过大应脱湿鼓风；出现热 悬现象应考率加湿鼓风 5.大喷煤 喷吹量应与风温、富氧相结合，否 则存在热滞后现象；应与上下部调剂相 适应 6.中部调剂 充分利用冷却手段，在上下部调剂 紊乱时是一种有效手段
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