兰州理工大学钢铁冶金学第一章炼铁部分

铁矿石：1.6-1.8t/tFe 焦炭：250-500kg/tFe 煤粉：100-250kg/tFe 熔剂：0-400kg/tFe 鼓风：1700-2200Nm3/tFe
区域划分
（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）
钢
铁
兰
州 理
冶
工 大
金
学 材
学
料
学
院
中国冶金的辉煌历史
发展与人文
千锤钢、百炼钢-------------千锤百炼
炼、锻
--------------锻炼
模、范 ---------------------模范
龙泉宝剑（欧冶子）----千锤百炼
灌钢
原理及工艺比较
钢----铁 碳----氧化
能源 环保
锻造---轧制
我国钢材表观消费量和生产量（亿吨）
1.1 我国钢铁生产情况
4.8
钢材年表观消费量
4.4
钢材年生产量
4.0 3.6 3.2 2.8 2.4 2.0 1.6 1.2 0.8
78年0.41亿吨，07年钢产量4.89亿吨，日本钢铁产量为1.2亿吨。 069.8年3亿年19吨90产,1916922亿1年9吨94 8，1亿9961年吨1099份8,年2207000.142030亿2年2吨0钢04 （材2006世产2界0量08 1达41.104.6亿7吨62）亿，吨1，1同年比 增长11.4%；2014预计8亿吨
主要授课内容
第一章：现代高炉炼铁工艺 第二章：高炉炼铁原料 第三章：高炉炼铁基础理论 第四章：高炉炉料和煤气运动 第五章：高炉强化冶炼 第六章：非高炉炼铁
第一章 现代高炉炼铁工艺
• 1.1 我国钢铁生产情况 • 1.2 炼铁生产流程 • 1.3 高炉本体 • 1.4 高炉炼铁原料及产品 • 1.5 高炉生产主要技术经济指标
高炉区域划分
炉喉
矿石 焦炭
块状带
炉身
软熔带
焦炭天窗
炉腰
滴落带
焦炭疏松区
炉腹
死料柱
风口带及回旋区
渣铁贮存区（炉缸区）
炉缸
高炉内型及各区域分布示意图
铁矿石 焦炭 熔剂
炉喉
高炉煤气 炉尘
上渣
炉身
炉腹 炉缸
炉腰
鼓风、煤粉 铁水、下渣
原料： 1）铁矿石 烧结矿 球团矿 块矿 2）焦炭 3）熔剂：萤石 石灰石 白云石 硅石 锰矿 4）煤粉 5）鼓风： • 吨铁原料消耗：
所消耗的各种能源的实物消耗量，扣除回收利用的能 源，并折算成标准煤（7000kcal/t或29300kJ/t）后与该段 时间内生铁产量之比。我国重点企业的炼铁工序能耗约
500kg标准煤/吨铁，吨钢综合能耗800~1000kg标准煤/吨钢。
•
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.10.1820.10.18Sunday, October 18, 2020
•
安全在于心细，事故出在麻痹。20.10.1820.10.1822:30:2022:30:20October 18, 2020
•
踏实肯干，努力奋斗。2020年10月18 日下午1 0时30 分20.10. 1820.1 0.18
•
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2020年10月18日星期 日下午10时30分20秒22:30:2020.10.18
≤0.02
＞0.02~0.03
≤0.03
0.04
＞0.03~0.05
≤0.04
0.05
＞0.05~0.07
≤0.05
0.06
2 ) 高炉煤气
CO、CO2、N2、H2、CH4 2000m3/tFe左右（2560kg/tFe），70%以上烧热风炉。
3 ) 炉渣
SiO2、CaO、Al2O3、MgO、MnO、FeO、S （R=1.0～1.3）,200～500kg/tFe，温度比铁水高 50～ 100℃。
（2）软熔带：矿石层开始熔化与焦炭层交互排列，焦炭 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 收S（焦炭中的S 向渣、金、气三相分布） 碳的气化反应：C+CO2=2CO
（3）滴落带：主要由焦炭床组成，熔融状态的渣铁穿 越焦炭床。
4 ) 炉尘
20～100kg/tFe。
1.5 高炉生产主要技术经济指标
• 1）有效容积利用系数：每米3高炉有效容积每天生产的铁 水量（t/m3.d）（1.8-4.0）。
有效容积利用系数=日产量/高炉有效容积
• 2）焦比K：冶炼一吨生铁消耗的焦炭量（kg/t）（250550）
焦比K=每天装入高炉的焦炭量（kg )/高炉每天出铁量(t)
我国生铁产品国家标准
铁种 牌号 代号
Si
一组 Mn 二组
三组
一级 二级 P 三级 四级 五级
特类
S
一类 二类
三类
炼04
L04 ≤0.4
5
炼钢生铁
铸造生铁
炼08
炼10
铸34 铸30 铸26
铸22
铸18
铸14
ຫໍສະໝຸດ Baidu
L08
>0.45~0. 85
L10
>0.85~1.2 5
≤0.3 ＞0.3~0.5
＞0.5
Z34
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
2
47.9
3
42.8
4
42.7
6
36.4
5
37.9
7
32.3
10
30.2
8
31.4
9
30.4
变化（% ）
3.4
0.7
7.0 2.8 7.9 -4.0 8.7 11.6 0.3 2.5
2001-2011年中国铁矿石消耗量(万吨)
2001-2011年中国粗钢表观消费量（万吨）
钢产量和矿石进口量，亿吨
锰铁
2.5
镜铁
1.5
• 7) 冶炼强度I(0.8-1.0)
每米3高炉有效容积每天消耗的（干）焦炭量 ：
I
高炉每天消耗的焦炭量 高炉有效容积
,
t
/
m3
d
• 8） 综合冶炼强度(0.9-1.15)
I
高炉每天消耗的焦炭量 高炉每天消耗的煤粉量 置换比 高炉有效容积
u
I Ku
u
I K
或
• 9） 炉缸燃烧强度：
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
B ：风口中心线标高； C ：铁口中心线标高； D ：炉底水冷管中心线标高； H ：铁口中心线至炉顶钢
圈（炉顶法兰）之间的 高度，称为高炉全高；
Hu ：铁口中心线至料线零 位之间的高度，称为有 效高度；
料线零位：是测定料面高度的基 准点。钟式炉顶：大钟 开启时大钟的底边；无 钟炉顶：炉喉钢砖的转 折点处或钢砖顶部。
主要反应： 渣铁间脱S，Si、Mn等元素氧化还原
（特点3个、主要冶炼过程3个）
1.4 高炉产品及副产品
1) 铁水：C、Si、Mn、P、S，1450～1550℃。
生铁规格：炼钢生铁[Si]<1.25%：L04、L08、L10 ； 铸造生铁[Si]≥1.25%：Z14、Z18、Z22、Z26、Z30、Z34 。
木 ----煤------焦------电 电（煤、水、风、太阳能、核、核聚变）
流
铁矿石
程
石灰石
原
铁矿粉原料堆场
料
原料
炼铁原料堆场取料机在作业
烧结机在生产烧结矿
焦炉
焦炭
高炉系统
高炉系统
宝钢高炉全貌
莱钢1880立高炉工程夜
本钢高炉
宝钢集团有限公司
参考书
1. 曲英主编，《炼钢学原理》，冶金工业出版社。 2. 徐文派主编，《转炉炼钢学》，冶金工业出版社。 3. 章天华等编，《炼铁》，冶金工业出版社。 4. 成兰伯. 高炉炼铁工艺及计算，冶金工业出版社，1991 5. 陈新民主编，《火法冶金过程物理化学》，冶金工业出版社。 6. 王筱留，钢铁冶金学（炼铁部分)（第二版），冶金工业出版
• 3）煤比M：冶炼每吨生铁消耗的煤粉量（kg/t）（80-230）
煤比K=每天装入高炉的煤量（kg )/高炉每天出铁量(t)
•
4）喷煤率=
每天喷入高炉的煤粉量
煤比
高炉每天消耗的燃料量 100% 燃料比 100%
• 5）综合焦比：
K
每天装入高炉的焦炭量 每天喷入高炉的煤粉量 高炉每天出铁量
置换比
•
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。22:30:2022:30:2022:3010/18/2020 10:30:20 PM
•
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.10.1822:30:2022:30Oc t-2018- Oct-20
•
加强交通建设管理，确保工程建设质 量。22:30:2022:30:2022:30Sunday, October 18, 2020
进口铁矿石国家及量（万吨）
项目
全部进口量： 其中： 1、澳大利亚
2、巴西 3、印度 4、南非 5、乌克兰 6、印度尼西亚 7、伊朗
2008年1-10月 进口量
37669
比重
2007年全 年量
38309
比重
15535 8526 7676 1217 627 598 489
41.2% 22.6% 20.4% 3.2% 1.7% 1.6% 1.3%
每米2炉缸截面积每天消耗的焦炭量：
炉缸燃烧强度
每天高炉消耗的焦炭量 炉缸截面积
• 10） 焦炭负荷：
一批炉料=批矿+批焦
焦炭负荷=批矿/批焦=
每批炉料中的铁矿石 锰矿石 每批炉料中的焦炭量
•
11）休风率=
高炉休风时间 规定的日历作业时间 100%
规定的日历作业时间=日历时间-计划大中修时间和封
炉时间
,
kg
/t
• 6) 折算综合焦比：
K折算
每天装入高炉的焦炭量 每天喷入高炉的煤粉量 置换比 高炉每天出铁量 生铁折算系数
, kg
/
t
各种生铁的折算系数
生铁牌号 折算系数 生铁牌号 折算系数
炼钢生铁 1.0
Z14
1.14
Z18
1.18
Z22
1.22
Z26
1.26
Z30
1.30
Z34
1.34
硅铁
2.0
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
A : 炉顶法兰标高；
>3.2~3 .6
Z30
>2.8~3 .2
Z26
Z22
>2.4~2 .8
>2.0~2.4
＜0.5 ＞0.5~0.9 ＞0.9~1.3
Z18 >1.6~2.0
Z14 >1.25~1.6
≤0.15 ＞0.15~0.25 ＞0.25~0.4
≤0.06 ＞0.06~0.1 ＞0.1~0.2 ＞0.2~0.4 ＞0.4~0.9
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。
2013年世界前10大钢厂粗钢产量和排名（单位：百万吨）
钢厂
安赛乐米塔尔
新日铁住金 河北钢铁 宝钢集团 武钢集团 浦项 江苏沙钢 鞍钢集团 首钢 JFE
2013年
名次
产量
1
91.2
2
48.2
3
45.8
4
43.9
5
39.3
6
36.4
7
35.1
8
33.7
9
31.5
10
31.2
2012年
名次
产量
1
88.2
主要反应：Fe、Mn、Si、P、Cr的直接还原，Fe的 渗C （4）回旋区：焦炭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 Fe及合金元素的氧化
（5）渣铁贮存区（炉缸区）：渣铁分层存在，焦炭浸 泡其中。
•
12）生铁合格率
每合格生铁量 生铁总产量 100%
• 13）炼铁工序能耗：每月、年或季度内
（1）高炉生产系统：原料供给、高炉本体、渣铁处理、 鼓风、热风炉、喷吹燃料、给排水、碾泥等；
（2）辅助生产系统：机修、化验、计量、环保等；
（3）直接为炼铁生产服务的附属系统（厂内食堂、浴 室、保健站、休息室、生产管理和调度指挥系统等）