高炉炼铁基本原理及工艺(PPT36页)

菱
FeCO3
48.2
30~40
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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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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
⑶有害杂质：S、P、Cu、Pb、Zn、As、
K、Na
⑷有益元素：Mn、V、Ni、Cr
稳：化学成分稳定（TFe、R） 熟：增加熟料率↑1%，η↑0.3%，焦比↓1.2kg/tFe 小、匀、净：平均粒度差小、杂质少 日本称为“整粒”处理
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三、铁矿烧结及球团的基本原理、工艺
（一）烧结料组成：
（1）含铁料：精矿粉200目以下（考虑成球性）、富矿粉 （5~8mm，烧结中的骨架）、其他（炉尘、轧钢皮等）
2.燃烧层：主要反应为：C的燃烧、MCO3分解、FeS2氧 化、形成液相、铁氧化物分解还原氧化。（由于液相 的产生使该层透气性变差）
3.预热层：主要反应为：氧化还原、结晶水分解、部分 MCO3分解
4.干燥层：主要为烧结料中水分蒸发，易使烧结料球破坏
5.过湿层：原始混合料层，水分凝聚，影响料层透气性
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3.高炉用燃料焦碳：
①主要作用： 作为高炉热量主要来源的60~80%，其它的由热风提供 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
③粒度组成： 焦丁的利用及混装过渡区的问题
（与耐材砌筑、I
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二、高炉冶炼原、燃料及熔剂
1.铁矿石种类及质量评价
成分
理论含铁量 实际富矿含 最低工业品 冶炼性能
%
铁%
位%
磁
Fe3O4
72.4
45~70
20~25 P，S↑难还
原
赤
Fe2O3
70
55~60
30Байду номын сангаас
P，S↓易还
原
褐
n Fe2O3.mH2O 55.2~66.1 37~55
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P ↑易还原
（三）烧结过程的特点
1.燃料燃烧需空气过剩，过剩系数α=1.4~1.5（燃料分布较 稀疏）
2.一般情况下烧结保持弱氧化气氛（金属化烧结除外） 3.烧结过程存在自动蓄热作用（可以考虑采用上高下低的分
层配炭） 4.存在传热速度与燃烧速度的同步问题 5.存在如何减少“过湿”现象的问题 6.存在有害杂质S的去除问题（S由易去除S化物转化为硫酸
（2）熔剂：以CaO为主， CaO ↑1%，烧结产量↑ 3%
（3）燃料：焦粉、无烟煤3~5%，20%可进行金属化烧结（低 品位矿石冶炼——可持续发展问题）
（4）返矿：烧结机机尾筛下物（未烧透——影响成品率）
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（二）烧结料层结构
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1.烧结矿层：随烧结过程进行不断加厚，抽入空气过冷使 烧结矿骤冷将影响烧结矿强度。
（1）作用： 形成低熔点易流动的炉渣、脱S（碱性熔剂）
（2）种类：
碱性
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
酸性 中性
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）
盐的问题） 7.存在选用何种液相体系作为固结成型机理问题 8.如何解决还原性与强度矛盾的问题
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（四）强化烧结的措施
1.改善透气性：适宜的水分、延长混料时间、小球烧结、预热 混合料
2.提高抽风负压：但需考虑电耗成本增加问题 3.高压烧结：增加气体质量流量 4.热风烧结：可部分解决还原性与强度之间的矛盾 5.加入稳定剂：P类、B类、Mn、V类 6.提高R：铁酸钙理论，即控制液相成分，但不利于脱S 7.厚料层烧结：充分利用自动蓄热作用（条件：预热混合料、
一、高炉主要技术经济指标
1、: 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） 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
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(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
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，是高炉炉温下降 b. CO2+C=2CO，消耗焦炭 c. CO2会冲淡CO浓度 造成焦比K增加。
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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）;
⑻矿石代用品：
高炉炉尘、转炉炉尘、轧钢皮、硫酸 渣等。
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2. （助）熔剂
低水原则） 8.双层烧结：二次点火，设备复杂 9.料面插孔烧结：提高透气性
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四、高炉冶炼基本原理
（一）高炉还原过程 （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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高炉的五大系统
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高炉炉型
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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℃）
④成分稳定（特指水分）： 干熄焦技术（宝钢）
⑤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。
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4.精料的含义：“高、稳、熟、小、匀、净”方 针
高： （ 1 ） 矿 石 品 位 高 （ 天 然 矿 62% ， 烧 结 矿 57% ， 球 团 矿
60%）渣量降低300KG/T铁 （2）固定炭高，灰份≤10% （3）还原性好：烧结矿中FeO ≤10% （4）机械强度高：转鼓指数、高温强度、软熔温度
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