兰州理工大学钢铁冶金第二章高炉炼铁原料
高炉炼铁工艺流程及主要设备简介
三、高炉冶炼主要设备简介
振动筛（矿）： 2BTS1330型号： 2BTS1330 电机型号：Y132M-6 处理量：150T/h 安装倾角：18° 筛孔尺寸：12－6mm 振幅：6.5±1mm 功率：2×4kw 振动筛（焦炭） 型号：TZS1330 电机型号：Y132M2-6 处理量：120T/h 安装倾角：18° 筛孔尺寸：20mm 振幅：7±1mm 功率：2×4kw
缺少的重要组成部分。现代热风炉是一种蓄热式换热 器。目前风温水平为1000℃~1200 ℃ ，高的为1250 ℃~1350 ℃ ，最高可达1450 ℃~1550 ℃。我厂现在 使用的热风风温一般在1180 ℃ 。 提高风温可以通过提高煤气热值、优化热风炉及送风 管道结构、预热煤气和助燃空气、改善热风炉操作等 技术措施来实现。理论研究和生产实践表明，采用优 化的热风炉结构、提高热风炉热效率、延长热风炉寿 命是提高风温的有效途径。现在每座高炉配备一套助 燃风机系统，
冷却塔
鼓风机
热风炉
助燃风机
煤气外网管道
重力 除尘
布袋 除尘
调压阀组 TRT发电
渣池 水渣场
渣泵
•3
二、高炉炼铁原理
高炉是一种竖炉型逆流式反应器。高炉冶炼用的铁矿石 和燃料、熔剂等由炉顶的装料设备装入炉内的，并向 下运动；从下部鼓入的空气燃烧燃料，产生大量的高 温还原性气体向上运动；炉料经过加热、还原、熔化、 滴落、造渣、渗碳、脱硫等一系列物理化学过程，最 终生成液态炉渣和生铁。
•10
三、高炉冶炼主要设备简介
受料斗主 要包括： 受料斗篦 子、受料 斗衬板； 受料斗的 最大容积：
16m³
•11
三、高炉冶炼主要设备简介
挡料阀
上密阀
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
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(FeO) + C焦炭 = [Fe] + CO -36350kcal/kmol
高炉炼铁原料的主要成分
高炉炼铁原料的主要成分
高炉炼铁的主要原料包括铁矿石、焦炭和石灰石。
铁矿石是最主要的原料，其中含有铁的化合物，如赤铁矿和磁铁矿。
焦炭是炼铁过程中的还原剂，用于将铁矿石中的氧化铁还原成金属铁。
石灰石用于与炼铁过程中产生的杂质形成渣来帮助去除硫、磷等杂质。
此外，高炉炼铁过程中还需要一定量的燃料和燃烧空气。
这些原料在高炉内经过复杂的化学反应，最终产生熔融铁和炼渣。
这些成分在高炉炼铁过程中起着至关重要的作用，对于生产高质量的铁产品至关重要。
高炉炼铁原料
2、理化性质
（1）化学成分 主要有：固定碳、灰分、挥发分、硫、水分。 （2）化学性质 焦炭反应性（CRI）：指焦炭与CO2、H2O等 进行化学反应的能力； 焦炭抗碱性：指抵抗碱金属及其盐类作用的 能力。
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（3） 焦炭转鼓强度
测试方法GB/T 1996-2003 ：转鼓为直径及长度皆为 1m的密闭容器，鼓内平行于轴线方向，每隔90度在内壁 上焊1条长约1000mm，截面为100×50×10mm的角钢 挡板。
46
47
3、冶炼对焦炭要求
（1）应具有较高的强度。
Ⅰ类焦M40 ≥80.0 M10 ≤8.0。 （2）固定碳含量要高、灰分含量低。一般干焦
含（质量分数）85%左右的固定碳，13%左右的灰分， 其余为挥发分及硫。
实践证明：焦炭灰分增加1%，焦比升高2%，产量 下降3%。
尤其对于1000M3以上的高炉，更应注重焦炭质量。
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（2）有害杂质S、P少。 （3）粒度均匀，粒度范围为20~50mm。入 炉前应筛除粉末及泥土杂质。 目前碱性熔剂主要在铁矿粉烧结工序中加入。
41
2.1.3 高炉燃料
2.1.3.4 焦炭 1、 焦炭在高炉冶炼中的作用
（1）提供冶炼所需热量； （2）是高炉内主要的还原剂； （3）支撑料柱，起骨架作用； （4）铁水渗碳。 冶炼1吨生铁约需250～600Kg焦炭。
9
特点： 1）含铁量为37~55%，吸水性很强； 2）焙烧可去除结晶水，矿石气孔率和含铁量
增加，矿石还原性好； 3）呈浅褐色、深褐色或黑色，脉石常为砂质
粘土。
10
（4）菱铁矿 为碳酸盐铁矿石，化学式为FeCO3，理论含铁
量48.2%。 特点： 1）含铁量不高，焙烧分解CO2后，含铁量提高，
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%。
高炉炼铁的原理及工艺流程
高炉炼铁的原理及工艺流程
高炉炼铁是钢铁生产中最常见的一种方式，其原理主要在于利用高炉内部燃烧的煤气在高温下和铁矿石发生反应，最终得到铁和炉渣两种产物，从而实现炼铁的目的。
下面将详细介绍高炉炼铁的工艺流程和部分原理。
原料准备
高炉炼铁的原料主要有三种，即铁矿石、焦炭和石灰石。
这些原料在高炉内部经过一系列的化学反应，最终生成熔融的铁和炉渣。
其中铁矿石是主要原料，焦炭用作还原剂和燃料，石灰石则用于与炉渣反应形成石灰渣。
高炉炼铁的工艺流程
1.炼铁原料的装入在炼铁过程中，将铁矿石、焦炭和石灰石按一定的
配比装入高炉中，同时通过风口进风，使炉内火焰熊熊燃烧，产生高温环境。
2.还原反应在高温下，焦炭发生还原反应，将铁矿石中的氧化铁还原
为金属铁，并释放出一定量的一氧化碳。
还原反应主要是以下几个反应：–Fe₂O₃ + 3C → 2Fe + 3CO
–Fe₃O₄ + 4C → 3Fe + 4CO
3.炉渣过程在高炉中，石灰石和炉渣发生反应，形成石灰渣，同时起
到熔化炉渣、减少粘度、保护炉壁等作用。
4.铁水的收取熔化的铁在炉底逐渐积聚形成铁水，通过铁口和排渣口
将铁水和炉渣分离，最终得到熔融的铁水。
5.炉渣处理在高炉炼铁过程中，会产生大量的炉渣，炉渣中含有较多
的有用金属成分，因此需要对炉渣进行回收和处置，以充分利用资源。
结语
高炉炼铁是钢铁生产中不可或缺的重要环节，它通过将铁矿石等原料在高温环境下进行还原反应，最终得到纯净的铁水。
虽然高炉炼铁的工艺流程复杂，但是在工程实践中已得到广泛应用，为钢铁产业的发展提供了坚实的基础。
《高炉炼铁》课件
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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
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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。
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，
2高炉炼铁-第一节汇总
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%。
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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；
炼铁原料复习资料
（资料一来源：百度文库仅供参考!）高炉铁料：烧结矿（高度烧结矿，自融剂性烧结矿，酸性烧结矿），球团矿，富块矿精料：高熟净匀小稳人造块状原料生产方法：烧结法（烧结法是将副矿粉和精矿粉进行高温加热，在不完全融化的情况条件下烧结成块的方法）；球团法（细精矿粉在造球设备上经加水润湿，滚动成生球，再焙烧固结的方法）；压团法（将粉状物料在一定外压力作用下，使之在模型内受压，形成形状和大小一定的团块的方法）矿物：指地壳中的的化学元素经各种地质作用形成的自然元素或自然化合物。
矿石：指在现有的技术经济条件下能从中提取金属，金属化合物或有用矿物的物质总称铁矿石按形态分：赤铁矿，磁铁矿，褐铁矿，菱铁矿铁矿石的质量评价：含铁量高，脉石与有害杂质少，化学成分稳定，粒度均匀，良好的还原性，熔滴性及较高的机械强度铁矿石品位：指铁矿石含铁量，用W（TFe）表示。
平铺直取：先将来料按顺序一薄层一薄层地往复重叠铺成一定高度和大小的条堆，然后再沿料堆断面一个截面一个截面地垂直取运出石灰石的有效溶剂性：指石灰石根据炉渣碱度的要求除去自身所含酸性氧化物造渣所消耗的碱性氧化物，剩余的CaO含量焦炭作用：1发热剂2还原剂3高炉料柱的骨架炼焦过程：洗煤，配煤，炼焦，产品处理；烧结生产主要技术经济指标：1利用系数=台时产量/有效抽风面积2成品率=成品烧结矿量/成品烧结矿量+返矿量烧结料层分为：烧结矿层，燃烧层，预热层，干燥层，过湿层自动蓄热原理：空气在抽过烧结矿层时，被预热，这物理热被带到烧结层，燃烧时产生更高的温度。
意义：提高了烧结过程热能的利用率，节省燃料过湿现象：当饱和蒸汽压低于气相中的水汽分压，水蒸气便开始在冷料表面凝结下来，造成烧结料的水分超过原始的适宜水分而形成。
减轻过湿现象的途径：1提高烧结料的原始温度2提高烧结混合料的湿容量3降低废气中的含水量矿化作用：CaCO3的分解产物CaO与其他矿物化合生成新矿物的作用烧结矿的氧化度：烧结矿中铁氧化物氧化的程度影响去S的因素:1矿粉粒度及性质2燃料用量3添加物质対去S率的影响4操作因素透气性：固体燃料层允许气体通过的难易程度，提高料层透气性途径：1提高物料层孔隙度2降低料层物料的比面积S固相反应：烧结混合料某些组分在烧结过程中被加热到熔融之前发生的反应，生成新的低熔点的化合物或共熔体的过程。
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。
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六、 高炉炉基
钢筋混凝土基座
2023/11/9
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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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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
高炉炼铁的所有知识点总结
高炉炼铁的所有知识点总结一、高炉炼铁的工艺过程高炉炼铁的主要工艺过程包括铁矿石的预处理、还原反应、炼铁反应和产物的分离和收集等步骤。
1. 预处理铁矿石通常是氧化铁矿石，例如赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿等。
在高炉炼铁之前，需要对铁矿石进行预处理，主要包括破碎、煅烧和粉碎等步骤。
首先，铁矿石需要经过破碎设备进行破碎，将其破碎成较小的颗粒。
然后，将破碎后的铁矿石进行煅烧，通常是在煤气或焦炉中进行，将氧化铁矿石还原成较高的还原度。
最后，将煅烧后的铁矿石进行粉碎，使其达到适当的颗粒度，以便于高炉内的还原反应。
2. 还原反应高炉炼铁的核心工艺是还原反应。
在高炉内，煅烧后的铁矿石与焦炭共同投入高炉，并通过热炭气、空气和热风等途径，使焦炭在高炉内发生燃烧，产生大量的一氧化碳和二氧化碳等气体。
这些气体与煅烧后的铁矿石发生还原反应，使氧化铁矿石还原成金属铁。
还原反应的主要化学反应式为Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2。
在此过程中，还将生成一些硅、锰等元素的还原物金属。
3. 炼铁反应在还原反应之后，得到的金属铁流向高炉底部，与炉渣和热铁水的反应产生炼铁反应。
炼铁反应的目的是提高生铁的品质，并去除炉渣中的杂质。
在炼铁反应中，金属铁与炉渣中的碱金属、碳酸盐等发生反应，使炉渣脱碱和夺碳，并将少量的氧、碳等被夹杂在金属铁中的杂质除去。
4. 产物的分离和收集最后，通过高炉的底部出口，生铁和炉渣被分离出来。
生铁被收集起来，经过冷却、成型和质量检验等步骤，最终被用于钢铁冶炼。
炉渣则被收集起来，并用于建筑材料、道路铺设等领域。
以上就是高炉炼铁的工艺过程，我们可以看到，高炉炼铁的工艺过程是一个复杂的化学反应过程，需要严格控制反应条件和工艺参数，以确保生铁的品质和产量。
二、高炉炼铁的原料高炉炼铁的主要原料包括铁矿石、焦炭和石灰石等。
1. 铁矿石铁矿石是高炉炼铁的主要原料，通常是氧化铁矿石。
常见的铁矿石有赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿等。
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
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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
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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
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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
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。
2-高炉冶炼用原料(一)
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• (4)矿石的还原性。 • 矿石中与铁结合的氧被还原剂夺取的难易
程度，称为还原性。冶炼易还原的矿石，可降 低碳素燃料的消耗量。矿石还原性与矿物组成、 致密程度、气孔率等有关。
3 我国铁矿石资源的两个特点
(1)贫矿多，约占铁矿石总储量的80％左右。因此需大力发
展选矿和造块工业。
(2)多种元素共生的复合矿石多。如包钢所用白云鄂博铁 矿中伴生的稀土元素比世界各国储量的总和还多，攀 枝花铁矿中钒也占世界首位，有些矿中还含有铜、铀、
银等贵重金属，故应加强矿石综合利用。 世界上铁矿石储量丰富的国家有前苏联、澳大利
用于烧结配料时，既可以回收铁，又可以取代部分 石灰石和白云石。因钢渣中含有磷，烧结配料时钢渣的 配比不能过高，以免影响生铁质量。
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二 熔剂
矿石中的脉石与焦炭中的灰分，其主要成分是酸性氧化物，
它们的熔点均较高（SiO2 1713℃,Al2O3 2050℃），在高炉
冶炼条件下很难熔化， 为使其形成低熔点物质，需加入 一定数量助熔剂（简称熔剂），以形成许多低熔点的化 合物和共熔体，即所谓的炉渣，并能达到完全熔化，且 具有良好的流动性，使渣铁容易分离。
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分类：按所含有用矿物矿石可分为简单矿石和 复合矿石两种。
简单矿石：从中提取一种有用成分的矿石，如 磁铁矿从中只能提取金属铁；
复合矿石：从中同时能提取两种或两种以上有 用矿物的矿石，如钒钛磁铁矿可从中提取钒、 钛和铁等金属。
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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 (%)
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
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。
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
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。
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。
• 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）
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
（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
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 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。