钢铁冶金概论2高炉炼铁

水 封
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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。
武钢三烧396m2鼓风环式冷却机
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烧结过程示意图
烧结料层有明显的分层，依次出现烧结矿层、燃 烧层、预热和干燥层、 过湿层，然后又相继 消失，最后剩下 烧结矿层。
抽 风 烟 筒 排 放
筛 分 冷 却 整 粒 高炉矿槽
热返矿
冷返矿
冷返矿
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高
炉
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带 式 抽 风 烧 结 机
铺底料 布料 点火器
400m2带式抽风烧结机
除 尘 器 降 尘 管
单辊破碎机
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烧结过程的主要反应
燃烧反应：C+O2，烧结废气中以CO2为主，存在少量CO， 还有一些自由氧和氮。 2C+O2=2CO； C+O2=CO2 分解反应： 含铁矿物的分解：褐铁2Fe2O3·3H2O O=2Fe 2Fe2O3+3H2O 2FeCO3+1/2O2=Fe2O3+2CO2 熔剂分解：CaCO3=CaO+CO2(750℃以上) MgCO3=MgO+CO2(720℃)
2.1.2 烧结(sintering)矿生产
烧结过程
1）原材料 • 含铁物料：（1）精矿粉均矿；（2）粉矿和破碎粉均矿；（3）二次含 铁原料，如高炉除尘灰、轧钢皮 • 熔剂：消石灰、石灰石粉、白云石粉、蛇纹石粉 • 燃料：焦粉或无烟煤粉（5%~7%） 2）烧结 将粉状铁矿粉配入适宜的燃料和熔剂，均匀混合，然后放在烧结机点 火烧结。在燃料燃烧产生高温和一系列物理化学变化作用下，部分混 合料颗粒表面发生软化熔融，产生一定数量的液相，并润湿其它未融 化的矿石颗粒。冷却后，液相将矿粉颗粒粘结成块。所的到的块矿叫 烧结矿。
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2.1.2主要原料
2）燃料
焦炭
焦炭的作用：1）热源；2）料柱骨架；3）还原剂；4） 生铁形成过程中渗碳的碳源。 含碳高、强度好 大型高炉 40~60mm； 有一定块度且块度均匀 高炉对 中型高炉 25 25~ 40mm； 焦炭要求 有合适的反应性 小型高炉 15~25mm；
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2.1.1主要原料
3）熔剂
石 灰 石
熔剂主要使用石灰石(calcite) 和白云石(dolomite)； 熔剂的要求： 白 有效成分含量高（CaO+MgO）； 云 石 有害杂质S、P低； 粒度均匀，强度好，粉末少。 熔剂的作用： 助熔，改善流动性，使渣铁容易分离； 脱硫（焦炭和矿石中S）。
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烧结矿质量指标
烧结矿质量对高炉冶炼有重大影响，对其质量评价指
② 物理性能(包括机械强度和粒度组成)
高炉要求烧结矿机械强度高，粉末少，粒度均匀。 • 烧结矿粒度小于6.3mm的称之为粉末。粉末含量对高炉料柱
标主要有化学成分、物理性能、冶金性能等。 ① 化学成分 高炉要求烧结矿化学成分稳定 波动小 有害杂质少 高炉要求烧结矿化学成分稳定，波动小，有害杂质少。 主要包括TFe、FeO、S、碱度（CaO/SiO2）。 目前高炉使用高碱度烧结矿要求TFe>55%～56%左右， R>1.60 。
烧结矿的组成 是由多种矿物组成的复合体。由含铁矿物和脉 石矿物组成的液相粘结在一起组成。 含铁矿物有磁铁矿、方铁矿（或浮氏体）、赤 铁矿 粘结相主要有铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅灰石、 硅酸二钙、硅酸三钙、铁酸钙、钙铁灰石及少 量反应不全的游离石英和石灰。
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2.1.1 主要原料
1）铁矿石
按矿物组成分为： 赤铁矿（Fe2O3）：理论含铁量70% 。储量和 开采量占首位。 磁铁矿（Fe F 3O4）：理论含铁量 ） 理论含铁量72.4% 72 4%。 TFe/FeO<3.5为磁铁矿， TFe/FeO>7.0为假象赤 铁矿。 菱铁矿（FeCO3）：理论含铁量48 . 3% 褐铁矿（nFe2O3·mH2O）：理论含铁量55 . 2~66.1%
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气煤：煤化程度比长焰煤高，在热解过程中，生成了较 多的胶质体，但黏度小，流动性大，其热稳定性差，容易 分解。 肥煤：属于中等变质程度的煤。肥煤产生的胶质体数量 最多，并具有良好的流动性能，且热稳定性能也好。 肥 煤黏结性最强 是我国炼焦煤的基础煤种之 煤黏结性最强，是我国炼焦煤的基础煤种之一。 无烟煤：煤化程度最高，燃烧时无烟，挥发分最低，硬 度最高。
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富矿
破碎、筛分
粉矿（<5mm）供烧结厂生产烧结矿 大中型高炉<45mm 块矿(>5~10mm)上限 中小型高炉<20 <20~25mm 25mm
破碎、细磨，
浮选 磁选
粉状精矿 尾矿
贫矿
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铁矿石处理工艺流程
细磨 磁铁矿 -200目>60~80% 细磨 菱铁矿 -200目>60~80% 浮选 褐铁矿 磁选 细磨 赤铁矿 -200目>60~80% 先磁化焙烧 后细磨 磁选 浮选
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本章内容
第二章 高炉炼铁 (Blast Furnace Ironmaking)
2.1 2.2 2.3 2.4
高炉冶炼原料 高炉结构及附属设备 高炉炼铁原理 高炉操作
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2.1 高炉冶炼原料
2.1.1 主要原料 2.1.2 烧结(sintering) 2.1.3 球团(pelletizing)
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精矿、粉矿 （0~10mm）
石灰石、白云石 （80~0mm） 破 筛 碎 分 3~0mm 配 料
碎焦、无烟煤 （25~0mm） 破 碎 3~0mm 皮 带
瓦斯灰、 轧钢皮 （10~0mm）
烧结矿的优点 烧结矿属人造矿石，与天然矿石相比有许 多优点，通常含铁量高，粒度组成均匀，气孔 率大 成分稳定 还原性能好 另外 含碱性 率大，成分稳定，还原性能好。另外，含碱性
烧结 工艺及 设备
>3mm
一次混 料：均 匀成分
水 水蒸汽
一 次 混 料（混匀） 二 次 混 料（制粒） 布 烧 除 尘 料 结 点火器 机 破 碎
制粒：3~5mm松散球料 提高料温：提高温度到 露点以上，避免料层下 部水蒸气凝结
烟道灰
熔剂，高炉造渣性能好，具有良好的冶金性能。
灰 尘
高炉使用烧结矿，可提高产量，降低燃料消耗。
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烧结过程的主要反应
还原与再氧化反应：Fe、Mn等
靠近燃料颗粒处：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2; Fe3O4+CO=3FeO+CO2; 远离燃料颗粒处：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3; 3FeO+1/2O2=Fe3O4.
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2.1.2 烧结(sintering)矿生产
烧结矿生产的必要性
在自然界中，能直接用于高炉冶炼的富矿越来越少， 使得人们不得不开采贫矿（含铁品位25～40%），但贫 矿直接入炉是不经济的，仍须经过选矿提高其品位。 要选矿，必须对矿石进行破碎研磨，因此铁矿粉选矿 后粒度组成不符合高炉冶炼的要求，必须经过造块后 方可用于冶炼。
首钢秘鲁铁矿区开采现场Fra bibliotek澳大利亚铁矿
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2.1.1主要原料-基本概念
1 矿物(Minerals)：地壳中具有均一内部结构、化学 组成及一定物理、化学性质的天然化合物或单质 元素称为矿物。其中能够为人类利用的称为有用 矿物。 2 矿石(Ore)：在现代的技术经济条件下，能以工业 规模从中提取金属、金属化合物或其它产品的矿 物称为矿石。 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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磁铁矿（Fe3O4）-magnetite 赤铁矿（Fe2O3）-hematite
褐铁矿（mFe2O3·nH2O）-limonite
菱铁矿（FeCO3）-siderite
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按矿物中铁含量高低分为： 富矿(high-grade ore)：铁品位>理论品位的 70%。 贫矿(lean ore)：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）。 的铁矿石称贫矿（必须经过选矿后使用） 块矿(lump ore)和粉矿(fine ore)： 块矿：粒度10~45mm的富矿 粉矿：粒度小于8~10mm的富矿
脱硫反应：脱硫85％～95％。 FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2 2FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO2