第二章__高炉炼铁—工艺流程与主要设备

（kg）
（kg）
60 1533
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
——高炉生产以人造富矿为主
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铁矿粉烧结过程
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a、烧结的定义
将各种粉状铁，配入适宜的燃料和熔剂，均 匀混合，然后放在烧结机上点火烧结。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。这一过程 叫是烧结，所得到的块矿叫烧结矿。
脉石成分总体要求：酸性氧化物和碱性氧化物 质量大体相当
结构和分布对有用矿物分离的影响：含Fe颗粒 结晶粗大，易实现有用元素的分离富集；含Fe 颗粒在脉石中呈细晶粒嵌布时，分离富集耗能 大。
致密矿物强度好，但过于致密影响其加工和还 原性能。
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有害元素含量
为使高炉保持合理炉型，还要
靠炉体结构或Hale Waihona Puke Baidu墙的合理设计，并
辅以正确的操作制度。
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三 、高炉炉衬
1、
2、
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四、 高炉冷却装置
1）
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（2） （3）
（4）
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（3）高碱度烧结矿：混合料中加入过量熔剂，使烧 结矿碱度远高于正常高炉渣碱度（R>1.6） 高碱度烧结矿的碱度决定于: a202)1/烧4/3 结矿的冶金性能武汉;科技大b学讲)酸义—朱性诚意炉料的入炉比例。35
c、抽风烧结原理
烧结原理 2021/4/3
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d、烧结工艺流程
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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高
炉
炼
铁
系
统
（
高
炉
本
体
和
辅
助
系
统
）
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二、 高炉本体
碱度：炉渣中CaO与SiO2的质量百分数之比。
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b、烧结矿种类
（1）酸性烧结矿或低碱度（非熔剂性）烧结矿：烧 结配料中不加熔剂或只少量加入熔剂，烧结矿的碱 度为自然碱度，高炉用酸性烧结矿时需要大量加入 石灰石。
（2）自熔性烧结矿：烧结混合料中添加一定数量的 熔剂，使烧结矿碱度控制在R=1.0~1.3。高炉使用 自熔性烧结矿时可不加或只加少量熔剂。
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矿山
焦化厂 制粉车间
精矿 粉矿 块矿
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
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放散 轧钢厂 转炉炼钢厂
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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。
50%< T.Fe<65%,可供高炉使用 我国绝大部分矿石T.Fe含量在30%左右，需富
集后才能使用
特别注意：入炉矿石除成分要求外，还要满足一
定的粒度要求。
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冶炼１吨生铁矿石和熔剂消耗量
入炉品位 矿石消耗量 矿石带入的脉石量 熔剂消耗量
（%）
（kg ）
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图 烧结过程示意图
I—烧结矿层：II—燃烧层：III—预热层：IV—烧结料层：V—垫底料层
1—冷却，再氧化；2—冷却，再结晶；3—固体碳燃烧液相形成；
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4—固相反应氧化武，汉还科技原大，学讲分义解—朱；诚5意—去水；6—水分凝结
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球团生产过程和球团矿
后细磨
磁选
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2.1.2 高炉炼铁工艺流程及主要设备
一、炼铁流程及设备系统 高炉炼铁生产流程比较定型，它由高炉本体及
若干辅助系统组成。
生产时从炉顶分批装入各种炉料，从高炉下部 风口不断鼓入热风，在连续熔炼过程中得到液 态渣铁，定期从炉缸渣铁口排出炉外，与炉料 进行一系列作用的煤气从炉顶溢出。
Fe3O4，理论含铁量72.4%； Fe2O3，理论含铁量70%
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(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
物形式为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿。
主要含铁矿物（Chief Iron Bearing Minerals）
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磁铁矿（主要成分Fe3O4）
赤铁矿（主要成分Fe2O3）
假象“赤铁矿”：磁铁矿在自然界中被氧化， 化学成分上已由Fe3O4成为Fe2O3，在结晶 结构上保持磁铁矿的特征。通常以矿石中全 铁含量与FeO含量的比值判别磁铁矿受氧化 的程度。
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五、高炉钢结构
1）
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（2）
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六、 高炉炉基
钢筋混凝土基座
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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
赤铁矿：理论含铁量70%
磁铁矿：理论含铁量72.4%
菱铁矿：理论含铁量48 . 3%
扣除CO2
褐铁矿：理论含铁量55 . 2~66.1% 和结晶水
6、 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）
7、块矿和粉矿
破碎、筛分
富矿
粉矿（<5mm）供烧结厂生产烧结矿 大中型高炉<45mm
2 矿石：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：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：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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5、富矿：含铁品位>50%的铁矿石
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2、高炉炉型概述
1）、高炉内部及炉墙而形成的工作空间的几何 形状称为高炉炉型。炉衬耐火材料围成高炉炉 型。
2）、高炉炉型为圆断面五段式即：炉喉、炉身、 炉腰、炉腹、炉缸五部分。即高炉内型图所看 到的五部分。
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hu h
h6
3）、几个概念： (a)料线零位：是测
定料面高度的基础。
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
(b)死铁层高度h0
(c)高炉有效高度hu
h0
(d)炉头高度h6
(e)高炉全高h
Schem20a21ti/c4/o3f a blast furnace, illustrating so武m汉e科o技f 大th学e 讲de义fi—ne朱d诚te意rms.
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f）高炉有效容积：在有效高度范围
内炉型所包括的空间。用Vu表示 巨型高炉： Vu >4000m3 大型高炉： Vu >620m3
中型高炉： Vu=255~620m3
小型高炉： Vu <100m3
实践表明：炉型设计合理，能促进 高炉冶炼指标的改善和延长高炉的 使用寿命，故炉型是高炉最基本的 工艺参数。现代高炉向大型化发展， 合理炉型总的趋势是矮胖化。
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e、烧结过程的主要反应
燃烧反应、分解反应、还原与再氧化反应、 气化反应
固相反应和液相粘结形成一定强度和结构的烧结矿 低熔点固相产物是液相形成的前提 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。
14
hu
本
Top ring:炉顶钢圈(炉顶法兰)
h6
体
Offtake :排气管
结
Top cone:高炉炉头（炉顶锥
构 中
形部分） Armour（炉喉）钢砖 Stockline level：料线零位
英
Throat：炉喉，Stack：炉身
文
Belly：炉腰
对
Bosh：炉腹
照
Tuyere：鼓风口
Tuyere breast：风口中心
Bustle pipe :围管
h0
Tuyere stock：风口支管
Hearth：炉缸
Iron notch：出铁口
Cinder notch/emgency iron
Schem20a21ti/c4/o3f a blast furnace, illustrating so武m汉e科o技f 大th学e 讲de义fi—ne朱d诚te意rms. notch;出渣口
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硫铁矿（主要成分FeS2） 褐铁矿（主要成分2Fe2O3·3H2O）
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(2) 铁矿石的评价指标
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
1、高炉本体概述 包括高炉炉型、炉衬、冷却装置、钢结构及基础。 高炉炉型均为五段式，圆形工作空间。 炉衬耐火材料围成高炉炉型。 炉衬靠冷却装置保护，使一代工作炉龄达10~15年。 钢结构是加固炉体和支撑各种附属设备的构件。 高炉大小以有效容积的立方米数表示。
高炉本体结构仍在不断向高效、长寿方向发展之中。
将准备好的原料(细磨精矿或其他细磨粉状物料、 添加剂等)，按一定比例经过配料、混匀制成一定 尺寸的小球，然后采用干燥焙烧或其他方法使其发 生一系列的物理化学变化而硬化固结．这一过程即 为球团生产过程．其产品即为球团矿。
球团矿分酸性球团矿和碱性球团矿。由于酸性球团 矿生产操作较易控制，且品位高，强度好，同时高 炉冶炼也需要酸性球团与高碱度烧结矿配台使用。 因此，目前世界各国以生产酸性球团矿为主。
块矿(>5~10mm),上限
中小型高炉<20~25mm
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8、 精矿：贫矿经过破碎，细磨，并通过磁选或 浮选得到的高品位细粉状矿石
细磨
磁铁矿
磁选
-200目>60~80%
细磨
赤铁矿
浮选
-200目>60~80%
细磨
菱铁矿
浮选
-200目>60~80%
先磁化焙烧 褐铁矿
孔结构，易还原。
矿石的高温性能
矿石在还原过程中和还原后不因强度降低出现破碎， 以免矿粉堵塞煤气流通孔造成冶炼困难
2021/4/3 矿石的软融温度武要汉科求技大学高讲义，—朱温诚意度区间不宜过宽 31
（3）高炉炼铁的含铁原料
烧结矿：高碱度烧结矿和自熔性烧结矿 球团矿：酸性球团矿和自熔性球团矿 块矿：磁铁矿、赤铁矿 碎铁
第二章 高炉炼铁
高炉炼铁：在高炉中采用还原剂将铁矿石经济而 高效的还原得到温度和成分符合要求的液态生铁 的过程。
2.1 高炉炼铁的工艺流程及主要设备
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2.1.1 几个基本概念
1 矿物：地壳中具有均一内部结构、化学组成及一对物 理、化学性质的天然化合物或自然元素称为矿物。其 中能够为人类利用的称为有用矿物。
有害元素是除脉石外的其它在高炉中可被还原 的化合物。常见的有S、P，少见的有碱金属 （K、Na等）及Cu、Pb、Zn、F、As等。
S、P、Cu、As易还原为元素进入生铁，对铁 及钢材质量产生影响
碱金属（K、Na等）、Pb、Zn、F不能入生铁， 但对炉衬产生破坏，有的挥发并在炉内循环造 成结瘤事故或污染环境
高炉生产常需限制有害元素多的矿石的入炉比
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有益元素
有些与铁伴生的元素易还原进入生铁，并能改善钢 材的性能，如Cr、Ni、V、Nb等。
具有单独分离价值的伴生元素如Ti、稀土元素
矿石的还原性
指矿石在炉内被煤气还原的难易程度。
赤铁矿较不如磁铁矿，还原性较好； 菱铁矿、褐铁矿因在受热过程中出现分解，呈现疏松多