高炉炼铁概述

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—高炉炼铁—
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钢铁企业中的炼铁和炼钢
三种钢铁工艺流程的概念图
高炉 炼铁 工艺
烧结矿 球团矿 焦 炭
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液态生铁
矿石
高 炉
转炉炼钢
焦煤
直接 还原 炼铁 工艺
矿石 非焦煤 天然气
粉 矿 或 球 团 矿 还 原 气 预还原炉
固态 海绵铁
直接还原炉
电炉炼钢
熔融 还原 炼铁 工艺
液态生铁
矿石
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发展钢铁工业的基础 稳定可靠的原料来源（矿石、 稳定可靠的原料来源（矿石、煤、熔剂、 熔剂、 耐火材料等） 耐火材料等） 稳定的动力资源（ 电等） 稳定的动力资源（水、电等） 庞大的运输设施（铁路、水运等） 庞大的运输设施（铁路、水运等） 雄厚的资金保证（投资大、建设周期长、 雄厚的资金保证（投资大、建设周期长、 回收效率慢） 回收效率慢） 钢铁工业的发展，标志着这些条件的完善 钢铁工业的发展，标志着这些条件的完善, 反映国民经济的发达程度。 反映国民经济的发达程度。
顶部及 铁口炮泥及炉前沟泥 一般：焦粉＋粘土＋ 一般：焦粉＋粘土＋蒽油 格子砖上 特殊：刚玉＋碳化硅＋ 部 用 硅 砖 ； 特殊：刚玉＋碳化硅＋绢 云母＋焦粉＋ 云母＋焦粉＋焦油 其它部 位 用高铝 喷补泥浆 Al2O3＋ SiO2＋ 粘结剂（磷酸 粘结剂（ 砖或粘土 皂土、水玻璃等） 砖 盐、皂土、水玻璃等）
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1.1高炉冶炼的特点及主要过程 高炉冶炼的特点及主要过程
特点 ①在逆流（炉料下降及煤气上升）过程 在逆流（炉料下降及煤气上升） 中，完成复杂的物理化学反应； 完成复杂的物理化学反应； ②在投入（装料）及产出（铁、渣、煤 在投入（装料）及产出（ 气）之外，无法直接观察炉内反应过程 之外， ； ③ 维持高炉顺行（保证煤气流合理分布 维持高炉顺行（ 及炉料均匀下降）是冶炼过程的关键。 及炉料均匀下降）是冶炼过程的关键。
钢铁产品
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—高炉炼铁— 价格低廉有较高的强度和韧性 易于加工制造 所需原料资源丰富 冶炼工艺成熟、 冶炼工艺成熟、效率高
人均钢材消耗量 反映了一个国家的经济发达程度 日本人均钢材消耗量名列世界第一， 日本人均钢材消耗量名列世界第一，为800Kg/人.年 人年 我国的人均钢材消耗量为80Kg/人.年 我国的人均钢材消耗量为 人年
块状带
Hale Waihona Puke 炉身软熔带 滴落带 死料柱 炉 渣 铁 水
炉腰 炉腹 风口带 炉缸 死铁层
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高炉结构图
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3CO+Fe2O3 =2Fe+3CO2
CO2+C=2CO C +O2=CO2
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滴落区：为液态渣、 滴落区：为液态渣、铁 的滴落带， 的滴落带，该区只有焦 炭仍是固体， 炭仍是固体，且呈疏松 状态堆积， 状态堆积，向下面的回 旋区供给焦炭。 旋区供给焦炭。在这里 主要发生非铁元素(锰 主要发生非铁元素 锰、 磷等)的还原 的还原， 硅、磷等 的还原，铁的 渗碳与脱硫， 渗碳与脱硫，以及碳的 气化反应。 气化反应。 炉缸区： 炉缸区：铁水和炉渣 从静止的焦炭缝隙中 渗出， 渗出，形成渣铁分层 的熔池， 的熔池，并完成最后 的还原反应。 的还原反应。铁中的 碳达到饱和， 碳达到饱和，锰、铁、 磷等元素部分还原并 熔入生铁。 熔入生铁。
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♦世界大型钢铁企业： 世界大型钢铁企业：
♦新日铁（2500万吨） 新日铁（ 万吨） 万吨 ♦蒲项钢铁公司（2200万吨） 蒲项钢铁公司（ 万吨） 万吨 ♦法国钢铁公司（1500万吨） 法国钢铁公司（ 万吨） 万吨 ♦英国钢铁公司（1200万吨） 英国钢铁公司（ 万吨） 万吨 ♦日本钢管公司（1100万吨） 日本钢管公司（ 万吨） 万吨 ♦宝山钢铁公司（2300万吨） 宝山钢铁公司（ 万吨） 万吨
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1.1.2钢铁工业的发展概况 钢铁工业的发展概况
二次世界大战后的四十多年中， 二次世界大战后的四十多年中，钢铁工业获得重大发展 钢产量： 年代初的 亿吨→90年代的 亿吨 年代初的2亿吨 年代的7.4亿吨 钢产量：50年代初的 亿吨 年代的 我国 古代占领先地位（公元前六世纪已广泛使用铁器）； 古代占领先地位（公元前六世纪已广泛使用铁器）； 近代落后于欧洲国家； 近代落后于欧洲国家； 从1890年（汉阳铁厂投产）→1949年约半个世纪内累计 年 汉阳铁厂投产） 年约半个世纪内累计 的钢产量不到200万吨 的钢产量不到200万吨 ； 新中国成立后，特别是改革开放以来， 新中国成立后，特别是改革开放以来，钢铁生产有了重大 发展： 发展： 1949年 1960年 1976年 1980年 年 年 年 年 15.8万吨 1840万吨 2045万吨 3703万吨 万吨 万吨 万吨 万吨 1986年 1988年 1995年 1996年 年 年 年 年 5190万吨 5900万吨 9300 万吨 突破 亿吨 突破1亿吨 万吨 万吨 名列世界第二 名列世界第一
我国现代高炉的追求 高产率 低能耗 低成本

高炉的要求
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1.1.1高炉对含铁原料的要求 高炉对含铁原料的要求
高炉的要求
含铁品位高 熟料比高 化学成分稳定 冷态强度高 粒度适宜 有害元素含量要少
低温还原 粉化率低
还原膨 胀率低
还 原 性好
软化温度高 软化区间窄
熔融滴落温度高, 滴落区间窄
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1. 1高炉原料 高炉原料
高炉原料
铁矿石 天然块矿 人造富矿 烧结矿 球团矿
熔 剂 碱性熔剂―石灰 碱性熔剂 石灰, 石灰 石灰石,白云石 石灰石 白云石 酸性熔剂― 酸性熔剂 硅石 特殊熔剂― 特殊熔剂 萤石
其它含铁代用品 残铁 高、转炉炉尘 轧钢铁皮 硫酸渣
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1.1.1高炉对含铁原料的要求 高炉对含铁原料的要求
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1.1.3钢铁生产工艺流程 钢铁生产工艺流程
钢铁冶金的任务 把铁矿石冶炼成合格的钢
铁矿石→去脉石、杂质和氧 铁 精炼（ 铁矿石 去脉石、杂质和氧→铁 铁→精炼（脱C、Si、P等）→钢 去脉石 精炼 、 、 等 钢
还原熔化过程 炼铁） （炼铁）
氧化精炼过程 炼钢） （炼钢）
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块状区：炉料保持装料时的分层状态， 块状区：炉料保持装料时的分层状态， —高炉炼铁— 没有液体。在该区发生水分蒸发、 没有液体。在该区发生水分蒸发、碳 酸盐分解、铁矿石被CO还原等气固 酸盐分解、铁矿石被 还原等气固 反应，有固态铁(海绵铁 海绵铁)生成 反应，有固态铁 海绵铁 生成 软熔区：由软化和部分熔化的脉石、 软熔区：由软化和部分熔化的脉石、 熔剂、 熔剂、铁等半融状态的物料与焦炭 夹层组成，矿石从开始到完全熔化， 夹层组成，矿石从开始到完全熔化， 主要发生FeO的直接还原反应和碳 主要发生 的直接还原反应和碳 的气化反应。 的气化反应。倒V形的软熔带起着支 形的软熔带起着支 撑炉料的作用。 撑炉料的作用。其焦炭层促使还原 煤气沿炉子径向分布。 煤气沿炉子径向分布。 焦炭回旋区： 焦炭回旋区：热风通过配置 在炉缸上部炉壁周围的 15~40个风口进入高炉，热 个风口进入高炉， 个风口进入高炉 风压力为200~400 kPa，风 风压力为 ， 速200 ~300m/s，因而在每 ， 个风口前形成一个煤气与焦 炭快速循环运动的袋形回旋 区。回旋区往炉内延伸 0.5~2m，周围被焦块所包围， ，周围被焦块所包围， 焦炭回旋区是高炉内唯一存 在的氧化性区域， 在的氧化性区域，也是炉内 21 热量和气体还原剂的主要产 生地。 生地。
熔融还原炉
非焦煤 转炉炼钢
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钢铁产品
项 目 生铁 高 (2.5－4.5%) － 多 高 大 小 只能铸造 差 钢 低 (0.03－1.2%) － 少 低 小 大 铸造、锻造均可 铸造、 好
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含碳量 杂质(Si、 、 、 杂质 、Mn、P、S) 硬度 脆性 韧性 加工性 焊接性
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1.2 高炉燃料
高炉燃料
固体燃料 焦炭 煤粉
气体燃料
焦炉煤气
高炉煤气
用于 高炉本体
用于 热风炉
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1.3 耐火材料
耐火材料
高炉本体用 炉身上部－ 炉身上部－粘土砖 炉身中部－ 炉身中部－高铝砖 炉身下部－ 炉身下部－碳化硅砖 炉腰、炉腹－ 炉腰、炉腹－碳化 硅砖 炉缸上部－ 炉缸上部－碳化硅砖 炉缸下部－ 炉缸下部 － 外侧和底 部用碳砖，内衬高铝砖 陶瓷杯 热风炉内 不定形耐火材料
少量 铁合金 高碳锰铁 高碳硅铁 稀土硅铁 高碳硅锰 合金等
副产品煤气 1600～3500M3/t ～ CO 21～26% ～ H2 1.0～2.0％ ～ ％ CH4 0.2～0.8％ ～ ％ CO2 14～21％ ～ ％ N2 55～57％ ～ ％ Q低 低 3200～3800 ～ KJ/M3
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1 现代高炉炼铁工艺
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—高炉炼铁—
1 现代高炉炼铁工艺
高炉炼铁的本质是铁的还原过程， 高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即使用焦碳做 燃料和还原剂， 燃料和还原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料中的 铁从氧化物或矿物状态还原为液态生铁。 铁从氧化物或矿物状态还原为液态生铁。
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—高炉炼铁—
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—高炉炼铁— 原燃料从炉顶加 入 高炉煤气排 出 炉喉
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1.1钢铁工业概况 钢铁工业概况
1.1.1国民经济中钢铁工业的地位 国民经济中钢铁工业的地位 评价一个国家的工业发达程度
工业化水平 国民生活水准
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工业生产所占比重
工业机械化、 工业机械化、 自动化程度
工业化水平的标志
交 通 工 具
市 政 设 施
民 用 住 宅
生 活 用 品
劳动生产率↑ 劳动生产率 需要大量基础材料 需要大量机械设备
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1.2高炉产品 高炉产品
高炉产品
副产品炉渣 300～600Kg/t ～ CaO 35～44％ ～ ％ SiO2 32～42％ ～ ％ Al2O3 6～14％ ～ ％ MgO 4～13％ ～ ％ 渣温1400-1600 渣温 热含量 1680～1900 ～ KJ/Kg
主产品铁水 Si 0.3～1.25% ～ C 2.5～5.0% ～ Mn 0.1～0.8% ～ P 0.08～0.4% ～ S 0.02～0.07% ～ 铁水温度 1400～1500℃ ～ ℃
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1.1高炉冶炼的特点及主要过程 高炉冶炼的特点及主要过程
过 程
①还原过程 实现矿石中金属元素（ 主要是Fe Fe） 实现矿石中金属元素 （ 主要是 Fe ） 和 氧元素的化学分离； 氧元素的化学分离； ② 造渣过程 实现已还原的金属与脉石的熔融态机 械分离； 械分离； ③ 传热及渣铁反应过程 实现成分及温度均合格的液态铁水。 实现成分及温度均合格的液态铁水。
—高炉炼铁—
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—高炉炼铁—
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—高炉炼铁—
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—高炉炼铁—
课程简介
冶金是一种历史悠久的工艺， 冶金是一种历史悠久的工艺，我国出土的两三千年前的冶金产品 如青铜器具、兵器等，其工艺水平令现代的冶金学家也赞叹不已； 如青铜器具、兵器等，其工艺水平令现代的冶金学家也赞叹不已； 但一直到19世纪末冶金还仅仅是一种技艺，没有理论的指导 任何微 但一直到 世纪末冶金还仅仅是一种技艺，没有理论的指导,任何微 世纪末冶金还仅仅是一种技艺 小的进步都要靠人们长期的摸索。20世纪初期人们将物理化学理论 小的进步都要靠人们长期的摸索。 世纪初期人们将物理化学理论 用于分析和研究冶金过程，揭示冶金过程的内在本质和规律性， 用于分析和研究冶金过程，揭示冶金过程的内在本质和规律性，形 成了新的学科分支—冶金过程原理， 成了新的学科分支 冶金过程原理，才使冶金由技艺发展成为科 冶金过程原理 学。在冶金过程原理的指导下，冶金技术得到迅速的发展，同时在 在冶金过程原理的指导下，冶金技术得到迅速的发展， 国民经济中形成为一个举足轻重的产业部门。 国民经济中形成为一个举足轻重的产业部门。
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1.3高炉主要技术经济指标 高炉主要技术经济指标
1、有效容积利用系数ηµ 、有效容积利用系数 定义： 定义：每M3高炉有效容积每昼夜生产的合格铁 量（T/ M3.d）。 ）。 我国η 我国 µ＝1.6～2.4 T/ M3.d；日本 ＝1.8～ ～ ；日本ηµ＝ ～ 2.8 T/ M3.d 2、焦比 、 定义： 定义：冶炼每吨生铁所消耗的焦炭的千克数 （Kg/T）。 ）。 我国焦比为250～650Kg/T 我国焦比为 ～ 3、煤比 、 定义： 定义：冶炼每吨生铁所消耗的煤粉的千克数 （Kg/T）。 ）。 我国煤比为50～ 我国煤比为 ～220Kg/T