CH高炉炼铁解析实用课件

2022/12/26/15:35:421主要内容2.1高炉冶炼用原料(rawmaterials)2.2高炉炼铁原理2.3高炉结构及附属设备2.4高炉操作第1页/共85页2022/12/26/01:22:261主要内容2.1高炉2022/12/26/15:35:4222.1高炉冶炼用原料2.1.1主要原料2.1.2烧结(sintering)2.1.3球团(pelletizing)第2页/共85页2022/12/26/01:22:2622.1高炉冶炼用原2022/12/26/15:35:4232.1.1.1几个基本概念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自然元素称为矿物。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(Oregrade)：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。第3页/共85页2022/12/26/01:22:2632.1.1.1几个2022/12/26/15:35:4245、富矿(high-gradeore)：含铁品位>50%的铁矿石赤铁矿：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%

褐铁矿：理论含铁量55.2~66.1%6、贫矿(leanore)：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(lumpore)和粉矿(fineore)扣除CO2和结晶水富矿破碎、筛分块矿(>5~10mm),上限粉矿（<5mm）供烧结厂生产烧结矿大中型高炉<45mm中小型高炉<20~25mm第4页/共85页2022/12/26/01:22:2745、富矿(high-2022/12/26/15:35:4252.1.1.2主要原料高炉冶炼用的原料主要有铁矿石（天然富矿和人造富矿）、燃料(fuel)（焦炭和喷吹燃料）、熔剂(flux)（石灰石与白云石等）。冶炼1t生铁大约需要1.6~2.0t矿石，0.4~0.6t焦炭(coke)，0.2~0.4t熔剂。高炉冶炼是连续生产过程，必须尽可能为其提供数量充足、品味高、强度好、粒度均匀粉末少、有害杂质少及性能稳定的原料。第5页/共85页2022/12/26/01:22:2752.1.1.2主要2022/12/26/15:35:4268、精矿(oreconcentrate)：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.赤铁矿

细磨

-200目>60~80%浮选磁铁矿

细磨

-200目>60~80%磁选褐铁矿

先磁化焙烧后细磨磁选菱铁矿

细磨

-200目>60~80%浮选第6页/共85页2022/12/26/01:22:2868、精矿(orec2022/12/26/15:35:427铁矿石磁铁矿（Fe3O4）-magnettie赤铁矿（Fe2O3）-hematite褐铁矿（mFe2O3·nH2O）-limonite

菱铁矿（FeCO3）-siderite

第7页/共85页2022/12/26/01:22:287铁矿石磁铁矿（Fe32022/12/26/15:35:428铁矿石磁铁矿石铁矿物主要是磁铁矿，黑色金属光泽，磁性强。假象赤铁矿：Fe全/FeO≥7.0半假象赤铁矿：7.0>Fe全/FeO≥3.5磁铁矿：Fe全/FeO<3.5赤铁矿石颜色呈红色或红褐色，无磁性，组织疏松易破碎，还原性优于磁铁矿。储量最多，占铁矿石总储量48.3%，是炼铁的主要铁矿石资源。褐铁矿石是含有结晶水的赤铁矿，化学式为mFe2O3●nH2O(m=1~3,n=1~4)加热时失去结晶水和游离水，气孔率增加，还原性好，提高品位。菱铁矿石含铁的碳酸盐，自然界中含量少加热分解放出CO2，含铁量提高，变得疏松多孔，易还原。第8页/共85页2022/12/26/01:22:288铁矿石磁铁矿石第8页2022/12/26/15:35:429铁矿石第9页/共85页2022/12/26/01:22:289铁矿石第9页/共852022/12/26/15:35:4210铁矿石处理工艺流程矿石(ore)→破碎(crush)→筛分(screen)→富矿(high-gradeore)→混匀(mix)→高炉；矿石→破碎→筛分→贫矿

(leanore)→磨矿

(grinding)→筛分→选矿→造块→人造富矿→高炉第10页/共85页2022/12/26/01:22:2810铁矿石处理工艺流程2022/12/26/15:35:4211铁矿石处理工艺流程破碎、筛分的目的按高炉冶炼的要求，提供适宜粒度，满足贫矿选分处理对粒度的需要破碎工业生产主要用机械力来破碎矿石。常用方法有压碎、劈碎、折断、击碎与磨碎。根据对产品粒度要求的不同级别，破碎作业分为粗碎、中碎、细碎、粗磨和细磨第11页/共85页2022/12/26/01:22:2911铁矿石处理工艺流程2022/12/26/15:35:4212铁矿石处理工艺流程筛分将物料按粒度分成两种或多种级别的作业。固定条筛、振动筛固定条筛用于大块矿石的粗筛，优点坚固简单不消耗动力；缺点易堵塞效率低。振动筛用于细碎物料的筛分，筛分效率高、易调整、筛孔堵塞少，需要专门动力设备，消耗动力。筛分效率、筛孔尺寸筛孔效率：实际筛下物的重量与筛分物料中粒度小于筛孔的物料总量之比。筛孔尺寸：用mm表示，对于粉碎很细的物料用网目表示，指筛子表面25.4mm（1英寸）长度上所具有的大小相同的筛孔数。第12页/共85页2022/12/26/01:22:2912铁矿石处理工艺流程2022/12/26/15:35:4213燃料焦炭的作用：发热剂、还原剂及料柱骨架。化学性质：固定碳、灰分、挥发分、水分、硫含量。物理性质：机械强度、粒度和气孔率。粒度：大型高炉40~60mm；中型高炉25~40mm；小型高炉15~25mm；喷吹燃料：固体（无烟煤与烟煤粉）液体（重油、煤焦油）气体（天然气或焦炉煤气）第13页/共85页2022/12/26/01:22:2913燃料焦炭的作用：发2022/12/26/15:35:4214熔剂熔剂主要使用石灰石(calcite)

和白云石(dolomite)；熔剂的要求：有效成分含量高（CaO+MgO）；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）。第14页/共85页2022/12/26/01:22:2914熔剂熔剂主要使用石2022/12/26/15:35:42152.1.2烧结(sintering)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，所的到的块矿叫烧结矿。第15页/共85页2022/12/26/01:22:29152.1.2烧结(（1）将准备好的矿粉、燃料、溶剂、反矿及其它含铁原料，按不同比例送到混合机内，进行混匀和加水润湿造球；

（2）混好的料由布料器铺到烧结机台车上，进行点火烧结；

（3）烧好的烧结矿经过冷却、破碎和筛分，成品矿送往高炉，筛下物为返矿或作垫底料；

（4）烧结过程产生废气，经除尘器除尘后，由风机抽入烟囱排入大气。

烧结工艺流程

第16页/共85页（1）将准备好的矿粉、燃料、溶剂、反矿及其它含铁原料，按不同162022/12/26/15:35:4217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。第17页/共85页2022/12/26/01:22:2917烧结过程示意图烧结2022/12/26/15:35:4218烧结分层烧结矿层成矿层，主要变化是液相凝固、析出新矿物、预热空气。表层受冷空气剧冷作用，温度低，矿物来不及析晶，所以表层强度差。燃烧层混合料软化、熔融及形成液相。对烧结过程和烧结矿质量影响较大。预热干燥层混合料被燃烧层下来的热废气干燥和预热。热交换进行迅速，所以温度陡降。水分蒸发、结晶水及碳酸盐分解、矿石氧化还原及固相反应。过湿层上层废气中带入较多的水汽，进入冷料层温度降至露点以下时，水汽将会大量冷凝于料层中，形成过湿层，从而破坏已造好的小球，影响料层透气性。第18页/共85页2022/12/26/01:22:2918烧结分层烧结矿层第2022/12/26/15:35:4219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：结晶水的分解：褐铁矿（mFe2O3·nH2O）高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O)

熔剂分解：CaCO3=CaO+CO2(750℃以上)MgCO3=MgO+CO2(720℃)第19页/共85页2022/12/26/01:22:2919烧结过程的主要反应2022/12/26/15:35:4220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.气化反应：脱硫85％～95％。

FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO22FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO2第20页/共85页2022/12/26/01:22:2920烧结过程的主要反应2022/12/26/15:35:4221烧结矿的形成烧结矿是一种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。第21页/共85页2022/12/26/01:22:3021烧结矿的形成烧结矿2022/12/26/15:35:4222烧结机世界上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。工作原理（1）烧结机本体主要有台车、真空箱、密封装置、传动装置、单辊破碎机、热矿筛等组成，安放在钢支架上。（2）铺满混合料的台车移至真空箱时，上面点火、下面抽风，烧结开始并连续进行至机尾结束。（3）台车在尾部翻车卸料，移至机头导轨处。完成一个循环。第22页/共85页2022/12/26/01:22:3022烧结机世界上90%2022/12/26/15:35:42232.1.3球团将准备好的原料(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。球团矿生产的工艺流程一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序。

第23页/共85页2022/12/26/01:22:30232.1.3球团将2022/12/26/15:35:42242.1.3球团圆盘造球机

第24页/共85页2022/12/26/01:22:30242.1.3球团圆2022/12/26/15:35:4225竖炉球团矿生产的工艺流程

第25页/共85页2022/12/26/01:22:3025竖炉球团矿生产的工2022/12/26/15:35:42262.2高炉炼铁原理2.2.1高炉冶炼过程及特点2.2.2燃烧反应2.2.3还原反应2.2.4高炉炉渣与脱硫2.2.5炉料与煤气运动2.2.6高炉生产主要技术经济指标第26页/共85页2022/12/26/01:22:30262.2高炉炼铁原2022/12/26/15:35:42272.2.1高炉冶炼过程及特点现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除高炉本体外，还有供料、送风、煤气净化除尘、喷吹燃料和渣铁处理等系统。高炉炼铁的本质

传质过程：矿石中的O2-O2-

进入煤气中，实现铁与氧的分离

传热过程：煤气携带的热量传给炉料，使炉料熔化成渣铁，实现渣铁分离O2-(矿）＋CO￫CO2第27页/共85页2022/12/26/01:22:30272.2.1高炉冶炼2022/12/26/15:35:4228高炉结构高炉是由耐火材料砌筑而成竖式圆筒形炉体，外有钢板制成炉壳加固密封，内嵌冷却器保护，炉子自上而下依次分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸五部分。炉缸部分设有风口、铁口和渣口，炉喉以上为装料装置和煤气封盖及导出管。第28页/共85页2022/12/26/01:22:3028高炉结构高炉是由耐2022/12/26/15:35:4229高炉生产工艺流程炉料下降，煤气上升（1）炉料从炉顶装入炉内，风口鼓入由热风炉加热到1000~1300度的热风；（2）炉料中焦炭在风口前与鼓风中的氧发生燃烧反应，产生高温和还原性气体；（3）高温和还原性气体在炉内上升过程中，加热缓慢下降的炉料，并还原铁氧化物为金属铁；（4）矿石升到一定温度后软化，熔融滴落；（5）未被还原的物质形成熔渣，实现渣铁分离。（6）已经融化的渣铁聚集于炉缸内，发生诸多反应，最后调整铁液成分和温度，定期从炉内排放炉渣和生铁；（7）上升的高炉煤气流，由于能量传递给炉料温度下降，形成高炉煤气从炉顶导出。第29页/共85页2022/12/26/01:22:3029高炉生产工艺流程炉2022/12/26/15:35:4230高炉炉内炉料状况及反应第30页/共85页2022/12/26/01:22:3030高炉炉内炉料状况及2022/12/26/15:35:42312.2.2燃烧反应炉顶加入的焦炭，其中风口前燃烧的碳量约占入炉总碳量的65%～75%，是在风口前与鼓风中的O2燃烧，17～21％参加直接还原反应，10％左右溶解进入铁水。燃烧反应的作用：为高炉冶炼过程提供主要热源；为还原反应提供CO、H2等还原剂；为炉料下降提供必要的空间。第31页/共85页2022/12/26/01:22:31312.2.2燃烧反2022/12/26/15:35:4232燃烧反应燃烧反应的机理一般认为分两步进行：风口前碳素的燃烧只能是不完全燃烧，生成CO并放出热量。由于鼓风中总含有一定的水蒸气，灼热的C与H2O发生下列反应：

C+H2O=CO+H2-124390kJ实际生产中的条件下，风口前碳素燃烧的最终产物由CO、H2、N2组成。第32页/共85页2022/12/26/01:22:3132燃烧反应燃烧反应的2022/12/26/15:35:4233回旋区及燃烧带回旋区：风口前产生焦炭和煤气流回旋运动的区域称为回旋区。回旋区和中间层组成焦炭在炉缸内进行燃烧反应的区域称为燃烧带。实践中常以CO2降至1～2％的位置定为燃烧带界限。大型高炉的燃烧带长度在1000～1500mm左右。第33页/共85页2022/12/26/01:22:3133回旋区及燃烧带回旋2022/12/26/15:35:42342.2.3还原反应2.2.3.1基本概念2.2.3.2高炉内铁氧化物的还原2.2.3.3高炉内非铁元素的还原第34页/共85页2022/12/26/01:22:31342.2.3还原反2022/12/26/15:35:42352.2.3.1基本概念还原反应还原剂夺取金属氧化物中的氧，使之变为金属或该金属低价氧化物的反应。高炉炼铁常用的还原剂主要有CO、H2和固体碳。铁氧化物的还原顺序遵循逐级还原的原则。当温度小于570℃时，按Fe2O3→Fe3O4→Fe的顺序还原。当温度大于570℃时，按Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe的顺序还原。第35页/共85页2022/12/26/01:22:31352.2.3.1基本2022/12/26/15:35:42362.2.3.2高炉内铁氧化物的还原用CO和H2还原铁氧化物用CO和H2还原铁氧化物，生成CO2和H2O还原反应叫间接还原。用CO作还原剂的还原反应主要在高炉内小于800℃的区域进行。用H2作还原剂的还原反应主要在高炉内800～1100℃的区域进行。第36页/共85页2022/12/26/01:22:31362.2.3.2高用固体碳还原铁氧化物用固体碳还原铁氧化物，生成CO的还原反应叫直接还原。在高炉内具有实际意义的只有FeO+C=Fe+CO的反应。直接还原要通过气相进行反应，其反应过程如下：直接还原一般在大于1100℃的区域进行，800～1100℃区域为直接还原与间接还原同时存在区，低于800℃的区域是间接还原区。第37页/共85页用固体碳还原铁氧化物第37页/共85页372022/12/26/15:35:42382.2.3.3高炉内非铁元素的还原锰的还原硅的还原磷的还原铅、锌、砷的还原第38页/共85页2022/12/26/01:22:31382.2.3.3高2022/12/26/15:35:4239锰的还原高炉内锰氧化物的还原由高级向低级逐级还原直到金属锰，顺序为：从MnO2到MnO可通过间接还原进行还原反应。MnO还原成Mn只能靠直接还原取得。MnO的直接还原是吸热反应。高炉炉温是锰还原的重要条件，其次适当提高炉渣碱度，增加MnO的活度，也有利于锰的直接还原。还原出来的锰可溶于生铁或生成Mn3C溶于生铁。第39页/共85页2022/12/26/01:22:3139锰的还原高炉内锰2022/12/26/15:35:4240硅的还原硅的还原只能在高炉下部高温区(1300℃以上)以直接还原的形式进行：

SiO2+2C＝Si＋2CO-628297kJSiO2在还原时要吸收大量热量，硅在高炉内只有少量被还原。还原出来的硅可溶于生铁或生成FeSi再溶于生铁。较高的炉温和较低的炉渣碱度有利于硅的还原。铁水中的含硅量可作为衡量炉温水平的标志。第40页/共85页2022/12/26/01:22:3140硅的还原硅的还原只2022/12/26/15:35:4241磷的还原磷酸铁[(FeO)3·P2O5·8H2O]又称蓝铁矿，蓝铁矿结晶水分解后，形成多微孔的结构较易还原，反应式为：磷酸钙（主要存在形式）在高炉内首先进入炉渣，在1100～1300℃时用碳作还原剂还原磷，其还原率能达60％；当有SiO2存在时，可以加速磷的还原：磷在高炉冶炼条件下，全部被还原以Fe2P形态溶于生铁。第41页/共85页2022/12/26/01:22:3141磷的还原磷酸铁[2022/12/26/15:35:4242铅、锌、砷的还原还原出来的铅（密度11.34g/cm3）易沉积于炉底，渗入砖缝，破坏炉底；部分铅在高炉内易挥发上升，遇到CO2和H2O将被氧化，随炉料一起下降时又被还原，在炉内循环。还原出来的锌，在炉内挥发、氧化、体积增大使炉墙破坏，或凝附于炉墙形成炉瘤。还原出来的砷，与铁化合影响钢铁性能，使钢冷脆，焊接性能大大降低。第42页/共85页2022/12/26/01:22:3242铅、锌、砷的还原2022/12/26/15:35:42432.2.3.5生铁的生成与渗碳过程生铁的生成：渗碳和已还原的元素进入生铁中，得到含Fe、C、Si、Mn、P、S等元素的生铁。渗碳过程固体海绵铁发生渗碳过程：（渗C有限，不到1％）在1400℃左右时，与炽热的焦炭继续进行固相渗碳。熔化后的金属铁与焦炭发生渗碳反应：3Fe液+C焦=Fe3C液。第43页/共85页2022/12/26/01:22:32432.2.3.5生铁2022/12/26/15:35:42442.2.4高炉炉渣与脱硫高炉炉渣是铁矿石中的脉石和焦炭(燃料)中的灰分等与熔剂相互作用生成低熔点的化合物，形成非金属的液相。高炉炉渣的成分高炉炉渣作用成渣过程生铁去硫第44页/共85页2022/12/26/01:22:32442.2.4高炉炉2022/12/26/15:35:42452.2.4.1高炉炉渣的成分高炉炉渣的来源：矿石中的脉石、焦炭(燃料)中的灰分、熔剂中的氧化物、被侵蚀的炉衬等。高炉炉渣的成分：氧化物为主，且含量最多的是SiO2、CaO、Al2O3、MgO。炉渣中氧化物的种类：碱性氧化物、酸性氧化物和中性氧化物。以碱性氧化物为主的炉渣称碱性炉渣；以酸性氧化物为主的炉渣称酸性炉渣。炉渣的碱度(R)：炉渣中碱性氧化物和酸性氧化物的质量百分数之比表示炉渣碱度：高炉炉渣碱度一般表示式：R=m(CaO)／m(SiO2)炉渣的碱度根据高炉原料和冶炼产品的不同，一般在1.0～1.3之间。第45页/共85页2022/12/26/01:22:32452.2.4.1高2022/12/26/15:35:42462.2.4.2高炉炉渣的作用分离渣铁，具有良好的流动性，能顺利排出炉外。具有足够的脱硫能力，尽可能降低生铁含硫量，保证冶炼出合格的生铁。具有调整生铁成分，保证生铁质量的作用。保护炉衬，具有较高熔点的炉渣，易附着于炉衬上，形成“渣皮”，保护炉衬，维持生产。第46页/共85页2022/12/26/01:22:32462.2.4.2高2022/12/26/15:35:42472.2.4.2成渣过程

（1）焦炭在风口处完全燃烧，灰分进入炉渣。（2）石灰石在下降过程中，分解的CaO在滴落带，被初渣溶解，参与造渣。（3）矿石在块状带固相反应生成了低熔点的化合物沿焦炭缝隙流下，分离出初渣。随后渣中(FeO)不断还原进入铁中，至滴落带，炉渣以滴状下落，渣中FeO已降到2％～3％。（4）滴落的初渣成分不断变化，初渣开始是自然碱度，以后随着SiO2的还原，石灰石渣化并加入焦炭灰分，经过碱度波动之后形成终渣。成渣过程中，软熔带对炉内料柱透气性影响很大，习惯上把这一带叫成渣带。第47页/共85页2022/12/26/01:22:32472.2.4.2成2022/12/26/15:35:42482.2.4.3生铁去硫硫的来源：矿石、焦炭、熔剂和喷吹燃料中的硫分。炉料中焦炭带入的硫最多，占70％～80％。冶炼每吨生铁由炉料带入的总硫量称硫负荷。炉渣去硫炉渣去硫反应：[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)

生成的FeO在高温下与焦炭作用：(FeO)+C=[Fe]+{CO}-Q

总的脱硫反应可写成：[FeS]+(CaO)+C=(CaS)+[Fe]+{CO}-Q炉外脱硫高炉常用的炉外脱硫剂是苏打粉(Na2CO3)。反应式为：Na2CO3+FeS=Na2S+FeO+{CO2}-Q还有石灰、白云石、电石、复合脱硫剂等。第48页/共85页2022/12/26/01:22:33482.2.4.3生2022/12/26/15:35:42492.2.5炉料与煤气运动2.2.5.1炉料运动2.2.5.2煤气运动第49页/共85页2022/12/26/01:22:34492.2.5炉料与2022/12/26/15:35:42502.2.5.1炉料运动炉料在炉内下降的基本条件：高炉内不断形成促使炉料下降的自由空间。形成炉料下降的自由空间的因素焦炭在风口前燃烧生成煤气。炉料中的碳素参加直接还原。炉料在下降过程中重新排列、压紧并熔化成液相，体积缩小。定时放出渣铁。第50页/共85页2022/12/26/01:22:34502.2.5.1炉料2022/12/26/15:35:42512.2.5.2煤气运动煤气的体积的变化煤气的成分的变化煤气的温度的变化煤气的压力的变化第51页/共85页2022/12/26/01:22:34512.2.5.2煤2022/12/26/15:35:4252煤气的体积的变化煤气量取决于冶炼强度、鼓风成分、焦比等因素。煤气的体积总量在上升过程中是增加的。第52页/共85页2022/12/26/01:22:3452煤气的体积的变化煤2022/12/26/15:35:4253煤气成分的变化CO：煤气上升过程中，CO在高炉下部高温区开始增加，煤气中的CO含量会相应减小。CO2：在炉缸、炉腹部位几乎为零，从中温区开始增加。H2：来源于风中H2O汽和焦炭中的有机H2和喷吹燃料中的挥发H2，上升过程中由于参加间接还原和生成CH4，含量逐渐减少，但由于炉料中结晶水和碳作用生成部分H2，又可适量增加煤气中H2的含量。N2：鼓风带入的N2，焦炭中的有机N2和喷吹燃料中的挥发N2，在上升过程中不参加任何反应，绝对量不变。CH4：高温时少量焦炭与H2作用生成CH4，上升过程中又加入焦炭挥发分中CH4，但数量很少，变化不大。

第53页/共85页2022/12/26/01:22:3453煤气成分的变化CO2022/12/26/15:35:4254炉内热交换现象：炉缸煤气在上升过程中把热量传递给炉料，温度逐渐降低；而炉料在下降过程吸收煤气的热量，温度逐渐上升。煤气温度的变化第54页/共85页2022/12/26/01:22:3454炉内热交换现象：炉2022/12/26/15:35:4255压头损失(△p)的表示式△p=P炉缸-P炉喉

压头损失△p的作用增加到一定程度时，将妨碍高炉顺行。煤气压力的变化第55页/共85页2022/12/26/01:22:3455压头损失(△p)的2022/12/26/15:35:42562.2.6高炉生产主要技术经济指标有效容积利用系数（ŋV）：高炉每立方米有效容积每天生产的合格铁水量（t/m3·d）入炉焦比（K）：冶炼一吨生铁消耗的焦炭量（kg/t）ηV=高炉每天的合格生铁量P高炉有效容积VuK=每天装入高炉的焦炭量高炉每天出铁量第56页/共85页2022/12/26/01:22:34562.2.6高炉生煤比（或油比）：冶炼一吨生铁消耗的煤粉量或重油（kg/t）燃料比＝焦比＋煤比（或油比）冶炼强度：高炉每立方米有效容积每天消耗的（干）焦炭量（焦比一定的情况下）

ŋV=I/KM=每天喷入高炉的煤粉量高炉每天出铁量I=高炉每天消耗的焦炭量高炉的有效容积第57页/共85页煤比（或油比）：冶炼一吨生铁消耗的煤粉量或重油（kg/t）M57生铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量占生铁总量的指标。休风率：高炉休风时间（不包括计划大、中、小修）占日历工作时间的百分数。规定的日历作业时间=日历时间-计划大中修及封炉时间休风率反映高炉操作及设备维护的水平。生铁成本：生产每吨合格生铁所需原料、燃料、材料、动力、人工等一切费用的总和，单位：元/tFe。炉龄（高炉一代寿命）：即从高炉点火开始到停炉大修之间实际运行的时间或产铁量。炉龄长，产铁多，经济效益高。休风率=高炉休风时间规定的日历作业时间×100%第58页/共85页生铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量占生铁总量的指标。582022/12/26/15:35:4259铁种炼钢生铁牌号炼04炼08炼10代号L04L08L10w(Si)≤0.45>0.45~0.85>0.85~1.25w(Mn)一组二组三组≤0.4＞0.4~1.0＞1.0~2.0w(P)特级一级二级三级≤0.10＞0.10~0.15＞0.15~0.25＞0.25~0.40w(S)特类一类二类三类≤0.02＞0.02~0.03＞0.03~0.05＞0.05~0.07铁水温度在1450~1550℃。按照Si含量的不同，将高炉铁水分为炼钢生铁(w[Si]<1.25%)和铸造生铁(w[Si]≥1.25%)。炼钢生铁中C含量在3.7~4.3%之间。我国生铁产品国家标准

第59页/共85页2022/12/26/01:22:3559铁种炼钢生铁牌2022/12/26/15:35:42602.3高炉结构及附属设备2.3.1高炉本体2.3.2高炉附属系统马钢2500m3高炉第60页/共85页2022/12/26/01:22:37602.3高炉结构及2022/12/26/15:35:42612.3.1高炉本体2.3.1.1高炉内型2.3.1.2炉顶装料装置第61页/共85页2022/12/26/01:22:38612.3.1高炉本2022/12/26/15:35:42622.3.1.1高炉内型高炉是一个竖立圆筒形炉子，其内部工作空间形状称为高炉内型，即通过高炉中心线的剖面轮廓。高炉内型一般由炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉五段组成。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。第62页/共85页2022/12/26/01:22:38622.3.1.1高2022/12/26/15:35:4263高炉有效容积：由高炉出铁口中心线所在水平面到料线零位水平面之间的容积。用Vu表示。巨型高炉：>4000m3

大型高炉：>620m3

中型高炉：255~620m3

小型高炉：<100m32.3.1.1高炉内型第63页/共85页2022/12/26/01:22:3863高炉有效容积：由高2022/12/26/15:35:42642.3.1.1高炉内型五段式高炉内型是经过长期生产实践总结出来的，完全适应冶炼工业的要求：它与炉料和煤气两大流体在炉内运动规律相适应：竖立的炉体使炉料可借重力自动下降，与上升的煤气热交换和发生物理化学反应。有利于煤气的能量利用和渣铁液的形成；两头小、中间粗略带锥度的圆柱形空间，保证炉料下降过程受热膨胀、松动软熔和最后形成液态而体积收缩的需要，又符合煤气上升过程中冷却收缩和高温煤气上升不至于烧坏炉腹砖衬的特点。第64页/共85页2022/12/26/01:22:38642.3.1.1高2022/12/26/15:35:42652.3.1.2炉顶装料装置炉顶是炉料的入口也是煤气的出口，又是高炉的咽喉。炉顶装料设备是把运送到炉顶的炉料装入炉内，并得到合理的分布。高炉炉顶装料设备的作用是按冶炼要求，向炉内合理布料，同时要严密封住炉内荒煤气不逸出炉外。常用的炉顶装料设备主要有钟式炉顶和溜槽式（亦称无钟式）炉顶。第65页/共85页2022/12/26/01:22:38652.3.1.2炉2022/12/26/15:35:4266钟式炉顶1—旋转布料器；2—煤气封盖；3—均压室；4—大料钟；5—大料斗；6—小料钟；7—受料斗两个料钟起入炉布料的作用，还要起密封作用：1）炉料通过卷扬机送到炉顶，首先装入小料斗；2）小料斗下降时，炉料落入大料斗内；3）小料钟几次下降后，在小料钟关闭的情况下，大料钟下降，将炉料装入炉内；4）大小料斗之间用钢板制成的煤气封盖密闭，在大料钟打开时，小料钟阻止煤气的逸出。第66页/共85页2022/12/26/01:22:3866钟式炉顶1—旋转布2022/12/26/15:35:4267无钟炉顶1—带式上料机；2—旋转料罐；3—驱动电动机；4—托盘式料门；5—上密封阀（放散）；6—密封料罐；7—卸料漏斗；8—料流调节阀；9—下密封阀（均压）；10—波纹管；11—眼睛阀；12—气密箱；13—溜槽无钟炉顶设备取消了笨重的大小料钟，布料上有很大的灵活性，广泛应用：1）这种炉顶完全取消了大小料钟，采用一个旋转溜槽代替大料钟，溜槽可以绕高炉中心线旋转，也可以在径向上摆动；2）溜槽正上方有一个控制溜槽旋转与摆动的气密齿轮箱；3）溜槽上面有个料仓，轮换装料与卸料，每个料仓的上下各有一个密封阀；4）当料仓的上密封阀开启，下密封阀关闭时，则处于装料状态，反之为卸料状态。第67页/共85页2022/12/26/01:22:3867无钟炉顶1—带式上2022/12/26/15:35:4268溜槽布料第68页/共85页2022/12/26/01:22:3868溜槽布料第68页/2022/12/26/15:35:42692.3.2.1原料供应系统皮带上料2）第二部分是高炉贮矿槽到高炉炉顶，它保证按规定及时向高炉供应不同品种、数量充足的原料。第69页/共85页2022/12/26/01:22:39692.3.2.1原2022/12/26/15:35:42702.3.2高炉附属设备2.3.2.1原料供应系统2.3.2.2送风系统2.3.2.3煤气净化系统2.3.2.4渣铁处理系统第70页/共85页2022/12/26/01:22:39702.3.2高炉附2022/12/26/15:35:4271供料系统是指原料运入高炉车间到装入高炉的过程2.3.2.1原料供应系统以高炉贮（zhu）矿槽为界：1）从原料进厂到高炉贮矿槽顶为一部分，主要完成原料的卸、堆、取、运等作业，根据需要进行破碎、筛分、混匀和洗矿等工序，起储存，处理供应原料的作用；2）第二部分是高炉贮矿槽到高炉炉顶，它保证按规定及时向高炉供应不同品种、数量充足的原料。第71页/共85页2022/12/26/01:22:3971供料系统是指原料运2022/12/26/15:35:42722.3.2.1原料供应系统原料的卸车、贮运与运输

原料入场以后通过火车或者皮带运输机上矿槽；原料的堆存、取料和混匀在贮料场进行，贮存量应根据运输距离、运输方式的可靠程度、矿种多少而定。贮矿槽

它主要是中间仓库，起短期储存的作用。槽下供料

称量车供料：用称量车完成取料、称量、运输和卸料。

带式运输机系统：用皮带运输机运行原料，由称量漏斗称量。易于实现自动化。向炉顶上料系统

料车斜桥上料装置：由卷扬机通过钢绳驱动料车在斜桥上行走，将炉料送到炉顶的机构。

皮带上料装置：由于高炉大型化的发展，料车上料已经不能满足要求，皮带上料机上料能力大，连续上料，效率高，设备简单，重量轻，容易实现自动化。第72页/共85页2022/12/26/01:22:39722.3.2.1原2022/12/26/15:35:42732.3.2.2送风系统高炉送风系统包括高炉鼓风机、冷风管路、热风炉、热风管路、风口以及管路上的各种阀门等。蓄热式热风炉由拱顶、燃烧室和蓄热室等几部分构成。蓄热式热风炉呈周期性工作，一个工作周期有燃烧期、送风期和切炉期

三个过程。一般一座高炉有三至四座热风炉。第73页/共85页2022/12/26/01:22:40732.3.2.2送2022/12/26/15:35:4274蓄热式热风炉结构热风炉由使鼓风升温的蓄热室和加热蓄热室的燃烧室组成：1）将燃烧室和蓄热室放在同一个圆筒形炉壳内的是内燃式；燃烧室和蓄热室存在温差，隔墙发生裂纹。2）将燃烧室独立砌筑于蓄热室之外的是外燃式第74页/共85页2022/12/26/01:22:4074蓄热式热风炉结构热2022/12/26/15:35:4275由热风炉送出的热风通过热风总管送到高炉，再经热风围管和送风支管，将热风均匀的分配到每个风口，以便炉内焦炭和喷吹燃料进行燃烧。热风围管由钢结构本体、耐火内衬、吊挂装置和下部电葫芦单轨梁组成。风口装置主要由风口大套、中套和风口小套组成。热风围管及风口第75页/共85页2022/12/26/01:22:4075由热风炉送出的热风2022/12/26/15:35:42762.3.2.3煤气净化系统除尘的基本原理

高炉煤气含有CO，H2等可燃气体，但是从高炉引出的煤气状态参数，如产量、压力、温度、发热值、含湿量、含尘量等，不能满足用户对其质量的要求。高炉煤气带出的尘粒为0~500um，颗粒在空气重沉降，颗粒沉降遇到空气阻力。粒径越小比重越轻的颗粒，具有较大的表面积，受到空气粘度产生的阻力越大，沉降速度越低，越不易沉积。除尘过程是逐级进行的，在100um以上的可以较易除去，为粗除尘；除去更小的尘粒为精除尘。一般除尘设备是借外力作用来使尘粒和气体分离：

惯性力：当气流方向改变时，尘粒具有惯性力，使其继续前进分离出来；

加速度力：靠尘粒具有比气体分子更大的重力，离心力和静电引力分离；

束缚力：通过过筛和过滤的办法，挡住尘粒继续前进。第76页/共85页2022/12/26/01:22:40762.3.2.3煤2022/12/26/15:35:42772.3.2.3煤气净化系统重力除尘器

粗除尘设备。煤气从顶部中心管进入重力除尘器，由于中心管下端出口处气流突然减速和方向改变，使粉尘在重力和惯性力作用下，与煤气流分离沉降于底部，煤气流则转向180度上升排到下一级除尘器。除尘效率80%~85%。1—高炉；2—重力除尘器；3—洗涤塔；4—文氏管；5—调压阀组；6—脱水器洗涤塔

煤气从洗涤塔的下部进入后向上流动，与向下喷洒的水相遇，煤气和水进行热交换，使煤气温度降低，同时煤气中的灰尘被水滴润湿，凝聚成大颗粒，由于重力作用离开煤气流，随水一起流向洗涤塔底部，与污水一起经塔底水封排走，经冷却和洗涤后的煤气由塔顶管道导出。第77页/共85页2022/12/26/01:22:41772.3.2.3煤2022/12/26/15:35:42782.3.2.3煤气净化系统文氏管当煤气以高速通过喉口时，与净化煤气用水发生剧烈的冲击，煤气中的灰尘与水滴充分接触而润湿，彼此凝聚后随水排走。调压阀组高压操作的高炉，气流从鼓风机开始直到除尘设备全处于高压状态，故在通入煤气管网的总管之前应设置减压装置。脱水器清洗后的煤气中含有大量的细颗粒水滴，必须将其除去，否则会降低煤气发热值和因为水中带有灰尘使煤气除尘实际效果变坏。第78页/共85页2022/12/26/01:22:41782.3.2.3煤2022/12/26/15:35:4279重力除尘和文氏除尘重力除尘文氏除尘第79页/共85页2022/12/26/01:22:4279重力除尘和文氏除尘2022/12/26/15:35:42802.3.2.4渣铁处理系统第80页/共85页2022/12/26/01:22:43802.3.2.4渣2022/12/26/15:35:4281渣铁分离器第81页/共85页2022/12/26/01:22:4381渣铁分离器第81页1—水渣沟;2—水渣槽及放散筒;3—分配器;4—脱水转鼓;5—鼓内胶带运输机

6—鼓外胶带运输机;7—水渣成品贮存槽;8—集水斗;9—冷却水池;10—泵站

11—脱水转鼓的细筛网;12—轴向刮板;13—吹扫用压缩空气;14—冲洗水转鼓脱水法工艺流程第82页/共85页1—水渣沟;2—水渣槽及放散筒;3—分配器;4—脱水转鼓;5822022/12/26/15:35:4283武钢

5号高炉出铁场平面布置

第83页/共85页2022/12/26/01:22:4383武钢第83页/共82022/12/26/15:35:4284第二章小结重点掌握内容：高炉炼铁原料及作用、烧结及过程；高炉结构、高炉内区域及进行反应、直接还原和间接还原、高炉炉渣作用、生铁去硫、高炉生产主要技术经济指标；高炉有效容积、炉顶装料装置、热风炉炉型及原理；第84页/共85页2022/12/26/01:22:4384第二章小结重点掌2022/12/26/15:35:4285感谢您的欣赏！第85页/共85页2022/12/26/01:22:4385感谢您的欣赏！第82022/12/26/15:35:4286主要内容2.1高炉冶炼用原料(rawmaterials)2.2高炉炼铁原理2.3高炉结构及附属设备2.4高炉操作第1页/共85页2022/12/26/01:22:261主要内容2.1高炉2022/12/26/15:35:42872.1高炉冶炼用原料2.1.1主要原料2.1.2烧结(sintering)2.1.3球团(pelletizing)第2页/共85页2022/12/26/01:22:2622.1高炉冶炼用原2022/12/26/15:35:42882.1.1.1几个基本概念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自然元素称为矿物。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(Oregrade)：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。第3页/共85页2022/12/26/01:22:2632.1.1.1几个2022/12/26/15:35:42895、富矿(high-gradeore)：含铁品位>50%的铁矿石赤铁矿：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%

褐铁矿：理论含铁量55.2~66.1%6、贫矿(leanore)：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(lumpore)和粉矿(fineore)扣除CO2和结晶水富矿破碎、筛分块矿(>5~10mm),上限粉矿（<5mm）供烧结厂生产烧结矿大中型高炉<45mm中小型高炉<20~25mm第4页/共85页2022/12/26/01:22:2745、富矿(high-2022/12/26/15:35:42902.1.1.2主要原料高炉冶炼用的原料主要有铁矿石（天然富矿和人造富矿）、燃料(fuel)（焦炭和喷吹燃料）、熔剂(flux)（石灰石与白云石等）。冶炼1t生铁大约需要1.6~2.0t矿石，0.4~0.6t焦炭(coke)，0.2~0.4t熔剂。高炉冶炼是连续生产过程，必须尽可能为其提供数量充足、品味高、强度好、粒度均匀粉末少、有害杂质少及性能稳定的原料。第5页/共85页2022/12/26/01:22:2752.1.1.2主要2022/12/26/15:35:42918、精矿(oreconcentrate)：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.赤铁矿

细磨

-200目>60~80%浮选磁铁矿

细磨

-200目>60~80%磁选褐铁矿

先磁化焙烧后细磨磁选菱铁矿

细磨

-200目>60~80%浮选第6页/共85页2022/12/26/01:22:2868、精矿(orec2022/12/26/15:35:4292铁矿石磁铁矿（Fe3O4）-magnettie赤铁矿（Fe2O3）-hematite褐铁矿（mFe2O3·nH2O）-limonite

菱铁矿（FeCO3）-siderite

第7页/共85页2022/12/26/01:22:287铁矿石磁铁矿（Fe32022/12/26/15:35:4293铁矿石磁铁矿石铁矿物主要是磁铁矿，黑色金属光泽，磁性强。假象赤铁矿：Fe全/FeO≥7.0半假象赤铁矿：7.0>Fe全/FeO≥3.5磁铁矿：Fe全/FeO<3.5赤铁矿石颜色呈红色或红褐色，无磁性，组织疏松易破碎，还原性优于磁铁矿。储量最多，占铁矿石总储量48.3%，是炼铁的主要铁矿石资源。褐铁矿石是含有结晶水的赤铁矿，化学式为mFe2O3●nH2O(m=1~3,n=1~4)加热时失去结晶水和游离水，气孔率增加，还原性好，提高品位。菱铁矿石含铁的碳酸盐，自然界中含量少加热分解放出CO2，含铁量提高，变得疏松多孔，易还原。第8页/共85页2022/12/26/01:22:288铁矿石磁铁矿石第8页2022/12/26/15:35:4294铁矿石第9页/共85页2022/12/26/01:22:289铁矿石第9页/共852022/12/26/15:35:4295铁矿石处理工艺流程矿石(ore)→破碎(crush)→筛分(screen)→富矿(high-gradeore)→混匀(mix)→高炉；矿石→破碎→筛分→贫矿

(leanore)→磨矿

(grinding)→筛分→选矿→造块→人造富矿→高炉第10页/共85页2022/12/26/01:22:2810铁矿石处理工艺流程2022/12/26/15:35:4296铁矿石处理工艺流程破碎、筛分的目的按高炉冶炼的要求，提供适宜粒度，满足贫矿选分处理对粒度的需要破碎工业生产主要用机械力来破碎矿石。常用方法有压碎、劈碎、折断、击碎与磨碎。根据对产品粒度要求的不同级别，破碎作业分为粗碎、中碎、细碎、粗磨和细磨第11页/共85页2022/12/26/01:22:2911铁矿石处理工艺流程2022/12/26/15:35:4297铁矿石处理工艺流程筛分将物料按粒度分成两种或多种级别的作业。固定条筛、振动筛固定条筛用于大块矿石的粗筛，优点坚固简单不消耗动力；缺点易堵塞效率低。振动筛用于细碎物料的筛分，筛分效率高、易调整、筛孔堵塞少，需要专门动力设备，消耗动力。筛分效率、筛孔尺寸筛孔效率：实际筛下物的重量与筛分物料中粒度小于筛孔的物料总量之比。筛孔尺寸：用mm表示，对于粉碎很细的物料用网目表示，指筛子表面25.4mm（1英寸）长度上所具有的大小相同的筛孔数。第12页/共85页2022/12/26/01:22:2912铁矿石处理工艺流程2022/12/26/15:35:4298燃料焦炭的作用：发热剂、还原剂及料柱骨架。化学性质：固定碳、灰分、挥发分、水分、硫含量。物理性质：机械强度、粒度和气孔率。粒度：大型高炉40~60mm；中型高炉25~40mm；小型高炉15~25mm；喷吹燃料：固体（无烟煤与烟煤粉）液体（重油、煤焦油）气体（天然气或焦炉煤气）第13页/共85页2022/12/26/01:22:2913燃料焦炭的作用：发2022/12/26/15:35:4299熔剂熔剂主要使用石灰石(calcite)

和白云石(dolomite)；熔剂的要求：有效成分含量高（CaO+MgO）；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）。第14页/共85页2022/12/26/01:22:2914熔剂熔剂主要使用石2022/12/26/15:35:421002.1.2烧结(sintering)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，所的到的块矿叫烧结矿。第15页/共85页2022/12/26/01:22:29152.1.2烧结(（1）将准备好的矿粉、燃料、溶剂、反矿及其它含铁原料，按不同比例送到混合机内，进行混匀和加水润湿造球；

（2）混好的料由布料器铺到烧结机台车上，进行点火烧结；

（3）烧好的烧结矿经过冷却、破碎和筛分，成品矿送往高炉，筛下物为返矿或作垫底料；

（4）烧结过程产生废气，经除尘器除尘后，由风机抽入烟囱排入大气。

烧结工艺流程

第16页/共85页（1）将准备好的矿粉、燃料、溶剂、反矿及其它含铁原料，按不同1012022/12/26/15:35:42102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。第17页/共85页2022/12/26/01:22:2917烧结过程示意图烧结2022/12/26/15:35:42103烧结分层烧结矿层成矿层，主要变化是液相凝固、析出新矿物、预热空气。表层受冷空气剧冷作用，温度低，矿物来不及析晶，所以表层强度差。燃烧层混合料软化、熔融及形成液相。对烧结过程和烧结矿质量影响较大。预热干燥层混合料被燃烧层下来的热废气干燥和预热。热交换进行迅速，所以温度陡降。水分蒸发、结晶水及碳酸盐分解、矿石氧化还原及固相反应。过湿层上层废气中带入较多的水汽，进入冷料层温度降至露点以下时，水汽将会大量冷凝于料层中，形成过湿层，从而破坏已造好的小球，影响料层透气性。第18页/共85页2022/12/26/01:22:2918烧结分层烧结矿层第2022/12/26/15:35:42104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：结晶水的分解：褐铁矿（mFe2O3·nH2O）高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O)

熔剂分解：CaCO3=CaO+CO2(750℃以上)MgCO3=MgO+CO2(720℃)第19页/共85页2022/12/26/01:22:2919烧结过程的主要反应2022/12/26/15:35:42105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.气化反应：脱硫85％～95％。

FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO22FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO2第20页/共85页2022/12/26/01:22:2920烧结过程的主要反应2022/12/26/15:35:42106烧结矿的形成烧结矿是一种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。第21页/共85页2022/12/26/01:22:3021烧结矿的形成烧结矿2022/12/26/15:35:42107烧结机世界上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。工作原理（1）烧结机本体主要有台车、真空箱、密封装置、传动装置、单辊破碎机、热矿筛等组成，安放在钢支架上。（2）铺满混合料的台车移至真空箱时，上面点火、下面抽风，烧结开始并连续进行至机尾结束。（3）台车在尾部翻车卸料，移至机头导轨处。完成一个循环。第22页/共85页2022/12/26/01:22:3022烧结机世界上90%2022/12/26/15:35:421082.1.3球团将准备好的原料(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。球团矿生产的工艺流程一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序。

第23页/共85页2022/12/26/01:22:30232.1.3球团将2022/12/26/15:35:421092.1.3球团圆盘造球机

第24页/共85页2022/12/26/01:22:30242.1.3球团圆2022/12/26/15:35:42110竖炉球团矿生产的工艺流程

第25页/共85页2022/12/26/01:22:3025竖炉球团矿生产的工2022/12/26/15:35:421112.2高炉炼铁原理2.2.1高炉冶炼过程及特点2.2.2燃烧反应2.2.3还原反应2.2.4高炉炉渣与脱硫2.2.5炉料与煤气运动2.2.6高炉生产主要技术经济指标第26页/共85页2022/12/26/01:22:30262.2高炉炼铁原2022/12/26/15:35:421122.2.1高炉冶炼过程及特点现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除高炉本体外，还有供料、送风、煤气净化除尘、喷吹燃料和渣铁处理等系统。高炉炼铁的本质

传质过程：矿石中的O2-O2-

进入煤气中，实现铁与氧的分离

传热过程：煤气携带的热量传给炉料，使炉料熔化成渣铁，实现渣铁分离O2-(矿）＋CO￫CO2第27页/共85页2022/12/26/01:22:30272.2.1高炉冶炼2022/12/26/15:35:42113高炉结构高炉是由耐火材料砌筑而成竖式圆筒形炉体，外有钢板制成炉壳加固密封，内嵌冷却器保护，炉子自上而下依次分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸五部分。炉缸部分设有风口、铁口和渣口，炉喉以上为装料装置和煤气封盖及导出管。第28页/共85页2022/12/26/01:22:3028高炉结构高炉是由耐2022/12/26/15:35:42114高炉生产工艺流程炉料下降，煤气上升（1）炉料从炉顶装入炉内，风口鼓入由热风炉加热到1000~1300度的热风；（2）炉料中焦炭在风口前与鼓风中的氧发生燃烧反应，产生高温和还原性气体；（3）高温和还原性气体在炉内上升过程中，加热缓慢下降的炉料，并还原铁氧化物为金属铁；（4）矿石升到一定温度后软化，熔融滴落；（5）未被还原的物质形成熔渣，实现渣铁分离。（6）已经融化的渣铁聚集于炉缸内，发生诸多反应，最后调整铁液成分和温度，定期从炉内排放炉渣和生铁；（7）上升的高炉煤气流，由于能量传递给炉料温度下降，形成高炉煤气从炉顶导出。第29页/共85页2022/12/26/01:22:3029高炉生产工艺流程炉2022/12/26/15:35:42115高炉炉内炉料状况及反应第30页/共85页2022/12/26/01:22:3030高炉炉内炉料状况及2022/12/26/15:35:421162.2.2燃烧反应炉顶加入的焦炭，其中风口前燃烧的碳量约占入炉总碳量的65%～75%，是在风口前与鼓风中的O2燃烧，17～21％参加直接还原反应，10％左右溶解进入铁水。燃烧反应的作用：为高炉冶炼过程提供主要热源；为还原反应提供CO、H2等还原剂；为炉料下降提供必要的空间。第31页/共85页2022/12/26/01:22:31312.2.2燃烧反2022/12/26/15:35:42117燃烧反应燃烧反应的机理一般认为分两步进行：风口前碳素的燃烧只能是不完全燃烧，生成CO并放出热量。由于鼓风中总含有一定的水蒸气，灼热的C与H2O发生下列反应：

C+H2O=CO+H2-124390kJ实际生产中的条件下，风口前碳素燃烧的最终产物由CO、H2、N2组成。第32页/共85页2022/12/26/01:22:3132燃烧反应燃烧反应的2022/12/26/15:35:42118回旋区及燃烧带回旋区：风口前产生焦炭和煤气流回旋运动的区域称为回旋区。回旋区和中间层组成焦炭在炉缸内进行燃烧反应的区域称为燃烧带。实践中常以CO2降至1～2％的位置定为燃烧带界限。大型高炉的燃烧带长度在1000～1500mm左右。第33页/共85页2022/12/26/01:22:3133回旋区及燃烧带回旋2022/12/26/15:35:421192.2.3还原反应2.2.3.1基本概念2.2.3.2高炉内铁氧化物的还原2.