冶金工艺课件

冶金工艺与热过程冶金工艺与热过程1.1冶金基本概念1.2钢铁工业钢铁冶炼1.3钢铁产品及副产品1.4钢铁工业能耗及能源1.5耐火材料1.6环境保护1.7小结主要内容21.1冶金基本概念主要内容2冶金是研究如何经济地从矿石或其它原料中提取金属或金属化合物，并采取各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。冶金定义：1.1冶金基本概念冶金分类：

提取冶金——研究提取金属，存在化学反应。

物理冶金——研究金属材料成型的过程。3冶金是研究如何经济地从矿石或其它原料中提取黑色冶金：是指以铁、鉻、锰三种金属元素作为主要开采、冶炼、压延对象的工业产业。冶金工业发展历史：1.冶金基本概念4黑色冶金：冶金工业发展历史：1.冶金基本概念4我国对冶金发展的贡献5我国对冶金发展的贡献5

中国和其他国家一样，铸造是从使用石范开始的，以后使用了铜范。商周青铜器大量使用陶范。它可用母模复制，便于大量生产。模和范经过焙烧，比较坚固，为青铜器的铸造创造了优越的条件。中国铸造技术的先进性还表现在战国时期出现的用金属模制作铁范，然后利用铁范进行大规模生产，这一先进技术实现了产品的规范化和批量生产。陶范和铁范我国对冶金发展的贡献6中国和其他国家一样，铸造是从使用石范开始的，以后使用

约在公元前2200年，西亚地区发明了一范多型，可以同时铸造若干器件的石范。中国甘肃玉门出土的属于火烧沟文化的石范，已能同时铸造两个箭镞。战国时用这种方法铸造钱币，后来进一步发展成多层范片相叠,一次铸造多件的叠铸方法。这是继铸造生产规格化、批量化后，进一步提高工效的重大发展。叠铸我国对冶金发展的贡献7约在公元前2200年，西亚地区发明了一范精密铸件陶范的使用和高度的铸造技术水平，铸成了音调准确的双音编钟,面积大而厚度很薄的铜鼓(见彩图),细达0.1毫米的越国青铜剑剑首底部的环纹(见彩图)。战国初期还用失蜡法铸造出曾侯乙墓尊盘这样的精美制品。我国对冶金发展的贡献8精密铸件陶范的使用和高度的铸造技术水平，铸成了音调准大型铸件竖炉冶炼的强化，提高了液态金属的铸造温度；焙烧工艺的采用，提高了泥范的强度，为大型铸件的生产创造了条件。中国早在商代就铸造出许多重量在百公斤以上的各种铜器。唐代以后又发展为铸造大型铁件。如铁镬(江苏扬州)、当阳铁塔（湖北当阳，分段铸造）、沧州铁狮(河北沧州)、铁人（河南登封、山西太原）等。到了明代出现了重达46.5吨的北京永乐大钟，和分段铸成整体重达76吨的河北正定铜佛。我国对冶金发展的贡献9大型铸件竖炉冶炼的强化，提高了液态金属的铸造温度；焙错金与鎏金春秋中叶以后，开始在青铜器表面嵌镶不同色泽金属如铜片，后来发展为凿有细纹和艺术化的文字（鸟篆），纹内嵌入金（银）丝的错金（银）技术。战国初期（公元前5世纪）,中国发明了金（银）汞齐鎏金（银）的技术（见彩图）。在欧洲，这一技术见于公元前半世纪的记载。我国对冶金发展的贡献10错金与鎏金春秋中叶以后，开始在青铜器表面嵌镶不同色泽表面着色和氧化中国至迟在战国初期，发明了将青铜器表面氧化成墨黑色的技术，或用以防锈，或作为花饰。湖北江陵出土的越王勾践剑，许多地方出土的吴王剑和吴国剑都有黑色花纹。秦汉时期有些箭镞、剑格也使用了这种技术。后来在铜器表面刻槽作画，槽中用鎏金（银）办法“走金”或“走银”；有的将表面着色；以及制出著名的云南乌铜器。我国对冶金发展的贡献11表面着色和氧化中国至迟在战国初期，发明了将青铜器表面其他金属及其合金中国古代除了使用铜、锡、铅、金、银外，还发明了铜镍合金（白铜）的冶炼技术，锌的冶炼和水法炼铜的技术，发明了砷白铜和补牙用银汞齐等技术。特别是锌的冶炼中国在冶金上的另一贡献是金属锌的生产。中国明代以后称锌为倭铅。中国在16～18世纪已经向欧洲出口含锌99％的锌锭。20世纪70年代，云南和贵州尚有古代流传下来的与《天工开物》所记载相似的炼锌方法——坩埚炼锌法。这个方法的基本原理在世界各国一直应用到电解制锌法的出现。我国对冶金发展的贡献12其他金属及其合金中国古代除了使用铜、锡、铅、金、银外按所冶炼金属类型分：有色冶金黑色冶金（钢铁冶金）按冶金工艺过程不同分：火法冶金湿法冶金电冶金冶金的分类13按所冶炼金属类型分：按冶金工艺过程不同分：冶金的分类13干燥：去水，温度为400~600℃。焙烧：以改变原料组成为目的的、在低于矿石熔点温度下、在特定气氛中进行的冶金过程。煅烧：在空气中以去CO2和水为目的的冶金过程。烧结与球团：以获得特定矿物组成、结构及性能的造块。熔炼：还原氧化物，提取粗金属。精炼：氧化杂质，获得纯金属。铸造：液态金属凝固成固态。火法冶金主要过程简介14干燥：去水，温度为400~600℃。火法冶金主要过程简介141.2钢铁工业钢铁材料钢与生铁的区别钢铁冶炼技术发展简史我国钢铁工业的发展151.2钢铁工业钢铁材料15钢铁材料钢铁是使用最多的金属材料原因：储量大；冶炼加工容易；综合性能好；易改质处理预计未来几年钢铁产品在各行业中占的比例16钢铁材料钢铁是使用最多的金属材料16钢与生铁的区别17钢与生铁的区别17钢铁冶炼技术发展简史远古至13世纪末：半熔融状态的铁块-海绵铁；13世纪末至19世纪中叶：熔融状态的生铁→粗钢，形成两步法炼钢；19世纪中期至今：1856年英国人发明了空气底吹酸性转炉炼钢法；1864年法国人发明了平炉炼钢法；1874年发明了空气底吹碱性转炉炼钢法；20世纪初发明了电弧炉炼钢；20世纪中叶氧气顶吹转炉（LD法）。18钢铁冶炼技术发展简史远古至13世纪末：半熔融状态的铁块-海绵1991-2016年中国粗钢产量及增速

经过近30年的发展，我国的钢铁产量大幅度提升。纵向来看，我国的粗钢产量从1990年的6603.8万吨提升至2016年的8.1亿吨，产量的复合增长率达到10.1%。横向来看，2016年我国的粗钢产量达8.1亿吨，全球产量占比达50.5%。而1990年，我国粗钢产量的全球占比仅为9%。191991-2016年中国粗钢产量及增速中国钢铁工业发展目标“加强自主创新，建设创新型国家”目标下，通过结构调整和产业升级，努力使我国从钢铁大国转变为钢铁强国。20中国钢铁工业发展目标“加强自主创新，建设创新型国家”目标下，钢铁冶炼磁铁矿赤铁矿线材板材钢铁冶炼的任务是把铁矿石冶炼成合格的钢。21钢铁冶炼磁赤线板钢铁冶炼的任务是把铁矿石冶炼成合格的钢。21钢铁生产的两个典型流程烧结/球团高炉—转炉—连铸机—轧机—长流程直接还原或熔融还原—电炉—连铸机—轧机短流程高炉炼铁非高炉炼铁22钢铁生产的两个典型流程烧结/球团高炉—转炉—连铸机—轧机—钢铁生产的两个典型流程23钢铁生产的两个典型流程23钢材加工工艺流程24钢材加工工艺流程24钢铁生产的典型工艺（长流程）25钢铁生产的典型工艺（长流程）251.3钢铁产品及副产品产品

生铁

钢副产品

炉渣

煤气261.3钢铁产品及副产品产品副产品26生铁

它是铁和碳及少量硅。锰、硫、磷等元素组成的合金，主要由高炉生产，按其用途可分为炼钢生铁和铸造生铁。27生铁它是铁和碳及少量硅。锰、硫、磷等元素组成的合金，炉渣是炉料在冶炼过程中不能进到生铁和钢中的氧化物、硫化物等形成的熔融体。其主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3、MnO、FeO、P2O5、CaS等。根据冶炼方法的不同，钢铁生产产生的炉渣分为高炉渣和炼钢渣，按炉渣中含有不同的化学成分又可分为碱性渣和酸性渣。炉渣28炉渣是炉料在冶炼过程中不能进到生铁和钢中的氧化物、硫化物等形钢铁生产中还能获得大量的可燃气体，高炉炼铁可产生高炉煤气，转炉炼钢可获得转炉煤气，炼焦时可得焦炉煤气等煤气主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH4煤气29钢铁生产中还能获得大量的可燃气体，高炉炼铁可产生高炉煤气，转钢铁生产用能源钢铁工业能耗节能途径节能途径1.4钢铁工业能源及能耗30钢铁生产用能源1.4钢铁工业能源及能耗30钢铁工业是能源消耗的大户，约占全国总能源消耗量的10～11％。钢铁生产所用能源主要有煤炭、燃料油(重油)、天然气、电力等。煤占钢铁生产中燃料消耗的70%，钢铁工业用煤量已超过煤炭总产量的15％。煤在钢铁企业主要用来炼焦和自备电厂发电、蒸汽机车烧煤、烧工业锅炉及部分窑炉，少部分制成粉煤用于高炉喷吹及烧结生产。钢铁生产用能源31钢铁工业是能源消耗的大户，约占全国总能源消耗量的10～11％

我国钢铁工业的能源消耗中，钢铁冶炼是耗能最高的工序，占钢铁工业能耗的60～70％。其主要耗于炼铁系统，焦化、烧结、球团、炼铁等工序，占钢铁生产能耗的一半以上。钢铁工业能耗钢铁工业各工序耗能比例(％)32我国钢铁工业的能源消耗中，钢铁冶炼是耗能最高的工序，改进生产工艺及操作，更新和改造耗能高的设备。降低能源损失（“废料”、煤气、热能、压力能），减少生产工序。回收利用散失热量。加强企业能源管理，加强能源利用技术的研究工作，提高操作技术水平，充分发挥现有设备能力，以节能为目标合理组织生产。节能途径33改进生产工艺及操作，更新和改造耗能高的设备。节能途径33凡是耐火度高于1580℃，能在一定程度上抵抗温度骤变、炉渣侵蚀和承受高温荷重作用韵无饥非金属材料，称为耐火材料。耐火材料由耐火砂岩进入到现代科技产品，已成为独立的生产行业，其产品的60～80％消耗于冶金工业。钢铁生产对耐火材料的要求是：耐火度高；能抵抗温度骤变；抗熔渣、金属液等侵蚀能力强；高温性能和化学稳定性好。1.5耐火材料34凡是耐火度高于1580℃，能在一定程度上抵抗温度骤变、炉渣侵钢铁厂产生的各种污染物有：大气污染物质、污水固体废弃物1.6环境保护35钢铁厂产生的各种污染物有：1.6环境保护35SOX：是通过原料、燃料中硫磺成分的燃烧而产生的。烧结工厂等为其主要发生源。NOX：通过燃烧后发生。烧结工厂等为其主要发生源。煤尘：通过燃烧后发生。烧结炉、各加热炉为其发生源。粉尘：从燃料原料的输送、处理过程，及储藏场中产生。炼铁、炼钢工程为其主要发生源。大气污染物质36SOX：是通过原料、燃料中硫磺成分的燃烧而产生的。烧结工厂等钢铁工业用水主要是冷却水，其次是煤气洗涤水，以及冲洗设备、地面及除尘用水等。污水中含有下列污染物：固体悬浮物（SS）：从排气集尘、高温物质的直接冷却等过程中产生。油：由各种机械等所使用的油所发生的漏泄及冷轧工程使用轧制机的机油等原因而产生。化学需氧量（COD）：从煤炭干馏时的氨水，及冷轧、电镀废水中产生。酸、碱：从冷轧工程的酸洗工程、电镀工程等的脱脂工程中产生。污水37钢铁工业用水主要是冷却水，其次是煤气洗涤水，以及冲洗设备、地炉渣：从高炉、铁水预处理、转炉、电炉、二次精炼设备等的冶炼工程中产生。污泥：在各种水处理过程中产生。灰尘：从各种干式集尘机中产生。固体废弃物38炉渣：从高炉、铁水预处理、转炉、电炉、二次精炼设备等的冶炼工钢铁生产中产生的污染物39钢铁生产中产生的污染物39钢铁生产中产生的污染物40钢铁生产中产生的污染物40重点掌握内容：火法冶金及其主要工序；钢铁冶炼的任务；钢铁生产长流程生产工艺；耐火材料及其要求；钢铁工业能源及能耗特点。1.7小结41重点掌握内容：1.7小结41

谢谢42谢谢42第二章高炉炼铁43.第二章高炉炼铁43.2.1概述2.2高炉冶炼原理2.3高炉本体及附属系统2.4高炉操作主要内容442.1概述主要内容44高炉冶炼用原料高炉炼铁生产用原燃料

含铁原料：铁矿石（烧结、球团）

溶剂：石灰石、白云石

燃料：焦炭、煤粉45高炉冶炼用原料高炉炼铁生产用原燃料

含铁原料：铁矿石（烧结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（焦炭和喷吹燃料）、熔剂（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，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。高炉冶炼用原料46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（焦凡在当前技术条件下，可以经济地提取出金属铁的岩石称为铁矿石。铁矿石中除有含Fe的有用矿物外，还含有其他化合物，统称为脉石。常见的脉石有：SiO2、Al2O3、CaO及MgO等。据统计，世界铁矿石总储量达3431×108t（亿），其中工业储量约1497×108t。高炉冶炼用原料47凡在当前技术条件下，可以经济地提取出金属铁的铁矿储量排在前5位的国家有：前苏联、澳大利亚、加拿大、巴西、印度，如下表：国家总储量工业储量矿石品位108t（亿t)％108t（亿t)％TFe％前苏联（含俄罗斯、乌克兰等）澳大利亚加拿大巴西印度美国

1111350397800220174

31.71011.322.96.35.0673236187123.5855543.715.512.18.05.53.636.950-6722-6040-68.530-6020.8中国462(保有储量）183（已利用矿区储量）30-35高炉冶炼用原料48铁矿储量排在前5位的国家有：前苏联、澳大利高炉冶炼用原料自然界中已知含铁矿物有300多种，主要矿物有：磁铁矿（Fe3O4），含铁72.4％赤铁矿（Fe2O3），含铁70％褐铁矿（Fe2O3·nH2O），含铁48-62.9％针铁矿（Fe2O3·H2O），含铁48-63％菱铁矿（FeCO3），含铁48.3％

中国铁矿石特点：储量低于世界人均拥有量，多为贫矿、难选，四大铁矿：鞍山、攀西、冀东、晋北，可开采40-50年。49高炉冶炼用原料自然界中已知含铁矿物有300多种，主要矿物有：赤铁矿（Fe2O3）磁铁矿（Fe3O4）褐铁矿（mFe2O3·nH2O）菱铁矿（FeCO3）高炉冶炼用原料50赤铁矿（Fe2O3）磁铁矿（Fe3O4）褐铁矿（mFe2O3高炉冶炼用原料

铁矿石按矿物成份可分为五种类型①磁铁矿矿石②赤铁矿矿石③褐铁矿矿石④钛磁铁矿矿石⑤菱铁矿按铁的含量可分为富铁矿石和贫铁矿石，我国一般按以下分类富铁矿石－含Fe45％以上磁铁矿石、赤铁矿石，含铁30-35％菱铁矿矿石贫铁矿石－含铁25-45％的磁铁矿石、赤铁矿石，含铁20-30％的菱铁矿石51高炉冶炼用原料铁矿石按矿物成份可分为五种高炉冶炼用原料工业上对铁矿石的要求铁矿石的边界品位一般为TFe20-25%,经选矿后才可使用。一般入高炉的富矿品位要求大于50%(Fe),S、P、Pb、Zn、Sn为有害组分。当矿石中（CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）

在0.8-1.2之间称为自熔性矿石。O矿石→破碎→筛分→富矿→混匀→天然块矿→高炉O矿石→破碎→筛分→贫矿→磨矿→筛分→选矿→造块→人造富矿→高炉铁矿石处理工艺流程52高炉冶炼用原料工业上对铁矿石的要求O矿石→破碎→筛分→富矿→燃料——焦炭、煤粉焦炭在高炉内的作用

1）在风口前燃烧，提供冶炼所需热量；

2）固体C及其氧化产物CO，是氧化物的还原剂；

3）在高温区，矿石软化熔融后，焦炭是炉内唯一以固态存在的物料，是支撑高达数十米料柱的骨架，同时又是风口前产生的煤气得以自下而上畅通流动的高透气性通路。煤粉

1964年，我国首先在首钢成功地向高炉喷吹无烟煤粉，作为辅助燃料置换一部分昂贵的焦炭，以降低成本。

目前，我国大部分高炉都采用喷吹煤粉工艺。

高炉冶炼用原料53燃料——焦炭、煤粉高炉冶炼用原料53高炉冶炼用原料焦炭的作用：发热剂、还原剂及料柱骨架。粒度：大型高炉中型高炉小型高炉40~60mm25~40mm15~25mm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）54高炉冶炼用原料焦炭的作用：发热剂、还原剂及料柱骨架。粒度：4高炉冶炼用原料熔剂主要使用石灰石和白云石；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）。55高炉冶炼用原料熔剂主要使用石灰石和白云石；熔剂的要求：有效成

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。烧结球团56将各种粉状铁，配入适宜的燃料和熔剂，均匀混合，然后放

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。烧结球团57烧结料层有明显的分层，依次出现烧结矿层、燃烧层、预热烧结工艺过程（抽风烧结）：

混合料（铁矿粉、熔剂、燃料、附加物、及返矿。）→混合及造球→带式烧结机台车上→点火整个烧结过程是在10-16kPa负压抽风下，自上而下进行的。烧结工艺过程生球成型（细粉料氧化矿物表面能大、易吸附水）→生球干燥（脱水、预防焙烧破裂）→焙烧固结

（足够的机械强度、冶金性能）烧结球团58烧结工艺过程（抽风烧结）：烧结工艺过程烧结球团58球团焙烧黏结的理论研究球团焙烧初期，由于颗粒表面原子扩散，使球内各颗粒黏结成连接颈（见图a），颗粒互相黏结使球的强度有所提高，在颗粒接触面上，空位浓度提高，原子与空位交换位置，不断向接触面迁移，使颈长大，温度愈高，体积扩散增强，颗粒接触面积增加，粒子之间距离缩小（见图b）。初始时粒子之间的孔隙形状不一，相互连接，而后即形成圆形通道（见图c），这些通道收缩，有的孔隙封闭，孔隙减少。同时产生再结晶和聚晶长大，使球团致密，强度提高。球形颗粒焙烧时的黏结模型烧结球团59球团焙烧黏结的理论研究烧结球团59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℃)烧结球团60燃烧反应：C+O2，烧结废气中以CO2为主，存在分解反应：烧还原与再氧化反应：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+4SO2

2FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO2烧结球团61还原与再氧化反应：Fe、Mn等气化反应：脱硫85％～95％。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。烧结球团62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矿物名SiO2CaOMgOAl2O3Fe2O3Fe3O4熔点（℃）173025702799204215651597烧结球团63矿物名SiO2CaOMgOAl2O3Fe2O3Fe3O4熔点将准备好的原料(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。烧结球团64将准备好的原料(细磨精矿或其他细磨粉状物料、添加剂等)，按一烧结球团生产球团矿的原料磁铁精矿粉:TFe=60~69%(Fe3O4理论品位72.4%)，粒度200(0.074mm)>70~80%（2）粘结剂：膨润土(SiO266.7%,Al2O328.3%,H2O5%):0.5~2.5%粘结剂的作用:(1)吸收水分(2)改善精矿粉造球性能(3)提高生球强度(4)提高生球爆裂温度65烧结球团生产球团矿的原料磁铁精矿粉:（2）粘结剂：膨润土(烧结球团

烧结矿质量指标烧结矿质量对高炉冶炼有重大影响，改善其质量是“精料”的主要措施。对其质量评价指标主要有化学成分、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。主要包括TFe、FeO、S、碱度（CaO/SiO2）。目前武钢入炉烧结矿品位在55%～56%左右，一级品允许波动范围为±0.5；碱度在1.90左右，一级品允许波动范围为±0.08；S含量一级品≤0.08%。66烧结球团烧结矿质量指标66烧结球团②物理性能包括机械强度和粒度组成等。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5mm的称之为粉末。粉末含量对高炉料柱透气性影响很大。粉末含量高，高炉透气性差，导致炉况不顺，可能引起崩料或悬料。反应机械强度的指标为：转鼓指数、抗磨指数、筛分指数。目前武钢烧结矿的转鼓强度大约在79%～80%左右。③高温冶金性能低温还原粉化率（RDIReductionDegradationIndex）：是指烧结矿在高炉上部约500℃还原气氛下抗粉化的能力。＜3.15mm粒级越小越好。还原度（RI）：是指烧结矿在900℃还原气氛下被还原成Fe的能力。还原度越高越好。67烧结球团②物理性能67烧结球团鼓风干燥抽风干燥预热焙烧均热鼓风冷却一冷二冷优点：操作简单，控制方便，可以处理各种矿石，生产能力大缺点：上下层质量不均，台车易损，需要高温合金，流程复杂带式焙烧机68烧结球团鼓风干燥抽风干燥预热焙烧均热鼓风冷却一冷二冷优点：烧结球团优点：设备简单，可以处理各种矿石，生产各种球团矿缺点：易结圈69烧结球团优点：设备简单，可以处理各种矿石，生产各种球团矿69烧结球团

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。70烧结球团世界上90%以上烧结矿由抽风带式烧结机高炉炼铁原理高炉冶炼过程及特点燃烧反应还原反应高炉炉渣与脱硫炉料与煤气运动高炉生产主要技术经济指标71高炉炼铁原理高炉冶炼过程及特点71高炉炼铁原理

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-(矿）＋CO￫CO2O2-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。72高炉炼铁原理现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除高炉炼铁原理高炉生产工艺流程73高炉炼铁原理高炉生产工艺流程73高炉炼铁原理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。74高炉炼铁原理高炉是由耐火材料砌筑而成竖式圆筒形炉体，高炉炼铁原理高炉炉内炉料状况及反应75高炉炼铁原理高炉炉内炉料状况及反应75高炉炼铁原理76高炉炼铁原理76高炉炼铁原理高炉内型尺寸表示方法h0—死铁层高度α—炉腹角h1—炉缸高度β—炉身角h2—

炉腹高度h3—炉腰高度h4—炉身高度h5—炉喉高度d

—炉缸直径d1—炉喉直径D—炉腰直径Hu=h1+h2+h3+h4+h5；高炉有效高度Vu=V1+V2+V3+V4+V5；高炉有效容积Vu>3000m3，超大型高炉；1500～2500m3，大型高炉；600～1000m3，中型高炉；<300m3，小型高炉。包钢高炉1#、3#、4#：2200m3；2#1780m3；5#1500m3；6#2500m3。宝钢1#：4063m3。77高炉炼铁原理高炉内型尺寸表示方法h0—死铁层高度高炉炼铁原理高炉炉衬高炉内耐火材料砌筑的实体称为高炉炉衬，其作用是形成高炉工作空间。炉衬在冶炼过程中将受到侵蚀和破坏。炉衬被侵蚀到一定程度，就需要采取措施修补。

陶瓷质材料(包括粘土质和高铝质)高炉炉衬组成

碳质材料(炭砖、炭捣体、石墨砖等)78高炉炼铁原理高炉炉衬高炉内耐火材料砌筑的实体称为高炉高炉炼铁原理炉缸、炉底砌筑结构示意图

炉身中上部炉衬主要考虑耐磨。上部以碳化硅和优质硅酸盐耐火材料为主，中部以抗碱金属能力强的碳化硅砖或高导热的炭砖为主。

炉身下部和炉腰主要考虑抗热震破坏和碱金属的侵蚀，高炉下部以高导热的石墨质炭砖为主。炉腹主要考虑高FeO的初渣侵蚀。炉缸、炉底主要考虑抗铁水机械冲刷和耐火砖的差热膨胀。79高炉炼铁原理炉缸、炉底砌筑结构示意图炉身中上部炉衬主要考虑高炉炼铁原理

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。80高炉炼铁原理炉顶加入的焦炭，其中风口前燃烧的燃烧反应的机理一般认为分两步进行：风口前碳素的燃烧是不完全燃烧，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。高炉炼铁原理81燃烧反应的机理一般认为分两步进行：高炉炼铁原理81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。高炉炼铁原理82回旋区：风口前产生焦炭高炉炼铁原理82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。高炉炼铁原理83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。用固体碳还原铁氧化物，生成CO的还原反应叫直接还原。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。在高炉内具有实际意义的只有FeO+C=Fe+CO的反应。高炉炼铁原理84用CO和H2还原铁氧化物，生成CO2和H2O还原反应叫间接还高炉内非铁元素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。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。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。高炉炼铁原理85高炉内非铁元素的还原高炉内锰氧化物的还原由高级向低级逐级还原

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。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。高炉炼铁原理86磷酸铁[(FeO)3·P2O5·8H2O]又高炉炼铁原理还原反应动力学反应过程模型：铁矿石的还原反应是由矿石颗粒表面向中心进行的。加快还原反应速度的措施：提高还原气体的浓度和还原温度；使用粒度较小，气孔率较大的人造矿石。87高炉炼铁原理还原反应动力学反应过程模型：铁矿石的还原反应是生铁的生成：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。高炉炼铁原理88生铁的生成：渗碳和已还原的元素进入生铁中，得到含Fe、C、S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。高炉炼铁原理89高炉炉渣是铁矿石中的脉石和焦炭(燃料)中的灰分等与熔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。高炉炼铁原理90高炉炉渣的作用高炉炼铁原理90焦炭在风口处完全燃烧，灰分进入炉渣。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。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％。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。高炉炼铁原理91焦炭在风口处完全燃烧，灰分进入炉渣。高炉炼铁原理91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。硫在煤气、渣、铁中的分配：炉料带入高炉内部的硫的分配：在冶炼过程中又全部转入炉渣、生铁、煤气中。分配系数：渣中含硫量与铁中含硫量之比，用Ls表示。降低生铁硫含量的措施：降低硫负荷；增大硫的挥发量；加大渣量；增大硫的分配系数Ls（提高高炉炉渣的脱硫能力）。高炉炼铁原理92硫的来源：矿石、焦炭、熔剂和喷吹燃料中的硫分。炉料中炉料与煤气运动

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。高炉炼铁原理93炉料与煤气运动炉料在炉内下降的基本条件：高炉内不断形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。

高炉炼铁原理94CO：煤气上升过程中，CO在高炉下部高温区开始增加，煤气中的生铁合格率：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高炉休风时间×100%休风率=规定的日历作业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。高炉炼铁原理95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。高炉结构及附属设备马钢2500m3高炉高炉本体高炉附属系统96高炉结构及附属设备马钢2500m3高炉高炉本体96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。高炉结构及附属设备超大型高炉：Vu＞3000m3大型高炉：Vu＞1500~2500m3中型高炉：Vu＞600~1000m3小型高炉：Vu＞300m3以下我国第一座超大型高炉是1985年9月15日建成投产的宝钢1号高炉4063m3。到目前为止，我国已经建成投产3200~4350m3超大型高炉近20座，5000m3级超大型高炉有河北曹妃甸首钢京唐钢铁公司的2座5500m3高炉、沙钢5860m3。一座4000m3级高炉日产生铁量达到10000吨以上。97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，即高炉结构及附属设备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。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。98高炉结构及附属设备高炉炉顶装料设备的作用是按冶炼要求，向炉内高炉结构及附属设备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—受料斗钟式炉顶99高炉结构及附属设备1—旋转布料器；钟式炉顶99高炉结构及附属设备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—卸料漏车；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100高炉结构及附属设备1—带式上料机；无钟炉顶100高炉结构及附属设备皮带上料↓上料系统↑101高炉结构及附属设备皮带上料↓上料系统↑101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。高炉结构及附属设备102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高炉结构及附属设备文氏除尘重力除尘103高炉结构及附属设备文氏除尘重力除尘103高炉结构及附属设备渣铁处理系统渣铁分离器104高炉结构及附属设备渣铁处理系统渣铁分离器104高炉操作开炉、休风、停炉105高炉操作开炉、休风、停炉105高炉操作

建好的高炉第一次投入使用称开炉。开炉好坏对以后高炉作业和一代寿命有直接影响。

开炉前的准备：对设备进行试运转以确保完全正常可靠；对炉体、热风炉、热风管进行烘烤以排除水分；对炉料要求还原性好、杂质少，以便稳定炉渣成分，保证生铁质量。由于开炉热量消耗大，开炉焦比比正常焦比高3~4倍。106高炉操作建好的高炉第一次投入使用称开炉。开炉好坏对以高炉生产过程中因故障临时检修或计划检修需要停止送风称休风。超过8小时称长期休风，8小时以下的称短期休风。短期休风时应将高炉本体与管道系统完全切断，休风期间应向高炉炉顶及煤气管道内通入蒸汽。长期休风时应在停炉前关闭炉顶蒸汽，点燃炉顶煤气，停风堵严风口，然后再继续通蒸汽，使煤气管道与大气相通，靠自然抽力驱净煤气。高炉操作107高炉生产过程中因故障临时检修或计划检修需要停

高炉一代寿命终结需要大修时就要停炉，停炉要做到安全、出净残铁，以便拆卸抢修。停炉时一定从炉底预先做好的残铁口放尽残铁。停炉方法：焦炭填充法：停炉开始时装湿焦块，并经炉顶喷水，直到小焦块下降到风口平面时停止送风，继续喷水至焦炭熄灭。空料线喂水法：停炉一开始停止装料，从炉顶喷水，待料面达风口平面上1~2m停止送风，继续喷水至焦炭熄灭。高炉操作108高炉一代寿命终结需要大修时就要停炉，停炉要做到安全、高炉操作基本操作制度热制度送风制度造渣制度装料制度出渣出铁制度109高炉操作基本操作制度热制度109热制度就是根据冶炼条件所炼生铁品种的需要，在争取最低焦比的前提下，选择并控制均匀稳定而热量充沛的炉温。炉温高低通常用渣铁温度（铁水1350～1500℃，炉渣温度一般高50～100℃）表示或用铁水含硅量表示。目前我国大多数高炉生铁含硅0.4%～0.5%，铁水温度为1450～1500℃。高炉操作110热制度就是根据冶炼条件所炼生铁品种的需要，在

送风制度是指在一定的冶炼条件下，维持适宜的鼓风数量、质量和风口状态。具体来说，包括风量、热风温度与压力、鼓风湿度与含氧量、风口数目、风口直径和风口长度(伸入炉缸内的长度)、是否喷吹燃料等。

送风制度的选择，应综合考虑生产任务，风机能力，热风温度水平，原燃料的数量和质量等客观条件，确定适宜的冶炼制度，然后根据高炉冶炼行程的征兆，运用下部调剂的原则来选择适宜的风口面积和风口长度，使煤气流在炉缸的初始分布达到合理。高炉操作111送风制度是指在一定的冶炼条件下，维持适宜的鼓

所谓造渣制度，通常就是根据高炉的原料和冶炼的生铁品种等条件，选择一个流动性、粘度、熔化性温度和脱硫、排碱能力等性能适宜的终渣成分。

造渣制度包括造渣过程和终渣性能的控制，造渣制度应根据冶炼条件和生铁品种确定。而炉渣性能是选择造渣制度的依据。

装料制度是指炉料装入方法。包括装入顺序、批重大小及料线高低等。

其主要作用是通过改变装料方法，变更炉料在炉喉料面的分布，来控制煤气流的分布，达到既充分利用煤气的热能和化学能，又能保证炉料的顺利下降，为高炉稳定使用大风打开两条合理的煤气通路。高炉操作112所谓造渣制度，通常就是根据高炉的原料和冶炼的生铁品种出渣出铁制度化，首先及时出净渣铁，保持炉缸渣铁在合适水平，保证炉缸工作正常进行。其次是规定出渣出铁时间表以便按序工作。在正常情况下，一座大型高炉出铁次数增加到10～15次，每次出铁30～45分钟，多铁口转换，以至连续出铁。高炉操作113出渣出铁制度化，首先及时出净渣铁，保持炉缸渣重点掌握内容：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；高炉特殊操作、炉温。小结114重点掌握内容：小结114非高炉炼铁技术及其在我国的发展115非高炉炼铁技术及其在我国的发展115传统的高炉法需使用焦炭，并且含铁原料要进行造块预处理，需配套建设烧结或球团厂及炼焦厂，流程长、投资大、能耗高、污染重，加之炼焦煤资源少，使其进入低速发展期传统的高炉法要靠规模出效益，生产规模一般较大，不适于灵活配套建厂及产品转产随着废钢在炼钢过程中用量的增加，其含有的铜、锡、镍、铬等有害元素被富集，为了稀释有害元素，提高钢产量并扩大原料范围，增大了对纯净的DRI的需要需要一种能直接利用各种廉价原料的炼铁法发展背景非高炉炼铁116传统的高炉法需使用焦炭，并且含铁原料要进行造块预处理，需配套煤气炉料逆流运动,要求高质量人造炉料(即烧结矿或球团矿,炼焦),而低热值煤气是由优质焦炭产生。由于加热空气和除尘,需要建设大量辅助设备。(因此,由烧结,炼焦,鼓风,高炉等组成的炼铁系统是一个复杂,庞大的生产系统,需要巨额投资)工艺流程长,原料,燃料必须经过反复加热,冷却和加工,能耗和生产成本比较高。高炉流程进行经济生产要求规模大,生产的灵活性较差。高炉固有缺点非高炉炼铁117煤气炉料逆流运动,要求高质量人造炉料(即烧结矿或球团矿,炼焦非高炉炼铁法 除高炉炼铁以外的其它还原铁矿石的方法直接还原定义DirectReduction 指铁矿石在低于熔化温度之下还原成海绵铁的生产过程熔融还原SmeltingReduction 指非高炉炼铁方法中那些冶炼液态生铁的工艺过程

非高炉炼铁118非高炉炼铁法非高炉炼铁1181.按还原装置分类：固定床法回转窑法竖炉法流化床法2.按还原剂分类：固体还原剂气体还原剂3.按生产方式分类：预还原法直接炼钢法熔融还原法原子能炼铁法非高炉炼铁分类非高炉炼铁1191.按还原装置分类：固定床法回转窑法竖炉法流化床法2.按还原

非高炉炼铁发展的动力是：

摆脱焦煤资源短缺对钢铁工业发展的羁绊,改变钢铁生产能源结构；改善传统钢铁生产流程，实现节能、减少CO2、硫化物的排放，适应日益提高的环境保护要求；解决废钢短缺，应对废钢质量不断恶化，发展电炉钢生产，实现钢铁“紧凑化”流程，改善钢铁产品结构，提高钢材质量和品质；实现资源的综合利用，促进、实现钢铁工业的可持续发展。非高炉炼铁是世界钢铁工业技术发展的前沿技术之一，是钢铁工业实现节能、减排、“低碳”生产和可持续发展的重要方向和手段。非高炉炼铁120非高炉炼铁发展的动力是：非高炉炼铁120产量持续增加，气基竖炉法占主导地位产量呈持续上升的趋势，2008年产量达6845万吨，2009年产量6200万吨，比上年度仅下降9.4%。以Midrex、HYL为代表的气基竖炉直接还原法在世界还原铁生产中占绝对优势。非高炉炼铁121产量持续增加，气基竖炉法占主导地位产量呈持续上升的趋势，202003/Mt2004/Mt2005/Mt2006/Mt2007/Mt2008/Mt08/07增幅/%印度7.679.3711.1014.719.0621.2011.23伊朗5.626.416.856.97.447.440委内瑞拉6.907.838.958.67.716.87-10.89墨西哥5.626.545.986.26.266.01-0.04沙特阿拉伯3.293.413.633.64.344.9714.52俄罗斯2.913.143.343.33.414.5633.72特立尼达和多巴哥2.282.362.052.13.472.78-19.28埃及2.873.022.903.12.792.64-5.38世界各国直接还原铁产量统计非高炉炼铁12220032004200520062007200808/07增非高炉炼铁法产品的性质与应用直接还原法产品：海绵铁，直接还原铁（DRI）性质：固态、多孔，含碳低，不含Si、Mn等元素，保存了矿石中的脉石应用：代替废钢作为电炉炼钢的原料熔融还原法产品：液态生铁性质：液态，除含有大量物理热外，还含有较高的碳以及Si、Mn等发热元素应用：主要作为转炉炼钢的原料非高炉炼铁123非高炉炼铁法产品的性质与应用直接还原法产品：海绵铁，直接还原中国海绵铁以及铸造生铁来源发展的方向

2005年国务院第40号文件中再钢铁项目中明确鼓励发展的两个项目：一是年15万吨以上的；直接还原铁（海绵铁）；二是熔融还原项目（也叫非焦炼铁）。目前中国生产直接还原铁（海绵铁）的方式主要为煤基隧道窑法，工艺普遍采用传统的粘土耐火罐，耗量很大。产量规模很难提高和扩大。工人劳动强度高、车间粉尘多，环境差。占地面积很大、产量规模小、机械化、自动化程度低。非高炉炼铁124中国海绵铁以及铸造生铁来源发展的方向2005年国务院第40如今部分企业为了改善以上问题，把粘土罐改用碳化硅大罐，采用了先进的半自动或自动的装罐、卸罐的机械设备，使项目的规模略有扩大；也改善了工人的劳动强度。但整个项目投资大大加大了。特别是昂贵的碳化硅罐的使用，是一般企业难以接受的。到2007年上半年，中国海绵铁年产5万吨的在产项目还是寥寥无几。非高炉炼铁125如今部分企业为了改善以上问题，把粘土罐改用碳化硅大罐，采用了加上本行业基本上为私营投资为主，而产品主要销往钢铁企业，未有国家职能部门或行业协会的直接领导和协调，造成很多企业的产品成本高，或者产出的产品质量不稳定，同时也造成销售难、结算难等许多矛盾。也使我国虽然是产钢第一大国，但海绵铁的产量缺很低，海绵铁供应的缺口却很大。有资料显示，2006年中国海绵铁年产量不到60万吨，而印度每月产量就为130万吨。中国的海绵铁业的前景到是很乐观。非高炉炼铁126加上本行业基本上为私营投资为主，而产品主要销往钢铁企业，未有有业权威内人士呼吁：中国海绵铁业必须寻求在符合中国资源情况下寻找新的快速还原的工艺。以扩大规模；降低成本的新路子。现在我们针对隧道窑法生产海绵铁的情况，开发出一套快速还原的新工艺--L-S海绵铁还原工艺，还原时间由过去的28-32小时，缩短到8-10小时。提高了产量也降低了能耗。可使同等规模的海绵铁企业提高一倍以上的产量；成本降低100-200元/吨。经规模化生产证明：不但缩短还原时间，提高产量，同时还可降低还原剂的质量要求；增加铁粉料层的厚度，减小海绵铁氧化层等问题。非高炉炼铁127有业权威内人士呼吁：中国海绵铁业必须寻求在符合中国资源情况下L-S海绵铁工艺是为在产的隧道窑企业发明的。它基本不改变传统工艺秩序和基本不改动原有的设备前提下进行操作。只改变原料的配方，增加一点催化剂，就可实现快速还原、提高产量和降低成本等诸多好处。对于计划新上海绵铁项目的业主，而且规模较大的项目。我们开发出更新的海绵铁还原（熔融）工艺：对于高品位原料或低品位的原料（赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、除尘灰、硅酸铁、硫酸烧渣等各种含铁化工尾渣）可采用渣铁海绵铁还原工艺。对于高品位原料可采用L-S快速海绵铁熔融工艺。非高炉炼铁128L-S海绵铁工艺是为在产的隧道窑企业发明的。它基本不改变传统目前，国家发改委及环保总局已计划在本年末砍掉200m3以下的炼铁高炉，这必将造成炼钢企业铁水资源紧张，同时对更增加海绵铁的需求量。同时在机械行业密集地区，随着机械毛坯的需求量的不断增加而本地区的铸造企业的原料铁又必然紧张。这就为海绵铁熔融发展加深了产业链。为了节省原料铁的应用。我们又开发出用于铁削化铁铸造的专用铁削化铁炉（铁削不压块，直接入炉）。铁水受得率达91%，铁水温度在1450-1520℃。目前中国海绵铁规模本来就小，产量有限，需求量又有很大的缺口。加之海绵铁熔融技术的日益成熟和发展，必将为我国海绵铁行业的发展提供更大的空间。非高炉炼铁129目前，国家发改委及环保总局已计划在本年末砍掉200m3以下的熔融还原铁技术的开发是完全符合国家产业政策的，而且属国家鼓励行业的。它的应用必将为我国海绵铁事业的发展起到里程碑式的作用。必将推动中国海绵铁事业更上一层楼。海绵铁快速还原技术和渣铁分离还原技术以及熔融还原铁技术就是中国本阶段海绵铁行业甚至铸造原料的发展主要方向。非高炉炼铁130熔融还原铁技术的开发是完全符合国家产业政策的，而且属国家鼓励直接还原的发展在70年代能源危机后受到了阻碍，研究和开发不以天然气和石油为能源的熔融还原成了冶金工作者新的非高炉炼铁法课题。熔融还原方法是在高于渣铁熔点下进行的反应，其产品是含碳液态生铁。熔融还原优点是以煤炭为主要能源,对矿石品位要求不象直接还原那样严格。熔融还原主要问题是需要大量氧气或电能,能耗较高。直接还原与熔融还原的比较非高炉炼铁131直接还原的发展在70年代能源危机后受到了阻碍煤制气-竖炉直接还原工艺为DRI生产发展开辟了新途径

由Midrex公司提出并在南非实现了工业化生产的COREX熔融还原尾气作为Midrex竖炉还原气的工艺，以及直接使用焦炉煤气、合成气、煤制气为还原气的HYL-ZR工艺，为天然气资源缺乏的地区以天然气以外的能源发展气基直接还原工艺开辟了新途径。

非高炉炼铁132煤制气-竖炉直接还原工艺为DRI生产发展开辟了新途径气基竖炉实现了热出料、DRI热输送和热DRI直接入电炉炼钢技术工业化HYL开发的热气体输送（HYL-ITEMP）；印度ASSAR钢铁公司密封保温罐输送；Midrex采用的德国AUMUND的热输送。600～700℃的DRI热送至冶炼车间，热装入电炉炼钢可以节约电能60～80kwh/t钢，同时，简化了竖炉的出料系统，及DRI出炉后的处理系统，减少DRI在冷却、运输中的再氧化，为降低钢产品总能耗创造条件。非高炉炼铁133气基竖炉实现了热出料、DRI热输送和热DRI直接入电炉炼钢技回转窑法在印度异常发展

回转窑法是煤基直接还原中最主要方法。回转窑法对原燃料要求苛刻，能耗高，运行费用高，生产稳定难度大，规模难以扩大（最大15万吨/年·座），投资大等原因，多年来没有得到显著的发展，仅在印度、南非、我国等少数国家应用。近年来，回转窑法在印度得到异常发展，到2009年底印度约有350条回转窑在运行中，总产能约1800万吨，产量约占世界总量的25%。但这些小型回转窑煤耗大多超过1000kg/t·DRI，生产运行情况不理想。非高炉炼铁134回转窑法在印度异常发展回转窑法是煤基直接还原隧道窑法在中国异常发展

隧道窑法采用铁矿粉、还原煤分层装罐，还原罐在窑内加热进行还原。技术含量相对较低，适合于小规模生产，投资小，符合民营企业投资需要，近期我国已建成或正在建设的隧道有100多座，设计年产能约400万吨，但由于原料、产品质量、成本等原因实际正常运行的不多，产量不足50万吨。隧道窑法热效率低，能耗高（实物煤耗＞800kg/t·DRI）；生产周期长（48～76小时）；污染严重；产品质量不稳定；单机产能难以扩大，不可能成为直接还原铁发展的方向。非高炉炼铁135隧道窑法在中国异常发展隧道窑法采用铁矿粉、还转底炉法是煤基直接还原技术开发热点

转底炉煤基直接还原技术（Fastmet、Inmetco、Itmk3）因采用含铁原料与还原剂混合造球/压块，还原条件好；能源来源广泛；对原料的适应性强，在钢铁厂粉尘综合利用，以及复合矿利用有明显的优势，受到人们重视。该工艺存在产品含铁品位低,含S高（TFe＜85％，硫0.10%～0.20％），难以直接用于炼钢生产，不是生产炼钢DRI的方法，产品用于高炉炼铁的经济合理性还有待生产的验证；设备运转部件多，运行维护难度大；生产的稳定性还有待生产的证实等原因，不是DRI发展的主导方向。

非高炉炼铁136转底炉法是煤基直接还原技术开发热点转底炉煤基直接还原技

流化床法采用粉状原料、铁矿粉单体颗粒在高温还原气流中还原，粉矿不必造块、还原速度快，从机理上是气基法中最合理的工艺，因而在直接还原发展中倍受关注。生产实践中，因物料流化所需要气流量远大于还原所需气量，还原气一次通过利用率低，循环消耗能量高；产品还原程度不均匀；“失流”、粘结、及生产稳定等问题至今未得到有效解决，造成世界已建成的多个流化床直接还原装置法中只有Finmet法和Circored法在生产，但产量仅占生产能力的50%左右，2008年流化床法的产量仅占世界总产量的1.5%。流化床法的发展受挫非高炉炼铁137流化床法采用粉状原料、铁矿粉单体颗粒在高温还原气流

按其能源可分为：氧煤工艺、电煤工艺；按其还原反应完成的过程可分为：一步法：铁矿物在一个反应器中完成还原及熔化全过程；二步法：铁矿物在一个反应器中预还原后，在另一个反应器中进行终还原和熔化，按其终还原反应器的形式可分为：铁浴法；填充床法;残焦（CHAR）沸腾床法等。至今，世界只有二步法的COREX、FINEX实现了工业化生产，且仅有五套熔融还原装置在运行。非高炉炼铁138按其能源可分为：氧煤工艺、电煤工艺；非高炉炼铁138

奥钢联开发的COREX工艺是第一个实现工业化生产的熔融还原工艺（1989年11月投产）。目前，全世界有5台（南非一台C-2000，韩国一台C-2000，印度两台C-2000，中国一台C-3000）COREX装置在运行中。非高炉炼铁139奥钢联开发的COREX工艺是第一个实现工业化

FINEX法在COREX基础上发展的以廉价粉矿作为原材料，以流化床为预还原反应器，熔融造气炉与COREX相同的最受关注的熔融还原工艺。但流化床能否使用精矿粉，运行的稳定性，预还原矿粉的压块，以及生产成本和投资问题还有待生产的检验。非高炉炼铁140FINEX法在COREX基础上发展的以廉价粉

HIsmelt的优点是结构简单，炉体体积和高度较小，投资成本和维修成本低，工艺无需烧结和炼焦，环保水平较高。遇到的主要问题是：炉衬的侵蚀过快、喷枪的磨损、废气的处理和利用等。

非高炉炼铁141HIsmelt的优点是结构简单，炉体体积和高我国直接还原技术发展现状

我国直接还原“发展热”持续强劲，但至今产量未突破60万吨/年，且生产能耗高、污染严重、多数产品质量难以满足炼钢的要求。生产厂全是隧道窑罐式法或回转窑法，至今没有竖炉DRI厂。

天津钢管在引进DRC技术基础上，进行了大量改造并取得了重大进步，最好年份产量超过设计产量20%，在使用TFe68%球团时，产品TFe>94.0%、金属化率>93.0%、S、P<0.015%、SiO2～1.0%。自行开发的链箅机-回转窑法（一步法）实现了工业化，煤耗（褐煤）仅900～950kg/tDRI，单机产能达15万吨/年DRI。回转窑法因对原燃料的要求苛刻，单位产能投资高，运行费用高，生产运行的稳定难度大，生产规模难以扩大，难以成为我国DRI发展的主体工艺。直接还原“发展热”持续强劲，但成效甚微我国回转窑直接还原生产指标世界领先，但发展受阻非高炉炼铁142我国直接还原技术发展现状我国直接还原“发展热”持非高炉炼铁

含碳球团快速还原工艺（转底炉）对原料的适应性强，是含铁粉尘处理和复合矿综合利用有效方法。但产品难以满足炼钢的要求，不是炼钢用DRI生产的主导方法。该工艺投资高，运行成本高，传热效率低，热利用率低，生产稳定性差，用该工艺替代高炉提高企业产能的经济可行性、经济性还有待实践结果的验证。转底炉难以成为我国直接还原铁发展的主体方法。隧道窑