鋼鐵冶金學(xué)工藝原理—煉鐵部分

1、鋼鐵冶金學(xué)工藝原理煉鐵部分 1 概論 2 高爐冶煉過程的物理變化 3 高爐冶煉過程的傳輸現(xiàn)象 4 高爐冶煉的能量利用 5 高爐煉鐵工藝 6 高爐冶煉過程數(shù)學(xué)模型概述 7 非高爐煉鐵課程內(nèi)容1 緒論 1.1 生鐵、熟鐵與鋼 1.2 鋼鐵工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位 1.3 鋼鐵冶金的發(fā)展簡史 1.4 中國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展概況 1.5 鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的煉鐵生產(chǎn) 1.6 高爐煉鐵過程概述 1.7 煉鐵技術(shù)的發(fā)展方向本章內(nèi)容1.1 生鐵、熟鐵與鋼相同點(diǎn)以鐵元素為主，含有少量碳，硅，錳，磷，硫等元素的鐵碳合金區(qū)別性質(zhì)熟鐵：質(zhì)軟，塑性好，易變形，強(qiáng)度和硬度均較低生鐵：性質(zhì)硬而脆，不能鍛造鋼：綜合機(jī)械性能好碳和其它

2、元素含量的不同鋼:含碳量小于生鐵:含碳量大于熟鐵:含碳量小于1.2 鋼鐵工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位鋼鐵工業(yè)是基礎(chǔ)材料工業(yè)，其發(fā)展?fàn)顩r反映了一個(gè)國家國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)達(dá)程度國民經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度工業(yè)化水平國民生活水準(zhǔn)勞動(dòng)生產(chǎn)率機(jī)械設(shè)備生活用品交通工具市政設(shè)施民用住宅基礎(chǔ)材料鋼鐵產(chǎn)品人均年占有鋼的數(shù)量是衡量一個(gè)國家發(fā)達(dá)程度的重要指標(biāo)之一 日本世界第一800kg/人.年，中國380kg/人.年1.2 鋼鐵工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位 發(fā)展鋼鐵工業(yè)的優(yōu)勢鋼鐵材料具有良好的物理化學(xué)性能，能滿足人們的各種需要，目前尚不能為其他材料所替代-現(xiàn)代社會(huì)仍是鐵器時(shí)代所需資源貯量豐富-可供人類長期大量采用 冶煉容易，積累了數(shù)千年生產(chǎn)和加

3、工的豐富經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)規(guī)模大，效率高，質(zhì)量好和成本低-具有其他工業(yè)無可比擬的競爭優(yōu)勢 廢舊鋼鐵制品能夠返回鋼鐵生產(chǎn)流程-可以反復(fù)回收利用 1.2 鋼鐵工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位 發(fā)展鋼鐵工業(yè)的必備條件穩(wěn)定可靠的原材料資源供應(yīng)（礦石、煤、熔劑、耐火材料等）穩(wěn)定的動(dòng)力資源（水、電等） 發(fā)達(dá)的運(yùn)輸業(yè)（公路、鐵路、水運(yùn)等） 雄厚的資金保證（投資高、建設(shè)周期長、資金回收效率慢等） 鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，標(biāo)志著上述條件的完善，反應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)達(dá)程度1.3 鋼鐵冶金的發(fā)展簡史 人類學(xué)會(huì)由礦石煉鐵大約在公元前1415世紀(jì)。而真正形成鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)僅約100年遠(yuǎn)古到13世紀(jì)末：利用自然地形將鐵礦石與木炭一起放入用磚砌筑的地爐內(nèi)

4、，加熱冶煉，將礦石還原，生成海綿鐵13世紀(jì)末到19世紀(jì)中期：把鐵礦石裝入高爐中冶煉成液態(tài)生鐵。再將生鐵冶煉成熟鐵或軟鋼 19世紀(jì)中期至今：以生鐵，海綿鐵或廢鋼為原料，在平爐、轉(zhuǎn)爐、電爐中冶煉成鋼或合金鋼的時(shí)代 現(xiàn)代煉鐵法高爐法非高爐法傳統(tǒng)的以焦炭為能源，與轉(zhuǎn)爐煉鋼相配合，組成高爐轉(zhuǎn)爐軋機(jī)流程，被稱為長流程，是目前的主要流程。優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)規(guī)模大，效率高，成本低。缺點(diǎn)：能耗高，污染大。泛指高爐以外，不以焦炭為能源，通常分為直接還原和熔融還原，一般與電爐配合，組成直接還原或熔融還原電爐軋機(jī)流程，被稱為短流程，是目前的輔助流程。優(yōu)點(diǎn)：能耗低，污染小。缺點(diǎn)：生產(chǎn)規(guī)模小，效率低，成本高。鐵礦石熔 劑還原劑燃

5、料或電熱高爐直接還原爐鐵水鑄鐵機(jī)混鐵爐轉(zhuǎn)爐廢鋼煉鋼生鐵塊平爐電爐海綿鐵商品鑄鐵鋼水鑄錠或連鑄軋、鍛鋼材廢鋼煉鐵過程煉鋼過程壓加過程現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)流程礦石生鐵鋼：即高爐轉(zhuǎn)爐，平爐淘汰礦石海綿鐵鋼：直接還原電爐流程1.4 中國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展概況春秋戰(zhàn)國時(shí)代就出現(xiàn)了生鐵冶煉，兩漢時(shí)期，冶煉工業(yè)得到較大發(fā)展：據(jù)資料記載，3高爐，領(lǐng)先優(yōu)勢一直延續(xù)了2千年,直到明代中葉（約17世紀(jì)）西方產(chǎn)業(yè)革命興起 近代到1949年，發(fā)展速度緩慢：技術(shù)水平及裝備極其落后，1949年粗鋼產(chǎn)量僅25萬噸新中國成立到1960年，逐步建立了現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)基地：某些生產(chǎn)指標(biāo)接進(jìn)了世界先進(jìn)水平，具備了獨(dú)立發(fā)展的實(shí)力19601966年，在

6、困難時(shí)期，繼續(xù)發(fā)展：開發(fā)了以細(xì)粒鐵精礦為原料的自熔性及超高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)技術(shù)，高爐噴煤以及復(fù)合礦冶煉技術(shù)等 從1977年開始持續(xù)發(fā)展： 1982年4000萬噸鋼 1996年億噸 2003年2.22億噸 2005年噸 2006年億噸 2008年億噸 2009年億噸19661976年，基本停滯（文革)：與世界差距拉大1.4 中國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展概況 1.5 鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的煉鐵生產(chǎn)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)系統(tǒng)作業(yè)圖1.5 鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的煉鐵生產(chǎn)主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)：原料處理，煉鐵，煉鋼，軋鋼，能源供應(yīng)，交通運(yùn)輸?shù)葻掕F在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的地位：煉鐵是關(guān)鍵工序，是二次能源（煤氣）供應(yīng)中心。其產(chǎn)品質(zhì)量，品種，產(chǎn)量是衡量鋼鐵企

7、業(yè)生產(chǎn)水平的基本標(biāo)志鋼鐵聯(lián)合企業(yè)：將鐵礦石在高爐內(nèi)冶煉成生鐵，用鐵水煉成鋼，再將鋼水鑄成鋼錠或連鑄坯，經(jīng)軋制等塑性變形方法加工成各種用途的鋼材 1.6.1 高爐煉鐵的本質(zhì)及生產(chǎn)工藝流程1.6.2 高爐結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)備1.6.3 爐內(nèi)主要過程1.6.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料料1.6.5 高爐產(chǎn)品1.6.6 高爐冶煉的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1.6 高爐煉鐵過程概述還原：將鐵的氧化物還原為金屬鐵造渣：實(shí)現(xiàn)渣鐵分離加熱與控制：獲得溫度與化學(xué)成分合格的鐵水高爐煉鐵的本質(zhì) 1.6.1 高爐煉鐵的本質(zhì)及生產(chǎn)工藝流程生產(chǎn)工藝流程.2 高爐結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)備概念：高爐是一個(gè)豎立圓筒形爐子，其內(nèi)部工作空間的形狀稱為高爐

8、內(nèi)型，即通過高爐中心線的剖面輪廓?，F(xiàn)代高爐內(nèi)型一般由爐缸、爐腹、爐腰、爐身、爐喉五段組成特點(diǎn)：兩頭小，中間粗略帶錐度的圓柱形空間高爐有效容積：由高爐出鐵口中心線所在水平面到大料鐘下降位置下沿水平面之間的容積。目前我國最大的高爐是上海寶山鋼鐵總廠的l號高爐，容積為4063m3。在國外已有5000m3以上的巨型高爐高爐內(nèi)型 H全高，HHu十H6Hu有效高度， Huhl十h2十h3十h4十h5h0死鐵層高度h1-爐缸高度h2爐腹高度h3爐腰高度h4爐身高度H5 爐喉高度H6 爐頭高度D 爐腹直徑al爐喉直徑a0大鐘直徑d 爐缸直徑爐腹角爐身角高爐內(nèi)型尺寸1集合管，2爐頂煤氣放散閥；3料鐘平衡桿；4下

9、降管；5爐頂起重機(jī)；6爐頂框架；7帶式上料機(jī)；8上升管；9固定料斗；10小料鐘；11密封閥；12旋轉(zhuǎn)溜槽；13大料鐘；14爐喉；15爐身支柱；16冷卻水箱；17爐身；18爐腰；19圍管；20一冷卻壁；21送風(fēng)支管(彎管)；22風(fēng)口平臺(tái)；23一風(fēng)口；24一出渣口；25一爐缸；26一中間梁；27一支承梁；28一出鐵場；29一高爐基礎(chǔ)；30一爐腹高爐爐體設(shè)備附屬設(shè)備系統(tǒng)供料系統(tǒng)：儲(chǔ)礦槽，過篩，輸送，稱量及上料機(jī)送風(fēng)系統(tǒng)：鼓風(fēng)機(jī)，加濕或脫濕裝置，熱風(fēng)爐及一系列管道、 閥門等除塵系統(tǒng)：重力除塵器，洗滌塔，文氏管靜電除塵器渣鐵處理系統(tǒng)：爐前出鐵場及設(shè)備，渣鐵輸送設(shè)備，鑄鐵機(jī)，生鐵爐外處理設(shè)備，水渣場及設(shè)備

10、燃料噴吹系統(tǒng)：燃料的制備、儲(chǔ)存，空壓機(jī)，高壓泵，管道閥門，噴嘴 .2 高爐結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)備爐內(nèi)一般過程爐料下降過程中，與上升的煤氣流相互作用，被加熱，發(fā)生干燥、還原、熔化、造渣等一系列物理化學(xué)反應(yīng)，最后生成液態(tài)渣、鐵，聚集于爐缸，周期地從高爐排出，上升的煤氣流將能量傳給爐料，溫度不斷降低，成分不斷變化，最后變成高爐煤氣從爐頂排出實(shí)質(zhì)：在盡量低能量消耗的條件下，通過受控的爐料及煤氣流的逆向運(yùn)動(dòng)，高效率地完成還原、造渣、傳熱及渣鐵反應(yīng)等過程，得到化學(xué)成分與溫度較為理想的液態(tài)鐵.3 爐內(nèi)主要過程 逆流過程：良好的熱效應(yīng)； 對原料的粒度有要求，保證料層的透氣性 黑箱原理：要求原料穩(wěn)定性和操作穩(wěn)定性 要用

11、焦炭： a.提供熱量 b.支撐氣流通道（焦窗） c.還原劑 連續(xù)過程：一經(jīng)開爐，就必須日以繼夜、成年累月連續(xù)生產(chǎn)，除計(jì)劃檢修和事故處理外，直至生產(chǎn)到一代爐齡終了才停爐.3 爐內(nèi)主要過程冶煉過程特點(diǎn).3 爐內(nèi)主要過程高爐內(nèi)各區(qū)域的分布固體爐料區(qū)主要反應(yīng)：間接還原為主，爐料中水份蒸發(fā)及受熱分解，兼有少量直接還原，爐料與煤氣間熱交換主要特征：焦與礦呈層狀交替分布，皆呈固體狀態(tài)，氣固相反應(yīng)為主.3 爐內(nèi)主要過程主要反應(yīng)：爐料在軟熔區(qū)上部邊界開始軟化，在下部邊界熔融滴落。主要進(jìn)行還原反應(yīng)及造渣主要特征：為固液氣間的多相反應(yīng)，軟熔的礦石層對煤氣阻力很大，決定煤氣流動(dòng)及分布的是焦窗總面積及其分布軟熔區(qū).3

12、爐內(nèi)主要過程 主要反應(yīng)：向下滴落的液態(tài)渣鐵與煤氣及固體炭之間進(jìn)行多種復(fù)雜的質(zhì)量傳遞及傳熱過程 主要特征：松動(dòng)的焦炭流不斷地落向焦炭循環(huán)區(qū)，其間夾雜著向下流動(dòng)的渣鐵液滴疏松焦炭區(qū).3 爐內(nèi)主要過程主要反應(yīng)：在堆積層表面，焦炭與渣鐵間反應(yīng)主要特征：相對呆滯又稱“死料柱”壓實(shí)焦炭區(qū)渣鐵貯存區(qū)主要反應(yīng)：在鐵滴穿過渣層瞬間及渣鐵層間的交界面上發(fā)生液液反應(yīng)；由風(fēng)口得到輻射熱，并在渣鐵層中發(fā)生熱傳遞主要特征：相對靜止；只有在周期性渣鐵放出時(shí)才有較大擾動(dòng).3 爐內(nèi)主要過程 主要反應(yīng)：焦炭及噴入的輔助燃料與熱風(fēng)發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生高熱煤氣，主要向上快速逸出 主要特征：焦塊急速循環(huán)運(yùn)動(dòng)，既是煤氣產(chǎn)生的中心又是上部焦

13、塊得以連續(xù)下降的“漏斗”，是爐內(nèi)高溫的焦點(diǎn)風(fēng)口焦炭循環(huán)區(qū).3 爐內(nèi)主要過程生產(chǎn)過程中應(yīng)嚴(yán)密控制的各關(guān)鍵性環(huán)節(jié) (1)送風(fēng)條件 a順行時(shí)，風(fēng)量大，生產(chǎn)效率高 b風(fēng)口循環(huán)區(qū)在爐缸半徑方向上大小適當(dāng)。圓周方向分布均勻，才能保證煤氣分布合理 c調(diào)節(jié)鼓風(fēng)溫度 (2)軟熔區(qū)的位置、形狀及尺寸：煤氣分配器，監(jiān)測器 (3)固體爐料區(qū)的工作狀態(tài)，決定燃料的關(guān)鍵： a原料質(zhì)量達(dá)標(biāo) b裝料，調(diào)節(jié)焦炭與礦石分布，充分利用燃?xì)獾幕瘜W(xué)能和熱能.3 爐內(nèi)主要過程熱交換條件良好，熱效率高易于大量處理原料，生產(chǎn)效率高可使用的原料成分范圍寬鐵收得率高作業(yè)率高（99%左右）爐子壽命長（1520年）高爐煉鐵的優(yōu)點(diǎn) 高爐煉鐵的缺點(diǎn)鐵水

14、難以準(zhǔn)確控制成分操作上難以準(zhǔn)確控制溫度 問題：1簡述高爐煉鐵過程的特點(diǎn)。2高爐煉鐵過程中爐內(nèi)可分為哪幾個(gè)區(qū)域？3高爐內(nèi)型分為哪幾段？高爐煉鐵過程主要由哪些設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)成？.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 含鐵原料高爐使用的含鐵原料主要是鐵礦石和其他二次含鐵原料鐵礦石凡是在一定的技術(shù)條件下，能經(jīng)濟(jì)提取金屬鐵的巖石 地殼中鐵元素含量居第四位，約4.2%,由于以富集狀態(tài)存在，故有開采價(jià)值 不存在單質(zhì)鐵，通常是以氧化物、硫化物形式存在 高爐冶煉1噸生鐵，約需噸鐵礦石 概念.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 分類赤鐵礦 礦物成分： Fe2O3，TFe70，紅色或褐色，又稱紅 礦。一般無磁性 晶形：-Fe2O

15、3,-Fe2O3(有磁性) 常形成巨大礦床，占鐵礦總儲(chǔ)量 硬度：5.36 有害元素：硫、磷、砷較少 脈石成分：石英、硅酸鹽 .4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 磁鐵礦 礦物成分： Fe3O4，黑色，又稱黑礦。 有磁性 自然界純磁鐵礦少見：以TFe/FeO區(qū)分氧化程度 TFe/FeO2.33 純磁鐵礦石 TFe/FeO7.0 假象赤鐵礦（無磁性） 有害元素：硫、磷較高 硬度： 脈石成分：石英、硅酸鹽、碳酸鹽 .4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 褐鐵礦菱鐵礦含不同結(jié)晶水的赤鐵礦mFe2O3nH2O(m=1-3,n=1-4)，理論TFe52%62%,黃褐條痕色FeCO3，理論TFe48.2%，灰黃條痕色

16、，受熱分解，TFe升高 有害元素：硫、磷、砷較高 硬度： 有害元素：硫、磷、砷較高 硬度： 脈石成分：硅酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽等溶解后的產(chǎn)物 脈石成分：鎂、錳和鈣等碳酸鹽 .4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 資源概況我國資源豐富,探明儲(chǔ)量443億噸,工業(yè)儲(chǔ)量占54%.居世界前列東北鞍本地區(qū):磁鐵礦,赤鐵礦, 100億噸。酸性貧鐵礦 S,P 低 攀西:釩鈦磁鐵礦 100億噸華北遷安,邯鄲地區(qū):數(shù)十億噸,貧磁鐵礦,貧赤鐵礦包頭白云鄂博:赤鐵礦約1億噸,共生鈮、稀土。P高，氟化鈣高甘肅鏡鐵山:鏡鐵礦，含 BaSO4。華東蕪寧礦區(qū):赤鐵礦，P高中南礦區(qū):大冶,鄂西(Ca高),廣東韶關(guān)大寶山：含Cu Pb

17、Zn As 海南島富礦：S高特點(diǎn) a.貧礦多,占80%,需選礦和造塊 b.復(fù)合礦多.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 其他含鐵原料TFeFeOSiO2Al2O3CaOMgOSP高爐塵40151.8102.00.20.09轉(zhuǎn)爐塵69.667.52.087.170.310.070.04軋鋼皮61.666.415.43.290.340.320.150.014硫酸渣54471.260.6414102.51.04.81.00.32.82.21.3.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 鐵礦石入爐前的加工處理富礦貧礦破碎篩分塊礦粉礦破碎磨礦選礦精礦造塊人造富礦高爐造塊過程的作用 粒度適于高爐 改善冶金性能，使高爐

18、冶煉指標(biāo)得到改善 去除某些有害元素，某些條件下，可脫除Zn，As，K,Na .4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 含鐵原料質(zhì)量評價(jià)含F(xiàn)e品位：越高，越有利于降低焦比和提高產(chǎn)量。 TFe1%,焦比2%,產(chǎn)量3% 工業(yè)開采最低品位：磁鐵礦2025 赤鐵礦30 褐鐵礦30 菱鐵礦25 富礦：一般含鐵品位超過理論含鐵量70的礦， 但對于褐、菱鐵礦及堿性脈石礦含鐵量可適 當(dāng)放寬.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 脈石成分：包括SiO2、Al2O3、CaO和MgO等 SiO2含量增加，將引起高爐渣量雙倍以上的增加，越低越好 Al2O3含量高，將大大提高爐渣熔點(diǎn) CaO和MgO含量適當(dāng)對冶煉有利，允許礦石TFe低

19、些，但過高也會(huì)給冶煉造成困難.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 雜質(zhì)元素 有害元素：S、P、K、Na、Cu、Pb、Zn、F、As等.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 有益元素:Mn Cr Ni Mo V Nb釩:和鉬的作用相似鉬:細(xì)化鋼微觀晶粒，提高強(qiáng)度，并能提高鋼的回火抗力，保持硬度。同時(shí)能與碳形成高硬度的碳化物，是鋼中的強(qiáng)化相鈮:主要是通過沉淀強(qiáng)化，細(xì)化奧氏體晶粒，并進(jìn)一步細(xì)化相變后組織，改善韌性和抗疲勞性能等 錳:降低生鐵含硫量，提高強(qiáng)度和硬度，鎳:提高淬透性，促使剛奧氏體化，強(qiáng)化鐵素體，提高強(qiáng)度鉻:提高抗蝕能力和強(qiáng)度，不銹鋼合金元素.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 礦石化學(xué)成分的穩(wěn)定性 化

20、學(xué)成分波動(dòng)，導(dǎo)致爐溫、爐渣、堿度和生鐵質(zhì)量波動(dòng)，將引起焦比上升，產(chǎn)量下降。入爐前應(yīng)進(jìn)行混勻中和處理冷態(tài)強(qiáng)度和粒度： 冷態(tài)強(qiáng)度間接表現(xiàn)熱態(tài)強(qiáng)度大小。主要有下列三種評價(jià)方法：燒結(jié)礦落下強(qiáng)度：將粒度1040mm的燒結(jié)礦試樣（200。2）kg，2m高落4次，落擊鋼板厚度大于20mm，落下產(chǎn)物篩分后取大于10mm部分的百分比作為落下強(qiáng)度。一般要求大于80。球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度：大高爐要求大于2500牛/個(gè)。轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度（T）和耐磨指數(shù)（A）： 的質(zhì)量/試樣質(zhì)量）100 的質(zhì)量/試樣質(zhì)量）100 粒度：要小而均勻，5mm-50mm. .4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 高溫性能：熱強(qiáng)度：礦石在受熱及被還原的過程中及還

21、原后都不應(yīng)因強(qiáng)度下降而破碎，以免礦粉堵塞煤氣流通孔道而造成冶煉過程的障礙。 a熱爆裂性：無統(tǒng)一檢測方法。 b低溫還原粉化率：靜態(tài)法、動(dòng)態(tài)法。ISO推薦靜態(tài)法 c還原膨脹：主要是針對球團(tuán)礦 還原性能: 礦石中鐵結(jié)合的氧被還原劑奪取的難易程度。主要取決于礦物組成致密程度、孔隙及氣孔分布狀態(tài) 一般還原性好，碳素燃料消耗量低。 赤磁 人造礦天然礦.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 測定方法：熱天平減重法 還原度指數(shù) 還原速率指數(shù) 我國具體測定方法：mm，每次試樣量（5001）g，采用流量15L/min、（CO）=30%、 （N2）=70%混合氣體，于900還原180min。 天然礦石RI60， 球團(tuán)礦R

22、I6070， 燒結(jié)礦RI6575.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 軟化性：包括開始軟化溫度和軟化區(qū)間，能在一定程度上反應(yīng)高爐軟熔帶高低和薄厚。通常將礦石在荷重還原條件下收縮率4時(shí)的溫度定為軟化開始溫度，收縮率40時(shí)的溫度定為軟化終了溫度。 燒結(jié)礦軟化開始溫度較高，軟化區(qū)間較窄； 球團(tuán)礦軟化開始溫度較低，軟化區(qū)間較寬。熔滴性：以滴落開始溫度、終了溫度及過程壓力降作為評價(jià)依據(jù)。高爐要求熔滴溫度高些、過程壓力降低些為好 .4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 錳礦 錳礦石的種類 礦石名稱 主要成分理論含Mn/%條痕色 硬度 軟錳礦MnO263.2淡藍(lán)色25 硬錳礦mMnO.MnO2.nH2O4669淡黑色

23、46 水錳礦Mn2O3.H2O65.2黑色34 褐錳礦Mn2O369.6褐黑色66.5 黑錳礦Mn3O472淺褐色 菱錳礦MnCO3.CaCO325.6粉紅色55.5錳礦的用途鑄造及煉鋼生鐵合金化劑和脫氧劑（錳鐵合金）.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 錳礦的質(zhì)量要求Mn品位要高,其要求比鐵礦石對Fe品位要求更高對TFe有要求:冶煉低錳合金或生鐵時(shí)，礦石含鐵有益，但冶煉高錳合金時(shí)，需控制礦石含鐵量： Fe允=(100-(C+Si+S+P+Mn+)/K 式中 ： K=Mn/(*Mn礦) P要低，一般要求不大于0.15%0.20%強(qiáng)度和粒度：比鐵礦石更嚴(yán)格。自然界中多為軟錳礦，強(qiáng)度差、粉末多，需經(jīng)燒

24、結(jié)或球團(tuán)處理.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 熔劑熔劑的概念及分類概念：由于高爐造渣的需要，入爐料中常需配加一定數(shù)量的助熔劑，該物質(zhì)就稱為熔劑。分類: 堿性熔劑：石灰石(CaCO3) 白云石(CaCO3MgCO3) 酸性熔劑：石英（SiO2) 中性熔劑: 鐵礬土 特殊熔劑：螢石（CaF2 )，均熱爐渣（FeO) .4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 質(zhì)量要求 有效成分高 堿性熔劑： （CaOMgO）效（CaOMgO）SiO2R S,P要盡可能低 要有一定的強(qiáng)度和均勻的粒度組成：對于堿性熔劑強(qiáng)度一般是足夠的，但粒度過大，在爐內(nèi)分解慢，焦比升高。大高爐25-50mm,小高爐10-30mm，最好同礦石粒

25、度一致.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 高爐燃料 焦炭 質(zhì)量要求 a.強(qiáng)度：一般以轉(zhuǎn)鼓指數(shù)表示，要求轉(zhuǎn)鼓指數(shù)要高 焦炭轉(zhuǎn)鼓指數(shù).4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 b.固體碳要高，灰份含量要低。一般干焦含C85，灰分13，其余為揮發(fā)分及硫灰分與強(qiáng)度是反比關(guān)系灰分高，渣量大灰分增加1，焦比升高2，產(chǎn)量下降3我國焦炭灰份一般在1115，國外大高爐一般要求灰份2000.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 制造工藝及形態(tài)： A 定形 a.燒成磚 成形燒制 b.不燒成磚 高壓成型 c.熔鑄磚 配料電鑄磚 B 不定形 a.耐火泥漿 砌轉(zhuǎn)材料 b.噴補(bǔ)混合料 噴補(bǔ)用 c.耐火纖維 絕熱 d.可塑料 噴漿 搗結(jié)用 e

26、.固體散狀料 搗結(jié)用 f.耐火涂層材料 涂于耐火材料 表面.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 物理性能 a.致密度，氣孔率，吸水率 b.透氣性 c.耐壓強(qiáng)度 d.熱膨脹性使用性能 a.耐火度：抗高溫熔化性能的指標(biāo)，用耐火錐變形的溫度表示。它表征耐火材料的熱性質(zhì)，主要取決于化學(xué)組成，雜質(zhì)數(shù)量和分散程度。實(shí)際使用溫度要比耐火度低。 性能.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 b.荷重軟化點(diǎn)：在施加一定壓力并以一定升溫速度加熱時(shí)，當(dāng)耐火材料塌毀時(shí)的溫度。它表征耐火材料的機(jī)械特性。耐火材料的實(shí)際使用溫度不得超過荷重軟化點(diǎn)。 c.耐急冷急熱性（抗熱震性）：是指在溫度急劇變化條件下，不開裂。不破碎的性能。 d.抗

27、蠕變性能：荷重工作溫度下，形變率 e,導(dǎo)熱性及導(dǎo)電性 f.抗渣性：在使用過程中抵御渣化的能力。耐火材料選擇原則：使用的溫度，使用的環(huán)境.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 高爐常用耐火材料現(xiàn)代大型高爐各部位磚襯耐火材料材質(zhì) .4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 高爐常用耐火材料的主要特性耐火度 荷重軟化點(diǎn)使用溫度耐急冷急熱性水冷次數(shù)硅 磚1690-17101620-16501600-16501-4粘土磚1610-17301250-140014005-25高鋁磚1750-17901400-15301650-16705-6剛玉磚20001840-18501600-1700鎂磚20001470-152016

28、50-16701-3碳磚300020002000好碳化硅磚2100-21001500-17001400-160050-60.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 熱風(fēng)爐用耐火材料 熱風(fēng)爐的風(fēng)溫可達(dá)12501350，要求爐頂溫度相應(yīng)達(dá)到15001550，硅磚是較理想的耐火材料。 要求：含SiO2不低于93，密度小于2.38. 主要礦物組成:鱗石英、方石英及少量石英和玻璃質(zhì) SiO2共有七個(gè)結(jié)晶型變體和個(gè)非晶型變體。另外同晶型還有、等不同的亞種。 .4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 硅磚使用過程需注意的問題：在溫度800時(shí)，升溫應(yīng)極其緩慢，800時(shí)也不宜升溫過快，以免發(fā)生較大的體積變化，應(yīng)力過大而產(chǎn)生裂紋

29、 表2-2-6 山東王村耐火材料廠生產(chǎn)的硅磚性能.4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 幾種重要的不定型耐火材料 鐵口泥 傳統(tǒng)鐵口泥：以焦粉、粘土及原油粘合的無水炮泥 日本配方的炮泥：粗、細(xì)粒電爐熔融氧化鋁占80%，其他為200網(wǎng)目的細(xì)粒碳化硅、絹云母及焦粉等，粘結(jié)劑為焦油。 噴補(bǔ)泥漿 加拿大噴補(bǔ)泥漿的成份(干基)：A12O349.08%；SiO241.20%；堿金屬3.4%；Fe2O30.02%，附著劑及結(jié)合劑，如磷酸鹽、皂土及水玻璃等。 .4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 制作及鋪墊撇渣器及鐵水溝的材料 要求與鐵口泥類似。西德現(xiàn)采用一種類似混凝土模型澆注工藝，一次澆注成型。絕熱材料（輕質(zhì)耐火材料）

30、 a特點(diǎn)：氣孔率高、體積密度小、導(dǎo)熱率低。一般作為高溫設(shè)備的隔熱材料。強(qiáng)度、耐磨性等都遠(yuǎn)較常規(guī)耐火材料差。 b分類： 按使用溫度分類： (1)在600900下使用的低溫絕熱材料； (2)在9001200下使用的中溫絕熱材料； (3)在1200下使用的高溫絕熱材料。 按形態(tài)分類：定形的與不定形的兩大類。 .4 高爐煉鐵原料及其他輔助材料 C舉例： 我國新研制成功種耐火纖維，可作為不定形絕熱材料的特例。這是種A12O3系的礦物質(zhì)纖維，其中某一品種含A12O3可高達(dá)7090%，此種纖維價(jià)格較高。 低價(jià)代用品有石棉、礦渣棉及蛭石等。1.6.5 高爐產(chǎn)品鐵水、爐渣、高爐煤氣和爐塵 鐵水（1）生鐵 煉鋼生

31、鐵：占90，要求S,P,Si要低 鑄造生鐵：占10，耐壓的機(jī)械部件或民用（2）鐵合金 鐵合金多用電爐生產(chǎn)，主要供煉鋼脫氧或作為合金添加劑。少量高碳品種鐵合金可用高爐冶煉。 1.6.5 高爐產(chǎn)品1.6.5 高爐產(chǎn)品1.6.5 高爐產(chǎn)品錳鐵：我國有些中小型廠生產(chǎn)錳鐵，如江西新余鋼鐵廠，山西陽泉鋼鐵廠等。高爐只能生產(chǎn)高碳錳鐵，缺點(diǎn)：C高，不利于煉鋼 高碳錳鐵的國家標(biāo)準(zhǔn) 牌 號化學(xué)成份，MnCSiPS1組2組I級ll級不小于不大于FeMn75C7.5FeMn70C7.0FeMn65C7.075.070.065.07.57.07.01.52.02.52.53.04.50.200.330.380.400.

32、031.6.5 高爐產(chǎn)品 硅鐵： a用途：煉鋼用脫氧劑和合金添加劑，還原劑。 b生產(chǎn)方法：用電爐更為合理，75Si，用高爐可經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)出含Si15%的硅鐵。含Si量更高則會(huì)給高爐作業(yè)帶來定困難。主要是大量的SiO2由高溫區(qū)呈氣態(tài)揮發(fā)出來，又在低溫區(qū)凝聚為固態(tài)，造成氣流阻塞，難以維持生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也將嚴(yán)重惡化。美國制定的高爐硅鐵標(biāo)準(zhǔn)(ASTM A10060 Grade G)：Si S P C1.6.5 高爐產(chǎn)品高爐渣 組成：多種金屬氧化物構(gòu)成的復(fù)雜硅酸鹽系，外加少量硫化物、碳化物等。除去原料條件特殊者外，如富錳渣、富稀土氧化物的渣，一般爐渣成份的范圍為： CaO：3544； SiO2：3242；

33、A12O3：616；MgO：413及少量的MnO、FeO及CaS等。 用途制造水泥 致密渣塊鐵路道碴，或鋪公路路基10%液態(tài)爐渣用高速水流和機(jī)械滾筒予以沖擊和破碎可制成中空的直徑5mm的渣珠，稱為“膨珠”。膨珠可作為輕質(zhì)混凝土的骨料，建筑上用作防熱、隔音材料。1.6.5 高爐產(chǎn)品 如果液態(tài)爐渣用高壓蒸汽或壓縮空氣噴吹可制成礦渣棉，是低價(jià)的不定形絕熱材料。 一般爐渣出爐時(shí)溫度為14001550，熱含量16801900kJ/kg。雖然已作過大量的研究工作，目前世界各國皆末找到簡易可行的辦法以利用這部份潛熱。 3) 高爐煤氣： 1600M3/tFe,一般CO含量在20以上， 發(fā)熱值一般為2900-3

34、800kj/m3。用于熱風(fēng)爐，焦?fàn)t，軋鋼加熱爐等。1.6.5 高爐產(chǎn)品 不同鐵種時(shí)煤氣成份及發(fā)熱值 4) 爐塵：為煤氣帶離高爐的細(xì)粒爐料。一般含鐵30-50，含碳10-20，還含有鋅、鉛等有色金屬。處理后可用作燒結(jié)原料。冶煉鐵種煉 鋼 生 鐵鑄 造 生 鐵錳 鐵體積%COH2CH4CO2N221261.02.00.20.81421555726301.02.00.30.81114586033362.03.00.20.5465760低位發(fā)熱值，kJ/m 33200380036004200460050001.6.6 高爐冶煉的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有效容積利用系數(shù)(噸/米.日)合格生鐵折合產(chǎn)量/(有效容積規(guī)定工作日) (1)高爐有效容積利用系數(shù)我國有效容積利用系數(shù)噸/米.日（大高爐低，小高爐高）1.6.6 高爐冶煉的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(2)入爐焦比、綜合焦比及綜合折算焦比 入爐焦比(凈焦比)入爐焦比干焦耗用量/合格生鐵產(chǎn)量(kg/t) 一般為250550 kg/t折算入爐焦比折算入爐焦比干焦耗用量/合格生鐵折算產(chǎn)量(kg/t) 綜合焦比綜合焦比(干