鋼鐵冶金學煉鐵學

鋼鐵冶金學Ⅰ2023/2/4冶金與能源學院1學時：56目錄1緒論2高爐用原燃料3鐵礦粉造塊4高爐冶煉過程的物理化學5高爐爐料和煤氣的運動6高爐能量利用7高爐工藝計算8高爐強化冶煉2023/2/4冶金與能源學院21緒論

2023/2/4冶金與能源學院31緒論一、鋼鐵工業(yè)在國民經濟中的地位1、發(fā)展鋼鐵工業(yè)的條件2、鋼鐵材料的優(yōu)越性能

二、鋼鐵企業(yè)的煉鐵生產

從礦石到鋼材的生產可分為兩個流程。

1、高爐—轉爐—軋機“長流程”主要流程2、直接還原或熔融還原—電爐—軋機“短流程”2023/2/4冶金與能源學院4三、高爐發(fā)展趨勢：大型化、矮胖型爐喉爐身爐腰爐腹爐缸死鐵層2023/2/4冶金與能源學院5高爐生產的特點1．生產規(guī)模大2．高爐生產是鋼鐵聯合企業(yè)重要的一環(huán)。3．長期連續(xù)生產。4．機械化自動化程度高。2023/2/4冶金與能源學院6四、高爐原料1、鐵礦石：燒結礦、球團礦、天然塊礦2、熔劑：石灰石、白云石3、燃料：焦炭、煤粉

4、空氣：N2、O2

2023/2/4冶金與能源學院73、爐渣2、煤氣（1）成分有Fe、C、Si、Mn、S、P等（2）分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵（Si高S低）、鐵合金（3）鐵與鋼主要區(qū)別是C1、生鐵五、高爐產品（1）成分有CO、CO2、N2、H2、H2O（2）用途：熱風爐、加熱爐、鍋爐房或自備發(fā)電廠的燃料。（1）成分有：CaO、MgO、SiO2、Al2O3、FeO、MnO等（2）用途：水泥、路基、建筑用材、絕熱材料。2023/2/4冶金與能源學院8六、高爐輔助設備1、供料系統(tǒng)2、送風系統(tǒng)3、除塵系統(tǒng)4、渣鐵處理系統(tǒng)5、燃料噴吹系統(tǒng)七、高爐冶煉的概況分為五帶:1、塊狀帶：間接還原分解反應CaCO3=CaO+CO2

部分直接還原FeO+C=Fe+CO2023/2/4冶金與能源學院92、軟熔帶：造渣CaO+SiO2+Al2O3=硅酸鹽滲碳反應：3Fe+2CO=Fe3C+CO23、滴落帶：直接還原（FeO）+C=

（MnO）+C=

（

SiO2）+C=

（

P2O5）+C=4、風口燃燒帶：2C+O2=2CO5、爐缸部分：脫硫反應FeS+CaO+C=CaS+Fe+CO八、高爐技術經濟指標1、有效容積：鐵口中心線至大鐘下降下沿或溜槽垂直下沿。Vu工作容積＝有效容積－爐缸容積2023/2/4冶金與能源學院102、有效容積利用系數：高爐一晝夜每m3有效容積生產生鐵的量，t/m3d。

n=P/Vu3、焦比：每t生鐵所消耗的焦炭，kg/t。

K=Q/P4、煤比：每t生鐵所消耗的煤粉量，kg/t。5、綜合焦比＝焦比＋煤比×置換比6、冶煉強度：每天每m3容積消耗的焦炭量，t/m3。

I=Q/Vu=n×K

綜合冶煉強度=每天綜合焦炭消耗量/有效容積2023/2/4冶金與能源學院117、生鐵合格率：生鐵化學成分符合國家標準的總量占生鐵總產量的百分數。一級品：S＜0.03％；合格品：S＜0.07％；8、休風率：休風時間占日歷時間的百分比。9、高爐一代壽命（爐齡）：（1）兩次大修之間的時間，年。（2）單位體積的產鐵量，t/m3。2023/2/4冶金與能源學院122高爐用原燃料

2023/2/4冶金與能源學院132高爐用原燃料2.1鐵礦石(燒結礦、球團礦、天然塊礦

)基本定義：礦物：自然界存在的自然元素和化合物。礦石：可以提取有用物質并獲取利潤的礦物。脈石：不可以提取有用物質或不能獲取利潤的礦物。鐵礦石種類：赤鐵礦（Fe2O3），紅色；磁鐵礦（Fe3O4），黑色，有磁性；褐鐵礦（Fe2O3·nH2O），含有結晶水；菱鐵礦（FeCO3）碳酸鹽。2023/2/4冶金與能源學院14（1）含鐵品位(TFe)；（2）脈石成分(SiO2、Al2O3、CaO、MgO

)；（3）有害雜質(S、P、F、As、K、Na、Pb、Zn、Cu)與有益元素（Mn、Cr、Ni、Co、V、Ti、Mo、Nb、稀土類等

）；（4）還原性（由好至壞依次為：褐鐵礦、菱鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦）；（5）強度與粒度（粒度上限決定還原性，下限決定于透氣性，一般為9—25mm

）；（6）化學成分和粒度的穩(wěn)定評價指標：2023/2/4冶金與能源學院15

合金元素、與鐵性能相近、用于鐵合金和洗爐。

Mn高，比鐵品位更重要，難還原；

Fe低，Mn/Fe>10，因為Fe易還原；

S、P要低，因為鐵合金在后期加入鋼水中，不能再脫S和脫P，要求P<0.2%；較高的強度和適宜的粒度。錳礦石評價：2023/2/4冶金與能源學院162.2、鐵礦石的準備（1）破碎與篩分（網目：一英寸（24.5mm）長度上的方孔數）；

（2）混勻（方法：平鋪直?。?；（3）焙燒（目的是改變鐵礦石性能。主要有還原磁化焙燒、氧化焙燒、氯化焙燒）；（4）選礦（作用：提高品位，回收有用的元素，去除有害雜質。方法主要有磁選、重選、浮選）2023/2/4冶金與能源學院172.3熔劑2.4其它原料（鐵礦石代用品）

1）高爐爐塵（用于燒結）：含鐵、碳、氧化鈣；2）轉爐爐塵：含Fe60%，氧化鐵的粉末；3）軋鋼皮：含Fe70%；4）其他：鐵屑、碎鐵、鐵水罐和殘鐵，硫酸渣1）目的：降低熔點、脫硫。2）分類：堿性、中性、酸性（理論分法）。3）質量要求：CaO、MgO高；S、P低；高強度和適宜粘度；比較高的活性。2023/2/4冶金與能源學院18一、焦炭作用

發(fā)熱劑、還原劑、增碳劑、骨架作用二、質量要求：

C固高；A低；V適當；S、P低；常溫強度高；高溫強度高；穩(wěn)定性好三、煉焦

1）配煤

2）原煤工業(yè)分析：包括：內在水分、灰分、揮發(fā)分、S

元素分析：包括：C、H、O、S、N、P

主要性能：1、粘結性：2、收縮性；3、結焦性；4、氧化變質。

2.5、Ⅰ焦炭2023/2/4冶金與能源學院19

3）焦炭主要性能與原煤性能的關系

S：主要決定混合煤中的S

A：完全決定于混合煤中的A

M40和M10：決定于配比、石墨化程度（煉焦溫度和煉焦時間）、氣孔大小和氣孔結構、灰分含量。CRI和CSR：決定于配比、石墨化程度（煉焦溫度和煉焦時間）、氣孔大小和氣孔結構、灰分含量和灰分成分2023/2/4冶金與能源學院20四、煉焦工藝過程過程：煤料準備、貯存、煉焦、熄焦新工藝：1、配煤摻油煉焦；2、搗固煉焦；3、干燥煤煉焦；4、配型煤煉焦。2023/2/4冶金與能源學院21Ⅱ煤粉一、噴吹煤粉的作用：發(fā)熱、還原二、質量要求：

1）灰分低，C高；2）S、P低，K、Na低；3）可磨性好；

4）發(fā)熱值高；

5）燃燒性和反應性好；

6）安全性高2023/2/4冶金與能源學院223鐵礦粉造塊

2023/2/4冶金與能源學院233鐵礦粉造塊一、定義：鐵礦粉造塊是將不能直接入爐的金屬礦粉經配料后用人工方法造成符合冶煉要求的礦塊。二、意義：擴大了冶煉原料的來源，同時又改善了原料的質量。三、目的：將粉料制成具有高溫強度的塊狀料；改善鐵礦石的冶金性能，使高爐冶煉指標得到改善；去除某些有害雜質，回收有益元素，達到綜合利用資源和擴大鐵礦石原料資源。2023/2/4冶金與能源學院243.1鐵礦粉燒結一、燒結的作用：利用貧礦和粉礦；改善冶金性能；利用鋼鐵廠的廢棄物。2023/2/4冶金與能源學院25二、燒結原料的質量要求1、含鐵原料種類：精礦粉，富礦粉，高爐爐塵，轉爐爐塵，軋鋼皮等。質量要求：S、P低，FeO高，粒度＜10mm。2、熔劑種類：石灰石；消石灰；生石灰；白云石；菱鎂石。質量要求：CaO、MgO高；S、P低；粒度＜3mm，要有利于分解和礦化；高活性度；成分穩(wěn)定。2023/2/4冶金與能源學院263、燃料（1）點火氣體燃料：高爐煤氣、焦爐煤氣、天然氣。一般采用高爐煤氣與焦爐煤氣混合。

質量要求：發(fā)熱值高，點火溫度達到1100℃至1250℃；安全。（2）固體燃料：焦粉和煤粉質量要求：質量：A和V低；S和P低；粒度＜3mm。二、燒結原料的質量要求2023/2/4冶金與能源學院27三、抽風燒結過程

溫度分布見教材中的圖2-1(P33)。分為5層

1、燒結礦層：小于1100℃，空氣預熱；燒結礦冷卻；液相結晶固結。厚度逐漸增加，燒結完成時則全部都是。

2、燃燒層：700℃至1350℃或1500℃，厚度為15-80mm。燃料燃燒；軟熔；氧化；還原；分解等。2023/2/4冶金與能源學院283、干燥預熱層：露點至700℃，升溫速度快。水分蒸發(fā)；燃料加熱；固相反應；結晶水分解。

4、過濕層：露點以下至露點。水汽重新凝結于混合料中，產生過濕，透氣性差。

5、混合料層和鋪底料。2023/2/4冶金與能源學院29四、燒結過程的主要反應1、固體燃料的燃燒（1）特征：

1）C少，稀而均勻。重量比3-5%；體積比10%左右。

2）傳熱條件好。“抽風”

3）具有一定量的空氣過剩系數：α=實際耗氧/理論耗氧2023/2/4冶金與能源學院30

（2）燃燒過程：完全燃燒與不完全燃燒同時存在。

xC+yO2=nCO+mCO2t<1200℃CO/CO2=1，一級反應

t>1500℃CO/CO2=2，零級反應燒結過程溫度實際處在1200℃-1500℃，CO/CO2=1-2之間，中間過渡狀態(tài)，燒結廢氣中CO和CO2共存。燒結廢氣成分為：CO、CO2

、N2、H2、O2四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院31（3）燒結料層的氣氛條件：根據廢氣成分確定。燒結過程中：自由氧為2-6%，是氧化性或弱氧化性氣氛。但在固體燃料表面附近，則是還原性氣氛。

燒結過程宏觀上氧化性氣氛；微觀上有還原性氣氛。固體燃料粒度過大時，還原氣氛強，要求固體燃料粒度小于3mm>70%。四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院32（4）固體碳燃燒速度處于擴散速度范圍內固體燃料粒度增加，氣流速度提高，氣流中含氧增加，則料層溫度升高。四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院332、分解反應（1）結晶水分解：分解吸熱，增加燃料消耗。一般固溶體的水容易在120℃～200℃分解出來，以OH－存在。褐鐵礦：250℃至300℃分解。高嶺土（Al2O3·SiO2·2H2O）：400℃開始分解，500℃至600℃大量分解，完成去除結晶水要到1000℃左右。（2）碳酸鹽分解及礦化作用

分解反應：

CaCO3=CaO+CO2MgCO3=MgO+CO2四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院34影響因素：1）燒結溫度：高有利于分解。

2）石灰石粒度：小有利于分解，要求小于3mm。

3）雜質（Al2O3、SiO2、Fe2O3）：少有利于分解。4）活性：高有利于分解。四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院35礦化作用：固化反應，形成CaO·SiO2、CaO·Fe2O3如果沒有發(fā)生礦化作用，則會形成白點（CaO），CaO+H2O=Ca(HO)2

體積膨脹，產生粉化。影響因素：1）燒結溫度：高有利于礦化。2）石灰石粒度：小有利于分解，要求＜3mm。3）礦粉粒度：小有利于分解。4）活性：高有利于分解。四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院36（3）高價氧化物分解（P35）鐵和錳高價氧化物的分解壓較高。預熱層：MnO2、Mn2O3開始分解。燃燒層：MnO2、Mn2O3沸騰分解；Fe2O3開始分解。

Fe3O4和FexO的分解壓很小，在燒結條件下不可能分解。四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院373、氧化還原反應

燒結過程宏觀上是氧化氣氛，但也存在還原氣氛，尤其在配碳量比較高和燃料粒度比較大時比較明顯。（1）Fe2O3：在燒結過程中會發(fā)生熱分解和還原。

3Fe2O3=2Fe3O4+1/2O2

熱分解

3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2

還原固相反應形成CaO·Fe2O3系列，則難還原。四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院38

（2）Fe3O4：在燒結過程中分解難，但在1300℃--1350℃會發(fā)生下面的反應。

2Fe3O4+3SiO2=3(2FeO·SiO2)+O2

在燒結過程中可以還原，

Fe3O4+CO=FeO+CO2900℃,平衡CO/CO2=3.47

四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院39同時也可以發(fā)生下面的反應：

3Fe3O4+3SiO2+2CO=3(2FeO·SiO2)+2CO2CaO存在，則不利于2FeO·SiO2的形成。在燒結過程中也可以氧化成Fe2O3：條件是料層透氣性好，配碳量比較低，氧化反應是放熱反應。四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院40（3）FeO：在燒結過程中還原比較困難，只有在配碳量特別高時才有可能。在燒結過程中可以被氧化成Fe3O4，條件是料層透氣性好，配碳量比較低，供氧充足。

（4）錳氧化物：MnO2和Mn2O3易進行熱分解；

Mn3O4不易進行熱分解，但可還原成MnO；MnO不易還原。四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院414、氣化反應（有害雜質的去除）

（1）S的去除。85-90％

S的存在狀態(tài)：1）有機S：含量一般比較低，僅在個別年輕煤中含量較高。2）硫化物：如FeS2、FeS。3）硫酸鹽：如FeSO4、CaSO4、BaSO4等，硫酸鹽在新鮮煤中含量極少，在氧化后的煤中含量比較高。

四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院42

燒結過程脫硫是氧化脫硫，分解只是一小部分。硫化物脫硫的主要反應有：

4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2

3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2

2FeS2=2FeS+S2S+O2=SO2

4FeS+7O2=2Fe2O3+4SO2

3FeS+5O2=Fe3O4+3SO2

四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院431350℃以下，鐵氧化物以生成Fe2O3為主；1350℃以上，鐵氧化物以生成Fe3O4為主。上述反應都是放熱反應。硫化物中的硫去除比較容易，硫酸鹽中的硫去除比較困難。但在Fe2O3和SiO2等存在的條件下，CaSO4、BaSO4分解變得容易。

CaSO4+Fe2O3=CaO·Fe2O3+SO2+1/2O2

吸熱

BaSO4+SiO2=CaO·SiO2+SO2+1/2O2

吸熱四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院44

影響燒結過程脫硫的因素：

1）礦粉粒度：粒度細有利于脫硫，原因是有利于氧化，各類礦粉的粒度要求小于10mm。

2）礦石品位：品位高有利于脫硫，品位高則熔點高。

3）燒結礦堿度：堿度低有利于燒結脫硫，燒結脫硫的實現是S進入廢氣，堿度高有利于形成CaS，沒有實現脫硫。

四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院454）燃料用量：恰當則有利于脫硫。燃料多易形成還原性氣氛，硫負荷高，不利于燒結脫硫；燃料少燒結溫度低，同樣不利于脫硫。燒結脫硫發(fā)熱，1kgFeS2可代替0.3kg含C為80%的焦粉。

5）返礦用量：恰當則有利于脫硫。改善料層透氣性，有利于燒結脫硫；液相量增加，不利于脫硫。四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院46(2)去As:

氧化去As，燒透是前提。As有毒。

2FeAsS+5O2==Fe2O3+As2O3+2SO2(3)脫F：

2CaF2+SiO2==2CaO+SiF4

CaO不利于去F；SiO2有利于去F；H2有利于去F。

F對人體有害、腐蝕設備。四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院47(4)Pb和Zn的去除燃料增加到10%至11%，脫鋅率可以達到20%。加入CaCl2，可以脫除90%左右的鉛和65%左右的鋅。四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院485、水分的蒸發(fā)、分解和凝結（1）蒸發(fā)和凝結的條件是：蒸發(fā)：實際PH2O<P’H2O（飽和蒸汽壓）

凝結：實際PH2O>P’H2O（飽和蒸汽壓）四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院49（2）蒸發(fā)：

100℃時：P’H2O=0.1013MPa(1atm)

實際上：燒結料層中PH2O＝0.9atm，因此水汽化的沸騰溫度低于100℃。燒結過程中汽化在120℃至125℃完成的原因有：燒結過程傳熱速度快，燒結混合料快速加熱；分子水與固體顆粒之間的結合力大，不易去除。

四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院50（3）凝結：水分的再分布，溫度是露點：PH2O=P’H2O

燒結過程中露點一般為50℃－60℃，消除水分凝結的措施是將混合料溫提高到露點以上。四、燒結過程的主要反應2023/2/4冶金與能源學院51五、燒結過程中的固結1、固相反應

定義：在一定的溫度條件下這種或那種離子克服晶格中的結合力，在晶格內部進行位置交換，并擴散與之相接觸的鄰近的其它晶格內進行的反應。開始溫度=（0.8--0.9）T熔點。這時質點具有可移動性，并發(fā)生化學反應。

2023/2/4冶金與能源學院52

影響固相反應的因素有：礦粉粒度；混勻程度；燃料用量；燒結氣氛。燒結過程中可能產生的固相反應如P39表2-12、燒結過程中液相的生成這些液相就是粘結相，對燒結礦質量和產量有非常重要的影響。五、燒結過程中的固結2023/2/4冶金與能源學院53（1）鐵氧（Fe-O）體系：鐵氧化物固溶體。高品位燒結礦的主要粘結相，脈石成分比較小。（2）FeO--SiO2體系：酸性燒結礦的主要粘結相。。

2FeO·SiO2

熔點：1205℃FeO·SiO2--FeO熔點：1177℃FeO·SiO2--SiO2

熔點：1178℃

特點：強度比較高；但還原性比較差。生成條件：比較低的堿度，有SiO2，比較高的溫度；還原性氣氛。工藝是燃料用量高。五、燒結過程中的固結2023/2/4冶金與能源學院54

燒結礦堿度與高爐爐渣堿度的區(qū)別和聯系:

燒結礦堿度＜高爐爐渣堿度：酸性（低堿度）燒結礦燒結礦堿度≈高爐爐渣堿度：自熔性燒結礦燒結礦堿度＞高爐爐渣堿度：高堿度（熔劑型）燒結礦五、燒結過程中的固結2023/2/4冶金與能源學院55（3）CaO--SiO2體系：熔劑性燒結礦的主要粘結相。

CaO·SiO2

熔點1544℃，CaO·SiO2-SiO2

熔點1450℃3CaO·2SiO2

熔點1460℃，2CaO·SiO2

熔點1300℃

特點：固相反應生成能力強，反應速度快。強度比較低；原因是2CaO·SiO2有相變問題；不存在還原性問題。830-850℃：α-2CaO·SiO2→γ-2CaO·SiO2

體積膨脹12%675℃：β-2CaO·SiO2→γ-2CaO·SiO2

體積膨脹10%五、燒結過程中的固結2023/2/4冶金與能源學院56應控制或減少2CaO·SiO2的生成量和晶體轉變。生成條件：比較高的堿度，有CaO；高溫（生成的液相量是不多的）。（4）CaO--Fe2O3體系：熔劑性燒結礦的主要粘結相。

2CaO·Fe2O3

熔點：1449℃CaO·Fe2O3

熔點：1216℃CaO·2Fe2O3

熔點：1226℃五、燒結過程中的固結2023/2/4冶金與能源學院57特點：強度比較高；還原性比較好，最好的粘結相。生成條件：1）高堿度，CaO多。2）低溫，因為高溫（1300℃以上）條件下Fe2O3會分解。3）氧化性氣氛，固體燃料配量比較低。4）SiO2含量比較低，因為SiO2與FeO和CaO的結合力都比較大。五、燒結過程中的固結2023/2/4冶金與能源學院58（5）CaO--FeO--SiO2體系：熔劑性燒結礦的主要粘結相。典型礦物：鐵鈣橄欖石：CaO·FeO·SiO2

鐵鈣方柱石：2CaO·FeO·2SiO2

鈣鐵輝石：CaO·FeO·2SiO2

特點：強度比較高；還原性比較差。生成條件：高堿度；高溫；還原性氣氛。五、燒結過程中的固結2023/2/4冶金與能源學院59（6）CaO--SiO2--TiO2體系：釩鈦磁鐵燒結礦的主要粘結相。特點：硬而脆，粉末比較多；還原性比較好。生成條件：釩鈦磁鐵礦。3、冷凝固結在燒結過程中，并非全部燒結料都熔化為液相，有些粒度大的原料還來不及熔化就被液相粘結起來，然后又急速冷卻，形成多孔的燒結礦。五、燒結過程中的固結2023/2/4冶金與能源學院604、燒結礦的礦物組成及其結構由含鐵礦物及脈石礦物兩大類組成的液相粘結在一起。（1）顯微鏡下觀察的結構：粒狀結構、斑狀結構、骸狀結構、丹點狀共晶結構及熔蝕結構。五、燒結過程中的固結2023/2/4冶金與能源學院61（2）影響燒結礦質量的因素：影響強度因素：燒結料礦化及液相發(fā)展程度；礦物組成中礦物和玻璃相的強度；冷凝過程中產生的內應力。影響還原性的因素：礦物組成自身的還原性；礦物結構。五、燒結過程中的固結2023/2/4冶金與能源學院62六、燒結料層的熱交換1、自動蓄熱作用定義是熱燒結礦將熱量傳給氣體，氣體溫度上升，然后氣體將熱量帶給下層燃燒帶，這種現象稱為自動蓄熱作用。自動蓄熱作用對燃料帶的溫度影響很大，可以提供燃燒帶全部熱量的40%以上。料層越厚，自動蓄熱作用越強。2023/2/4冶金與能源學院63六、燒結料層的熱交換2、垂直燒結速度：定義是燃燒帶（高溫區(qū)）向下移動的速度。與料層內的風量（料層透氣性）成正比，是決定燒結礦產量的重要因素。垂直燒結速度過快：廢氣傳給物料的熱量不足，燒結溫度降低，燒結礦強度下降，燒結礦成品率下降，燒結礦產量下降。垂直燒結速度過慢；燒結礦產量下降，顆粒內部熱量多，但表面溫度低，液相生成量不足。2023/2/4冶金與能源學院643、高溫區(qū)的溫度水平決定于高溫區(qū)的熱平衡和氣流與物料間的傳熱條件。

Q1+Q2+Q3-Q4-Q5T=--------------------------------mcQ1：空氣顯熱，kJ。Q2：燒結過程中燃料燃燒放熱以及所發(fā)生的各種反應的熱效應總和，kJQ3：從燒結上層下來的廢氣中吸收的熱量，kJ。Q4：廢氣帶走的熱量，kJ；Q5：高溫區(qū)熱損失，kJm：高溫區(qū)物料重量，kg；C：燒結料比熱，kJ/kg.℃。六、燒結料層的熱交換2023/2/4冶金與能源學院65

影響因素：配碳量增加，石灰石量減少，Q2增加，T升高；燒結過程越往下，Q3增加越多，T升高，抽風燒結的特點；熱風燒結，Q1增加，T升高。最好在燒結過程的前期供熱風，因為此時的Q3=0六、燒結料層的熱交換2023/2/4冶金與能源學院664、高溫區(qū)的厚度高溫區(qū)是料層透氣性最差的一層。燃燒速度與傳熱速度的配合對高溫區(qū)的溫度和厚度有重要的影響。（1）燃燒速度<傳熱速度：廢氣傳入顆粒內部的熱量增多，料層溫度水平降低，高溫區(qū)加厚。

六、燒結料層的熱交換2023/2/4冶金與能源學院67（2）燃燒速度>傳熱速度：廢氣傳入顆粒內部的熱量減少，廢氣溫度升高，帶走的熱量增加，高溫區(qū)加厚。（3）燃燒速度≈傳熱速度：料層溫度最高，高溫區(qū)厚度最小。（4）燃料粒度大，則燃燒速度下降，高溫區(qū)水平下降，高溫區(qū)厚度增加。（5）配碳量增加，高溫區(qū)水平升高，高溫區(qū)厚度增加。

六、燒結料層的熱交換2023/2/4冶金與能源學院68七、燒結料層中的氣體流動

氣體流動阻力△P=f(ε、w、d、H),

垂直燒結速度取決于燒結料層在燒結過程中的透氣性，不是燒結料層的原始透氣性。

燒結礦層：透氣性比較好。

燃燒層有液相：△P最大，此層越薄越好。

2023/2/4冶金與能源學院69七、燒結料層中的氣體流動

預熱干燥層：透氣性主要取決于干燥后混合料中小球的強度。

過濕層：透氣性比較差。

燒結點火后，燒結礦層未形成，△P升高，而后逐漸降低。氣流分布均勻，則垂直燒結速度均勻，燒結成品率升高。2023/2/4冶金與能源學院70八、燒結生產工藝

1、燒結配料（P51）采用重量法配料，根據配料計算。2、混勻與制粒一混的主要作用是混勻；二混的主要作用是造球制粒。

2023/2/4冶金與能源學院71

影響混勻和制粒的因素：（1）原料性質：粘性大，比重相差小，粒度差別小有利于混勻和造球。（2）水分含量和加水方法：適量、霧狀有利于混勻和造球。（3）工藝因素：傾角、轉速、填充率，混勻時間長有利于混勻和造球。八、燒結生產工藝

2023/2/4冶金與能源學院723、鋪底料：（1）作用：保護篦條；減少廢氣含塵量和除塵器負荷；增加有效抽風面積和料層透氣性；改善廠區(qū)環(huán)境。

（2）方法：粒度自然偏析，偏析布料。但不能是大粒度的燃料；10-25mm的成品燒結或天然塊礦。八、燒結生產工藝

2023/2/4冶金與能源學院734、布料：（1）要求：均勻（粒度、成分和水分）；具有一定的松散性，但不能太松。（2）理想布料是粒度上小下粗、碳上多下少。實現方法有雙層布料和偏析布料。偏析布料有磁輥、反射板和空氣吹風。八、燒結生產工藝

2023/2/4冶金與能源學院745、燒結料點火和燒結礦保溫點火溫度為1100℃至1300℃之間；點火時間為1分鐘左右。點火真空度適當低一些。

燒結礦保溫是減緩上層燒結礦的冷卻速度。八、燒結生產工藝

2023/2/4冶金與能源學院756、燒結礦處理

破碎（單輥破碎）、篩分（固定條篩）、冷卻（帶式冷卻機和環(huán)形冷卻機）返礦返回燒結機，小于5mm的比例應小于5%。八、燒結生產工藝

2023/2/4冶金與能源學院767、燒結機生產能力

Q=60KΥBHVK：成品率%；Υ：堆比重；B：臺車寬；H：料層高；V：臺車速度；H=dtd：垂直燒結速度；t：燒結時間；D=f(料層透氣性)；透氣性指數=Q/F（H/ΔP）0.6;Q：抽風量；F：抽風面積；H：料層厚度；ΔP：負壓。八、燒結生產工藝

2023/2/4冶金與能源學院778、改善燒結料層透氣性（1）適當配加富礦粉，粒度粗。（2）加消石灰，有利于成球。（3）加松料器。（4）提高料溫：蒸汽、熱返礦、生石灰，消除過濕現象。（5）新的布料裝置。八、燒結生產工藝

2023/2/4冶金與能源學院789、增加有效風量（1）降低漏風率，主要是機頭和機尾。（2）經常檢查，及時堵漏，定期檢修。10、改善燒結礦質量（1）厚料層燒結;（2）提高MgO含量;（3）低溫燒結;（4）加B或P;（5）高堿度燒結礦;（6）合適的配C量;（7）配加蛇紋石;（8）配加螢石。

八、燒結生產工藝

2023/2/4冶金與能源學院793.2球團礦生產一、粉礦成球

1、成球機理：加水潤濕礦粉是鐵礦粉成球的基本條件，對水進行研究。水在礦粉中的狀態(tài)：（1）吸附水：原因是新表面具有過剩能量。具有固體的性質，不能在顆粒表面自由移動。（2）薄膜水：結合力要差一些，可以在顆粒表面遷移。吸附水和薄膜水組成分子結合水，礦粉含水量達到最大分子結合水后，成球才明顯開始。

2023/2/4冶金與能源學院80（3）毛細水：礦粉中超過分子水后才能形成，起作用的是毛細力。礦粉成球過程是在毛細力的作用下，礦粉顆粒被拉向水滴中心，形成小球。毛細水在礦粉成球中起主導作用。

液體表面張力大、物料親水性強、液體密度小、毛細管直徑小，毛細力大，礦粉成球容易。（4）重力水：對造球不利。一、粉礦成球2023/2/4冶金與能源學院812、成球過程（1）形成母球：礦粉潤濕，在機械力的作用下形成細小的毛細管。主要是水的潤濕。（2）母球長大：毛細管形狀和尺寸改變，過剩毛細水擠到母球的表面上，粘結上潤濕程度比較低的礦粉。潤濕和機械力同時作用。（3）母球壓實：停止加水潤濕，在機械力的作用下，水分被擠出。擠出的水分被未充分潤濕的礦粉吸收。機械力的作用。三個過程在造球機內一起完成。一、粉礦成球2023/2/4冶金與能源學院823、造球設備圓盤造球機、圓筒機4、影響造球過程的因素（1）原料性能：親水性強易成球，褐鐵礦最強，磁鐵礦最差；孔隙度大易成球；顆粒形狀：針狀和片狀好，球狀差。（2）原料粒度：粒度小，比表面積大，組成不均勻易成球，小于200目。一、粉礦成球2023/2/4冶金與能源學院83（3）原料濕度：含水量大，生球大小不均勻，相互粘結，適宜的含水量。礦粉的水分應低于造球適宜的水分，否則烘干。

（4）添加劑：皂土（一般為0.5%至1.5%，實際3%左右）、消石灰、石灰石、生石灰、有機添加劑。一、粉礦成球2023/2/4冶金與能源學院84

（5）工藝操作：加水加料原則：滴水成球，霧水長大，無水壓緊。造球時間：3至10分鐘設備指標：圓盤造球機的轉速和傾角（傾角45至50度），圓盤邊高和填充率適宜，底料和刮板要適宜。物料溫度：預熱混合料，50℃為宜。一、粉礦成球2023/2/4冶金與能源學院855、生球的質量要求：焙燒和冶煉的要求。（1）粒度：均勻粒度，10-16mm。（2）抗壓強度：15-20N/個球。（3）落下強度：0.5m高自由落下大于4次。（4）比較高的爆裂溫度。一、粉礦成球2023/2/4冶金與能源學院861、生球干燥目的：提高強度，防止破裂。破裂的原因：不均勻收縮。由表面水汽化和內部水擴散到表面的兩個過程組成，速度要適宜，防止生球破裂。干燥速度有計算公式，但多數是定性公式。干燥時生球的最低強度應該能承受球層的壓力和干燥介質穿過球層的壓力。

二、球團礦焙燒固結2023/2/4冶金與能源學院87影響干燥的因素：（1）球層越高，水冷凝越嚴重，降低了下層生球的破裂溫度。（2）縮小生球尺寸有利于干燥過程。（3）生球孔隙度下降，妨礙生球內部蒸汽的擴散。二、球團礦焙燒固結2023/2/4冶金與能源學院882、再結晶固結理論：要保證球團有足夠高機械強度和良好的冶金性能。磁鐵礦：（1）微晶鍵連接：氧化氣氛，低溫（900℃左右）條件下，焙燒磁鐵礦球團時，表面首先產生Fe2O3微晶、長大、連接。

二、球團礦焙燒固結2023/2/4冶金與能源學院89（2）Fe2O3再結晶：Fe3O4生球在強氧化性氣氛中繼續(xù)加熱到1100℃以上時，Fe3O4完全氧化，并發(fā)生Fe2O3微晶再結晶和晶粒長大。（3）Fe3O4再結晶：Fe3O4生球在中性或強還原性氣氛中焙燒，當溫度高于900℃時，生球中Fe3O4晶粒發(fā)生再結晶和晶粒長大。二、球團礦焙燒固結2023/2/4冶金與能源學院90（4）渣鍵連接：有SiO2

存在，則在還原或弱氧化性氣氛中焙燒，高于1100℃時：

Fe2O3+SiO2+CO==2FeO·SiO2+CO22FeO+SiO2==2FeO·SiO2赤鐵礦：（5）Fe2O3高溫再結晶：1300℃左右開始，強度比較差。二、球團礦焙燒固結2023/2/4冶金與能源學院913、影響球團焙燒固結的因素：（1）原料性能：磁鐵礦氧化放熱，焙燒溫度比較低，能耗低。石英在氧化性氣氛中不影響赤鐵礦球團固結，在中性或還原性氣氛中會形成液相。長石熔點低，可降低焙燒溫度，有利于液相粘結。皂土有利于球團固結，形成液相。

消石灰和石灰石會使球團礦的焙燒溫度區(qū)間變窄，易出現渣相粘結。二、球團礦焙燒固結2023/2/4冶金與能源學院92

（2）精礦粒度和粒度組成：粒度細，比表面積大，氧化快而完全，有利于球團造球和焙燒?？紫抖鹊?，有利于焙燒。粒度大小不一，有利于焙燒。（3）焙燒溫度：提高焙燒溫度有利球團固結，但最高溫度不能超過Fe2O3大量分解的溫度。一般為1200℃至1300℃，不低于1150℃，不高于1350℃。（4）升溫速度和高溫下保持時間：升溫速度過快，球團強度下降。高溫下保持時間要足夠，因為再結晶和液相生產都需要時間。過長：球團熔化和粘結。二、球團礦焙燒固結2023/2/4冶金與能源學院93

（5）焙燒氣體介質特性磁鐵礦：氧化性氣氛最好，中性和還原性氣氛球團礦強度低，還原性差。赤鐵礦：氧化性或中性氣氛中進行焙燒；不能在還原性氣氛中進行焙燒。氣氛根據O2含量劃分：O2>1.5%，氧化性氣氛。

O2=1-1.5%，中性氣氛。

二、球團礦焙燒固結2023/2/4冶金與能源學院94（6）球團礦尺寸：尺寸大，氧化過程進行得慢而不完全。球團氧化完成所需的時間與球團的直徑的平方成正比。生球尺寸在對赤鐵礦球團的焙燒影響更大，無內部熱量。二、球團礦焙燒固結2023/2/4冶金與能源學院951、原料準備：配料、混料和造球。目的是使化學成分、粒度組成、水分均勻?；炝虾团淞瞎に嚤容^簡單，多采用混磨。造球采用：圓筒和圓盤

2、球團礦焙燒：設備：豎爐、鏈篦機--回轉窯、帶式焙燒機

三、球團生產工藝2023/2/4冶金與能源學院96

三、球團生產工藝3、其它球團生產方法：（1）冷固結球團：水泥法和碳酸鹽球團固結法

（2）金屬化球團法

（3）有色金屬氧化物氯化揮發(fā)球團法2023/2/4冶金與能源學院97四、球團礦和燒結礦的比較1、原料條件：球團細，-325目要大于70%，比表面積為1500-2000cm2/g

燒結粗，-150目要小于20%，原料適應性強。2、生產設備投資和管理費用生產設備投資球團高。加工費用球團略高，但按含鐵量比較球團稍低。球團的燃料費用低于燒結礦，但動力費用要高于燒結礦。2023/2/4冶金與能源學院983、冶金性能（1）球團礦粒度均勻，冷態(tài)強度高，運輸和貯存粉末少。球團礦有還原膨脹現象，高溫冶金性能不太理想。球團膨脹的原因：膨脹小于20%異常膨脹

Fe2O3→

Fe3O4→→

→

→→

FeO

六面體立方體鐵胡須立方體正常膨脹一般小于20%，異常膨脹可以達100%至200%或更大，原因主要是形成鐵胡須。四、球團礦和燒結礦的比較2023/2/4冶金與能源學院99

降低球團礦還原膨脹的措施：適當提高球團礦中SiO2含量，形成渣鍵；適當提高球團礦的堿度，生產自熔性球團礦；提高焙燒溫度。（2）燒結礦有低溫還原粉化現象燒結礦深度還原和高溫還原性能比較好，軟熔性能比較好。但燒結礦也有低溫還原粉化問題。RDI，原因與球團礦還原膨脹的原因基本相同。四、球團礦和燒結礦的比較2023/2/4冶金與能源學院1004、高爐冶煉效果：球團礦與燒結礦無明顯差異。5、環(huán)境狀況：球團工藝可以減少灰塵量、SO2和NOx。四、球團礦和燒結礦的比較2023/2/4冶金與能源學院101合理標準：1、資源量大，要穩(wěn)定。

2、取消石灰石入爐。

3、比較高的熟料率。

4、良好的冶金性能。合理的爐料結構是相對的，一般認為高堿度燒結礦配加酸性球團礦是合理的爐料結構。但堿度差不能太大，球團礦配比也應控制在40%以內。五、高爐合理的爐料結構2023/2/4冶金與能源學院102六、球團工藝的改進：1、自熔性球團礦

2、內燃性或多孔性球團礦2023/2/4冶金與能源學院1033.3燒結礦和球團礦的質量檢驗一、冷態(tài)物理機械性能落下強度、抗壓強度、轉鼓強度二、熱態(tài)及還原條件下的性能1、熱爆裂性能2、還原條件下的冶金性能低溫還原粉化性能、荷重軟化性能、還原膨脹性能2023/2/4冶金與能源學院1044高爐冶煉過程的物理化學

2023/2/4冶金與能源學院1054高爐冶煉過程中的物理化學4.1蒸發(fā)、分解與氣化一、蒸發(fā)吸附水蒸發(fā)。耗熱不多，對高爐影響不大。二、結晶水分解燒結已述。補充：結晶水析出過晚現象。T＞800℃時，發(fā)生反應H2O+C=H2+CO。耗熱增加，消耗C固，產生的CO氣體不能被充分利用。分解比例：20-50％。2023/2/4冶金與能源學院106三、碳酸鹽分解高爐加熔劑或爐料中存在碳酸鹽時，T升高，則發(fā)生分解，耗熱增加。主要不利影響：CaCO3分解，消耗碳素，吸收熱量。四、析C反應煤氣中CO在上升過程中T下降到400－600℃時，發(fā)生反應2CO=CO2+C

不利影響：破壞爐襯，加劇爐料粉化。2023/2/4冶金與能源學院107五、氣化反應在高爐內氣化的物質有還原元素P、As、K、Na、Pb、Zn和S；還原中間產物SiO、Al2O和PbO；化合物SiS、CS和CaF2等。少部分隨煤氣逸出，一部分被爐渣吸收，一部分在上升過程中隨T降低而凝聚，形成“循環(huán)累積”，造成爐料難行、懸料及結瘤等。

解決方法：提高爐頂溫度、增加煤氣量、降低爐渣堿度、提高渣量。2023/2/4冶金與能源學院1084.2高爐內的還原過程一、鐵氧化物還原的熱力學1、鐵氧化物還原的規(guī)律：逐級還原

t>570℃，Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fet<570℃，Fe2O3→Fe3O4→Fe，FeO不存在。

Fe2O3赤鐵礦，六方晶格，剛玉型菱型晶格。還原容易。

2023/2/4冶金與能源學院109

Fe3O4

磁鐵礦，立方晶格，還原比較困難。Fe2O3·FeOFeO浮氐體，立方晶格，不穩(wěn)定，FexO（x<1.0），還原困難。復雜鐵氧化物：CaO·Fe2O3

、2FeO·SiO2、CaO·FeO·SiO2、FeO·TiO2

及褐鐵礦、菱鐵礦先分解后還原。一、鐵氧化物還原的熱力學2023/2/4冶金與能源學院1102、鐵氧化物還原的基本反應（1）還原劑：CO、H2、C；主要是C和CO。（2）用CO、H2還原時的叉字曲線。一、鐵氧化物還原的熱力學2023/2/4冶金與能源學院111T＜570℃：

a.Fe2O3+CO→Fe3O4+CO2

+a′Fe2O3+H2→Fe3O4+H2O+b.Fe3O4+CO→Fe+CO2

+b′Fe3O4+H2→Fe+H2O-T＞570℃：

a.Fe2O3+CO→Fe3O4+CO2

+a′Fe2O3+H2→Fe3O4+H2O+c.Fe3O4+CO→FeO+CO2-c′Fe3O4+H2→FeO+H2O-d.FeO+CO→Fe+CO2

+d′FeO+H2→Fe+H2O-aa′b′bdd′cc′%/xT/℃Fe2O3Fe3O4FeOFe●●●●●一、鐵氧化物還原的熱力學2023/2/4冶金與能源學院112

圖示出了鐵氧化物還原對氣氛的要求，共分四個區(qū)域：Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fe。1）關鍵點：T＝570℃2）T＜810℃：CO還原曲線在H2的下方。CO還原能力大于H2，即CO還原時的熱力學氣體利用率高于H2。

T＞810℃，，H2還原曲線在CO的下方。H2還原能力大于CO，即H2

還原時的熱力學氣體利用率高于CO。一、鐵氧化物還原的熱力學2023/2/4冶金與能源學院1133）反應后加+，說明為放熱反應，圖中曲線為上升趨勢，T升高使熱力學利用率下降；下降曲線為吸熱反應，T升高使熱力學利用率升高。4）反應b、d、b′、d′的曲線趨勢正好相反，說明CO和H2兩種還原氣體的熱力學規(guī)律正好相反。5）C參加還原反應的平衡分析。T＜685℃，得不到Fe。T＝647℃，C還原Fe3O4生成FeO的關鍵溫度。一、鐵氧化物還原的熱力學2023/2/4冶金與能源學院114二、直接還原和間接還原1、概念：直接還原：用C還原，生成CO，高溫、吸熱，決定于碳的氣化反應，1100℃左右。間接還原：用CO或H2還原，生成CO2，低溫、放熱（H2吸熱），決定于礦石的還原性能。

Fe2O3→FeO全部間接還原；FeO→Fe一部分間接還原，一部分直接還原。2023/2/4冶金與能源學院1152、直接還原度的表示和計算

Fe直

Fe直

rd=-------------------==--------------定義式

Fe生—Fe料

Fe全rd=1—rco—rH2=1—ri,ri=Fe間/Fe全Fe間=（56/12）C間，FeO+CO=Fe+CO2

二、直接還原和間接還原2023/2/4冶金與能源學院116

(56/12)[(C焦+C燃-C鐵-C塵)(CO2/(CO+CO2+CH4))-(12/44)CO2熔+揮-(12/160)Fe2O3-(12/87)MnO2]rco=-------------------------------------------------------------------------------------------------

Fe生-Fe料

式中：44為CO2的分子量。二、直接還原和間接還原2023/2/4冶金與能源學院117

FeH2(56/2)H2還αrH2=--------=----------------------Fe全

Fe生-Fe料式中：α，高爐下部參與還原FeO的H2的百分數，一般α≥85%。H2還=H2總-H2煤氣一般情況下，氫在高爐內的利用率η為30%至50%，即：H2還=(30-50)%H2總二、直接還原和間接還原2023/2/4冶金與能源學院118所以：

（56/2）［H2燃+(2/18)(H2O風+H2O噴)］ηH2αrH2=--------------------------------------------------------------Fe生-Fe料式中：H2燃：入爐各種燃料帶入的H2量，kg/t鐵。

H2O風、H2O噴：分別為鼓風和噴吹物含水量，kg/t鐵。

ηH2=30%-50%，α=85%二、直接還原和間接還原2023/2/4冶金與能源學院119rd的簡易計算法：C氧-C風-CSi+Mn+P-C石灰石

rd=---------------------------------(12/56)(Fe生-Fe料)式中:C氧=C焦+C煤-C生-C塵氧化的總碳量，kg/t-生鐵。

CSi+Mn+P：Si、Mn、P直接還原消耗的碳量，kg/t-生鐵。

C石灰石：石灰石分解CO2與C作用所消耗的碳，kg/t-生鐵。

C風：風口區(qū)燃燒的碳量，kg/t-生鐵。按C、N2平衡原理算出鼓風消耗量來計算，煤氣分析要準確。二、直接還原和間接還原2023/2/4冶金與能源學院1203、高爐直接還原度Rd

定義：高爐冶煉過程中，直接還原奪取的氧量O直與還原過程奪取的總氧量O總的比值，用Rd表示。二、直接還原和間接還原2023/2/4冶金與能源學院121O直

0.5CO+CO2-βN2-0.5CO20.5(CO+CO2)-βN2Rd=----------=-------------------------------=--------------------------O間+O直

0.5CO+CO2-βN20.5CO+CO2-βN2

CO、CO2、N2煤氣中相應組成的含量。

0.21(1-f)+0.5fβ：氧氮比，β=--------------------（f：空氣中水分含量，％）

0.79(1-f)二、直接還原和間接還原2023/2/4冶金與能源學院122三、直接還原和間接還原對燃料比的影響

1、還原劑的碳量消耗

(1)直接還原：FeO+C==Fe+COCd=(12/56)rd(Fe生-Fe料)=0.214rd(Fe生-Fe料)(2)間接還原：FeO+CO==Fe+CO2Ci=(12/56)ri(Fe生-Fe料)n=0.214(1-rd)(Fe生-Fe料)nn：過剩系數

2023/2/4冶金與能源學院123由于Fe3O4和FeO的間接還原是可逆的，反應平衡時的氣相組成中CO/CO2保持有一定的比例，為了使還原反應不斷進行下去，必須使氣相CO濃度超過平衡濃度才行。即CO過剩才行。此時，Ci為理論上的最低需求量。三、直接還原和間接還原對燃料比的影響

2023/2/4冶金與能源學院124(3)n的計算

高爐為一逆流反應器，FeO來自爐子上部Fe3O4的間接還原，而還原Fe3O4的氣相成分則來自爐子下部還原FeO后的氣相組成。因此該氣相組成應滿足Fe3O4還原所需CO過剩量的要求。

FeO+n1CO==Fe+CO2+(n1-1)CO

Kp1=%CO2/%CO=1/(n1-1)(根據△G°計算Kp1值即可求得)n1=1+(1/Kp1)=1+(%CO/%CO2)=f(T)

=100/%CO2三、直接還原和間接還原對燃料比的影響

2023/2/4冶金與能源學院125

例：700℃時：平衡%CO2=40%，%CO=60%，則n1=2.5,還原FeO后的煤氣再上升還原Fe3O4

1/3Fe3O4+CO2+(n1-1)CO==FeO+4/3CO2+(n1-4/3)COKp2=(4/3)/(n1-4/3)

三、直接還原和間接還原對燃料比的影響

2023/2/4冶金與能源學院1262、發(fā)熱劑的碳量消耗

直接還原：還原劑消耗碳量少，發(fā)熱劑消耗碳量多。間接還原：還原劑消耗碳量多，發(fā)熱劑消耗碳量少。熱消耗Q=熱收入=QCO2+QCO+Q風+Q渣式中：QCO2：生成CO2產生的熱量。QCO2=CCO2×qCO2，qCO2=33390J/kg-CQCO：生成CO產生的熱量。QCO=CCO×qCO，qCO=9791J/kg-C

三、直接還原和間接還原對燃料比的影響

2023/2/4冶金與能源學院127Q風：鼓風帶入高爐的熱量。

Q渣：成渣熱。

CCO2：生成CO2的碳。

CCO：生成CO的碳。Q-23599(1-rd)(Fe生-Fe料)×0.214C熱=--------------------------------------------

9791+q風+q渣三、直接還原和間接還原對燃料比的影響

2023/2/4冶金與能源學院128式中：Q：高爐內的熱消耗。

q風：鼓風的熱容。

q渣：成渣物質的熱容。

Q、rd升高，則C熱也升高。見圖5-2(P193)

提高品位，降低消耗，則CBD曲線向下平移。三、直接還原和間接還原對燃料比的影響

2023/2/4冶金與能源學院1293、降低燃料比的措施

(1)減少熱量消耗Q。包括提高品位、降低渣量、降低焦炭和煤中的灰分、降低鼓風中的水分，減少石灰石的加入量。

(2)提高q風，即提高風溫。

(3)降低rd，rd降低0.1，則燃料比降低50kg/t。包括生產高還原性的燒結礦和球團礦、改善高爐操作、富氧鼓風。

(4)噴吹燃料，發(fā)熱。

(5)改善氫的利用。rH2升高則rd降低。三、直接還原和間接還原對燃料比的影響

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氫還原的特點：1)810℃以上還原能力比CO強2)吸熱3)原子半徑小，擴散能力強，是3.74倍。4)導熱性能好，為CO的7至10倍。5)粘度系數小，有利于降低壓差。

6)溫度很高會發(fā)生分解，

H2==2H△H=436±4kJ/mol2000℃以上激烈的吸熱反應。限制溫度升高，又起到均勻爐缸溫度的作用。三、直接還原和間接還原對燃料比的影響

2023/2/4冶金與能源學院131H2是很好的還原劑，但高爐中很少使用。因為H2生成H2O(氣)，而H2O(氣)＋C→水煤氣氫利用率及其計算

H2還

H2O煤理論上：

ηH2=-------

--=----------------×100%H2總

H2煤+H2O煤

公式不準確，原因是H2O煤包括了爐料吸附水，分析不準。三、直接還原和間接還原對燃料比的影響

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(2/22.4)V煤(H2煤+2CH4煤)計算式：

ηH2=[1------------------------------------------]×100%H2風+H2燃+H2晶+H2焦上式中：

V煤：1噸生鐵的煤氣量，m3/t。

H2煤、CH4煤：煤氣成分。

H2風、H2燃、H2晶、H2焦：鼓風、燃料、結晶水、揮發(fā)分中H2的重量。即入爐總氫量，Kg/t。當100%熟料時，H2晶=0三、直接還原和間接還原對燃料比的影響

2023/2/4冶金與能源學院1331)噴吹燃料。煤氣中H2含量升高，ηH