《煉鐵工藝》復習資料整理總結

《煉鐵工藝》復習資料整理總結煉鐵工藝是以含鐵礦石為主要原料，以焦炭、煤為主要能源，生產煉鋼主原料——生鐵（或鐵水)，并生產部分鑄造生鐵和鐵合金的過程。生鐵是鐵（94%左右）與碳（4%左右）及其他一些元素（硅、錳、磷、硫）的合金。一般來說，生鐵和鋼的化學成分的主要差別是碳含量u[C]。鋼中u[C]最高不超過2.11%。高爐生鐵w[C]在2.5%~4.5%范圍內，鑄鐵中不超過5.0%。高爐煉鐵的本質是鐵的還原過程，即使用焦炭作燃料和還原劑，在高溫下將鐵礦石或含鐵原料中的鐵從氧化物或礦物狀態(tài)（如Fez03、Fe04、Fe,SiO.、Fe04·TiO,等）還原為液態(tài)生鐵。鋼鐵冶金高爐煉鐵工藝由哪幾部分組成？在高爐煉鐵生產在中，高爐是工藝流程的主體，從其上部裝入的鐵礦石燃料和溶劑向下運動，下部鼓入空氣燃燒燃料，產生大量的還原性氣體向上運動。爐料經過加熱、還原、熔化、造渣、滲碳、脫硫等一系列物理化學過程，最后生成液態(tài)爐渣和生鐵。組成除高爐本體外，還有原料系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、裝料系統(tǒng)、送風系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、回收煤氣與除塵系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。高爐煉鐵有哪些技術經濟指標？有效容積利用率、焦比、冶煉強度、焦炭負荷、生鐵合格率、休風率、生鐵成本、爐齡。高爐生產有哪些特點？各個系統(tǒng)相互配合，互相制約，大規(guī)模、高溫、連續(xù)性、多工種。高爐送風系統(tǒng)的主要作用是什么？保證連續(xù)可靠地供給高爐冶煉所需足夠溫度和數量的熱風。高爐生產有哪些產品和副產品，各有何用途？高爐冶煉主要產品是生鐵，爐渣和高爐煤氣是副產品。生鐵。按其成分和用途可分為三類：煉鋼鐵，鑄造鐵，鐵合金。爐渣。爐渣是高爐生產的副產品，在工業(yè)上用途很廣泛。按其處理方法分為：1、水渣：水渣是良好的水泥原料和建筑材料。渣棉：作絕熱材料，用于建筑業(yè)和生產中。干渣塊：代替天然礦石做建筑材料或鋪路用。高爐煤氣。高爐煤氣可作燃料用。除高爐熱風爐消耗一部分外，其余可供動力、燒結、煉鋼、煉焦、軋鋼均熱爐等使用。影響高爐壽命因素，如何長壽？答：從工作區(qū)域看，有兩個限制性環(huán)節(jié)：一是爐缸底的壽命；二是爐腹爐腰及爐身下部壽命。實現長壽，需具備：（1）高爐內型合理；（2）耐火材料質量優(yōu)質；（3）先進的冷卻系統(tǒng)和冷卻設備；（4）完善的自動化檢測與控制手段；（5）高水平檢測維護手段。高爐常用的鐵礦石有哪幾種，各有什么特點？答：高爐煉鐵使用的鐵礦石分為赤鐵礦（紅礦）Fe2O3、磁鐵礦（黑礦）Fe3O4、褐鐵礦Fe2O3?nH2O和菱鐵礦FeCO3。赤鐵礦又稱紅鐵礦，其顏色為赤褐色到暗紅色，硫、磷含量低，其在常溫下無磁性，但在一定溫度下，當α—Fe2O3轉變?yōu)棣谩狥e2O3時便具有磁性。磁鐵礦，主要含鐵礦物為Fe3O4，顏色為灰色或黑色，具有磁性。P、S含量低，致密，堅硬，孔隙度小，還原性較差。褐鐵礦是含有結晶水的氧化鐵礦石，顏色一般呈淺褐色到深褐色或黑色，組織疏松，還原性較好，其中硫、磷、砷等有害雜質一般較多。菱鐵礦為碳酸鹽鐵礦石，顏色呈灰色、淺黃色中褐色。受熱分解放出CO2后，不僅提高了含鐵量，而且變成多孔狀結構，還原性很好。評價鐵礦石質量的標準是什么？品位（鐵元素質量分數）1、含鐵品位（高）；2、脈石成分（脈石少，且脈石分布均勻）；3）雜質元素（有害元素少，有益元素多）；4）還原性；5）化學成分穩(wěn)定。高爐能否直接使用天然塊礦冶煉，大量使用可能產生什么問題？答：不能目前可直接供高爐使用的高性價比礦石不多，無法滿足高爐煉鐵的大量需求；針對一些含鐵量少，品味低的礦石需要進行篩選，經過人工造塊過程提高其品味，降低高爐燃料消耗；天然礦石一般為酸性，為了滿足煉鋼鐵水質量，需要在高爐煉鐵過程中去除其中的硫元素，因此需要在堿性的條件下進行冶煉；焦炭在高爐生產中起什么作用，高爐冶煉過程對焦炭質量提出哪些要求？1、燃料，提供高爐冶煉所需要的大部分熱量。2、還原劑，焦炭燃燒產生的CO是鐵及其他氧化物進行還原的還原劑。3、高爐料主骨架。4、生鐵滲碳的碳源，生鐵形成過程中滲碳的碳源。焦炭質量要求：1、固定碳含量要高，灰份要低。2、含S、P有害雜質要少。3、成分穩(wěn)定，揮發(fā)分含量適中，含水率低且穩(wěn)定。4、強度高。5、焦炭均勻，使高爐透氣性良好，但粒度穩(wěn)定與否取決于焦炭強度。6、焦炭的高溫性能。焦炭的反應性要低，抗堿性要強。高爐本體及主要構成是什么？物料存在形態(tài)的不同：塊狀、軟熔、滴落、燃燒、渣鐵盛聚帶。不同條件下的燒結固相反應有何不同，液相在燒結過程中起什么作用？不同條件下的燒結，固相反應產物不同，開始反應溫度也不同。液相作用：燒結礦的固結主要依靠液相完成。起黏結作用。堿度高低對燒結礦各項指標有何影響？堿度增高，對燒結礦的強度有好處，但會影響燒結礦的品位，降低高爐冶煉強度。堿度降低，高爐燒結礦配比降低，球團配比增加，入爐品位會提高，對高爐有好處。現在國內鋼廠許多燒結礦堿度在1.9－2.3之間。燒結和球團是兩個重要的工藝，主要作用是對鐵礦粉進行加工，生產成適合高爐煉鐵的原料。二者都屬于粉造塊的工藝。什么是燒結？燒結是將粉鐵礦、各類助熔劑及細焦炭經混拌、造粒后，經布料系統(tǒng)加入燒結機，由點火爐點燃細焦炭，經由抽氣風車抽風完成燒結反應，燒結礦經破碎冷卻、篩選后，送往高爐作為冶煉鐵水的主要原料。燒結原料有各種富鐵礦粉、焦粉、鋼鐵廠粉塵和粉粒狀含鐵廢料等，精礦不宜太細，一般-200目占比小于80%，粉礦控制在8mm以下。什么是球團？球團是將準備好的原料（細磨精礦和添加劑等），按一定比例經過干配混勻后，進入造球系統(tǒng)制成直徑10-20mm的生球，然后經干燥、高溫焙燒、冷卻制成。高溫焙燒最重要，決定球團礦性能和產量。球團對鐵料原料要求較嚴格，要求鐵精粉粒度較細，-200目（-74μm）必須≥80％，比表面積1500~2000cm2/g，甚至更高。含水量要低。那么，燒結和球團的區(qū)別有哪些？球團礦品位比燒結礦高，燒結是堿性，球團是酸性，高爐冶煉要保持一定的酸堿平衡，所以必須二者都有，球團對高爐有利，也就是我們通常說的“養(yǎng)爐”。球團焙燒的溫度控制比燒結的嚴格。球團生產中靠高溫焙燒，焙燒過程用肉眼不能直接觀察到料的情況，而燒結用火直接接觸物料且生產情況很直觀。燒結需要加助溶劑如石灰石，球團無需助熔，但要添加劑膨潤土粉?，F代高爐煉鐵的配料結構一般為60-70%的高堿度燒結礦，10-20%的酸性球團礦，剩下的少量配加天然礦石。評價燒結礦和球團礦的中、高溫合金性能有哪些？燒結礦的冶金性能主要包括低溫還原粉化、中溫還原、高溫還原、軟化融熔性能、滴落溫度等。球團礦較燒結礦在冶金性能上的優(yōu)點：粒度小而均勻，有利于高爐料柱透氣性的改善和氣流的均勻分布。冷態(tài)強度（抗壓和抗磨）高，在運輸、裝卸和貯存時產生粉末少。品位高和堆密度大，有利于增加高爐料柱的有效重量，提高產量和降低焦比。還原性好，有利于改善煤氣化學能的利用。原料來源較寬，產品種類多；適于處理細精礦粉。鐵精礦粉造生球的原理是什么？鐵精礦粉滾動成球的基本依據是：水對礦粉的潤濕作用和造球機械作用力的結合。高爐冶煉過程中氧化物還原的熱力學條件是什么，高爐內發(fā)生哪些主要還原反應？吉布斯自由能改變量小于零，鐵氧化物、硅酸鐵、錳、硅磷、釩鈦磁鐵礦的還原。三、直接還原與間接還原在高爐冶煉過程中有什么不同作用？直接還原：高爐中用固體C還原氧化物的反應間接還原：高爐中用Co和H2還原氧化物的反應區(qū)別：間接還原消耗熱量少，但需要過量還原劑保證，因此作為還原劑消耗的碳多；直接還原相反，消耗熱量多而消耗還原劑少。為什么通常用生鐵中的硅（SI）含量來表示爐溫？Si無論從液態(tài)還原還是從氣態(tài)還原，都需要很高的溫度。爐缸溫度越高，還原進入生鐵的Si就越多。反之，生鐵中的Si就越少，爐缸溫度(渣鐵物理熱)與生鐵含Si成直線關系，因此通常用生鐵含Si量來表示爐溫。從鐵氧化物中還原鐵和從復雜化合物中還原鐵有什么區(qū)別？高爐原料中的鐵氧化物常與其他化合物結合形成復雜化合物，形成這些復雜化合物時放出熱量，能位降低，因此，從這些化合物中還原鐵要比從自由鐵氧化物中還原鐵困難，要消耗更多的熱量，增加了焦比，增加了渣。高爐爐渣是怎樣形成的，爐渣在高爐冶煉過程中起什么作用？1、初渣的生成。初渣的生成包括固相反應、軟化、熔融、滴落幾個階段。2、中間渣的變化。形成的初渣在滴落下降過程中，隨著溫度升高，其化學成分和物理性質將不斷發(fā)生變化，FeO不斷被還原減少，流動性隨溫度的升高而增加。3、終渣的形成。中間渣經過風口區(qū)域后焦炭和噴吹煤粉燃燒后的灰分參與造渣，使渣中Al2O3和SiO2含量明顯升高，而CaO和MgO卻較初渣、中間渣相對降低。爐渣成分與性能趨于穩(wěn)定后流入爐缸，形成終渣。作用：1、分離渣鐵。由于爐渣具有低熔點、密度小和不溶于生鐵的特點，渣、鐵才能得以分離，獲得純凈的鐵。2、調整生鐵成分。渣鐵之間進行合金元素的還原及脫硫反應，起著控制生鐵成分的作用。3、利于爐況順行，能夠獲得良好的冶煉技術經濟指標。4、保護爐襯，延長高爐壽命。爐渣附著在路墻上形成渣皮，起到保護爐襯的作用。什么是爐渣的熔化溫度和溶化性溫度，他對高爐煉鐵有什么影響？1、熔化溫度：指爐渣完全熔化為液相的溫度，或液態(tài)爐渣冷卻時開始析出固相的溫度。影響：熔化溫度是爐渣熔化性的標志之一，熔化溫度高，表明它難熔，熔化溫度低，表明它易熔。2、溶化性溫度：爐渣從不能自由流動轉變?yōu)槟茏杂闪鲃訒r的溫度。影響：化性溫度說明該溫度下爐渣能否自由流動，溶化性溫度高，表示渣難熔，反之易熔。哪些因素影響爐渣的脫硫能力？答：1、爐渣化學成分，爐渣堿度。一般規(guī)律是爐渣堿度愈高，脫硫能力愈強。但是，堿度過高使渣的流動性變壞，使爐渣的脫硫能力大大降低。高堿度渣只有在保證良好流動性的前提下才能發(fā)揮較強的脫硫能力。2（溫度對爐渣脫硫能力的影響有兩個方面：一是由于脫硫反應是吸熱反應，提高溫度對脫硫反應有利；二是提高溫度降低爐渣黏度，促進硫離子和氧離子的擴散，對脫硫反應也是有利的。34強烈的還原性氣氛，可使渣中FeO不斷被還原，不斷降低其濃度，有利于反應向脫硫方向進行。堿金屬對高爐冶煉有哪些影響？堿金屬在爐料孔隙中沉積會加劇礦石體積膨脹，造成爐料破裂粉化，惡化料柱透氣性。焦炭吸收堿金屬后能使焦炭反應性增加，促進碳溶損反應進行；還可生成KC3、KC8類的化合物，造成焦炭體積膨脹、強度下降。堿金屬在爐襯縫隙內的沉積膨脹以及與耐火材料的渣化作用，將導致耐火磚襯強度降低，并能形成低熔點物質黏附，引起爐墻結厚、形成爐瘤。鋅對高爐冶煉有哪些影響？答：（鋅很容易氣化，鋅蒸汽容易進入磚縫，氧化成為ZnO后膨脹，破壞爐身上部耐火磚襯。）煤氣含鋅高時，會在上升管處冷凝、積聚，造成上升管阻塞，從而堵塞煤氣通路，導致高爐頂壓異常波動，高爐上部煤氣流紊亂，引起管道行程、懸料、崩料現象，增加了高爐操作的難度，影響正常生產。鋅附著凝結在爐頂設備上，對設備運行造成影響。鋅滲入高爐上部磚襯縫隙中，氧化后體積膨脹，嚴重時會破壞爐襯，甚至脹裂爐殼，引發(fā)安全事故。上部鋅富集后形成的“爐瘤”滑落會引起爐況嚴重失常，甚至造成風口灌渣與燒毀。此外，鋅在高爐風口處沉積，滲人耐火磚磚縫，造成磚體疏松，并逐步形成腫瘤狀侵蝕體，從而導致風口和二套上翹或破損。破壞原燃料性能，造成爐身黏結?？傊?，由于鋅在高爐內的惡性循環(huán)和積累，嚴重影響了爐況的穩(wěn)定順行與節(jié)能降耗。哪些因素影響爐料的順利下降？答：燃料燃燒和渣、鐵的排放。其中，燃燒起決定作用。爐缸煤氣在上升過程中體積，成分和溫度發(fā)生什么變化？煤氣的體積自下而上不斷變大，溫度自下而上不斷下降，爐底CO35-45%無二氧化碳，爐頂CO20-25%二氧化碳15-22%，其他氣體成分也有所變化爐缸燃燒反應在高爐冶煉過程中起什么作用，燃燒帶對高爐冶煉有什么影響？答：（1）爐料燃燒是高爐冶煉所需熱能和化學能的來源；（2）是高爐爐料下降的前提；（3）為直接還原、滲碳、渣-鐵間脫硫等反應提供場所。影響：對煤氣流分布的影響、對爐缸工作均勻化的影響、對爐料下降的影響。4-3風口前理論燃燒溫度與爐缸溫度有什么區(qū)別，哪些因素影響理論燃燒溫度？答：所謂的理論燃燒溫度，就是在與周圍環(huán)境絕熱（無熱損失）的條件下，所有由燃料和鼓風帶入的顯熱（物理熱）及其碳燃燒放出的化學熱，全部傳給燃燒產物爐缸煤氣，這時煤氣達到的溫度稱為理論燃燒溫度。影響因素：風溫、鼓風濕度、燃料噴吹量及成分、焦炭發(fā)熱量等。其中，理論燃燒溫度主要取決于風溫、富氧程度和燃料噴吹量。煤氣上升過程中壓力分布規(guī)律如何，壓降與爐料順利有什么關系？煤氣流壓降小，有利于改善料柱透氣性。軟熔帶的位置和結構形狀如何影響煤氣流運動的阻力與煤氣流分布？適宜的軟熔帶位置、結構和性狀，可以改善高爐料柱透氣性，減小煤氣的壓力；對煤氣運動阻力有嚴重影響，可以改善煤氣流分布。什么是上部調劑，選擇裝料制度的目的是什么？答：所謂上部調劑是在爐型和原料物理性質一定的情況下，下部控制燃燒帶，中部控制軟熔帶獲得合理的煤氣流分布，在高爐爐喉，煤氣的分布主要取決于爐料的分布，因此，可以通過布料來控制煤氣分布，使其按一定規(guī)律分布。目的：保證高爐順行，獲得合理的煤氣分布，充分利用煤氣能量的主要環(huán)節(jié)。如何根據CO2曲線來分析爐內煤氣能量利用與煤氣流分布？答：凡CO2含量低出，CO含量必然高。煤氣溫度也高，說明該位置煤氣流發(fā)展，煤氣利用不好；反之，凡CO2含量高處，CO含量必然低，煤氣溫度也低，說明該位置煤氣流較少，煤氣利用較好。高爐強化冶煉包括哪些內容？答：高爐強化冶煉是指使高爐生產達到高產、優(yōu)質、低耗的一系列技術措施，主要包括精料、高冶煉強度、高壓、高風溫、噴吹燃料和富氧鼓風等。高壓操作的條件和優(yōu)點是什么？答：條件：1）鼓風機要有滿足高壓操作的壓力，保證在高壓操作下能向高爐供應足夠的風量。2）高爐及整個爐頂煤氣系統(tǒng)和送風系統(tǒng)必須保證可靠地密封及足夠的強度