鋼鐵冶金學(xué)Ⅰ,劉然.ppt

1、鋼鐵冶金學(xué),學(xué)時(shí)：64 目 錄,1 緒論 2 鐵礦粉造塊 3 高爐冶煉過(guò)程的物理化學(xué) 4 高爐爐料和煤氣的運(yùn)動(dòng) 5 高爐能量利用 6 高爐工藝計(jì)算 7 高爐強(qiáng)化冶煉,1 緒論,一、鋼鐵工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(chǎn),從礦石到鋼材的生產(chǎn)可分為兩個(gè)流程。,1、高爐轉(zhuǎn)爐軋機(jī) “長(zhǎng)流程”主要流程,2、直接還原或熔融還原電爐軋機(jī) “短流程”,三、高爐,發(fā)展趨勢(shì)：大型化、矮胖型,四、高爐原料,1、鐵礦石(燒結(jié)礦、球團(tuán)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(zhì)并獲取利潤(rùn)的礦物。 脈石：不可以提取有

2、用物質(zhì)或不能獲取利潤(rùn)的礦物。,鐵礦石種類(lèi)：赤鐵礦（Fe2O3），紅色； 磁鐵礦（Fe3O4），黑色，有磁性； 褐鐵礦（Fe2O3nH2O），含有結(jié)晶水； 菱鐵礦（FeCO3）碳酸鹽。,評(píng)價(jià)指標(biāo)： （1）含鐵品位(TFe)；,（2）脈石成分(SiO2、Al2O3、CaO、MgO )； （3）有害雜質(zhì)(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(lèi)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(qiáng)度與粒度（粒度上限決定還原性，下限決定于透氣性，一般為925mm ）； （6）化學(xué)成分和粒度的穩(wěn)定,錳礦

3、石評(píng)價(jià)：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/Fe10，因?yàn)镕e易還原； S、P要低，因?yàn)殍F合金在后期加入鋼水中，不能再脫S和脫P(yáng)，要求P0.2%； 較高的強(qiáng)度和適宜的粒度。,2、鐵礦石的準(zhǔn)備,3、熔劑（石灰石、白云石 ）,（1）破碎與篩分（網(wǎng)目：一英寸（24.5mm）長(zhǎng)度上的方孔數(shù)）； （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(zhì)。方法主要有磁選、重選、浮選）,（1）目的：降低熔點(diǎn)、脫硫。 （2）分類(lèi)：堿性、中性、酸性

4、（理論分法）。 （3）質(zhì)量要求：CaO、MgO高；S、P低；高強(qiáng)度和適宜粘度；比較高的活性。,5、煉焦工藝（配煤、原煤、工藝過(guò)程、新工藝）,6、煤粉,（1）作用：發(fā)熱劑 、還原劑、增碳劑、骨架作用 （2）質(zhì)量要求 ： C固高； A低；V適當(dāng)； S、P低；常溫強(qiáng)度高；高溫強(qiáng)度高；穩(wěn)定性好,4、焦炭,（1）噴吹煤粉的作用：發(fā)熱、還原 （2）質(zhì)量要求：灰分低，C高；S、P低，K、Na低；發(fā)熱值高；可磨性好；燃燒性和反應(yīng)性好；安全性高,3、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C,1、生鐵,五、高爐產(chǎn)品,（

5、1）成分有 CO、CO2、N2、H2、H2O （2）用途：熱風(fēng)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。,六、高爐輔助設(shè)備,1、供料系統(tǒng) 2、送風(fēng)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(yīng) CaCO3=CaO+CO2 部分直接還原 FeO+C=Fe+CO,2、軟熔帶：造渣 CaO+SiO2+Al2O3=硅酸鹽 滲碳反應(yīng)：3Fe+2CO=Fe3C+CO2 3、滴落帶：直接還原（FeO）+C= （MnO）+C=

6、（ SiO2 ） +C= （ P2O5 ） +C= 4、風(fēng)口燃燒帶：2C+O2=2CO 5、爐缸部分：脫硫反應(yīng) FeS+CaO+C =CaS+ Fe+CO,八、高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),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,2、有效容積利用系數(shù)：高爐一晝夜每m3有效容積生產(chǎn)生鐵的量， t/m3d 。 n=P/Vu,3、焦比：每t生鐵所消耗的焦炭， kg/t 。 K=Q/P,4、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(qiáng)度：每天每m3容積消耗的焦炭量， t/m3。 I=Q/ Vu=nK 綜合冶煉強(qiáng)度=每天綜合焦炭

7、消耗量/有效容積,7、生鐵合格率： 生鐵化學(xué)成分符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的總量占生鐵總產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)。 一級(jí)品：S0.03；合格品： S0.07；,8、休風(fēng)率 ：休風(fēng)時(shí)間占日歷時(shí)間的百分比。,9、高爐一代壽命 （爐齡）： （1）兩次大修之間的時(shí)間，年。 （2）單位體積的產(chǎn)鐵量，t/m3。,2 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(jīng)配料后用人工方法造成符合冶煉要求的礦塊。,二、意義：擴(kuò)大了冶煉原料的來(lái)源，同時(shí)又改善了原料的質(zhì)量。,三、目的：將粉料制成具有高溫強(qiáng)度的塊狀料；改善鐵礦石的冶金性能，使高爐冶煉指標(biāo)得到改善；去除某些有害雜質(zhì)，回收有益元素，達(dá)到綜合利用資源和擴(kuò)大鐵礦石原料資源。,

8、2.1鐵礦粉燒結(jié),一、燒結(jié)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。,二、燒結(jié)原料的質(zhì)量要求,1、含鐵原料 種類(lèi)：精礦粉，富礦粉，高爐爐塵，轉(zhuǎn)爐爐塵，軋鋼皮等。 質(zhì)量要求：S、P低，F(xiàn)eO高，粒度10mm。,2、溶劑 種類(lèi)：石灰石；消石灰；生石灰；白云石；菱鎂石。 質(zhì)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。,3、燃料 （1）點(diǎn)火氣體燃料：有高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、天然氣，一般采用高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣混合 。 質(zhì)量要求：發(fā)熱值高，點(diǎn)火溫度達(dá)到1100至1250；安全。 （2）固體燃料：焦粉和煤粉 質(zhì)量要求：質(zhì)量：A和V低；S和P低；粒度

9、3mm。,三、抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)程,溫度分布見(jiàn)教材中的圖2-1(P33)。分為5層 1、燒結(jié)礦層：小于1100，空氣預(yù)熱；燒結(jié)礦冷卻；液相結(jié)晶固結(jié)。厚度逐漸增加，燒結(jié)完成時(shí)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。,3、干燥預(yù)熱層：露點(diǎn)至700，升溫速度快。水分蒸發(fā)；燃料加熱；固相反應(yīng)；結(jié)晶水分解。 4、過(guò)濕層：露點(diǎn)以下至露點(diǎn)。水汽重新凝結(jié)于混合料中，產(chǎn)生過(guò)濕，透氣性差。 5、混合料層和鋪底料。,四、燒結(jié)過(guò)程的主要反應(yīng),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?！俺轱L(fēng)”

10、 3）具有一定量的空氣過(guò)剩系數(shù)：=實(shí)際耗氧/理論耗氧,（2）燃燒過(guò)程：完全燃燒與不完全燃燒同時(shí)存在。 xC+yO2=nCO+mCO2 t1500 CO/ CO2 =2，零級(jí)反應(yīng) 燒結(jié)過(guò)程溫度實(shí)際處在1200-1500，CO/ CO2 =1-2之間，中間過(guò)渡狀態(tài)，燒結(jié)廢氣中CO和CO2 共存。 燒結(jié)廢氣成分為：CO、CO2 、N2、H2、O2,（3）燒結(jié)料層的氣氛條件：根據(jù)廢氣成分確定。 燒結(jié)過(guò)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。 可以說(shuō)，燒結(jié)過(guò)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(guò)大時(shí)，還原氣氛強(qiáng)，要求固體燃料粒度小于3mm7

11、0%。,（4）固體碳燃燒速度 處于擴(kuò)散速度范圍內(nèi) 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。,2、分解反應(yīng),（1）結(jié)晶水分解：分解吸熱，增加燃料消耗。 一般固溶體的水容易在120200 分解出來(lái)，以O(shè)H存在。 褐鐵礦：250至300分解。 高嶺土（Al2O3SiO22H2O）：400開(kāi)始分解，500至600大量分解，完成去除結(jié)晶水要到1000左右。 （2）碳酸鹽分解及礦化作用 分解反應(yīng)： CaCO3=CaO+CO2 MgCO3=MgO+CO2,影響因素：1）燒結(jié)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(zhì)（Al2O3、SiO2、Fe2O

12、3）：少有利于分解。 4）活性：高有利于分解。,礦化作用：固化反應(yīng)，形成CaOSiO2、CaOFe2O3等。 如果沒(méi)有發(fā)生礦化作用，則會(huì)形成白點(diǎn)（CaO）， CaO+ H2O= Ca(HO)2 體積膨脹，產(chǎn)生粉化。 影響因素：1）燒結(jié)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。,（3）高價(jià)氧化物分解（P35） 鐵和錳高價(jià)氧化物的分解壓較高。 預(yù)熱層：MnO2、Mn2O3開(kāi)始分解。 燃燒層： MnO2、Mn2O3沸騰分解；Fe2O3開(kāi)始分解。 Fe3O4和FexO的分解壓很小，在燒結(jié)條件下不可能分解。,3、氧化還原反應(yīng),

13、燒結(jié)過(guò)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(shí)比較明顯。,（1）Fe2O3：在燒結(jié)過(guò)程中會(huì)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(yīng)形成CaOFe2O3系列，則難還原。,（2）Fe3O4：在燒結(jié)過(guò)程中分解難，但在1300-1350會(huì)發(fā)生下面的反應(yīng)。 2Fe3O4+3SiO2=3(2FeOSiO2)+O2 在燒結(jié)過(guò)程中可以還原， Fe3O4+CO=FeO+CO2 900,平衡CO/CO2=3.47 同時(shí)也可以發(fā)生下面的反應(yīng)： 3Fe3O4+3SiO2+2CO=3(2FeOSiO2)

14、+2CO2，CaO存在，則不利于2FeOSiO2的形成。 在燒結(jié)過(guò)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(yīng)是放熱反應(yīng)。,（3）FeO：在燒結(jié)過(guò)程中還原比較困難，只有在配碳量特別高時(shí)才有可能。 在燒結(jié)過(guò)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(jìn)行熱分解； Mn3O4不易進(jìn)行熱分解，但可還原成MnO；MnO不易還原。,4、氣化反應(yīng)（有害雜質(zhì)的去除）,（1）S的去除。85-90 S的存在狀態(tài)：1）有機(jī)S：含量一般比較低，僅在個(gè)別年輕煤中含量較高。 2）硫化物：如FeS2、FeS。 3）硫酸鹽：如Fe

15、SO4、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。,燒結(jié)過(guò)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(yīng)有： 4FeS2+11O2 = 2Fe2O3+8SO2 3FeS2+8O2 = Fe3O4+6SO2 2FeS2 = 2FeS+S2 S+O2= SO2 4FeS+7O2 = 2Fe2O3+4SO2 3FeS+5O2 = Fe3O4+3SO2 1350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(yīng)都是放熱反應(yīng)。 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，C

16、aSO4、BaSO4分解變得容易。 CaSO4+ Fe2O3= CaOFe2O3+ SO2 +1/2O2 吸熱 BaSO4+ SiO2 = CaOSiO2+ SO2 +1/2O2 吸熱,影響燒結(jié)過(guò)程脫硫的因素： 1）礦粉粒度：粒度細(xì)有利于脫硫，原因是有利于氧化，各類(lèi)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(diǎn)高。 3）燒結(jié)礦堿度：堿度低有利于燒結(jié)脫硫，燒結(jié)脫硫的實(shí)現(xiàn)是S進(jìn)入廢氣，堿度高有利于形成CaS，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)脫硫。 4）燃料用量：恰當(dāng)則有利于脫硫。燃料多易形成還原性氣氛，硫負(fù)荷高，不利于燒結(jié)脫硫；燃料少燒結(jié)溫度低，同樣不利于脫硫。燒結(jié)脫硫發(fā)熱，1kgFeS2可代

17、替0.3kg含C為80%的焦粉。 5）返礦用量：恰當(dāng)則有利于脫硫。改善料層透氣性，有利于燒結(jié)脫硫；液相量增加，不利于脫硫。,(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(duì)人體有害、腐蝕設(shè)備。,(4)Pb和Zn的去除 燃料增加到10%至11%，脫鋅率可以達(dá)到20%。 加入CaCl2，可以脫除90%左右的鉛和65%左右的鋅。,5、水分的蒸發(fā)、分解和凝結(jié) （1）蒸發(fā)和凝結(jié)的條件是： 蒸發(fā)：實(shí)際PH2OPH2O （飽和蒸汽壓

18、） （2）蒸發(fā)： 100時(shí)：PH2O=0.1013MPa(1atm) 實(shí)際上：燒結(jié)料層中PH2O0.9atm，因此水汽化的沸騰溫度低于100。 燒結(jié)過(guò)程中汽化在120至125完成的原因有：燒結(jié)過(guò)程傳熱速度快，燒結(jié)混合料快速加熱；分子水與固體顆粒之間的結(jié)合力大，不易去除。 （3）凝結(jié)： 水分的再分布，溫度是露點(diǎn)：PH2O=PH2O 燒結(jié)過(guò)程中露點(diǎn)一般為50-60，消除水分凝結(jié)的措施是將混合料溫提高到露點(diǎn)以上。,五、燒結(jié)過(guò)程中的固結(jié),1、固相反應(yīng),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(jié)合力，在晶格內(nèi)部進(jìn)行位置交換，并擴(kuò)散與之相接觸的鄰近的其它晶格內(nèi)進(jìn)行的反應(yīng)。 開(kāi)始溫度=（0.8-0

19、.9）T熔點(diǎn) 。這時(shí)質(zhì)點(diǎn)具有可移動(dòng)性，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 影響固相反應(yīng)的因素有： 礦粉粒度；混勻程度；燃料用量；燒結(jié)氣氛。 燒結(jié)過(guò)程中可能產(chǎn)生的固相反應(yīng)如P39表2-1,2、燒結(jié)過(guò)程中液相的生成 這些液相就是粘結(jié)相，對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量和產(chǎn)量有非常重要的影響。,（1）鐵氧（Fe-O）體系：鐵氧化物固溶體。 高品位燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相，脈石成分比較小。 （2）FeO-SiO2體系：酸性燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相。 2FeOSiO2 熔點(diǎn)：1205 FeOSiO2- FeO 熔點(diǎn)：1177 FeOSiO2- SiO2 熔點(diǎn)：1178 特點(diǎn)：強(qiáng)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

20、；還原性氣氛。工藝是燃料用量高。,燒結(jié)礦堿度與高爐爐渣堿度的區(qū)別和聯(lián)系: 燒結(jié)礦堿度高爐爐渣堿度：酸性（低堿度）燒結(jié)礦 燒結(jié)礦堿度 高爐爐渣堿度：自熔性燒結(jié)礦 燒結(jié)礦堿度 高爐爐渣堿度：高堿度（熔劑型）燒結(jié)礦,（3）CaO-SiO2體系：熔劑性燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相。 CaOSiO2 熔點(diǎn)：1544 CaOSiO2- SiO2 熔點(diǎn)：1450 3CaO2SiO2 熔點(diǎn)：1460 2CaOSiO2 熔點(diǎn)：2130 特點(diǎn)：固相反應(yīng)生成能力強(qiáng)，反應(yīng)速度快。強(qiáng)度比較低；原因是2CaOSiO2有相變問(wèn)題；不存在還原性問(wèn)題。 830-850：-2CaOSiO2-2CaOSiO2 體積膨脹12% 675：-2C

21、aOSiO2-2CaOSiO2 體積膨脹10%,應(yīng)控制或減少2CaOSiO2的生成量和晶體轉(zhuǎn)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(jié)礦的主要粘結(jié)相。 2CaOFe2O3 熔點(diǎn)：1449 CaOFe2O3 熔點(diǎn)：1216 CaO2Fe2O3 熔點(diǎn)：1226 特點(diǎn)：強(qiáng)度比較高；還原性比較好，最好的粘結(jié)相。 生成條件：1）高堿度，CaO多。 2）低溫，因?yàn)楦邷兀?300以上）條件下Fe2O3會(huì)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?yàn)镾iO2與FeO和CaO的結(jié)合力都比較大。,此外，針狀鐵酸鈣比片

22、狀和柱狀鐵酸鈣的強(qiáng)度高，還原性好。發(fā)展針狀鐵酸鈣是燒結(jié)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，低溫?zé)Y(jié)就是這個(gè)目的。,（5）CaO-FeO- SiO2體系：熔劑性燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相。 典型礦物：鐵鈣橄欖石：CaOFeOSiO2 鐵鈣方柱石：2CaOFeO2SiO2 鈣鐵輝石：CaOFeO2SiO2 特點(diǎn)：強(qiáng)度比較高；還原性比較差。 生成條件：高堿度；高溫；還原性氣氛。,（6）CaO-SiO2-TiO2體系：釩鈦磁鐵燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相。 特點(diǎn)：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(jié) 在燒結(jié)過(guò)程中，并非全部燒結(jié)料都熔化為液相，有些粒度大的原料還來(lái)不及熔化就被液相粘結(jié)起來(lái)，然后又急速 冷卻

23、，形成多孔的燒結(jié)礦。,4、燒結(jié)礦的礦物組成及其結(jié)構(gòu) 由含鐵礦物及脈石礦物兩大類(lèi)組成的液相粘結(jié)在一起。 （1）顯微鏡下觀察的結(jié)構(gòu)有： 粒狀結(jié)構(gòu)、斑狀結(jié)構(gòu)、骸狀結(jié)構(gòu)、丹點(diǎn)狀共晶結(jié)構(gòu)及熔蝕結(jié)構(gòu)。 （2）影響燒結(jié)礦質(zhì)量的因素： 影響強(qiáng)度因素：燒結(jié)料礦化及液相發(fā)展程度；礦物組成中礦物和玻璃相的強(qiáng)度；冷凝過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。 影響還原性的因素：礦物組成自身的還原性；礦物結(jié)構(gòu)。,六、燒結(jié)料層的熱交換,1、自動(dòng)蓄熱作用：定義是熱燒結(jié)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(xiàn)象稱(chēng)為自動(dòng)蓄熱作用。 自動(dòng)蓄熱作用對(duì)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(dòng)蓄熱

24、作用越強(qiáng)。 2、垂直燒結(jié)速度：定義是燃燒帶（高溫區(qū)）向下移動(dòng)的速度。 與料層內(nèi)的風(fēng)量（料層透氣性）成正比，是決定燒結(jié)礦產(chǎn)量的重要因素。 垂直燒結(jié)速度過(guò)快：廢氣傳給物料的熱量不足，燒結(jié)溫度降低，燒結(jié)礦強(qiáng)度下降，燒結(jié)礦成品率下降，燒結(jié)礦產(chǎn)量下降。,垂直燒結(jié)速度過(guò)慢；燒結(jié)礦產(chǎn)量下降，顆粒內(nèi)部熱量多，但表面溫度低，液相生成量不足。,3、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-Q5 T= - m c Q1：空氣顯熱，kJ。 Q2：燒結(jié)過(guò)程中燃料燃燒放熱以及所發(fā)生的各種反應(yīng)的熱效應(yīng)總和，kJ Q3：從燒結(jié)上層下來(lái)的廢氣中吸收的熱量，kJ。 Q4：廢氣帶走的

25、熱量，kJ；Q5：高溫區(qū)熱損失，kJ m ：高溫區(qū)物料重量，kg；C ：燒結(jié)料比熱，kJ/kg. 。,影響因素：配碳量增加，石灰石量減少，Q2增加，T升高；燒結(jié)過(guò)程越往下，Q3增加越多，T升高，抽風(fēng)燒結(jié)的特點(diǎn)；熱風(fēng)燒結(jié)，Q1增加，T升高。最好在燒結(jié)過(guò)程的前 期供熱風(fēng)，因?yàn)榇藭r(shí)的Q3=0,4、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(duì)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(nèi)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，

26、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。,七、燒結(jié)料層中的氣體流動(dòng),氣體流動(dòng)阻力 P=f(、w、d、H), 垂直燒結(jié)速度取決于燒結(jié)料層在燒結(jié)過(guò)程中的透氣性，不是燒結(jié)料層的原始透氣性。 燒結(jié)礦層：透氣性比較好。 燃燒層有液相：P最大，此層越薄越好。 預(yù)熱干燥層：透氣性主要取決于干燥后混合料中小球的強(qiáng)度。 過(guò)濕層：透氣性比較差。 燒結(jié)點(diǎn)火后，燒結(jié)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(jié)速度均勻，燒結(jié)成品率升高。,八、燒結(jié)生產(chǎn)工藝,1、燒結(jié)配料（P51） 采用重量法配料，根據(jù)配料計(jì)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。 影

27、響混勻和制粒的因素： （1）原料性質(zhì)：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(zhuǎn)速、填充率，混勻時(shí)間長(zhǎng)有利于混勻和造球。,3、鋪底料： （1）作用：保護(hù)篦條；減少?gòu)U氣含塵量和除塵器負(fù)荷；增加有效抽風(fēng)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(jié)或天然塊礦。,4、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(shí)現(xiàn)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

28、風(fēng)。,5、燒結(jié)料點(diǎn)火和燒結(jié)礦保溫 點(diǎn)火溫度為1100至1300之間；點(diǎn)火時(shí)間為1分鐘左右。點(diǎn)火真空度適當(dāng)?shù)鸵恍?燒結(jié)礦保溫是減緩上層燒結(jié)礦的冷卻速度。,6、燒結(jié)礦處理 破碎（單輥破碎）、篩分（固定條篩）、冷卻（帶式冷卻機(jī)和環(huán)形冷卻機(jī)） 返礦返回?zé)Y(jié)機(jī)，小于5mm的比例應(yīng)小于5%。,7、燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)能力 Q=60KBHV K：成品率 %；：堆比重；B：臺(tái)車(chē)寬；H：料層高；V：臺(tái)車(chē)速度； H=d t d ：垂直燒結(jié)速度；t：燒結(jié)時(shí)間； D=f(料層透氣性)；透氣性指數(shù)=Q/F（H/P）0.6; Q：抽風(fēng)量；F：抽風(fēng)面積；H：料層厚度；P：負(fù)壓。,8、改善燒結(jié)料層透氣性 （1）適當(dāng)配加富礦粉，粒度粗

29、。 （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(guò)濕現(xiàn)象。 （5）新的布料裝置。,9、增加有效風(fēng)量 （1）降低漏風(fēng)率，主要是機(jī)頭和機(jī)尾。 （2）經(jīng)常檢查，及時(shí)堵漏，定期檢修。,10、改善燒結(jié)礦質(zhì)量,（1）厚料層燒結(jié);（2）提高M(jìn)gO含量;（3）低溫?zé)Y(jié);（4）加B或P;（5）高堿度燒結(jié)礦;（6）合適的配C量;（7）配加蛇紋石;（8）配加螢石。,2.2 球團(tuán)礦生產(chǎn),一、粉礦成球 1、成球機(jī)理：加水潤(rùn)濕礦粉是鐵礦粉成球的基本條件，對(duì)水進(jìn)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(guò)剩能量。具有固體的性質(zhì)，不能在顆粒表面自由移動(dòng)。 （2）薄

30、膜水：結(jié)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(jié)合水，礦粉含水量達(dá)到最大分子結(jié)合水后，成球才明顯開(kāi)始。 （3）毛細(xì)水：礦粉中超過(guò)分子水后才能形成，起作用的是毛細(xì)力。礦粉成球過(guò)程是在毛細(xì)力的作用下，礦粉顆粒被拉向水滴中心，形成小球。毛細(xì)水在礦粉成球中起主導(dǎo)作用。,2、成球過(guò)程 （1）形成母球：礦粉潤(rùn)濕，在機(jī)械力的作用下形成細(xì)小的毛細(xì)管。主要是水的潤(rùn)濕。 （2）母球長(zhǎng)大：毛細(xì)管形狀和尺寸改變，過(guò)剩毛細(xì)水?dāng)D到母球的表面上，粘結(jié)上潤(rùn)濕程度比較低的礦粉。潤(rùn)濕和機(jī)械力同時(shí)作用。 （3）母球壓實(shí)：停止加水潤(rùn)濕，在機(jī)械力的作用下，水分被擠出。擠出的水分被未充分潤(rùn)濕的礦粉吸收。機(jī)械力的作用。

31、 三個(gè)過(guò)程在造球機(jī)內(nèi)一起完成。,液體表面張力大、物料親水性強(qiáng)、液體密度小、毛細(xì)管直徑小，毛細(xì)力大，礦粉成球容易。 （4）重力水：對(duì)造球不利。,3、造球設(shè)備 圓盤(pán)造球機(jī)、圓筒機(jī),4、影響造球過(guò)程的因素 （1）原料性能：親水性強(qiáng)易成球，褐鐵礦最強(qiáng)，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。 （3）原料濕度：含水量大，生球大小不均勻，相互粘結(jié)，適宜的含水量。 礦粉的水分應(yīng)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(shí)際3%左右）、消石灰、石灰石、生石灰、有機(jī)添加劑。,（5）工藝

32、操作： 加水加料原則：滴水成球，霧水長(zhǎng)大，無(wú)水壓緊。 造球時(shí)間： 3至10分鐘 設(shè)備指標(biāo)：圓盤(pán)造球機(jī)的轉(zhuǎn)速和傾角（傾角45至50度），園盤(pán)邊高和填充率適宜，底料和刮板要適宜。 物料溫度：預(yù)熱混合料，50為宜。,5、生球的質(zhì)量要求：焙燒和冶煉的要求。 （1）粒度：均勻粒度，10-16mm。 （2）抗壓強(qiáng)度：15-20 N/個(gè)球。 （3）落下強(qiáng)度：0.5m高自由落下大于4次。 （4）比較高的爆裂溫度。,二、球團(tuán)礦焙燒固結(jié) 1、生球干燥 目的：提高強(qiáng)度，防止破裂。 破裂的原因：不均勻收縮。 由表面水汽化和內(nèi)部水?dāng)U大散到表面的兩個(gè)過(guò)程組成，速度要適宜，防止生球破裂。 干燥速度有計(jì)算公式，但多數(shù)是定性公

33、式。 干燥時(shí)生球的最低強(qiáng)度應(yīng)該能承受球?qū)拥膲毫透稍锝橘|(zhì)穿過(guò)球?qū)拥膲毫Α?影響干燥的因素： （1）球?qū)釉礁?，水冷凝越?yán)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(guò)程。 （3）生球孔隙度下降，妨礙生球內(nèi)部蒸汽的擴(kuò)散。,2、再結(jié)晶固結(jié)理論：要保證球團(tuán)有足夠高機(jī)械強(qiáng)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(tuán)時(shí)，表面首先產(chǎn)生Fe2O3微晶、長(zhǎng)大、連接。 （2）Fe2O3再結(jié)晶：Fe3O4生球在強(qiáng)氧化性氣氛中繼續(xù)加熱到1100以上時(shí)，F(xiàn)e3O4完全氧化，并發(fā)生Fe2O3微晶再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。 （3）Fe3O4再結(jié)晶：Fe3O4生

34、球在中性或強(qiáng)還原性氣氛中焙燒，當(dāng)溫度高于900時(shí)，生球中Fe3O4晶粒發(fā)生再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大。,（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(shí)： Fe2O3+SiO2+CO=2FeOSiO2+CO2 2FeO+SiO2=2FeOSiO2 赤鐵礦： （5）Fe2O3高溫再結(jié)晶：1300左右開(kāi)始，強(qiáng)度比較差。,3、影響球團(tuán)焙燒固結(jié)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(tuán)固結(jié)，在中性或還原性氣氛中會(huì)形成液相。 長(zhǎng)石熔點(diǎn)低，可降低焙燒溫度，有利于液相粘結(jié)。 皂土有利于球團(tuán)固結(jié)，形成液相。,消石灰和石灰石會(huì)使球

35、團(tuán)礦的焙燒溫度區(qū)間變窄，易出現(xiàn)渣相粘結(jié)。,（2）精礦粒度和粒度組成：粒度細(xì)，比表面積大，氧化快而完全，有利于球團(tuán)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(tuán)固結(jié)，但最高溫度不能超過(guò)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(shí)間：升溫速度過(guò)快，球團(tuán)強(qiáng)度下降。高溫下保持時(shí)間要足夠，因?yàn)樵俳Y(jié)晶和液相生產(chǎn)都需要時(shí)間。過(guò)長(zhǎng)：球團(tuán)熔化和粘結(jié)。,（5）焙燒氣體介質(zhì)特性 磁鐵礦：氧化性氣氛最好，中性和還原性氣氛球團(tuán)礦 強(qiáng)度低，還原性差。 赤鐵礦：氧化性或中性氣氛中進(jìn)行焙燒；不能在還原性氣

36、氛中進(jìn)行焙燒。 氣氛根據(jù)O2含量劃分：O21.5%，氧化性氣氛。 O2=1-1.5 % ，中性氣氛。 O21%，還原性氣氛。 （6）球團(tuán)礦尺寸：尺寸大，氧化過(guò)程進(jìn)行得慢而不完全。 球團(tuán)氧化完成所需的時(shí)間與球團(tuán)的直徑的平方成正比。 生球尺寸在對(duì)赤鐵礦球團(tuán)的焙燒影響更大，無(wú)內(nèi)部熱量。,三、球團(tuán)生產(chǎn)工藝 1、原料準(zhǔn)備：配料、混料和造球。目的是使化學(xué)成分、粒度組成、水分均勻。 混料和配料工藝比較簡(jiǎn)單，多采用混磨。 造球采用：圓筒和圓盤(pán) 2、球團(tuán)礦焙燒： 設(shè)備：豎爐、鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯、帶式焙燒機(jī) 3、其它球團(tuán)生產(chǎn)方法： （1）冷固結(jié)球團(tuán)：水泥法和碳酸鹽球團(tuán)固結(jié)法 （2）金屬化球團(tuán)法 （3）有色金屬氧化物氯

37、化揮發(fā)球團(tuán)法,四、球團(tuán)礦和燒結(jié)礦的比較,1、原料條件： 球團(tuán)細(xì)，-325目要大于70%，比表面積為1500-2000cm2/g 燒結(jié)粗，-150目要小于20%，原料適應(yīng)性強(qiáng)。 2、生產(chǎn)設(shè)備投資和管理費(fèi)用 生產(chǎn)設(shè)備投資球團(tuán)高。 加工費(fèi)用球團(tuán)略高，但按含鐵量比較球團(tuán)稍低。 球團(tuán)的燃料費(fèi)用低于燒結(jié)礦，但動(dòng)力費(fèi)用要高于燒結(jié)礦。 3、冶金性能 （1）球團(tuán)礦粒度均勻，冷態(tài)強(qiáng)度高，運(yùn)輸和貯存粉末少。 球團(tuán)礦有還原膨脹現(xiàn)象，高溫冶金性能不太理想。,球團(tuán)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(dá)100%至200%

38、或更大，原因主要是形成鐵胡須。 降低球團(tuán)礦還原膨脹的措施：適當(dāng)提高球團(tuán)礦中SiO2含量，形成渣鍵；適當(dāng)提高球團(tuán)礦的堿度，生產(chǎn)自熔性球團(tuán)礦；提高焙燒溫度。 （2）燒結(jié)礦有低溫還原粉化現(xiàn)象 燒結(jié)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(jié)礦也有低溫還原粉化問(wèn)題。RDI，原因與球團(tuán)礦還原膨脹的原因基本相同。,4、高爐冶煉效果：球團(tuán)礦與燒結(jié)礦無(wú)明顯差異。 5、環(huán)境狀況：球團(tuán)工藝可以減少灰塵量、SO2和NOx。,五、高爐合理的爐料結(jié)構(gòu) 合理標(biāo)準(zhǔn)：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(jié)構(gòu)是相對(duì)的，一般認(rèn)為高堿度燒結(jié)礦配加酸性球團(tuán)礦是

39、合理的爐料結(jié)構(gòu)。但堿度差不能太大，球團(tuán)礦配比也應(yīng)控制在40%以?xún)?nèi)。,六、球團(tuán)工藝的改進(jìn)： 1、自熔性球團(tuán)礦 2、內(nèi)燃性或多孔性球團(tuán)礦,2.3 燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的質(zhì)量檢驗(yàn),一、冷態(tài)物理機(jī)械性能,落下強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)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,3 高爐冶煉過(guò)程中的物理化學(xué),3.1 蒸發(fā)、分解與氣化,一、蒸發(fā) 吸附水蒸發(fā)。耗熱不多，對(duì)高爐影響不大。 二、結(jié)晶水分解 燒結(jié)已述。 補(bǔ)充：結(jié)晶水析出過(guò)晚現(xiàn)象。T800時(shí)，發(fā)生反應(yīng)H2O+C=H2+CO。耗熱增加，消耗C固，產(chǎn)生的CO氣體不能被充分利用。 分解比例

40、：20-50。,三、碳酸鹽分解 高爐加熔劑或爐料中存在碳酸鹽時(shí)，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(yīng) 煤氣中CO在上升過(guò)程中T下降到400600時(shí)，發(fā)生反應(yīng)2CO=CO+C 不利影響：破壞爐襯，加劇爐料粉化。 五、氣化反應(yīng) 在高爐內(nèi)氣化的物質(zhì)有還原元素P、As、K、Na、Pb、Zn和S；還原中間產(chǎn)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(guò)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(jié)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。,

41、3.2高爐內(nèi)的還原過(guò)程,一、鐵氧化物還原的熱力學(xué) 1、鐵氧化物還原的規(guī)律：逐級(jí)還原 t570，F(xiàn)e2O3Fe3O4 FeOFe t570，F(xiàn)e2O3Fe3O4 Fe，F(xiàn)eO不存在。 Fe2O3赤鐵礦，六方晶格，剛玉型菱型晶格。還原容易。 Fe3O4 磁鐵礦，立方晶格，還原比較困難。Fe2O3FeO FeO浮氐體，立方晶格，不穩(wěn)定，F(xiàn)exO（x1.0），還原困難。 復(fù)雜鐵氧化物：CaOFe2O3 、2FeOSiO2、CaOFeOSiO2、FeOTiO2 及褐鐵礦、菱鐵礦先分解后還原。,2、鐵氧化物還原的基本反應(yīng) （1）還原劑：CO、H2、C；主要是C和CO。 （2）用CO、 H2還原時(shí)的叉字曲線

42、 。,T570： a. Fe2O3+COFe3O4+CO2 + aFe2O3+H2Fe3O4+H2O + b. Fe3O4+COFe+CO2 + bFe3O4+H2Fe+H2O - T570： a. Fe2O3+COFe3O4+CO2 + aFe2O3+H2Fe3O4+H2O + c. Fe3O4+COFeO+CO2 - cFe3O4+H2FeO+H2O - d. FeO+COFe+CO2 + dFeO+H2Fe+H2O -,圖示出了鐵氧化物還原對(duì)氣氛的要求，共分四個(gè)區(qū)域：Fe2O3、Fe3O4、FeO、Fe。,1）關(guān)鍵點(diǎn)：T570 2）T810 ：CO還原曲線在H2的下方。 CO還原能力大于

43、H2，即CO還原時(shí)的熱力學(xué)氣體利用率高于H2 。 T810， H2還原曲線在CO 的下方。 H2還原能力大于CO ，即H2 還原時(shí)的熱力學(xué)氣體利用率高于 CO 。 3）反應(yīng)后加+，說(shuō)明為放熱反應(yīng)，圖中曲線為上升趨勢(shì)，T升高使熱力學(xué)利用率下降；下降曲線為吸熱反應(yīng)， T升高使熱力學(xué)利用率升高。 4）反應(yīng)b、d、b、d的曲線趨勢(shì)正好相反，說(shuō)明CO和H2兩種還原氣體的熱力學(xué)規(guī)律正好相反。 5）C參加還原反應(yīng)的平衡分析。T 685 ，得不到Fe。 T647 ，C還原Fe3O4生成FeO的關(guān)鍵溫度。,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(yīng)，1100

44、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。,2、直接還原度的表示和計(jì)算 Fe直 Fe直 rd= - = - 定義式 Fe生Fe料 Fe全,rd= 1rcorH2= 1ri , ri= Fe間/ Fe全 Fe間=（56/12）C間 ， FeO+CO=Fe+CO2,(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

45、子量。 Fe H2 (56/2)H2還 rH2= - = - Fe全 Fe生-Fe料 式中： ，高爐下部參與還原FeO的H2的百分?jǐn)?shù)，一般85%。 H2還= H2總- H2煤氣,一般情況下，氫在高爐內(nèi)的利用率為30%至50%，即： H2還= (30-50)%H2總,所以： （56/2）H2燃+(2/18)(H2O風(fēng)+H2O噴) H2 rH2= - Fe生-Fe料,式中：H2燃：入爐各種燃料帶入的H2量，kg/t鐵。 H2O風(fēng)、H2O噴：分別為鼓風(fēng)和噴吹物含水量，kg/t鐵。 H2=30%-50%，=85%,rd的簡(jiǎn)易計(jì)算法： C氧-C風(fēng)-CSi+Mn+P-C石灰石 rd= - (12/56)(

46、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(fēng)：風(fēng)口區(qū)燃燒的碳量，kg/t-生鐵。按C、N2平衡原理算出鼓風(fēng)消耗量來(lái)計(jì)算，煤氣分析要準(zhǔn)確。,3、高爐直接還原度 Rd 定義：高爐冶煉過(guò)程中，直接還原奪取的氧量O直與還原過(guò)程奪取的總氧量O總的比值，用Rd表示。,O直 0.5CO+CO2-N2-0.5CO2 0.5(CO+CO2)-N2 Rd= -= - = - O間+ O直 0.5CO+CO2-N2 0.5CO+CO2-

47、N2,CO、CO2、N2煤氣中相應(yīng)組成的含量。 0.21(1-f)+0.5f ：氧氮比，= -（f：空氣中水分含量，） 0.79(1-f),三、直接還原和間接還原對(duì)燃料比的影響,1、還原劑的碳量消耗 (1)直接還原： FeO+C=Fe+CO Cd=(12/56)rd(Fe生-Fe料)=0.214 rd(Fe生-Fe料) (2)間接還原： FeO+CO=Fe+CO2 Ci=(12/56) ri(Fe生-Fe料)n=0.214(1-rd)(Fe生-Fe料)n n：過(guò)剩系數(shù) 由于Fe3O4和FeO的間接還原是可逆的，反應(yīng)平衡時(shí)的氣相組成中CO/CO2保持有一定的比例，為了使還原反應(yīng)不斷進(jìn)行下去，必須

48、使氣相CO濃度超過(guò)平衡濃度才行。即CO過(guò)剩才行。此時(shí)，Ci為理論上的最低需求量。,(3)n的計(jì)算,高爐為一逆流反應(yīng)器，F(xiàn)eO來(lái)自爐子上部Fe3O4的間接還原，而還原Fe3O4的氣相成分則來(lái)自爐子下部還原FeO后的氣相組成。因此該氣相組成應(yīng)滿足Fe3O4還原所需CO過(guò)剩量的要求。 FeO+n1CO=Fe+CO2+(n1-1)CO Kp1=%CO2/%CO=1/(n1-1) (根據(jù)G計(jì)算Kp1值即可求得) n1=1+(1/ Kp1)=1+(%CO/%CO2) =f(T) =100/%CO2,例：700時(shí)：平衡%CO2=40%，%CO=60%，則n1=2.5,還原FeO后的煤氣再上升還原Fe3O4

49、1/3 Fe3O4+ CO2+(n1-1)CO= FeO+4/3CO2+(n1-4/3)CO Kp1=%CO2/%CO=(4/3)/(n1-4/3) Kp2=(4/3)/(n2-4/3) (4/3)/(n1-4/3) 1/(n2-1) n2=(4/3)(1+1/ Kp2)=f(T),2、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(fēng)+Q渣 式中：QCO2：生成CO2產(chǎn)生的熱量。QCO2=CCO2qCO2， qCO2=33390J/kg-C QCO：生成CO產(chǎn)生的熱量。QCO = CCOq

50、CO，qCO=9791J/kg-C Q風(fēng)：鼓風(fēng)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(1.5-rd)(Fe生-Fe料)0.214 C熱= - 9791+ q風(fēng)+ q渣,式中：Q：高爐內(nèi)的熱消耗。 q風(fēng)：鼓風(fēng)的熱容。 q渣：成渣物質(zhì)的熱容。 Q、rd升高，則C熱也升高。見(jiàn)圖5-2(P193) 提高品位，降低消耗，則CBD曲線向下平移。,3、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(fēng)中的水分，減少石灰石的加入量。 (2)提高q風(fēng)，即提高風(fēng)溫。 (3)降低rd，rd降低0.1，則燃料比降

51、低50kg/t。包括生產(chǎn)高還原性的燒結(jié)礦和球團(tuán)礦、改善高爐操作、富氧鼓風(fēng)。 (4)噴吹燃料，發(fā)熱。 (5)改善氫的利用。rH2升高則rd降低。,氫還原的特點(diǎn)： 1)810以上還原能力比CO強(qiáng) 2)吸熱 3)原子半徑小，擴(kuò)散能力強(qiáng)，是3.74倍。 4)導(dǎo)熱性能好，為CO的7至10倍。 5)粘度系數(shù)小，有利于降低壓差。 6)溫度很高會(huì)發(fā)生分解， H2=2H H=4364kJ/mol 2000以上激烈的吸熱反應(yīng)。 限制溫度升高，又起到均勻爐缸溫度的作用。,H2是很好的還原劑，但高爐中很少使用。因?yàn)镠2生成H2O(氣)，而H2O(氣)C水煤氣,氫利用率及其計(jì)算 H2還 H2O煤 理論上： H2= -

52、- =- 100% H2總 H2煤+H2O煤 公式不準(zhǔn)確，原因是H2O煤包括了爐料吸附水，分析不準(zhǔn)。,(2/22.4)V煤(H2煤+2CH4煤) 計(jì)算式： H2=1- -100% H2風(fēng)+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(fēng)、H2燃、H2晶、H2焦：鼓風(fēng)、燃料、結(jié)晶水、揮發(fā)分中H2的重量。即入爐總氫量，Kg/t。當(dāng)100%熟料時(shí)，H2晶=0,1)噴吹燃料。煤氣中H2含量升高，H2也升高；當(dāng)H2含 量達(dá)到一定值時(shí)，H2不變。 2)生產(chǎn)高還原性的燒結(jié)礦和球團(tuán)礦。 3)富氧鼓風(fēng) 4)提高爐缸溫度,提高氫利用率,H2和CO的關(guān)系(H

53、2：H2利用率， CO：CO利用率),CO2+H2=CO+H2O 水煤氣反應(yīng) PCO PH2O Kp = - 810時(shí), Kp =1 PCO2 PH2,PH2O PCO2 得： Kp = - = - Kp H2 COKp PH2 PCO 即H2升高，CO也升高。,四、鐵氧化物還原的動(dòng)力學(xué),1、鐵氧化物還原的動(dòng)力學(xué)模型 未反應(yīng)核模型,2、加速鐵礦石還原的條件 (1)改善鐵礦石條件 1)提高孔隙度，增加小氣孔。 2)縮小礦石粒度，下限取決于料層透氣性。 3)發(fā)展合理的礦物組成。Fe2O3比Fe3O4好，原因是Fe2O3還原到Fe3O4時(shí)會(huì)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，體積膨脹，產(chǎn)生氣孔。,4)提高礦石的軟化溫度。

54、 5)礦石中的雜質(zhì)：堿性氧化物促進(jìn)還原，酸性抑制還原。 6)還原過(guò)程中的體積變化，適當(dāng)，過(guò)大不利于透氣性。,(2)控制煤氣流條件 1)煤氣成分：提高CO、H2含量。 CO、H2含量升高，有利于還 原，N2含量高不利于還原，它是載熱體。 2)煤氣溫度： 升高溫度有利于還原，但有反?，F(xiàn)象。一是400-600， CO=CO2+C，碳黑沉積，堵塞氣孔。二是900-1100，礦石軟化，堵塞氣孔。 3)煤氣流速，有利于外擴(kuò)散。提高煤氣流速對(duì)還原速度無(wú)影響，煤氣利用降低，焦比升高。 4)煤氣壓力：CO2+C= CO 煤氣壓力升高，抑制直接還原的開(kāi)始，擴(kuò)大了間接還原區(qū)，有利于反應(yīng)。 5)氣流分布：均勻有利于還

55、原。,五、難還原物質(zhì)和非鐵元素的還原,1、硅酸鹽的還原 （1）2FeOSiO2的特點(diǎn)：熔點(diǎn)低，1150-1250，間接還原困難；結(jié)構(gòu)致密，氣孔率低，內(nèi)擴(kuò)散困難。 （2）2FeOSiO2的來(lái)源：高FeO燒結(jié)礦，高SiO2燒結(jié)礦，低堿度燒結(jié)礦。 （3）還原反應(yīng)：Fe2SiO4+2C=2Fe+ SiO2+2CO,直接還原，強(qiáng)吸熱反應(yīng)。 （4）改善還原：提高爐渣堿度；提高爐缸溫度。 因此：要生產(chǎn)高堿度、高還原性、低FeO的燒結(jié)礦。,2、Mn的還原 （1）高爐內(nèi)Mn的分配。Mn是難還原元素，不能完全還原。 煉鋼生鐵：生鐵：40-50%，爐渣：40%，煤氣：5-10% 鑄造生鐵：生鐵：50-60%，爐渣：

56、30%，煤氣：5-10% 錳鐵：生鐵：70-80%，爐渣：10%，煤氣：8-20% 煉鋼生鐵對(duì)Mn含量不作要求。 （2）Mn氧化物的還原規(guī)律。 CO CO CO C MnO2 Mn2O3 Mn3O4 MnO Mn H2 H2 H2 MnO2 Mn2O3 Mn3O4比較容易還原，比相應(yīng)的鐵氧化物容易還原。 Mn3O4 MnO可逆反應(yīng)，需過(guò)量的CO才能進(jìn)行。,MnO Mn要比FeO Fe困難得多， 只能用C還原，1400以上。 MnO+C= Mn+CO 強(qiáng)吸熱反應(yīng)。 提高溫度有利于Mn的還原。煉錳鐵的焦比達(dá)到1000kg/t左右，是煉鋼生鐵的1.5至2倍。 MnO與SiO2結(jié)合成MnSiO3（熔點(diǎn)為1291）比MnO更難還原。進(jìn)入爐渣中。 (MnO)+