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1、钢铁冶金学,学时：64 目 录,1 绪论 2 铁矿粉造块 3 高炉冶炼过程的物理化学 4 高炉炉料和煤气的运动 5 高炉能量利用 6 高炉工艺计算 7 高炉强化冶炼,1 绪论,一、钢铁工业在国民经济中的地位,1、发展钢铁工业的条件,2、钢铁材料的优越性能,二、钢铁企业的炼铁生产,从矿石到钢材的生产可分为两个流程。,1、高炉转炉轧机 “长流程”主要流程,2、直接还原或熔融还原电炉轧机 “短流程”,三、高炉,发展趋势：大型化、矮胖型,四、高炉原料,1、铁矿石(烧结矿、球团矿、天然块矿 ),基本定义：矿物：自然界存在的自然元素和化合物。矿石：可以提取有用物质并获取利润的矿物。脉石：不可以提取有用物质
2、或不能获取利润的矿物。,铁矿石种类：赤铁矿（Fe2O3），红色；磁铁矿（Fe3O4），黑色，有磁性；褐铁矿（Fe2O3nH2O），含有结晶水；菱铁矿（FeCO3）碳酸盐。,评价指标： （1）含铁品位(TFe)；,（2）脉石成分(SiO2、Al2O3、CaO、MgO )； （3）有害杂质(S、P、F、As、K、Na、Pb、Zn、Cu)与有益元素（Mn、Cr、Ni、Co、V、Ti、Mo、Nb、稀土类等 ）； （4）还原性（由好至坏依次为：褐铁矿、菱铁矿、赤铁矿、磁铁矿）； （5）强度与粒度（粒度上限决定还原性，下限决定于透气性，一般为925mm ）； （6）化学成分和粒度的稳定,锰矿石评价：合金元
3、素、与铁性能相近、用于铁合金和洗炉。Mn高，比铁品位更重要，难还原； Fe低，Mn/Fe10，因为Fe易还原；S、P要低，因为铁合金在后期加入钢水中，不能再脱S和脱P，要求P70%。,（4）固体碳燃烧速度 处于扩散速度范围内固体燃料粒度增加，气流速度提高，气流中含氧增加，则料层温度升高。,2、分解反应,（1）结晶水分解：分解吸热，增加燃料消耗。一般固溶体的水容易在120200 分解出来，以OH存在。 褐铁矿：250至300分解。 高岭土（Al2O3SiO22H2O）：400开始分解，500至600大量分解，完成去除结晶水要到1000左右。 （2）碳酸盐分解及矿化作用 分解反应：CaCO3=Ca
4、O+CO2 MgCO3=MgO+CO2,影响因素：1）烧结温度：高有利于分解。2）石灰石粒度：小有利于分解，要求小于3mm。3）杂质（Al2O3、SiO2、Fe2O3）：少有利于分解。4）活性：高有利于分解。,矿化作用：固化反应，形成CaOSiO2、CaOFe2O3等。 如果没有发生矿化作用，则会形成白点（CaO）， CaO+ H2O= Ca(HO)2 体积膨胀，产生粉化。 影响因素：1）烧结温度：高有利于矿化。2）石灰石粒度：小有利于分解，要求3mm。3）矿粉粒度：小有利于分解。4）活性：高有利于分解。,（3）高价氧化物分解（P35）铁和锰高价氧化物的分解压较高。预热层：MnO2、Mn2O3
5、开始分解。燃烧层： MnO2、Mn2O3沸腾分解；Fe2O3开始分解。Fe3O4和FexO的分解压很小，在烧结条件下不可能分解。,3、氧化还原反应,烧结过程宏观上是氧化气氛，但也存在还原气氛，尤其在配碳量比较高和燃料粒度比较大时比较明显。,（1）Fe2O3：在烧结过程中会发生热分解和还原。3Fe2O3=2Fe3O4+1/2O2 热分解3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 还原固相反应形成CaOFe2O3系列，则难还原。,（2）Fe3O4：在烧结过程中分解难，但在1300-1350会发生下面的反应。2Fe3O4+3SiO2=3(2FeOSiO2)+O2 在烧结过程中可以还原，Fe3O4+CO
6、=FeO+CO2 900,平衡CO/CO2=3.47同时也可以发生下面的反应：3Fe3O4+3SiO2+2CO=3(2FeOSiO2)+2CO2，CaO存在，则不利于2FeOSiO2的形成。在烧结过程中也可以氧化成Fe2O3：条件是料层透气性好，配碳量比较低，氧化反应是放热反应。,（3）FeO：在烧结过程中还原比较困难，只有在配碳量特别高时才有可能。在烧结过程中可以被氧化成Fe3O4，条件是料层透气性好，配碳量比较低，供氧充足。,（4）锰氧化物：MnO2和Mn2O3易进行热分解；Mn3O4不易进行热分解，但可还原成MnO；MnO不易还原。,4、气化反应（有害杂质的去除）,（1）S的去除。85-
7、90S的存在状态：1）有机S：含量一般比较低，仅在个别年轻煤中含量较高。2）硫化物：如FeS2、FeS。3）硫酸盐：如FeSO4、CaSO4、BaSO4等，硫酸盐在新鲜煤中含量极少，在氧化后的煤中含量比较高。,烧结过程脱硫是氧化脱硫，分解只是一小部分。硫化物脱硫的主要反应有：4FeS2+11O2 = 2Fe2O3+8SO2 3FeS2+8O2 = Fe3O4+6SO2 2FeS2 = 2FeS+S2 S+O2= SO2 4FeS+7O2 = 2Fe2O3+4SO2 3FeS+5O2 = Fe3O4+3SO21350以下，铁氧化物以生成Fe2O3为主；1350以上，铁氧化物以生成Fe3O4为主。
8、上述反应都是放热反应。 硫化物中的硫去除比较容易，硫酸盐中的硫去除比较困难。但在Fe2O3和SiO2等存在的条件下，CaSO4、BaSO4分解变得容易。 CaSO4+ Fe2O3= CaOFe2O3+ SO2 +1/2O2 吸热BaSO4+ SiO2 = CaOSiO2+ SO2 +1/2O2 吸热,影响烧结过程脱硫的因素：1）矿粉粒度：粒度细有利于脱硫，原因是有利于氧化，各类矿粉的粒度要求小于10mm。2）矿石品位：品位高有利于脱硫，品位高则熔点高。3）烧结矿碱度：碱度低有利于烧结脱硫，烧结脱硫的实现是S进入废气，碱度高有利于形成CaS，没有实现脱硫。4）燃料用量：恰当则有利于脱硫。燃料多易形成还原性气氛，硫负荷高，不利于烧结脱硫；燃料少烧结温度低，同样不利于脱硫。烧结脱硫发热，1kgFeS2可代替0.3kg含C为80%的焦粉。5）返矿用量：恰当则有利于脱硫。改善料层透气性，有利于烧结脱硫；液相量增加，不利于脱硫。,(2)去As:氧化去As，烧透是前提。As有毒。2FeAsS+5O2=Fe2O3+As2O3+2SO2,(3)脱F：2CaF2+SiO2=2CaO+SiF4 CaO不利于去F；SiO2有利于去F；H2有利于去F。F 对人体有害、腐蚀设备。,
