铁冶金学2

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1、1,1.5.4 高炉燃料,一、焦炭 焦炭是现代高炉冶炼的主要燃料和能源基础，在高炉冶炼过程中具有如下作用： (1)燃料。燃烧后发热，产生冶炼所需热量。 (2)还原剂。焦炭中的固定碳和它燃烧后生成的CO都是铁矿石还原所需的还原剂。 (3)料柱骨架。高炉内是充满着炉料和熔融渣、铁的一个料柱，焦炭约占料柱体积的1/31/2，对料柱透气性具有决定性的影响。特别是在高炉下部，矿石、熔剂已经熔化、造渣，变成液态渣和铁，只有焦炭仍保持固态，为渣、铁滴落和煤气上升以及炉缸内的渣、铁正常流通和排出，提供了必要条件，使冶炼过程得以顺利进行。焦炭的这一作用目前尚不能为其他燃料所代替。,2,1.5.4 高炉燃料,高炉

2、对焦炭质量的要求 (1)含碳量高，灰分低。 焦炭中的固定碳含量与灰分有关。灰分升高，固定碳减少，发热量降低。通常焦炭灰分中SiO2和Al2O3约占7580%。故灰分升高，须增加熔剂消耗量，使渣量增加，热量消耗增加，焦比升高，产量降低。实际生产中有“灰分降低1%(相当于固定碳升高1%)，则焦比降低2%，产量提高3%”的经验。因此应力求降低焦炭的灰分。 我国焦炭灰分含量一般为10%15%，鞍钢为13%14%，首钢约12%，攀钢约14%，武钢约13%。国外大型高炉一般要求灰分10%。降低焦炭灰分的主要措施是加强洗煤，合理配煤。炼焦过程不能降低灰分。,3,1.5.4 高炉燃料,高炉对焦炭质量的要求 (

3、2)含硫等有害杂质要少。高炉中的硫约80%来自焦炭。降低焦炭含硫量对提高生铁质量，降低焦比，提高产量有很大影响。当焦炭含硫高时，应多加石灰石提高炉渣碱度来脱硫，致使渣量增加。我国焦炭含硫一般为0.51.0%，鞍钢约0.6%，本钢约0.70.8%。国外大型高炉一般含硫要求0.5%。洗煤、炼焦过程中可去除1030%的硫，因此加强洗煤，合理配煤是控制焦炭含硫量的主要途径。 焦炭含磷一般很少。我国本钢焦炭含磷很低，使用低磷低硫的矿石可炼出高纯生铁或优质生铁。,4,1.5.4 高炉燃料,高炉对焦炭质量的要求 (3)成分稳定。即要求化学灰分、C、S、H2O等稳定。水分的波动意味着入炉焦炭重量的波动，因而影

4、响炉温稳定。干法熄焦(即用惰性气体代替喷水熄焦)，使焦炭不含水分，从而排除了水分波动的影响；同时因冷却较慢，改善了焦炭强度，并可获得400，4.05Mpa的高温、高压蒸汽，供给锅炉发电。,5,1.5.4 高炉燃料,高炉对焦炭质量的要求 (4)挥发分含量适合。焦炭中的挥发分是炼焦过程中未分解挥发完的有机物，主要是碳、氢、氧及少量的硫和氮。挥发分过高说明焦炭成熟程度可能不够，夹生焦多，在高炉内易产生粉末；挥发分过低说明焦炭可能过烧，易产生裂纹多、极脆的大块焦。因此，焦炭挥发分过高或过低都将影响焦炭的产量和质量。,6,1.5.4 高炉燃料,高炉对焦炭质量的要求 (5)强度高，块度均匀。机械强度差的焦

5、炭，转运过程中和炉内下降过程中破裂产生大量粉末，大大削弱其柱料的骨架作用，使柱料透气性恶化，炉渣变稠，炉缸堆积，炉况不顺。所以提高焦炭强度，十分重要。,7,1.5.4 高炉燃料,高炉对焦炭质量的要求 关于焦炭强度通常有两种测定和表示方法，,8,1.5.4 高炉燃料,高炉对焦炭质量的要求 大转鼓(松格林转鼓)是过去常用的测定焦炭强度的方法。它是取粒度大于25mm的块焦410kg，放在直径为2.0m，宽0.8m的转鼓内(鼓外缘由25mm圆钢相隔25mm焊成)，转鼓以10r/min的转速转15min。用鼓内残留的重量(kg)表示转鼓指数。转鼓指数愈大，焦炭强度愈好。鼓外小于10mm的重量(kg)为焦

6、粉量。,9,1.5.4 高炉燃料,高炉对焦炭质量的要求 小转鼓(米库姆转鼓)是近年国际通用的鉴定焦炭强度的方法。它是一个直径和宽度皆为1.0m的封闭转鼓，内壁焊有1005010mm角钢四块，互成90布置。取粒度大于60mm的焦块50kg装入鼓内，以25r/min的转速转4min。然后将试样用直径40和10mm的圆孔筛进行筛分。以粒度大于40mm的焦炭所占的重量百分数M40作为焦炭破碎强度指数；以小于10mm的焦粉所占的重量百分数M10表示焦炭磨损强度指数。显示M40愈大，M10愈小，说明焦炭强度愈好。小转鼓比大转鼓测试方便，表达更为确切。,10,1.5.4 高炉燃料,二、喷吹用燃料 向高炉内喷

7、吹的辅助燃料可代替部分焦炭，大幅度降低焦比。目前喷吹的燃料已占高炉全部燃料用量的1030%，有的达40%。在日本和联邦德国一般维持在10%左右，他们更着重于提高喷吹效率。 喷吹用燃料来源广泛，可分为固、液、气体三种。,11,1.5.4 高炉燃料,二、喷吹用燃料,12,1.5.4 高炉燃料,二、喷吹用燃料 天然气的主要成分是甲烷(CH4)。有的还含有较高的重碳氢化合物CmHn(430%)。同空气混合时的着火温度为680750，遇明火即发生爆炸，其发热值在3350050200kJ/m3之间，属高热值燃料，也是重要的化工原料。焦炉煤气主要成分是H2(5060%)和CH4(2030%)，发热值为155

8、0019700kJ/m3，亦是高热值煤气。高炉喷吹气体的种类和数量主要取决于当地资源条件,13,1.5.4 高炉燃料,二、喷吹用燃料 2. 液体燃料。常用于喷吹的有重油，有时还有柴油、焦油。重油是由石油分馏提取汽油、柴油、煤油后剩下的产品。其中可燃物多，含碳8689%，氢1012%，硫、灰分、水分少。重油发热量高达4042MJ/kg，燃烧温度高，火焰辐射能力强，喷吹效果好，贮存方便，喷吹设备简单，易于操作控制，是适宜高炉喷吹的优质燃料。国外高炉多用它，但受资源限制。,14,1.5.4 高炉燃料,二、喷吹用燃料 3. 固体燃料。常用于喷吹的是固定碳高，发热值高的无烟粉煤。 一般认为，高炉喷吹用煤

9、应满足低灰分、低硫分、低水分、适宜挥发分产率等质量要求。从国内外高炉生产实践看，高炉喷吹煤种的范围很广，包括无烟煤、烟煤、褐煤等各煤种都可以用来喷吹。如德国蒂森公司喷吹过从挥发分为9%的无烟煤到挥发分达50%的褐煤。日本也将低挥发分无烟煤、高挥发分烟煤等不同煤种用于高炉喷吹。,15,第一章 结束,16,第二章 铁矿烧结,17,第二章 铁矿烧结,富矿粉和贫矿富选后得到的精矿粉都不能直接入炉冶炼，必须将其重新造块，烧结是最重要最基本的造块方法之一。 2003年中国生铁总产量为2亿吨，2005年将达2.5亿吨。2003年美国钢铁产品销售量为1.056亿吨，较上年增长6.5。中国2003年球团矿产量3

10、000万吨，现有63座以上竖炉，生产总面积超过520m2,2.1.1烧结的意义,18,第二章 铁矿烧结,通过烧结得到的烧结矿具有许多优于天然富矿的冶炼性能，如高温强度高，还原性好，含有一定的CaO、MgO，具有足够的碱度，而且已事先造渣，高炉可不加或少加石灰石。通过烧结可除去矿石中的S、Zn、Pb、As、K、Na等有害杂质，减少其对高炉的危害。高炉使用冶炼性能优越的烧结矿后，基本上解除了天然矿冶炼中常出现的结瘤故障；同时极大地改善了高炉冶炼效果。烧结中可广泛利用各种含铁粉尘和废料，扩大了矿石资源，又改善了环境。因此自上世纪50年代以来，烧结生产获得了迅速发展。,2.1.1烧结的意义,19,第二

11、章 铁矿烧结,烧结矿质量对高炉冶炼效果具有重大影响。改善其质量是“精料”的主要内容之一。 对烧结矿质量的要求是：品位高，强度好，成分稳定，还原性好，粒度均匀，粉末少，碱度适宜，有害杂质少。 一般要求与天然矿同，仅讨论几个特殊问题,2.1.2 烧结矿质量评价,20,第二章 铁矿烧结,1. 强度和粒度。 烧结矿强度好，粒度均匀，可减少转运过程中和炉内产生的粉末，改善高炉料柱透气性，保证炉况顺行，从而导致焦比降低，产量提高。烧结矿强度提高意味着烧结机产量(成品率)增加，同时大大减少了粉尘，改善烧结和炼铁厂的环境，改善设备工作条件，延长设备寿命。一个年产500万吨生铁的炼铁厂，若烧结矿强度差，粉末多，

12、使炉尘吹出量增加50kg/t铁，则一年光吹损的烧结矿就达25万吨，相当于浪费了50万吨/年的采选能力，再计上炉况不顺带来的损失，那就更大了。相当于损失一个中型炼铁厂。足见提高烧结矿强度特别是高温还原强度之重要。,2.1.2 烧结矿质量评价,21,第二章 铁矿烧结,1. 强度和粒度。 国内外多采用标准转鼓的鉴定方法来确定烧结矿强度。取粒度25150mm的烧结矿试样20kg，置于直径1.0m，宽0.65m的转鼓中(鼓内焊有高100mm，厚10mm，互成120布置的钢板三块)。转鼓以25r/min的转速旋转4分钟。然后用5mm的方孔筛往复摆动10次进行筛分，取其中大于5mm的重量百分比作为烧结矿的转

13、鼓指数：,2.1.2 烧结矿质量评价,22,第二章 铁矿烧结,式中A试样中小于5mm部分的重量，kg。显然转鼓指数愈大，烧结矿强度愈好。一般要求烧结矿的转鼓指数大于75%。,2.1.2 烧结矿质量评价,23,第二章 铁矿烧结,2.还原性 烧结矿还原性好，有利于强化冶炼并相应减少还原剂消耗，从而降低焦比。还原性的测定和表示方法亦未标准化。生产中习惯用烧结矿中的FeO含量表示还原性。一般认为FeO升高，表明烧结矿中难还原的硅酸铁2FeOSiO2(还有钙铁橄榄石)多，烧结矿过熔而使结构致密，气孔率低，故还原性差。反之，若FeO降低，则还原性好。一般要求FeO应低于10%。国外有低于5%的。鞍钢新烧结

14、厂烧结矿标准规定FeO含量8.51.5为合格品。,2.1.2 烧结矿质量评价,24,第二章 铁矿烧结,3.碱度 烧结矿碱度一般用CaO/SiO2表示。按照碱度的不同，烧结矿可分为三类： 凡烧结矿碱度(如0.9)低于炉渣碱度的称为酸性(或普通)烧结矿。高炉使用这种烧结矿，尚须加入相当数量的石灰石才能达到预定炉渣碱度要求，通常高炉渣的碱度(CaO/SiO2)在1.0左右。 凡烧结矿碱度(1.01.4)等于或接近炉渣碱度的称为自熔性烧结矿。高炉使用自熔性烧结矿一般可不加或少加石灰石。,2.1.2 烧结矿质量评价,25,第二章 铁矿烧结,3.碱度 烧结矿碱度(1.4)明显高于炉渣碱度的称为熔剂性烧结矿

15、或高碱度(2.03.0)、超高碱度(3.04.0)烧结矿。高炉使用这种烧结矿无须加石灰石。由于它含CaO高，可起熔剂作用，因此往往要与酸性矿配合冶炼，以达到合适的炉渣碱度。 为了改善炉渣的流动性和稳定性，烧结矿中常含有一定量的MgO(如23%或更高)，使渣中MgO含量达到78%或更高，促进高炉顺行。在此情况下，烧结矿和炉渣的碱度应按(CaO+MgO)/SiO2来考虑。,2.1.2 烧结矿质量评价,26,第二章 铁矿烧结,目前世界各国90%以上的烧结矿由抽风带式烧结机生产，其工艺流程如图3-1所示。其他烧结方法有回转窑烧结，悬浮烧结，抽风或鼓风盘式烧结和土法烧结等。各法生产工艺和设备尽管有所不同

16、，但烧结基本原理基本相同。下面着重以带式抽风烧结法来论述。,2.2 烧结反应过程,27,第二章 铁矿烧结,2.2 烧结反应过程,28,第二章 铁矿烧结,2.2 烧结反应过程,29,第二章 铁矿烧结,2.2 烧结反应过程,30,第二章 铁矿烧结,抽风烧结过程是将铁矿粉、熔剂和燃料经适当处理，按一定比例加水混合，铺在烧结机上，然后从上部点火，下部抽风，自上而下进行烧结，得到烧结矿。取一台车剖面分析，抽风烧结过程大致可分为五层(图3-2)，即烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层和过湿层。 这五层并不是截然分开的。点火烧结开始，各层依次出现，一定时间后，各层又依次消失，而最终剩下烧结矿层。,一、抽风烧结过程,31,第二章 铁矿烧结,一、抽风烧结过程,32,第二章 铁矿烧结,(1)烧结矿层 从表面开始随着烧结过程的进行逐渐增厚。抽入的空气通过烧结矿层被预热供给燃烧，而烧结矿层则被冷却和氧化。在同燃烧层接近处，进行液相的冷却结晶(10001100)，使烧结物固结形成多孔的烧结矿。,一、抽风烧结过程,33,第二章