炼铁厂培训教材PPT199页

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1、宏宏发炼铁厂厂培培训教材教材( (二二) )生产技术科江苏沙钢集团1炼铁基础知识第一章 高炉炼铁简述第二章 高炉炼铁原料和燃料第三章 高炉冶炼基本原理江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材2第一章 高炉炼铁简述1.1 1.1 高炉高炉炼铁工工艺流程流程 高炉炼铁生产是冶金(钢铁)工业的主要环节，高炉炼铁工艺就是利用焦炭不完全燃烧产生的一氧化碳将铁矿石中的铁以生铁形式还原出来的一种工艺流程。具体概括就是铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按一定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度，焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构，矿石料在下降过程中与风口上升的煤气相遇，逐步被

2、还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出，炉顶产生的煤气经除尘系统进入净煤气管网。 高炉生产是连续进行的，一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材3江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材41.2 1.2 高炉本体及高炉系高炉本体及高炉系统1.2.1高炉本体。高炉本体由上至下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸构成。炉喉：高炉本体的最上部分，呈圆筒形。炉喉既是炉料的加入口，也是煤气的导出口。它对炉料和煤气的上部分布起控制和调节作用。炉喉直径应和炉缸直径、炉腰直径及大钟直径比例适当。炉喉高度要

3、允许装一批以上的料，以能起到控制炉料和煤气流分布为限。炉身：高炉铁矿石间接还原的主要区域，呈圆锥台简称圆台形，由上向下逐渐扩大，用以使炉料在遇热发生体积膨胀后不致形成料拱，并减小炉料下降阻找力。炉身角的大小对炉料下降和煤气流分布有很大影响。 江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材5炉腰：高炉直径最大的部位。它使炉身和炉腹得以合理过渡。由于在炉腰部位有炉渣形成，并且粘稠的初成渣会使炉料透气性恶化，为减小煤气流的阻力，在渣量大时可适当扩大炉腰直径，但仍要使它和其他部位尺寸保持合适的比例关系，比值以取上限为宜。炉腰高度对高炉冶炼过程影响不很显著，一般只在很小范围内变动。炉腹：高炉

4、熔化和造渣的主要区段，呈倒锥台形。为适应炉料熔化后体积收缩的特点，其直径自上而下逐渐缩小，形成一定的炉腹角。炉腹的存在，使燃烧带处于合适位置，有利于气流均匀分布。炉腹高度随高炉容积大小而定，但不能过高或过低，一般为3036m。炉腹角一般为7982 ；过大，不利于煤气流分布；过小，则不利于炉料顺行。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材6 炉缸：高炉燃料燃烧、渣铁反应和贮存及排放区域，呈圆筒形。出铁口、渣口和风口都设在炉缸部位，因此它也是承受高温煤气及渣铁物理和化学侵蚀最剧烈的部位，对高炉煤气的初始分布、热制度、生铁质量和品种都有极重要的影响。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏

5、宏发炼铁厂培厂培训教材教材7江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材81.2.2 1.2.2 高炉系高炉系统 高炉系统除了高炉本体外，一般还包括六大系统，即上料系统、装料系统、送风系统、喷吹系统、渣铁系统和煤气处理系统。1、上料系统。 上料设备系统包括贮矿场。贮矿槽、槽下漏斗、槽下筛分、称量和运料设备、向炉顶供料设备（有皮带上料机和料车上料机之分）。其任务是将高炉所需原燃料，按比例通过上料设备运送到炉顶受料漏斗中。2、装料系统。 装料设备一般分为钟式、钟阀式和无钟式三类。比较先进的高炉一般采用无钟式装料设备系统。本系统的任务是均匀地按工艺要求将上料系统运来的炉料装入炉内。江苏

6、沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材93、送风系统。 包括鼓风机、热风炉、热风总管，送风支管。本系统的任务是把从鼓风机房送出的冷风加热并送入高炉。4、喷吹系统。 包括磨煤机、集煤罐、储煤罐、喷煤罐、混合器和喷枪。本系统的任务是磨制、收存和计量后把煤粉从风口喷入高炉。5、渣铁处理系统。 包括出铁厂、泥炮、开口机、铁水罐、水渣池等。本系统的任务是定期将炉内的渣铁出净，保证高炉连续生产。 6、煤气处理系统。 包括煤气上升管、下降管、重力除尘器、布袋除尘器、静电除尘器。本系统的任务是将炉顶引出的含尘很高的荒煤气净化成合乎要求的净煤气。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训

7、教材教材10钟式炉顶和无钟式炉顶图 6 并罐式无钟炉顶装置示意图 1皮带运输机；2受料漏斗；3上闸门；4上密封阀；5储料仓；6下闸门；7下密封阀；8叉型漏斗；9中心喉管；10冷却气体充入管；11传动齿轮机构；12探尺；13旋转溜槽；14炉喉煤气封盖；17料仓支撑轮；18电子秤压头；19支撑架；20下部闸门传动机构；21波纹管；22测温热电偶；23气密箱；24一更换滑槽小车；25一消音器江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材11炉顶布料江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材12江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材13江苏沙钢集团江江苏

8、沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材14江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材151.3 1.3 高炉主要技高炉主要技术经济指指标 1 1、有效容有效容积利用系数利用系数: : 每立方米高炉有效容积一昼夜生产的生铁吨数。它是衡量高炉生产强化程度的指标。v=P（高炉昼夜产铁量）/Vu（高炉有效容积） t/（m3.d） ）我国高炉有效容积系数一般为1.82.3 （t/m3.d），高的达到3.0 t/（m3.d） 2 2、焦比、煤比、焦比、煤比、综合焦比、燃料比合焦比、燃料比 : : 焦比焦比就是冶就是冶炼一吨生一吨生铁消耗的干焦量消耗的干焦量 。K=Q（每昼夜干焦用量）/P

9、 （现主要核算主要核算综合焦比）；合焦比）； 煤比煤比就是冶就是冶炼一吨生一吨生铁喷吹的煤粉量；吹的煤粉量； 综合焦比合焦比是指冶是指冶炼一吨生一吨生铁所所喷吹的煤粉量乘上置吹的煤粉量乘上置换比折算成干焦量比折算成干焦量再与冶再与冶炼一吨生一吨生铁消耗的干焦量相加；消耗的干焦量相加； 燃料比燃料比就是冶就是冶炼一吨生一吨生铁消耗的燃料量之和。消耗的燃料量之和。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材16 3 3、冶、冶炼强度、度、综合冶合冶炼强度度: : 冶冶炼强度度指指每每昼昼夜夜每每立立方方米米高高炉炉有有效效容容积消消耗耗的的干干焦焦量量I=Q/Vu （反应焦碳的燃烧能

10、力）； 综合冶炼强度是指每昼夜每立方米高炉有效容积消耗的燃料量（折算成干焦）。 4 4、休、休风率率: : 高炉休风停产时间占规定日历作业时间（日历时间减去计划大中修时间和封炉时间）的百分比（一般控制在2%以内）。它是衡量高炉设备管理水平、维护水平和操作水平的重要指标。降低休风率是高炉增产节焦的重要途径。 5 5、一代炉、一代炉龄： 高炉点火开炉到停炉大修历经的时间（与耐材砌筑、有关）。延长炉龄是提高高炉总体经济效益的重大课题，大高炉炉龄要求达到10年以上，国外最长寿的达20年以上。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材17江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训

11、教材教材18第二章 高炉炼铁原料和燃料2.1 2.1 铁矿石石2.1.1 铁矿石的分类及主要特性 铁矿石可分为天然铁矿石和人造富矿两种。天然铁矿石目前自然界发现的有300多种矿物，最常见的主要是以下四类： （1）磁铁矿。 化学式位Fe3O4，具有强磁性，结构致密，晶粒细小，颜色及条痕均为黑色，脉石的主要成分主要是石英和硅酸盐。磁铁矿种含有TiO2及V2O5等组成的复合矿被称为钛磁铁矿或钒钛磁铁矿。自然界中纯磁铁矿很少，由于地表氧化作用部分磁铁矿氧化为赤铁矿，但仍残留着磁铁矿的晶格及外形，故称为假象磁铁矿。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材19 （2）赤铁矿。 化学式为F

12、e2O3，颜色为暗红色，具有弱磁性，含硫、磷较少，易碎，易还原，脉石多为硅酸盐。 （3）褐铁矿。 化学式为n Fe2O3.mH2O （n=1n=13,m=1 3,m=1 4) 4)。褐铁矿中绝大部分含铁矿物是以2 Fe2O3.3H2O的形式存在的。 （4）菱铁矿。 化学式为FeCO3 ，颜色为灰色带黄褐色。菱铁矿经过焙烧，分解出二氧化碳气体，含铁量即可得到提高，而且变得疏松多孔，易破碎，还原性好。 人造富矿有烧结矿和球团矿两种。 常见铁矿石的主要特性如下表2-1江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材20各各类铁矿石石图赤赤铁矿磁磁铁矿菱菱铁矿褐褐铁矿江苏沙钢集团江江苏沙沙钢

13、集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材212.1.2 2.1.2 高炉冶高炉冶炼对铁矿石的要求石的要求 铁矿石是高炉冶炼的主要原料，决定铁矿石质量优劣的主要因素是化学成分、物理性质及其冶金性能。高炉冶炼对铁矿石的要求是：含含铁量高，脉石少，有害量高，脉石少，有害杂质少，化学成分少，化学成分稳定，粒度均匀，具定，粒度均匀，具有良好的有良好的还原性及一定的机械原性及一定的机械强度等性能度等性能。2.1.2.1 铁矿石品位 铁矿石的品位即指铁矿石的含铁量，以TFe%表示。品位是评价铁矿石质量的主要指标。经验表明：铁矿石含铁量每增加1%，焦比将降低2%，产量提高3%，因为随着矿石品位的提高，脉石含量越少，

14、溶剂用量和渣量减少，既节省热量消耗，又有利于炉况顺行。一般实际含铁量大于理论含铁量70%90%时方可直接入炉，成为富矿。贫矿必须经过选矿和造块才能入炉冶炼。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材222.1.2.2 脉石成分 铁矿石的脉石成分主要是二氧化硅（SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)。以SiO2为主的脉石称为酸性脉石； 以CaO和MgO为主的脉石称为碱性脉石。 碱性脉石含碱性氧化物较多，冶炼时可回忆少加或不加石灰石，对降低焦比有利，具有较高的冶炼价值。这种冶炼时不加熔剂的矿石称为自熔性矿石。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁

15、厂培厂培训教材教材232.1.2.3 有害杂质和有益元素的含量1.有害杂质。矿石中的有害杂质是指对冶炼有妨碍或使矿石冶炼时不易获得优质产品的元素，主要有硫（S）、磷（P）、铅（Pb）、锌（Zn）、砷（As）、钾（K）、钠（Na）等。(1)硫。硫在矿物中主要以硫化物状态存在。硫的危害主要表现在：a、钢中的含硫量超过一定量时，会使刚才具有热脆性。这是由于FeS和Fe结合成低熔点（985）合金，冷却时最后凝固成薄膜状，并分布于晶粒之间，当钢材被加热到11501120时，硫化物首先熔化，使钢材沿晶粒界面形成裂纹。b、对铸造生铁，会降低铁水的流动性，阻止渗碳体（Fe3C）分解，使铸件产生气孔、难于切削并

16、降低其韧性。c、硫会显著降低钢材的焊接性、耐腐蚀性和耐磨性。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材24（2）磷。磷以Fe2P和Fe3P的形态溶于铁水中。因为磷化物是脆性物质，冷凝时聚集于钢的晶界周围，减弱晶粒间的结合力，使刚才在冷却时产生很大的脆性，从而造成钢的冷脆现象。高炉冶炼过程中磷全部还原进入生铁，因此控制生铁含磷的唯一途径就是控制入炉原料的含磷量。（3）铅和锌。铅在矿石中一般以方铅矿（PbS）形态存在。铅在高炉中是易还原元素，但铅不熔于生铁且密度大于生铁，因此沉入炉底，深入砖缝破坏炉底砌砖，甚至使炉底砌砖浮起，铅又极易挥发，在高炉上部被氧化成PbO粘结于炉墙，易引起

17、结瘤。锌在矿石中多以闪锌矿（ZnS）形式存在。锌易挥发（905），不熔于铁水，但很容易挥发，在炉内又被氧化成ZnO。 ZnO部分沉积在炉身上部炉墙上，形成炉瘤，部分渗入炉衬的空隙和砖缝中，引起炉衬膨胀而破坏炉衬，矿石中的含锌量应低于0.1%。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材25（4）砷。砷在矿石中以硫化物形态存在。与磷相似，砷在高炉冶炼过程中全部还原进入生铁，钢中含砷量大于0.1%时会产生“冷脆”现象，并降低钢材的焊接性能，要求矿石中砷含量应低于0.07%。 （5）碱金属。碱金属主要指钾和钠，一般以硅酸盐形式存在与矿石中。冶炼过程中，在高炉下部高温区碱金属被直接还原成

18、大量碱蒸气，随煤气上升到低温区又被氧化成碳酸盐沉积在炉料和炉墙上，部分随炉料下降，从而反复循环积累。其危害主要为：与炉衬作用生成钾霞石（K2OAl2O32SiO2），体积膨胀40%而破坏炉衬；与炉衬作用生成低熔点化合物，粘接在炉墙上，易导致结瘤；与焦炭作用生成嵌入式化合物（CKCN），体积膨胀很大，破坏焦炭高温强度，从而影响高炉下部料柱的透气性。 （6）铜。铜是贵重的有色金属，在钢中的含量不超过0.3%时，能增强金属的抗腐蚀性能，但当含铜量超过0.3%时，钢的焊接性能降低，并产生热脆。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材262. 有益元素。 许多铁矿石中常伴有锰、铬、钒、

19、钛、镍等元素，形成多种共生矿。这些金属能改善钢材的性能，是重要的合金元素，故称之为有益元素。（1）锰。铁矿石中的锰一般都不超过5%，锰能增加钢材的强度和硬度。它在高炉中的还原率为40%60%,生铁中含有一定量的锰能降低生铁的含硫量，含锰的矿粉在烧结时可以改善烧结矿的质量。（2）铬。铬是很贵重的合金元素，它能提高钢的耐腐蚀能力和强度，是冶炼不锈钢的重要合金元素。铬在矿石中常以铬铁矿（FeOTi2O3）的形态存在，在高炉中的还原率为80% 85%。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材27（3）镍。镍能提高钢的强度，也是冶炼不锈钢的重要合金元素。它在铁矿石中含量很少，常存在于褐

20、铁矿中，高炉冶炼时全部进入生铁。（4）钒。钒是非常宝贵的合金元素，它能提高钢的耐疲劳强度。钒存在于钒钛磁铁矿中，少量存在于褐铁矿中。高炉冶炼时，钒的还原率为70%90%。（5）钛。含钛的合金钢，具有耐高温、抗腐蚀的良好性能，是制造飞机、火箭、航天器的高温合金。钛在钒钛磁铁矿中以FeOTiO2的形态存在。钛化物进入炉渣后使炉渣变得粘稠，高炉不易操作。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材282.1.2.4 铁矿石的还原性和软化性 铁矿石的还原性是指铁矿石中与铁结合的氧被气体还原剂（CO和H2）夺取的难易程度.铁矿石还原好，有利于降低焦比。影响铁矿石还原性的主要因素有：矿物组成

21、、矿物结构的致密程度、粒度和气孔度等。气孔率大的矿石还原性好，随着气孔率的增加气体还原剂与矿石的反应面积增大，加速铁矿石的还原。磁铁矿因结构致密，最难还原；赤铁矿中有中等的气孔度，比较容易还原；褐铁矿和菱铁矿失去结晶水和二氧化碳后，气孔度增加容易还原；烧结矿和球团矿的气孔度高，其还原性一般比天然富矿好。铁矿石的软化性包括铁矿石的软化温度化温度和软化温度区化温度区间两个方面。软化温度是指指铁矿石在一定的荷重下受石在一定的荷重下受热开始开始变形的温度形的温度；软化温度区间是指指铁矿石开始石开始软化到化到软化化终了的温度范了的温度范围。高炉冶炼要求铁矿石软化温度高高，软化温度区间要窄窄，这有利于高炉

22、稳定运行和降低焦比。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材292.1.2.5 铁矿石的粒度、气孔度和机械强度 铁矿石的粒度是指矿石颗粒的直径，它直接影响炉料的透气性和传热传质条件。粒度太小，会影响炉内料柱的透气性，使煤气上升的阻力增大。粒度过大，回事矿石的加热和还原速度降低。近年来，有降低矿石粒度上限的趋势，同时采用分级入炉。通常入炉矿石粒度在535mm之间，小于5mm的粉末是不能直接入炉的。 铁矿石的气孔度有体积气孔度和面积气孔度两种表示法。体积气孔度是矿石的孔隙占总体积的百分比；面积气孔度是单位体积内气孔表面积的绝对值。气孔有开空气孔和闭口气孔两种，高炉冶炼要求矿石的开

23、口气孔要大，人造富矿可以满足这一要求。 铁矿石的机械强度是指铁矿石耐冲击、耐磨擦、抗挤压的强弱程度。强度差的矿石在炉内下降过程中很容易产生粉末，恶化料柱透气性。高炉冶炼要求矿石具有较高的机械强度。但矿石常温下的机械强度不能反映高炉内的实际情况，近年来国内外日益重视高炉原料在高温条件下的机械强度的工作。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材302.1.2.6 铁矿石各项指标的稳定性。 要保证高炉的正常生产和最大限度地发挥生产效率，要求铁矿石的各项理化指标应符合要求并保持相对稳定。在各项技术指标中，矿石的品位、脉石成分与数量、有害杂质含量的稳定性尤为重要。高炉冶炼要求成分波动范

24、围是：TFe0.5%1%；（SiO2 ）0.2%0.3%。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材312.2 2.2 铁矿石入炉前准石入炉前准备2.2.1 铁矿石入炉前准备处理概述2.2.1.1 矿石的破碎筛分 矿石破碎筛分的目的：按高炉冶炼要求提供适宜粒度以及满足贫矿选分处理对粒度的需要。破碎分为粗碎、中碎、细碎、粗磨及细磨等几个级别。粗碎：从1000破碎到400；中碎：从400破碎到100；细碎：从100破碎到25；粗磨：从25破碎到1以下；细磨：从1破碎到0.3以下。 筛分是将物料按粒度分成两种或多种级别的作业。筛分的效果用筛分效率表示。筛分效率是指实际筛下物的重量与筛

25、分物料中粒度小于筛孔的物料总量之比，常用百分数表示。筛孔的大小用毫米表示。对于粉碎很细的物料用网目表示，简称目。网目是指筛子表面25.4（1英寸）长度上所具有的大小相同的筛孔数。根据国际标准筛制：200网目为0.075；100网目为0.15；16网目为1。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材322.2.1.2 矿石混匀 混匀也称为中和，目的在于稳定入炉矿石的化学成分。常用方法是平铺直取，即将矿石一层一层铺在地上，达到一定高度后，沿垂直断面截取。由于截取多层矿石，从而达到混匀的目的。混匀后要求矿石品位波动小于 1%。2.2.1.3 焙烧 焙烧的目的是改变矿石的化学组成和内部

26、结构，除去部分有害杂质，回收有用元素，同时还可以使矿石组织变得疏松，提高铁矿石的还原性。焙烧的方法有氧化焙烧、还原磁化焙烧和氯化焙烧等。 氧化焙烧是指铁矿石在氧化性气氛条件焙烧，主要用于去除菱铁矿中的二氧化碳和褐铁矿中的结晶水，并提高品位，改善还原性，同时还减少了菱铁矿和褐铁矿结晶水在高炉内分解的热量消耗。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材33菱铁矿的焙烧实在500到900之间进行的，它按下式进行分解：4FeCO3+O22 Fe2O3 +4CO2褐铁矿的脱水，大约在250到500之间发生下列反应： 2 Fe2O3H2O 2 Fe2O3 +H2O在氧化焙烧中还可以使矿石中

27、的硫氧化去掉，其反应式如下： 3Fe S2+8O2 Fe3O4 +6SO2 还原磁化焙烧是在还原气氛下，通过焙烧将弱磁性的赤铁矿（或褐铁矿、菱铁矿）及非磁性的黄铁矿，还原转变为具有强磁性的磁铁矿，以便磁选。 氯化焙烧。对于含有一定量有色金属铜、铅、锌等的铁矿，可以采用氯化焙烧的方法进行处理，使原料中的金属氧化物与加入的氯或氯化物作用生成金属氯化物。在焙烧过程中，金属氯化物便从矿石中分离出来，进入烟气，然后再进行回收。其基本原理是利用这些金属氯化物沸点低易挥发的特点，达到与铁氧化物分离的目的。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材342.2.1.4 选矿 选矿的目的主要是为了

28、提高矿石的品位。矿石经过选别可以得到三种产品：精矿、中矿和尾矿。精矿是指选矿后得到的含有有用矿物含量较高的产品；中矿为选矿过程的中间产品，需要进一步选矿处理；为矿石经选矿后留下的废弃物。对于铁矿石，常用的选矿方法有重力选矿法、磁力选矿法和浮游选矿法三种。 重力选矿法是利用不同密度和粒度的矿粒在选矿介质中具有不同的特性，将在介质中运动的矿粒混合物进行选别，从而达到使被选矿物与脉石分离的目的。重选法所用介质有水、空气、重介质（密度大于水的重液和悬浮液）。 磁力选矿法是利用矿物和脉石的磁性差异，在不均匀的磁场中使其分离，从而达到选别的目的。磁选法是磁铁矿石和锰矿石的主要选矿方法。 浮游选矿法是利用矿

29、物表面不同的亲水性，选择性地将疏水性强的矿物用泡沫浮到矿浆表面，亲水性矿物留在矿浆中，从而实现有用矿物和脉石的分离。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材352.2.2 2.2.2 烧结法造法造块2.2.2.1 烧结法造块工艺流程 烧结法生产烧结矿就是将铁矿粉配入适量的燃料和熔剂，加入适量水，经混合制粒后在烧结机上进行烧结的过程。在此过程中借助燃料燃烧产生的高温，物料发生一系列的物理化学变化，并产生一定数量的液相，当冷却时，液相将矿粉颗粒粘结成块，即烧结矿。目前生产上广泛采用带式抽风烧结机，其他还有回转烧结、悬浮烧结、抽风或鼓风盘式烧结等。2.2.2.2 带式烧结机 烧结生

30、产使用的设备由烧结机体、布料设备、点火器和抽风除尘系统等设备组成。 带式烧结机由许多台车组成，台车的数目由烧结机大小决定，台车密排在轨道上，形成一条长带，故称带式烧结机。烧结料铺在底部有炉篦条并能透风的台车上进行烧结，下面用抽风机抽风。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材36烧结时台车在机头大星轮的带动下，沿着轨道连续循环运动，进行到机尾的半圆轨道时，台车倾翻，自动倒出烧结矿，然后靠自重沿下轨道滑到机头大星轮处，所以带式烧结机可以连续生产。带式烧结机的规格是按铺料烧结的台车面积之和计算的，这一面积称为有效烧结面积，例如120、240、450等。 带式烧结机工作原理。烧结前

31、，根据高炉冶炼对烧结矿的含铁量和碱度的要求，将各种烧结原料按一定的比例混合，在经两次混合的过程中适当加入水分，一次混合以混匀和调整水分为主，二次混合以预热和造球为主。混合好后的烧结料，先用布料器在台车底部铺一层粒度较大的烧结矿（铺底料），然后将烧结料铺满台车，料层厚度一般为300700。烧结台车一边接受辅料，一边向前运行，当运行到点火器下方时，用煤气和重油点火（温度约1100），同时在下面抽风，空气由料层表面吸入，遇混合料中的燃料进行燃烧，产生的高温（约1250 1350）江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材37使混合料局部熔化，生成熔融体，空气不断从料层表面吸入，穿过料

32、层孔隙供给混合料中的燃料由上而下地逐层燃烧。上层燃烧产生的高温熔融体被不断被抽入的冷风冷却。在凝固过程中，散料颗粒互相粘结成多孔的块状烧结矿。当烧结台车运行到机尾弯道处时，混合料已完全烧结成烧结矿。此时台车倾翻，将烧结矿卸下，经破碎筛分，筛上物就是成品烧结矿。铺底料的作用底料的作用（1）使烧结的赤热层不与台车篦条直接接触，延长台车使用寿命；（2）铺底料组成过滤层，防止粉料由炉篦缝被抽走，大大减少废气含尘量，从而减轻除尘器负荷，提高抽风机转子的使用寿命；3）、防止粉料和烧结矿堵塞和粘结炉篦，增加有效抽风面积，提高料层透气性，强化了烧结过程，使生产率、成品率提高。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏

33、发炼铁厂培厂培训教材教材38烧结点火示意图江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材392.2.2.3 2.2.2.3 烧结过程程 整个烧结过程是在9.816kPa负压抽风下，沿料层高度自上而下逐渐进行的。在烧结机上取某一断面，可见料层有明显的分层，依次出现烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层和过湿层，然后又相继消失，最后剩下烧结矿层。 （1）烧结矿层。即成矿层，主要变化是：液相凝固，析出新矿物，预热空气。表层受冷空气作用，温度低，矿物来不及析晶，故表层玻璃质较多，强度较差。下层烧结矿由于高温保持时间较长，冷却速度慢，结晶较完善，烧结矿强度较好。 （2）燃烧层。位于烧结矿层下面，燃

34、料燃烧温度可达1100 1600。混合层软化、熔融及形成液相，此层厚度为15 50。它对烧结过程和烧结矿质量影响较大，料层过厚，透气性差，导致产量降低；料层过薄，烧结温度低，液相不足，烧结矿固结不好，强度低。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材40燃烧层的厚度取决于燃料用量、粒度粗细和料层的透气性。许多反应在该层激烈进行，主要包括：固体燃料燃烧、铁氧化物的氧化、还原和热分解、碳酸盐分解、硫化物分解和氧化、低熔点矿物熔融、液相生成等反应。这些反应对烧结矿的质量影响较大。 （3）预热层。在该层中水分已全部蒸发（150）并被加热到固体燃料开始燃烧的着火温度（700左右）。由于干

35、燥的混合料热容量低，温度升高较快，因而预热层厚度仅3 10。这一层主要是进行结晶水和部分碳酸盐、硫化物的分解，部分低价铁氧化物氧化，各种氧化物间的固相反应等。 （4） 干燥层。这一层湿的混合料被热废气加热到“露点”温度（一般为65 70）以上时，湿料中水分开始蒸发直至蒸发完毕（一般为150），其厚度一般为10 25。干燥层的主要反应是水分蒸发。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材41（二）烧结料层结构江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材42 （5） 过湿层。由于干燥层吹来的含有水蒸气的热废气被下部烧结料冷却到“露点”温度以下时，废气中的水蒸气冷凝成水

36、又进入混合料，使混合料的水分超过混合料的原始含量。过湿层的主要反应是水蒸气的冷凝，其厚度一般为20 40。由于冷凝，混合料过湿，混合料颗粒之间充满水分，堵塞孔隙，甚至破坏小球颗粒，是透气性最差的一个层次。 表层混合料中的固体燃料经点燃后，逐渐往下燃烧，5个层次依次出现，燃烧结束时，料层只中剩下烧结矿层，其余4个层依次消失，烧结过程结束。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材432.2.2.4 烧结矿的成矿机理 烧结矿的成球机理，包括烧结过程的固相反应、液相形成及结晶过程。烧结过程的主要矿物都是高熔点的，在烧结过程基本不能熔化。当物料加热到一定温度时，各组分之间进行固相反应生

37、成低熔点化合物，使它们在较低温度下生成液相，并将周围的固相粘接起来，冷却凝固后形成多孔的烧结矿。烧结过程的基本液相是硅酸盐和铁酸盐体系的矿物，如FeO-SiO2（硅酸铁1205）、CaO-Fe2O3（铁酸钙1210）、CaO- FeO-SiO2（铁钙橄榄石1200）等，它们是烧结矿形成的主要粘接物。液相矿物的组成及多少对烧结矿质量有很大影响，需要根据需要进行控制。 烧结固相反应是指在烧结过程中，各种矿物在没有熔融之前以固态形式发生的化学反应。固相反应生成低熔点化合物或化合物之间形成更低熔点的共熔体（如2CaOSiO2- CaOFe2O3 1192），在正常的烧结温度（1300左右）下为生成一定

38、数量的液相创造了条件。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材44 2.2.2.5 2.2.2.5 烧结矿的分的分类及生及生产技技术经济指指标A 烧结矿的分类。烧结矿按碱度（CaO/SiO2）的不同，可以分为以下四类： （1）酸性烧结矿，其碱度小于1.0。这种烧结矿强度好，但还原性较差，高炉使用它时还需加入较多的熔剂，对提高产量和降低焦比不利。（2）自熔性烧结矿，其碱度为1.01.5。这种烧结矿还原性较好，高炉冶炼使用这种烧结矿可不加或少加熔剂，对提高产量和降低焦比有利，但它的强度较差，对高炉顺行不利。 （3）高碱度烧结矿，其碱度为1.53.5。这种烧结矿的强度和还原性都较好

39、，而且高炉冶炼时可不加熔剂，所以对高炉提高产量和降低焦比以及顺行都有利。当前高炉冶炼普遍使用此种烧结矿，在配料中比重占80% 90%以上。 （4）超高碱度烧结矿，其碱度大于3.5。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材45 B 烧结矿生产技术经济指标。 （1）烧结机利用系数。是指单位时间内每平方米有效烧结面积生产的烧结矿量，单位为t/（h）。利用系数是确定烧结机生产能力的重要指标，一般为1.5 2.0 t/（h）。 （2）作业率。是指烧结机年作业时间与日历时间的百分比。它反映的是烧结机连续作业的水平，一般为90%。 （3）烧结机生产能力。烧结机生产能力用台时产量表示，即每台

40、烧结机单位时间内生产的烧结矿数量，可用下式表示：Q=60kBLu式中 K烧结机成品率，%（一般为60% 75%）； B烧结机台车宽度，m； L烧结机有效长度，m； 混合料堆密度，t/m； u垂直烧结速度，m/min。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材46烧结矿及及烧结球球团烧结球球团烧结矿江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材472.2.3 球团法造块 球团法造块就是把润湿的铁精矿粉、少量添加剂（熔剂）、造球剂和燃料粉等混合后，用造球机制成直径为10到30的圆球，再经过干燥和焙烧，使生球固结成适合高炉使用的人造富矿（球团）。球团矿具有粒度均匀、还原性

41、好、品位高、冶炼效果好、便于运输和贮存等优点。但在高温下球团矿易产生体积膨胀和软化收缩，目前国内外习惯于把球团矿和烧结矿按比例搭配使用。球团矿分为自熔性、非自熔性和金属化（预还原）球团矿等几种。2.2.3.1 球团矿的生产工艺流程 球团矿的生产工艺流程一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、成品和返矿处理等。 江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材482.2.3.2 矿粉造球1、水在矿粉中的形态和作用干燥的矿粉是不能滚动成球的，加水润湿后才能使矿粉成球。按水在矿物表面活动能力的不同有四种存在形态，即吸附水、薄膜水、毛细水和重力水。四种水在成球过程中显示不同的作用。

42、（1）吸附水的作用。被干燥的细磨物料颗粒表面强大的静电引力所吸引的水层成为吸附水。吸附水层很薄，特点是它与颗粒表面的吸附力很大，在颗粒表面不能自由迁移。一般情况下，当物料只含吸附水时，仍为散沙状，不能结合成团，成球过程就不会进行。厚度一般为510-6。 （2）薄膜水的作用。颗粒表面达到最大吸附水后，在进一步加水润湿时，依靠分子引力作用，在吸附水层外面形成一层水膜，称为薄膜水。在分子力作用下，可以从水膜较厚的颗粒表面向与之接触的另一个水膜较薄的颗粒表面迁移，直至薄膜厚度相同为止。颗粒间距离越小，薄膜水的粘滞性就越大，对生球来说其强度就越高。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教

43、材49 （3）毛细水的作用。在细磨物料层中，存在着许多大小不一、曲曲弯弯的连通孔隙所学那个城的复杂通道，可视为大量的毛细管。当矿粉湿润到水含量超过最大分子水含量时，水分便会在矿粒孔隙中形成毛细水。毛细水在细磨物料的成球过程中起主导作用，只有将物料润湿到毛细水阶段，成球过程才开始明显地进行。 （4）重力水的作用。当矿粉完全被水饱和时，还有重力水，它能在重力作用下发生迁移。重力水在成球过程中起有害作用，只有当水分含量处于毛细水含量范围内时，水分对物料成球才有帮助。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材50 2 2、生球的形成、生球的形成 （1）母球形成。矿粉颗粒被水润湿后，首先

44、在其表面形成薄膜水；若进一步润湿，并使湿润的颗粒互相接触，则在触点处形成毛细水，靠毛细力的作用，两个或更多的颗粒连接起来形成小球；继续增加水分，在机械滚动力的作用下，小球内部颗粒重新排列，进一步密集，形成比较坚实的小球，称为母球。（2）母球长大。母球在滚动过程中彼此碰撞，母球被进一步压紧，使过剩的毛细水被挤到母球的表面上来。这样，过湿的母球表面靠毛细水的作用，将周围湿度较低的粉矿粘到母球表面。不断向母球表面进行人工喷水，使母球表面湿润，从而不断粘接周围矿粉，使母球逐渐长大，直至达到符合要求的尺寸。 （3）生球压实。当母球长大到达到要求的尺寸时停止喷水润湿，使母球在机械力的作用下，内部颗粒排列更

45、紧密，挤出多余的水分，获得强度更高的生球。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材513、影响生球质量的因素 影响矿粉成球及生球质量的因素很多，概括起来主要有：原料性能，如亲水性、湿度和粒度等；添加剂及加入量；工艺操作，如加水和加料方法、造球时间、生球尺寸以及造球盘倾角、转速等。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材522.2.3.3 生球焙烧 球团的整个高温焙烧过程包括生球干燥、预热、焙烧固结、均热和冷却5个阶段。 （1）生球干燥。干燥的目的是降低生球水分，以免在高温下焙烧时发生破裂。一般预热温度为200-400。在干燥过程中，生球内部水分向外扩散，并从

46、表面蒸发去除，所以温度高、气流速度快，有利于脱水。但干燥过快也会引起生球爆裂，因此需要严格控制干燥温度和气流速度。 （2）预热。经过干燥后的生球在达到培烧温度之前，应先在温度区间为800-1100的范围内进行预热。其目的是干燥阶段尚未排出的水分，在此阶段除净，同时使结晶水和碳酸盐、硫化物进行分解和氧化反应。 江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材53（3）焙烧。预热过程中未完成的反应在此阶段继续进行。此阶段主要进行铁氧化物的结晶和再结晶，晶粒长大、固相反应以及由其产生的低熔点化合物和共晶的熔化，形成部分液相，球团体积收缩及组织致密化。球团固结主要靠固相反应和再结晶，过多的液

47、相会使球团相互粘结成大块，应加以控制。（4）均热。球团均热的主要目的是使球团矿内晶体长大，再结晶充分，矿物组成均匀。该过程温度略低于焙烧温度。（5）冷却。为将球团矿的温度从1000以上降到运输带能承受的温度（100左右），并回收其热量，需将烧成的球团进行冷却，其冷却介质为空气。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材54 2.2.3.4 2.2.3.4 球球团焙焙烧设备 目前采用的球团焙烧设备主要有竖炉、带式焙烧机和链篦机-回转窑三种。 竖炉是世界上最早采用的球团焙烧设备。它中间是焙烧室，两侧是燃烧室，下部是卸料辊和密封阀门，焙烧室和燃烧室的横截面多为矩形。现代竖炉在顶部设有

48、烘干床，烧结室中央设有导风墙。燃烧室内产生的高温气体从 两侧喷入焙烧室向顶部运动，生球从上部均匀地铺在烘干床上被上升的热气流干燥、预热，然后沿烘干床斜坡滑入焙烧室内焙烧固结，在出焙烧室后与从底部鼓进的冷却风相遇得到冷却，最后经排矿口排出竖炉。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材552.3 2.3 熔熔剂2.3.1 熔剂在高炉冶炼中的作用 （1）使渣铁分离。 （2） 改善生铁质量。（脱硫、控制硅锰等元素的还原)2.3.2 熔剂的分类 熔剂一般分为碱性、酸性和中性熔剂。碱性熔剂常见的有石灰石和白云石，酸性熔剂常见的有硅石，中性熔剂一般有铁矾土等。2.3.3 高炉冶炼对碱性熔剂

49、的要求 （1） 碱性氧化物含量要高。 （2） 硫、磷等有害杂质含量要少。 （3） 应具有一定的强度和均匀的块度。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材562.4 2.4 燃料燃料2.4.1 焦炭2.4.1.1 焦炭在高炉冶炼中的作用 焦炭在高炉冶炼中主要起发热剂、还原剂和料柱骨架的作用。2.4.1.2 焦炭的物理性质 焦炭的物理性质包括机械强度、筛分组成和气孔度等，其中最主要的是机械强度，其机械强度可以通过转鼓试验确定。2.4.1.3 焦炭的化学成分 焦炭的化学成分通常以焦炭的工业分析来表示的。工业分析的内容包括：固定碳、灰分、硫分、挥发分和水分的含量。江苏沙钢集团江江苏沙

50、沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材572.4.1.4 焦炭的化学性质 焦炭的化学性质包括焦炭的燃烧性和反应性。2.4.1.5 焦炭的生产流程 现代焦炭的生产过程分为洗煤、配煤、炼焦、熄焦及煤气和化工产品回收处理等工序。2.4.1.6 炼焦用煤种类 煤按其生成的地质年代长短可分成泥煤、褐煤、烟煤及无烟煤四种，用于炼焦的主要是烟煤。烟煤根据地质年代的长短和变质程度的高低可以分为长焰煤、气煤、焦煤、肥煤、瘦煤和贫煤六种。2.4.2 2.4.2 喷吹燃料吹燃料 喷吹燃料可以分为气体、液体和固体燃料。气体燃料有天然气和焦炉煤气等，液体燃料有重油和焦油等，固体燃料以烟煤和无烟煤为主。江苏沙钢集团江江苏

51、沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材58江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材59第三章 高炉冶炼基本原理3.1 高炉解剖3.1.1 高炉解剖的意义 所谓高炉解剖，就是对正在生产的高炉突然停止鼓风，并急速降温以保持炉内原状，然后将高炉剖开，进行全过程的观察、录像、分析化验等各个项目的研究，人们通常把这项工作叫做高炉解剖研究。 通过对高炉解剖调查后，可将高炉的冶炼过程分为五个主要区域，即块状带、软熔带、滴落带、风口带和渣铁带。在下降的炉料与上升的煤气相向运动的过程中，原料的吸热、熔化还原、渣铁的形成、各种热交换等在五个区域依次进行。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁

52、厂培厂培训教材教材60江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材61矿石石焦炭焦炭块状状带焦炭天窗焦炭天窗软熔熔带滴落滴落带风口口带渣渣铁贮存区存区炉身炉身炉喉炉喉炉腰炉腰炉腹炉腹炉缸炉缸图3.1高炉内各区域分布示意图焦炭疏松区焦炭疏松区死料柱死料柱江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材621 块状带 在块状带明显的保持装料时的分层状态（矿石层与焦炭层），没有液态渣铁。随着炉料的下降，其层状趋于水平，厚度逐渐变薄。 在该区域主要发生的反应有：矿石的间接还原，炉料的水分蒸发、结晶水分解、除CaCO3外的其它MCO3分解 碳素沉积反应（2CO=C+CO2）。2

53、软熔带 矿石从开始软化到完全熔化的区间称为软熔带，它由许多固态的焦炭层和粘结在一起的半熔融的矿石层组成。焦炭、矿石相间，层次分明。由于矿石呈软熔状，透气性极差，煤气主要通过焦炭层通过，像窗口一样，因此称为“焦窗”。软熔带的上沿是软化线（即固相线），其下沿是熔化线（即液相线），它与矿石的软熔温度区间是一致的。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材63 最高部位称为软熔带顶部其底部与炉墙相连，称为软熔带的根部。随着原料与操作条件的变化，软熔带的形状与位置都会随之改变。形状受煤气流分布与布料影响，可分为正V型，倒V型，W型。 在该区域主要进行的反应：矿石的直接还原和渗碳 、CaC

54、O3分解、 焦炭气化反应 C+CO2=2CO（贝波反应）。3 滴落带 软熔带以下是已熔化的渣、铁穿过固体焦炭空隙，像雨滴一样滴落的区域，故称为滴落带。在滴落带内焦炭长时间处于基本稳定状态的区域称为中心呆滞区（死料柱）。焦炭松动下降的区域称为活动焦炭区。 在该区域主要进行的反应：非铁元素（ Mn、Si、P）的还原、脱硫、铁水的渗碳和焦炭气化反应。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材64 4 风口带 风口前在鼓风动能作用下焦炭做回旋运动的区域称为焦炭回旋区。回旋区中心呈半空状态，在该区域内焦炭燃烧，是高炉内热量和气体还原剂的主要产生地，也是高炉内唯一存在的氧化性区域。 该区域

55、主要进行的反应：焦炭的燃烧。5 渣、铁带 风口以下的炉缸区域称为渣、铁带。它主要用于储存液态渣、铁以及浸入其中的焦炭。在铁滴穿过渣层以及在渣、铁界面是最终完成必要的渣、铁反应，得到合格的生铁，并间接地将渣、铁从渣口、铁口排出炉外。 该区域主要进行的反应：最终的渣、铁反应。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材653.1.2 3.1.2 软熔熔带及其及其对高高对高炉行程的影响高炉行程的影响1 影响软熔带形状的因素 根据高炉解剖研究，矿石的软熔特性、软熔带形状与炉内等温线相适应，而等温线又与煤气中CO2的分布相适应。在高炉操作中，炉喉煤气中CO2曲线的形状主要靠改变装料制度（上

56、部调剂）进行调解，其次受送风制度（下部调剂）的影响。因此，软熔带的形状主要受装料制度与送风制度的影响。2 软熔带对高炉冶炼的影响 软熔带对高炉中、下部起着煤气再分布的作用，它的形状和位置对高炉冶炼过程产生明显的影响，如影响矿石的预还原、生铁含硅量、煤气利用、炉缸温度与活跃程度以及对炉衬的维护等。其中，倒V型是目前公认的最佳软熔带。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材663.2 3.2 炉料的蒸炉料的蒸发、挥发和分解和分解3.2.1 水分的蒸发与水化物的分解 炉料中的水分分为两种，一种是依靠表面张力吸附在炉料颗粒表面及孔隙表面的吸附水，也称物理水；另一种是与炉料内的氧化物结

57、合成的化合水，也成为结晶水。这些水分的蒸发和分解都会对高炉冶炼产生一定的影响。1 吸附水的蒸发 存在于炉料中的吸附水加热到105时就激烈的蒸发。高炉炉顶温度用冷料时为150-250，用热的熟料时能达到400-500，炉内的煤气流速快，因此，吸附水在高炉上部很快蒸发完毕。其蒸发耗热是高炉上部在冶炼中不能利用的余热，所以对焦比和炉况均没有什么影响。相反，吸附水蒸发使得煤气温度降低，流速减慢，炉尘吹出量减少，炉顶设备的磨损减弱。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材672 水化物的分解 在炉料中结晶水一般存在于褐铁矿和高岭土（Al2O3-2SiO2-2H2O）中，褐铁矿中所含结晶

58、水最多。褐铁矿中的结晶水在200左右开始分解，400-500时分解速度急剧加快。高岭土一般400开始分解，500-600时才迅速进行，结晶水的分解除了与温度有关，还与其粒度大小和气孔度有关。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材683.2.2 3.2.2 挥发物的物的挥发1 燃料挥发物的挥发 燃料挥发分存在于焦炭和煤粉中，焦炭含挥发分少，挥发物含量高低是衡量焦炭的重要指标之一 ，一般含量为0.7%-1.3%，其主要成分是N2、CO和CO2等气体.焦炭到达风口前，已被加热到1400-1600，挥发物已挥发完全，含量也较少，对高炉冶炼影响不大。大量喷吹煤粉时，容易引起炉缸煤气成

59、分变化，对还原也有一定影响。2 其他物质的挥发与循环富集 除了燃料中的挥发物外，炉内还有许多化合物和元素进行少量挥发也称气化。其中包括可以在高炉内还原的元素，如S、P、As、K、Na、Zn、Pb和Mn等，以及还原中间产物SiO、PbO、 K2 O 和Na2 O 等。这些物质在高炉下部还原后气化，随煤气上升到高炉上部又冷凝，然后再下降到高温区再次气化，形成循环。它们之中只有部分气化物质冷凝成粉尘，被煤气带出炉外或进入渣、铁后被带到炉外，而剩余部分则在炉内循环，形成富集。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材69 锌：锌蒸气渗入炉衬，在冷凝过程中被氧化成ZnO，体积增大，使炉衬

60、胀裂，严重时会形成炉瘤。 铅：挥发的铅累积后进入砖缝使砖浮起，破坏炉底。 锰：部分挥发物随煤气上升至低温区，被氧化成极细的Mn3O4，随煤气逸出，增加了煤气清洗的难度，部分沉积在炉料的孔隙中堵塞煤气流的上升通道，破坏高炉运行，甚至造成悬料和结瘤。 一氧化硅：在高炉上部被氧化成白色的SiO2微粒，一部分随煤气逸出炉外，增加了煤气清洗的难度，另一部分沉积在炉料的孔隙中，使料住的透气性变差。 冶炼炼钢生铁时，焦比和炉温较低，Mn和SiO的挥发物不多，对高炉生产影响不大。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材70江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材713.2.

61、3 高炉内碱金属的挥发与危害 碱金属对高炉生产危害很大，如碱金属能使焦炭强度大大降低，甚至使焦炭粉化，使炉墙结厚甚至结瘤，使风口大量烧坏等。1 高炉内碱金属的循环 K、Na等碱金属大都以硅酸盐的形态存在于炉料中，进入高温区后被碳直接还原为金属钾与钠。由于沸点低（钾为766，钠为890），还原后立即气化进入煤气流。气态的钾、钠上升过程中与其他物质反应形成氰化物、氟化物、硅酸盐、碳酸盐、氧化物及少量硫酸盐等，并分别以固态或液态沉积在炉料的表面或孔隙以及炉衬的缝隙中，也能被软熔炉料吸收进入初成渣中。正常情况下炉料中70%的钾和钠可随炉渣排出，少部分被还原气化，形成钾、钠的“循环富集”，还有少量混入煤

62、气逸出炉外。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材722 碱金属对高炉冶炼的危害（1）提前并加剧CO2对焦炭的气化反应，引起焦比升高，降低料柱特别是软熔带焦窗的透气性，引起风口大量破损等。（2）加剧球团矿灾难性的膨胀和多数烧结矿的中温还原粉化。（3）引起硅铝质耐火材料的异常膨胀，热面剥落和严重侵蚀，从而大大缩短了高炉内衬的使用寿命，严重时还会胀裂炉缸和炉底的钢壳。 （4）渗入焦炭孔隙内，促使焦炭不均匀膨胀而产生局部应力，造成焦炭的宏观龟裂和分化。（5）是炉墙结厚甚至结瘤。碱金属蒸气在低温区一部分凝结在炉墙表面，逐步结厚，严重时形成炉瘤。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼

63、铁厂培厂培训教材教材733 防止碱金属危害的措施 （1）提高随煤气逸出炉外的比例。 （2）减少从炉料的带入量，可以通过配料解决。 （3）增加随炉渣排走的量。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材743.2.4 碳酸盐的分解 高炉中的碳酸盐常以碳酸钙、碳酸镁、碳酸铁和碳酸锰等形态存在。以碳酸钙和碳酸镁为主，它们主要来自熔剂，即石灰石和白云石。这些碳酸盐受热时分解，其中大部分分解温度较低，在高炉上部已经分解完毕，对高炉冶炼基本没有影响。但碳酸钙的分解温度较高，对高炉冶炼有比较大的影响。 1 石灰石的分解 石灰石的主要成分是碳酸钙，其分解反应式为： CaCO3CaO+CO2 17

64、800kJ反应达平衡时，CO2的分压力称为CaCO3的分解压力，用pCO2表示，分解压力随温度的升高而升高。当分解压力等于周围环境中CO2的分压力pCO2时，CaCO3开始分解。此时的温度叫做开始分解温度（约740）。当分解压力等于环境中气相的总压力p总时， CaCO3剧烈分解。此时的温度称为沸腾分解温度（约960）。 在高温区石灰石分解产生的二氧化碳会与焦炭发生贝-波反应反应，消耗热量和焦炭。在正常冶炼情况下，大约有50%的分解出的二氧化碳发生贝-波反应。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材75 2 石灰石分解对高炉冶炼的影响 （1） CaCO3分解反应是吸热反应，每千

65、克CaCO3要消耗178000kJ的热量。 （2）在高温区发生贝-波反应，不但吸收热量，还消耗焦炭。 （3） CaCO3分解放出的CO2冲淡了高炉内煤气的还原气氛，减弱了还原效果。 据统计，每吨铁少加100kg石灰石可以降低焦比30-40kg。3 消除石灰石不利的影响 （1）采用熔剂性烧结矿（或球团矿），高炉内不加或少加石灰石。对于熟矿率较低的高炉可配加高碱度或超高碱度烧结矿。（2）缩小石灰石的粒度，使其在高炉的上部尽可能分解完毕，减少在高炉下部高温区产生的贝-波反应。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材76 3.3 铁氧化物的还原和生铁的形成3.3.1 还原反应的基本原

66、理 高炉冶炼过程基本上就是铁氧化物的还原过程。金属氧化物的还原反应可以按下面的通式来表示： MeO+B=BO+Me Q式中 MeO金属氧化物；B还原剂； Me金属元素； Q反应热。哪些物质可以作还原剂呢？这取决于它们与氧亲和力的大小，凡是比金属元素Me对氧亲和力大的物质都可以作为还原剂。高炉冶炼用的还原剂CO、H2和固体C与氧的亲和力都比铁与氧的亲和力大。各种元素与氧的亲和力还与温度有关。在高炉冶炼条件下，各种氧化物由易到难的还原顺序为：CuOPbO FeO MnO SiO2 Al2O3 MgO CaO其中Fe和Mn的高价氧化物都是易还原的氧化物。在高炉冶炼的温度范围内（600-1600），C

67、u、Pb和Fe的氧化物能全部被CO、H2和固体C还原； MnO 和SiO2只能部分被还原，部分进入炉渣；Al2O3 、 MgO 和CaO都不能被还原，全部进入炉渣。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材773.3.2 3.3.2 铁氧化物的氧化物的还原原1 铁氧化物的还原顺序 一般低级氧化物的分解压力比较小，而高级氧化物的分解压力比较大，所以氧化物的分解顺序是从高级氧化物向低级氧化物转化的还原顺序与分解顺序是相同的，也就是说铁氧化物是按下面顺序来还原的： 3Fe2O3 2Fe3O4 6 FeO 6 Fe 失氧量1/9 2/9 6/9可见由3Fe2O3 2Fe3O4 的反应中

68、失氧量最少，因而还原时容易的，越到后面失氧量越多，还原越困难。一半以上的氧是6 FeO 6 Fe的过程中被夺走的，也就是说铁氧化物中FeO 的还原具有重要的意义。 FeO在低于570时是不稳定的，将分解成Fe3O4和Fe。它们的还原情况如下：570时：3Fe2O3 2Fe3O4 6 Fe 失氧量 1/9 8/9570时：3Fe2O3 2Fe3O4 6 FeO 6 Fe 失氧量 1/9 2/9 6/9江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材78在高炉中以CO为还原剂还原铁的氧化物，反应生成的气相产物为CO2的还原反应称为间接还原。 各种铁氧化物在不同温度下平衡气相成分是不同的，

69、用公式CO=100/（KP+1）（KP平衡常数）可求得在不同温度下，各种铁氧化物还原反应平衡时气相中CO的百分含量，由此得出图2所示的FeOC系气相平衡组成。 曲线1是反应式3Fe2O3+CO2Fe3O4 +CO2 的平衡气相成分线。它的位置很低，即平衡气相中CO的浓度很低，也就是说只要少量的CO就能使Fe2O3还原。通常此反应在高炉上部低温区域就可以全部完成，该反应在高炉冶炼条件下是不可逆的。 曲线2是反应式Fe3O4+CO3FeO + CO2 的平衡气相成分线。它向下倾斜，说明反应是吸热反应。 曲线3是反应式FeO+COFe +CO2的平衡气相成分线。 曲线4是反应式Fe3O4+4CO3F

70、e + 4CO2的平衡气相成分线。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材79江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材2 用CO还原铁氧化物570时： 3Fe2O3+CO2Fe3O4 +CO2 37112kJ Fe3O4+CO3FeO + CO2 20878kJ FeO+COFe +CO2 13605kJ570时： 3Fe2O3+CO2Fe3O4 +CO2 37112kJ Fe3O4+4CO3Fe + 4CO2 19937kJ80 曲线2、3、4将图2分为Fe3O4，FeO和Fe三个稳定区。很容易看出，在一定温度条件下，为使铁氧化物还原成铁，气相中必须含有过

71、量的CO。例如在1000时，气相中必须保持71.6%以上的CO，Fe3O4才能使还原成Fe。所以，从该图中可以直接查出还原铁氧化物所需要的气相成分和温度。3 用固体碳还原铁的氧化物 焦炭从炉顶装入后直到风口区域，它始终以固态存在。到达风口区才被鼓入的热风燃烧，生成煤气并产生大量的热，从而为高炉冶炼提供必须的热量和还原剂。矿石中的铁氧化物不可能在高炉上部还原完全，总有一部分下到高温区进行最后的还原直接还原。高炉中用固体碳作为还原剂，生成的气相产物为CO的还原产物统称为直接还原。反应式如下：江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材81570时： 3Fe2O3+C2Fe3O4 +C

72、O 108982kJ Fe3O4+C3FeO + CO 194393kJ FeO+CFe +CO 152190kJ570时： 3Fe2O3+C2Fe3O4 +CO 108982kJ Fe3O4+4C3Fe + 4CO 164309kJ上述反应有两个特点：1）上述反应都是吸热反应，并且直接消耗焦炭中的固体碳。2）反应物没有气相成分，反应产物有气相组分，反应是不可逆的。 高炉中直接还原反应大约是从800开始的，因此把高炉中低于800的区域称为间接还原区；800-1100的区域为间接还原和直接还原同时进行的区域；高于1100的区域为直接还原区（此时仅剩少部分FeO）。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏

73、宏发炼铁厂培厂培训教材教材824 用H2还原铁氧化物 高炉冶炼过程的还原剂除了CO和固体碳外，还有燃料带入以及鼓风中水分分解等产生的氢气。在没有喷吹燃料的高炉煤气中，一般H2的含量只占1.8%2.5%；当高炉喷吹燃料时，煤气中H2的浓度随喷吹燃料的种类及数量而发生变化，可达到5% 8%。氢与氧的亲和力很强，可以夺取铁氧化物中的氧作为还原剂。以氢还原铁氧化物的反应也称为间接还原。 （1） H2还原反应特点及温度的影响570时： 3Fe2O3+ H2 2Fe3O4 + H2 O 21813kJ Fe3O4+ H2 3FeO + H2 O 63597kJ FeO+ H2 Fe + H2 O 2771

74、7kJ570时： 3Fe2O3+ H2 2Fe3O4 + H2 O 21813kJ Fe3O4+4H2 3Fe + 4 H2 O 146748kJ上述反应均为吸热反应。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材83江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材84（2）碳水蒸气反应的影响 当温度高于1000时，H2O（汽）会与焦炭发生下面的反应： H2OC H2CO 124450kJ这个反应叫碳水反应。这是由于高炉中有大量的焦炭存在，用H2还原铁氧化物的气相产物H2O（汽）在高温区也将发生这个反应，于是有： FeO+ H2 Fe + H2 O ） H2OC H2CO

75、两式加合后得到： FeO+ C Fe + CO由叠加结果可以看出，在高温时用H2还原铁氧化物也转化为直接还原。 H2只起传输氧的作用，最终消耗的是固体C。在高炉冶炼过程中氢气只能一部分参加还原，无喷吹高炉的氢气利用率大概为1/3。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材853.3.3 铁氧化物的直接还原和间接还原对焦比的影响1 直接还原和间接还原的比较（见下表）还原方式直接还原间接还原高炉内温度范围11001100还原剂CCO，H2还原产物COCO2，H2O热效应大量吸热放热或少量吸热铁氧化物氧化过程FeOFeFe2O3 Fe3O4Fe3O4FeOFeOFeFe3O4Fe江苏

76、沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材86 铁氧化物由Fe2O3还原到FeO是比较容易的，正常情况全部为间接还原。但从FeO还原为Fe，在高炉上部不能全部完成。这不仅是因为煤气不容易到达矿石内部，还在于矿石内部的温度不够。矿石内部未被还原的FeO随炉料下降进入下部的直接还原区，所以矿石中的FeO总有一部分是直接还原的。此外，由于成渣过程的进行，也有一部分FeO进入炉渣中，液体炉渣下降速度较快，也必然会有一部分进入高温区发生直接还原反应。 由于间接还原生成的气体产物CO2进入煤气，因此在石灰石用量不变的情况下，可以根据煤气中CO2的含量来判断煤气化学能的利用和间接还原反应发展的程

77、度。 在高炉中间接还原和直接还原的区域并非是固定不变的，这就要求高炉操作人员力求控制高温区不使其上移，以减少直接还原的发生，从而发展间接还原。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材872 还原度的概念 假设将铁的高级氧化物（Fe2O3， Fe3O4）还原到低级氧化物（FeO）全部是间接还原，则FeO中以直接还原的方式还原出来的铁量与从铁氧化物中还原出来的总铁量之比称为铁的直接还原度，用rd表示。rd =直接还原铁量/还原得到的总铁量 =直接还原铁量/（生铁中的总铁量炉料带入的铁量）相应的铁的间接还原度ri =1 rd 在高炉生产较稳定的情况下，直接还原度还是能够比较灵敏地反

78、映高炉内还原过程的变化。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材88 3 3 降低焦比的基本途径降低焦比的基本途径 降低焦比的基本途径大致有三个方面： （1）降低热量消耗。高炉内的热量消耗主要有：直接还原吸热；碳酸盐分解吸热；水分蒸发，化合物分解，碳水反应吸热；脱硫吸热；炉渣、生铁和煤气带出炉外的热量；冷却水和高炉炉体散热。（2）降低直接还原度。包括改善CO的间接还原和H2的还原，主要措施有：改善矿石的还原；控制高炉内煤气流的分布，改善煤气能量的利用情况；高炉综合喷吹（喷吹燃料配加富氧鼓风等）以及喷吹高温还原性气体等。 （3）增加非焦炭的热量收入和非焦炭的碳素收入。主要措施有

79、提高鼓风温度和喷吹燃料等。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材89 3.3.4 3.3.4 高炉中非高炉中非铁元素的元素的还原原 高炉内除铁元素外，还有硅、锰、磷等其他元素的还原。根据各氧化物分解压不同，可知铜、砷、钴、镍等最易还原，在高炉内几乎全部被还原；锰、钒、硅、钛等较难还原，只有部分进入生铁。1、硅的还原 生铁中的硅主要来自矿石中的脉石和焦炭的灰分中。SiO2是较稳定的化合物，它的生成热很大，反应式如下： SiO2 SiO2 116580kJSiO2分解压很小，比MnO还小，因此很难被还原。根据热力学的计算， SiO2用CO还原时，需要在1800以上的高温才可以进

80、行，显然高炉条件下用CO和H2还原SiO2是不可能的。在液态下用固体碳还原也需要1700以上的高温，并且吸收大量的热。硅的还原过程是按SiO2 SiO O的顺序逐级进行的，而中间产物SiO的（饱和）蒸汽压力都很大，所以在还原过程中极易挥发成气体。气体的SiO在上升过程中和焦炭接触并与其发生反应，使硅的还原过程分为两步进行，这就促进了硅的还原，其反应式为： SiO2 C SiO CO， SiO C Si CO 江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材90未还原的SiO在高炉上部重新氧化，凝结成白色的SiO2微粒，部分随煤气逸出部分随炉料下降。在高炉中，由于炉渣中的SiO2常与C

81、aO和MgO等结合成复杂化合物，使得SiO2的还原变得更加困难，但是高炉冶炼条件下仍有大量的硅还原进入生铁。这主要是因为在高炉冶炼的条件下存在着有利于硅还原的条件。首先，在风口燃烧带的高温条件下发生反应：SiO2 C SiO气CO，而SiO易挥发。气态的SiO与焦炭接触良好，因而促进了硅的还原，发生反应： SiO 气C Si CO。另外，风口前气化产生的SiO与下降的铁液接触，被铁液中的C所还原产生的Si很容易进入生铁，反应式SiO 气C SiCO。其次，由于还原产生的硅溶于铁中形成FeSi化合物，如FeSi， Fe3Si和FeSi2等，同时放出热量，抵偿了部分热量消耗。由于铁的存在，有利于硅

82、的还原。冶金工作者常用生铁中的含硅量来表示炉温。这是因为硅无论从液态中还原还是从气态中还原，都需要很高的温度，炉缸温度越高，还原进入生铁的含硅量越多。生产统计表明，炉缸温度（渣、铁）与生铁含硅量成直线关系。因此，通常用生铁含量来表示炉温，生铁含硅量称为炉缸温度的代名词。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材912、锰的还原 锰是高炉冶炼中经常遇到的金属，又是贵金属。高炉中的锰主要是由锰矿石带入的。高炉内锰氧化物的还原也是从高价向低价逐级进行的，其顺序为： MnO2 Mn2O3 Mn3O4 MnO Mn用气体还原剂很容易把高价锰的氧化物还原成氧化锰，其反应式如下： 2MnO2

83、 +CO Mn2O3 +CO2 226797kJ 3 Mn2O3 +CO 2Mn3O4 + CO2 170203kJ Mn3O4+CO3 MnO +CO2 51906kJ以上反应在高炉冶炼条件下较易进行。 MnO是相当稳定的化合物，它的分解压比FeO小得多，在1400的条件下用H还原时平衡气相中只有0.16%的HO，用CO还原时则只有0.03%的CO。由此可见，高炉冶炼条件下MnO的还原不可能由低温区的间接还原反应获得，只能由高温区的直接还原反应获得。其反应式为：江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材92 MnO+C焦Mn +CO 287550kJ当温度为11001200时

84、，锰的高级氧化物已还原成MnO，而MnO未开始还原就与SiO2脉石中的组成硅酸盐浸入熔融的炉渣中。含MnO的炉渣熔点很低，在11501200时即可熔化，因此，绝大部分锰是从液态初渣中以直接还原形式还原出来的。由于MnO在炉渣中大部分以硅酸锰的形态存在，就更难还原，要求还原温度在1500以上，高温是还原锰的首要条件。其最后一步还原耗热是铁的两倍。高炉内也存在利于锰还原的条件，这就是锰可以熔于铁液中，这有助于MnO还原的进行。试验证明，有铁存在时， MnO在1030就开始还原；其次，高炉中有大量的C存在，在温度高于1100时能生成Mn3C，它是放热反应，有助于MnO还原这一吸热反应的进行；同时，

85、Mn3C中的C能强烈地从MnO中还原出Mn；最后，高炉中含有大量的CaO，也能促进MnO的还原（置换MnSiO3 中的MnO ，同时反应放热。Mn在高炉内有部分被氧化成Mn3O4挥发，有5% 10%的锰挥发进入煤气。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材933、磷的还原 磷在炉料中主要以磷酸钙（CaO）3P2O5和蓝铁矿的形式存在。磷酸钙在12001500被碳还原，反应式为：（CaO）3P2O5 5C3 CaO 2P 5CO在有SiO2存在时，可加速磷酸钙的还原，其反应式为：2（CaO）3P2O5 3SiO2 3（CaO）2SiO2 2P2O5 2P2O5 10C4P 10

86、CO以上两式加和后得：2（CaO）3P2O5 3SiO2 10C 3（CaO）2SiO2 4P 10CO还原出来的P与Fe结合生成Fe3P和Fe2P等化合物并放出热量，因此有Fe存在时也有利于P的还原。蓝铁矿（FeO）3P2O5 8H2O在脱水后也比较容易还原，在900时用CO作为还原剂，P就可以还原出来（用H2为700），到1100 1300时，还原进行的很完全。高炉冶炼普通生铁时，磷几乎全部进入生铁。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材944、硫的还原 高炉内硫主要来自矿石、熔剂和燃料中，矿石和石灰石中的硫主要以黄铁矿（ FeS2）和硫酸盐等形式存在，酸性烧结矿、球团

87、矿中主要为FeS，自熔性烧结矿和球团矿中还有CaS。焦炭中的硫包括有机硫、硫化物和硫酸盐，其中焦炭中的硫是高炉内硫的主要来源。炉料在下降过程中，焦炭含硫量逐渐减少，到达风口时约有已气化，其余的在风口前燃烧生成SO2进入煤气。煤气中的硫大部分以H2S的形态存在，小部分以其他形态存在。煤气再上升过程中经过滴落带、软熔带和块状带，所含的硫大部分又被炉渣、铁和炉料所吸收，在炉内形成循环。被吸收的硫少部分进入铁中以FeS的形态存在，大部分以（CaS）的形式进入渣中。除被吸收的硫外，另外还有一小部分随煤气逸出炉外。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材955、铅、锌和砷的还原 铅在炉料

88、中常以PbSO4和PbS等形态存在。铅是易还原金属，在高炉内可以全部被还原。铅的熔点为327，到1550可以沸腾。在高炉条件下，部分铅挥发上升，而后又被氧化，随炉料下降，再次被还原，在炉内形成循环富集。 锌在矿石中以ZnS的形态存在，有时也以碳酸盐或硅酸盐的形态存在。 还原的锌很容易挥发，挥发的锌到高炉上部，被二氧化碳或水蒸气重新氧化成氧化锌，部分氧化锌被煤气带出炉外，部分随炉料下降，再被还原后在炉内循环富集。部分锌蒸气渗入炉衬，在炉衬中冷凝，并被氧化成氧化锌，体积膨胀，破坏炉墙。凝结在炉墙内壁上的氧化锌若长久集聚，则易形成炉瘤。 砷是有害元素，它能降低生铁和钢的性能，使钢冷脆，特别能降低钢材

89、的焊接性能。砷易还原，进入生铁。 当高炉使用含铅、锌、砷的炉料时，一般都先在炉外进行氯化焙烧，等其回收后再进行高炉冶炼。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材966、碱金属 高炉炉料中所含的碱金属主要以硅铝酸盐或硅酸盐的形态存在，这些碱金属化合物落至高炉下部的高温区时，一部分进入炉渣中；一部分被还原成K和Na或生成KCN和NaCN气体，随煤气上升至CO2浓度较高或温度较低的区域，除被炉料吸收及随煤气逸出外，其余则被CO2重新氧化变为氧化物或碳酸盐，当有二氧化硅存在时可生成硅酸盐，粘在炉料上或被煤气带走。被炉料粘附和吸收的碱金属化合物又随炉料下降，再次被还原和气化，如此循环而

90、积累，导致高炉难以操作。在高炉中上部易生成液态或固态粉末状的碱金属化合物，它能黏附在炉衬上，导致炉墙结厚或结瘤，从而破坏了炉衬。 防止碱金属危害的措施有：（1）减少入炉炉料中的碱金属含量，降低碱负荷；（2）提高炉渣的排碱能力。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材973.3.5 3.3.5 生生铁的形成的形成 矿石中已还原出来的金属铁，随着温度的升高和渗碳反应的进行，逐渐由固态变为液态，在下降的过程中，吸收易还原出来的其他元素，最后进入炉缸，形成高炉冶炼的最终产物生铁。由此可见，生铁的形成过程主要是渗碳和其他元素进入的过程。 高炉内铁也的最终含碳量是不能随意控制的，它与冶炼

91、品种有关，凡是铁液中能与碳形成化合物的元素（如锰、铬、钒和钛等）都能促使生铁含碳量的增加；反之，凡能使碳化物分解的元素（如硅、磷和硫等）都能促使铁液中含碳量相应降低。如锰铁的含碳量在6%-7%，而硅铁的含碳量只有2%左右。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材983.4 3.4 高炉炉渣高炉炉渣3.4.1 炉渣概述3.4.1.1 炉渣的主要来源及主要成分 炉渣的主要来源有（1）矿石中的脉石；（2）燃料中的灰分；（3）熔剂中的氧化物；（4）被侵蚀的炉衬；（5）矿石中的其他氧化物，如FeO和MnO等。炉渣碱度就是指炉渣中碱性氧化物的含量与酸性氧化物含量的比值。常用二元碱度表示，

92、即R=（CaO）/（SiO2）。当氧化镁和三氧化二铝含量高时，也采用三元或四元碱度表示。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材993.4.1.2 炉渣的作用与要求1、炉渣的作用 炉渣的作用主要有几个方面：（1）由于炉渣具有熔点低、密度小和不熔于生铁的特点，使渣、铁得以分离，保持高炉的正常生产。熔渣的密度一般为2.2-2.5t/m，铁液的密度为7.0t/m。（2）能去除生铁中的硫并有利于选择或抑制硅和锰等元素的还原，故炉渣具有调整和控制生铁成分和质量的作用。（3）初渣的生成形成了软熔带和滴落带，对高炉内煤气流的分布及炉料的下降均产生影响。因此，炉渣的性质、数量以及生成的位置对

93、炉料顺行和炉缸热制度起着直接作用。（4）炉渣随着在炉墙上形成渣皮，对炉衬起保护作用，但另一方面也可能对炉衬产生一定的侵蚀作用，因此，炉渣的成分和性质直接影响着高炉的使用寿命。 江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1002、冶炼过程中高炉炉渣应满足的要求 （1）炉渣应具有合适的化学成分及良好的物理性能，在高炉内能熔融成液体，实现渣、铁分离。 （2）应具有较强的脱硫能力，以保证生铁质量。 （3）有利于高炉炉况顺行。 （4）炉渣成分具有调整生铁成分的作用。 （5）有利于保护炉衬，延长高炉的使用寿命。 上述要求主要取决于炉渣的黏度、熔化性和稳定性，而这些又主要由炉渣的化学成分以及

94、矿物组成所决定，同时操作制度对这些性质也有重要影响。3.4.2 高炉造渣过程 高炉炉渣按其形成过程有初渣、中间渣与终渣之分。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材101初渣是指炉身下部或炉腰处刚开始出现的液相炉渣；中间渣是指处于下降过程并且成分和温度都不断变化的炉渣；终渣是指已经下降到炉缸并最终从炉内排出的炉渣。1、初渣的形成 初渣的形成包括固相反应、软化、熔融、滴落几个阶段。 （1）固相反应。在高炉上部块状带发生各种物质的固相反应，形成部分低熔点化合物。固相反应主要是在脉石与熔剂或脉石与铁矿石之间进行的。（2）矿石的软化。随着炉料下降，温度升高，固相反应生成的低熔点化合物

95、逐渐开始熔化，最终完全熔融变成流动状态。软化阶段只是脉石从固态变为液态的一个过渡期，是造渣过程对高炉顺行影响较大的一个环节。 （3）生成初渣。从矿石软化到熔融、滴落就形成了初渣。由于还原得到的FeO易与SiO2结合成低熔点硅酸铁，江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材102所以初渣中FeO的含量较高。矿石越难还原，初渣中其含量越高，这也是初渣与终渣在化学成分上的最大区别。高炉内形成初渣的区域称为成渣带，即软熔带。2、中间渣的变化 初渣在滴落过程中，随温度的升高，一方面初渣中的FeO因不断被还原而减少，并且由于硅和锰的还原使SiO2和MnO进入炉渣的含量也有所降低；另一方面炉

96、渣的流动性随温度的升高而增加。所以，中间渣中的化学成分和物理性质都处于变化中，并且它的温度、成分和流动性之间相互影响。中间渣的这种变化反映高炉内造渣过程的复杂性对高炉冶炼过程的明显影响。当使用天然矿和石灰石冶炼时，熔剂在炉料中不可能非常均匀，容易造成炉温和中间渣成分的剧烈变化，导致炉渣黏度发生巨变，引起高炉炉况不顺、悬料、崩料甚至结瘤。使用成分稳定的人造富矿冶炼时，只要注意操作制度和炉温稳定，就可以基本排除以上弊病。因此，使用热态强度高的焦炭，保证高炉内煤气流的正常分布式中间顺利滴落的基本条件。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1033、终渣的形成 中间渣通过风口区时，

97、焦炭和喷吹煤粉燃烧后的灰分参与造渣，使渣中Al2O3和SiO2的含量明显增高，而CaO和MgO的含量都比初渣、中间渣相对降低。铁液穿过渣层和渣铁界面发生的脱硫反应使渣中CaS的含量增加。最后，从不同部位和不同时间聚集到炉缸的炉渣混合均匀，形成终渣，其成分和性能基本稳定。终渣的成分是根据冶炼条件，经过配料计算确定的，若偏差较大，可调整配料使其达到适宜的成分。4、造渣过程中炉渣成分的变化和炉缸内的化学反应 （1）炉渣成分的变化。在初渣形成过程中FeO和MnO含量较高，炉腹上部达50%，下部8%，说明这一带进行了大量的直接还原。 Al2O3的含量在初渣中只有3%-5%，下降到风口区以后有所提高，说明

98、燃料灰分中的Al2O3参与了造渣。初渣中碱金属氧化物的含量较多，到炉缸时降低。这是因为在风口高温区时有部分挥发，在高炉中上部存在循环富集。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材104 （2）炉缸内的化学反应。 炉腹中部以上生铁含碳量不超过0.5%。进入炉缸之前渗碳完成80%以上，即大量渗碳反应是在高温区及炉缸附近进行的。 风口部位生铁的含硫量超出成品铁含硫量的8倍以上，即大量的脱硫反应是在炉缸部位进行的。 生铁中的硅和锰的含量在炉缸之前均高于成品铁，说明风口带出现再氧化过程。3.4.3 3.4.3 高炉炉渣的性高炉炉渣的性质及影响因素及影响因素 高炉炉渣的性质与其化学成分有

99、密切关系，其中碱度对炉渣的性质影响很大。对高炉生产有直接影响的炉渣性质是熔化性、黏度、稳定性和炉渣的起泡性等，这些性质直接影响高炉下部各种物理、化学过程的进行。在高炉生产中为确保高产、优质、低耗，希望高炉炉渣具有适宜的熔化程度、较小的黏度、良好的稳定性和较小的起泡性。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1051 1、炉渣熔化性、炉渣熔化性 是指高炉炉渣熔化的难易程度，它可以用熔化温度和熔化性温度两个指标来表示。 （1）熔化温度。熔化温度是指固体炉渣加热时，炉渣固相完全消失，完全熔化为液相的温度，即液相线温度（熔点）。炉渣不是纯物质，因此没有固定的熔点，炉渣从开始熔化到完全

100、熔化是在一定的温度范围内完成的。高炉冶炼要求炉渣的熔化温度在一定范围，超出范围对高炉冶炼不利。 （2）熔化性温度。熔化性温度是指炉渣从不能流动转变为能自由流动的温度。熔化性温度高，表示炉渣难熔；反之，则易熔。熔化性温度可以通过测定炉渣再不同温度下的黏度，然后画出黏度温度曲线上的转折点所对应的温度就是炉渣的熔化性温度。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材106 炉渣粘度与温度的关系碱性渣碱性渣：具有急：具有急剧转折点，俗称折点，俗称短渣或石短渣或石头渣。渣。酸性渣酸性渣：无明无明显转折点，俗称折点，俗称长渣或玻璃渣。渣或玻璃渣。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂

101、培训教材教材107江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材108 a、短渣（曲线A）温度降低到一定值后，粘度急剧上升（斜率大）。此时渣的碱度大于1.0，称为碱性渣。正常操作的高炉渣一般为碱性渣，以碱性氧化物为主。 b、长渣（曲线B）随温度下降粘度上升缓慢。此时炉渣的碱度小于1.0,称为酸性渣，以酸性氧化物为主。 （3）炉渣熔化性对高炉冶炼的影响。 a、对软熔带位置的影响。难熔炉渣开始软化温度较高，在高炉内软熔带的位置低，软熔层薄，有利于高炉顺行。但在高炉温度不足情况下可能使黏度升高，影响料柱透气性，又不利于高炉顺行。易熔炉渣在高炉内软熔带位置较高，软熔层厚，不利于高炉顺行，而

102、另一方面易熔炉渣的流动性好，利于高炉顺行。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材109 b、对高炉炉缸温度的影响。难熔炉渣在熔化前吸热多，进入炉缸时携带热量多，利于提高炉缸温度。反之，易熔炉渣在熔化前吸热少，对提高炉缸温度不利。 c、影响高炉内的热能消耗。难熔炉渣要消耗更多的热量，流出炉外时带出的热量较多，热损失增加，使焦比增高。相反，易熔炉渣有利于降低焦比。 d、对炉衬使用寿命的影响。当炉渣熔化性温度高于某处炉墙温度时，在此炉墙处炉渣容易凝结形成渣皮，对炉衬起到保护作用。反之，易熔炉渣的熔化性温度较低，在炉墙处不易形成渣皮，反而流动性过大会侵蚀炉衬。江苏沙钢集团江江苏沙沙

103、钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1102、炉渣黏度 炉渣的黏度是指炉渣流动性的倒数。它会直接影响高炉顺行和生铁质量指标。 （1）炉渣黏度的物理意义与单位。黏度是指流体的流动速度不同时，相邻液层之间产生的内摩擦因数。其物理意义是：在单位面积上，相距单位距离的两液体层之间，为维持单位速度差必须克服的内摩擦力。黏度的单位用帕秒（Pas）表示。通常要求高炉的炉渣黏度范围为0.52 Pas，最好在0.40.6 Pas之间。对高炉冶炼有重要影响。 江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材111（2）影响炉渣黏度的因素。影响炉渣黏度的因素主要是炉渣的温度和炉渣的化学成分。 a、温度的影

104、响。从前面的炉渣黏度温度曲线可知，随着温度的升高，炉渣黏度降低，流动性变好。但是碱性渣和酸性渣有区别，碱性渣在温度高于炉渣熔化性温度后黏度很低，以后变化不大；酸性渣在温度高于炉渣熔化性温度后黏度也随温度升高而降低，但是炉渣黏度仍高炉碱性渣。 b、炉渣成分的影响。SiO2的影响。 在炉渣中SiO2的含量对黏度有很大的影响， SiO2含量为35%左右时，黏度最低，再增加其含量，则碱度不断增高。CaO的影响。 CaO对炉渣碱度的影响与SiO2相反。随着炉渣中的CaO 含量不断增加，可使黏度逐渐降低，直至黏度的最低点。超过黏度最低点后再增加CaO的含量会使黏度急剧增加。Al2O3。 Al2O3的影响比

105、CaO和SiO2都小， 在一般情况下含量都在10%以内。MgO。 MgO对炉渣黏度的影响与CaO类似。在常见的高炉炉渣范围内，当MgO含量小于8%时，增加其含量将使黏度降低；含量大于8%时，继续增加MgO含量，黏度变化不明显；当MgO含量超过一定值后，炉渣黏度升高。一般条件下，炉渣中MgO的含量控制在7%12%是适宜的。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材112（3）炉渣的黏度对高炉冶炼的影响。 a、黏度的高低影响成渣带以下料柱的透气性。黏度过高的初渣堵塞炉料之间的间隙，从而增加煤气上升的阻力。同时，这些炉渣也易在炉腹部位结成炉瘤，引起炉料下降不顺，形成崩料和悬料。 b、

106、炉渣的脱硫能力。高炉冶炼希望炉渣黏度低一些，流动性好，利于脱硫，但是也不能过低，过低会侵蚀炉衬，反而影响炉衬寿命。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1133、炉渣的稳定性。 炉渣的稳定性是指炉渣的熔化性和黏度随其成分和温度变化而波动的幅度大小。当炉渣的成分和温度波动时，其熔化性和黏度变化不大或保持在允许范围内，这样的炉渣称为稳定渣，反之称为为不稳定渣。 炉渣的稳定性分为热稳定性和化学稳定性。炉渣在温度波动时保持稳定的能力称为炉渣的热稳定性。炉渣在成分波动时保持稳定的能力称为炉渣的化学稳定性。通常碱度为1.01.2的炉渣熔化温度和黏度都比较低，稳定性比较好，适于高炉冶炼。

107、长渣虽然稳定性好，但是不能满足脱硫需要和炉况稳定，所以不适用于高炉冶炼。4、炉渣的起泡性。 冶炼过程中，当有大量的气体进入炉渣并以气泡的形式分散于炉渣时，则形成具有相界面很大的分散体系，称为泡沫渣。泡沫渣的形成与炉渣的起泡性有关。炉渣中表面活性物质（SiO2和P2O5）的存在能提高炉渣的起泡性。泡沫渣不利于高炉冶炼，因此冶炼中应避免出现泡沫渣。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1143.5 燃料的燃烧和热交换 入炉焦炭中的碳素除少部分消耗于直接还原和渗碳外，大部分下降到风口前被鼓风所燃烧。焦炭在炉缸中的燃烧对高炉冶炼有以下重大意义： 第一，在炉缸中不断形成自由空间，为上

108、部炉料的连续下降创造了基本条件。 第二，生成还原过程中所必需的气体还原剂CO。 第三，放出大量的热量，以满足高炉对炉料的加热、分解、还原、熔化、造渣等过程的需要。 第四，焦炭在炉缸风口前的燃烧形成燃烧带及煤气初始分布，某种程度上决定着高炉内煤气流的合理分布，以及炉况顺行等。因此，焦炭在风口前的燃烧是整个高炉冶炼能够顺利进行的基本原理。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1153.5.1 炉缸内燃料的燃烧1、燃烧反应 炉缸内的燃烧反应是在充满焦炭的环境中进行的，由此，燃烧反应的最终产物是CO、H2、N2，而没有CO2。按普遍规律，碳的燃烧总是同时生成CO和CO2 ，最终燃烧

109、产物取决于燃烧体系中O和C的数量。氧充足时，初始形成的CO与O2反应生成，最终产物是CO2 ；在碳过剩时，初始形成的CO2与C发生反应生成CO，最终产物为CO。2、燃烧带 风口前燃料燃烧反应的区域称为燃烧带，它包括氧化区和还原区。有自由氧存在的区域称为氧化区，其反应式： C+ O2 = CO2 。从自由氧消失直到CO2消失的区域称为还原区，此区域内的反应式为： CO2+ C =2CO 。 （1）层状燃烧。冶炼强度较低时，从风口鼓入的鼓风动能很小时，由于吹不开风口前的焦炭，焦炭基本处于静止状态，燃烧过程是分层进行的。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材116如右图所示为风口

110、前沿径向煤气成分的变化曲线。在燃烧带内，当氧过剩时，碳首先与氧反应生成CO2 ，只有当含氧量开始下降时，CO2才与C反应，使CO含量急剧增加，的含量逐渐降低直至消失。燃烧带的位置可以按照CO2消失的位置确定，常将CO2的含量降到1%-2%的位置定为燃烧带的界限。喷吹燃料后，水作为喷吹燃料中碳氧化合物的燃烧产物和CO2一样，起着将氧带到炉缸深处的作用。此时，可将水的含量为1%-2%的位置定位燃烧带的边缘江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材117（2）回旋运动燃烧。由于高炉冶炼强度高且风口风速大（100-200m/s)，风口前焦炭在强大气流冲击下作回旋运动。风口前形成一个疏散

111、而近似球形的自由空间，称为风口回旋区。风口前回旋区与燃烧带的范围基本一致，但回旋区是指在鼓风动能作用下焦炭做机械运动的区域，而燃烧带是指燃烧反应的区域，它是根据煤气成分来确定的。回旋区前端就是燃烧带氧化区的边缘，而还原区在回旋区的外围焦炭层内。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1183.5.2 理论燃烧温度与炉缸内的温度分布1、理论燃烧温度 理论燃烧温度是指风口前焦炭燃烧所能达到达到的最高的平均温度，即假定风口前燃料燃烧放出的热量（化学热）以及热风和燃料带入的物理热全部传给燃烧产物时达到的最高温度，也就是炉缸煤气尚未与炉料参与热交换前的原始温度。其表达式如下：T理=（Q

112、碳素 Q鼓风Q燃料Q水解Q燃解）V煤气C煤气式中Q碳素碳素燃烧为CO放出的化学热， kJ Q鼓风鼓风带入的物理热， kJ Q燃料燃料带入的物理热， kJ Q水解燃料和鼓风中水分分解耗热， kJ Q燃解喷吹燃料热分解耗热， kJ V煤气碳在风口前燃烧形成的煤气量，m C煤气燃烧形成的煤气的平均比热容，kJ/（m3）江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材119由于高炉内实际的燃烧温度难以计算，所以通常采用理论燃烧温度来代表燃烧温度。从上式可以看出，风温越高，带入热量越多， T理越高；鼓风湿度越大，水分分解耗热越多， T理越低；鼓风中氧气含量越高，氮气含量越低，则生成煤气量越少，

113、此时虽因鼓风带入的物理热减少但是由于煤气体积减少幅度较大， T理会显著升高；喷吹燃料越多，燃料分解耗热越大，同时会使煤气体积增加， T理越低。 理论燃烧温度的高低对高炉冶炼有很大的影响。 T理越高说明同样体积的煤气含有较多的热量，可以把更多的热量传给炉料，利于炉料的加热、分解、还原过程的进行。同时较高的T理可以加速喷吹燃料的燃烧，改善其利用率。但是也不是说T理越高越好，过高的T理会使煤气体积显著增大，煤气流速加快，使得炉料下降的阻力增高，不利于炉况顺行。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1202、炉缸煤气温度的分布 为了充分利用煤气的热能，高炉炉顶温度应尽可能低些，使热

114、量集中于最需要热量的炉缸。煤气是高炉内唯一的载热体，炉内的热量分布与煤气分布有密切关系。煤气在炉内分布合理与否，对煤气热能的利用有重要意义。 产生煤气的燃烧带是炉缸内温度最高的区域。在燃烧带内其温度又与煤气中的CO2含量相对应, CO2含量高的地方，也是温度的最高点。 影响高炉炉缸中心温度的主要因素有：焦炭负荷和煤气热能利用情况；风温、鼓风成分以及炉缸中心煤气量分布的状况；所炼生铁的品种及造渣制度；炉缸内的直接还原度；燃料的物理、化学性质以及炉缸料柱的透气性。 炉缸内温度分布不仅沿炉缸半径方向不均匀，沿炉缸圆周温度分布也不完全均匀。各风口前温度不同的原因主要有：布料不均匀，下料速度不均匀；风口

115、进风不均匀，靠近热风主管一侧的风口可能进风稍多些，另一侧的风量就小些，另外，热风管混风不均匀也可能造成进风时风温和风量的不均匀；铁口和渣口位置的影响（下料）。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材121 为使高炉炉缸冶炼工作均匀、活跃以及炉缸中心有足够的温度，其重要措施是采用合理的送风制度和装料制度。生产中采用不同口径的风口调剂风口前的进风情况，以确保炉缸温度分布尽可能均匀合理。操作人员可以通过风口窥视孔观察和比较其亮度及焦炭的活跃情况，从而判断炉缸的热制度和圆周的下料情况。3.5.3 3.5.3 燃燃烧带的大小与其影响因素的大小与其影响因素1、燃烧带的大小对高炉冶炼的影响

116、（1）对炉缸温度分布的影响；（2）对高炉顺行的影响；2、影响燃烧带大小的因素（1）鼓风动能（2）燃烧反应速度（3）炉缸料柱阻力江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1223.5.4 高炉下部调剂 高炉的下部调剂就是通过改变进风状态控制煤气流的初始分布，使整个炉缸温度分布均匀、稳定，热量充沛，工作活跃，也就是控制是适宜的燃烧带与煤气流的合理分布。经常调剂的鼓风参数有风温、风量、喷吹量、氧气量和鼓风湿度等。3.5.5 煤气上升过程中的变化1、体积和成分2、压力3、温度3.5.6 高炉内的热交换1、热交换的基本规律（三个方面）2、水当量的概念3、高炉上部热交换及影响高炉炉顶温度的

117、因素4、高炉下部热交换及对炉缸温度的影响因素江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1233.6 炉料和煤气运动3.6.1 炉料的下降与力学分析1、炉料下降的空间条件2、炉料下降的充分条件3、影响炉料有效重力和煤气压差3.6.2 有液态渣、铁区域的煤气流动1、渣、铁液体在滴落带时的液泛现象2、通过软熔带时的煤气流动（1）形状（2）高度和宽度（3）厚度江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1243.6.3 炉料运动与冶炼周期1、高炉内的炉料运动2、冶炼周期3、非正常情况下的炉料运动3.6.4 高炉内煤气流分布1、煤气流分布的基本规律2、合理的没气流分布3.6

118、.5 高炉的上部调剂1、上部调剂的作用2、炉料的性质对布料的影响3、装料制度对炉喉布料的影响4、炉形及其他因素对布料的影响江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1253.7 3.7 高炉高炉强化冶化冶炼3.7.1 高炉强化冶炼途径和方向1、提高高炉生产效率的途径2、冶炼强度提高的标志3.7.2 精料1、提高矿石品位2、增加熟料比3、稳定炉料成分4、加强炉料的整粒5、改善人造富矿的质量6、合理的炉料结构3.7.3 高风温1、高风温对冶炼的影响2、提高风温的效果江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1263.7.4 高压操作1、高压操作高炉的设备系统2、高压

119、操作对冶炼过程的影响3、高压操作的效果4、高压操作的特点5、高压操作的前景及必备的条件3.7.5 富氧鼓风1、富氧鼓风对冶炼过程的影响2、富氧鼓风的效果3、富氧鼓风的发展前景3.7.6 喷吹燃料1、喷吹燃料对冶炼过程的影响2、喷吹燃料的效果3、喷吹燃料后的高炉操作4、喷吹燃料的发展前景5、高炉喷吹煤粉的工艺流程3.7.7 延长高炉使用寿命江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材127高炉高炉炼铁基基础知知识1 1 概述概述2 2 高炉冶高炉冶炼原理原理3 3 高炉本体及附属系高炉本体及附属系统4 4 高炉操作高炉操作江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1

120、28炼铁高炉炼铁非高炉炼铁渣铁处理系统煤气除尘系统喷吹系统高炉矿石 焦炭煤空气炉渣 铁水炉尘净煤气风机热风炉高炉及其附属系统供料系统送风系统一、概述江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材129鱼雷雷车lumpore主主输输送送帶帶鼓鼓风机机热风炉炉除除尘尘器器洗洗涤器器烟囱烟囱配料配料间间炉炉顶回收回收电BFG储槽槽冷空气冷空气热风混合混合气气调湿系湿系统废气气鼓鼓风风嘴嘴出出铁铁口口无无钟钟罩式罩式炉炉顶顶高高炉炉sintercokeflux高炉作业流程江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1301.1 1.1 高炉冶高炉冶炼过程及其特点程及其特点高炉

121、炼铁的本质是铁的还原过程，即焦炭做燃料和还原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料的铁，从氧化物或矿物状态（如Fe2O3、Fe3O4、Fe2SiO4、Fe3O4TiO2等）还原为液态生铁。冶炼过程中，炉料（矿石、熔剂、焦炭）按照确定的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉内。从下部风口鼓入的高温热风与焦炭发生反应，产生的高温还原性煤气上升，并使炉料加热、还原、熔化、造渣，产生一系列的物理化学变化，最后生成液态渣、铁聚集于炉缸，周期地从高炉排出。上升过程中，煤气流温度不断降低，成分逐渐变化，最后形成高炉煤气从炉顶排出。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材131江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集

122、集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材132江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材133江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材134江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材135 高炉冶炼特点 (1)高炉冶炼是在炉料与煤气流逆向运动过程中完成各种错综复杂的化学反应和物理变化的，炉内主要是还原性气氛。 (2)高炉是密闭的容器，除装料、出铁、出渣及煤气外，操作人员无法直接观察到反应过程的状况。只能凭借仪器仪表间接观察炉内状况。 (3)高炉是连续的、大规模的高温生产过程，机械化和自动化水平较高。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材

123、教材1361.2 1.2 高炉高炉炼铁的原料和的原料和产品品高炉冶炼的主要原料是铁矿石、燃料、鼓风。高炉冶炼的主要产品是生铁、高炉渣和高炉煤气。高炉渣和高炉煤气为副产品。 生生铁生铁可分为炼钢生铁、铸造生铁。炼钢生铁供转炉、电炉炼钢使用。铸造生铁则主要用于生产耐压铸件。生铁是Fe与C及其它一些元素的合金。通常，生铁含Fe 94%左右，C 4%左右。其余为Si、Mn、P、S等少量元素。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材137一般来说，生铁和钢的化学成分主要差别是含含碳碳量量。钢中含碳量最高不超过2.11%2.11%。高炉生铁含碳量在2.54.5%范围，铸铁中不超过5.0%

124、（此时Fe3C含量约占75%，当铸铁中Fe3C达100%时，其含碳量为6.67%）。当铸铁中C5.0%时，铸铁甚脆，没有实用价值。而含碳量在1.62.5%之间的钢铁材料，由于缺乏实用性，一般不进行工业生产。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材138炼钢生铁作为转炉热装炼钢的原料，约占生铁产量的8090%。铸造生铁，又称为翻砂铁或灰口铁，用于铸件生产。其主要特点是含硅较高，在1.254.25%之间。硅在生铁中能促进石墨化，即使化合碳游离成石墨碳，增强铸件的韧性和耐冲击性并易于切削加工。铸造生铁约占生铁产量的10%左右。高炉还可生产特殊生铁，如锰铁、硅铁、镜铁（含1025%M

125、n）、硅镜铁（含913%Si，1824%Mn）等，主要用作炼钢脱氧剂和合金化剂。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材139此外，生铁中还可能含有部分微量元素。生铁中微量元素含量常以T为指标：T= Pb +Sn +Sb +As +Ti +V +Cr +Zn含微量元素很低的“高纯生铁”T0.1%。国内外适宜生产高纯生铁的矿源稀少。我国本钢生铁素有“人参铁”之称。它除P、S极低外，微量元素亦很低。其T0.08%，属国际高纯生铁范畴。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材140 高炉渣高炉渣由于冶炼矿石品位、焦比及焦炭灰分的不同，我国大中型高炉的单位生铁渣量在

126、0.30.5t之间。高炉渣主要成分是Ca、Mg、Si、Al的氧化物，其工业用途广泛。如在炉前急冷粒化成水渣，作成水泥和建筑材料；酸性渣还可在炉前用蒸汽吹成渣棉，作绝热材料。冶炼多元素共生的复合矿时，炉渣中常富集有多种元素（如稀土、钛等）。这类炉渣可进一步利用。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材141 高炉煤气高炉煤气冶炼每吨生铁可产生16003000m3的高炉煤气，其中含有约20%25%的CO，13%的H2，还有少量甲烷（CH4）等可燃气体。从高炉排出的煤气中含有大量的炉料粉尘，经过除尘处理可使含尘量降到1020mg/m3。除尘处理后的高炉煤气发热值约为33503770

127、kJ/m3，是良好的气体燃料。但高炉冶炼产生的煤气量、成分及发热值与高炉操作参数及产品种类有关。如高炉冶炼铁合金时煤气中几乎没有CO2。高炉煤气是钢铁联合企业的重要二次能源，主要用作热风炉燃料，还可供动力、炼焦、烧结、炼钢、轧钢等部门使用。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1421.3 1.3 高炉生高炉生产主要技主要技术经济指指标高炉生产的技术水平和经济效果可用如下技术经济指标来衡量： 有效容积利用系数()是指每立方米高炉有效容积、每昼夜生产的合格生铁量。 式中：P生铁日产量；V高炉有效容积，m3江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材143 焦比（

128、K） 是生产1吨生铁所消耗的干焦炭重量。显然，焦比愈低愈好。 式中：Q每日消耗焦炭量，kg/d。在喷吹燃料时，高炉的的能耗情况用燃料比（燃料比（K K燃燃）表示，即每吨生铁耗用各种入炉燃料之总和。 K燃（焦炭+煤粉+重油+）kg/t江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材144喷吹燃料按对置换比折算为相应的干焦（K）与实际耗用的焦炭量（焦比K）之和称为综合焦比（合焦比（K K综）。 K综（K + K）kg/t 冶炼强度（I） 每m3高炉有效容积每天消耗焦炭的重量。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材145利用系数、焦比和冶炼强度三者之间的关系为： 生生铁

129、合格率合格率 合格生铁量占高炉总产量的百分数。此外，优质生铁占生铁总量的百分数称为优质率。合格率和优质率都是生铁质量指标。对生铁质量的考查主要看其化学成分（如S和Si）是否符合国家标准。 休休风率率 高炉休风时间占规定作业时间的百分数。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材146 生生铁成本成本 生产1吨生铁所需的费用。 高炉一代寿命（炉高炉一代寿命（炉龄） 从高炉点火开炉到停炉大修之间的历程，或高炉相邻两次大修之间的冶炼时间叫做高炉一代寿命。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材147二、高炉冶炼原理2.1 2.1 高炉内各区域高炉内各区域进行的主要反

130、行的主要反应为了弄清高炉内各部分的反应及变化规律，人们曾多次对正在运行中的高炉突然停炉，并用水或氮气进行急冷，使炉内物料保持生产时的原状，然后对其解剖分析，以揭示高炉内部的奥秘。大量解剖研究表明，炉料常降过程分布是呈层状的，直至下部熔化区域，但炉料中焦炭在燃烧前始终处于固体状态而不软化熔化。由下图可知，高炉冶炼过程大致可分为块状、软熔、滴落、焦炭回旋和炉缸五带。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材148高炉冶炼过程中炉内炉料下降过程状态的变化江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材149高炉内各区域主要反高炉内各区域主要反应及特征及特征江苏沙钢集团江江苏

131、沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1502.22.2燃燃烧反反应高炉内然料燃烧的意义高炉冶炼的燃料主要是焦炭，焦炭所含的碳素。除少数消耗于直接还原和溶入生铁外，绝大部分下降至风口与热风中的氧进行燃烧反应。从风口喷吹的燃料也在风口前燃烧。燃料燃烧放出大量的热，并产生高温还原性气体(CO,H2)，保证了炉料的加热、分解、还原、熔化、造渣等炉缸内渣铁反应的进行。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材151高炉冶炼的主要燃料焦炭中的碳除小部分在下降过程中参加直接还原和渗人生铁外，约70%进行燃烧反应。此外还有从风口喷入的燃料(重油、天然气、煤粉)中的碳等均在风口前发生燃烧反应

132、。 完全燃烧： 不完全然烧：高炉内燃烧反应在焦炭过剩条件下进行，即使在氧充足处产生的CO2也会与固体碳进行气化反应，如下式： 热风带入的氮在整个过程中不参与反应、带入的水分在高温下与碳发生反应：江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材152 理理论燃燃烧温度温度 理论燃烧温度，即风口前焦炭燃烧所能达到的最高平均温度，也即炉缸煤气尚未与炉料参与热交换前的原始温度。 理论燃烧温度是高炉操作中重要的参考指标。通常为提高理论燃烧温度可采取的主要措施，包括： (1)提高鼓风温度； (2)提高鼓风中氧气含量； (3)降低鼓风湿度； (4)减少喷吹量； (5)减少炉缸煤气体积。江苏沙钢集团

133、江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材153 随着高炉冶随着高炉冶炼强度的提度的提高和高和风速增大速增大(I00(I00200 200 m/s) m/s) 焦炭在焦炭在风口前随气流口前随气流一起运一起运动，形成一个非静，形成一个非静止的、疏散的、近似球形止的、疏散的、近似球形的自由空的自由空间，称，称为风口回口回旋区旋区。回旋区和燃回旋区和燃烧带风口回旋区示意口回旋区示意图江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材154 在回旋区外围有一层厚100300 mm的中间层，此层焦炭既受高速煤气流的冲击作用，又受阻于外围包裹的紧密焦炭，比较疏松，但又不能和煤气流一起运动。回旋

134、区和中间层组成焦炭在炉缸内进行碳燃烧反应的区域称为燃烧带。炉缸截面上燃炉缸截面上燃烧带的分布的分布江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材155影响燃烧带大小的因素主要有： 鼓风动能 指鼓风克服风口前料层阻力向炉缸中心扩大和穿透的能力。应控制合理。 燃烧反应速度 燃烧反应速度提高，燃烧带缩小。一般情况下，风温提高。燃烧反应速度加快，燃烧反应时间减少，燃烧带长度减小；鼓风中氧增加，燃烧反应速度加快，燃烧反应时间减少，燃烧带长度减小。 炉缸料柱压力 炉缸内料柱疏松，燃烧带延长；反之，燃烧带缩小。 焦炭性质焦炭粒度、气孔度、反应性等对燃烧带大小也有一定的影响。江苏沙钢集团江江苏沙沙

135、钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1562.3 2.3 炉料的蒸炉料的蒸发、挥发和分解和分解 入炉的炉料首先受到上升煤气流的加热作用，进行水分的蒸发、结晶水的分解、挥发物的挥发和碳酸盐的分解。水分的蒸发和结晶水的分解 炉料中水分存在形式以吸附水和结晶水两种形式。吸附水加热到105时迅速干燥和蒸发。吸附水的蒸发吸热使煤气体积缩小，煤气流速降低，减少了炉尘的吹出量，同时对炉顶装料设备和炉顶设备维护带来好处。结晶水也称化合水，一般存在于褐铁矿(nH2OFe2O3)和高岭土(Al2O32 SiO22 H2O)中随着温度升高到400600,结晶水在炉内大量分解。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁

136、厂培厂培训教材教材157l 挥发挥发物的物的物的物的挥发挥发 挥发物的挥发包括燃料中挥发物的挥发和高炉内其他物质的挥发，对于煤气成分和冶炼过程影响不大，但在高炉喷吹条件下，引起炉缸煤气成分的明显变化，对还原也有影响。所以应尽可能把燃料中的挥发物控制在下限水平。 除燃料中的挥发物外，还有一些化合物和元素进行挥发或循环富集，包括： (1)还原产物:S,P,As,K,Na,Zn,Pb,Mn等； (2)还原中间产物：SiO, PbO, K2O,Na2O等； (3)高炉内新生化合物：SiS,CS等。 另外炉料带入的CaF2等元素和化合物的挥发也会对高炉炉况和炉衬产生影响。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏

137、宏发炼铁厂培厂培训教材教材158l碳酸盐的分解 高炉内碳酸盐主要以CaCO3 , MgCO3 、FeCO3, MnCO3等形式存在，并以熔剂中的CaCO3为主。 石灰石分解后，大致有50%以上CO2参加反应，此反应的发生对于高炉冶炼将产生一定的危害；反应耗热，反应耗碳使焦比升高，反应产物CO2冲淡了还原气氛。为减少其危害通常可采用熔剂性烧结矿或球团矿，不加或少加石灰石，缩小矿石粒度等措施来降低焦比。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1592.4 2.4 还原反原反应 还原反应是高炉内的主要反应，还原反应所需要的热量约占炉内总热量需求的50%左右。还原的基本原理 还原反应

138、的基本通式: MeO+X = Me+XO式中MeO被还原金属氧化物; X还原剂; Me还原产物; XO氧化产物。 高炉炼铁常用的还原剂主要是CO、H2和C。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材160铁氧化物的还原 高炉内的铁氧化物主要有Fe2O3, Fe3O4,FeCO3, Fe2SiO4, FeS2等，但最后都是经FeO形态被还原成金属铁。 铁氧化物还原的基本反应在低温区和中温区, 570 t1000，用CO还原:间接还原江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材161 用H2还原:间接还原 间接接还原反原反应 除了Fe2O3Fe3O4之外，其余都为可逆

139、反应，并在一定温 度下达到平衡 由于是可逆反应，还原剂不可能被全部利用，因此需要一定的浓度 Fe2O3分解压力较大，可以全部被CO全部还原为Fe3O4，由于反应很容易进行对冶炼过程无影响，一般不加以讨论江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材162 各种铁氧化物的还原与分解顺序： 3Fe2O3 2Fe3O4 6FeO 6Fe 一半以上的氧是从FeO Fe ，所以FeO的还原意义重大。 温度小于570时还原顺序为：Fe2O3Fe3O4 Fe 温度大于570时还原顺序为： Fe2O3Fe3O4 FeO Fe江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材163 还原铁氧

140、化物在温度不超过9001000的高炉中上部，铁氧化物中的氧被煤气中的CO和H2夺取而生成CO2和H2的反应称为间接还原反应。用CO作还原剂，存在如下反应： 当T570时，还原反应分两步当T570时，还原反应分三步江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材164 CO间接还原反应的限度：从热力学可知，G主要是解决反应的可能性问题，而平衡常数K主要是解决反应的限度问题。对以上反应，平衡常数的计算方法如下：江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材165江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材166 CO间接还原反应的特点 由图可看出，曲线a、c、d

141、向上斜，曲线b向下斜，前者为放热反应，后者为吸热反应，三个放热反应一个吸热反应。 b 、 d 、 c三条曲线交于570，形成叉形图，在此温度下， Fe 、 FeO 和Fe3O4三固相平衡共存。曲线把图像分为四个区域，分别表示Fe 、 FeO 、 Fe3O4和 Fe2O3稳定存在的范围。从而可以判断各个区域稳定存在的凝聚相。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材167 FeO的还原具有特殊的意义，FeO+COFeCO2反应的平衡曲线位置最高，说明它平衡要求的CO最多，所以FeO最难还原。例如900时，用CO60的煤气（COCO2100）不可能将FeO还原成Fe，但完全可以将F

142、e3O4还原成FeO。根据煤气在炉内分布特点可知，FeO的还原主要产生在高炉的中下部，而Fe3O4还原成FeO，以及Fe2O3还原成Fe3O4主要在高炉的上部。根据高炉内煤气与炉料运动的特点，高温的CO在风口前端上升过程中首先把FeO还原为Fe，而剩余的CO也完全可以把Fe3O4还原成FeO。因此高炉的化学能利用率很高。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材168用用H H2 2作作还原原剂，反，反应如下：如下：当T570时，还原反应分两步：当T570时，还原反应分三步：江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材169江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁

143、厂培厂培训教材教材170 H2间接还原反应的特点 由图可看出，曲线1、2、3向下斜，曲线4(线未画)出向上斜，前者为吸热反应，后者为放热反应，三个吸热反应一个放热反应。1、2、3三条曲线交于570，形成叉形图，在此温度下， Fe 、 FeO 和Fe3O4三固相平衡共存。曲线把图像分为四个区域，分别表示Fe 、 FeO 、 Fe3O4和 Fe2O3稳定存在的范围。从而可以判断各个区域稳定存在的凝聚相。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材171H2与CO还原的气相平衡组成图当温度低于810：PH2O/PH2PCO2/PCO江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材

144、教材172 与CO还原一样，均属间接还原。反应前后气相体积没有变化，即反应不受压力影响。 除Fe2O3,的还原外，Fe3O4、FeO的还原均为可逆反应。在一定温度下有固定的平衡气相成分，为了铁的氧化物还原彻底，都需要过量的还原剂。 CO还原是三个放热反应一个吸热反应； H2的还原是三个吸热反应一个放热反应。 从热力学因素看810 以上时H2的还原能力高于CO还原能力， 810 以下时，则相反。 据统计。在入炉总H2量中，约有30%50%的H2参加还原反应并变为H2O，而大部分H2则随煤气逸出护外。 如何提高H2的利用率，是改善还原强化冶炼的一个重要课题。实践表明，H2在高炉下部高温区域还原反应

145、激烈，为在炉内参加还原H2量的85100，而直接代替C还原的H2约占炉内参加还原H2量的80%以上，另一少部分则代替了CO的还原。 H H2 2与与COCO的的还还原相比有以下特点原相比有以下特点: :江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材173 从反应的动力学看， H2与其反应产物H2O的分子半径均比CO与其反应产物CO2的分子半径小，因而扩散能力强。以此说明不论在低温或高温下，H2还原反应速度都比CO还原反应速度快。 在高炉冶炼条件下，H2还原铁氧化物时，还可促进CO和C还原反应的加速进行。因为H2还原时的产物H2O会同CO和CO2作用放出氧。而H2又重新被还原出来。继

146、续参加还原反应。如此，H2在CO和C的还原过程中，把从铁氧化物中夺取的氧又传给了CO或C起着中间媒介传递作用。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材174 用碳作用碳作还原原剂高炉内用碳作高炉内用碳作还原原剂还原原铁氧化物生成氧化物生成气相气相产物物COCO的反的反应称称为直接直接还原反原反应。其反。其反应式式为: : FeO+ C= Fe+CO FeO+ C= Fe+CO 矿石在软化和熔化之前与焦炭的接触面积很小，反应的速度则很慢。所以直接还原反应受到限制。在高温区进行的直接还原实际上是通过下述两个步骤进行：CO2+C=CO 这个反应成为碳的气化反应，是一个强的吸热反应。

147、江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材175 碳的气化反应不仅与温度、压力有关，还与焦炭的反应性有关。据测定，一般冶金焦炭在800 时开始气化反应，到1100时激烈进行。此时气相中CO几乎达100而CO2几乎为零。这样可认为高炉内低于800的低温区不存在碳的气化反应也就不存在直接还原，故称间接还原区域。大于1100 时气相中不存在有CO2，也可认为不存在间接还原，所以把这区域叫直接还原区。而在8001100 的中温区为二者还原反应都存在的区域。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材176非铁元素的还原 高炉内除铁元素外还有锰、硅、磷等元素的还原。根据各氧

148、化物分解压大小，可知铜、砷、钴、镍在高炉内几乎全部被还原；锰、矾、硅、钛等较难还原，只有部分进入生铁。 (1) 锰的还原 锰一般由锰矿带入，有的由矿石带入，锰氧化物还原与铁类似，由高价向低价逐级还原。6MnO23Mn2O3 2Mn3O4 6MnO 6Mn 气体还原剂CO和H2把MnO2还原为低价Mn比较容易，但只能由直接还原方式还原为Mn，其开始还原温度在10002000之间，其反应如下： 冶炼普通生铁时Mn有40%60%进入生铁，5%10%挥发进入煤气，其余进入炉渣。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材177(2) 硅的还原 高炉中硅主要来源于矿石中脉石和焦炭灰分中的S

149、iO2 或硅酸盐,为稳定化合物，比Fe，Mn难还原。Si只能在下部高温区(1300)以直接还原方式进行，且是逐级进行的。 当T1500时， 当T 1500时， 江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材178 SiSi的的还原是强吸热反应，一般还原出1kgSi需热量约相当于从Fe0中还原出1kgFe所需热量的8倍。所以生铁中含Si量愈高，炉温也升高，生产中常以生铁含Si的高低来反应炉温变化。 还原出来的硅能与铁在高温下形成稳定的硅化物FeSi溶解于铁中，降低了还原时的热消耗和还原温度，从而有利于硅的还原。在冶炼普通炼钢生铁是只有510%被还原进入生铁。我国的Si含量约在0.40

150、.8%。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材179 (3) 磷的还原 炉料中的磷主要以磷酸钙 (CaO)3P2O5 (又称磷石灰)形态存在，有时也以磷酸铁(FeO)3 P2O5 (又称蓝铁矿)形态存在。蓝铁矿铁矿脱水后较容易还原，磷酸钙是一种很稳定的化合物，在高炉内能与渣中SiO2作用，使P2O5游离出来。由于P2O5易挥发，与焦炭有良好的接触条件，有利于被C还原，还原出来的P溶入铁中生成Fe3P。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材180 高炉冶炼过程中磷为难还原元素且反应吸热量大，P在高炉内几乎可以100%被还原进入生铁因此降低生铁中含磷量的唯一

151、途径是控制炉料中的含磷量。 (4) 铅、锌、砷的还原我国的一些铁矿石中含有铅、锌、砷等元素，这些元素在高炉冶炼条件下易还原。还原出来的这些元素会对生铁质量和高炉本身产生一定的影响。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材181对于铁氧化物反应，动力学是说明反应是通过什么步骤进行(反应机理)，以及反应速度和反应达到平衡所需时间的科学。目前为止能比较全面解释铁氧化物整个还原过程的理论是未反应核模型理论。这种理论认为铁氧化物从高价到低价逐级还原，随着反应的进行，未反应核心逐渐缩小，直到完全消失，整个反应过程按以下顺序进行:(1) 还原气体外扩散;(2) 还原气体内扩散;(3) 还原

152、气体被界面吸附;(4) 界面化学反应;(5) 氧化气体的脱附;(6) 氧化气体内扩散;(7) 氧化气体外扩散。2.5 2.5 还原反原反应动力学力学江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材182矿球反球反应过程模型程模型江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1832.6 2.6 生生铁的形成和渗碳的形成和渗碳过程程 在高炉上部己有部分铁矿石逐渐还原成金属铁。随着温度的不断升高逐渐有更多的铁被还原出来，刚还原出来的铁呈多孔海绵状，称为海绵铁，早期出现的海绵铁成分较纯，几乎不含碳。 而高炉内生铁形成的主要特点是经过渗碳过程。炉内渗碳大致可分三个阶段：第一阶段：

153、海绵铁的渗碳。 当温度到727，一般在高炉炉身中上部时，固体海绵铁开始发生如下的渗碳过程：(渗碳量占全部渗碳量的1.5%左右。)江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材184第二阶段：液态铁的渗碳。 经初步渗碳的金属铁在1400左右时与炽热的焦炭继续进行固相渗碳，开始熔化为铁水，穿过焦炭滴入炉缸。熔化后的铁水与焦炭直接接触的渗碳反应：(到达炉腹处，生铁的最终含碳已达4%左右)。第三阶段：炉缸内的渗碳过程。 炉缸部分只进行少量的渗碳，一般只有0.1%0.5%。经过以上阶段铁水在向炉缸滴落的过程中，除了渗碳反应外，还有硅、锰、磷进入生铁，脱除硫等有害杂质。形成最终成分的生铁。江苏

154、沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材185 炉渣对高炉的炉况和生铁的质量有着决定性的影响。要想炼好铁，必须造好渣。 炉渣的形成炉渣的形成要经历由初成渣中间渣终渣过程，简述如下： 初成渣的生成包括固相反应、软化、熔融、滴落几个阶段。软熔带中形成液态初渣。初渣中(FeO) , ( MnO)含量较高。 中间渣的变化处于滴落过程中成分、温度不断变化的炉渣。处于软熔带以下、风口平面以上部位。中间渣中(FeO) , ( MnO)含量逐渐减小，( CaO), ( MgO)含量逐渐增大，炉渣黏度增大。2.7 2.7 高炉炉渣的形成及作用高炉炉渣的形成及作用江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发

155、炼铁厂培厂培训教材教材186 炉渣的成分 冶炼1t生铁大致产生4001000kg炉渣，国外先进水平巳达300kg左右。炉渣的主要来源是铁矿石中的脉石以及燃料燃烧后剩余的灰分。用焦炭冶炼，高炉炉渣成分大致范围如下: 终渣由中间渣转化而得，通过风口平面聚集在炉缸，是成分、性质较稳定的炉渣。终渣中(Al2O3),(SiO2)增大，(FeO) , ( MnO), ( CaO), ( MgO)含量减小，( CaS)含量增大，碱度减小。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材187 其中，炉渣的性质主要取决于CaO和SiO2。生产中常用的碱度一般为二元碱度： 一般根据高炉原料和冶炼产品有

156、所不同，冶炼中二元碱度一般在1.01.3之间。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材188 高炉渣的作用和要求 高炉冶炼过程，除在化学反应上实现Fe-O分离外，还要实现金属与氧化物等的机械或物理分离，而这要靠性能良好的液态炉渣，并利用渣铁密度的不同达到渣铁分离的目的。为此。要求高炉渣应具有以下作用: 炉渣与生铁互不溶解，且密度不同，因而，使渣铁得以分离，得到纯净的生铁。 具有充分的脱硫能力，保证生铁合格。 调整生铁成分，保证生铁质量。炉渣成分有利于有益元素的还原，抑制有害元素的还原，即炉渣应具有选择还原性。 有利于炉况顺行，获得良好的冶炼技术经济指标；同时应有利于保护炉衬，

157、延长炉衬寿命。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材1892.8 2.8 炉渣去硫炉渣去硫 高炉中的硫主要来源于炉料中的焦炭、矿石、熔剂和喷吹燃料等。其中焦炭带入的硫量占60%80%。冶炼每吨生铁由炉料带入的总硫量称为硫负荷。一般硫负荷为45kg/t。 高炉内的去硫主要是含有FeS的铁水在滴过渣层时以及在渣铁相界面处进行： 总的脱硫反应为 产物CO气体起搅拌作用，可加速去硫反应。 江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材190硫在一般结构钢中是有害元素。钢液凝固时S在技晶间偏析，Fe晶界上富集，形成熔点1100 的FeS，FeS与Fe的共晶点只有988 ，

158、热轧时在晶界上产生热裂现象，造成内部裂纹，即硫的热脆性。因此钢铁产品硫含量应尽可能降低。我国国家标准规定：炼钢生铁含WS 007。优质炼钢生铁含WS 003 。 脱硫的热力学条件： (1) 钢渣间脱硫反应是吸热反应温度升高有利于脱硫高温主要增加了脱硫速度； (2) 低(FeO)有利于脱硫： (3) 高碱度度有利于脱硫； (4) 大渣量有利于脱硫。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材191 高炉强化冶炼的目的是提高产量，即提高高炉冶炼强度(I),提高高炉有效容积利用系数(0)和降低焦比(K)。主要措施包括：(1) 精料具体概括为:“高、熟、净、匀、小、稳、少、好”。“高”指

159、入炉矿石含铁品位要高，焦炭、烧结矿和球团矿强度要高，烧结矿的碱度要高。“熟”指熟料，即将铁矿粉制成具有高温强度，又符合各项冶金性能要求的块状料。“净是指入炉原料中小于5 mm的粉末要筛除。“匀”是指高炉炼铁的炉料粒度要均匀。“小”是指入炉料的粒度要小、均匀，上限所规定的范围要窄，并控制住炉料中的大块。2.8 2.8 高炉高炉强化冶化冶炼与与节能能江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材192“稳”是指入炉料的化学成分和物理性能要稳定，波动范围要小。“少”是指炉料中有害杂质要少。“好”是指炉料的冶金性能要好。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材193(2)

160、高压操作人为地将高炉内煤气压力提高，超过30kPa的称为高压 操作。通过系统中高压阀组控制阀门的开闭度来完成。高压操作可有效地提高冶炼强度，有利于炉况顺行，减少管道行程，降低炉尘吹出量以及降低焦比等。当前的高压水平一般为140250 kPa，3000m3以上的高炉大多采用250300 kPa。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材194包包钢高炉高高炉高压操作工操作工艺流程流程图江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材195 (3)高风温高炉炉内的热量主要源自于燃料燃烧的化学热和热风带入的物理热。热风带入的热量大约占1/4左右。提高风温是降低焦比和强化冶炼

161、的有效措施。风温每提高l00可降低焦比812kg/t，产量增加2%3%。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材196(4)富氧鼓风 富氧鼓风是指通过鼓入工业氧气，提高鼓风中的氧气含量，相对于降低N2的含量的强化冶炼途径。富氧鼓风可提高冶炼强度，炉缸煤气量增加，促进还原，提高炉缸温度，降低焦比，有利于顺行。富氧率一般为3%4%。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材197 (5)加湿和脱湿鼓风 加湿鼓风在冷风总管上加一定量的水蒸气，经热风炉送往高炉。加湿鼓风风中的水分在风口前燃烧发生以下反应: 脱湿鼓风将鼓风中的湿分降低到较低水平。有利于提高风口前理论燃烧温度，有利于降低焦比、增加喷吹量和稳定炉况。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材198(6) 喷吹燃料 高炉喷吹燃料主要指通过风口向炉内喷入固体燃料、气体燃料和液体燃料等，以代替部分的焦炭，降低焦比，同时有利于改善煤气分布和煤气还原能力，提高生铁产量，促进顺行的效果。江苏沙钢集团江江苏沙沙钢集集团宏宏发炼铁厂培厂培训教材教材199