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1、2023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意1第二章第二章 高炉炼铁高炉炼铁2.1 高炉炼铁的工艺流程及主要设备高炉炼铁的工艺流程及主要设备高炉炼铁：在高炉中采用还原剂将铁矿石经济而高炉炼铁：在高炉中采用还原剂将铁矿石经济而高效的还原得到温度和成分符合要求的液态生铁高效的还原得到温度和成分符合要求的液态生铁的过程。的过程。2023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意22.1.1 几个基本概念几个基本概念1 矿物矿物：地壳中具有均一内部结构、化学组成及一对物：地壳中具有均一内部结构、化学组成及一对物理、化学性质的天然化合物或自然元素称为矿物。其理、化学性质的天然化合物或自然元素称为矿物。其中能够为人类利
2、用的称为中能够为人类利用的称为有用矿物有用矿物。2 矿石矿石：在现代的技术经济条件下，能以工业规模从中：在现代的技术经济条件下，能以工业规模从中提取金属、金属化合物或其它产品的矿物称为提取金属、金属化合物或其它产品的矿物称为矿石矿石。3 矿石的品位矿石的品位：矿石中有用成分的质量百分含量，称为：矿石中有用成分的质量百分含量，称为该矿石的该矿石的品位品位。4 脉石：脉石：矿石中没有用的成分称为矿石中没有用的成分称为脉石脉石，一般在冶炼过，一般在冶炼过程中需要程中需要去除去除。2023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意35、富矿、富矿：含铁品位：含铁品位50%的铁矿石的铁矿石 赤铁矿：理论含铁量赤铁
3、矿：理论含铁量70%磁铁矿：理论含铁量磁铁矿：理论含铁量72.4%菱铁矿：理论含铁量菱铁矿：理论含铁量48.3%褐铁矿：理论含铁量褐铁矿：理论含铁量55.266.1%6、贫矿贫矿：实际含铁量低于理论含铁量：实际含铁量低于理论含铁量70%的铁矿石称的铁矿石称贫矿（必须经过选矿后使用）贫矿（必须经过选矿后使用）7、块矿和粉矿、块矿和粉矿扣除扣除CO2和结晶水和结晶水富矿富矿破碎、筛分破碎、筛分块矿块矿(510mm),上限上限粉矿（粉矿（5mm）供烧结厂生产烧结矿）供烧结厂生产烧结矿大中型高炉大中型高炉45mm中小型高炉中小型高炉6080%浮选浮选磁铁矿磁铁矿 细磨细磨 -200目目6080%磁选磁
4、选褐铁矿褐铁矿 先磁化焙烧先磁化焙烧 后细磨后细磨 磁选磁选菱铁矿菱铁矿 细磨细磨 -200目目6080%浮选浮选2023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意52.1.2 高炉炼铁工艺流程及主要设备高炉炼铁工艺流程及主要设备一、炼铁流程及设备系统一、炼铁流程及设备系统n高炉炼铁生产流程比较定型，它由高炉炼铁生产流程比较定型，它由高炉本体及高炉本体及若干辅助系统组成。若干辅助系统组成。q生产时从炉顶分批装入各种炉料，从高炉下部生产时从炉顶分批装入各种炉料，从高炉下部风口不断鼓入热风，在连续熔炼过程中得到液风口不断鼓入热风，在连续熔炼过程中得到液态渣铁，定期从炉缸渣铁口排出炉外，与炉料态渣铁，定期从炉
5、缸渣铁口排出炉外，与炉料进行一系列作用的煤气从炉顶溢出。进行一系列作用的煤气从炉顶溢出。2023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意6转炉炼钢厂转炉炼钢厂矿山矿山高高炉炉铸造生铁铸造生铁铸铁机铸铁机铁水铁水炼钢生铁炼钢生铁炉渣炉渣高炉煤气高炉煤气水泥厂水泥厂放散放散精矿精矿粉矿粉矿块矿块矿球团矿球团矿 烧结矿烧结矿焦化厂焦化厂焦炭焦炭制粉车间制粉车间煤粉煤粉熔剂熔剂鼓风机鼓风机 热风炉热风炉 热风热风轧钢厂轧钢厂炼铁工艺流程图2023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意7n由于高炉的效率高、能耗低，所以高炉生产的铁占由于高炉的效率高、能耗低，所以高炉生产的铁占世界铁总产量的世界铁总产量的95%以上。以
6、上。n我国最大的高炉是宝钢我国最大的高炉是宝钢3号高炉（号高炉（4350m3）。世界）。世界最大高炉达最大高炉达5000m3以上。以上。2023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意8高炉炼铁系统（高炉本体和辅助系统）高炉炼铁系统（高炉本体和辅助系统）2023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意92023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意102023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意11二、二、高炉本体高炉本体1、高炉本体概述、高炉本体概述n包括包括高炉炉型高炉炉型、炉衬炉衬、冷却装置冷却装置、钢结构钢结构及及基础。基础。n高炉炉型均为五段式，圆形工作空间。高炉炉型均为五段式，圆形工作空间。n炉衬耐火材料围
7、成高炉炉型。炉衬耐火材料围成高炉炉型。n炉衬靠冷却装置保护，使一代工作炉龄达炉衬靠冷却装置保护，使一代工作炉龄达1015年。年。n钢结构是加固炉体和支撑各种附属设备的构件。钢结构是加固炉体和支撑各种附属设备的构件。n高炉大小以有效容积的立方米数表示。高炉大小以有效容积的立方米数表示。高炉本体结构仍在不断向高效、长寿方向发展之中。高炉本体结构仍在不断向高效、长寿方向发展之中。2023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意122、高炉炉型概述、高炉炉型概述1）、高炉内部及炉墙而形成的工作空间的几何）、高炉内部及炉墙而形成的工作空间的几何形状称为形状称为高炉炉型高炉炉型。炉衬耐火材料围成高炉炉。炉衬耐火材
8、料围成高炉炉型。型。2）、高炉）、高炉炉型炉型为圆断面五段式即：为圆断面五段式即：炉喉、炉身、炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸炉腰、炉腹、炉缸五部分。即高炉内型图所看五部分。即高炉内型图所看到的五部分。到的五部分。2023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意132023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意14Schematic of a blast furnace,illustrating some of the defined terms.h0h6hu(b)死铁层高度死铁层高度h0(c)高炉有效高度高炉有效高度hu(d)炉头高度炉头高度h6(e)高炉全高高炉全高h(a)料线零位：是测料线零位：是测定料面
9、高度的基础。定料面高度的基础。钟式炉顶：大钟开钟式炉顶：大钟开启时大钟的底边；启时大钟的底边；无钟炉顶：炉喉钢无钟炉顶：炉喉钢砖的转折点处或钢砖的转折点处或钢砖顶部砖顶部h3）、几个概念：）、几个概念：2023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意15Schematic of a blast furnace,illustrating some of the defined terms.Top ring:炉顶钢圈炉顶钢圈(炉顶法兰炉顶法兰)Offtake:排气管排气管Top cone:高炉炉头（炉顶锥高炉炉头（炉顶锥形部分）形部分）Armour（炉喉）钢砖（炉喉）钢砖Stockline level：料
10、线零位：料线零位Throat：炉喉，：炉喉，Stack：炉身：炉身Belly：炉腰：炉腰Bosh：炉腹：炉腹Tuyere：鼓风口：鼓风口Tuyere breast：风口中心：风口中心Bustle pipe:围管围管Tuyere stock：风口支管：风口支管Hearth：炉缸：炉缸Iron notch：出铁口：出铁口Cinder notch/emgency iron notch;出渣口出渣口h0h6hu本体结构中英文对照本体结构中英文对照2023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意16f）高炉有效容积：在有效高度范围）高炉有效容积：在有效高度范围内炉型所包括的空间。用内炉型所包括的空间。用Vu表示
11、表示 巨型高炉：巨型高炉：Vu 4000m3 大型高炉：大型高炉：Vu 620m3 中型高炉：中型高炉：Vu=255620m3 小型高炉：小型高炉：Vu 65%，P、S含量低的矿石可直接供直接含量低的矿石可直接供直接还原和熔融还原还原和熔融还原q50%T.Fe1.6）高碱度烧结矿的碱度决定于高碱度烧结矿的碱度决定于:a)烧结矿的冶金性能烧结矿的冶金性能;b)酸性炉料的入炉比例。酸性炉料的入炉比例。2023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意36c、抽风烧结原理、抽风烧结原理烧结原理烧结原理2023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意37d、烧结工艺流程烧结工艺流程2023-9-28武汉科技大学讲义朱诚
12、意38e、烧结过程的主要反应、烧结过程的主要反应 n燃烧反应、分解反应、还原与再氧化反应、燃烧反应、分解反应、还原与再氧化反应、气化反应气化反应q固相反应和液相粘结形成一定强度和结构的烧结矿固相反应和液相粘结形成一定强度和结构的烧结矿q低熔点固相产物是液相形成的前提低熔点固相产物是液相形成的前提q粘结相粘结相主要有铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅灰石、硅酸二钙、主要有铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅灰石、硅酸二钙、硅酸三钙、铁酸钙、钙铁灰石及少量反应不全的游离石英硅酸三钙、铁酸钙、钙铁灰石及少量反应不全的游离石英和石灰。和石灰。2023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意39图图 烧结过程示意图烧结过程示意图I烧
13、结矿层：烧结矿层：II燃烧层：燃烧层：III预热层：预热层：IV烧结料层：烧结料层：V垫底料层垫底料层1冷却，再氧化；冷却，再氧化；2冷却，再结晶；冷却，再结晶；3固体碳燃烧液相形成；固体碳燃烧液相形成；4固相反应氧化，还原，分解；固相反应氧化，还原，分解；5去水；去水；6水分水分凝结2023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意40球团生产过程和球团矿球团生产过程和球团矿 n将准备好的原料将准备好的原料(细磨精矿或其他细磨粉状物料、细磨精矿或其他细磨粉状物料、添加剂等添加剂等)，按一定比例经过配料、混匀制成一定，按一定比例经过配料、混匀制成一定尺寸的小球，然后采用干燥焙烧或其他方法使其发尺寸的小球
14、，然后采用干燥焙烧或其他方法使其发生一系列的物理化学变化而硬化固结这一过程即生一系列的物理化学变化而硬化固结这一过程即为为球团生产过程球团生产过程其产品即为其产品即为球团矿球团矿。n球团矿分球团矿分酸性酸性球团矿和球团矿和碱性碱性球团矿。由于酸性球团球团矿。由于酸性球团矿生产操作较易控制，且品位高，强度好，同时高矿生产操作较易控制，且品位高，强度好，同时高炉冶炼也需要酸性球团与高碱度烧结矿配台使用。炉冶炼也需要酸性球团与高碱度烧结矿配台使用。因此，目前世界各国以生产因此，目前世界各国以生产酸性球团矿为主酸性球团矿为主。n球团法于球团法于1912年提出。年提出。2023-9-28武汉科技大学讲义
15、朱诚意41n球团生产的工艺过程大体可分为配料、混合、球团生产的工艺过程大体可分为配料、混合、造球、焙烧及成品处理等工序，其工艺流程见造球、焙烧及成品处理等工序，其工艺流程见图图1。Fig.Schematic diagram of the traveling grate system for producing pellets.2023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意42Fig.Balling drum mixer.Fig.Induced draft rotary or circular sinter coolers shown in process of construction.2023-9
16、-28武汉科技大学讲义朱诚意43Fig.Two disc-type pelletizing machines.Ore fines are fed to the discs by the belt conveyors(behind the operator).As the discs rotate,there is a balling action that causes the fines to agglomerate into pellet-like masses that are discharged from the discs over their lip at the bottom onto to the belt conveyor shown at floor level that carries the pellets to the bins of the sinter machine.2023-9-28武汉科技大学讲义朱诚意44n为保证球团矿质量，在焙烧过程中应保证氧化气为保证球团矿质量，在焙烧过程中应保证氧化气氛，控制升温速度，达到球团固结的最佳温度并氛，控制升温速度
