高炉冶炼工艺Word格式.docx

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◆公元前513年，赵国铸的“刑鼎”。

◆1891年，清末洋务派首领张之洞首次在汉阳建造了两座日产lOOt生铁的高炉，迈出了我国近代炼铁的第一步。

◆之后，先后在鞍山、本溪、石景山、太原、马鞍山、唐山等地修建了高炉。

◆l943年是我国解放前钢铁产量最高的一年（包括东三省在内），生铁产量180万t，钢产量90万t，居世界第十六位。

◆1949年，生铁年产量仅为25万t，钢年产量l5.8万t。

◆新中国成立后，我国于l953年生铁产量就达到了190万t，当时超过了历史最高水平。

◆1957年生铁产量达到了597万t，高炉利用系数达到了l．321，我国在这一指标上跨入世界先进行列（美国当时高炉利用系数为1.0）。

◆1958年生铁产量为l364万t。

◆1978年生铁产量突破了3000万t。

◆1988年生铁产量达到了6000万t。

◆1993年生铁产量为8000万t，跃居世界第二位。

◆1995年生铁产量为1亿t，居世界第一位。

◆1998年生铁产量为l．2亿t。

2、现代炼钢方法及其发展趋势

◆1855年英国冶金学家亨利·

贝塞麦发明酸性空气底吹转炉炼钢方法。

◆平炉炼钢法由于用重油、成本高、冶炼周期长、热效率低等致命弱点，已基本上被淘汰。

◆氧气转炉炼钢法以氧气顶吹转炉炼钢法为主，同时还有底吹氧气转炉炼钢法、顶底复合吹炼氧气转炉炼钢法。

◆l996年我国钢产量已达到一亿多吨，其中氧气转炉炼钢法所炼钢约占70％。

◆2005年我国粗钢产量已达到3.49亿吨，其中氧气转炉炼钢法所炼钢约占75％。

◆电炉炼钢法以交流电弧炉炼钢为主，同时也有少部分直流电弧炉炼钢、感应炉炼钢及电渣重熔等。

◆纵观国内外炼钢方法的发展，主要炼钢方法的总发展趋势是：

转炉炼钢法大力发展，成为最主要的炼钢方法；

电炉炼钢法稳步发展、长兴不衰；

平炉炼钢法则被淘汰。

◆目前炼钢的生产流程主要有以下两种：

铁水→铁水预处理→氧气转炉→初炼钢水→炉外精炼→连铸机→连铸坯

废钢→电弧炉→初炼钢水→炉外精炼→连铸机→连铸坯

高炉冶炼的主要产品是生铁，副产品是炉渣、煤气和一定量的炉尘（瓦斯灰）。

1．生铁

◆生铁组成以铁为主，此外含碳质量分数为2．5％～4．5％，并有少量的硅、锰、磷、硫等元素。

◆生铁质硬而脆，缺乏韧性，不能延压成型，机械加工性能及焊接性能不好，但含硅高的生铁（灰口铁）的铸造及切削性能良好。

◆生铁按用途又可分为普通生铁和合金生铁。

◆普通生铁包括炼钢生铁和铸造生铁。

◆后者合金生铁主要是锰铁和硅铁。

◆我国现行生铁标准如下表所示。

表1-1 

炼钢生铁国家标准（GB717—82）

表1-2铸造生铁国家标准（GB718—82）

2．炉渣

◆矿石的脉石和熔剂、燃料灰分等熔化后组成炉渣，其主要成分为Ca0、Mg0、Si02、Al203及少量的Mn0、Fe0、S等。

◆炉渣有许多用途，常用做水泥原料及隔热、建材、铺路等材料。

◆每吨生铁的炉渣量l50-300kg。

3．煤气

◆高炉煤气的化学成分为C0、C02、H2、N2及少量的CH4。

◆高炉煤气的发热值约（800～900）×

4.18168kJ／m3。

◆每吨铁可产煤气2000～3000m3。

◆高炉煤气是无色、无味的气体，有毒易爆炸。

4．炉尘

◆炉尘是随高炉煤气逸出的细粒炉料，经除尘处理与煤气分离。

◆炉尘含铁、碳、Ca0等有用物质，可作为烧结的原料。

◆每吨铁产炉尘为l0～100kg。

三、 

高炉生产主要技术经济指标

1．高炉有效容积利用系数（

）

式中

——每立方米高炉有效容积在一昼夜内生产铁的吨数；

P——高炉一昼夜生产的合格生铁；

——高炉有效容积，指炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉五段之和。

◆高炉有效容积利用系数

是衡量高炉生产强化程度的指标。

◆

越高，高炉生产率越高，每天所产生铁越多。

◆目前我国高炉有效容积利用系数为（1．8～2．3）t／（m3·

d），高的可达3．0t／（m3·

d）以上。

2．焦比（K）和燃料比（Kf）

式中 

K—一吨生铁消耗的焦炭量；

Q—高炉一昼夜消耗的干焦量。

——冶炼一吨生铁消耗的焦炭和喷吹燃料的数量之和；

——高炉一昼夜消耗的干焦量和喷吹燃料之和。

◆煤比M是每吨生铁消耗的煤粉量。

◆油比Y是每吨生铁消耗的重油量）。

◆焦比和燃料比是衡量高炉物资消耗，特别是能耗的重要指标。

◆目前我国喷吹高炉的焦比一般低于450kg／t，燃料比小于550kg／t。

先进高炉焦比已小于400kg／t，燃料比约450kg／t。

◆将燃料也折合成焦炭计算出的总焦炭量为综合焦比。

3：

冶炼强度（Ｉ）

式中Ｉ一每昼夜每立方米高炉有效容积燃烧的焦炭量。

◆ 

每昼夜每立方米高炉有效容积消耗的燃料总量，称为综合冶炼强度。

综合冶炼强度（

◆计算冶炼强度要扣除休风时间。

◆冶炼强度是表示高炉生产强化程度的指标。

◆冶炼强度取决于高炉所能接受的风量。

鼓入高炉的风量越多，冶炼强度越高。

利用系数、焦比和冶炼强度之间的关系（当休风时间为零、不喷吹燃料时）：

4．生铁合格率

合格生铁占高炉总产量的百分数为生铁合格率，即：

◆化学成分符合国家标准的生铁为合格生铁。

◆生铁合格率是评价高炉产品质量好坏的重要指标。

5．休风率

休风率是指休风时间占规定作业时间（日历时间扣除计划检修时间）的百分数，即：

◆休风率反映设备管理维护和高炉的操作水平。

◆降低休风率是高炉增产节焦的重要途径。

6．生铁成本

生铁成本是指冶炼一吨生铁所需的费用，包括原料、燃料、动力、工资、车间经费等。

◆原燃料成本费占80％左右。

◆冶炼成本费占20％左右。

◆降低焦炭消耗是降低成本的重要内容。

7．炉龄

高炉从开炉到停炉大修之间的时间，为一代高炉的炉龄。

◆延长炉龄是高炉工作者的重要课题。

◆大高炉炉龄要求达到10年以上，国外大型高炉炉龄最长已达20年。

第二章炼铁原燃料

第一节　铁矿石及其分类

第二节 

高炉冶炼对铁矿石的要求

第三节　铁矿石冶炼前的准备和处理

1．知道常用的铁矿石的分类及主要特性；

2.掌握高炉冶炼对铁矿石的要求；

3.了解铁矿石冶炼前的准备和处理。

1.铁矿石的分类和主要特性；

2.高炉冶炼对铁矿石的要求。

一、矿物、矿石和岩石

1.矿物的概念及特点

地壳中的化学元素经过各种地质作用，形成的天然元素和天然化合物称为矿物。

它具有较均一的化学成分和内部结晶构造，具有一定的物理性质和化学性质。

2.矿石和岩石的概念

◆矿石和岩石均由矿物所组成，是矿物的集合体。

◆矿石是在目前的技术条件下能经济合理地从中提取金属、金属化合物或有用矿物的物质。

◆矿石由有用矿物和脉石矿物所组成。

能够被利用的矿物为有用矿物，目前尚不能利用的矿物为脉石矿物。

二、铁矿石的分类及主要特性

根据含铁矿物的主要性质和矿物组成，铁矿石分为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿四种类型。

1．磁铁矿

磁铁矿化学式为Fe3O4，结构致密，晶粒细小，黑色条痕。

具有强磁性，含S、P较高，还原性差。

2．赤铁矿

赤铁矿化学式为Fe2O3，条痕为樱红色，具有弱磁性。

含S、P较低，易破碎、易还原。

3．褐铁矿

褐铁矿是含结晶水的氧化铁，呈褐色条痕，还原性好，化学式为nFe2O3·

mH2O（n=1～3，m=1～4）。

褐铁矿中绝大部分含铁矿物是以2Fe2O3·

3H2O的形式存在的。

4．菱铁矿

菱铁矿化学式为FeC03，颜色为灰色带黄褐色。

菱铁矿经过焙烧，分解出C02气体，含铁量即提高，矿石也变得疏松多孔，易破碎，还原性好。

其含S低，含P较高。

各种铁矿石的分类及其主要特性列于表2-1。

表2—1　铁矿石的分类及其特性

一、铁矿石品位高

铁矿石品位是指铁矿石的含铁量，以TFe％表示。

铁矿石品位高有利于降低焦比和提高产量。

根据生产经验，矿石品位提高1％，焦比降低2％，产量提高3％。

从矿山开采出来的矿石，含铁量一般在30％～60％之间。

品位较高，经破碎筛分后可直接入炉冶炼的称为富矿。

一般当含铁量大于70％～90％时方可直接入炉。

品位较低，不能直接入炉的叫贫矿。

贫矿必须经过选矿和造块后才能入炉冶炼。

二、脉石成分愈低愈好

铁矿石的脉石成分绝大多数为酸性的，SiO2含量较高。

铁矿石中si02含量愈高，需加入的石灰石也愈多，生成的渣量也愈多，这样，将使焦比升高，产量下降。

脉石中含碱性氧化物（Ca0、MgO）较多的矿石，冶炼时可少加或不加石灰石，对降低焦比有利，具有较高的冶炼价值。

三、有害杂质少和有益元素的含量

1．有害杂质

矿石中的有害杂质是指那些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S、P、Pb、Zn、As、K、Na等。

◆硫

硫在矿石中主要以硫化物状态存在。

硫的危害主要表现在：

①当钢中的含硫量超过一定量时，会使钢材具有热脆性。

②对铸造生铁，会降低铁水的流动性，阻止Fe3C分解，使铸件产生气孔、难于切削并降低其韧性。

③硫会显著地降低钢材的焊接性，抗腐蚀性和耐磨性。

矿石中的含硫质量分数必须小于0.3％。

◆磷

磷以Fe2P、Fe3P形态溶于铁水。

磷会造成钢的冷脆现象。

由于磷在选矿和烧结过程中不易除去，在高炉冶炼中又几乎全部还原进入生铁。

所以控制生铁含磷的惟一途径就是控制原料的含磷量。

◆铅和锌

铅和锌常以方铅矿（PbS）和闪锌矿（ZnS）的形式存在于矿石中。

铅易渗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，粘附于炉墙上，易引起结瘤。

一般要求矿石中的含铅质量分数低于0.1％。

锌在炉内被氧化成ZnO，部分ZnO沉积在炉身上部炉墙上，形成炉瘤，部分渗入炉衬的孔隙和砖缝中，引起炉衬膨胀而破坏炉衬。

矿石中的含锌质量分数应小于0．1％。

◆砷

砷会使钢材产生“冷脆”现象，并降低钢材焊接性能。

要求矿石中的含砷质量分数小于0．07％。

◆碱金属

碱金属主要指钾和钠。

一般以硅酸盐形式存在于矿石中。

其危害主要为：

①与炉衬作用生成钾霞石（K2O·

A12O3·

2SiO2），体积膨胀40％而损坏炉衬。

②与炉衬作用生成低熔点化合物，粘结在炉墙上，易导致结瘤。

③与焦炭中的碳作用生成插入式