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[工学]高炉炼铁
第二章 高炉炼铁(Blast Furnace Ironmaking) 主要内容 2.1 高炉冶炼用原料(raw materials) 2.2 高炉炼铁原理 2.3 高炉结构及附属设备 2.4 高炉操作 2.1 高炉冶炼用原料 2.1.1 主要原料 2.1.2 烧结(sintering) 2.1.3 球团(pelletizing) 2.1.1.1 几个基本概念 1 矿物(Minerals):地壳中具有均一内部结构、化学组成及一定物理、化学性质的天然化合物或自然元素称为矿物。其中能够为人类利用的称为有用矿物。 2 矿石(Ore):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矿石。 3 矿石的品位(Ore grade):矿石中有用成分的质量百分含量,称为该矿石的品位。 4 脉石(Gauge):矿石中没有用的成分称为脉石,一般在冶炼过程中需要去除。 5、富矿(high-grade ore):含铁品位50%的铁矿石 赤铁矿:理论含铁量70% 磁铁矿:理论含铁量72.4% 菱铁矿:理论含铁量48 . 3% 褐铁矿:理论含铁量55 . 2~66.1% 6、贫矿(lean ore):实际含铁量低于理论含铁量70%的铁矿石称贫矿(必须经过选矿后使用) 7、块矿(lump ore)和粉矿(fine ore) 8、精矿(ore concentrate):贫矿经过破碎,细磨,并通过磁选或浮选得到的高品位细粉状矿石. 2.1.1.2 主要原料 高炉冶炼用的原料主要有铁矿石(天然富矿和人造富矿)、燃料(fuel)(焦炭和喷吹燃料)、熔剂(flux)(石灰石与白云石等)。 冶炼1t生铁大约需要1.6~2.0t矿石,0.4~0.6t焦炭(coke),0.2~0.4t熔剂。 高炉冶炼是连续生产过程,必须尽可能为其提供数量充足、品味高、强度好、粒度均匀粉末少、有害杂质少及性能稳定的原料。 铁矿石 磁铁矿(Fe3O4)-magnettie 铁矿石处理工艺流程 矿石(ore)→破碎(crush)→筛分(screen)→富矿(high-grade ore)→混匀(mix)→高炉; 矿石→破碎→筛分→贫矿 (lean ore)→磨矿 (grinding)→筛分→选矿 →造块→人造富矿→高炉 燃料 焦炭的作用:发热剂、还原剂及料柱骨架。 粒度:大型高炉 40~60mm; 中型高炉 25~40mm; 小型高炉 15~25mm; 喷吹燃料: 固体(无烟煤与烟煤粉) 液体(重油、煤焦油) 气体(天然气或焦炉煤气) 熔剂 熔剂主要使用石灰石(calcite) 和白云石(dolomite); 熔剂的要求: 有效成分含量高(CaO+MgO); 有害杂质S、P低; 粒度均匀,强度好,粉末少。 熔剂的作用: 助熔,改善流动性,使渣铁容易分离; 脱硫(焦炭和矿石中S)。 2.1.2 烧结(sintering) 将各种粉状铁矿粉,配入适宜的燃料和熔剂,均匀混合,然后放在烧结机点火烧结。在燃料燃烧产生高温和一系列物理化学变化作用下,部分混合料颗粒表面发生软化熔融,产生一定数量的液相,并润湿其它未融化的矿石颗粒。冷却后,液相将矿粉颗粒粘结成块。这一过程叫是烧结,所的到的块矿叫烧结矿。 烧结生产的必要性 在自然界中,能直接用于高炉冶炼的富矿越来越少,使得人们不得不开采贫矿(含铁品位25~40%),但贫矿直接入炉是不经济的,仍须经过选矿提高其品位。要选矿,必须对矿石进行破碎研磨,因此铁矿粉选矿后粒度组成不符合高炉冶炼的要求,必须经过造块后方可用于冶炼。 烧结矿的优点 烧结矿是人工制造的矿石,它比天然矿石有许多优点,通常含铁量高,粒度组成均匀,气孔率大,成分稳定,还原性能好。另外,含碱性熔剂,高炉造渣性能好,具有良好的冶金性能。高炉使用烧结矿,可提高产量,降低燃料消耗。 烧结工艺流程 烧结过程示意图 烧结料层有明显的分层,依次出现烧结矿层、燃烧层、预热和干燥 层、过湿层,然后又 相继消失,最后剩下 烧结矿层。 烧结过程的主要反应 燃烧反应:C+O2,烧结废气中以CO2为主,存在少量CO,还有一些自由氧和氮。 2C+O2=2CO; C+O2=CO2 分解反应: 结晶水的分解:褐铁矿(mFe2O3·nH2O) 高岭土(Al2O3· 2SiO2·2H2O) 熔剂分解:CaC
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