1、,教材：钢铁冶金学（炼铁部分），王筱留 冶金工业出版社 主讲教师： 陈艳芳,第一章 概 论,内容提要1.1钢铁工业概况 1.1.1国民经济中钢铁工业的地位 1.1.2 钢铁工业的发展概况 1.1.3钢铁生产工艺流程1.2高炉炼铁过程概述 1.2.1工艺流程及高炉炉型 1.2.2高炉冶炼的特点及主要过程 1.2.3高炉原料 1.2.4高炉燃料 1.2.5耐火材料 1.2.6高炉产品 1.2.7高炉主要技术经济指标,1.1 钢铁工业概况,1.1.1 国民经济中钢铁工业的地位,1.1.2 钢铁工业的发展概况,二次世界大战后的四十多年中，钢铁工业获得重大发展钢产量：50年代的2亿吨90年代的7.4亿吨
2、2010年14.14亿吨2011年15.27亿吨我国：古代占领先地位（公元前六世纪已广泛使用铁器）； 近代落后于欧洲国家； 从1890年（汉阳铁厂投产）1949年约半个世纪内累计的钢产量不到200万吨； 新中国成立后，特别是改革开放以来，钢铁生产有了重大发展。,我国2010年粗钢产量达到6.37亿吨,我国2011年粗钢产量达到6.955亿吨,2011年世界钢铁企业前10强 （单位：百万吨）,河北钢铁集团简介,河北钢铁集团是由我国两大钢铁集团唐钢集团、邯钢集团强强联合组建而成的国内最大、全球第二的特大型钢铁企业，总资产2638亿元，年产钢4024万吨，跻身世界500强第314位、中国企业500强
3、第26位、中国制造业500强第7位，拥有唐钢、邯钢、宣钢、承德、舞钢、矿业、石钢、国贸、财达、衡板、京唐、宣工、燕山大酒店等13个控股或参股子公司，销售总公司、采购总公司两个分公司和钢铁技术研究总院、战略研究院，集团总部坐落在河北省省会石家庄。,1.1.3 钢铁生产工艺流程,钢铁产品,三种钢铁工艺流程的概念图,1.2 高炉炼铁过程概述,1.2.1 工艺流程及高炉炉型一、现代高炉炼铁生产流程图,二、高炉炉型,1.2.2高炉冶炼的特点及主要过程,特点：在逆流（炉料下降及煤气上升）过程中，完成复杂的物理化学反应； 在投入（装料）及产出（铁、渣、气）之外，无法直接观察炉内反应过程 维持高炉顺行（保证煤
4、气流合理分布及炉料均匀下降）是冶炼过程的关键。,1.2.2高炉冶炼的特点及主要过程,过程：还原过程：实现矿石中金属元素（主要是Fe） 和氧元素的化学分离； 造渣过程：实现已还原的金属与脉石的熔融态机械分离； 传热及渣铁反应过程：实现成分及温度均合格的液态铁水。,1.2.3 高炉原料,铁矿石概念：,定义：凡是在一定的技术条件下，可经济的提取出金属铁的岩石，称为铁矿石。地壳中铁元素居第四位，占4.2%，由于以富集状态存在，固有开采价值。不存在金属状态的铁，而是以氧化物、硫化物的形式存在。冶炼1吨生铁，约需铁矿石1.61.8吨。,铁矿石的分类, 赤铁矿Fe2O3 理论含Fe70%，红条痕，较软，易还
5、原； 磁铁矿Fe3O4 理论含Fe72.4%，黑条痕，较硬，难还原； 褐铁矿xFe2O3yH2O 黄褐条痕，疏松多孔，易还原； 菱铁矿FeCO3 理论含Fe48.2%，灰黄条痕，焙烧后易还原。,假象及半假象赤铁矿,由于地表的氧化作用，自然界中纯磁铁矿少见。磁铁矿变成：半假象赤铁矿 （Fe/FeO在3.57） 或 假象赤铁矿 （Fe/FeO7）所谓“假象”化学成分：Fe3O4 Fe2O3 结晶构造：仍为磁铁矿特征,铁矿石的评价,含Fe品位高将含Fe量达到理论值的70%以上称为富矿。脉石少和分布合适矿石中除Fe以外其它化合物统称为脉石。 SiO2要少，Al2O3要少，CaO要多，MgO要合适。 F
6、e矿物与脉石矿物的结合程度要弱，以易于进行矿物的单体分离。,铁矿石的评价, 有害元素少 S、P、 Cu 、As 对钢铁产品性能有害 K、Na、Zn、Pb、F 对炉衬和高炉顺行有害有益元素合适 Mn、Cr、Ni、V、Ti、Nb、稀土元素等，其含量多时可作为复合矿石考虑综合应用。 上述元素多时，高炉冶炼会出现一定的问题，要考虑冶炼的特殊性。,铁矿石的评价,还原性好矿石中与Fe结合的氧被还原剂（CO、H2）夺取的难易程度称为还原性。 褐铁矿赤铁矿磁铁矿 人造富矿天然块矿 疏松结构、微气孔多的矿石还原性好,铁矿石的评价,冶金性能优良：冷态、热态强度好，软化熔融温度高、区间窄粒度分布合适：5mm的粉末要
7、少，830mm为宜 太大对还原不利 太小对顺行不利,熔剂及其它含铁代用品,熔剂碱性熔剂石灰石、白云石酸性熔剂硅石特殊熔剂萤石 要求有效成分含量高 要求含S、P等有害元素少,其它含铁代用品,要求含铁量高要求杂质少要求有一定的块度,1.2.4 高炉燃料,焦 炭,以不同品种的煤，按比例配合，在隔绝空气状态下高温（1000）干馏而成的固体燃料。 焦炭的三大作用 1. 热源在风口前燃烧，提供冶炼所需热量； 2. 还原剂本身及其氧化产物CO均为铁氧化物的还原 剂； 3. 骨架和通道矿石高温熔化后，焦炭是唯一以固态存在的物料。 有支撑数十米料柱的骨架作用 有保障煤气自下而上畅流的通道作用 作用3是任何固体燃
8、料所无法代替的。 冶炼1吨生铁约需250650kg焦炭,对焦炭的质量要求,强度高；固定C高、灰分低； S含量低；挥发分合适；反应性弱（C+CO22CO）；成分和性能稳定；粒度合适 为矿石平均粒度的35倍为宜,任何燃料都无法取代焦炭的作用高炉必须用焦炭,焦炭是用资源贫乏的主焦煤炼制而成的， 炼焦设备投资庞大，炼焦过程污染严重。 高炉应少用焦炭 高炉喷煤工艺因需而生！,高炉用煤粉 高炉喷煤可用资源丰富的非结焦煤,煤 粉高炉喷吹煤粉，可置换一部分价格昂贵的焦炭，从而降低生铁成本。我国是世界上最早开发出高炉喷煤技术的国家之一，1964年在首钢成功实施了无烟煤的喷吹技术。我国已有85%以上的高炉采用了高
9、炉喷煤技术（无烟煤、烟煤均有）。高炉喷煤对煤粉的质量要求 固定C高，灰分低； 含S低； 粒度细； 煤粉可磨性好； 爆炸性弱； 燃烧性好，反应性强。世界先进高炉喷煤量已达250kg/t，宝钢已达220kg/t，我国平均喷煤量80kg/t。,1.2.5 耐火材料,1.2.6 高炉产品,生 铁,生铁是Fe与C及其他少量元素（Si、Mn、P及S等组成的合金）。生铁质硬而脆，有较高的耐压强度，但抗张强度低。生铁无延展性，无可焊性，当碳含量降到2.0%以下时，上述性能得到极大的改善。,生 铁,分为炼钢生铁和铸造生铁两大类。炼钢生铁供转炉、电炉使用。铸造生铁供机械行业等生产耐压的机械部件或民用产品。,铁合金
10、,多用电炉生产，主要供炼钢脱氧或作为合金添加剂，少量高碳品种铁合金可用高炉冶炼。A锰铁B硅铁：除可作为炼钢用脱氧剂和合金添加剂外，还可作为用C元素难以还原的金属元素的还原剂。C稀土硅铁,1.2.7 高炉主要技术经济指标,1. 有效容积利用系数：每立方米高炉有效容积每昼夜生产的合格产量（t/m3d）。2. 焦比：冶炼每吨生铁所消耗的焦炭的千克数（kg/t）。 我国焦比为250650 kg/t。3. 煤比：冶炼每吨生铁所消耗的煤粉的千克数（kg/t）。 我国煤比为50220 kg/t。4. 燃料比（焦比+煤比）：冶炼每吨生铁所消耗的固体燃料的总和（kg/t）。5. 综合焦比（焦比+煤比煤焦置换比）
11、6. 煤焦置换比：喷吹1kg煤粉所能替代的焦炭的千克数。 一般为0.8左右。,1.2.7 高炉主要技术经济指标,7. 焦炭冶炼强度：每立方米高炉有效容积每昼夜燃烧的焦炭吨数（t/m3d） 一般为0.81.0 t/m3d。8. 综合冶炼强度：每立方米高炉有效容积每昼夜燃烧的综合焦炭的吨数（t/m3d）。 一般为0.91.15 t/m3d利用系数、焦比及冶炼强度三者关系 纯焦冶炼时：利用系数=焦炭冶炼强度/焦比 喷吹燃料时：利用系数=综合冶炼强度/综合焦比,1.2.7 高炉主要技术经济指标,9. 燃烧强度：每平方米炉缸截面积每昼夜燃烧的焦炭的吨数（t/m2d）10.工序能耗：Ci=（燃料消耗+动力消耗-回收二次能源）/产品产量（吨标准煤/t） 1kg标准煤的发热量为7000千卡（29310Kj）炼铁工序能耗在510kg标准煤/吨铁，占吨钢总能耗的50%。,第一章 思考题,1、试述3种钢铁生产工艺的特点。2、简述高炉冶炼过程的特点及三大主要过程。3、画出高炉本体图，并在其图上标明四大系统。4、归纳高炉炼铁对铁矿石的质量要求。5、试述焦炭在高炉炼铁中的三大作用及其质量要求。6、试述高炉喷吹煤粉的质量要求。7、熟练掌握高炉冶炼主要技术经济指标的表达方式。,
