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現(xiàn)代冶金學(xué) 江蘇科技大學(xué)冶金與材料工程學(xué)院主講 卓偉偉 鋼鐵生產(chǎn)的基本流程 天然礦石 加工處理 燒結(jié)礦 球團(tuán)礦 上料機(jī) 焦炭 高爐 脫氧 還原鐵 鐵水 鐵水罐 轉(zhuǎn)爐 脫碳 鋼水 火車 吊車 鋼包 連鑄機(jī) 冷卻結(jié)晶 連續(xù)鑄造 鑄坯 除雜 冶金學(xué) 煉鐵篇煉鋼篇 煉鐵篇 1現(xiàn)代高爐煉鐵工藝2高爐煉鐵原料3高爐煉鐵理論基礎(chǔ)4高爐爐料和煤氣運(yùn)動(dòng)5高爐強(qiáng)化冶煉6非高爐煉鐵 1現(xiàn)代高爐煉鐵工藝 1 1高爐煉鐵生產(chǎn)流程高爐煉鐵的本質(zhì)就是鐵的還原過(guò)程 即使用焦炭做燃料和還原劑 在高溫下將鐵礦石或含鐵原料的鐵從氧化物或礦物態(tài)還原為液態(tài)生鐵 o礦石 co co2 c h2 現(xiàn)代高爐煉鐵生產(chǎn)流程圖 皮帶上料料車上料 原料 爐料 高爐實(shí)拍外景 1 2高爐本體及主要構(gòu)成高爐是冶煉生鐵的主要設(shè)備 它是由耐火材料砌筑成豎式圓筒形 外有鋼板和爐殼加固密封 內(nèi)嵌冷卻設(shè)備保護(hù) 高爐內(nèi)部工作的形狀稱為高爐內(nèi)型 高爐內(nèi)型從下往上可分為爐缸 爐腹 爐腰 爐身和爐喉五個(gè)部分 現(xiàn)代高爐爐體剖面圖 高爐內(nèi)型變化情況高爐內(nèi)型的形狀和尺寸主要與原燃料條件和操作制度有關(guān) 目前高爐內(nèi)型逐步向矮胖型發(fā)展 1 2 1高爐內(nèi)襯高爐內(nèi)耐火材料砌筑成的實(shí)體稱為高爐內(nèi)襯 其作用是形成高爐工作空間 常見(jiàn)高爐爐襯耐材 1 陶瓷制材料 2 炭質(zhì)耐材 1 2 2高爐冷卻設(shè)備常見(jiàn)的高爐冷卻設(shè)備有冷卻壁 冷卻水箱 外部噴水冷卻 水冷爐底等多種形式和方法 1 2 3高爐附屬系統(tǒng) 1 供料系統(tǒng) 2 送風(fēng)系統(tǒng) 3 除塵系統(tǒng) 4 渣 鐵處理系統(tǒng) 5 燃料噴吹系統(tǒng) 1 2 4高爐內(nèi)區(qū)域劃分 1 快狀態(tài) 2 軟熔帶 3 滴落帶 4 燃燒帶 5 渣鐵盛聚帶 1 3高爐冶煉產(chǎn)品 1 鐵水 c si mn p s 1450 1550 生鐵規(guī)格 煉鋼生鐵 c 在2 5 4 5 鑄鐵中不超過(guò)5 0 煉鋼生鐵 si 1 25 鑄造生鐵 si 1 25 2 高爐煤氣 co co2 n2 h2 ch4 2000m3 t左右 2560kg t 70 以上燒熱風(fēng)爐 3 爐渣 sio2 cao al2o3 mgo mno feo s r 1 0 1 25 200 500kg t 溫度比鐵水高50 100 4 爐塵 20 100kg t 1 4高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 1 有效容積利用系數(shù) 2 焦比 3 冶煉強(qiáng)度 4 焦炭負(fù)荷 5 生鐵合格率 6 休風(fēng)率 7 生鐵成本 8 生鐵一代壽命 2高爐煉鐵的原料 2 1鐵礦石和燃料2 1 1鐵礦石鐵礦石 1 6 1 8噸 噸鐵鐵礦石主要成分 fe3o4 理論含鐵72 4 fe2o3 理論含鐵70 幾個(gè)基本概念1 富礦 含鐵品位 50 的鐵礦石 a 天然富礦天然礦石 塊礦 磁鐵礦 赤鐵礦 褐鐵礦等 b 人造富礦 含鐵量一般在55 65 之間 燒結(jié)礦 高堿度燒結(jié)礦 自熔性燒結(jié)礦 非熔劑性燒結(jié)礦 球團(tuán)礦 酸性球團(tuán)礦 自熔性球團(tuán)礦 常見(jiàn)鐵礦石的組成及特征2 貧礦 實(shí)際含鐵量低于理論含鐵量70 的鐵礦石稱貧礦 必須經(jīng)過(guò)選礦后使用 3 塊礦 顆粒較大 成塊狀礦石 和粉礦 顆粒較小 成粉末狀礦石 4 精礦 貧礦經(jīng)過(guò)破碎 細(xì)磨 并通過(guò)磁選或浮選得到的高品位細(xì)粉狀礦石 tfe60 68 2 1 1 2鐵礦石質(zhì)量評(píng)價(jià)a 成分a 礦石品位 品位 焦比 產(chǎn)量 b 脈石成分 堿性脈石 如cao mgo 酸性脈石 如sio2 al2o3 c 有害雜質(zhì)和有益元素的含量 通常指硫 磷 鉛 鋅 砷等 b 粒度和強(qiáng)度c 還原性d 化學(xué)穩(wěn)定性2 1 2 3鐵礦石的準(zhǔn)備處理a 破碎篩分 b 混勻 c 焙燒 d 選礦 重選 磁選 浮選 e 造塊 菱鐵礦的焙燒分解褐鐵礦的脫水氧化焙燒及目的還原焙燒及目的氯化焙燒及目的 2 1 2熔劑a 降低脈石和焦炭灰份的熔點(diǎn) 初渣作用b 使?fàn)t渣具有良好的流動(dòng)性 c 使?fàn)t渣具有一定的脫硫能力 石灰石 caco3白云石 caco3 mgco3硅石 sio2硅砂 sio2螢石 caf2 在高爐失?；蚋郀t開(kāi)爐時(shí)使用 錳礦 mno2 洗爐或生產(chǎn)含錳生鐵時(shí)使用 堿性 酸性 熔劑 終渣 2 1 2 2對(duì)堿性熔劑的要求 1 堿性氧化物含量高 酸性氧化物含量要少 一般要求w cao mgo 50 w sio2 al2o3 3 5 石灰石有效熔劑性能用有效w cao 表示如下 w cao有效 w cao r w sio2 r 爐渣堿度 即渣中 cao sio2 2 硫 磷含量低 石灰石一般含硫量0 01 0 08 含磷量0 001 0 03 3 強(qiáng)度高 粒度均勻 粉末少 直接裝入高爐的石灰石粒度上限 以其在達(dá)到900 溫度區(qū)能全部分解為準(zhǔn) 大于300m3的高爐 石灰石的粒度范圍應(yīng)為20 50mm 小于300m3的高爐 應(yīng)為10 30mm 爐前應(yīng)篩除粉末及泥土雜質(zhì) 2 1 3高爐燃料2 1 3 1焦炭a焦炭的作用 燃料 燃燒產(chǎn)生熱量 高爐冶煉所消耗熱量70 80 來(lái)自焦炭燃燒 還原劑 焦炭高溫條件下直接還原鐵礦石 焦炭燃燒產(chǎn)生還原性氣體2c o2 2co q 料柱骨架 支撐料柱 使料層透氣 這一作用目前還沒(méi)有其他燃料可以取代 b焦炭的組成水分 熄焦方式 濕法4 6 干法0 5 灰分 sio2占45 50 al2o3占15 30 揮發(fā)份 co co2 ch4 n2 h2 固定碳 80 85 c焦炭的機(jī)械強(qiáng)度和熱強(qiáng)度焦炭的機(jī)械強(qiáng)度是指成品焦炭的耐磨性 抗壓強(qiáng)度和抗沖擊的性能 目前測(cè)定焦炭機(jī)械強(qiáng)度的方法是轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn) d高爐生成對(duì)焦炭的要求 1 含碳量高 灰分低 兩者此消彼長(zhǎng) 2 有害雜質(zhì)少 高爐中的硫約80 來(lái)自焦炭 3 成分穩(wěn)定 揮發(fā)分含量適中 水分含量低且穩(wěn)定 4 強(qiáng)度高 避免焦炭破裂產(chǎn)生大量粉塵 5 焦炭粒度均勻 6 焦炭高溫性能好 2 1 3 2噴吹燃料作為燃料代替部分焦炭 降低生產(chǎn)成本 焦炭等級(jí)1 3 1600 1800元 t 煤粉500 900元 t 1 氣體燃料 天然氣 焦?fàn)t煤氣 熱轉(zhuǎn)化氣等 2 液體燃料 重油 柴油 焦油等 3 固體燃料 無(wú)煙煤 煙煤 褐煤等 2 1 3 3鼓風(fēng)作用 燃燒焦炭和煤粉 產(chǎn)生熱量和還原劑 風(fēng)溫 1100 1300 鼓風(fēng)物理熱占高爐熱量總收入的20 左右 小結(jié)鐵礦石 1 6 1 8t t焦炭 250 500kg t煤粉 100 250kg t熔劑 0 400kg t鼓風(fēng) 1700 2200nm3 t 噸鐵原料消耗 2 2燒結(jié)礦燒結(jié)生產(chǎn)的目的和意義 目的 充分利用各種細(xì)顆粒精礦 粉礦 破碎粉及二次含鐵原料 節(jié)約資源以減少高爐冶煉成本 1 細(xì)顆粒精礦 200目50 90 貧礦經(jīng)選礦后得到tfe 60 68 的高品位細(xì)顆粒精礦不能直接入爐 2 粉礦 天然富礦在開(kāi)采 運(yùn)輸 破碎分級(jí)過(guò)程中產(chǎn)生的 8mm的粉末不能直接入爐 3 破碎粉 熱爆裂性較差的富塊礦 碳酸鐵礦 菱鐵礦 和含結(jié)晶水較高的褐鐵礦等需要破碎成粉礦進(jìn)行燒結(jié) 4 鋼鐵廠二次含鐵原料 瓦斯灰 高爐除塵灰 軋鋼皮 轉(zhuǎn)爐渣和硫酸渣等 意義 1 通過(guò)燒結(jié)過(guò)程可以調(diào)整和控制燒結(jié)礦的成分和冶金性能 如r feo mgo 使鐵礦石的還原性能和軟融性能達(dá)到最佳 2 通過(guò)調(diào)整燒結(jié)工藝參數(shù) 可得到一定粒度 多孔 比表面積大 還原性好 成分穩(wěn)定的燒結(jié)礦 3 通過(guò)燒結(jié) 可去除原料中80 90 的硫 4 使用燒結(jié)礦改善和簡(jiǎn)化爐內(nèi)冶煉過(guò)程 使高爐生產(chǎn)穩(wěn)定 燒結(jié)的定義將各種粉狀鐵料 配入適宜的燃料和熔劑 均勻混合 然后放在燒結(jié)機(jī)上點(diǎn)火燒結(jié) 在燃料燃燒產(chǎn)生高溫和一系列物理化學(xué)變化作用下 部分混合料顆粒表面發(fā)生軟化熔融 產(chǎn)生一定數(shù)量的液相 并潤(rùn)濕其它未熔化的礦石顆粒 冷卻后 液相將礦粉顆粒粘結(jié)成塊 這一過(guò)程叫燒結(jié) 所得到的塊礦叫燒結(jié)礦 2 2 1燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)2 2 1 1燒結(jié)礦強(qiáng)度和粒度轉(zhuǎn)鼓指數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)鼓鑒定法 a 試樣中小于5mm部分的質(zhì)量 kg 2 2 1 2還原性通常用燒結(jié)礦中的feo來(lái)表示還原性 feo高則表示燒結(jié)礦的還原性差 反之則好 2 2 1 3堿度燒結(jié)礦堿度用表示 按堿度的不同可分為三類 1 非熔劑性燒結(jié)礦 2 自熔性燒結(jié)礦 3 熔劑性燒結(jié)礦 燒結(jié)礦種類 1 非熔劑性燒結(jié)礦 酸性燒結(jié)礦 低堿度燒結(jié)礦 燒結(jié)配料中不加熔劑或只少量加入熔劑 燒結(jié)礦的堿度為自然堿度 高爐用非熔劑性燒結(jié)礦是需要加入一定量石灰石以達(dá)到預(yù)定爐渣堿度 2 自熔性燒結(jié)礦 燒結(jié)混合料中添加一定數(shù)量的熔劑 使燒結(jié)礦堿度控制在r 1 0 1 4 高爐使用自熔性燒結(jié)礦時(shí)可不加或只加少量熔劑 3 熔劑性燒結(jié)礦 燒結(jié)混合料中加入過(guò)量熔劑 使燒結(jié)礦堿度遠(yuǎn)高于正常高爐渣堿度 r 1 6 高爐使用熔性燒結(jié)礦時(shí)往往與酸性礦配合使用 以獲得堿度合適的爐渣 燒結(jié)生產(chǎn)方法1 平地吹土燒法鼓風(fēng)燒結(jié)法2 燒結(jié)鍋3 帶式燒結(jié)機(jī)a 固定式燒結(jié)盤(pán)1 間隙式b 移動(dòng)式燒結(jié)盤(pán)抽風(fēng)燒結(jié)法a 環(huán)式燒結(jié)機(jī)2 連續(xù)式b 帶式燒結(jié)機(jī)c 帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī) 2 2 2燒結(jié)過(guò)程及主要反應(yīng)帶式抽風(fēng)燒結(jié)法工藝流程將鐵礦 熔劑和燃料經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理 按一定的比例加水混合 鋪在燒結(jié)機(jī)上 然后從上部點(diǎn)火 下部抽風(fēng) 自上而下進(jìn)行燒結(jié) 得到燒結(jié)礦 帶式抽風(fēng)燒機(jī)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖 國(guó)內(nèi)外廣泛使用的是連續(xù)生產(chǎn)的帶式抽風(fēng)燒結(jié)機(jī) 燒結(jié)機(jī)大小用有效燒結(jié)面積表示 國(guó)內(nèi)有 13 18 24 36 50 75 90 130 290 450m2武鋼二燒 393m2 193m2燒結(jié) 200m2冷卻 武鋼四燒 450m2 96 3 28破土動(dòng)工 武鋼一燒 75m2 4臺(tái)武鋼三燒 82 5m2 4臺(tái) 抽風(fēng)燒結(jié)過(guò)程分層性 1 燒結(jié)礦層 2 燃燒層 3 預(yù)熱層 4 干燥層 5 過(guò)濕層 名詞解析露點(diǎn) 含有一定水汽的空氣 在氣壓不變的情況下降溫度 使飽和水壓降至與當(dāng)前實(shí)際水壓相等的溫度 稱為露點(diǎn) 露點(diǎn)溫度 空氣在水汽含量和氣壓都不變的條件下 冷卻到飽和時(shí)的溫度 燃料燃燒水分的蒸發(fā)和凝結(jié)燒結(jié)過(guò)程反應(yīng)碳酸鹽分解鐵氧化的分解和還原有害雜質(zhì)的去除 2 2 3燒結(jié)礦固結(jié)機(jī)理2 2 3 1固相反應(yīng)定義 粉狀物料在熔化之前 固體顆粒在它們的接觸界面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 反應(yīng)產(chǎn)物也是固相 特點(diǎn) 1 固相反應(yīng)速度決定于溫度 溫度越高反應(yīng)速度越快 2 固相反應(yīng)速度與反應(yīng)物顆粒大小成反比 反應(yīng)速度常數(shù)與顆粒半徑平方成反比 3 固相反應(yīng)是放熱反應(yīng) 反應(yīng)的最初產(chǎn)物與反應(yīng)物的數(shù)量 比例 無(wú)關(guān) 固相反應(yīng)最初形成的化合物的組成與反應(yīng)物比例無(wú)關(guān) 兩種反應(yīng)物無(wú)論以何種比例混合 反應(yīng)的最初產(chǎn)物總是一種 例如以1 1混合的cao和sio2 最初產(chǎn)物不是cao sio2 而是2cao sio2 要想得到與反應(yīng)物質(zhì)量比相當(dāng)?shù)淖罱K產(chǎn)物cao sio2 需要很長(zhǎng)時(shí)間 燒結(jié)過(guò)程中由于加熱速度快 從500 加熱到1500 不超過(guò)3min 在高溫區(qū)停留時(shí)間短 通常得不到與反應(yīng)物質(zhì)量比相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物 因此 對(duì)燒結(jié)過(guò)程有實(shí)際意義的是固相反應(yīng)開(kāi)始溫度和反應(yīng)的最初產(chǎn)物 最初產(chǎn)物對(duì)液相的形成具有貢獻(xiàn) 固相之間的第一個(gè)反應(yīng)物 燒結(jié)料層中的固相反應(yīng)混合料在燒結(jié)過(guò)程中隨溫度升高 氧化物礦物 fe2o3 fe3o4 cao sio2 mgo al2o3等 之間以固態(tài)形式進(jìn)行反應(yīng) 生成新的低熔點(diǎn)復(fù)雜化合物 化合物與化合物之間形成熔點(diǎn)更低的共熔體 ab cd abcd ab cd 燒結(jié)固相反應(yīng)示意圖 燒結(jié)過(guò)程中可能產(chǎn)生的固相反應(yīng)及開(kāi)始溫度 fe2o3不與sio2反應(yīng)在用赤鐵礦生產(chǎn)的非熔劑性燒結(jié)礦時(shí) 需要較高的配碳量 使fe2o3還原成fe3o4 才能形成低熔點(diǎn)的2feo sio2膠結(jié)相 fe3o4不與cao反應(yīng)用磁鐵精礦生產(chǎn)熔劑性燒結(jié)礦時(shí) 需要低配碳形成較強(qiáng)的氧化性氣氛 使fe3o4氧化成fe2o3 以便形成鐵酸鈣 2 2 3 2液相黏結(jié)及基本液相體系固相反應(yīng)只為液相的生成提供條件 燒結(jié)礦的固結(jié)主要依靠發(fā)展液相來(lái)完成 固相反應(yīng)形成的低熔點(diǎn)化合物在燒結(jié)溫度下生成液相 隨著燃料層的移動(dòng) 溫度升高 各種互相接觸的礦物又形成一系列的易熔化合物 在燃燒溫度下形成新的液相 液相浸潤(rùn)并溶解周圍的礦物顆粒而將它們黏結(jié)在一起 相鄰液滴可能聚合 冷卻時(shí)產(chǎn)生收縮 往下抽入的空氣和反應(yīng)產(chǎn)物可能穿透熔化物而流過(guò) 冷卻后便形成多孔 堅(jiān)硬的燒結(jié)礦 液相的生成是鐵礦石燒結(jié)造塊的基礎(chǔ) 當(dāng)料層溫度升高時(shí) 低熔點(diǎn)礦物以及礦物間的共熔體生成熔融狀態(tài)的液相 液相的性質(zhì)和數(shù)量對(duì)燒結(jié)礦的強(qiáng)度和還原性影響很大 三種不同性質(zhì)燒結(jié)礦的主要液相系 1 非熔劑性燒結(jié)礦的主要液相系酸性燒結(jié)料的組成 fe2o3 fe3o4 sio2 酸性燒結(jié)礦成礦過(guò)程的主要液相系 feo sio2液相系 酸性燒結(jié)礦的主要粘結(jié)相 2feo sio2 fe2 sio4 feo a 硅酸鐵 feo sio2 液相體系 固相反應(yīng)產(chǎn)物 2feo sio2 feo72 sio228 熔點(diǎn)1205 共晶系 2feo sio2 feo feo76 sio224 熔點(diǎn)1177 2feo sio2 feo體系形成條件 較高的溫度礦石中sio2很少 即使全部形成2feo sio2 產(chǎn)生的液相量很少 提高溫度讓更多的feo熔入液相 較強(qiáng)的還原氣氛 使fe3o4還原成feo2fe3o4 3sio2 2co 3 2feo sio2 2co2在酸性燒結(jié)礦中 足夠的鐵橄欖石液相數(shù)量是保證燒結(jié)礦強(qiáng)度必須的 b fe3o4 2feo sio2液相體系 省略 feo sio2體系狀態(tài)圖 a c d f b e h i j k l m 2 自熔性燒結(jié)礦的主要液相系二元堿度r 1 0 1 3 燒結(jié)料中加入相當(dāng)數(shù)量的cao自熔性燒結(jié)料組成 fe2o3 fe3o4 cao mgo sio2成礦過(guò)程的主要液相體系 cao sio2 cao feo sio2 cao mgo sio2 cao sio2 al2o3 feo 2cao sio2 2feo sio2a 硅酸鈣 cao sio2 液相系主要化合物 下頁(yè)附圖 cao sio2 硅灰石 熔點(diǎn)1544 2cao sio2 正硅酸鈣 熔點(diǎn)2130 開(kāi)始形成溫度500 690 3cao sio2 硅酸三鈣 在1250 2070 穩(wěn)定 1250 以下分解 3cao 2sio2 硅鈣石 在1464 分解成2cao sio2 l共熔點(diǎn) cao sio2 sio2 共熔點(diǎn)1436 cao sio2 3cao 2sio2 共熔點(diǎn)1460 2cao sio2 cao 共熔點(diǎn)2070 cao sio2體系狀態(tài)圖 注 這個(gè)體系的熔化溫度都比較高 燒結(jié)條件下 1200 1450 產(chǎn)生的液相量不會(huì)很多 但其中的正硅酸鈣2cao sio2是固相反應(yīng)的最初產(chǎn)物 熔點(diǎn)又很高 燒結(jié)過(guò)程不會(huì)全部熔化 熔化后也不分解 直接轉(zhuǎn)移到燒結(jié)礦中 但2cao sio2能與2feo sio2形成低熔點(diǎn)固溶體 鈣鐵橄欖石 熔點(diǎn)在1170 1206 之間 因而在燒結(jié)溫度下能形成液相 冷卻時(shí)2cao sio2從共晶混合物中析出 若正硅酸鈣在液相結(jié)晶時(shí)單獨(dú)析出 或被其它粘結(jié)相包裹 將對(duì)燒結(jié)礦產(chǎn)生十分有害的影響 b 鈣鐵橄欖石 cao feo sio2 液相體系該體系是高溫還原性氣氛下生產(chǎn)自熔性燒結(jié)礦時(shí)的主要粘結(jié)相之一 鈣鐵橄欖石 cao x feo 2 x sio2 x 0 25 1 0 是2cao sio2與2feo sio2形成的固熔體 x 1時(shí)的熔點(diǎn)1206 鐵黃長(zhǎng)石2cao feo sio2該體系的主要礦物 鈣鐵橄欖石cao feo sio2 鈣鐵輝石cao feo 2sio2隨燒結(jié)礦堿度升高 鈣鐵橄欖石逐漸取代鐵橄欖石 冷卻時(shí)過(guò)量的2cao sio2從液相中首先析出 最后析出的鈣鐵橄欖石包裹在2cao sio2外面 鈣鐵橄欖石熔化溫度比鐵橄欖石低 液相粘度小 料層透氣性好 但燒結(jié)礦急劇冷卻時(shí) 液相來(lái)不及結(jié)晶而形成各種過(guò)冷成分的含鐵玻璃質(zhì) 使燒結(jié)礦呈粗孔薄壁結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度差 冷卻強(qiáng)度 上層120 130 min 下層40 50 min 鈣鐵橄欖石系粘結(jié)相的生成條件 需要足夠多數(shù)量的feo 故配碳量要高 還原性氣氛要強(qiáng) cao feo sio2體系狀態(tài)圖 c 鈣鎂橄欖石 cao mgo sio2 液相體系 省略 熔劑性燒結(jié)礦的主要液相系高堿度燒結(jié)礦r 1 6超高堿度燒結(jié)礦r 2 5燒結(jié)料中配入較多的cao 從500 700 開(kāi)始cao與fe2o3開(kāi)始形成最初產(chǎn)物cao fe2o3 隨溫度升高 反應(yīng)加速進(jìn)行 且開(kāi)始出現(xiàn)2cao fe2o3和cao 2fe2o3 a 鐵酸鈣 cao fe2o3 液相體系主要化合物 下頁(yè)附圖 cao fe2o3 鐵酸一鈣 異分熔點(diǎn)化合物 在1216 分解成2cao fe2o3 l 2cao fe2o3 鐵酸二鈣 熔點(diǎn)1449 cao 2fe2o3 二鐵酸鈣 在1155 1226 穩(wěn)定存在 冷卻到1155 時(shí)分解成cao fe2o3和fe2o3 在1226 熔化并分解出fe2o3 共熔點(diǎn) cao fe2o3 cao 2fe2o3 共熔點(diǎn)1205 鐵酸鈣系化合物熔點(diǎn)均很低 液相易于形成 特別是當(dāng)cao fe2o3液相生成后 當(dāng)其中逐步熔入fe2o3時(shí) 其熔點(diǎn)是下降的 這是高堿度燒結(jié)礦燒結(jié)溫度低 feo低的原因之一 鐵酸鈣粘結(jié)相生成條件 i 高堿度 雖然固相反應(yīng)中鐵酸鈣形成較早 生成速度也快 但一旦形成液相后所有鐵酸鈣都將分解成簡(jiǎn)單氧化物 由于cao與sio2親和力比cao與fe2o3的親和力大得多 故cao首先與sio2形成2cao sio2或3cao sio2析出 只有當(dāng)cao過(guò)剩時(shí)才與fe2o3形成鐵酸鈣 ii 強(qiáng)氧化性氣氛 阻止fe2o3在低溫時(shí)被還原 使fe2o3與cao通過(guò)固相反應(yīng)生成cao fe2o3 可減少feo含量 從而防止生成鐵橄欖石 燃料外加技術(shù) 延長(zhǎng)一混時(shí)間 使一混也有制粒功能 在一混與二混之間分加30 40 的焦粉 在二混時(shí)焦粉滾在料團(tuán)外面 這樣可以讓碳充分燃燒 同時(shí)降低料團(tuán)內(nèi)部還原氣氛 有利于鐵酸鈣生成 iii 低燒結(jié)溫度 高溫下鐵酸鈣劇烈分解 只有降低燒結(jié)溫度 才有可能使固相反應(yīng)形成的鐵酸鈣保留下來(lái) cao fe2o3體系狀態(tài)圖 a o c d e f g h i j k l m n p q r 返回 b 2 2 3 3冷卻固結(jié)燒結(jié)礦的冷卻固結(jié)實(shí)際上是一個(gè)再結(jié)晶的過(guò)程 燃料層移動(dòng)過(guò)后 燒結(jié)礦的冷卻過(guò)程隨即開(kāi)始 隨著溫度的降低 液相黏結(jié)著周圍的礦物顆粒而凝固 各種低熔點(diǎn)化合物 液相 開(kāi)始結(jié)晶 首先是晶核的形成 凡是未熔化的礦物顆粒和隨空氣帶來(lái)的粉塵都可充當(dāng)晶核 晶粒圍繞晶核逐漸長(zhǎng)大 冷卻快時(shí) 結(jié)晶發(fā)展不完整 因此裂紋較多 強(qiáng)度較差 冷卻慢時(shí) 晶粒發(fā)展較完整 強(qiáng)度較好 上層燒結(jié)礦容易受空氣急冷 強(qiáng)度較差 下層燒結(jié)礦的強(qiáng)度則較好 總結(jié) 燒結(jié)過(guò)程三步驟 固相反應(yīng) 液相黏結(jié) 冷卻固結(jié) 2 2 3 4燒結(jié)礦的礦物組成及結(jié)構(gòu)礦物組成 磁鐵礦 鐵酸鈣 鈣鐵橄欖石 少量的富氏體 石英 玻璃相等 常見(jiàn)的顯微結(jié)構(gòu) 1 粒狀結(jié)構(gòu) 2 斑狀結(jié)構(gòu) 3 骸狀結(jié)構(gòu) 4 單點(diǎn)狀的共晶結(jié)構(gòu) 5 熔蝕結(jié)構(gòu) 2 2 4強(qiáng)化燒結(jié)過(guò)程分析2 2 4 1燒結(jié)生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 1 成品燒結(jié)礦臺(tái)時(shí)產(chǎn)量q t 臺(tái) 時(shí) k 燒結(jié)礦成品率 成品燒結(jié)礦量 燒結(jié)料重量 除去返礦 燒損 水分 揮發(fā)分 燃料 溶劑分解 后的成品重量 燒結(jié)料重量 一般k 50 70 燒結(jié)混合料堆比重 t m3 1 5 1 9t m3f 燒結(jié)機(jī)有效燒結(jié)面積 m2 f 臺(tái)車寬度b 燒結(jié)機(jī)長(zhǎng)度ld 垂直燒結(jié)速度 m min 10 20mm mind 料層厚度h 燒結(jié)時(shí)間tt 燒結(jié)機(jī)長(zhǎng)度l 臺(tái)車運(yùn)行速度 m min f b l t 臺(tái) 時(shí) 2 利用系數(shù) 單位時(shí)間內(nèi)每m2有效燒結(jié)面積的產(chǎn)量 t m2 h 1 0 1 4 3 成品率k 4 燒成率 混合料扣除燒損后的重量 燒結(jié)混合料量 成品礦 返礦 燒結(jié)混合料量 80 85 5 作業(yè)率 設(shè)備年開(kāi)動(dòng)小時(shí)總計(jì) 日歷天數(shù) 24 6 燒結(jié)機(jī)年產(chǎn)量 日歷天數(shù) 24 作業(yè)率 臺(tái)時(shí)產(chǎn)量 設(shè)備年開(kāi)動(dòng)小時(shí)總計(jì) 臺(tái)時(shí)產(chǎn)量 t 年 臺(tái) 2 2 4 2燒結(jié)料層透氣性改善料層透氣性是強(qiáng)化過(guò)程燒結(jié) 提高燒結(jié)礦產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵 1 改善料層透氣性可以提高垂直燒結(jié)速度 增加產(chǎn)量 2 由于供氧充足 反應(yīng)充分 從而保證了燒結(jié)礦的質(zhì)量 2 2 4 3強(qiáng)化燒結(jié)措施1 混合料預(yù)熱 防止氣流中水分凝結(jié)惡化料層的透氣性 2 加生石灰或消石灰 可以強(qiáng)化燒結(jié)過(guò)程 3 熱風(fēng)燒結(jié) 改善表層燒結(jié)礦強(qiáng)度 改善燒結(jié)礦還原性 降低燒結(jié)礦中feo含量 4 分層布料和雙層燒結(jié) 克服燒結(jié)礦上下層質(zhì)量不均勻和節(jié)約燃料 2 3球團(tuán)礦球團(tuán)是人造塊狀原料的一種方法 它是將精礦粉 熔劑的混合物 在造球機(jī)中滾成直徑8 15mm的生球 然后干燥 焙燒 固結(jié)成為具有良好冶金性質(zhì)的含鐵原料 球團(tuán)法按固結(jié)方法可分為高溫固結(jié)和低溫固結(jié)兩種類型 如右圖所示 2 3 1球團(tuán)礦質(zhì)量指標(biāo)2 3 1 1生球質(zhì)量指標(biāo) 1 生球粒度 2 生球抗壓強(qiáng)度 3 生球落下強(qiáng)度 4 生球破裂溫度2 3 1 2球團(tuán)礦質(zhì)量指標(biāo) 1 冷強(qiáng)度 2 還原性 3 高溫軟化及熔融特性2 3 1 3球團(tuán)礦與燒結(jié)礦質(zhì)量比較球團(tuán)礦比燒結(jié)礦在冶金性能上有以下優(yōu)點(diǎn) 1 粒度小而均勻 2 冷態(tài)強(qiáng)度高 3 還原性好 4 原料來(lái)源較寬 產(chǎn)品種類多 5 適于處理細(xì)精礦粉 2 3 2礦粉造球過(guò)程2 3 2 1造球鐵精礦粉滾動(dòng)成球過(guò)程的基本依據(jù)是水對(duì)礦粉的潤(rùn)濕作用和造球機(jī)械作用力的結(jié)合 細(xì)磨物料的成球可分為三個(gè)成長(zhǎng)階段 成核階段 過(guò)渡階段 生球長(zhǎng)大階段 生球強(qiáng)度影響因素 1 原料性質(zhì) 親水性 孔隙度 顆粒表面性狀 2 粒度 大小 組成 顆粒形狀 3 添加劑 膨潤(rùn)土 消石灰 4 工藝操作 加水加料方法 造球時(shí)間 球的尺寸 物料溫度 2 3 2 2干燥目的 使經(jīng)過(guò)干燥的球團(tuán)能夠安全承受預(yù)熱階段的溫度應(yīng)力 生球干燥是在預(yù)熱 焙燒階段之前進(jìn)行的一道中間作業(yè) 實(shí)踐表明 生球中的水分有60 90 是在恒溫等速干燥階段蒸發(fā)的 其余在降速干燥階段去除 在干燥的過(guò)程中 生球強(qiáng)度不斷發(fā)生變化 其一般規(guī)律如右圖所示 2 3 2 3焙燒a 焙燒過(guò)程生球的焙燒是球團(tuán)礦生產(chǎn)過(guò)程最為復(fù)雜的工序 整個(gè)焙燒過(guò)程可分為干燥 預(yù)熱 焙燒 冷卻四個(gè)階段 焙燒的作用 生球通過(guò)焙燒 即通過(guò)低于混合物料熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行高溫固結(jié) 使生球發(fā)生收縮而且致密化 從而使生球具有良好的冶金性能 如強(qiáng)度 還原性 膨脹系數(shù)和軟化特性等 以保證高爐冶煉的工藝要求 高溫氧化球團(tuán)工藝按焙燒設(shè)備不同 可分為三類 1 豎爐球團(tuán) 2 帶式焙燒機(jī)球團(tuán) 3 鏈箅機(jī) 回轉(zhuǎn)窯球團(tuán) 根據(jù)不同情況 可使用固 液 氣體燃料 三種工藝設(shè)備各有優(yōu)缺點(diǎn) 豎爐球團(tuán)優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 材質(zhì)價(jià)廉 熱利用好 缺點(diǎn) 焙燒不均 球團(tuán)質(zhì)量較差 適于處理磁鐵礦 帶式焙燒機(jī)優(yōu)點(diǎn) 原料適應(yīng)性強(qiáng) 可處理各種礦石 生產(chǎn)能力大 便于操作管理 缺點(diǎn) 上下層焙燒不均勻 鏈箅機(jī) 回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)優(yōu)點(diǎn) 焙燒均勻 球團(tuán)質(zhì)量好 設(shè)備材質(zhì)便宜 缺點(diǎn) 易結(jié)圈 影響生產(chǎn) 臺(tái)車的箅條需用耐高溫合金材料 球團(tuán)焙燒黏結(jié)的理論研究球團(tuán)焙燒初期 由于顆粒表面原子擴(kuò)散 使球內(nèi)各顆粒黏結(jié)成連接頸 見(jiàn)圖a 顆?；ハ囵そY(jié)使球的強(qiáng)度有所提高 在顆粒接觸面上 空位濃度提高 原子與空位交換位置 不斷向接觸面遷移 使頸長(zhǎng)大 溫度愈高 體積擴(kuò)散增強(qiáng) 顆粒接觸面積增加 粒子之間距離縮小 見(jiàn)圖b 初始時(shí)粒子之間的孔隙形狀不一 相互連接 而后即形成圓形通道 見(jiàn)圖c 這些通道收縮 有的孔隙封閉 孔隙減少 同時(shí)產(chǎn)生再結(jié)晶和聚晶長(zhǎng)大 使球團(tuán)致密 強(qiáng)度提高 球形顆粒焙燒時(shí)的黏結(jié)模型 b 焙燒固結(jié)機(jī)理 1 晶橋聯(lián)接 2 固相燒結(jié)固結(jié) 3 液相燒結(jié)固結(jié)2 3 2 4球團(tuán)焙燒質(zhì)量 1 生球質(zhì)量 2 焙燒溫度 3 加熱速度 4 高溫保持時(shí)間 5 焙燒溫度 6 燃料的種類和性質(zhì) 2 4其他固結(jié)方法2 4 1壓力造塊法2 4 2黏結(jié)劑固結(jié)2 4 3其他方法 1 碳酸化球團(tuán) 2 焦化法 3高爐煉鐵基礎(chǔ)理論 3 1高爐內(nèi)還原過(guò)程3 1 1鐵氧化物的還原冶金還原反應(yīng)就是用還原劑奪取金屬氧化物中的氧 使之成為金屬單質(zhì)或其低價(jià)氧化物的過(guò)程 meo b me bo1 還原順序t 570 fe2o3 fe3o4 feo fet 570 fe2o3 fe3o4 fet 570 時(shí) feo不能穩(wěn)定存在 在低溫下分解 feo fe3o4 fe鐵礦石還原機(jī)理鐵礦石從高價(jià)往低價(jià)逐級(jí)還原 當(dāng)一顆鐵礦石還原到一定程度后 外部形成了多孔的還原產(chǎn)物 鐵殼層 而內(nèi)部尚有一個(gè)未反應(yīng)核心 隨著反應(yīng)的推進(jìn) 這個(gè)核心逐漸縮小 直至完全消失 塊礦還原過(guò)程反應(yīng)主要由三個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成 1 外擴(kuò)撒 2 內(nèi)擴(kuò)散 3 反應(yīng)界面的化學(xué)反應(yīng) 氧勢(shì)圖 2 用co作還原劑 t 570 3fe2o3 co 2fe3o4 co2 g0 52124 6 41tj mol放熱反應(yīng)fe3o4 co 3feo co2 g0 35371 16 40 25tj mol吸熱反應(yīng)feo co fe co2 g0 22781 24 24tj mol放熱反應(yīng)用co作還原劑 t 570 3fe2o3 co 2fe3o4 co2 g0 52124 6 41t1 4fe3o4 co 3 4fe co2 g0 9823 8 57t 3 用h2作還原劑 t 570 3fe2o3 h2 2fe3o4 h2o g0 15549 6 74 46tfe3o4 h2 3feo h2o g0 71937 8 71 73tfeo h2 fe h2o g0 23408 16 13t用h2作還原劑 t 570 3fe2o3 h2 2fe3o4 h2o g0 15549 6 74 46t1 4fe3o4 h2 3 4fe h2o g0 35530 30 39t 4 用固體碳還原氧化鐵 直接還原反應(yīng)feo co fe co2 g0 22781 24 24tco2 c 2co g0 170544 174 3tfeo c fe co g0 147763 150t間接還原反應(yīng)與直接還原反應(yīng)的區(qū)別是什么 就是間接還原生成的co2是否與碳發(fā)生氣化反應(yīng) 如果生成的co2不與c反應(yīng) 則此還原反應(yīng)稱間接還原反應(yīng) 如果生成的co2與c反應(yīng) 則此還原反應(yīng)稱直接還原反應(yīng) 鐵礦石發(fā)生直接還原還是間接還原 決定于碳?xì)饣磻?yīng)的溫度 co2 c 2co 碳?xì)饣磻?yīng)或稱焦炭溶損反應(yīng) 在高爐內(nèi)由于煤氣流速很高 煤氣在高爐內(nèi)只停留幾秒鐘 碳?xì)饣磻?yīng)不能達(dá)到平衡 只有在 750 左右碳?xì)饣磻?yīng)才開(kāi)始 900 1000 時(shí)反應(yīng)以較快速度進(jìn)行 1000 高爐煤氣中幾乎不存在co2 因此 在高爐內(nèi) 750 800 開(kāi)始出現(xiàn)鐵的直接還原 900 1000 直接還原明顯進(jìn)行 1000 全部進(jìn)行直接還原 鐵礦石進(jìn)入高爐后 直接還原與間接還原比較1 直接還原度 rd feo co fe co2間接還原feo c fe co直接還原feo h2 fe h2o氫還原氧化鐵礦石在高爐內(nèi)全部以間接還原的形式還原至feo 把從feo開(kāi)始 以直接還原形式還原的鐵量與被還原出來(lái)的總鐵量之比稱直接還原度 間接還原度 h2還原度 rd 1 稱高爐全部直接還原行程 rd 0 稱高爐全部間接還原行程 那么高爐應(yīng)該發(fā)展直接還原還是間接還呢 2 比較 從還原反應(yīng)碳素消耗來(lái)看直接還原反應(yīng)是不可逆反應(yīng) feo c fe co 還原出1kmolfe 56kg 需要消耗1kmol 12kgc 間接還原反應(yīng)是可逆反應(yīng) feo nco fe co2 n 1 co 還原出1kmolfe 56kg 需要消耗nkmolc 12nkgc 結(jié)論 從碳素消耗看 發(fā)展直接還原有利 從熱量消耗來(lái)看直接還原 feo c fe co 147763kj 56kgfe間接還原 feo co fe co2 22781kj 56kgfe結(jié)論 從熱量消耗看 發(fā)展間接還原有利綜合考慮兩方面因素對(duì)焦比的影響 理論計(jì)算認(rèn)為 當(dāng)rd 0 2 0 3時(shí) 高爐能獲得最低焦比 當(dāng)rd理想 0 2 0 3時(shí) 焦比達(dá)到最低值 目前實(shí)際rd 0 4 0 7 即決定于高爐的熱量消耗 因此 目前高爐節(jié)焦的方向 降低直接還原度rd 提高礦石還原性 縮小礦石粒度 爐料順行 增加噴煤 h2 減少熱量消耗q 提高礦石品位 降低焦炭灰份 si 提高風(fēng)溫 風(fēng)溫 焦比 s 渣量 液態(tài)爐渣中還原鐵1 爐料在到達(dá)軟融帶之前約有70 80 以上的鐵已經(jīng)被還原成金屬鐵 即絕大部分的feo通過(guò)間接還原和直還原反應(yīng)變成了海綿鐵 但在礦石中心 特別是還原性差的塊礦中 總有一部分feo通過(guò)固相反應(yīng)與sio2生成還原性差 熔點(diǎn)低的鐵橄欖石 2feo sio2 2feo sio2 sio2共晶溫度1177 2feo sio2 feo共晶溫度1178 因此 2feo sio2首先熔化形成初渣向下滴落 2 滴落過(guò)程中含feo的初渣與滴落帶的焦炭反應(yīng) feo c焦炭 fe co 36350kcal kmol3 熔渣中的feo與生鐵中的 c 反應(yīng) 鐵滴穿過(guò)渣層 爐缸 feo c fe co 初渣中feo在爐缸底部發(fā)生直接還原會(huì)造成哪些影響 上述反應(yīng)是不可逆的 只要爐缸熱量充足 初渣中feo幾乎全被還原成鐵 高爐正常操作時(shí) 終渣中feo 1 0 如爐缸熱量不足 初渣中feo直接還原大量吸熱 使?fàn)t缸溫度下降 渣鐵流動(dòng)性變差 爐渣會(huì)重新凝固 造成爐缸堆積 高爐冶煉常見(jiàn)現(xiàn)象解析 高崩料時(shí) 大量未充分還原的礦石落入下部高溫區(qū)發(fā)生直接還原 大量吸收爐缸熱量 引起爐涼 在爐缸熱量不足的情況下 反應(yīng) feo c fe co不能充分進(jìn)行 造成排出高爐的爐渣中仍然含有大量feo 爐渣呈黑色 也就所謂的 黑渣 現(xiàn)象 小結(jié) 在使用還原性差的礦石時(shí) 必須提高焦比 以彌補(bǔ)高爐下部大量直接還原的吸熱 3 1 2其他元素還原3 1 2 1硅酸鐵的還原高爐內(nèi)的硅酸鐵主要來(lái)自高feo的燒結(jié)礦以及高爐冶煉過(guò)程中被還原的feo與sio2作用生成的硅酸鐵 硅酸鐵難還原 它在爐缸內(nèi)進(jìn)行直接還原需要消耗大量的熱量 使?fàn)t缸溫度下降 甚至造成爐涼 其反應(yīng)過(guò)程為 fe2sio4 2feo sio2feo co fe co2co2 c cofe2sio4 2c 2fe 2sio2 2co高爐內(nèi)有cao存在 它可以把硅酸鐵中的feo置換成自由態(tài)并放出熱量 因而有利于硅酸鐵的還原 反應(yīng)為 fe2sio4 2cao ca2sio4 2feofeo c fe cofe2sio4 2cao 2c ca2sio4 2fe 2co 3 1 2 2錳的還原mn在鐵礦石中的存在方式 天然塊礦中mno2 mn2o3 燒結(jié)和球團(tuán)礦中mno 錳氧化物還原與鐵氧化物類似 也是從高價(jià)倒低價(jià)逐級(jí)還原的過(guò)程 以下是氧化錳的還原順序 mno2 mno全部是用co或h2間接還原反應(yīng)得到 2mno2 co mn2o3 co2 54180kcal 不可逆 3mn2o3 co 3mn3o4 co2 40660kcal 不可逆 mn3o4 co 3mno co2 12400kcal 可逆 mno c mn co 68640kcal 可逆 mn o親和力 fe o親和力 因此mno比f(wàn)eo難還原得多 例如 將mno放入充有100 co的容器中 溫度保持在1400 反應(yīng)平衡時(shí) 測(cè)定氣氛中co2含量?jī)H0 03 mno co mn co21400 平衡氣相co2 0 03 高爐內(nèi)塊狀區(qū)的co2 0 03 因此mno mn不可能通過(guò)間接還原得到 必須是直接還原反應(yīng) mno c mn co 68640kcal上述反應(yīng)開(kāi)始還原的溫度為1422 但在這一溫度下礦石早已熔化成渣 即mno首先與sio2結(jié)合生成低熔點(diǎn)mno sio2進(jìn)入初渣 mnsio3 cao casio3 mno 14100kcalmno c mn co 68640kcalmnsio3 cao c mn casio3 co 54540kcal比較 feo c fe co 36450kcal 56kgfemno c mn co 68640kcal 56kgmn所以 要使mn還原出來(lái) 必須提高溫度 高爐冶煉錳鐵有利措施 1 選擇正確原料 礦石含錳要高 含鐵要低 p s sio2越低越好 這樣才能煉出高牌號(hào) mn 70 的錳鐵 2 高風(fēng)溫和富氧鼓風(fēng) 由于錳還原耗熱量大 其焦比比冶煉普通生鐵高1 5 2倍 甚至更高 提高風(fēng)溫可以降低焦比 而且使高爐下部熱量充足 有利于錳還原 3 選擇合理的造渣制度 煉錳鐵時(shí)爐渣中含 mno 8 13 有時(shí)高達(dá)20 為提高錳收得率 應(yīng)降低渣量 提高回收率的另一途徑是提高爐渣堿度至1 25 1 5 減少渣中 mno 量 4 減少錳的揮發(fā) 即爐溫控制適當(dāng) si 0 7 1 0 si 太低則爐溫不足 不利于錳的還原 太高則錳揮發(fā)量太大 回收率也低 且增加煤氣清洗困難 2 1 2 3硅的還原sio2是很穩(wěn)定的化合物 在2000 以下sio2不能被co或h2還原 因此sio2比mno難還原得多 在高爐中 si是由爐渣中的 sio2 被焦炭直接還原產(chǎn)生 sio2 2c si 2co 5360kcal kgsi上述反應(yīng)在1534 才開(kāi)始 還原1kgsi需消耗5360kcal 相當(dāng)于還原1kgfe消耗熱量 651kcal kgfe 的8 2倍 因此 硅很難還原 在高爐中只有少量的硅被還原出來(lái) 溫度越高 還原硅的量也就越多 高爐操作時(shí)往往用鐵水含硅量高低來(lái)代表爐溫水平的高低 硅還原的特點(diǎn) 1 大量吸熱 2 逐級(jí)還原 t 1500 t 1500 sio2 sio sisio2 si 當(dāng)t 1500 時(shí) sio2 c sio g cosio g c si co中間產(chǎn)物sio呈氣態(tài) 它的蒸汽壓很高 1890 時(shí)達(dá)到1atm 高爐風(fēng)口帶溫度 1900 理論燃燒溫度可達(dá)2300 2400 大量sio蒸發(fā)成氣體 sio隨煤氣流上升過(guò)程中被已經(jīng)飽和了碳的鐵滴吸收 85 sio g c 鐵滴 si 鐵滴 co這是高爐內(nèi)部硅的主要還原反應(yīng) 未被鐵滴吸收的sio在高爐上部重新被煤氣氧化 凝結(jié)成白色sio2顆粒 硅還原的基本條件1 高的爐缸溫度和充足的熱儲(chǔ)備生產(chǎn)實(shí)踐統(tǒng)計(jì)指出 爐缸溫度愈高 則生鐵含硅量愈高 代表被還原的硅愈多 爐渣溫度與含硅量基本是呈直線關(guān)系 2 降低爐渣堿度高堿度爐渣會(huì)降低了sio2在渣中的活度 不利于si還原 采用酸性渣操作 可以增大sio2活度 促進(jìn)硅的還原 一般冶煉鑄造生鐵時(shí)的爐渣堿度比冶煉煉鋼生鐵時(shí)低0 05 0 1 3 1 2 4磷的還原磷酸鐵 藍(lán)鐵礦 3feo p2o5 8h2o磷酸鈣 磷石灰 3cao p2o5磷酸鐵比較容易還原 磷酸鐵脫水后 900 用co或700 用h2就能還原出p 到1100 1300 時(shí) 還原進(jìn)行很完全 2fe3 po4 2 16h2 3fe2p p 16h2ot 700 2fe3 po4 2 16co 3fe2p p 16cot 900 磷酸鈣是很穩(wěn)定的化合物 它在高爐內(nèi)首先進(jìn)入爐渣 被渣中的sio2置換出p2o5 再被直接還原 2ca3 po4 2 3sio2 3ca2sio4 2p2o5 219250kcal2p2o5 10c 4p 10co 459200kcal2ca3 po4 2 3sio2 10c 3ca2sio4 4p 10co g0 747400 479 1t cal 678450kcal 還原1kgp需吸熱5471kcal kg熱量 與還原1kgsi的吸熱量相近 但在高爐條件下 磷的還原十分有利 能全部被還原進(jìn)入鐵水 1 礦石中含磷量一般不高 對(duì)爐缸溫度影響不大 2 爐內(nèi)有大量的碳 渣中有過(guò)量的sio2 p可以溶解在鐵中 由于磷能全部還原進(jìn)入生鐵中 因此必須規(guī)定礦石的磷含量 煉鋼生鐵1級(jí)p 0 15 鑄造生鐵1級(jí)p 0 06 3 2滲碳和生鐵的形成3 2 1滲碳過(guò)程1 第一階段滲碳 海綿鐵滲碳在爐身塊狀區(qū) 鐵礦石已有部分氧化鐵被還原成固態(tài)的金屬鐵 海綿鐵 新生態(tài)的海綿鐵在高溫下具有很高的活性 能使吸附在海綿鐵上的co分解析出碳黑 析出的碳黑向海綿鐵內(nèi)部擴(kuò)散 使海綿鐵滲碳 2co co2 cc 3fe fe3c3fe 2co fe3c co2fe3c稱為滲碳體 熔點(diǎn)為1227 2 第二階段滲碳 液態(tài)生鐵滲碳 從軟融帶到滴落帶 礦石進(jìn)入軟融帶后 已經(jīng)形成的海綿鐵軟化滴落形成鐵滴 鐵滴在滴落的過(guò)程中與焦炭直接接觸導(dǎo)致滲碳 由于液體狀態(tài)下鐵滴與焦炭接觸條件得到改善 加快了滲碳過(guò)程 到爐腹時(shí)金屬鐵中已含有4 左右的碳了 這與最終生鐵的含碳量差不多 因此液態(tài)生鐵滲碳是生鐵滲碳的主要階段 3 第三階段 爐缸內(nèi)滲碳這一階段只進(jìn)行少量滲碳 滲碳量一般不超過(guò)0 1 0 5 3 2 2生鐵最終含碳量的決定因素1 決定于生鐵中合金元素的含量和溫度 mn cr v ti等與碳生成碳化物 增加生鐵含碳量 si p s等與碳生成化合物 可在高爐造渣過(guò)程中去除 使生鐵含碳降低 mn 15 20 的錳鐵c 5 5 5 mn 75 的錳鐵c 7 高碳鉻鐵c 5 7 鑄造生鐵含碳c 3 75 煉鋼生鐵c 3 8 4 2 硅鐵中c 2 c 4 3 0 27 si 0 32 p 0 03 mn 0 032 s c 1 28 0 00142t 0 304 si 0 31 p 0 024 mn 0 037 s 2 決定于爐內(nèi)壓力 2co c co2 壓力升高 有利于co分解 滲碳量增加 壓力每提高0 1kg cm2 c 升高0 045 礦石還原性好 金屬鐵出現(xiàn)早 有利于提高生鐵含碳 3 決定于煤氣成分和爐缸直徑h2能促進(jìn)生鐵滲碳 當(dāng)co co h2 0 75時(shí) 生鐵碳最高 燃燒帶長(zhǎng)度l 爐缸半徑r 比值越大 鐵水再氧化加劇 c 降低 大型高爐的l r值小 易出現(xiàn)高碳鐵 總結(jié) 與50年代相比 現(xiàn)代高爐爐內(nèi)壓力升高 爐料還原性改善 煤氣中h2升高 爐缸直徑增加 這些都促使生鐵含碳升高 3 3造渣與脫硫3 3 1造渣的目的和作用造渣 造渣就是加入熔劑同脈石和灰分相互作用 并將不進(jìn)入生鐵的物質(zhì)熔解 匯集成渣的過(guò)程 高爐造渣的基本任務(wù)就是調(diào)整好爐渣中堿性成分和酸性成分的比例 使得 1 爐渣具有較低的熔點(diǎn)和良好的流動(dòng)性 能順利從渣 鐵口流出 2 使?fàn)t渣具有一定的脫硫能力 并能在一定程度上控制si mn k na還原 3 3 2高爐造渣過(guò)程造渣物之間的固相反應(yīng) 礦石軟化和熔融 初渣滴落 中間渣 終渣1 固相反應(yīng) 燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的固相反應(yīng)在燒結(jié)礦燒結(jié)和球團(tuán)礦焙燒過(guò)程中已經(jīng)完成 塊礦內(nèi)部將發(fā)生固相反應(yīng)形成低熔點(diǎn)化合物鐵橄欖石 2feo sio2 2fe3o4 sio2 2feo sio2 2fe2o32feo sio2 2feo sio22 礦石軟化 熔點(diǎn)最低的礦物最先出現(xiàn)局部熔化 并在上部爐料的重力作用下開(kāi)始收縮 進(jìn)而大面積熔化滴落形成初渣 3 初渣 未被還原的feo mno與sio2反應(yīng)生成低熔點(diǎn)的2feo sio2和2mno sio2 因而初渣中含有大量feo和mno 其熔點(diǎn)低 用塊礦冶煉時(shí)初渣堿度低 4 中間渣 對(duì)于用生礦冶煉的高爐 初渣通過(guò)滴落帶時(shí) 一方面不斷吸收熔劑中的cao和mgo 堿度不斷升高 意味著熔點(diǎn)升高 另一方面 feo mno被焦炭還原 爐渣熔點(diǎn)逐漸升高 因此 中間渣的成分和物化性質(zhì)都在不斷變化中 正常冶煉時(shí) 由于溫度不斷升高 中間渣的流動(dòng)性逐漸變好 但當(dāng)高爐操作不穩(wěn)定時(shí) 中間渣容易凍結(jié) 造成下部懸料 5 終渣 進(jìn)入爐缸的熔渣最終完成脫硫 還原 并吸收全部焦炭灰份形成終渣 一般所說(shuō)的高爐渣系指終渣 終渣對(duì)控制生鐵成分 保證生鐵質(zhì)量有重要影響 終渣溫度比液相線高出100 以上 在1350 1550 之間 比鐵水溫度高50 100 對(duì)比不同原料冶煉時(shí)的成渣過(guò)程1 100 塊礦冶煉時(shí)的成渣過(guò)程用天然塊礦冶煉時(shí)必須加入大量熔劑caco3 其分解產(chǎn)生的cao在塊狀帶不能與礦石中的脈石很好接觸 相反 礦石中的sio2與氧化鐵緊密接觸 通過(guò)固相反應(yīng)生成大量2feo sio2等低熔點(diǎn)化合物 當(dāng)溫度升高到1200 1400 時(shí)軟化熔融形成初渣 因此初渣中feo高 cao低 固態(tài)的cao進(jìn)入滴落帶后不斷溶解 中間渣堿度不斷升高 因此 用塊礦冶煉時(shí) a 初渣中feo高 初渣形成得比較早 即軟熔帶位置高 直接還原度高 b 中間渣物化性質(zhì)變化大 成渣過(guò)程不穩(wěn)定 如由于feo被大量還原 cao不斷溶解 不斷吸收大量熱量 粘度迅速升高 若這時(shí)溫度變化跟不上中間渣熔化性溫度和粘度變化 則有可能使已經(jīng)熔化的初渣重新凝結(jié) c 熔點(diǎn)很高的cao沒(méi)有及時(shí)溶解而粘結(jié)在爐墻上 導(dǎo)致?tīng)t墻結(jié)厚 甚至結(jié)瘤 2 熔劑性燒結(jié)礦冶煉使用這種爐料冶煉時(shí) 高爐中不加石灰石 它的成渣過(guò)程比較穩(wěn)定 初渣堿度比較高 feo也較少 中間渣比較穩(wěn)定 3 3 3高爐爐渣對(duì)冶煉的影響3 3 3 1高爐渣的組成 礦石中的脈石 主要是酸性的sio2和al2o3 少量的堿性成分cao和mgo 焦炭灰分 主要是酸性的sio2 占50 左右 和al2o3 熔劑 石灰石 白云石分解出的cao和mgo表3 3高爐爐渣成分范圍 3 3 3 2爐渣堿度及其表示四元堿度 三元堿度 二元堿度 通常 我們把r2 1的爐渣稱為堿性渣 r2 1的爐渣稱為酸性渣 冶煉煉鋼生鐵時(shí) 高爐渣二元堿度通常在0 95 1 25之間 3 3 3 3爐渣性質(zhì)及其對(duì)冶煉的影響直接影響高爐冶煉的爐渣性質(zhì)有熔化溫度 溶化性溫度 黏度 穩(wěn)定性和脫硫性 一般對(duì)高爐渣有如下幾點(diǎn)要求 黏度小 流動(dòng)性好 渣鐵分離好 具有良好的脫硫能力 fes cao c cas fe co 能促進(jìn)或阻止某些元素的還原 這主要通過(guò)控制爐渣堿度來(lái)實(shí)現(xiàn) a爐渣的熔化性熔化性就是爐渣融化的難易程度 它可以用熔化溫度和熔化性溫度來(lái)表示 熔化溫度 多元系熔化溫度是指液相線溫度 或過(guò)熱熔體開(kāi)始結(jié)晶的溫度 也是爐渣加熱時(shí)晶體完全消失的溫度 熔化性溫度 熔體從不能流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槟茏杂闪鲃?dòng)的溫度 熔化溫度 堿性渣 r2 1 2 曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)明顯 冷卻后斷口呈石頭狀 稱 石頭渣 酸性渣 r2 0 9 曲線變化平緩 無(wú)明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn) 爐渣可拉成長(zhǎng)絲 冷卻后斷口呈玻璃狀 稱 玻璃渣 b爐渣的粘度 1 物理意義 爐渣粘度是指流速不同的兩個(gè)液層間的內(nèi)摩擦系數(shù) 2 高爐冶煉對(duì)爐渣粘度要求高爐正常冶煉時(shí) 爐渣粘度一般為3 10泊 多為5 7泊 相當(dāng)于常溫下甘油的粘度 當(dāng)爐渣粘度 20泊時(shí)失去流動(dòng)性 幾種常見(jiàn)液體的粘度 3 化學(xué)成分對(duì)爐渣粘度的影響 p76 a sio2的影響 sio2升高 黏度升高 b al2o3的影響 al2o3增加 黏度升高 c mgo的影響 作用類似cao 一定范圍內(nèi)增加可降低爐渣黏度 過(guò)高則使粘度升高 d feo的影響 能顯著降低爐渣黏度 e mno的影響 能顯著降低爐渣黏度 對(duì)堿性渣影響較大 4 特殊成分對(duì)爐渣粘度的影響caf2是螢石的主要成分 熔點(diǎn)1151 含氟爐渣熔化性溫度低 粘度小 一般作為洗爐劑使用 螢石對(duì)爐襯具有侵蝕作用 4 caf2 2sio2 爐襯 4 cao 2sif4 3 caf2 al2o3 爐襯 3 cao 2alf3 c爐渣的穩(wěn)定性爐渣穩(wěn)定性是指爐渣性質(zhì) 主要是熔化性溫度和黏度 隨其成分和溫度變化而波動(dòng)的幅度大小 爐渣穩(wěn)定性可分為熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性 a 熱穩(wěn)定性 酸性渣的熱穩(wěn)定性比堿性渣好 但酸性渣不能脫硫 當(dāng)原料含硫比較高時(shí) 為了冶煉合格生鐵 必須選擇堿度較高的爐渣 這時(shí)必須提高焦比 以維持較高的爐溫 防止?fàn)t渣發(fā)粘 此外脫硫反應(yīng)本身耗碳 fes cao c cas fe cob 化學(xué)穩(wěn)定性 含feo高的初渣化學(xué)穩(wěn)定性差 特別是使用還原性差的天然礦冶煉時(shí) 初渣中feo很高 在滴落帶feo被還原 大量的石灰還沒(méi)有來(lái)得及溶解進(jìn)入爐渣 一旦爐況波動(dòng) 易造成局部?jī)鼋Y(jié)或下部結(jié)瘤 d爐渣的表面張力爐渣的表面張力對(duì)煉鋼過(guò)程有較大的意義 表面張力小的爐渣 流動(dòng)性好 有利于爐渣脫硫 但是對(duì)于含有較高caf2的爐渣 表