冶金工程概论-3高炉炼铁
合集下载
高炉炼铁原理课件
高炉内的传热过程
总结词
高炉内的传热过程是炼铁过程中必不可少的环节，它涉及到多种传热方式，如传导、对流和辐射。
详细描述
高炉内的传热过程主要通过焦炭、矿石和铁水等固体物质之间的热传导，以及气体和铁水之间的对流 换热来完成。此外，高炉内的高温环境还使得热量以辐射方式传递。这些传热方式共同作用，使得热 量能够有效地传递到铁水中，完成炼铁过程。
成分监测与控制
生铁的成分直接影响其质量和用途。为确保生铁质量达标，应定期对生铁成分进行监测， 并根据监测结果调整原料配比、焦炭质量和鼓风量等参数。
压力监测与控制
高炉内的压力对气体流量和反应过程有重要影响。压力的波动可能导致炉况不稳和生产事 故。因此，应定期监测高炉内压力，并对其进行控制，确保压力稳定。
，降低能耗。
05 渣铁分离与排放
渣铁的形成与性质
渣铁的形成
在高炉炼铁过程中，矿石、焦炭和熔剂经过一系列化学反应后形成渣铁。
渣铁的性质
渣铁具有不同的物理和化学性质，如密度、黏度、成分等，这些性质对渣铁分 离和排放过程有重要影响。
渣铁的分离过程
自然分离
在高炉中，渣铁由于密度差异自 然分层，上层为铁水，下层为炉
燃料的燃烧过程
燃料燃烧反应
燃烧产物的成分
燃料在高温下与空气中的氧气发生化 学反应，释放出热量，加热高炉内的 气体和原料。
燃烧产物主要是高炉内的气体和炉渣 ，其成分和性质对高炉炼铁的产品质 量和效率有着重要影响。
燃烧效率
燃料燃烧效率的高低直接影响到高炉 炼铁的效率，因此需要控制好燃烧过 程，提高燃烧效率。
高炉炼铁原理课件
• 高炉炼铁概述 • 原料准备与燃料 • 还原过程与化学反应 • 高炉内气体流动与传热 • 渣铁分离与排放 • 高炉操作与控制
高炉炼铁概述课件
06
高炉炼铁的应用与实践
高炉炼铁在钢铁行业的应用
钢铁行业是高炉炼铁的主要应用领域，通过高炉炼铁工艺，将铁矿石还原成液态铁 水，再经过凝固、轧制等工序生产出各种钢材。
高炉炼铁工艺具有生产效率高、能耗低、成本低等优势，是现代钢铁工业中最为普 遍的炼铁方法。
随着钢铁行业的发展，高炉炼铁技术也在不断进步，提高产能、降低能耗、减少污 染是当前研究的重点。
煤气处理与利用
煤气回收
从高炉煤气中回收有价值的组分 ，如CO、H2等。
煤气净化
对高炉煤气进行除尘、脱硫等净化 处理，以满足环保要求。
煤气利用
将净化后的煤气用于各种用途，如 发电、化工等，实现能源的循环利 用。
03
高炉炼铁设备
原料处理设备
原料破碎设备
用于将大块矿石破碎成小块，以 便于运输和入炉。
高炉炼铁是现代钢铁生产中的重要环 节，其产品生铁被用于进一步生产钢 材、铸件等。
高炉炼铁的原理
01
高炉炼铁主要基于碳还原反应， 即铁矿石中的氧化铁与碳反应， 生成液态铁和二氧化碳。
02
该反应需要在高温（约1500°C） 和高压（约0.5-1.0 MPa）条件下 进行，以加速反应速率和提高生 铁产量。
高炉炼铁的历史与发展
高炉炼铁技术起源于13世纪，随着工业革命的发展，高炉炼铁逐渐成为钢铁生产 的主要方式。
近年来，随着环保要求的提高和资源限制的加剧，高炉炼铁技术也在不断改进， 如采用高效节能技术、降低污染物排放和提高资源利用率等。
02
高炉炼铁工艺流程
原料准备
01
02
03
原料准备
确保所需原料的品质和数 量，包括铁矿石、焦炭、 熔剂等。
高炉炼铁概述课件
冶金概论 高炉炼铁..
将准备好的原料(细磨精矿或其他细磨粉状物料、 添加剂等)，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 生一系列的物理化学变化而硬化固结．这一过程即 为球团生产过程．其产品即为球团矿。
球团矿生产的工艺流程一般包括原料准备、配 料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和 返矿处理等工序。
20
20
2.2.1高炉冶炼过程及特点
现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除 高炉本体外，还有供料、送风、煤气净化除尘、 喷吹燃料和渣铁处理等系统。 高炉炼铁的本质
传质过程：矿石中的O2O2-(矿）＋CO ￫ CO2
O2-
进入煤气中，实现铁与氧的分离 传热过程：煤气携带的热量传给炉料，使炉料熔化成 渣铁，实现渣铁分离
2018/8/14/01:54:11
12
12
烧结过程的主要反应
还原与再氧化反应：Fe、Mn等
靠近燃料颗粒处：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2; Fe3O4+CO=3FeO+CO2; 远离燃料颗粒处：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3; 3FeO+1/2O2=Fe3O4.
气化反应：脱硫85％～95％。 FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2 2FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO2
2018/8/14/01:54:11
18
18
球团 矿生 产的 工艺 流程
2018/8/14/01:54:11
19
19
2.2 高炉炼铁原理
2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 高炉冶炼过程及特点 燃烧反应 还原反应 高炉炉渣与脱硫 高炉生产主要技术经济指标
球团矿生产的工艺流程一般包括原料准备、配 料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和 返矿处理等工序。
20
20
2.2.1高炉冶炼过程及特点
现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除 高炉本体外，还有供料、送风、煤气净化除尘、 喷吹燃料和渣铁处理等系统。 高炉炼铁的本质
传质过程：矿石中的O2O2-(矿）＋CO ￫ CO2
O2-
进入煤气中，实现铁与氧的分离 传热过程：煤气携带的热量传给炉料，使炉料熔化成 渣铁，实现渣铁分离
2018/8/14/01:54:11
12
12
烧结过程的主要反应
还原与再氧化反应：Fe、Mn等
靠近燃料颗粒处：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2; Fe3O4+CO=3FeO+CO2; 远离燃料颗粒处：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3; 3FeO+1/2O2=Fe3O4.
气化反应：脱硫85％～95％。 FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2 2FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO2
2018/8/14/01:54:11
18
18
球团 矿生 产的 工艺 流程
2018/8/14/01:54:11
19
19
2.2 高炉炼铁原理
2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 高炉冶炼过程及特点 燃烧反应 还原反应 高炉炉渣与脱硫 高炉生产主要技术经济指标
《高炉炼铁》课件
高炉炼铁
汇报人：PPT
单击输入目录标题 高炉炼铁概述 高炉炼铁的原料 高炉炼铁的过程 高炉炼铁的设备 高炉炼铁的环境影响与治理措施
添加章节标题
高炉炼铁概述
高炉炼铁的定义
高炉炼铁是一种 将铁矿石、焦炭 等原料在高炉内 进行冶炼，生产 出铁水的过程。
高炉炼铁是现代 钢铁工业中最重 要的生产工艺之 一，也是钢铁生 产的主要环节。
为黑色，硬度高，含有钒和钛元素
焦炭的种类和作用
焦炭种类：气焦、 半焦、全焦等
作用：提供热量， 使铁矿石熔化
作用：作为还原 剂，将铁矿石中 的铁还原为铁
作用：作为骨架， 支撑炉料，防止 炉料坍塌
熔剂的种类和作用
石灰石：作为熔剂，可以降低铁矿石的熔 点，提高铁的产量和质量
硅石：作为熔剂，可以降低铁矿石的熔点， 提高铁的产量和质量
高炉炼铁的原料
铁矿石的种类和特点
磁铁矿：主要成分为Fe3O4，具有磁性，易被磁选 赤铁矿：主要成分为Fe2O3，颜色为红色或褐色，硬度高 褐铁矿：主要成分为Fe2O3·nH2O，颜色为褐色，硬度低 菱铁矿：主要成分为FeCO3，颜色为灰白色，硬度低 钛铁矿：主要成分为FeTiO3，颜色为黑色，硬度高 钒钛磁铁矿：主要成分为Fe3O4·2Fe2O3·V2O5，颜色
矿石筛分： 将破碎后的 矿石进行筛 分，去除杂 质和过大颗 粒
矿石预热： 将筛分后的 矿石进行预 热，提高矿 石温度，降 低还原反应 温度
矿石还原： 将预热后的 矿石放入高 炉中，通过 高温还原反 应，将矿石 中的铁元素 还原出来， 形成铁水
铁水冷却： 将铁水冷却， 形成固态铁 块，便于后 续加工处理
高炉炼铁的主要 设备是高炉，其 结构复杂，操作 难度大，需要严 格的工艺控制。
汇报人：PPT
单击输入目录标题 高炉炼铁概述 高炉炼铁的原料 高炉炼铁的过程 高炉炼铁的设备 高炉炼铁的环境影响与治理措施
添加章节标题
高炉炼铁概述
高炉炼铁的定义
高炉炼铁是一种 将铁矿石、焦炭 等原料在高炉内 进行冶炼，生产 出铁水的过程。
高炉炼铁是现代 钢铁工业中最重 要的生产工艺之 一，也是钢铁生 产的主要环节。
为黑色，硬度高，含有钒和钛元素
焦炭的种类和作用
焦炭种类：气焦、 半焦、全焦等
作用：提供热量， 使铁矿石熔化
作用：作为还原 剂，将铁矿石中 的铁还原为铁
作用：作为骨架， 支撑炉料，防止 炉料坍塌
熔剂的种类和作用
石灰石：作为熔剂，可以降低铁矿石的熔 点，提高铁的产量和质量
硅石：作为熔剂，可以降低铁矿石的熔点， 提高铁的产量和质量
高炉炼铁的原料
铁矿石的种类和特点
磁铁矿：主要成分为Fe3O4，具有磁性，易被磁选 赤铁矿：主要成分为Fe2O3，颜色为红色或褐色，硬度高 褐铁矿：主要成分为Fe2O3·nH2O，颜色为褐色，硬度低 菱铁矿：主要成分为FeCO3，颜色为灰白色，硬度低 钛铁矿：主要成分为FeTiO3，颜色为黑色，硬度高 钒钛磁铁矿：主要成分为Fe3O4·2Fe2O3·V2O5，颜色
矿石筛分： 将破碎后的 矿石进行筛 分，去除杂 质和过大颗 粒
矿石预热： 将筛分后的 矿石进行预 热，提高矿 石温度，降 低还原反应 温度
矿石还原： 将预热后的 矿石放入高 炉中，通过 高温还原反 应，将矿石 中的铁元素 还原出来， 形成铁水
铁水冷却： 将铁水冷却， 形成固态铁 块，便于后 续加工处理
高炉炼铁的主要 设备是高炉，其 结构复杂，操作 难度大，需要严 格的工艺控制。
高炉炼铁工艺课件
3、送风系统。包括鼓风机、热风炉、热风总管，送风支管。 本系统的任务是把从鼓风机房送出的冷风加热并送入高炉。 4、喷吹系统。包括磨煤机、集煤罐、储煤罐、喷煤罐、混 合器和喷枪。本系统的任务是磨制、收存和计量后把煤粉 从风口喷入高炉。 5、渣铁处理系统。包括出铁厂、泥炮、开口机、铁水罐、 水渣池等。本系统的任务是定期将炉内的渣铁出净，保证 高炉连续生产。 6、煤气处理系统。包括煤气上升管、下降管、重力除尘器、 布袋除尘器、静电除尘器。本系统的任务是将炉顶引出的 含尘很高的荒煤气净化成合乎要求的净煤气。
直接还原成大量碱蒸气，随煤气上升到低温区又被氧化成 碳酸盐沉积在炉料和炉墙上，部分随炉料下降，从而反复 循环积累。其危害主要为：与炉衬作用生成钾霞石
（K2O﹒Al2O3﹒2SiO2），体积膨胀40%而破坏炉衬；与 炉衬作用生成低熔点化合物，粘接在炉墙上，易导致结瘤； 与焦炭作用生成嵌入式化合物（CKCN），体积膨胀很大， 破坏焦炭高温强度，从而影响高炉下部料柱的透气性。 （6）铜。铜是贵重的有色金属，在钢中的含量不超过0.3% 时，能增强金属的抗腐蚀性能，但当含铜量超过0.3%时， 钢的焊接性能降低，并产生热脆。 2. 有益元素。许多铁矿石中常伴有锰、铬、钒、钛、镍等元 素，形成多种共生矿。这些金属能改善钢材的性能，是重 要的合金元素，故称之为有益元素。
钟式炉顶和无钟式炉顶
图 6 并罐式无钟炉顶装置示意图 1—皮带运输机；2—受料漏斗；3—上闸门； 4—上密封阀；5—储料仓；6—下闸门； 7—下密封阀；8—叉型漏斗；9—中心喉管； 10—冷却气体充入管；11—传动齿轮机构； 12—探尺；13—旋转溜槽；14—炉喉煤气封盖； ； 17—料仓支撑轮；18—电子秤压头； 19—支撑架；20—下部闸门传动机构； 21—波纹管；22—测温热电偶；23—气密箱； 24一更换滑槽小车；25一消音器
第二章 高炉炼铁
2023/11/9
25
硫铁矿（主要成分FeS2） 褐铁矿（主要成分2Fe2O3·3H2O）
2含铁品位
Fe品位高，脉石含量低，冶炼时所需熔剂和形 成的渣少，用于分离渣铁所需的能量低。
T.Fe> 65%，P、S含量低的矿石可直接供直接 还原和熔融还原
鼓风机 热风炉
球团矿 烧结矿
焦炭
煤粉 熔剂 热风
高
炼铁工艺流程图
炉
水泥厂 铸铁机
2023/11/9
炉渣 铁水 高炉煤气 铸造生铁 炼钢生铁
放散 轧钢厂 转炉炼钢厂
6
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95%以上。
我国最大的高炉是宝钢3号高炉（4350m3）。世界
最大高炉达5000m3以上。
21
六、 高炉炉基
钢筋混凝土基座
2023/11/9
22
2.1.3 高炉炼铁原料及产品
一、高炉炼铁原料 1、含铁原料—Iron-Bearing Materials 铁矿石：1.6~1.8吨/吨铁，主要成分为
Fe3O4，理论含铁量72.4%； Fe2O3，理论含铁量70%
2023/11/9
23
(1)自然界中主要铁矿石 自然界中铁元素主要以化合态存在。主要矿
218
454
50 1840
525
1090
40 2300
985
2050
一般的经验数据是：品位提高1%，焦比降低2%， 产量增加3%
2023/11/9
28
脉石成分及分布
铁矿石中的脉石主要有 SiO2、Al2O3 、CaO 、 MgO等金属氧化物，以酸性氧化物为主。脉石 主要参与造渣，几乎不被还原
冶金学概论
1.1.2 炉内状况的描述
1 块状带（固体炉料区） 固体炉料熔融前所分布的区域。 2 熔融带： 炉料从开始软化到融化所占的区域。矿料熔结成为熔融层，两 熔融层之间夹有焦炭层，多个熔融层和焦炭层构成完整的熔融 带，其纵剖面可呈倒V形、V形或W形等。 3 滴落带： 渣铁全部熔化滴落，穿过焦炭层下到炉缸区域。由于煤气大量 通过，渣、铁滴落时继续进行还原、渗碳等反应，是高温物理化 学反应的主要区域。此时，焦炭分为疏松焦炭区和压实焦炭区两 部分。 4 风口带（风口焦炭回旋区） 风口前燃料燃烧的区域。焦炭燃烧时被高速气流带动形成回旋 区，其大小和鼓风动能以及焦炭强度等因素有关。是高炉热能和 气体还原剂的发源地，也是初始煤气流分布的起点。 5 渣铁贮存区 是形成最终渣、铁的区域。
1.4.1.1 矿石分类及主要特征
表 2－1 不同种类铁矿石的特征 矿石名称
•
磁铁矿 赤铁矿
矿物名称 及化学成分 磁铁矿 Fe3O4 赤铁矿 Fe2O3 nFe2O3. mH2O n=1~3 m=1~4 褐铁矿 2Fe2O3. 3H2O 菱铁矿 FeCO3
理论含铁 量（％）
实际富矿 含 铁 量 （％） 45~70
• 4 生铁合格率
• 生铁化学成分符合国家标准的总量 占生铁总产量的百分数。它是衡量产品 质量的标准。
5 衡量辅助燃料喷吹作业的指标 （1）喷吹率
喷吹燃料占总燃料消耗的百分数（％〕
（2）置换比（R） R=(K0- K1 + Σ∆K)/M
式中 R――喷吹的辅助燃料的置换比； K0――未喷吹辅助燃料前的平均实际焦比； K1 ――喷吹辅助燃料后的平均焦比； Σ∆K――其它各种因素对实际焦比的影响的代 数和 M—喷吹的辅助燃料的量
条痕颜色
最低工业 冶炼性能 品 位（ ％ ） 20~25 P、S 高，坚 硬，致密，难 还原 P、S 低，质 软，易碎，易 还原 P 高 ，质软疏 松，难5.2~66.1 55~60 37～55 红色 黄褐色 30
高炉炼铁基础理论剖析课件
高炉炼铁的工艺流程
矿石准备
将铁矿石破碎、筛分、磨细，以供高 炉使用。
02
烧结
将铁矿粉与其他添加剂混合，在烧结 机上高温烧结成块，以提高其强度和 还原性。
01
生铁处理
将液态生铁进行铸造成不同规格的钢 锭或直接炼制成钢材。
05
03
炼铁
将烧结矿和焦炭等原料加入高炉中， 通过高温还原反应将铁从铁矿石中分 离出来，生成液态生铁。
炉渣的形成与作用
炉渣的形成
高炉炼铁过程中，矿石中的脉石、焦炭中的灰分以及加入的溶剂等与熔融的铁氧 化物、硅酸盐等相互作用形成炉渣。
炉渣的作用
炉渣的主要作用是去除矿石中的杂质，并保持高炉内酸碱平衡，同时还能保护炉 衬不被侵蚀。
03
高炉操作与控制
风口前燃料燃烧与煤气形成
燃料燃烧
燃烧带形成
高炉炼铁过程中，焦炭和煤粉在风口 前与鼓入的高温空气进行燃烧反应， 释放热量并生成煤气。
和节能减排。
国外先进高炉炼铁技术与实践
1 2 3
米塔尔钢铁公司高炉炼铁工艺
米塔尔钢铁公司作为全球最大的钢铁企业之一， 其高炉炼铁工艺具有高效、低耗、环保的特点。
浦项钢铁公司高炉炼铁工艺
浦项钢铁公司作为韩国最大的钢铁企业，其高炉 炼铁工艺技术先进，具有高效率、低成本的优势 。
新日铁住金公司高炉炼铁工艺
物的排放。
高炉炼铁的未来发展方向
01
02
03
04
低碳化
高炉炼铁应向低碳化方向发展 ，降低碳排放强度，实现绿色
发展。
智能化
利用信息技术和自动化技术， 提高高炉炼铁的生产效率和能
源利用效率。
循环经济
构建循环经济体系，实现高炉 炼铁废弃物资源化利用和能源