高炉炼铁原料
高炉炼铁的化学反应方程式
高炉炼铁的化学反应方程式
高炉炼铁的原理是将铁矿石、油、煤、焦炭等原料放入高炉中加热，将铁中的氧夺取出来从而形成铁的过程。
整个高炉炼铁的流程的方程式为：
1、造气（提供热量、产生CO）：CO2+C=高温=2CO
2、炼铁：Fe2O3+3CO=高温=2Fe+3CO2
3、造渣：CaCO3=高温=CaO+CO2↑，CaO+SiO2=高温=CaSiO3
这一流程的目的是利用石灰石使得冶炼生成的铁与杂质分开。
炼铁的主要设备是高炉。
冶炼时，铁矿石、焦炭、和石灰石从炉顶进料口由上而下加入，同时将热空气从进风口由下而上鼓入炉内，在高温下，反应物充分接触反应得到铁。
高炉炼铁技术简介
烧结 工艺 流程
精矿、粉矿 （0~10mm）
石灰石、白云石 （80~0mm）
碎焦、无烟煤 （25~0mm）
破碎
>3mm
• 炉渣中氧化物的种类：碱性氧化物、酸性氧化物 和中性氧化物。以碱性氧化物为主的炉渣称碱性 炉渣；以酸性氧化物为主的炉渣称酸性炉渣。
• 炉渣的碱度(R)：炉渣中碱性氧化物和酸性氧化 物的质量百分数之比表示炉渣碱度：
• 高炉炉渣碱度一般表示式：R=w(CaO)／w (SiO2)
• 炉渣的碱度根据高炉原料和冶炼产品的不同，一 般在1.0～1.25之间。
消耗的（干）焦炭量（焦比一定的情况 下）
高炉每天消耗的焦炭量 I=
高炉的有效容积
• 生铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量 占生铁总量的指标。
• 休风率：高炉休风时间（不包括计划大、中、小 修）占日历工作时间的百分数。
规定的日历作业时间=日历时间-计划大中修及
封炉时间
休风率=
高炉休风时间 规定的日历作业时间 ×100%
高炉炉渣与脱硫
• 高炉炉渣是铁矿石中的脉石和焦炭(燃料)中 的灰分等与熔剂相互作用生成低熔点的化 合物，形成非金属的液相。
– 高炉炉渣的成分 – 高炉炉渣作用 – 成渣过程 – 生铁去硫
• 高炉炉渣的来源：矿石中的脉石、焦炭(燃料)中 的灰分、熔剂中的氧化物、被侵蚀的炉衬等。
• 高炉炉渣的成分：氧化物为主，且含量最多的是 SiO2、CaO、Al2O3、MgO。
② 物理性能 包括机械强度和粒度组成等。高炉要求烧结矿机械 强度高，粉末少，粒度均匀。 烧结矿粒度小于5mm的称之为粉末。粉末含量对高 炉料柱透气性影响很大。粉末含量高，高炉透气性差， 导致炉况不顺，可能引起崩料或悬料。 反应机械强度的指标为：转鼓指数、抗磨指数、筛 分指数。 目前武钢烧结矿的转鼓强度大约在79%～80%左右。
高炉炼铁原料.
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2.1.3 熔剂
一、熔剂的种类
由于矿石脉石和焦炭灰分多系酸性氧化物，所以高炉主要用碱性熔剂， 如石灰石（CaCO3）、白云石（CaCO3·MgCO3）等。
石灰石资源很丰富，几乎各地都有。 白云石同时含有CaO和MgO，既可代替部分石灰石，又使渣中含有
我国现代高炉的 追求
高 产 率
低 能 耗
低 成 本
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8
含
铁 原
含铁品位的影响 提高入炉原料铁品位 1％
料
性
高炉焦比↓ 2％
能
高炉产量↑ 3％
对 高 炉
机械强度增加的影响 提高烧结矿转鼓强度 1％
冶
高炉产量↑ 1％
炼
降低烧结矿自然粉化率 1％
的
影
高炉焦比↓ 0.5％
所需的还原剂。 (3)料柱骨架。高炉内是充满着炉料和熔融渣、铁的一个料柱，焦炭
约占料柱体积的1/3~1/2，对料柱透气性具有决定性的影响。特 别是在高炉下部，矿石、熔剂已经熔化、造渣，变成液态渣和铁，只 有焦炭仍保持固态，为渣、铁滴落和煤气上升以及炉缸内的渣、铁正 常流通和排出，提供代替。
响
高炉产量↑ 1％
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含
铁
还原性能的影响
原
降低烧结矿FeO 1％
料
性 能 对
高炉焦比↓ 1～1.5％ 高炉产量↑ 1～1.5％ 降低原料在高炉内的rd 1％
高
高炉焦比↓ 0.8～0.9％
炉
高炉产量↑ 0.8～0.9％
高炉炼铁原料
高炉炼铁原料1．铁矿石和燃料高炉炼铁必备的三种原料中，焦炭作为燃料和还原剂，是主要能源；熔剂，如石灰石，主要用来助熔、造渣；铁矿石则是冶炼的对象。
这些原料是高炉冶炼的物质基础，其质量对冶炼过程及冶炼效果影响极大。
铁矿石铁矿石分类及特性高炉冶炼用的铁矿石有天然富矿和人造富矿两大类，含铁量在50%以上的天然富矿经适当破碎、筛分处理后可直接用于高炉冶炼。
贫铁矿一般不能直接入炉，需要破碎、富矿并重新造块，制成人造富矿（烧结矿或球团矿）再入高炉。
人造富矿含铁量一般在55%~65%之间。
由于人造富矿事先经过焙烧或者烧结高温处理，因此又称为熟料，其冶炼性能远比天然富矿优越，是现代高炉冶炼的主要原料。
天然块矿统称成为生料。
我国富矿储量很少，多数是含Fe30%左右的贫矿，需要经过富矿才能使用。
A.矿石和脉石能从中经济合理的提炼出金属来的矿物成为矿石。
如铁元素广泛地、程度不同地分布在地壳的岩石和土壤中，有的比较集中，形成天然的富铁矿，可以直接利用来炼铁；有的比较分散，形成贫铁矿，用于冶炼及困难又不经济。
随着选矿和冶炼技术的发展，矿石的来源和范围不断扩大。
含铁较低的贫矿经过富选也可用于炼铁。
矿石中除了用来提炼金属的有用矿物外，还含有一些工业上没有提炼价值的矿物或岩石，称为脉石。
对冶炼不利的脉石矿物，应在选矿和其他处理过程中尽量去除。
但矿石中脉石的结构和分布直接影响矿石的选冶性能。
如果含铁矿物结晶颗粒比较粗大，则在选矿过程中易于实现有用矿物的单体分离；反之，如果含铁矿物呈颗粒结晶嵌布在脉石中，则要进一步细磨矿石才能分离出有用单体。
B．天然矿石的分类及特性天然铁矿石按其主要矿物分为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿等几种，主要矿物组成及特征见下表。
常见铁矿石的组成及特征磁铁矿，主要含铁矿物为Fe3O4，具有磁性。
其化学组成可视为Fe2O3* FeO，其中FeO 30%，Fe2O3 69%，Tfe 72.4%, O27.6%。
《高炉炼铁》课件
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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。
高炉炼铁所有化学方程式
高炉炼铁所有化学方程式
高炉炼铁的原理是将铁矿石、油、煤、焦炭等原料放入高炉中加热，将铁中的氧夺取出来从而形成铁的过程。
整个高炉炼铁的流程的方程式为：
1、造气（提供热量、产生CO）：CO2+C=高温=2CO；
2、炼铁：Fe2O3+3CO=高温=2Fe+3CO2；
3、造渣：CaCO3=高温=CaO+CO2↑，CaO+Si02=高温=CaSiO3。
这一流程的目的是利用石灰石使得冶炼生成的铁与杂质分开。
炼铁的主要设备是高炉。
冶炼时，铁矿石、焦炭、和石灰石从炉顶进料口由上而下加入，同时将热空气从进风口由下而上鼓入炉内，在高温下，反应物充分接触反应得到铁。
高炉炼铁的操作方法
高炉炼铁的操作方法
高炉炼铁是一种传统的铁矿石冶炼方法，以下是一般的操作步骤：
1. 准备工作：收集并准备好所需的原料，包括铁矿石、焦炭、石灰石等。
2. 加料：首先将原料按照一定的比例加入高炉中。
一般先加入石灰石和焦炭，然后添加铁矿石。
3. 预热：点燃焦炭燃料，使其产生高温，并将炉内温度升至适宜的炼铁温度。
4. 还原：在高温下，焦炭与铁矿石发生还原反应，将铁矿石中的氧化铁还原为金属铁。
5. 熔化：金属铁被炉内剧烈的燃烧反应包围，逐渐熔化并聚集于炉底。
6. 收集炉渣：炉渣是炼铁过程中产生的非金属物质，如硅酸盐等。
炉渣会浮在金属铁上方，通过铁口排出。
7. 收集铁水：当金属铁达到一定程度的液态状，就可以通过铁口排出高炉，收集成为铁水。
8. 冷却：铁水经过铁口流出高炉后，进行冷却和凝固，最终形成块状的生铁。
需要注意的是，高炉炼铁是一个复杂的工艺过程，同时还涉及到高温、高压等危险环境，因此需要严格遵守相关的安全操作规程。
高炉炼铁工艺简介汇总
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二.高炉炼铁原料
硫的危害
1.含量超标时使钢产生热脆性。 2铸.对件铸产造生生气铁孔，，降难低易铁切水削的，流降动低性韧，性阻。止Fe3C的分解，使 3.降低钢材的焊接性，抗腐蚀性和耐磨性。
磷的危害
钢中的磷能全部溶于铁素体中。使钢的强度、硬度增加， 但塑性、韧性则显著降低。这种脆化现象在低温时更为严 重，故称为冷脆。一般希望冷脆转变温度低于工件的工作 温度，以免发生冷脆。而磷在结晶过程中，由于容易产生 晶内偏析，使局部地区含磷量偏高，导致冷脆转变温度升 高，从而发生冷脆。冷脆对在高寒地带和其它低温条件下 工作的结构件具有严重的危害性，此外，磷的偏析还使钢 材在热轧后形成带状组织。
4 脉石：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。
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5、富矿：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%
扣除CO2
褐铁矿：理论含铁量55 . 2~66.1% 和结晶水
6、 贫矿：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）
燃烧时放热作为发热剂。 焦炭燃烧产生的CO气体及焦炭中的碳素还原金属氧化物作为还原剂。 支撑料柱起骨架作用。 焦炭还是生铁的渗碳剂 焦炭的粒度、机械强度、燃烧性和反应性对冶炼有很大的影响
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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；
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铁矿石
磁铁矿（Fe3O4）-magnettie 赤铁矿（Fe2O3）-hematite
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（3）有益元素：指对钢材质量有改善或可提取 的元素。如Mn、Cr、Co、Ni、V、Ti等。
这些元素可部分被还原进入生铁，并能改善 钢铁材料的性能。
当这些有益元素达到一定含量时，如W(Mn)≥5 ％、W(Cr)≥0.6％、W(Co)≥0.03％、W(Ni)≥0.2 ％、W(V)≥0.1％即可视为复合矿石，其经济价值 很大，是宝贵的矿石资源。
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3）Pb
Pb易还原，不溶于铁水，密度大(11.34g/cm3)，熔 点327 ℃，沸点1520℃，要求铁矿石中含Pb不超过 0.1%。
4）Zn
Zn易还原，还原后易挥发，且不溶于生铁；要求 铁矿石含Zn不应超过0.2%。
Pb、Zn在高炉内对炉料、炉衬起破坏作用。
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5）钾和钠：以碳酸盐及硅酸盐形态存在。 在高炉中下部被还原成钾、钠氧化物或单质， 对炉衬构成侵蚀性破坏，并且恶化原燃料质 量。
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2、矿石粒度和气孔率
矿石粒度→料柱透气性、传热和传质条件→高 炉顺行和还原过程
粒度过大，与煤气接触面积小，扩散半径大， 块矿中心部分不易加热和还原，煤气利用变差，焦 比升高。
粒度过小，特别是粉末较多时，会使煤气流上 升的阻力增大，有碍高炉顺行，使产量降低。
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确定矿石粒度，必须兼顾高炉气体力学、传热传 质两方面的因素，力求粒度均匀，尽量减少粉末含量。
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特点： 1）含铁量为37~55%，吸水性很强； 2）焙烧可去除结晶水，矿石气孔率和含铁
量增加，矿石还原性好； 3）呈浅褐色、深褐色或黑色，脉石常为砂
质粘土。
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（4）菱铁矿 为碳酸盐铁矿石，化学式为FeCO3，理论含铁
量48.2%。 特点： 1）含铁量不高，焙烧分解CO2后，含铁量提高，
还原性好； 2）S 、P低； 3）呈灰色、浅黄色及褐色，风化后变为深褐
色，具有玻璃光泽，脉石常含碱性氧化物。
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铁矿石
理论 含铁量
(%)
赤铁矿（Fe2O3） 70
磁铁矿（Fe3O4） 72.4
贫富界限实 中国铁矿石最低
际品位
工业开采品位
(%)
（%）
49
30~35
50.68
30
菱铁矿（FeCO3） 48.3
33.74
25
褐铁矿 （2Fe2O3·3H2O） 55.2~66.1 38.64~46.27
30
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2.1.1.2 铁矿石的质量评价 1、化学成分：
（1）矿石品位 矿石品位即矿石含铁量，目前矿石品位的 工业开采不低于25%。 品位高并可直接入炉冶炼的铁矿石称为富 矿，品位低于理论品位70%为贫矿，贫矿需经 磨矿、选矿、造块等加工处理才能入炉。
矿石品位每提高1%,可降低焦比2%,提高产 量3%。
（2）磁铁矿 主要含铁矿物，其化学式Fe3O4，理论含铁
量72.4%。
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特点：
1） 由于地表氧化作用使部分磁铁矿氧化成半假象 赤铁矿和假象赤铁矿，但仍保留原磁铁矿结晶结构。一 般以Fe全/ FeO（矿石中FeO含量，%）的比值来分类：
比值2.33为纯磁铁矿矿石； <3.5为磁铁矿矿石； 3.5~7为半假象赤铁矿矿石； >7为假象赤铁矿矿石。
2）磁铁矿具有强磁性，晶体通常成八面体，铁黑 色，有金属光泽，脉石主要为硅酸盐。
3）坚硬致密还原性差。 7
（3）褐铁矿 由其它矿石风化后生成的，自然界中分布
很广。其化学式为： n Fe2O3mH2O（n=1~3,m=1~4）
大部分以2Fe2O33H2O形式存在。
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硫铁矿（主要成分FeS2）
褐铁矿（主要成分2Fe2O3·3H2O）
2.高炉炼铁原料
2.1 铁矿石和燃料 2.2 铁矿粉烧结 炼铁所需的原燃料有：
铁矿石（天然富块矿、人造块矿）、熔剂 （石灰石、白云石）、焦炭、煤粉。
高温热风 ― 在风口前氧化燃料中的碳， 产生热量和还原性气体。
冶炼1吨生铁，约需铁矿石1.6－2.0(消耗 量与那些因素有关?).
（1）赤铁矿 又称红矿,它是无水氧化铁矿石，其化学式
为Fe2O3，理论含铁量为70%。
4
赤铁矿（主要成分Fe2O3）
磁铁矿（主要成分Fe3O4）
5
特点： 1）自然界储量最多，含铁量一般为50%~60%； 2）S 、 P低，质软、易碎、易还原； 3）赤铁矿具有半金属光泽，仅有弱磁性，脉
石多为硅酸盐。
需要1200M3的空气。
2
2.1.1 铁矿石
2.1.1.1 铁矿石的分类及特性
1、铁矿石和脉石的概念：
铁矿石是在目前技术条件下能经济合理地提 取其中有用矿物的岩石。
铁矿石中的矿物可分为有用矿物和脉石两类。 脉石矿物是在目前还不能利用的矿物，并且总 是与有用矿物伴生。
3
2、铁矿石分类及其特征 铁矿石以主要含铁矿物化学组成来命名。
一般要求矿石中W（K2O＋Na2O） ≤0.1%～0.6%。碱负荷低于3～5kg/t铁为宜。
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其危害表现在： a.与炉衬作用生成钾霞石（K2O·Al2O3·2SiO2） 等，体积膨胀40％，从而破坏炉衬，缩短高炉寿命； b.与炉衬作用生成低熔点化合物，使炉料粘结 在炉墙上，导致炉瘤的形成； c.与焦炭中的石墨反应，生成插入式化合物 CK8、CNa8，体积膨胀很大，破坏焦炭的高温温度， 使高炉下部料柱透气性变坏； d.能增大焦炭的反应性，扩大直接还原区； e.使烧结矿和球团矿的软化温度降低，低温还 原粉化率升高，并导致球团矿的恶性膨胀。
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（2）脉石 铁矿石中除铁氧化物外，其余成分称为
脉石，主要包括： •酸性氧化物SiO2； •碱性氧化物CaO及MgO； •中性氧化物Al2O3、TiO2。
铁矿石中主要含酸性和中性氧化物。
冶炼中为了改善炉渣冶金性能，常要消耗相当
数量的石灰石(CaCO3)等碱性氧化物。所有含有碱
性脉石的矿物相对价值要高.
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（4）有害元素的含量
矿石中主要有害元素有：S、P、Cu、As,另 外还有:K、Na、Pb、Zn。
1）S 硫使钢材产生热脆性,在高炉炼铁过程中， S
可去除90%以上，但脱S消耗焦炭，降低产量。 对于高S矿石可以通过选矿、焙烧等方法处理，
降低原料含S量。
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2）P 磷使钢材具有冷脆性,但含磷铁水流动性、 充填性好,对制造复杂铸件或改善导电性能有 利，铝电解用于制作阳极。 在选矿和铁矿粉烧结过程中不易除去，在 炼铁过程中P全部还原进入生铁。 控制生铁含P量的唯一途径是控制原料的 含磷量。