第二章 高炉冶炼用原料.ppt

第二章高炉冶炼原料,原料工序对高炉冶炼的意义地位①高炉冶炼的物质基础；②精料→高炉操作稳定顺行→获得高产、优质、低耗、及长寿的基本保证。冶炼一吨生铁大约需要,天然富矿人造富矿,,铁矿石,,燃料,焦炭喷吹燃料,熔剂,石灰石硅石,,,,,,原料,1.62.0t,0.40.6t,0.20.4t,2.1铁矿石,铁矿石种类较多，在自然界中已发现的有300多种含铁矿物。目前世界上常用的铁矿石，主要有磁铁矿石、赤铁矿石、褐铁矿石和菱铁矿石等。,2.1.1铁矿石的分类及其特征,磁铁矿是一种氧化铁的矿石，主要成份为Fe3O4，是Fe2O3和FeO的复合物，呈黑灰色，理论含铁量72.4％，具有磁性。在选矿时可利用磁选法，处理非常方便，但是由于其结构细密，故被还原性较差。经过长期风化作用后即变成赤铁矿。磁铁矿氧化后可变成赤铁矿（假象赤铁矿及褐铁矿），但仍能保持其原来的晶形。,⑴磁铁矿,⑵赤铁矿赤铁矿主要成份为Fe2O3，呈暗红色，理论含铁量70％是最主要的铁矿石。由其本身结构状况的不同又可分成很多类别，如赤色赤铁矿、镜铁矿、云母铁矿、粘土质赤铁矿等。,⑶褐铁矿褐铁矿是含有氢氧化铁的矿石。化学式mFe2O3nH2O，呈现土黄或棕色，理论含铁量55～62％，多半是附存在其它铁矿石之中。实际上并不是一个矿物种，而是针铁矿、纤铁矿、水针铁矿、又含水氧化硅、泥质等的混合物。化学成分变化大，含水量变化也大。,⑷菱铁矿菱铁矿是含有碳酸铁的矿石，主要成份为FeCO3，呈现青灰色，这种矿石多半含有相当多数量的钙盐和镁盐。由于碳酸根在高温约800～900℃时会吸收大量的热而放出二氧化碳，所以我们多半先把这一类矿石加以焙烧之后再加入鼓风炉。,⑴处理铁矿石的目的①为了将优良的矿石选出，达到提高品位的目的。②为了把本来因为粒度太小而不适合使用的粉矿，以及因含有不易在高炉中除去的杂质的不良矿石加以利用。,,铁矿石的处理方法,2.1.2铁矿石冶炼前的加工处理,⑵物理处理法这种处理方法通常是用在品位较高的矿石为了达到第一个目的而实施的，在处理过程中有下列几个步骤筛分把不同粒度的矿石分开。破碎把颗粹大的矿石打碎到希望的粒度。选矿把矿石中有用的成份选出；这种选择的方法很多如重选法、水洗法、浮选法、磁选法等。⑶化学处理法这种处理方法通常是为达到前面所说的第二项目的而实施的，由于它不但可以扩大低品位矿石的适用性，而且又可以提高鼓风炉的生产效率，所以日趋重要。,①团矿化此种方法就是利用打煤球的原理，把粉矿在高压下压成固定大小及形状的团矿。②粒矿化按照一定的比例和速率把粉矿、煤粉及煤焦油加入一个倾斜的转动炉内，加火燃烧使炉内温度接近矿石软化点；于是由于表面的粘合力，粉矿就自动结合在一起成为粒矿。③球结化球团矿这种方法就是利用搓汤圆的原理把粉矿磨得很细，粒度小于10um（微米），加入适当的水份及凝结剂，在一个圆形转盘中搓结成圆球，然后再放在加热炉内，在1100℃左右的温度下干燥和硬化成为球结。,④烧结到目前为止烧结仍是一种最重要而且是最经济的粉矿块状化方法；它不但有块状化的功能。而且有煅烧的作用。其主要的原理是把粉矿和煤粉混合均匀后，铺置在一个向前移动的链状炉床上，在上方点火，而且在链状炉床下方抽风，让空气由上往下流动，于是燃烧点渐渐由上向下移动，其中所含的煤粉在燃烧时所放出的热使得粉矿成半熔融状态，于是由于表面扩散的作用而粘结在一起，最后将它冷却后，打碎，筛选到希望的粒度。,2.2铁矿粉造块,天然富矿开采和处理过程中产生的富矿粉以及贫矿富选后得到的精矿粉，必须将其制成具有一定粒度的块矿。为保护环境和回收利用这些含铁粉料，也需进行造块处理。粉矿造块方法种类很多，应用最广泛的是烧结法和球团法。烧结矿和球团矿，统称为人造富矿或熟料，具有优于天然富矿的冶金性能,人造富矿或熟料的优点①还原性好；②有合适的强度和较高的软熔温度；③造块生产中配加一定量的熔剂，可制成有足够碱度的人造富矿避免了熔剂分解吸热而消耗焦炭；④造块过程还可去除矿石中某些有害杂质，如硫、砷、锌、钾、钠等，减少其对高炉的危害；⑤可使高炉冶炼各项技术经济指标得到大幅度提高。,2.2.1铁矿石烧结生产,⑴原料,,原料,含铁物料精矿粉匀矿；粉矿和破碎粉匀矿；钢铁厂二次含铁原料。,溶剂消石灰；石灰石粉；白云石粉；蛇纹石。（调节碱度和MgO）。,燃料焦粉和无烟煤粉。（作用通过焦粉或煤粉的燃烧，在烧结料层中产生一定量的液相，将粉状烧结矿混合料粘接成块）。,⑵分类,非熔剂性烧结矿酸性烧结矿、低碱度烧结矿烧结配料中不加熔剂或只加少量熔剂，烧结矿的碱度R＜0.5。,自熔性烧结矿烧结混合料中添加较多数量的熔剂，使烧结矿碱度控制在R＝1.0～1.3,高碱度烧结矿烧结混合料中加入过量溶剂，使烧结矿碱度远高于正常高炉渣碱度。碱度R通常为1.6～2.5,,分类,⑶烧结机结构,烧结矿生产有鼓风烧结和抽风烧结两种方法，目前大量采用的是带式抽风烧结法。烧结机的大小或生产能力可用烧结机的有效烧结面积表示，如90m2、130m2、290m2和450m2。,带式抽风烧结机由铺底料机、布料器、点火器、行走台车、传动装置、风箱、破碎机、震动筛、降尘管、除尘器、抽风机等组成。布料器；将烧结混合料均匀地布到台车上，要求料层高度均匀，并尽量减少粒度偏析。现在大多采用辊式布料器布料。铺底料机将整粒系统筛出的12～25mm的烧结矿粒布到烧结台车的炉箅上。点火器利用混合煤气燃烧的火焰点燃混合料中的燃料焦粉或无烟煤粉，使其燃烧，并在下部风箱抽风负压的作用下逐层向下燃烧。点火温度一般控制在1250℃左右。烧结台车烧结机有效抽风面积是台车宽度与烧结机有效长度的乘积，台车由车架、拦板、走轮、箅条和活动滑板组成。,风箱风箱安装在台车正下方，并用管道与降尘管大烟道相连，降尘管兼有集气和除尘作用。除尘器由降尘管排出的废气经电除尘器进一步除尘后才能由抽风机排放。剪切式单辊破碎机和振动筛剪切式单辊破碎机作为一次破碎设备，用来破碎从台车上卸下的热烧结块。烧结矿冷却设备烧结矿从热振动筛卸出时温度高600～1000℃，需要经过冷却才能进行整粒和皮带运输至高炉矿槽。常见的冷却设备有带式抽风冷却机和环形鼓风冷却机。,⑷烧结生产工艺流程,①配料与混料将配料槽中的各种原料通过皮带电于秤按预定比例配料，并送入配料主皮带，主皮带上的原料经过转运进入圆筒混料机进行混料作业。,混料作业分一次混料和二次混料，一次混料主要起均匀成分作用，二次混料主要作用是制粒和提高料温。二次混料时通入蒸汽的目的是将混合料温度提高到烧结条件下料层的露点温度以上，以避免烧结料层下部水蒸气凝结造成过湿。,②布料布料器安装在烧结机头部，在布料器前面是铺底料机。烧结混合料布入台车之前，先用铺底料机在台车箅条上铺一层烧结矿返矿。底料铺好后，通过布料器将烧结混合料均匀布入烧结台车内。台车上料层厚度可达到500～800mm。,③点火与烧结点火器内煤气燃烧产生的高温将上部料层中的燃料点燃，并产生热量。在台车下风箱抽风产生的负压作用下，热量向下传递，使下部料层逐渐升温、燃烧。,整个烧结过程是在9.8～16kPa负压抽风下，自上而下进行的，在烧结机上取某一烧结断面。可见料层有明显的分层，从上而下依次为烧结矿层、燃烧层、预热层、干燥层、湿料层。,烧结矿层即成矿层，主要变化是液相凝固，析出新矿物，预热空气。表层受冷空气剧冷作用，温度低，矿物来不及析晶，故表层强度较差。燃烧层位于烧结矿层下面，燃料燃烧温度可达1100～1500℃。混合料软化、熔融及形成液相，此层厚度为50mm，它对烧结过程和烧结矿质量影响较大。料层过厚，透气性差，导致产量降低；料层过薄，烧结温度低，液相不足，烧结矿固结不好，强度低。,预热层混合料被燃烧层下来的热废气预热到燃料的着火点700～800℃，料层内发生分解、氧化、脱硫以及不同矿物间的固相反应,湿料层因上层废气中带入较多的水汽，进入冷料层温度降至露点以下时，水汽将会大量冷凝于料层中，形成过湿层，从而破坏混合料中已造好的小球，影响料层透气性。生产中采用预热混合料等办法来解决。,干燥层干燥层主要是进行烧结混合料中水分的蒸发、温度在120～350之间。,④整粒从烧结机上卸下的热烧结矿经环式冷却机冷却后需要进行破碎和筛分分级，这一工序称为整粒.,⑸烧结生产技术经济指标,①烧结机利用系数。它是指在单位时间、每1m2有效烧结面积的上生产烧结矿量。单位为t/m2h，利用系数是确定烧结机生产能力的重要指标，一般为1.5～2.0t/m2h。②作业率它是年实际作业时间与日历时间的百分比，反映烧结机连续作业的水平，一般为90。③烧结机生产能力。用台时产量表示，即每台烧结机单位时间内生产的烧结矿数量Q。,④成品率。成品烧结矿扣除返矿占混合料总产量的百分率，即为成品率，一般为6075。⑤能耗。烧结能耗占钢铁工业总能耗的8左右。烧结的能源主要消耗在原料配碳、点火用气体或液体燃料、抽风机耗电，以及水、蒸汽、压缩空气、氧气等供应环节。我国大多数烧结厂的工序能耗为80～85kg标准/t烧结矿。,⑹烧结矿质量烧结矿质量对高护冶炼有重大影响，改善其质量是“精料”的主要措施。对其质量评价指标主要有品位、强度、化学成分、还原性、碱度、粒度、有害杂质含量及高温冶金性能等。,2.2.2球团矿生产,高炉炼铁使用的球团矿是TFe＞60、粒度均匀9～15mm、抗压强度高150～200N还原性好的氧化球团。氧化球团的生产方法主要有竖炉工艺、链箅机回转窑工艺和带式焙烧工艺。目前，我国主要采用竖炉和链箅机回转窑生产氧化球团矿。,竖炉球团生产工艺,主要原材料是磁铁精矿粉，用膨润土或消石灰做粘结剂。作为粘结剂的膨润土加入量一般为0.8％～0.25％。精矿粉与粘结剂的混匀在圆筒混料机内完成。,⑴配料与混料,⑵造球造球使用圆盘造球机完成。混合料用皮带机连续送入造球盘后通过滚动形成母球，井逐渐长大形成生球。生球达到一定尺寸后自动滚出造球盘，再经皮带机输送到的辊轴筛。筛除直径偏小的不合格生球。,⑶焙烧固结球团焙烧在竖炉中完成。球团竖炉的大小用矩形炉口的面积表示，如8m2、10m2、16m2等。生球用布料器从炉口布料，经烘床干燥，进入氧化带、高温焙烧固结带和冷却带完成球团矿的焙烧固结过程。,干燥带主要完成生球水分的蒸发和干燥。竖炉炉口废气温度达到400～650℃。,氧化带温度950～1100℃。在这一区域Fe3O4氧化成Fe2O3保持足够氧化时间，使整个球团充分氧化。,焙烧固结带温度I150～1300℃。由Fe3O4氧化而来的新生态Fe2O3晶体发生再结晶长大，形成强大的晶桥，球团强度迅速提高。球团经高温焙烧固结后进入冷却带，被下部鼓入的冷风冷却。,2.3燃料,燃料是高炉冶炼不可缺少的基本原料之一、几乎所有高炉都使用焦炭作燃料。由于焦煤资源短缺，从风门喷吹燃料技术迅速发展，以代替昂贵的焦炭。目前喷吹燃料用量已占全部燃料的10～40％，用作喷吹的燃料主要有煤粉、重油和天然气等。,2.3.1焦炭,1焦炭在高炉内作用。焦炭在高炉冶炼中主要作为发热剂，还原剂和料柱骨架。焦炭在风口前燃烧放出大量热量并产生煤气，煤气在上升过程中将热量传给炉料，使高炉内的各种物理化学反应得以进行。高沪炼铁过程中的热量有7080来自焦炭的燃烧。焦炭然烧产生的CO及焦炭中的固定碳是铁矿石的还原剂。在高温下铁矿石被还原和熔融，只有焦炭起到料柱的骨架作用支持料柱，保持炉内有较好的透气性，特别是在高炉下部区料柱的透气性完全由焦炭来维持。,2高炉冶炼对焦炭质量的要求①含碳量高，灰分低高炉冶炼要求焦炭中的固定碳含量尽量高，而灰分尽量少。因为焦炭中固定碳含量愈高，焦炭的发热量愈大，还原剂愈多，有利于降低焦比。焦炭中的固定碳含量提高1，可降低焦比2。目前我国焦炭中的固定碳含量一般在8485。②含硫、磷杂质要少在一般冶炼条件下，原料中的硫有80是由焦炭带入的，因此降低焦炭含硫量对降低生铁含硫有很大作用。当焦炭含硫升高时，石灰石消耗量增加，导致渣量增大，焦比升高。要降低焦炭的含硫量必须从降低炼焦煤的含硫量着手。,③化学成分要稳定化学成分的稳定是指碳、硫、灰分、挥发分含量要稳定，此外焦炭中的水分也要求稳定，水分的波动将引起入炉焦炭量的波动会导致炉缸温度的波动。④挥发分含量要适当焦炭中的挥发分是炼焦过程中未分解挥发完的有机物，主要是碳、氢、氧及少量硫和氮。当再次加热到850～900℃以上时，它们能以气体成分如氢气、甲烷、氮气等挥发出来。焦炭挥发分过高或过低，都影响焦炭的质量和产量，从而影响高炉的产量和焦比。,⑤机械强度高焦炭的机械强度主要指焦炭的耐磨性和抗冲击的能力，其次是抗压强度。机械强度差的焦炭，在转运过程和在高炉内下降过程中易破裂而产生大量粉末。进入初渣时大大降低其流动性，增加煤气阻力，造成炉况不顺，甚至造成炉缸冻结。此外，焦炭强度差还将影响风口寿命。,⑥粒度均匀、粉末少高炉冶炼要求焦炭粒度大小合适而且粒度均匀。在保证料柱透气性的前提下适当降低焦炭粒度，对合理利用焦炭也是一项很有意义的措施。现在，国外也趋向于降低入炉焦炭粒度，不少高炉的粒度下限已降低到15～20mm。⑦物理化学性质好焦炭的物理化学性质包括焦炭的燃烧性和反应性两方面。燃烧性是指焦炭与氧在一定的温度下反应生成CO2的速度，即燃烧速度。反应性是指焦炭在一定温度下和CO2作用，生成CO的反应速度。,炼焦生产工艺流程1煤堆；2破碎机；3配煤槽；4粉碎；5贮煤塔；6拦焦机；7熄焦车。8熄焦塔；9凉焦台；10筛分机；11焦糟；12装焦车；13炼焦炉；14排焦机,3炼焦工艺。现代焦炭生产过程分为洗煤、配煤、炼焦、熄焦及煤气和化工产品回收处理等工序。,①洗煤原煤在炼焦前洗选，目的是降低煤中灰分和洗除其它杂质。②配煤可用于炼焦的煤主要有气煤、肥煤、焦煤和瘦煤等。配煤是将上述各种结焦性不同的煤经洗选后，按一定比例配含炼焦。目的是在保证焦炭质量的前提下，节约日趋减少的的主焦煤，扩大炼焦用煤源，同时尽可能多的获得一些化工产品。③炼焦将配好的煤料，装入炼焦炉的炭化室，在隔绝空气的条件下，由两侧燃烧室供热，随温度升高经干燥、预热、热分解、软化、半焦、结焦成具有一定强度的焦炭。,④息焦炽热的焦炭由熄焦车送去喷水熄焦、凉焦，或用CO2、惰性气体等逆流穿过红焦层进行热交换。焦炭冷却到200℃以下，惰性气体则升温至800℃左右，送到余热锅炉生产蒸汽，这就称为干熄焦法。这种方法对环境污染小，焦炭质量高，同时可回收大量显热。⑤煤气和化工产品回收炼焦过程不仅产出焦炭，同时还逸出高热值的煤气及其它可提取化工产品的原料、每1000kg的精煤约可获得冶金焦750kg；煤焦油15～34kg；氨1.5～2.5kg；焦炉煤气290～350kg。,2.3.2喷吹燃料及其它代用燃料⑴喷吹燃料高炉喷吹所用燃料目前主要有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等燃料。我国80％以上高炉喷吹无烟煤粉，并开始逐步扩大喷吹其它含挥发分较高的烟煤等。高炉喷吹用煤粉要求灰分含量低、固定碳高；含硫低；可磨性好即将原煤制成粉煤时所耗能量低；粒度细，风口前完全燃烧和气化、保证输送制备喷吹安全可靠。,⑵型焦焦炭的代用品，即用弱结焦性煤或非结焦性煤，如贫煤、褐煤、无烟煤等，在一定温度下加压成型的方法生产形状均一的焦炭。,2.4熔剂2.4.1熔剂的作用,在高炉冶炼条件下，脉石和灰分是不能熔化的，必须加入助熔剂即熔剂使其与脉石、灰分作用生成低熔点化合物和共熔体即熔渣。这种熔渣在高炉冶炼温度下可以完全熔化为液体，并具有良好的流动性，然后借助铁水与熔渣密度不同而实现分离。除此之外，在使用碱性熔剂时，还可以去除有害杂质硫，改善生铁质量。,2.4.2熔剂的种类,根据铁矿石中脉石和焦炭中灰分成分的不同，高炉冶炼使用的熔剂可分为碱性、酸性和中性熔剂三种。1碱性熔剂当脉石成分主要为酸性氧化物时，则使用碱性熔剂。常用的碱性熔剂有石灰石CaO和白云石CaCO3。2酸性熔剂当使用含碱性脉石的铁矿石冶炼时，就需要加入酸性熔剂。酸性熔剂主要为石英SiO2。3中性熔剂,2.4.3高炉冶炼对碱性熔剂的要求高炉冶炼要求碱性熔剂中碱性氧化物CaOMgO含量高，酸性氧化物SiO2Al2O3少。否则，冶炼单位生铁的熔剂消耗增加，渣量增大，焦比升高。另外，要求其有害杂质元素硫、磷含量要少；机械强度高，粒度要均匀适中。,1有效成分含量高。对石灰石与白云石来说。即要求有效碱度高。熔剂含有的碱性氧化物扣除其本身酸性氧化物造渣所需的碱性氧化物后，剩余的百分数称为有效碱度有效熔剂性、可用下式表示CaOMgO有效＝CaOMgO熔剂－SiO2熔剂RRCaOMgO有效/SiO2熔剂2有害杂质硫、磷要低。3粒度均匀，强度好，粉末少。,