【正文】 g/m3以資利用 。 ? 渣鐵處理系統(tǒng)： 處理好從渣鐵口排放的高溫液態(tài)渣鐵是保證高爐正常生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié) ， 它包括爐前出鐵場及設(shè)備 ， 渣鐵輸送設(shè)備 、 鑄鐵機(jī) ， 鐵水爐外處理設(shè)備 ， 水渣場等 。 ? 大多數(shù)高爐采用沖成水渣的方式處理爐渣 ， 作為是制造水泥的原料 ， 或用壓縮空氣吹成渣棉 (可作隔音保溫材料 )， 也可用渣罐車送往棄渣場 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 鞍鋼 2023立方米高爐外景圖 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 鐵氧化物的生成與分解是逐級進(jìn)行的，當(dāng)溫度＞ 570℃ 時，稱為高溫轉(zhuǎn)變： 當(dāng)溫度＜ 570℃ 時，稱為低溫轉(zhuǎn)變： 高爐內(nèi)主要還原劑是 CO、 C（在噴吹燃料時煤氣中 H2含量明顯增加），還原基本分為 間接還原 與 直接還原 兩大類。 3243 OFeOFeF eOFe ??? 3243 OFeOFeFe ??高爐內(nèi)的主要還原反應(yīng) 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ①產(chǎn)生還原劑： C+O2=CO2 CO2+C=2CO （空氣，焦炭） ②還原鐵礦石： Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2 （鐵礦石） ③造渣（除脈石）： CaCO3===CO2+CaO CaO+SiO2=CaSiO3 （熔劑：石灰石） 煉鐵的主要反應(yīng)過程 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 現(xiàn)象： ____________________ 方程式： _________________ 固體由紅變黑 ,石灰水變渾濁。 Fe2O3＋ 3CO＝ 2Fe＋ 3CO2 高溫 CO還原氧化鐵 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 煉鐵： 鐵礦石（化合態(tài)） →鐵單質(zhì)（游離態(tài)） （ 1）基本反應(yīng)原理： 3CO+ Fe2O3=====2Fe+3CO2 高溫 利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用還原劑（主要是 CO)從鐵礦石中還原出鐵。 （ 3）設(shè)備：高爐 （ 2）原料： 鐵礦石、焦炭、石灰石 、空氣 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 C+O2=CO2 CO2+C=2CO 3CO+Fe2O3 =2Fe+3CO2 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 非高爐煉鐵法 1. 直接還原煉鐵法 直接還原法 是指在鐵礦石熔化溫度下把鐵礦石還原成海綿鐵的煉鐵生產(chǎn)過程 ， 產(chǎn)品叫直接還原鐵或海綿鐵 。 由于低溫還原 ， 得到的直接還原鐵未能充分滲碳 ， 因而含碳較低 (2%)，屬于鋼的成分 。 礦石中的脈石成分既不能熔化造渣脫除 ， 也不能被還原 ， 因而直接還原鐵中幾乎保留了鐵礦石中的全部脈石雜質(zhì) ， 實際生產(chǎn)中仍需要用電爐精煉成鋼 。 電爐精煉的主要任務(wù)是熔化脫除雜質(zhì)和調(diào)整鋼的成分 ， 而不是氧化脫碳 。 直接還原法 電爐串聯(lián)生產(chǎn)鋼 ， 形成了一個新的鋼鐵冶金生產(chǎn)工藝流程 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 直接還原煉鐵法已有百余年的歷史，先后提出各種不同的工藝方法 400余種，但是真正成為工業(yè)生產(chǎn)方法的只有少數(shù)幾種，而且是到 20世紀(jì) 60年代才有重大突破，這是因為： ? （ 1）冶金焦的價格大幅度上漲，而石油、天然氣大量開發(fā)使用，特別是高效率天然氣轉(zhuǎn)化法的應(yīng)用，提供了直接還原煉鐵法需要的還原煤氣，解決能源的來源和價格問題。 ? （ 2）電爐煉鋼迅速發(fā)展，超高功率新技術(shù)的應(yīng)用使電爐煉鋼得到高速發(fā)展，合格的廢鋼供應(yīng)不足，大大擴(kuò)展了直接還原鐵的需求。 ? （ 3）廢鋼（多數(shù)是從社會收集的廢鋼）中往往含有某些對鋼性能不利的有色金屬，如銅、錫、砷、鉛等，無論用氧化熔煉或還原熔煉都無法去除它們。而隨著廢鋼的循環(huán)利用，它們在鋼中的含量會越積越多。因而需要加入直接還原鐵來稀釋它們。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? （ 4） 選礦技術(shù)的提高 ， 擴(kuò)大了直接還原煉鐵法的礦石資源 。 原來只能使用雜質(zhì)少且品位高的天然富礦 ， 現(xiàn)在高品位鐵精礦粉制造的球團(tuán)礦 ， 其脈石含量可以降低到不需要在還原生產(chǎn)中脫除 ， 使直接還原技術(shù)簡化 ， 而且產(chǎn)量提高 。 ? 從本世紀(jì) 70年代中期以來 ， 世界鋼產(chǎn)量一直在 7億噸左右 ， 而海綿鐵的產(chǎn)量卻逐年增加工廠 ， 60年代年產(chǎn)幾十萬噸到 1997年已發(fā)展到年產(chǎn) 3620萬噸 。 海綿鐵的穩(wěn)定增長和電爐煉鋼的增長有顯著關(guān)系 。 少量金屬化率較低的直接還原鐵還可用于高爐 ， 以提高產(chǎn)量和降低焦比 。 直接還原鐵的生產(chǎn)主要在天然氣資源豐富的地區(qū) ， 拉丁美洲國家生產(chǎn)的海綿鐵占全世界產(chǎn)量的一半以上 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 含鐵原料 ? 品位的高低是最重要的品質(zhì)，由于直接還原鐵大多用于電爐煉鋼，它的殘留脈石會使電爐煉鋼電耗升高，生產(chǎn)率降低，爐襯壽命縮短，危害較大。所以直接還原煉鐵法使用的礦石要求 SiO Al2O3等的含量＜ 3% 5%。危害電爐鋼品質(zhì)的有害元素，如銅、砷等則因為電爐鋼品種不同而有不同的要求。 ? 直接還原法煉鐵法對于還原性和軟化溫度也有嚴(yán)格要求。因為還原性是影響直接還原煉鐵法生產(chǎn)率的最重要因素，因此這種方法只使用還原性好的球團(tuán)礦或塊礦。 幾種主要的直接還原煉鐵法 ? 根據(jù)使用的燃料不同，直接還原煉鐵法分為兩大類：用煤氣作氣體還原劑和載熱體的氣基法；以固體煤作為還原劑和熱源的煤基法。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 1）氣基法 ? 氣基法中的煤氣常用天然氣、焦?fàn)t煤氣、液化石油氣、重油等轉(zhuǎn)化制造。天然氣和液化石油氣主要使用蒸汽轉(zhuǎn)化，生成 CO 和 H2；重油使用氧氣部分氧化法將碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為 CO和 H2。 ? 目前為止，無論從產(chǎn)量還是產(chǎn)能上看，氣基法占主導(dǎo)地位，約占 90%左右。 ? 氣基法的典型代表是 Midrex法。 Midrex氣基法屬豎爐法，為美國米德萊克斯（ Midrex）公司所發(fā)明，是目前最完善、生產(chǎn)能力最強(qiáng)、使用最普遍的直接還原煉鐵法。它由供料系統(tǒng)、還原豎爐、煙氣處理、天然氣重整爐組成。這種方法生產(chǎn)的海綿鐵占直接還原煉鐵法生產(chǎn)海綿鐵總量的 60%以上。圖 24是它的生產(chǎn)流程示意圖。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 天然氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐內(nèi)，在鎳基觸媒的催化下，通過天然氣裂化反應(yīng)將其轉(zhuǎn)化成煤氣和氫氣。 ? CH4 ＋ H2O →CO ＋ 3H2 (天然氣裂化反應(yīng) ) ? 球團(tuán)礦或天然塊礦從爐頂通過布料器（或多個加料管）合理地布入爐中，在還原區(qū)與 CO、 H2進(jìn)行還原反應(yīng)。還原氣入爐時溫度為 750900℃ ，送入距豎爐頂部 2/3處的還原帶。爐料在爐內(nèi)停留約 6小時，含鐵礦石被 CO和 H2還原，被還原的海綿鐵的金屬鐵含量在 92%以上。然后海綿鐵進(jìn)入下部沒有磚襯的冷卻帶，用專門的冷卻氣或爐頂氣冷卻，冷卻到 30℃ 時排出爐外，可保證海綿鐵在大氣中不再氧化，細(xì)碎的產(chǎn)品可壓制成塊存放，供電爐熔煉使用。直接還原后的廢氣中仍含有大量的 CO和 H2（約占 70%），通過洗滌器從新返回到重整爐，然后進(jìn)入豎爐循環(huán)使用。反應(yīng)方程式為； ? Fe2O3 ＋ 3H2 →2Fe ＋ 3H2O ? Fe2O3 ＋ 3CO →2Fe ＋ 3CO2 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 （ 2）煤基法 ? 煤基法使用的煤以煙煤為宜，這種煤能夠與 CO2反應(yīng)生成 CO（生產(chǎn)中稱這種性能叫煤的反應(yīng)性），煤中灰分的熔化溫度一般要求在 1150℃ 以上，即高于直接還原法操作溫度 50100℃ ，以避免析出的灰分與爐料和爐墻發(fā)生粘連，造成生產(chǎn)操作故障。煤基法使用的煤還要求灰分含量低（ 25%）和含硫量低 (%)。 ? 回轉(zhuǎn)窯法是煤基法中最重要、最有價值、應(yīng)用較廣的工藝。此法還原鐵礦石可按不同的作業(yè)溫度生產(chǎn)海綿鐵、粒鐵及液態(tài)鐵水，但以低溫作業(yè)的回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)海綿鐵最有意義。回轉(zhuǎn)窯的優(yōu)點是能夠直接使用固體煤作為能源，能有效地除去某些雜質(zhì)；缺點是生產(chǎn)率低，熱效率也低，所以應(yīng)用范圍不廣泛，僅適用于天然氣等資源匱乏地區(qū)。 ? 此法的重要設(shè)備是回轉(zhuǎn)窯。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 窯體稍有傾斜（ 4%的斜度），窯中裝有耐火襯，在窯頭、窯中、窯尾設(shè)有耐火材料擋圈以增加爐料停留時間。 ? 煤燃燒所需要的空氣通過風(fēng)管沿軸向吹入窯中，風(fēng)管安裝在沿窯長方向的不同部位。煤不但是還原劑，同時還提供所需要的熱量。 ? 沿窯長方向分兩個區(qū)：預(yù)熱區(qū) 煤燃燒將原料的混合物加熱至還原溫度；還原區(qū) 煤進(jìn)一步燃燒為生產(chǎn)海綿鐵提供熱量。通過控制向窯內(nèi)吹入的空氣量和噴煤量，可以有效控制窯內(nèi)的反應(yīng)。 ? 直接還原法煤基回轉(zhuǎn)窯中應(yīng)用最廣泛，而且最具有代表性的一種方法就是SL/RN法。 SL/RN是由美國、德國、加拿大的 4家創(chuàng)立此法的各公司名字的字首縮與而成的。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 原料 （ 鐵礦石 、 煤粒 、 熔劑 ） 從窯尾加入圓形回轉(zhuǎn)窯中 。 窯緩慢旋轉(zhuǎn)使礦和煤在被加熱和還原的同時向出料端移動 。 窯頭外設(shè)有燒嘴燃燒燃料 。 形成的廢氣則由窯尾排出 。 ? 爐料與爐氣呈逆向運動 ， 在運動過程中 ， 爐料在預(yù)熱段被加熱 ， 使水分蒸發(fā)和石灰石分解 ， 達(dá)到 800℃ 后 ， 煤中的固體碳開始還原鐵礦石中的氧化鐵 ， 直到獲得海綿鐵或鐵料 ， 而碳則轉(zhuǎn)變成 CO氣體 ， CO在氧化區(qū)被燃燒成 CO2， 放出熱量以滿足還原反應(yīng)的要求 ， 產(chǎn)品排出窯后進(jìn)入回轉(zhuǎn)冷卻筒冷卻得到海綿鐵或粒鐵 ， 也可熱送電爐直接煉鋼 。 回轉(zhuǎn)內(nèi)反應(yīng)溫度應(yīng)控制在 1100℃ 以下 ， 經(jīng) 810h完成還原反應(yīng)后出窯 。 回轉(zhuǎn)窯所產(chǎn)生的廢氣從進(jìn)料端吸走 ， 高溫廢氣可余熱利用 。 ? 若爐料在回轉(zhuǎn)窯中經(jīng)過預(yù)熱和還原后 ， 再進(jìn)一步提高溫度 （ 1250℃ ） 進(jìn)入粒鐵帶 ， 金屬鐵與爐渣開始軟化 ， 在半熔化狀態(tài)下金屬鐵由小顆粒堆集成卵狀粒鐵 ，爐料出爐后經(jīng)水淬冷卻后很容易用磁選或重選把粒鐵與脈石分開 ， 這就是 回轉(zhuǎn)窯粒鐵法 。 此法由于作業(yè)率低 、 產(chǎn)量小 、 耐火材料消耗高等重在缺點 ， 近年來逐漸被淘汰 。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 ? 熔融還原法是指不以焦炭為燃料，以煤炭為主要能源，使用天然富礦、人造富礦（燒結(jié)礦或球團(tuán)礦）取代高爐生產(chǎn)液態(tài)生鐵的方法。 ? 熔融還原煉鐵法與直接還原煉鐵法不同，熔融還原的發(fā)展目標(biāo)是 代替高爐煉鐵法 ，產(chǎn)品是與高爐鐵水性質(zhì)相近的液態(tài)生質(zhì)，仍是轉(zhuǎn)爐煉鋼的原料；而直接還原煉鐵法產(chǎn)品是 海綿鐵 ，代替廢鋼供電爐煉鋼使用。 ? 熔融還原的特點是在煉鐵過程中，使?fàn)t渣和生鐵熔化而分離，從而可以脫除煤灰分和礦石的脈石。這樣它對原料、燃料的要求不像直接還原煉鐵法那樣嚴(yán)格。因此，熔融還原煉鐵法是具有相當(dāng)?shù)木範(fàn)幠芰蛷V闊的前景的煉鐵方法。 二、鋼鐵冶煉 Northeastern University 第一節(jié) 金屬材料的制備 —— 冶金 工藝流程 ? 熔融還原發(fā)展過程中出現(xiàn)過兩種方法：一步法和二步法。一步法熔融還原是在一個反應(yīng)器內(nèi)完成鐵礦石還原和渣鐵分離全部過程的方法。二步法熔融還原在預(yù)還原爐內(nèi)進(jìn)行鐵礦石預(yù)還原，然后進(jìn)入終還原器內(nèi)進(jìn)一步還原和使渣鐵熔化分離，并產(chǎn)生還原性氣體供預(yù)還原使用。在眾多的試驗中，一步法都沒有獲得成功，從20世紀(jì) 70