【正文】 鐵所需的費(fèi)用，包括原料、燃料、動(dòng)力、工資、車間經(jīng)費(fèi)等。表1—3 所謂煉鋼，就是通過冶煉降低生鐵中的碳和去除有害雜質(zhì)，再根據(jù)對(duì)鋼性能的要求加入適量的合金元素，使之成為具有優(yōu)良性能的鋼。4)脫氧與合金化。 n——年內(nèi)工作日(24h為一個(gè)工作日)； 3．作業(yè)率式中復(fù) 習(xí) 思 考 題 2．赤鐵礦赤鐵礦化學(xué)式為Fe2O3，條痕為櫻紅色，具有弱磁性。二、脈石成分鐵礦石的脈石成分絕大多數(shù)為酸性的，SiO2含量較高。雖然高爐冶煉可以去除大部分硫，但需要高爐溫、高爐渣堿度，對(duì)增鐵節(jié)焦是不利的。其危害主要為：與爐襯作用生成鉀霞石(K2O一般磁鐵礦因結(jié)構(gòu)致密，最難還原。 通常，入爐礦石粒度在5～35mm之間，小于5mm的粉末是不能直接入爐的。高爐冶煉要求成分波動(dòng)范圍:含鐵原料TFe177。篩分既可以提高破碎機(jī)的工作效率，又可以改善物料的粒度組成，更好地滿足高爐冶煉的要求。 還原磁化焙燒是在還原氣氛中進(jìn)行，其作用是將弱磁性的赤鐵礦及非磁性的黃鐵礦轉(zhuǎn)化為具有強(qiáng)磁性的磁鐵礦，以便磁選。 2)磁力選礦法。MgC03)。 熔劑的有效熔劑性是評(píng)價(jià)熔劑質(zhì)量的重要指標(biāo)，是指熔劑按爐渣堿度的要求，除去本身酸性氧化物含量所消耗的堿性氧化物外，剩余部分的堿性氧化物含量。焦炭燃燒產(chǎn)生的C0及焦炭中的固定碳是鐵礦石的還原劑。工業(yè)分析項(xiàng)目包括固定碳、灰分、硫分、揮發(fā)分和水分的含量。焦炭中的水分在高爐上部即可蒸發(fā)，對(duì)高爐冶煉無影響。大型高爐焦炭粒度范圍為20～60mm，中小高爐用焦炭，其粒度分別以20～40mm和大于15mm 為宜?？繅μ幗固繌?qiáng)度好，中心部分焦炭疏松多孔，強(qiáng)度差。鐵礦粉造塊是為滿足高爐冶煉對(duì)精料的要求而發(fā)展起來的，通過鐵礦粉造塊，可綜合利用資源，擴(kuò)大煉鐵用的原料種類，去除有害雜質(zhì)，回收有益元素，保護(hù)環(huán)境，同時(shí)可以改善礦石的冶金性能，適應(yīng)高爐冶煉對(duì)鐵礦石的質(zhì)量要求，使高爐冶煉的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到改善。 （一）、燒結(jié)原料的準(zhǔn)備實(shí)際上原料的堆積密度并不穩(wěn)定，因此容積配料法的準(zhǔn)確性較差。布料均勻與否，直接影響燒結(jié)的產(chǎn)量和質(zhì)量，均勻布料是燒結(jié)生產(chǎn)的基本要求。一般要求點(diǎn)火深度為10～20mm，使點(diǎn)火熱量集中于表層一定厚度內(nèi)。真空度大小決定于風(fēng)機(jī)能力、抽風(fēng)系統(tǒng)阻力、料層透氣性和漏風(fēng)損失情況。然后后四層又相繼消失，最終只剩燒結(jié)礦層。此層水分過多，使料層透氣性變壞，降低燒結(jié)速度。 (2)碳酸鹽的分解和礦化作用 二 、 球團(tuán)礦生產(chǎn) 1)天然富礦日趨減少，大量貧礦被采用。常壓操作時(shí)，吸附水一般在105℃以下即蒸發(fā)，高爐爐頂溫度常在250℃左右，爐內(nèi)煤氣流速很快，因此吸附水在高爐上部就會(huì)蒸發(fā)完。三、揮發(fā)物的揮發(fā)揮發(fā)物的揮發(fā)，包括燃料揮發(fā)物的揮發(fā)和高爐內(nèi)其他物質(zhì)的揮發(fā)。 還原過程和生鐵的形成 當(dāng)溫度大于570℃時(shí)，用C0作還原劑當(dāng)溫度大于570℃時(shí)，用H2作還原劑用C0作還原劑的還原反應(yīng)主要在高爐內(nèi)小于800℃的區(qū)域進(jìn)行；用H2作還原劑的還原反應(yīng)主要在高爐內(nèi)800～1100℃的區(qū)域進(jìn)行。 間接還原是以氣體為還原劑，是一個(gè)可逆反應(yīng)，還原劑不能全部利用，需要有一定過量的還原劑。高爐內(nèi)錳氧化物的還原與鐵氧化物的還原相似，也是由高級(jí)向低級(jí)逐級(jí)還原直到金屬錳，順序?yàn)椋浩渲袕腗n02到Mn0可通過間接還原進(jìn)行還原反應(yīng)，而Mn0是相當(dāng)穩(wěn)定的化合物，分解壓力比Fe0小得多。 爐料中的磷以磷酸鈣[(CaO)3還原出來的鋅，在爐內(nèi)揮發(fā)、氧化、體積增大使?fàn)t墻破壞，或凝附于爐墻形成爐瘤。爐渣的上述作用是由爐渣的物理性能決定的，其物理性能包括：爐渣的黏度，爐渣的熔化性和穩(wěn)定性等，它們由爐渣的化學(xué)成分決定。2)石灰石在下降過程中，受熱后逐漸分解，到1000℃以上的區(qū)域分解完畢。為了滿足煉鋼對(duì)鐵水的要求，也可采用鐵水預(yù)處理技術(shù)。 燃燒反應(yīng)的機(jī)理一般認(rèn)為分兩步進(jìn)行：高爐煤氣主要產(chǎn)生于爐缸風(fēng)口前燃料的燃燒。其中風(fēng)口前焦炭的燃燒，對(duì)爐料的下降影響最大。3．爐缸料柱阻力爐缸內(nèi)料柱疏松，燃燒帶則延長；反之，燃燒帶則縮小。 回旋區(qū)和中間層組成焦炭在爐缸內(nèi)進(jìn)行燃燒反應(yīng)的區(qū)域稱為燃燒帶。隨著噴吹技術(shù)的發(fā)展，煤、重油、天然氣等已代替部分焦炭作為高爐燃料使用。3．爐外脫硫當(dāng)爐料中含硫較高時(shí)，若操作不當(dāng)，難免有時(shí)生鐵含硫超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)，可采用爐外脫硫的辦法，以保證生鐵的質(zhì)量。渣中含硫量與鐵中含硫量之比稱為硫的分配系數(shù)，用Ls表示。 滴落的初渣成分不斷變化，初渣開始是自然堿度，以后隨著Si02的還原，石灰石渣化并加入焦炭灰分，經(jīng)過堿度波動(dòng)之后形成終渣。焦炭是料柱的骨架，對(duì)爐內(nèi)透氣性影響很大。爐渣的堿度根據(jù)高爐原料和冶煉產(chǎn)品的不同，～。 磷雖難還原，反應(yīng)吸熱量大，但在高爐冶煉條件下，全部被還原以Fe2P形態(tài)溶于生鐵。四、高爐內(nèi)非鐵元素的還原高爐內(nèi)除鐵元素之外，還有錳、硅、磷等其他元素的還原。CO只是從中起到了一個(gè)傳遞氧的作用。這種還原不直接用焦炭中碳素作還原劑，所以叫間接還原。還原反應(yīng)是還原劑X奪取金屬氧化物Me0中的氧，使之變?yōu)榻饘倩蛟摻饘俚蛢r(jià)氧化物的反應(yīng)。mH20)和高嶺土(A1203 1．吸附水 3)已熔化的鐵水和爐渣沿焦炭之間的縫隙下降的滴落帶；3)球團(tuán)礦的優(yōu)點(diǎn)和高爐使用球團(tuán)礦煉鐵的技術(shù)進(jìn)步。鐵的氧化物在燒結(jié)條件下，溫度高于l300℃時(shí)，F(xiàn)e203可以分解：Fe304在燒結(jié)條件下分解壓很小，但在有Si02存在、溫度大于1300℃時(shí)，也可能分解：燃燒產(chǎn)生的廢氣成分取決于燒結(jié)的原料條件、燃料用量、還原和氧化反應(yīng)的發(fā)展程度、以及抽過燃燒層的氣體成分等因素。 (2)燃燒層單位燒結(jié)面積的風(fēng)量大小，是決定產(chǎn)量高低的主要因素，當(dāng)其他條件一定時(shí)，產(chǎn)量隨風(fēng)量增加而提高。通常40～60s。使用細(xì)磨精礦粉燒結(jié)時(shí)，因粒度過細(xì)，料層透氣性差，為改善透氣性，必須在混合過程中造球，所以采用二次混合，混合時(shí)間一般不少于2．5～3min。表22　入廠燒結(jié)原料一般要求2．熔劑要求熔劑中有效CaO含量高，雜質(zhì)少，成分穩(wěn)定，含水3％左右，粒度小于3mm的占90％以上。 抽風(fēng)燒結(jié)工藝流程生產(chǎn)中結(jié)焦過程是在焦?fàn)t炭化室內(nèi)進(jìn)行的，炭化室中的煤料受到兩側(cè)燃燒室加熱，熱流從兩側(cè)爐墻同時(shí)傳遞到炭化室中心。 煉焦生產(chǎn)工藝流程如圖22所示。高爐冶煉要求焦炭的機(jī)械強(qiáng)度要高。焦炭中灰分的主要成分是Si0A12O3。當(dāng)爐渣黏稠引起爐況失常時(shí)，還可短期適量加入螢石(CaF2)，以稀釋爐渣和洗掉爐襯上的堆積物。一般要求石灰石中Ca0的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于50％，Si02+A1203的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過3．5％。 根據(jù)礦石中脈石成分的不同，高爐冶煉使用的熔劑，按其性質(zhì)可分為堿性、酸性和中性三類。根據(jù)礦物密度的不同，在選礦介質(zhì)中具有不同的沉降速度而進(jìn)行選礦。 氧化焙燒是鐵礦石在氧化氣氛條件下焙燒，主要用于去除褐鐵礦中的結(jié)晶水，菱鐵礦中的C02，并提高品位，改善還原性。 中碎：從400～125mm破碎到100～25mm；它直接影響著爐料的透氣性和傳熱、傳質(zhì)條件。 鐵礦石的還原性是指鐵礦石被還原性氣體C0或H2還原的難易程度。％時(shí)又會(huì)降低鋼材的焊接性，并引起鋼的“熱脆”現(xiàn)象，使軋制時(shí)產(chǎn)生裂紋。但很容易揮發(fā)，在爐內(nèi)又被氧化成ZnO，部分ZnO沉積在爐身上部爐墻上，形成爐瘤，部分滲入爐襯的孔隙和磚縫中，引起爐襯膨脹而破壞爐襯。品位較高，經(jīng)破碎篩分后可直接入爐冶煉的稱為富礦。具有強(qiáng)磁性，含S、P較高，還原性差。8．鋼錠合格率9．鋼錠收得率T——每爐平均冶煉時(shí)間，h。澆注包括鑄錠或連續(xù)鑄鋼。 2)脫磷和脫硫。目前我國高爐有效容積利用系數(shù)為(1．8～2．5)t／(m3 生鐵組成以鐵為主，此外含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2．5％～4．5％，并有少量的硅、錳、磷、硫等元素。廢鋼→電弧爐→初煉鋼水→爐外精煉→連鑄機(jī)→連鑄坯 新中國成立后，我國于l953年生鐵產(chǎn)量就達(dá)到了190萬t，當(dāng)時(shí)超過了歷史最高水平。歐洲的冶煉技術(shù)也是從中國輸入的。 本書為高等職業(yè)院校冶金專業(yè)學(xué)生的教學(xué)用書，也可作為冶金企業(yè)進(jìn)行職工培訓(xùn)的教材和供冶金工程技術(shù)人員參考。當(dāng)高爐生產(chǎn)向著大型化、機(jī)械化、電氣化方向發(fā)展，冶煉技術(shù)不斷完善的時(shí)候，中國卻正處在落后的封建統(tǒng)治時(shí)代，發(fā)展遲緩，一直到19世紀(jì)末，不得不轉(zhuǎn)而從歐洲輸入近代煉鐵技術(shù)。貝塞麥發(fā)明酸性空氣底吹轉(zhuǎn)爐煉鋼方法至今，現(xiàn)代煉鋼生產(chǎn)在不斷探索中發(fā)展了一個(gè)半世紀(jì)。爐料在不斷下降過程中，由于受到高溫還原煤氣的加熱和化學(xué)作用，其物理形態(tài)和化學(xué)成分逐漸發(fā)生變化，最后在爐缸里形成液態(tài)渣鐵，從渣鐵口排出爐外。我國現(xiàn)行生鐵標(biāo)準(zhǔn)如下表所示。3．煤氣高爐煤氣的化學(xué)成分為C0、C0HN2及少量的CH4。成本受價(jià)格因素的影響較大，一般原燃料成本費(fèi)占80％左右；其余20％左右為冶煉成本費(fèi)，其中動(dòng)力、工資、折舊、運(yùn)輸費(fèi)約占18％，車間經(jīng)費(fèi)約占2％，副產(chǎn)品回收費(fèi)應(yīng)從成本中扣除，目前大型高爐此項(xiàng)回收費(fèi)占成本的8％～9％。 鋼和生鐵的主要區(qū)別把氧化熔煉過程中生成的對(duì)鋼質(zhì)有害的過量的氧(以FeO形式存在)從鋼液中排除掉；同時(shí)加入合金元素，將鋼液中的各種合金元素的含量調(diào)整到所煉鋼號(hào)的規(guī)格范圍內(nèi)。 工作日(d)=日歷時(shí)間(d)—停爐時(shí)間(d)。1．簡述我國煉鐵發(fā)展簡史。含S、P較低，易破碎、易還原。 高爐冶煉對(duì)鐵礦石的要求在現(xiàn)代高爐冶煉條件下，為了得到一定堿度的爐渣，就必須在爐料中配加一定數(shù)量的堿性熔劑(石灰石)與Si02作用造渣。％。 鉛和鋅常以方鉛礦(PbS)和閃鋅礦(ZnS)的形式存在于礦石中。 (4)砷A12O3 2．有益元素礦石中有益元素主要指對(duì)鋼鐵性能有改善作用或可提取的元素。赤鐵礦有中等的氣孔率，比較容易還原。確定礦石粒度必須兼顧高爐的氣體力學(xué)和傳熱、傳質(zhì)幾方面的因素。0．5％～l．0％；ω(SiO2)177。 通常，礦石在破碎、篩分過程中通過皮帶運(yùn)輸機(jī)將破碎機(jī)械與篩分機(jī)械聯(lián)系起來，構(gòu)成破碎篩分流程。五、鐵礦石的選礦選礦的目的主要是為了提高礦石品位。磁力選礦法是利用礦物的磁性差別，在不均勻的磁場中，磁性礦物被磁選機(jī)的磁極吸引，而非磁性礦物則被磁極排斥，從而達(dá)到選別的目的。 一、熔劑的作用 亦稱高鋁質(zhì)熔劑?？捎孟率奖硎荆寒?dāng)熔劑中與爐渣中Mg0含量很少時(shí)，計(jì)算式可簡化為：要求熔劑的有效熔劑性愈高愈好。焦炭在料柱中占1/3～1/2的體積，尤其是在高爐下部高溫區(qū)只有焦炭是以固體狀態(tài)存在，它對(duì)料柱起骨架作用，高爐下部料柱的透氣性完全由焦炭來維持。但要求焦炭中的水分含量要穩(wěn)定，因?yàn)榻固渴前粗亓咳霠t的，水分的波動(dòng)將引起入爐焦炭量波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致爐缸溫度的波動(dòng)。 目前我國一般用小轉(zhuǎn)鼓測定焦炭強(qiáng)度。但這并不是一成不變的標(biāo)準(zhǔn)。 反應(yīng)性是指焦炭在一定溫度下和C02作用生成C0的速度。炭化室內(nèi)成焦過程如圖2—3所示。 一、　鐵礦粉燒結(jié)生產(chǎn)質(zhì)量配料法是按原料的質(zhì)量配料，它比容積法準(zhǔn)確。如點(diǎn)火真空度較高，會(huì)使冷空氣從點(diǎn)火器下面大量吸入，以降低點(diǎn)火溫度和使料面點(diǎn)火不均勻，表面料層也將隨空氣的強(qiáng)烈吸人而緊密，降低料層透氣性；真空度過低，抽力不足，又會(huì)使點(diǎn)火器內(nèi)燃燒產(chǎn)物向外噴出，不能全部抽入料層，造成熱量損失，并降低臺(tái)車壽命。在其他條件一定時(shí)，真空度大小反映了料層透氣性的好壞，同時(shí)，真空度的變化也是判斷燒結(jié)過程的一種依據(jù)。 燒結(jié)料中的碳酸鹽有CaC0MgC0FeC0MnC03等，其中以CaC03為主。貧礦經(jīng)選礦后使其品位提高，為提高這一選礦技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，鐵礦石需經(jīng)細(xì)磨，選礦后的精礦粉粒度小于0．074mm(200網(wǎng)目)，甚至小于0．044mm(325網(wǎng)目)，這種過細(xì)精礦粉用于燒結(jié)生產(chǎn)會(huì)影響透氣性，降低產(chǎn)量和質(zhì)量。 圖31蒸發(fā)時(shí)消耗的熱量是高爐煤氣的余熱。燃料中的揮發(fā)分存在于焦炭及煤粉中，％～％。高爐煉鐵的目的，是將鐵礦石中的鐵和一些有用元素還原出來，所以還原反應(yīng)是高爐內(nèi)最基本的化學(xué)反應(yīng)。 2．鐵氧化物的還原順序直接還原與間接還原相反，由于反應(yīng)生成物C0隨煤氣離開反應(yīng)面，而高爐內(nèi)存在大量焦炭，所以可以認(rèn)為直接還原反應(yīng)是不可逆反應(yīng)，lmol碳就可以奪取鐵氧化物中1mol的氧原子，不需過量的還原劑。所以，在高爐內(nèi)Mn不可能由間接還原獲得，只能靠直接還原取得。P205]的形態(tài)存在，有時(shí)也以磷酸鐵[(FeO)3還原出來的砷，與鐵化合影響鋼鐵性能，使鋼冷脆，焊接性能大大降低。 生鐵的生成，主要是滲碳和已還原的元素進(jìn)入生鐵中，最終得到含F(xiàn)e、C、Si、Mn、P、S等元素的生鐵。分解生成的Ca0由于與礦石中脈石接觸不良，故初渣中Ca0很少，只有在滴落帶，大量初渣流過其表面時(shí)，才被溶解，參與造渣。 三、生鐵去硫?qū)嶋H生產(chǎn)中，如果選擇合理的操作制度，保證充沛的爐溫，生鐵的含硫量是可以控制的。所以，風(fēng)口前碳素的燃燒只能是不完全燃燒，生成C0并放出熱量。 三、影響燃燒帶大小的因素燃燒帶的大小決定著煤氣在爐內(nèi)的初始分布，對(duì)爐內(nèi)煤氣溫度和爐缸溫度分布，及高爐順行都有影響。爐缸煤氣是高爐冶煉過程中熱能與化學(xué)能的來源；所以，煤氣在上升過程中經(jīng)過一系列的傳熱傳質(zhì)后，從爐頂逸出，其體積、成分、溫度和壓力均發(fā)生了變化。形成這一空間的因素有：焦炭在風(fēng)口前燃燒生成煤氣；爐料中的碳素參加直接還原；爐料在下降過程中重新排列、壓緊并熔化成液相，體積縮?。欢〞r(shí)放出渣鐵等。 一般情況下，燃燒反應(yīng)速度快，燃燒反應(yīng)可在較小的區(qū)域進(jìn)行，使燃燒帶縮小；反之，則燃燒帶大。焦炭是高爐煉鐵的主要燃料?？墒股晌顲aS很快脫離反應(yīng)的接觸面，降低(CaS)的濃度，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。所以：若以lkg為計(jì)算單位，則上式可寫成式中　──每公斤鐵由爐料帶入的總硫量；──每公斤鐵隨煤氣揮發(fā)的硫量；n──每公斤鐵相對(duì)渣量；m(s)──爐渣中含硫量