钢铁冶金学炼铁学课件.ppt

钢铁冶金学2023/1/28冶金与能源学院1学时：学时：56目目录录1绪论绪论2高炉用原燃料高炉用原燃料3铁矿粉造块铁矿粉造块4高炉冶炼过程的物理化学高炉冶炼过程的物理化学5高炉炉料和煤气的运动高炉炉料和煤气的运动6高炉能量利用高炉能量利用7高炉工艺计算高炉工艺计算8高炉强化冶炼高炉强化冶炼2023/1/28冶金与能源学院21绪论绪论2023/1/28冶金与能源学院31 绪论一、钢铁工业在国民经济中的地位一、钢铁工业在国民经济中的地位1、发展钢铁工业的条件、发展钢铁工业的条件2、钢铁材料的优越性能、钢铁材料的优越性能 二、钢铁企业的炼铁生产二、钢铁企业的炼铁生产从矿石到钢材的生产可分为两个流程。从矿石到钢材的生产可分为两个流程。1、高炉、高炉转炉转炉轧机轧机“长流程长流程”主要流程主要流程2、直接还原或熔融还原、直接还原或熔融还原电炉电炉轧机轧机“短流程短流程”2023/1/28冶金与能源学院4三、高炉三、高炉发展趋势：大型化、矮胖型发展趋势：大型化、矮胖型炉喉炉喉炉身炉身炉腰炉腰炉腹炉腹炉缸炉缸死铁层死铁层2023/1/28冶金与能源学院5高炉生产的特点n1 1生产规模大生产规模大 n2 2高炉生产是钢铁联合企业重要的一环。高炉生产是钢铁联合企业重要的一环。n3 3长期连续生产。长期连续生产。n4 4机械化自动化程度高。机械化自动化程度高。2023/1/28冶金与能源学院6四、高炉原料n1 1、铁矿石：烧结矿、球团矿、天然块矿、铁矿石：烧结矿、球团矿、天然块矿n2 2、熔剂：石灰石、白云石、熔剂：石灰石、白云石 n3 3、燃料：焦炭、煤粉、燃料：焦炭、煤粉n 4 4、空气：、空气：N N2 2、O O2 2 2023/1/28冶金与能源学院73、炉渣、炉渣2、煤气、煤气（1）成分有）成分有Fe、C、Si、Mn、S、P等等（2）分为炼钢生铁、铸造生铁（）分为炼钢生铁、铸造生铁（Si高高S低）、铁合金低）、铁合金（3）铁与钢主要区别是）铁与钢主要区别是C1、生铁、生铁五、高炉产品五、高炉产品（1）成分有）成分有CO、CO2、N2、H2、H2O（2）用途：热风炉、加热炉、锅炉房或自备发电厂的燃料。）用途：热风炉、加热炉、锅炉房或自备发电厂的燃料。（1）成分有：）成分有：CaO、MgO、SiO2、Al2O3、FeO、MnO等等（2）用途：水泥、路基、建筑用材、绝热材料。）用途：水泥、路基、建筑用材、绝热材料。2023/1/28冶金与能源学院8六、高炉辅助设备六、高炉辅助设备1、供料系统、供料系统2、送风系统、送风系统3、除尘系统、除尘系统4、渣铁处理系统、渣铁处理系统5、燃料喷吹系统、燃料喷吹系统七、高炉冶炼的概况七、高炉冶炼的概况分为五带分为五带:1、块状带：间接还原、块状带：间接还原分解反应分解反应CaCO3=CaO+CO2部分直接还原部分直接还原FeO+C=Fe+CO2023/1/28冶金与能源学院92、软熔带：造渣、软熔带：造渣CaO+SiO2+Al2O3=硅酸盐硅酸盐渗碳反应：渗碳反应：3Fe+2CO=Fe3C+CO23、滴落带：直接还原（、滴落带：直接还原（FeO）+C=（MnO）+C=（SiO2）+C=（P2O5）+C=4、风口燃烧带：、风口燃烧带：2C+O2=2CO5、炉缸部分：脱硫反应、炉缸部分：脱硫反应FeS+CaO+C=CaS+Fe+CO八、高炉技术经济指标八、高炉技术经济指标1、有效容积：铁口中心线至大钟下降下沿或溜槽垂直下、有效容积：铁口中心线至大钟下降下沿或溜槽垂直下沿。沿。Vu工作容积有效容积炉缸容积工作容积有效容积炉缸容积2023/1/28冶金与能源学院102、有效容积利用系数：高炉一昼夜每、有效容积利用系数：高炉一昼夜每m3有效容积生产有效容积生产生铁的量，生铁的量，t/m3d。n=P/Vu3、焦比：每、焦比：每t生铁所消耗的焦炭，生铁所消耗的焦炭，kg/t。K=Q/P4、煤比：每、煤比：每t生铁所消耗的煤粉量，生铁所消耗的煤粉量，kg/t。5、综合焦比焦比煤比、综合焦比焦比煤比置换比置换比6、冶炼强度：每天每、冶炼强度：每天每m3容积消耗的焦炭量，容积消耗的焦炭量，t/m3。I=Q/Vu=nK综合冶炼强度综合冶炼强度=每天综合焦炭消耗量每天综合焦炭消耗量/有效容积有效容积2023/1/28冶金与能源学院117、生铁合格率：、生铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量占生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。铁总产量的百分数。一级品：一级品：S0.03；合格品：；合格品：S0.07；8、休风率、休风率：休风时间占日历时间的百分比。：休风时间占日历时间的百分比。9、高炉一代寿命、高炉一代寿命（炉龄）：（炉龄）：（1）两次大修之间的时间，年。）两次大修之间的时间，年。（2）单位体积的产铁量，）单位体积的产铁量，t/m3。2023/1/28冶金与能源学院122高炉用原高炉用原燃料燃料2023/1/28冶金与能源学院132高炉用原燃料高炉用原燃料2.1铁矿石铁矿石(烧结矿、球团矿、天然块矿烧结矿、球团矿、天然块矿)基本定义：基本定义：矿物：自然界存在的自然元素和化合物。矿物：自然界存在的自然元素和化合物。矿石：可以提取有用物质并获取利润的矿物。矿石：可以提取有用物质并获取利润的矿物。脉石：不可以提取有用物质或不能获取利润的矿物。脉石：不可以提取有用物质或不能获取利润的矿物。铁矿石种类：铁矿石种类：赤铁矿（赤铁矿（Fe2O3），红色；），红色；磁铁矿（磁铁矿（Fe3O4），黑色，有磁性；），黑色，有磁性；褐铁矿（褐铁矿（Fe2O3nH2O），含有结晶水；），含有结晶水；菱铁矿（菱铁矿（FeCO3）碳酸盐。）碳酸盐。2023/1/28冶金与能源学院14（1）含铁品位）含铁品位(TFe)；（2）脉石成分）脉石成分(SiO2、Al2O3、CaO、MgO)；（3）有害杂质）有害杂质(S、P、F、As、K、Na、Pb、Zn、Cu)与有益元素与有益元素（Mn、Cr、Ni、Co、V、Ti、Mo、Nb、稀土类等、稀土类等）；（4）还原性）还原性（由好至坏依次为：褐铁矿、菱铁矿、赤铁矿、磁铁矿）（由好至坏依次为：褐铁矿、菱铁矿、赤铁矿、磁铁矿）；（5）强度与粒度）强度与粒度（粒度上限决定还原性，下限决定于透气性，一般为（粒度上限决定还原性，下限决定于透气性，一般为925mm）；（6）化学成分和粒度的稳定）化学成分和粒度的稳定评价指标：评价指标：2023/1/28冶金与能源学院15合金元素、与铁性能相近、用于铁合金和洗炉。合金元素、与铁性能相近、用于铁合金和洗炉。Mn高，比铁品位更重要，难还原；高，比铁品位更重要，难还原；Fe低，低，Mn/Fe10，因为，因为Fe易还原；易还原；S、P要低，因为铁合金在后期加入钢水中，不能再脱要低，因为铁合金在后期加入钢水中，不能再脱S和脱和脱P，要求，要求P0.2%；较高的强度和适宜的粒度。较高的强度和适宜的粒度。锰矿石评价：锰矿石评价：2023/1/28冶金与能源学院162.2、铁矿石的准备、铁矿石的准备（1）破碎与筛分）破碎与筛分（网目：一英寸（网目：一英寸（24.5mm）长度上的方孔数）长度上的方孔数）；（2）混匀）混匀（方法：平铺直取）（方法：平铺直取）；（3）焙烧）焙烧（目的是改变铁矿石性能。主要有还原磁化焙烧、氧化焙烧、（目的是改变铁矿石性能。主要有还原磁化焙烧、氧化焙烧、氯化焙烧）氯化焙烧）；（4）选矿）选矿（作用：提高品位，回收有用的元素，去除有害杂质。方法主（作用：提高品位，回收有用的元素，去除有害杂质。方法主要有磁选、重选、浮选）要有磁选、重选、浮选）2023/1/28冶金与能源学院17 2.3 熔剂2.4 2.4 其它原料（铁矿石代用品）其它原料（铁矿石代用品）1 1）高高炉炉炉炉尘尘（用用于于烧烧结结）：含含铁铁、碳碳、氧氧化钙；化钙；2 2）转炉炉尘：含）转炉炉尘：含Fe60%Fe60%，氧化铁的粉末；，氧化铁的粉末；3 3）轧钢皮：含）轧钢皮：含Fe70%Fe70%；4 4）其其他他：铁铁屑屑、碎碎铁铁、铁铁水水罐罐和和残残铁铁，硫硫酸渣酸渣 1）目的：降低熔点、脱硫。）目的：降低熔点、脱硫。2）分类：碱性、中性、酸性（理论分法）。）分类：碱性、中性、酸性（理论分法）。3）质量要求：）质量要求：CaO、MgO高；高；S、P低；高强度和低；高强度和适宜粘度；比较高的活性。适宜粘度；比较高的活性。2023/1/28冶金与能源学院18一、焦炭作用一、焦炭作用发热剂发热剂、还原剂、增碳剂、骨架作用、还原剂、增碳剂、骨架作用二、质量要求：二、质量要求：C固高；固高；A低；低；V适当；适当；S、P低；常温强度高；高温强低；常温强度高；高温强度高；稳定性好度高；稳定性好三、炼焦三、炼焦 1）配煤）配煤2）原煤）原煤工业分析：包括：内在水分、灰分、挥发分、工业分析：包括：内在水分、灰分、挥发分、S元素分析：包括：元素分析：包括：C、H、O、S、N、P主要性能：主要性能：1、粘结性：、粘结性：2、收缩性；、收缩性；3、结焦性；、结焦性；4、氧化变质。氧化变质。2.5、焦炭焦炭2023/1/28冶金与能源学院19 3）焦炭主要性能与原煤性能的关系 nS S：主要决定混合煤中的：主要决定混合煤中的S S nA A：完全决定于混合煤中的：完全决定于混合煤中的A A nM40M40和和M10M10：决决定定于于配配比比、石石墨墨化化程程度度（炼炼焦焦温温度度和和炼焦时间）、气孔大小和气孔结构、灰分含量。炼焦时间）、气孔大小和气孔结构、灰分含量。nCRICRI和和CSRCSR：决决定定于于配配比比、石石墨墨化化程程度度（炼炼焦焦温温度度和和炼炼焦焦时时间间）、气气孔孔大大小小和和气气孔孔结结构构、灰灰分分含含量量和和灰灰分成分分成分 2023/1/28冶金与能源学院20四、炼焦工艺过程n过程：过程：煤料准备、贮存、炼焦、熄焦煤料准备、贮存、炼焦、熄焦n新工艺：新工艺：1 1、配煤掺油炼焦；、配煤掺油炼焦；2 2、捣固炼焦；、捣固炼焦；3 3、干燥煤炼焦；、干燥煤炼焦；4 4、配型煤炼焦。、配型煤炼焦。2023/1/28冶金与能源学院21煤粉一、喷吹煤粉的作用：发热、还原一、喷吹煤粉的作用：发热、还原二、质量要求：二、质量要求：1 1）灰分低，）灰分低，C C高；高；2 2）S S、P P低，低，K K、NaNa低；低；3 3）可磨性好；）可磨性好；4 4）发热值高；）发热值高；5 5）燃烧性和反应性好；）燃烧性和反应性好；6 6）安全性高）安全性高2023/1/28冶金与能源学院223铁矿粉造铁矿粉造块块2023/1/28冶金与能源学院233铁矿粉造块铁矿粉造块一、定义：一、定义：铁矿粉造块是将不能直接入炉的金属矿铁矿粉造块是将不能直接入炉的金属矿粉经配料后用人工方法造成符合冶炼要求的矿块。粉经配料后用人工方法造成符合冶炼要求的矿块。二、意义：二、意义：扩大了冶炼原料的来源，同时又改善了原扩大了冶炼原料的来源，同时又改善了原料的质量。料的质量。三、目的：三、目的：将粉料制成具有高温强度的块状料；改善铁将粉料制成具有高温强度的块状料；改善铁矿石的冶金性能，使高炉冶炼指标得到改善；去除某些有矿石的冶金性能，使高炉冶炼指标得到改善；去除某些有害杂质，回收有益元素，达到综合利用资源和扩大铁矿石害杂质，回收有益元素，达到综合利用资源和扩大铁矿石原料资源。原料资源。2023/1/28冶金与能源学院243.1铁矿粉烧结铁矿粉烧结一、烧结的作用：一、烧结的作用：利用贫矿和粉矿；利用贫矿和粉矿；改善冶金性能；改善冶金性能；利用钢铁厂的废弃物。利用钢铁厂的废弃物。2023/1/28冶金与能源学院25二、烧结原料的质量要求1、含铁原料、含铁原料种类：精矿粉，富矿粉，高炉炉尘，转炉炉尘，轧钢皮等。种类：精矿粉，富矿粉，高炉炉尘，转炉炉尘，轧钢皮等。质量要求：质量要求：S、P低，低，FeO高，粒度高，粒度10mm。2、熔剂、熔剂种类：石灰石；消石灰；生石灰；白云石；菱镁石。种类：石灰石；消石灰；生石灰；白云石；菱镁石。质量要求：质量要求：CaO、MgO高；高；S、P低；粒度低；粒度3mm，要，要有利于分解和矿化；高活性度；成分稳定。有利于分解和矿化；高活性度；成分稳定。2023/1/28冶金与能源学院263、燃料、燃料（1）点火气体燃料：高炉煤气、焦炉煤气、天然气。）点火气体燃料：高炉煤气、焦炉煤气、天然气。一般采用高炉煤气与焦炉煤气混合一般采用高炉煤气与焦炉煤气混合。质量要求：发热值高，点火温度达到质量要求：发热值高，点火温度达到1100至至1250；安全。安全。（2）固体燃料：焦粉和煤粉）固体燃料：焦粉和煤粉质量要求：质量：质量要求：质量：A和和V低；低；S和和P低；粒度低；粒度3mm。二、烧结原料的质量要求二、烧结原料的质量要求2023/1/28冶金与能源学院27三、抽风烧结过程温度分布见教材中的图温度分布见教材中的图2-1(P33)。分为。分为5层层1、烧结矿层：小于、烧结矿层：小于1100，空气预热；烧结矿冷却；，空气预热；烧结矿冷却；液相结晶固结。厚度逐渐增加，烧结完成时则全部都是。液相结晶固结。厚度逐渐增加，烧结完成时则全部都是。2、燃烧层：、燃烧层：700至至1350或或1500，厚度为，厚度为15-80mm。燃料燃烧；软熔；氧化；还原；分解等。燃料燃烧；软熔；氧化；还原；分解等。2023/1/28冶金与能源学院283、干燥预热层：露点至、干燥预热层：露点至700，升温速度快。水分蒸发；燃料，升温速度快。水分蒸发；燃料加热；固相反应；结晶水分解。加热；固相反应；结晶水分解。4、过湿层：露点以下至露点。、过湿层：露点以下至露点。水汽重新凝结于混合料中，产生水汽重新凝结于混合料中，产生过湿，透气性差。过湿，透气性差。5、混合料层和铺底料。、混合料层和铺底料。2023/1/28冶金与能源学院29四、烧结过程的主要反应1、固体燃料的燃烧、固体燃料的燃烧（1）特征：）特征：1）C少，稀而均匀。重量比少，稀而均匀。重量比3-5%；体积比；体积比10%左右。左右。2）传热条件好。）传热条件好。“抽风抽风”3）具有一定量的空气过剩系数：）具有一定量的空气过剩系数：=实际耗氧实际耗氧/理论耗氧理论耗氧2023/1/28冶金与能源学院30（2）燃烧过程：完全燃烧与不完全燃烧同时存在。）燃烧过程：完全燃烧与不完全燃烧同时存在。xC+yO2=nCO+mCO2t1500CO/CO2=2，零级反应，零级反应烧结过程温度实际处在烧结过程温度实际处在1200-1500，CO/CO2=1-2之之间，中间过渡状态，烧结废气中间，中间过渡状态，烧结废气中CO和和CO2共存。共存。烧结废气成分为：烧结废气成分为：CO、CO2、N2、H2、O2四、烧结过程的主要反应四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院31（3 3）烧结料层的气氛条件：根据废气成分确定。）烧结料层的气氛条件：根据废气成分确定。烧烧结结过过程程中中：自自由由氧氧为为2-6%2-6%，是是氧氧化化性性或或弱弱氧氧化化性性气气氛氛。但但在在固固体体燃燃料料表表面面附附近近，则则是是还原性气氛。还原性气氛。烧烧结结过过程程宏宏观观上上氧氧化化性性气气氛氛；微微观观上上有有还还原性气氛原性气氛。固固体体燃燃料料粒粒度度过过大大时时，还还原原气气氛氛强强，要要求求固体燃料粒度小于固体燃料粒度小于3mm70%3mm70%。四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院32（4）固体碳燃烧速度）固体碳燃烧速度处于扩散速度范围内处于扩散速度范围内固体燃料粒度增加，气流速度提高，气流中含氧增加，固体燃料粒度增加，气流速度提高，气流中含氧增加，则料层温度升高。则料层温度升高。四、烧结过程的主要反应四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院332 2、分解反应、分解反应（1）结晶水分解：分解吸热，增加燃料消耗。）结晶水分解：分解吸热，增加燃料消耗。一般固溶体的水容易在一般固溶体的水容易在120200分解出来，以分解出来，以OH存在。存在。褐铁矿：褐铁矿：250至至300分解。分解。高岭土（高岭土（Al2O3SiO22H2O）：）：400开始分解，开始分解，500至至600大量分解，完成去除结晶水要到大量分解，完成去除结晶水要到1000左右。左右。（2）碳酸盐分解及矿化作用）碳酸盐分解及矿化作用 分解反应：分解反应：CaCO3=CaO+CO2MgCO3=MgO+CO2四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院34影响因素：影响因素：1）烧结温度：高有利于分解。）烧结温度：高有利于分解。2）石灰石粒度：小有利于分解，要求小于）石灰石粒度：小有利于分解，要求小于3mm。3）杂质（）杂质（Al2O3、SiO2、Fe2O3）：少有利于分解。）：少有利于分解。4）活性：高有利于分解。）活性：高有利于分解。四、烧结过程的主要反应四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院35n矿矿 化化 作作 用用：固固 化化 反反 应应，形形 成成 CaOSiOCaOSiO2 2、CaOFeCaOFe2 2O O3 3 如如果果没没有有发发生生矿矿化化作作用用，则则会会形形成成白白点点（CaOCaO），），CaOCaO+H+H2 2O=Ca(HO)O=Ca(HO)2 2 体积膨胀，产生粉化。体积膨胀，产生粉化。n影响因素：影响因素：1 1）烧结温度：高有利于矿化。）烧结温度：高有利于矿化。2 2）石灰石粒度：小有利于分解，要求）石灰石粒度：小有利于分解，要求3mm3mm。3 3）矿粉粒度：小有利于分解。）矿粉粒度：小有利于分解。4 4）活性：高有利于分解。）活性：高有利于分解。四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院36（3）高价氧化物分解（）高价氧化物分解（P35）铁和锰高价氧化物的分解压较高。铁和锰高价氧化物的分解压较高。预热层：预热层：MnO2、Mn2O3开始分解。开始分解。燃烧层：燃烧层：MnO2、Mn2O3沸腾分解；沸腾分解；Fe2O3开始分解。开始分解。Fe3O4和和FexO的分解压很小，在烧结条件下不可能分解。的分解压很小，在烧结条件下不可能分解。四、烧结过程的主要反应四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院373 3、氧化还原反应、氧化还原反应烧结过程宏观上是氧化气氛，但也存在还原气氛，尤烧结过程宏观上是氧化气氛，但也存在还原气氛，尤其在配碳量比较高和燃料粒度比较大时比较明显。其在配碳量比较高和燃料粒度比较大时比较明显。（1）Fe2O3：在烧结过程中会发生热分解和还原。：在烧结过程中会发生热分解和还原。3Fe2O3=2Fe3O4+1/2O2热分解热分解3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2还原还原固相反应形成固相反应形成CaOFe2O3系列，则难还原。系列，则难还原。四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院38（2）Fe3O4：在烧结过程中分解难，但在：在烧结过程中分解难，但在1300-1350会发生下面的反应。会发生下面的反应。2Fe3O4+3SiO2=3(2FeOSiO2)+O2在烧结过程中可以还原，在烧结过程中可以还原，Fe3O4+CO=FeO+CO2900,平衡平衡CO/CO2=3.47四、烧结过程的主要反应四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院39同时也可以发生下面的反应：同时也可以发生下面的反应：3Fe3Fe3 3O O4 4+3SiO+3SiO2 2+2CO=3(2FeOSiO+2CO=3(2FeOSiO2 2)+2CO)+2CO2 2 CaOCaO存在，则不利于存在，则不利于2FeOSiO2FeOSiO2 2的形成。的形成。在在烧烧结结过过程程中中也也可可以以氧氧化化成成FeFe2 2O O3 3：条条件件是是料料层层透透气气性性好好，配配碳碳量量比比较较低低，氧氧化化反反应应是放热反应。是放热反应。四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院40（3 3）FeOFeO：在在烧烧结结过过程程中中还还原原比比较较困困难难，只只有有在在配配碳碳量特别高时才有可能。量特别高时才有可能。在在烧烧结结过过程程中中可可以以被被氧氧化化成成FeFe3 3O O4 4，条条件件是是料料层层透透气性好，配碳量比较低，供氧充足。气性好，配碳量比较低，供氧充足。（4）锰氧化物：）锰氧化物：MnO2和和Mn2O3易进行热分解；易进行热分解；Mn3O4不易进行热分解，但可还原成不易进行热分解，但可还原成MnO；MnO不易还原。不易还原。四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院414、气化反应（有害杂质的去除）、气化反应（有害杂质的去除）（1）S的去除。的去除。85-90S的存在状态：的存在状态：1）有机）有机S：含量一般比较低，仅在个别年轻煤中含量较高。：含量一般比较低，仅在个别年轻煤中含量较高。2）硫化物：如）硫化物：如FeS2、FeS。3）硫酸盐：如）硫酸盐：如FeSO4、CaSO4、BaSO4等，硫酸盐在新鲜等，硫酸盐在新鲜煤中含量极少，在氧化后的煤中含量比较高。煤中含量极少，在氧化后的煤中含量比较高。四、烧结过程的主要反应四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院42烧结过程脱硫是氧化脱硫，分解只是一小部分。硫化烧结过程脱硫是氧化脱硫，分解只是一小部分。硫化物脱硫的主要反应有：物脱硫的主要反应有：4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO23FeS2+8O2=Fe3O4+6SO22FeS2=2FeS+S2S+O2=SO24FeS+7O2=2Fe2O3+4SO23FeS+5O2=Fe3O4+3SO2四、烧结过程的主要反应四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院43n13501350以以下下，铁铁氧氧化化物物以以生生成成FeFe2 2O O3 3为为主主；13501350以以上上，铁铁氧氧化化物物以以生生成成FeFe3 3O O4 4为为主主。上上述述反反应应都都是是放放热热反应。反应。n硫硫化化物物中中的的硫硫去去除除比比较较容容易易，硫硫酸酸盐盐中中的的硫硫去去除除比比较较困困难难。但但在在FeFe2 2O O3 3和和SiOSiO2 2等等存存在在的的条条件件下下，CaSOCaSO4 4、BaSOBaSO4 4分解变得容易。分解变得容易。CaSOCaSO4 4+Fe+Fe2 2O O3 3=CaOFe=CaOFe2 2O O3 3+SO+SO2 2+1/2O+1/2O2 2 吸热吸热 BaSOBaSO4 4+SiO+SiO2 2=CaOSiO=CaOSiO2 2+SO+SO2 2+1/2O+1/2O2 2 吸热吸热四、烧结过程的主要反应四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院44影响烧结过程脱硫的因素：影响烧结过程脱硫的因素：1）矿粉粒度：粒度细有利于脱硫，原因是有利于氧化，）矿粉粒度：粒度细有利于脱硫，原因是有利于氧化，各类矿粉的粒度要求小于各类矿粉的粒度要求小于10mm。2）矿石品位：品位高有利于脱硫，品位高则熔点高。）矿石品位：品位高有利于脱硫，品位高则熔点高。3）烧结矿碱度：碱度低有利于烧结脱硫，烧结脱硫的）烧结矿碱度：碱度低有利于烧结脱硫，烧结脱硫的实现是实现是S进入废气，碱度高有利于形成进入废气，碱度高有利于形成CaS，没有实现脱硫。，没有实现脱硫。四、烧结过程的主要反应四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院454）燃料用量：恰当则有利于脱硫。燃料多易形成还原）燃料用量：恰当则有利于脱硫。燃料多易形成还原性气氛，硫负荷高，不利于烧结脱硫；燃料少烧结温度低，性气氛，硫负荷高，不利于烧结脱硫；燃料少烧结温度低，同样不利于脱硫。烧结脱硫发热，同样不利于脱硫。烧结脱硫发热，1kgFeS2可代替可代替0.3kg含含C为为80%的焦粉。的焦粉。5）返矿用量：恰当则有利于脱硫。改善料层透气性，）返矿用量：恰当则有利于脱硫。改善料层透气性，有利于烧结脱硫；液相量增加，不利于脱硫。有利于烧结脱硫；液相量增加，不利于脱硫。四、烧结过程的主要反应四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院46(2)去去As:氧化去氧化去As，烧透是前提。，烧透是前提。As有毒。有毒。2FeAsS+5O2=Fe2O3+As2O3+2SO2(3)脱脱F：2CaF2+SiO2=2CaO+SiF4CaO不利于去不利于去F；SiO2有利于去有利于去F；H2有利于去有利于去F。F对人体有害、腐蚀设备。对人体有害、腐蚀设备。四、烧结过程的主要反应四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院47(4)Pb和和Zn的去除的去除燃料增加到燃料增加到10%至至11%，脱锌率可以达到，脱锌率可以达到20%。加入加入CaCl2，可以脱除，可以脱除90%左右的铅和左右的铅和65%左右的锌。左右的锌。四、烧结过程的主要反应四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院485、水分的蒸发、分解和凝结、水分的蒸发、分解和凝结（1）蒸发和凝结的条件是：）蒸发和凝结的条件是：蒸发：实际蒸发：实际PH2OPH2O（饱和蒸汽压）（饱和蒸汽压）四、烧结过程的主要反应四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院49（2）蒸发：）蒸发：100时：时：PH2O=0.1013MPa(1atm)实际上：烧结料层中实际上：烧结料层中PH2O0.9atm，因此水汽化的沸，因此水汽化的沸腾温度低于腾温度低于100。烧结过程中汽化在烧结过程中汽化在120至至125完成的原因有：烧结完成的原因有：烧结过程传热速度快，烧结混合料快速加热；分子水与固体过程传热速度快，烧结混合料快速加热；分子水与固体颗粒之间的结合力大，不易去除。颗粒之间的结合力大，不易去除。四、烧结过程的主要反应四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院50（3）凝结：）凝结：水分的再分布，温度是露点：水分的再分布，温度是露点：PH2O=PH2O烧结过程中露点一般为烧结过程中露点一般为5060，消除水分凝结的，消除水分凝结的措施是将混合料温提高到露点以上。措施是将混合料温提高到露点以上。四、烧结过程的主要反应四、烧结过程的主要反应2023/1/28冶金与能源学院51五、烧结过程中的固结五、烧结过程中的固结1、固相反应、固相反应定义：在一定的温度条件下这种或那种离子克服晶格中定义：在一定的温度条件下这种或那种离子克服晶格中的结合力，在晶格内部进行位置交换，并扩散与之相接触的结合力，在晶格内部进行位置交换，并扩散与之相接触的邻近的其它晶格内进行的反应。的邻近的其它晶格内进行的反应。开始温度开始温度=（0.8-0.9）T熔点熔点。这时质点具有可移动性，。这时质点具有可移动性，并发生化学反应。并发生化学反应。2023/1/28冶金与能源学院52影响固相反应的因素有：影响固相反应的因素有：矿粉粒度；混匀程度；燃料用量；烧结气氛。矿粉粒度；混匀程度；燃料用量；烧结气氛。烧结过程中可能产生的固相反应如烧结过程中可能产生的固相反应如P39表表2-12、烧结过程中液相的生成、烧结过程中液相的生成这些液相就是粘结相，对烧结矿质量和产量有非常重要的这些液相就是粘结相，对烧结矿质量和产量有非常重要的影响。影响。五、烧结过程中的固结五、烧结过程中的固结2023/1/28冶金与能源学院53（1）铁氧（）铁氧（Fe-O）体系：铁氧化物固溶体。）体系：铁氧化物固溶体。高品位烧结矿的主要粘结相，脉石成分比较小。高品位烧结矿的主要粘结相，脉石成分比较小。（2）FeO-SiO2体系：酸性烧结矿的主要粘结相。体系：酸性烧结矿的主要粘结相。2FeOSiO2熔点：熔点：1205FeOSiO2-FeO熔点：熔点：1177FeOSiO2-SiO2熔点：熔点：1178特点：强度比较高；但还原性比较差。特点：强度比较高；但还原性比较差。生成条件：比较低的碱度，有生成条件：比较低的碱度，有SiO2，比较高的温度；还，比较高的温度；还原性气氛。工艺是燃料用量高。原性气氛。工艺是燃料用量高。五、烧结过程中的固结五、烧结过程中的固结2023/1/28冶金与能源学院54烧结矿碱度与高炉炉渣碱度的区别和联系烧结矿碱度与高炉炉渣碱度的区别和联系:烧结矿碱度高炉炉渣碱度：酸性（低碱度）烧结矿烧结矿碱度高炉炉渣碱度：酸性（低碱度）烧结矿烧结矿碱度烧结矿碱度高炉炉渣碱度：自熔性烧结矿高炉炉渣碱度：自熔性烧结矿烧结矿碱度烧结矿碱度高炉炉渣碱度：高碱度（熔剂型）烧结矿高炉炉渣碱度：高碱度（熔剂型）烧结矿五、烧结过程中的固结五、烧结过程中的固结2023/1/28冶金与能源学院55（3）CaO-SiO2体系：熔剂性烧结矿的主要粘结相。体系：熔剂性烧结矿的主要粘结相。CaOSiO2熔点熔点1544，CaOSiO2-SiO2熔点熔点14503CaO2SiO2熔点熔点1460，2CaOSiO2熔点熔点1300特点：固相反应生成能力强，反应速度快。强度比较低；特点：固相反应生成能力强，反应速度快。强度比较低；原因是原因是2CaOSiO2有相变问题；不存在还原性问题。有相变问题；不存在还原性问题。830-850：-2CaOSiO2-2CaOSiO2体积膨胀体积膨胀12%675：-2CaOSiO2-2CaOSiO2体积膨胀体积膨胀10%五、烧结过程中的固结五、烧结过程中的固结2023/1/28冶金与能源学院56应控制或减少应控制或减少2CaOSiO2的生成量和晶体转变。的生成量和晶体转变。生成条件：比较高的碱度，有生成条件：比较高的碱度，有CaO；高温（生成的液；高温（生成的液相量是不多的）。相量是不多的）。（4）CaO-Fe2O3体系：熔剂性烧结矿的主要粘结相。体系：熔剂性烧结矿的主要粘结相。2CaOFe2O3熔点：熔点：1449CaOFe2O3熔点：熔点：1216CaO2Fe2O3熔点：熔点：1226五、烧结过程中的固结五、烧结过程中的固结2023/1/28冶金与能源学院57特点：强度比较高；还原性比较好，最好的粘结相。特点：强度比较高；还原性比较好，最好的粘结相。生成条件：生成条件：1）高碱度，）高碱度，CaO多。多。2）低温，因为高温（）低温，因为高温（1300以上）条件下以上）条件下Fe2O3会分解。会分解。3）氧化性气氛，固体燃料配量比较低。）氧化性气氛，固体燃料配量比较低。4）SiO2含量比较低，因为含量比较低，因为SiO2与与FeO和和CaO的结合力都的结合力都比较大。比较大。五、烧结过程中的固结五、烧结过程中的固结2023/1/28冶金与能源学院58（5）CaO-FeO-SiO2体系：熔剂性烧结矿的主要粘结相。体系：熔剂性烧结矿的主要粘结相。典型矿物：铁钙橄榄石：典型矿物：铁钙橄榄石：CaOFeOSiO2铁钙方柱石：铁钙方柱石：2CaOFeO2SiO2钙铁辉石：钙铁辉石：CaOFeO2SiO2特点：强度比较高；还原性比较差。特点：强度比较高；还原性比较差。生成条件：高碱度；高温；还原性气氛。生成条件：高碱度；高温；还原性气氛。五、烧结过程中的固结五、烧结过程中的固结2023/1/28冶金与能源学院59（6）CaO-SiO2-TiO2体系：钒钛磁铁烧结矿的主要粘结相。体系：钒钛磁铁烧结矿的主要粘结相。特点：硬而脆，粉末比较多；还原性比较好。特点：硬而脆，粉末比较多；还原性比较好。生成条件：钒钛磁铁矿。生成条件：钒钛磁铁矿。3、冷凝固结、冷凝固结在烧结过程中，并非全部烧结料都熔化为液相，有些粒在烧结过程中，并非全部烧结料都熔化为液相，有些粒度大的原料还来不及熔化就被液相粘结起来，然后又急速度大的原料还来不及熔化就被液相粘结起来，然后又急速冷却，形成多孔的烧结矿。冷却，形成多孔的烧结矿。五、烧结过程中的固结五、烧结过程中的固结2023/1/28冶金与能源学院604、烧结矿的矿物组成及其结构、烧结矿的矿物组成及其结构由含铁矿物及脉石矿物两大类组成的液相粘结在一起。由含铁矿物及脉石矿物两大类组成的液相粘结在一起。（1）显微镜下观察的结构：）显微镜下观察的结构：粒状结构、斑状结构、骸状结构、丹点状共晶结构及粒状结构、斑状结构、骸状结构、丹点状共晶结构及熔蚀结构。熔蚀结构。五、烧结过程中的固结五、烧结过程中的固结2023/1/28冶金与能源学院61（2）影响烧结矿质量的因素：）影响烧结矿质量的因素：影响强度因素：影响强度因素：烧结料矿化及液相发展程度；矿物组成中矿物和玻璃相烧结料矿化及液相发展程度；矿物组成中矿物和玻璃相的强度；冷凝过程中产生的内应力。的强度；冷凝过程中产生的内应力。影响还原性的因素：影响还原性的因素：矿物组成自身的还原性；矿物结构。矿物组成自身的还原性；矿物结构。五、烧结过程中的固结五、烧结过程中的固结2023/1/28冶金与能源学院62六、烧结料层的热交换六、烧结料层的热交换1、自动蓄热作用、自动蓄热作用定义是热烧结矿将热量传给气体，气体温度上升，然定义是热烧结矿将热量传给气体，气体温度上升，然后气体将热量带给下层燃烧带，这种现象称为自动蓄热作后气体将热量带给下层燃烧带，这种现象称为自动蓄热作用。用。自动蓄热作用对燃料带的温度影响很大，可以提供燃自动蓄热作用对燃料带的温度影响很大，可以提供燃烧带全部热量的烧带全部热量的40%以上。料层越厚，自动蓄热作用越强。以上。料层越厚，自动蓄热作用越强。2023/1/28冶金与能源学院63六、烧结料层的热交换六、烧结料层的热交换2、垂直烧结速度：定义是燃烧带（高温区）向下移动的、垂直烧结速度：定义是燃烧带（高温区）向下移动的速度。速度。与料层内的风量（料层透气性）成正比，是决定烧结与料层内的风量（料层透气性）成正比，是决定烧结矿产量的重要因素。矿产量的重要因素。垂直烧结速度过快：废气传给物料的热量不足，烧结垂直烧结速度过快：废气传给物料的热量不足，烧结温度降低，烧结矿强度下降，烧结矿成品率下降，烧结矿温度降低，烧结矿强度下降，烧结矿成品率下降，烧结矿产量下降。产量下降。垂直烧结速度过慢；烧结矿产量下降，颗粒内部热量垂直烧结速度过慢；烧结矿产量下降，颗粒内部热量多，但表面温度低，液相生成量不足。多，但表面温度低，液相生成量不足。2023/1/28冶金与能源学院643、高温区的温度水平、高温区的温度水平决定于高温区的热平衡和气流与物料间的传热条件。决定于高温区的热平衡和气流与物料间的传热条件。Q1+Q2+Q3-Q4-Q5T=-mcQ1：空气显热，：空气显热，kJ。Q2：烧结过程中燃料燃烧放热以及所发生的各种反应的热效：烧结过程中燃料燃烧放热以及所发生的各种反应的热效应总和，应总和，kJQ3：从烧结上层下来的废气中吸收的热量，：从烧结上层下来的废气中吸收的热量，kJ。Q4：废气带走的热量，：废气带走的热量，kJ；Q5：高温区热损失，：高温区热损失，kJm：高温区物料重量，：高温区物料重量，kg；C：烧结料比热，：烧结料比热，kJ/kg.。六、烧结料层的热交换六、烧结料层的热交换2023/1/28冶金与能源学院65影响因素：影响因素：配碳量增加，石灰石量减少，配碳量增加，石灰石量减少，Q2增加，增加，T升高；烧结过升高；烧结过程越往下，程越往下，Q3增加越多，增加越多，T升高，抽风烧结的特点；热风烧升高，抽风烧结的特点；热风烧结，结，Q1增加，增加，T升高。最好在烧结过程的前期供热风，因为升高。最好在烧结过程的前期供热风，因为此时的此时的Q3=0六、烧结料层的热交换六、烧结料层的热交换2023/1/28冶金与能源学院664、高温区的厚度、高温区的厚度高温区是料层透气性最差的一层。高温区是料层透气性最差的一层。燃烧速度与传热速度的配合对高温区的温度和厚度有重燃烧速度与传热速度的配合对高温区的温度和厚度有重要的影响。要的影响。（1）燃烧速度）燃烧速度传热速度：废气传入颗粒内部的热量减少，传热速度：废气传入颗粒内部的热量减少，废气温度升高，带走的热量增加，高温区加厚。废气温度升高，带走的热量增加，高温区加厚。（3）燃烧速度）燃烧速度传热速度：料层温度最高，高温区厚度最小。传热速度：料层温度最高，高温区厚度最小。（