炼铁的重点知识 - 图文

第二章 炼铁原燃料

课时：2学时

授课内容：

第一节 铁矿石及其分类

第二节 高炉冶炼对铁矿石的要求 第三节 铁矿石冶炼前的准备和处理

目的要求：

1．知道常用的铁矿石的分类及主要特性； 2.掌握高炉冶炼对铁矿石的要求； 3.了解铁矿石冶炼前的准备和处理。

重、难点：

1.铁矿石的分类和主要特性； 2.高炉冶炼对铁矿石的要求。

教学方法：

利用多媒体以课堂讲授为主，结合实际范例进行课堂讨论。

讲授重点内容提要

第一节 铁矿石及其分类

一、矿物、矿石和岩石 1. 矿物的概念及特点

地壳中的化学元素经过各种地质作用，形成的天然元素和天然化合物称为矿物。它具有较均一的化学成分和内部结晶构造，具有一定的物理性质和化学性质。

2.矿石和岩石的概念

◆矿石和岩石均由矿物所组成，是矿物的集合体。

◆矿石是在目前的技术条件下能经济合理地从中提取金属、金属化合物或有用矿物的物质。

◆矿石由有用矿物和脉石矿物所组成。能够被利用的矿物为有用矿物，目前尚不能利用的矿物为脉石矿物。

二、铁矿石的分类及主要特性 根据含铁矿物的主要性质和矿物组成，铁矿石分为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿四种类型。

1．磁铁矿

磁铁矿化学式为Fe3O4，结构致密，晶粒细小，黑色条痕。具有强磁性，含S、P较高，还原性差。 2．赤铁矿

赤铁矿化学式为Fe2O3，条痕为樱红色，具有弱磁性。含S、P较低，易破碎、易还原。

3．褐铁矿

褐铁矿是含结晶水的氧化铁，呈褐色条痕，还原性好，化学式为nFe2O32mH2O(n= 1～3，m=1～4)。褐铁矿中绝大部分含铁矿物是以2Fe2O323H2O的形式存在的。 4．菱铁矿

菱铁矿化学式为FeC03，颜色为灰色带黄褐色。菱铁矿经过焙烧，分解出C02气体，含铁量即提高，矿石也变得疏松多孔，易破碎，还原性好。其含S低，含P较高。

各种铁矿石的分类及其主要特性列于表2-1。

表2—1 铁矿石的分类及其特性

第二节 高炉冶炼对铁矿石的要求

一、铁矿石品位高

铁矿石品位是指铁矿石的含铁量，以TFe％表示。 铁矿石品位高有利于降低焦比和提高产量。根据生产经验，矿石品位提高1％，焦比降低2％，产量提高3％。

从矿山开采出来的矿石，含铁量一般在30％～60％之间。

品位较高，经破碎筛分后可直接入炉冶炼的称为富矿。一般当含铁量大于70％～90％时方可直接入炉。

品位较低，不能直接入炉的叫贫矿。贫矿必须经过选矿和造块后才能入炉冶炼。 二、脉石成分愈低愈好

铁矿石的脉石成分绝大多数为酸性的，SiO2含量较高。 铁矿石中si02含量愈高，需加入的石灰石也愈多，生成的渣量也愈多，这样，将使焦比升高，产量下降。

脉石中含碱性氧化物(Ca0、MgO)较多的矿石，冶炼时可少加或不加石灰石，对降低焦比有利，具有较高的冶炼价值。

三、有害杂质少和有益元素的含量 1．有害杂质

矿石中的有害杂质是指那些对冶炼有妨碍或使矿石冶炼时不易获得优质产品的元素。主要有S、P、Pb、Zn、As、K、Na等。 ◆硫

硫在矿石中主要以硫化物状态存在。硫的危害主要表现在： ①当钢中的含硫量超过一定量时，会使钢材具有热脆性。

②对铸造生铁，会降低铁水的流动性，阻止Fe3C分解，使铸件产生气孔、难于切削并降低其韧性。

③硫会显著地降低钢材的焊接性，抗腐蚀性和耐磨性。 矿石中的含硫质量分数必须小于0.3％。 ◆磷

磷以Fe2P、Fe3P形态溶于铁水。磷会造成钢的冷脆现象。由于磷在选矿和烧结过程中不易除去，在高炉冶炼中又几乎全部还原进入生铁。所以控制生铁含磷的惟一途径就是控制原料的含磷量。

◆铅和锌

铅和锌常以方铅矿(PbS)和闪锌矿(ZnS)的形式存在于矿石中。

铅易渗入砖缝破坏炉底砌砖，甚至使炉底砌砖浮起。铅又极易挥发，在高炉上部被氧化成PbO，粘附于炉墙上，易引起结瘤。

一般要求矿石中的含铅质量分数低于0.1％。

锌在炉内被氧化成ZnO，部分ZnO沉积在炉身上部炉墙上，形成炉瘤，部分渗入炉衬的孔隙和砖缝中，引起炉衬膨胀而破坏炉衬。

矿石中的含锌质量分数应小于0．1％。 ◆砷

砷会使钢材产生“冷脆”现象，并降低钢材焊接性能。 要求矿石中的含砷质量分数小于0．07％。 ◆碱金属

碱金属主要指钾和钠。一般以硅酸盐形式存在于矿石中。其危害主要为：①与炉衬

作用生成钾霞石(K2O2A12O322SiO2)，体积膨胀40％而损坏炉衬。 ②与炉衬作用生成低熔点化合物，粘结在炉墙上，易导致结瘤。

③与焦炭中的碳作用生成插入式化合物(CK8、CNa8)体积膨胀很大，破坏焦炭高温强度，从而影响高炉下部料柱透气性。 ◆铜

铜在钢材中具有两重性。当钢中含铜质量分数小于0.3％时能改善钢材抗腐蚀性。当超过0.3％时又会降低钢材的焊接性，并引起钢的“热脆”现象，使轧制时产生裂纹。

一般铁矿石允许含铜质量分数不超过0.2％。 2．有益元素

矿石中有益元素主要指对钢铁性能有改善作用或可提取的元素。如锰(Mn)、铬(Cr)、钴(Co)、镍(Ni)、钒(V)、钛(Ti)等。当这些元素达到一定含量时，可显著改善钢的可加工性，强度和耐磨、耐热、耐腐蚀等性能。同时这些元素的经济价值很大，当矿石中这些元素含量达到一定数量时，可视为复合矿石，加以综合利用。 四、铁矿石的还原性好

1.铁矿石的还原性概念

铁矿石的还原性是指铁矿石被还原性气体C0或H2还原的难易程度。 2. 影响铁矿石还原性的因素

影响铁矿石还原的因素主要有矿物组成、矿物结构的致密程度、粒度和气孔率等。 磁铁矿结构致密，最难还原。

赤铁矿有中等的气孔率，比较容易还原。 褐铁矿和菱铁矿容易还原。

烧结矿和球团矿的气孔率高，其还原性一般比天然富矿的还要好。 五、矿石的粒度适当、机械强度高和软化性好

矿石的粒度是指矿石颗粒的直径。通常，入炉矿石粒度在5～35mm之间，小于5mm的粉末是不能直接人炉的。

铁矿石的机械强度是指矿石耐冲击、抗摩擦、抗挤压的能力。

铁矿石的软化性包括铁矿石的软化温度和软化温度区间两个方面。软化温度是指铁矿石在一定的荷重下受热开始变形的温度；软化温度区间是指矿石开始软化到软化终了的温度范围。高炉冶炼要求铁矿石的软化温度要高，软化温度区间要窄。 六、铁矿石各项指标相对稳定

铁矿石的各项理化指标保持相对稳定，才能最大限度地发挥生产效率。高炉冶炼要求成分波动范围:含铁原料TFe<±0．5％～l．0％；ω(SiO2)<±0．2％～0．3％；烧结矿的碱度为±0．03～0．1。

第三节 铁矿石冶炼前的准备和处理

从矿山开采出来的铁矿石，一般要经过破碎、筛分、混匀、焙烧、选矿和造块等加工处理过程。 一、破碎

1.破碎的分类

根据破碎的粒度，可分为粗碎、中碎、细碎和粉碎。 ◆粗碎：从l300～500mm破碎到400～125mm； ◆中碎：从400～125mm破碎到100～25mm； ◆细碎：从l00～25mm破碎到25～5mm；

◆粉碎：从<5mm破碎到

2.主要破碎设备

对于天然铁矿石的粗、中、细碎作业，目前采用的主要破碎设备有颚式破碎机和圆锥式破碎机两大类，其工作原理如图2—1所示。

图2—1 破碎机的工作原理示意图

(a)颚式破碎机；(b)圆锥式破碎机；(c)短锥式破碎机

二、筛分 1.筛分的概念

通过单层或多层筛面，将颗粒大小不同的混合料分成若干不同粒度级别的过程。 2.筛分的目的 ◆筛除粉末。

◆将大于规定粒度上限的大块筛除进行再破碎。 ◆对合格块度进行分级。 3.矿石的筛分设备

多采用振动筛。其筛分原理是利用筛网的上下垂直振动进行的。筛网的振动可达每分钟l500次左右，振幅达0．5～12mm，筛面与水平面成l0°～40°的倾角。

4.振动筛的特点

筛分效率高，单位面积产量大，筛孔不易堵塞，调整方便，适用粒度范围广。 通常，矿石在破碎、筛分过程中通过皮带运输机将破碎机械与筛分机械联系起来，构成破碎筛分流程。 三、混匀

混匀又称为中和。 1. 混匀的目的

稳定铁矿石的化学成分，从而稳定高炉操作，保持炉况顺行，改善冶炼指标。 2.矿石的混匀方法

按“平铺直取”的原则进行。所谓平铺，是根据料场的大小将每一批来料沿水平方向依次平铺，一般每层厚度为200-300mm，把料铺到一定高度。所谓直取，即取矿时，沿料堆垂直断面截取矿石。 四、铁矿石的焙烧

1.铁矿石焙烧的概念

将铁矿石加热到低于软化温度200～300℃的一种处理过程。 2.焙烧的目的

◆改变矿石的矿物组成和内部结构。 ◆去除部分有害杂质。 ◆回收有用元素。

◆使矿石变得疏松，提高矿石的还原性。 3.焙烧的方法

氧化焙烧、还原磁化焙烧和氯化焙烧等。 ◆氧化焙烧是铁矿石在氧化气氛条件下焙烧，主要用于去除褐铁矿中的结晶水，菱铁矿中的C02，并提高品位，改善还原性。

◆还原磁化焙烧是在还原气氛中进行，其作用是将弱磁性的赤铁矿及非磁性的黄铁矿转化为具有强磁性的磁铁矿，以便磁选。

五、铁矿石的选矿

1.选矿的目的 提高矿石品位。 2.选矿方法

◆重力选矿法。根据矿物密度的不同，在选矿介质中具有不同的沉降速度而进行选矿。 ◆磁力选矿法。磁力选矿法是利用矿物的磁性差别，在不均匀的磁场中，磁性矿物被磁选机的磁极吸引，而非磁性矿物则被磁极排斥，从而达到选别的目的。

◆浮游选矿法。浮游选矿法是利用矿物表面不同的亲水性，选择性地将疏水性强的矿物用泡沫浮到矿浆表面，而亲水性矿物则留在矿浆中，从而实现不同矿物彼此分离。

3.选矿后的产品 精矿、中矿和尾矿。

◆精矿是指选矿后得到的含有用矿物含量较高的产品。 ◆中矿为选矿过程中间产品，需进一步选矿处理。 ◆尾矿是经选矿后留下的废弃物。

课时：2学时

授课内容：

第四节 熔剂

第五节 高炉用燃料

目的要求：

1.掌握熔剂的作用及对熔剂的性质要求；

2.掌握焦炭在高炉炼铁中的作用和对焦炭的质量要求； 3.熟悉炼焦生产过程。

重、难点：

1.焦炭在高炉炼铁中的作用和对焦炭的质量要求。

教学方法：

利用多媒体以课堂讲授为主，结合实际范例进行课堂讨论。

讲授重点内容提要

第四节 熔 剂

一、熔剂的作用

熔剂在冶炼过程中的主要作用有：

1.使还原出来的铁与脉石和灰分实现良好分离，并顺利从炉缸流出，即渣铁分离。 2.生成一定数量和一定物理、化学性能的炉渣，去除有害杂质硫，确保生铁质量。 二、熔剂的种类

根据矿石中脉石成分的不同，高炉冶炼使用的熔剂，按其性质可分为碱性、酸性和中性三类。

1．碱性熔剂

常用的碱性熔剂有石灰石(CaC03)和白云石(CaC032MgC03)。 2．酸性熔剂

作为酸性熔剂使用的有石英石(Si02)、均热炉渣(主要成分为2FeO、Si02)及含酸性脉石的贫铁矿等。 3．中性熔剂

高铝原料。如铁钒土和粘土页岩。 三、对碱性熔剂的质量要求

对碱性熔剂的质量有如下要求：

1.碱性氧化物(CaO+MgO)含量高，酸性氧化物(Si02+A1203)愈少愈好。或熔剂的有效熔剂性愈高愈好。

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