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1.1 冶金基本概念 1.2 鋼鐵工業(yè) 鋼鐵冶煉 1.3 鋼鐵產(chǎn)品及副產(chǎn)品 1.4 鋼鐵工業(yè)能耗及能源 1.5 耐火材料 1.6 環(huán)境保護(hù) 1.7 小結(jié) 冶金是研究如何經(jīng)濟(jì)地從礦石或其它原料中提取金屬或金屬化合物，并采取各種加工方法制成具有一定性能的金屬材料的科學(xué)。 黑色冶金： 是指以鐵、鉻、錳三種金屬元素作為主要開(kāi)采、冶煉、壓延對(duì)象的工業(yè)產(chǎn)業(yè)。 爐渣是爐料在冶煉過(guò)程中不能進(jìn)到生鐵和鋼中的氧化物、硫化物等形成的熔融體。 其主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3、MnO、FeO、P2O5、CaS等。 根據(jù)冶煉方法的不同，鋼鐵生產(chǎn)產(chǎn)生的爐渣分為高爐渣和煉鋼渣，按爐渣中含有不同的化學(xué)成分又可分為堿性渣和酸性渣。 鋼鐵生產(chǎn)中還能獲得大量的可燃?xì)怏w，高爐煉鐵可產(chǎn)生高爐煤氣，轉(zhuǎn)爐煉鋼可獲得轉(zhuǎn)爐煤氣，煉焦時(shí)可得焦?fàn)t煤氣等 煤氣主要成分：CO、H2、CO2、N2、CH4 鋼鐵生產(chǎn)用能源 鋼鐵工業(yè)能耗 節(jié)能途徑 節(jié)能途徑 鋼鐵工業(yè)是能源消耗的大戶(hù)，約占全國(guó)總能源消耗量的10～11％。 鋼鐵生產(chǎn)所用能源主要有煤炭、燃料油(重油)、天然氣、電力等。 煤占鋼鐵生產(chǎn)中燃料消耗的70%，鋼鐵工業(yè)用煤量已超過(guò)煤炭總產(chǎn)量的15％。 煤在鋼鐵企業(yè)主要用來(lái)煉焦和自備電廠發(fā) 電、蒸汽機(jī)車(chē)燒煤、燒工業(yè)鍋爐及部分窯 爐，少部分制成粉煤用于高爐噴吹及燒結(jié)生產(chǎn)。 我國(guó)鋼鐵工業(yè)的能源消耗中，鋼鐵冶煉是耗能最高的工序，占鋼鐵工業(yè)能耗的60～70％。其主要耗于煉鐵系統(tǒng)，焦化、燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵等工序，占鋼鐵生產(chǎn)能耗的一半以上。 改進(jìn)生產(chǎn)工藝及操作，更新和改造耗能高的設(shè)備。 降低能源損失（“廢料”、煤氣、熱能、壓力 能），減少生產(chǎn)工序。 回收利用散失熱量。 加強(qiáng)企業(yè)能源管理，加強(qiáng)能源利用技術(shù)的研 究工作，提高操作技術(shù)水平，充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備能力，以節(jié)能為目標(biāo)合理組織生產(chǎn)。 凡是耐火度高于1580℃，能在一定程度上抵抗溫度驟變、爐渣侵蝕和承受高溫荷重作用韻 無(wú)饑非金屬材料，稱(chēng)為耐火材料。 耐火材料由耐火砂巖進(jìn)入到現(xiàn)代科技產(chǎn)品，已 成為獨(dú)立的生產(chǎn)行業(yè)，其產(chǎn)品的60～80％消 耗于冶金工業(yè)。 鋼鐵生產(chǎn)對(duì)耐火材料的要求是：耐火度高；能 抵抗溫度驟變；抗熔渣、金屬液等侵蝕能力 強(qiáng)；高溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性好。 鋼鐵廠產(chǎn)生的各種污染物有： 大氣污染物質(zhì)、污水 固體廢棄物 SOX：是通過(guò)原料、燃料中硫磺成分的燃燒而產(chǎn)生的。燒結(jié)工廠等為其主要發(fā)生源。 NOX：通過(guò)燃燒后發(fā)生。燒結(jié)工廠等為其主要發(fā)生源。 煤塵：通過(guò)燃燒后發(fā)生。燒結(jié)爐、各加熱爐為 其發(fā)生源。 粉塵：從燃料原料的輸送、處理過(guò)程，及儲(chǔ)藏場(chǎng)中產(chǎn)生。煉鐵、煉鋼工程為其主要發(fā)生源。 鋼鐵工業(yè)用水主要是冷卻水，其次是煤氣洗滌水，以及沖洗設(shè)備、地面及除塵用水等。 污水中含有下列污染物： 固體懸浮物（SS）：從排氣集塵、高溫物質(zhì)的直 接冷卻等過(guò)程中產(chǎn)生。 油：由各種機(jī)械等所使用的油所發(fā)生的漏泄及冷軋工程使用軋制機(jī)的機(jī)油等原因而產(chǎn)生。 化學(xué)需氧量（COD）：從煤炭干餾時(shí)的氨水，及 冷軋、電鍍廢水中產(chǎn)生。 酸、堿：從冷軋工程的酸洗工程、電鍍工程等的脫 脂工程中產(chǎn)生。 爐渣：從高爐、鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、電爐、二次精煉設(shè)備等的冶煉工程中產(chǎn) 生。 污泥：在各種水處理過(guò)程中產(chǎn)生。 灰塵：從各種干式集塵機(jī)中產(chǎn)生。 重點(diǎn)掌握內(nèi)容： 火法冶金及其主要工序； 鋼鐵冶煉的任務(wù)； 鋼鐵生產(chǎn)長(zhǎng)流程生產(chǎn)工藝； 耐火材料及其要求； 鋼鐵工業(yè)能源及能耗特點(diǎn)。 謝 謝 鐵礦儲(chǔ)量排在前5位的國(guó)家有：前蘇聯(lián)、澳大利亞、加拿大、巴西、印度，如下表： 將準(zhǔn)備好的原料(細(xì)磨精礦或其他細(xì)磨粉狀物料、添加劑等)，按一定比例經(jīng)過(guò)配料、混勻制成一定尺寸的小球，然后采用干燥焙燒或其他方法使其發(fā) 生一系列的物理化學(xué)變化而硬化固結(jié)．這一過(guò)程即 為球團(tuán)生產(chǎn)過(guò)程．其產(chǎn)品即為球團(tuán)礦。 球團(tuán)礦生產(chǎn)的工藝流程一般包括原料準(zhǔn)備、配料、混合、造球、干燥和焙燒、冷卻、成品和返礦處理等工序。 ② 物理性能 包括機(jī)械強(qiáng)度和粒度組成等。高爐要求燒結(jié)礦機(jī)械強(qiáng)度高，粉末少，粒度均勻。燒結(jié)礦粒度小于5mm的稱(chēng)之為粉末。粉末含量對(duì)高爐料柱透氣性影響很大。粉末含量高，高爐透氣性差，導(dǎo)致?tīng)t況不順，可能引起崩料或懸料。反應(yīng)機(jī)械強(qiáng)度的指標(biāo)為：轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、抗磨指數(shù)、篩分指數(shù)。 目前武鋼燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度大約在79%～80%左右。 ③高溫冶金性能 低溫還原粉化率（RDI Reduction Degradation Index ）：是指燒結(jié)礦在高爐上部約500℃還原氣氛下抗粉化的能力。 ＜3.15mm粒級(jí)越小越好。還原度（RI）：是指燒結(jié)礦在900 ℃還原氣氛下被還原成Fe的能力。還原度越高越好。 高爐冶煉過(guò)程及特點(diǎn) 燃燒反應(yīng) 還原反應(yīng) 高爐爐渣與脫硫 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng) 高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 用CO和H2還原鐵氧化物，生成CO2和H2O還原反應(yīng)叫間接還原。 用CO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。 用固體碳還原鐵氧化物，生成CO的還原反應(yīng)叫直接還原。 直接還原一般在大于1100℃的區(qū)域進(jìn)行，800～1100℃區(qū)域?yàn)橹苯舆�原與間接還原同時(shí)存在區(qū)，低于800℃的區(qū)域是間接還原區(qū)。 在高爐內(nèi)具有實(shí)際意義的只有 FeO+C=Fe+CO的反應(yīng)。 磷酸鐵[(FeO)3·P2O5·8H2O]又稱(chēng)藍(lán)鐵礦，藍(lán)鐵礦結(jié)晶水分解后，形成多微孔的結(jié)構(gòu)較易還原磷酸鈣（主要存在形式）在高爐內(nèi)首先進(jìn)入爐渣，在1100～1300℃時(shí)用碳作還原劑還原磷，其還原率能達(dá)60％；當(dāng)有SiO2存在時(shí)，可以加速磷的還原；磷在高爐冶煉條件下，全部被還原以Fe2P形態(tài)溶于生鐵。 還原出來(lái)的鉛（密度11.34g/cm3）易沉積于爐底，滲入磚縫，破壞爐底；部分鉛在高爐內(nèi)易揮發(fā)上升，遇到CO2和H2O將被氧化，隨爐料一 起下降時(shí)又被還原，在爐內(nèi)循環(huán)。 還原出來(lái)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。 還原出來(lái)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：滲碳和已還原的元素進(jìn)入生鐵中，得到含F(xiàn)e、C、Si、Mn、P、S等元素的生鐵。 滲碳過(guò)程 固體海綿鐵發(fā)生滲碳過(guò)程：（滲C有限，不到1％） 在1400℃左右時(shí)，與熾熱的焦炭繼續(xù)進(jìn)行固相滲碳。 熔化后的金屬鐵與焦炭發(fā)生滲碳反應(yīng)：3Fe液+C焦 =Fe3C液。 高爐爐渣是鐵礦石中的脈石和焦炭(燃料)中的灰分等與熔劑相互作用生成低熔點(diǎn)的化合物，形成非金屬的液相。 高爐爐渣的來(lái)源：礦石中的脈石、焦炭(燃料)中的灰分、熔劑中的氧化物、被侵蝕的爐襯等。 高爐爐渣的成分：氧化物為主，且含量最多的是SiO2、CaO、Al2O3、MgO。 爐渣中氧化物的種類(lèi)：堿性氧化物、酸性氧化物和中性氧化物。以堿性氧化物為主的爐渣稱(chēng)堿性爐渣；以酸性氧化物為主的爐渣稱(chēng)酸性爐渣。 爐渣的堿度(R)：爐渣中堿性氧化物和酸性氧化物的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之比表示爐渣堿度：高爐爐渣堿度一般表示式：R=m(CaO)／m (SiO2)爐渣的堿度根據(jù)高爐原料和冶煉產(chǎn)品的不同，一般在1.0～1.3之間。 高爐爐渣的作用 分離渣鐵，具有良好的流動(dòng)性，能順利排出爐外。 具有足夠的脫硫能力，盡可能降低生鐵含硫量，保證冶煉出合格的生鐵。 具有調(diào)整生鐵成分，保證生鐵質(zhì)量的作用。 保護(hù)爐襯，具有較高熔點(diǎn)的爐渣，易附著于爐襯 上，形成“渣皮”，保護(hù)爐襯，維持生產(chǎn)。 焦炭在風(fēng)口處完全燃燒，灰分進(jìn)入爐渣。 石灰石在下降過(guò)程中，分解的CaO在滴落帶，被初渣溶解，參與造渣。 礦石在塊狀帶固相反應(yīng)生成了低熔點(diǎn)的化合物沿焦炭縫隙流下，分離出初渣。隨后渣中(FeO) 不斷還原進(jìn)入鐵中，至滴落帶，爐渣以滴狀下落，渣 中FeO已降到2％～3％。 滴落的初渣成分不斷變化，初渣開(kāi)始是自然堿度，以后隨著SiO2的還原，石灰石渣化并加入焦炭灰分，經(jīng)過(guò)堿度波動(dòng)之后形成終渣。成渣過(guò)程中，軟熔帶對(duì)爐內(nèi)料柱透氣性影響很 大，習(xí)慣上把這一帶叫成渣帶。 硫的來(lái)源：礦石、焦炭、熔劑和噴吹燃料中的硫分。爐料中焦炭帶入的硫最多，占70％～80％。 冶煉每噸生鐵由爐料帶入的總硫量稱(chēng)硫負(fù)荷。 硫在煤氣、渣、鐵中的分配： 爐料帶入高爐內(nèi)部的硫的分配：在冶煉過(guò)程中又全部轉(zhuǎn)入爐渣、生鐵、煤氣中。 分配系數(shù)：渣中含硫量與鐵中含硫量之比，用Ls表示。 降低生鐵硫含量的措施：降低硫負(fù)荷；增大硫的揮發(fā)量；加大渣量；增大硫的分配系數(shù)Ls（提高高爐爐渣的脫硫能力）。 高爐是一個(gè)豎立圓筒形爐子，其內(nèi)部工作空間形狀稱(chēng)為高爐內(nèi)型，即通過(guò)高爐中心線的剖面 輪廓。高爐內(nèi)型一般由爐缸、爐腹、爐腰、爐身和爐喉五段組成。 爐型設(shè)計(jì)合理，能促進(jìn)高爐冶煉指標(biāo)的改善和延長(zhǎng)高爐的使用壽命，故爐型是高爐最基本的 工藝參數(shù)。現(xiàn)代高爐向大型化發(fā)展，合理爐型總的趨勢(shì)是矮胖化。 由熱風(fēng)爐送出的熱風(fēng)通過(guò)熱風(fēng)總管送到高爐，再經(jīng)熱風(fēng)圍管和送風(fēng)支管，將熱風(fēng)均勻的分配到每個(gè)風(fēng) 口，以便爐內(nèi)焦炭和噴吹燃料進(jìn)行燃燒。 熱風(fēng)圍管由鋼結(jié)構(gòu)本體、耐火內(nèi)襯、吊掛裝置和下部電葫蘆單軌梁組成。 風(fēng)口裝置主要由風(fēng)口大套、中套和風(fēng)口小套組成。 高爐生產(chǎn)過(guò)程中因故障臨時(shí)檢修或計(jì)劃?rùn)z修需要停止送風(fēng)稱(chēng)休風(fēng)。 超過(guò)8小時(shí)稱(chēng)長(zhǎng)期休風(fēng)，8小時(shí)以下的稱(chēng)短期休風(fēng)。 短期休風(fēng)時(shí)應(yīng)將高爐本體與管道系統(tǒng)完全切斷，休風(fēng)期間應(yīng)向高爐爐頂及煤氣管道內(nèi)通入蒸汽。 長(zhǎng)期休風(fēng)時(shí)應(yīng)在停爐前關(guān)閉爐頂蒸汽，點(diǎn)燃爐 頂煤氣，停風(fēng)堵嚴(yán)風(fēng)口，然后再繼續(xù)通蒸汽，使煤氣管道與大氣相通，靠自然抽力驅(qū)凈煤氣。 高爐一代壽命終結(jié)需要大修時(shí)就要停爐，停爐要做到安全、出凈殘鐵，以便拆卸搶修。 停爐時(shí)一定從爐底預(yù)先做好的殘鐵口放盡殘鐵。 停爐方法： 焦炭填充法：停爐開(kāi)始時(shí)裝濕焦塊，并經(jīng)爐頂噴水，直到小焦塊下降到風(fēng)口平面時(shí)停止送風(fēng)，繼續(xù)噴水至焦炭熄滅。 空料線喂水法：停爐一開(kāi)始停止裝料，從爐頂噴水，待料面達(dá)風(fēng)口平面上1~2m停止送風(fēng)，繼續(xù)噴水至焦炭熄滅。 熱制度就是根據(jù)冶煉條件所煉生鐵品種的需要，在爭(zhēng)取最低焦比的前提下，選擇并控制均勻穩(wěn)定 而熱量充沛的爐溫。爐溫高低通常用渣鐵溫度（鐵水1350～1500℃，爐渣溫度一般高50～100 ℃ ）表示或用鐵水含硅量表示。 目前我國(guó)大多數(shù)高爐生鐵含硅0.4%～0.5%，鐵水溫度為1450～1500℃。 送風(fēng)制度是指在一定的冶煉條件下，維持適宜的鼓風(fēng)數(shù)量、質(zhì)量和風(fēng)口狀態(tài)。具體來(lái)說(shuō)，包 括風(fēng)量、熱風(fēng)溫度與壓力、鼓風(fēng)濕度與含氧量、風(fēng)口數(shù)目、風(fēng)口直徑和風(fēng)口長(zhǎng)度(伸入爐缸內(nèi)的長(zhǎng)度)、是否噴吹燃料等。 送風(fēng)制度的選擇，應(yīng)綜合考慮生產(chǎn)任務(wù)，風(fēng)機(jī) 能力，熱風(fēng)溫度水平，原燃料的數(shù)量和質(zhì)量等 客觀條件，確定適宜的冶煉制度，然后根據(jù)高 爐冶煉行程的征兆，運(yùn)用下部調(diào)劑的原則來(lái)選 擇適宜的風(fēng)口面積和風(fēng)口長(zhǎng)度，使煤氣流在爐 缸的初始分布達(dá)到合理。 所謂造渣制度，通常就是根據(jù)高爐的原料和冶煉的生鐵品種等條件，選擇一個(gè)流動(dòng)性、粘 度、熔化性溫度和脫硫、排堿能力等性能適宜的終渣成分。 造渣制度包括造渣過(guò)程和終渣性能的控制，造渣制度應(yīng)根據(jù)冶煉條件和生鐵品種確定。而爐渣性能是選擇造渣制度的依據(jù)。 裝料制度是指爐料裝入方法。包括裝入順序、批重大小及料線高低等。 其主要作用是通過(guò)改變裝料方法，變更爐料在爐喉料面的分布，來(lái)控制煤氣流的分布，達(dá)到既充分利用煤氣的熱能和化學(xué)能，又能保證爐料的順利下降，為高爐穩(wěn)定使用大風(fēng)打開(kāi)兩條合理的煤氣通路。 出渣出鐵制度化，首先及時(shí)出凈渣鐵，保持爐缸渣鐵在合適水平，保證爐缸工作正常進(jìn)行。 其次是規(guī)定出渣出鐵時(shí)間表以便按序工作。在正常情況下，一座大型高爐出鐵次數(shù)增加到10～15次，每次出鐵30～45分鐘，多鐵口 轉(zhuǎn)換，以至連續(xù)出鐵。 重點(diǎn)掌握內(nèi)容： 高爐煉鐵原料及作用、燒結(jié)及過(guò)程； 高爐結(jié)構(gòu)、高爐內(nèi)區(qū)域及進(jìn)行反應(yīng)、直接還原和 間接還原、高爐爐渣作用、生鐵去硫、高爐生產(chǎn) 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)： 高爐有效容積、爐頂裝料裝置、熱風(fēng)爐爐型及原理； 高爐特殊操作、爐溫。 直接還原的發(fā)展在70年代能源危機(jī)后受到了阻礙，研究和開(kāi)發(fā)不以天然氣和石油為能源的熔融還原成了冶金工作者新的非高爐煉鐵法課題。熔融還原方法是在高于渣鐵熔點(diǎn)下進(jìn)行的反應(yīng)，其產(chǎn)品是含碳液態(tài)生鐵。熔融還原優(yōu)點(diǎn)是以煤炭為主要能源，對(duì)礦石品位要求不象直接還原那樣嚴(yán)格。熔融還原主要問(wèn)題是需要大量氧氣或電能，能耗較高。 我國(guó)直接還原技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 有自主產(chǎn)權(quán)、適應(yīng)我國(guó)資源條件的熔融還原作為高爐煉鐵的補(bǔ)充在我國(guó)存有一定的生存和發(fā)展空間。 需要組織國(guó)內(nèi)技術(shù)力量， 組織跨學(xué)科、跨行業(yè)的聯(lián)合開(kāi)發(fā)和技術(shù)攻關(guān)，開(kāi)發(fā)有自主產(chǎn)權(quán)、適應(yīng)我國(guó)資源條件的熔融還原技術(shù)。 總結(jié)世界直接還原鐵的發(fā)展歷史、我國(guó)五十多年直接還原 鐵技術(shù)開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，鑒于直接還原豎爐具有能耗低，CO2、硫化物排放少，單機(jī)生產(chǎn)能力大，在產(chǎn)品熱出料、熱裝電爐時(shí)可大幅度降低煉鋼能耗等特點(diǎn)，煤制氣——豎爐將是我國(guó)發(fā)展直接還原鐵生產(chǎn)的主導(dǎo)工藝。 我國(guó)天然氣資源短缺，但非結(jié)焦煤煤炭資源豐富，煤制 氣是我國(guó)推薦的清潔利用煤炭能源的方法，是我國(guó)化工行業(yè) 成熟的常規(guī)技術(shù)，有長(zhǎng)期工業(yè)化生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)；利用成熟的煤 制氣技術(shù)制備還原氣，在資源、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上均是可行、可 靠的。 　　我國(guó)鐵礦資源中～50%磁鐵礦通過(guò)精選（TFe＞69.5%， SiO2＜2.0%）—氧化球團(tuán)可以生產(chǎn)滿(mǎn)足豎爐要求的直接還原 鐵專(zhuān)用球團(tuán)，生產(chǎn)成本遠(yuǎn)低于進(jìn)口價(jià)格。利用我國(guó)的鐵礦資 源為直接還原鐵提供原料，通過(guò)小型工業(yè)化生產(chǎn)證明技術(shù)上 可行，經(jīng)濟(jì)合理。 熟悉直接還原法、熔融還原法大致工作原理; 理解并掌握直接還原法、熔融還原法含義、產(chǎn)品及其用途 (重點(diǎn))； 了解非高爐煉鐵發(fā)展背景、幾種典型直接還原法、熔融還原法工藝過(guò)程。 謝 謝P95紅軟基地

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