资源简介

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项目四 高炉炼铁原料选别
一、教学目标
1.掌握高炉炼铁用铁矿石的种类、性质。
2.掌握高炉冶炼对铁矿石的质量要求。
3.能够根据原料的外观识别炼铁常用的铁矿石。
4.能够从外观以及相关数据判断分析烧结矿的质量
5.掌握高炉炼铁用燃料的种类、作用。
6.掌握高炉冶炼对焦炭的质量要求。
7.掌握高炉炼铁对熔剂的质量要求及常用熔剂的种类。
8.能够根据外观识别炼铁常用熔剂及焦炭。
9.能够从外观以及相关数据判断分析焦炭的质量。
二、课时分配
本项目共2个任务，安排4课时。
三、教学重点
本项目教学后期望学生能够熟知炼铁原料的性能,并对其质量做出准确的判断,是保证高炉铁水质量优良,保证炼铁过程顺利进行的先决条件。本项目意在对高炉炼铁原料进行选用和识别,进而加强学生的认知能力,使学生在项目实施过程中,对高炉炼铁原料有一个感性认识,为后续内容的学习打下良好的基础。
四、教学难点
掌握判别原料，燃烧剂等性能好坏的基本技能。
五、教学内容
任务一 识别选用高炉炼铁用铁矿石
知识储备
一、铁矿石的种类及性质
高炉炼铁用铁矿石有天然铁矿和人造富矿两大类。人造富矿主要是烧结矿与球团矿。
1. 天然铁矿
自然界中含铁矿物很多,但能被高炉炼铁利用的主要是磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿和钒钛磁铁矿等类型。
2. 烧结矿
3. 球团矿
二、高炉冶炼对铁矿石的要求
高炉冶炼对铁矿石的要求是:含铁量高,脉石少,有害杂质少,化学成分稳定,粒度均匀,良好的还原性及一定的机械强度等性能。
1. 铁矿石品位
铁矿石品位即指铁矿石的含铁量,用 T Fe % 表示。品位是评价铁矿石质量的主要指标,天然铁矿石有无开采价值,开采后能否直接入炉冶炼及其冶炼价值如何,均取决于矿石的品位。
铁矿石含铁量高,有利于降低焦比和提高产量。因为随着矿石品位的提高,脉石数量减少,熔剂用量和渣量也相应减少,既节省热量消耗,又有利于炉况顺行,并可降低生产过程污染物的排放量。
2. 脉石成分
铁矿脉石中 SiO 2 含量较高,在现代高炉冶炼条件下,为了得到一定碱度的炉渣,就必须在炉料中配加一定数量的碱性氧化物与 SiO 2 作用。铁矿石中 SiO 2 含量愈高,需加入的碱性氧化物也愈多,生成的渣量也愈多,必将使焦比升高,产量下降,所以铁矿石中含 SiO 2 愈低愈好。
3. 有害杂质含量
矿石中的有害杂质是指那些对冶炼有妨碍或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。
(1 )硫 硫在矿石中主要以硫化物形态存在。硫的危害主要表现在:
磷 磷也是钢材的有害成分,以 Fe 2 P 、 Fe 3 P 形态溶于铁水。
(3)铅和锌
(4)砷 砷在矿石中含量较少。
(5)碱金属 碱金属主要是钾和钠,一般以硅酸盐形式存在于矿石中。
(6)铜 铜在钢材中具有两重性,铜易还原并进入生铁。
4. 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、耐磨、耐热和耐腐蚀等性能。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,可视为复合矿石进行综合利用。
5. 铁矿石的还原性
铁矿石的还原性是指铁矿石被还原性气体CO或 H2还原的难易程度。它是评价铁矿石质量的重要指标,铁矿石的还原性好,有利于降低高炉燃料比。铁矿石的还原性可用其还原度来评价,还原度越高,矿石的还原性越好。对于烧结矿来说,生产中习惯使用FeO含量代表其还原性。合理的指标是 FeO含量在8%以下,但多数企业在10%,有的甚至更高,根据国内外实践经验,烧结矿中FeO含量每减少1%,高炉焦比下降1.5%,产量增加1.5%。
6. 矿石的粒度、机械强度
矿石粒度是指矿石颗粒的直径,它直接影响着炉料的透气性和传热、传质条件。高炉入炉矿石粒度要求在5~40mm之间,小于5mm 的粉末是不能直接入炉的。
7. 矿石的软化性
铁矿石软化性包括铁矿石的开始软化温度和软化温度区间两方面。
8. 矿石的低温还原粉化性
矿石的低温还原粉化性是指铁矿石在低温还原过程中发生碎裂粉化的特性。炉料的低温还原粉化一般在 400~600℃ 区间内发生,即大约开始于料线下 3~5m 处,在 7m 处基本停止。炉料粉化对块状带料柱的透气性危害极大,将导致炉况不顺、产量下降和焦比升高。烧结矿的粉化主要是由于 α-Fe2O3转变成 γ- Fe2O3 ,发生了由立方晶系六方晶格向等轴晶系立方晶格的转变,晶格扭曲的巨大内应力使其破裂和粉碎。球团矿则在温度为 570~1000℃ 的区间内还原粉化较严重。
9. 铁矿石各项指标的稳定性
铁矿石的各项理化指标只有保持相对稳定,才能最大限度地发挥生产效率。在前述各项指标中,矿石品位、脉石成分与数量、有害杂质含量的稳定性尤为重要。高炉冶炼要求成分波动范围是:含铁原料 TFe<±0.5%~1.0% ; w ( SiO 2 ) <±0.2%~0.3%;烧结矿的碱度<±0.03~0.10。
任务实施
识别选用铁矿石
(1)由教师准备高炉炼铁用铁矿石的实物、图片和相关生产视频;
(2)教师引导学生对相关知识进行学习,利用网络等工具查找相关资料,对教师给出的实物或照片进行铁矿石的识别和选用,学生分组讨论总结;
(3)学生小组代表对完成任务过程以及识别和选用依据进行汇报演讲;
(4)采用小组互评,学生自评,结合教师点评,对任务完成情况进行评价;
(5)教师对铁矿石的识别和选用进行总结。
任务二 识别选用高炉炼铁燃料与熔剂
知识储备
一、高炉炼铁用燃料
目前,我国高炉使用的燃料就是焦炭和喷吹煤,重油已在 20 世纪 70 年代后半期从高炉
生产中退出。
1. 焦炭(图 4-7 )
(1 )焦炭的作用 焦炭是高炉冶炼的重要燃料,它在冶炼过程中的作用是:
(2)高炉冶炼对焦炭的质量要求
2. 喷吹煤粉(图 4-8 )
现在,我国冶金企业多数高炉都采用喷吹煤粉的工艺,以节约焦炭,降低成本。高炉喷吹煤粉的类型主要是无烟煤、烟煤,亦可喷吹褐煤或焦粉。一般情况下,无烟煤挥发分低,可磨性和燃烧性差,但发热量很高,而烟煤则挥发分高,可磨性和燃烧性好,不过发热量低。所以单一喷吹那种煤都不经济。
高炉冶炼对喷吹煤粉的要求是:
(1)煤粉灰分越低越好 一般要求煤粉灰分低于或接近焦炭灰分,最高不大于 15%。水分要低于1%,以便于输送,并减少在炉缸中的吸热反应。
(2)硫含量越低越好 一般要求小于0.7% ,最高不大于 1.0% 。
(3)胶质层厚度适宜 一般要求小于 10mm ,以免在喷吹过程中风口结焦和堵塞喷枪,影响喷吹和高炉正常生产。
(4)煤的可磨性要好
(5)煤的燃烧性能要好
(6 煤的发热值要高 因为喷入高炉的煤是以其放出的热量和形成的还原剂来代替焦炭在高炉内提供热源和还原剂的,其发热值越高,在高炉内放出的热量越多,置换的焦炭量也越多。
(7)煤的灰分熔点温度高一些 当灰分熔点温度太低时,风口容易挂渣和堵塞喷枪。灰熔点温度主要取决于 Al2O3含量。当其含量占灰分总量的 40% 时,煤灰的软化温度都会超过 1500℃ 。
二、高炉炼铁用熔剂
1. 熔剂的作用
传统的高炉冶炼除加入铁矿石和焦炭外,还要加熔剂。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。铁矿石中含有一定数量的脉石、焦炭和喷吹的固体燃料中含有相当数量的灰分。脉石和灰分中的主要成分多为酸性氧化物 SiO2、Al2O3,少量为碱性氧化物CaO、MgO等。
(2)去除有害杂质硫,确保生铁质量。铁矿石和焦炭中都含有一定量的硫,当加入适量碱性熔剂(常指CaO),生成一定数量和一定物理化学性质的炉渣,就可改善去硫条件,使更多的硫从生铁转入炉渣而排出。
2. 熔剂的种类
根据铁矿石中脉石和焦炭中灰分成分的不同,高炉冶炼使用的熔剂可分为碱性、酸性和中性熔剂三种。
(1)石灰石(图 4-9) 石灰石的主要成分为碳酸钙( CaCO3 ),碳酸钙的CaO含量为56% ,而石灰石的CaO实际含量为50%左右。石灰石中除含有少量的 MgCO3 外,还含有少量 SiO2和Al2O3等,扣除中和 SiO2所需 CaO 后,石灰石中有效的CaO含量为45%~48% 。大于300m3 的高炉,石灰石的粒度范围应为0~50mm;小于300m3的高炉,其粒度范围为10~30mm。
白云石(图 4-10)、菱镁石和蛇纹石(图 4-11) 为了调整高炉渣的 MgO 含量,改善炉渣的流动性,提高脱硫能力,有时在炉料中加入含镁熔剂。一般常用的含镁熔剂为白云石,其理论成分为 CaCO3 54.2% , MgCO3 45.8%。
( 4 )消石灰(图4-13) 消石灰是生石灰加水消化后的熟石灰,其化学式为Ca(OH)2,消石灰表面呈胶体状态,吸水性强,黏结力大,可以改善烧结混合料成球性。消石灰密度小,大量使用会降低混合料的堆密度,影响烧结矿的强度和成品率,一般用量不大于5%~7%。
3. 高炉冶炼对碱性熔剂的质量要求
(1)碱性氧化物( CaO+MgO )含量要高,酸性氧化物( SiO2+Al2O3)含量要低 一般要求石灰石中 CaO 含量不低50% ,SiO2 +Al2O3的含量不超过3.5%。否则,自耗大,降低其有效熔剂性能。石灰石的有效熔剂性,是指熔剂按炉渣碱度的要求,除去本身酸性氧化物含量所消耗的碱性氧化物外,剩余部分的碱性氧化物含量。它是评价熔剂最重要的质量指标,可用下式表示:
有效熔剂性 =CaO 熔剂 +MgO 熔剂 -SiO 2 熔剂 / (CaO+MgO ) 炉渣
当石灰石与炉渣中 MgO 含量很少时,为了计算简便在工厂中多用 CaO / SiO 2 表示炉渣碱度,则有效熔剂性计算式可简化为:
有效熔剂性 =CaO 熔剂 -SiO 2 熔剂 / (CaO+MgO ) 炉渣
(2)有害杂质 S 、 P 愈少愈好 石灰石中一般含 S 量为 0.01%~0.08% ,含 P 量为0.001%~0.03% 。
(3)石灰石要有一定的强度和均匀的块度 除一种方解石在加热过程中很易破碎产生粉末外,其它石灰石的强度还是足够的。石灰石块度过大,分解慢,增加高炉内高温区的热量消耗,使炉缸温度降低和焦比升高。因此,目前石灰石粒度,大、中型高炉为 25~50mm ,小型高炉为 10~30mm 。最近有些工厂把石灰石粒度降低到和铁矿石粒度相同。近几十年来,由于大量使用熔剂性烧结矿,高炉很少直接加入石灰石。但在一些中小高炉,特别是生矿配比比较高的高炉,石灰石的加入量仍然不少。
任务实施
识别选用燃料和熔剂
(1)由教师准备高炉炼铁用燃料和熔剂的实物、图片和相关生产视频;
(2)教师引导学生对相关知识进行学习,利用网络等工具查找相关资料,对教师给出的实物或照片进行燃料和熔剂的识别和选用,学生分组讨论总结;
(3)学生小组代表对完成任务过程以及识别和选用依据进行汇报演讲;
(4)采用小组互评,学生自评,结合教师点评,对任务完成情况进行评价;
(5)教师对燃料和熔剂的识别和选用进行总结。
项目小结
通过《高炉炼铁原料选别》项目的学习,要求掌握铁矿石的种类和性质,掌握高炉冶炼对铁矿石的质量要求。掌握高炉冶炼过程中焦炭的作用,掌握高炉冶炼对焦炭的质量要求。掌握炼铁溶剂的种类及作用,了解有效熔剂性的定义。
通过教师展示实物、图片、视频等相关资料,布置任务,让学生对高炉炼铁原料进行识别和选用来完成讨论,最终分组进行汇报总结。意在使学生能够认知高炉炼铁原料,为后续项目的学习打下良好的基础。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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