常见氧化物的ΔG0-T关系曲线（Ellingham图）
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千卡
ΔG0-T关系曲线
② ① ⑤ ③ ④
⑥
0
⑦ ⑧⑨ ⑩
200
0
0
温度
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① 2C + O2 = 2CO ② 2Cu + O2 = 2CuO ③ 2Ni + O2 = 2NiO ④ 2Fe +O2 = 2FeO ⑤ 5P + O2 = P2O5 ⑥ 4/3Cr + O2 = 2/3Cr2O3 ⑦ 2Mn + O2 = 2MnO ⑧ 4/3V + O2 = 2/3V2O3 ⑨ Si + O2 = SiO2 ⑩ Ti + O2 = TiO ⑾ 4/3Al + O2 = 2/3Al2O3 (12) 2Mg + O2 = 2MgO (13) 2Ca + O2 = 2CaO
二、烧结工序
烧结工序的流程图如图所示
• 1、混合 • 从配料室出的料与冷、热返和水封料在混 一皮带上混合。冷、热返的配加采用圆盘 给料器；水封采用SFB型号的水封拉链机。 经混一皮带进入一混圆筒，在一混圆筒中 加水混匀进入二混圆筒。在二混中加入部 分水和水蒸气，以达到充分混匀、强化制 粒和提高混合料料温的作用。
用固体还原剂还原
由于在高温区有大量焦炭存在,生成的CO2立即与焦炭反应生成CO CO2+C─→2CO -165686kJ，因此最终反应为： FeO+CO─→Fe+3;) CO2+C─→2CO -165686kJ
FeO+C─→Fe+CO -152088kJ CO只是中间产物，最终消耗固体C，同时反应消耗大量热量。
烧结工艺流程简介
• 烧结处理的原料种类繁多，且物理化学性 质差异大，为使烧结矿的物理化学性能和 化学成份稳定，符合冶炼要求，同时使烧 结料具有良好的透气性以获得较高的烧结 生产率，必须把不同成份的含铁原料、熔 剂、燃料等根据烧结过程的要求和烧结矿 质量的要求进行精确的配料，配好的物料 经混匀、制粒、布料、烧结等工序处理生 产出符合高炉需要的烧结矿。
四、球团工艺流程简介
高炉炼铁原理简介
● 高炉是一种竖炉型的气体、液体、固体三相流共存的逆流式反应器。 ● 高炉生产具有高度的连续性，一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能 连续生产十年到二十年或更长。 ● 炉料（铁矿石、焦炭、熔剂等）从高炉炉顶（由料钟与料斗组成的钟式炉 顶，或无料钟炉顶）按规律分批层状加入，因重力自上而下运动，运动 过程中伴随炉料的干燥、加热、分解、还原、软化、熔融、滴落、渗碳、 熔化及铁渣分离，温度由常温升高到1450 -1500℃。 ● 热风（1000～1300 ℃ ）从高炉下部的风口鼓入，并可喷入油、煤或天然 气等燃料以减少焦碳消耗。热风与风口前的焦炭反应生成以CO、N2为主 要成分的还原气体，还原气体自下而上运动，温度由2000-2300℃降低到 100-200℃。 ● 装入高炉中的铁矿石主要是铁的氧化物，在高温下，还原气体中的CO夺 取铁矿石中的氧，还原出金属铁，最终铁水从出铁口放出；铁矿石中的 脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣， 从出铁口和出渣口分别排出；煤气从炉顶导出，经除尘后，作为企业能 源平衡中的重要燃料。 运动中的炉料和还原气体间的动量、热量和质量传递构成了“传输原 理”这门钢铁冶金学科的重要专业基础理论课程
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氧化物的逐级还原原则
• 高炉中的还原剂为气体CO、H2和固体C， • 不论何种还原剂，铁氧化物的还原都遵循逐级还原原则。 ＞570℃ Fe2O3 ＜570℃ Fe2O3 （MnO2 （SiO2 Mn2O3 SiO Fe3O4 Fe3O4 Mn3O4 FeO Fe MnO Mn） Fe
Si ）
铁-氧-碳平衡图
2 • 还原反应的基本原理
铁氧化物的还原
金属氧化物的还原反应可表示为； MeO + B = Me + BO ±Q 凡是与氧的亲和力大于金属元素（Me）与氧的亲和力的物质（B）都 可以作为还原剂，夺取金属氧化物（MeO）中的氧，使金属元素得以还原。
碳作为还原剂具有成本低、储量大并易于获取、随着温度升高与氧 的亲和力增大的特点，只要温度足够高，碳可以还原出绝大多数金属元素， 因此是火法冶金过程中最常用和最重要的还原剂。
高炉炼铁生产工艺技术 简 介
炼铁生产的重要地位
高炉炼铁是钢铁联合企业中最重要的工序
●生产成本占企业总成本的50%左右 ●工序能耗占企业总能耗的50--70% ●高度连续化的生产作业方式及其工艺技术特点所决定的极高的生产率 和作业率要求 ●对前（烧结、焦化）后（炼钢、制氧）工序生产组织的重大影响 ●对整个钢铁公司能源（煤气）平衡的重大影响 ●特有的生产条件（高温环境、液态渣铁、煤气、粉尘等 ）对整个钢铁 公司安全管理的重大影响 ●多种外部条件对炼铁生产的影响和制约使炼铁生产组织的特有困难 ●高炉的停炉和开炉、以及日常检修中休风送风的特有的难度 ●工艺技术特点所决定的实现冶炼过程自动控制的困难 炼铁理所当然地成为钢铁联合企业的龙头工序，对企业的规模、生产 组织、经营、效益、安全等都产生极其重要影响
直接还原和间接还原
• 间接还原 用气体还原剂还原铁氧化物称为间接还原 大部分间接还原反应都是放热反应 （5个铁氧化物的还原反应中有4个是放热反应） 直接还原 用固体C还原铁氧化物称为直接还原 所有直接还原反应都是吸热反应 铁的直接还原度（rd） ： 高价铁氧化物还原到FeO完全是通过间接还原完成，而FeO还原到Fe既有 间接还原又有直接还原，铁的直接还原度rd则表示经直接还原途径从FeO中 还原出的铁与被还原的全部铁量之比。 增加间接还原、减少直接还原、降低直接还原度是降低焦比的重要措施 改善矿石还原性、矿石整粒、提高熟料比、改善矿石高温性能、改善焦炭 的高温性能、高炉高压操作、高炉煤气的合理分布。
• 二）、配料 • 配料作为一重要的环节，是保证烧结过程的要求 和烧结质量的基础。 • 系统主要由pc机、plc、变频柜、电子皮带秤等几 部分构成。其配料过程：将计算好的配比输入pc 机上的配比输入栏，并在参数输入栏中选取要开 启的仓号和备用仓号及输入焦粉用量和混合料料 量。确定后，pc机将把各开启仓分配的料量传给 plc柜，plc再将料量信息传给变频柜。电子皮带秤 由变频柜控制，当皮带上的下料量与分配的料量 不相符合时，偏差信息将反馈给plc和变频柜，从 而调整皮带秤的转速以达到料量的准确性。
Fe-O-C系气相平衡图各反应式
用气体还原剂还原
＞570 ℃ 3Fe2O3+CO─→2Fe3O4+CO2 +37112kJ Fe3O4+CO─→3FeO+CO2 -20878kJ FeO+CO─→Fe+CO2 +13598kJ ＜ 570 ℃ 3Fe2O3+CO─→2Fe3O4+CO2 +37112kJ Fe3O4+CO─→3Fe+4CO2 +17154kJ
高炉炼铁生产的优点
●两相流充分的热交换，具有高的热效率，大型高炉的有效 热量利用系数可达90%。 ●气固相反应的特点：气体的高扩散性，与固体物料的充分 接触，反应界面大,传热与传质动力学条件好。 ●大型和连续化的生产方式，具有高的生产率，大型高炉日 产铁可达10000t以上。 （2006年宝钢4350m3高炉,利用系数2.311,日产10052t。 京唐联合钢铁公司建设中的2 × 5500m3高炉，年产生铁 898万t，利用系数2.3以上。目前世界最大的高炉是日本 新日铁大分2#高炉5775m3，日产铁13000t以上。） ●成熟的工艺流程，具有极高的作业率，可达到98-99%。 （2006年全国大中型高炉年平均休风率为1.661，新兴铸 管0.628%最低。）
炉料在高炉内下降过程中的形态变化
● 焦炭和矿石在下降过程中，一直保持交替分层的结构。焦炭在高炉中 不熔化,只是到风口前才燃烧气化,少部分焦炭在还原氧化物时气化成 CO。而矿石在部分还原并升温到1000～1100℃时就开始软化，到 1350～1400℃时完全熔化，超过1400℃开始滴落。 ● 焦炭在高炉内起发热剂、还原剂、渗碳剂和料柱骨架的作用，对冶炼 过程具有非常重要的影响。 ● 由于高炉中的热交换,形成了温度分布不同的几个区域，根据炉料物理 性状的不同高炉分为5个区域。 块状带：该区内矿石与焦炭均保持固体状态，没有液体； 软熔带：该区由开始软化的矿石软熔层和仍保持固体状态焦炭夹层组成， 矿石开始软化到完全熔化，软熔带的性状对高炉顺行影响极大； 滴落带：该区只有焦炭仍是固态，其它炉料均呈液态，在焦炭料柱的孔 隙中滴落； 风口回旋区：风口前有一个袋形区域，在这里，受鼓风能量的作用，焦 炭强烈地回旋和燃烧，该区是炉内热量和气体还原剂的主要产生地。 渣铁贮存区：液态渣铁在该区完成最终的反应和热量传递。
• 2、布料 • 从二混出来的混匀料经分料小车将料分到 1#、2#号矿槽。矿槽下部是布料系统。布 料系统由圆筒、料门、反射板、透气棒等 组成。 • 布料圆筒采用φ800×1530mm，在布料过 程中通过调整料门的开度、圆筒的转速来 控制下料量，将物料均匀给到烧结机上。
• 3、点火、烧结 • 点火的目的是供给混合料表层足够的热量， 使其中的固体燃料燃烧，同时借助抽风使 烧结过程由上而下进行。点火采用两种燃 烧气体：混合煤气、天然气，烧嘴采用双 斜式两用烧嘴，点火温度1050±50℃，点 火时间1min。 • 烧结采用的是两台28.5m2烧结机（扩容 后）。烧结机运行速度1.39m/min，烧结过 程中废气流量约2950m3/h，废气温度控制 在90~100℃。
高炉剖面示意图
矿石层 焦炭层
块状带 软融带 滴落带 死料堆(炉芯) 焦炭疏松区
热风 渣口 铁口
风口回旋区 渣铁储存区
高炉冶炼过程主要物理化学变化