休风率：高炉休风时间（不包括计划大、中、小修） 占日历工作时间的百分数。
规定的日历作业时间=日历时间-计划大中修及封炉
时间
休风率=
高炉休风时间 规定的日历作业时间 ×100%
休风率反映高炉操作及设备维护的水平。
生铁成本：生产每吨合格生铁所需原料、燃料、材 料、动力、人工等一切费用的总和，单位：元/tFe。
精矿、粉矿 （0~10mm）
石灰石、白云石 （80~0mm）
碎焦、无烟煤 （25~0mm）
瓦斯灰、轧钢皮 （10~0mm）
烧结 工艺 流程
破碎
>3mm
破碎
筛分
3~0mm
配
料
3~0mm
皮
带
烟道灰
一 次 混 料（混匀） 二 次 混 料（制粒）
布料
点火器
烧
结机
水 水蒸汽
灰尘
除尘
破碎
抽风
筛分
热返矿
烟筒
冷却
N挥2发：N鼓2风，带在入上的升N过2程，中焦不炭参中加的任有何机反N2应和，喷绝吹对燃量料不中变的。 CH4：高温时少量焦炭与H2作用生成CH4，上升过程中
又加入焦炭挥发分中CH4，但数量很少，变化不大。
煤气温度的变化
炉内热交换现象：炉缸煤气在上升过程中 把热量传递给炉料，温度逐渐降低；而炉 料在下降过程吸收煤气的热量，温度逐渐 上升。
煤气的体积的变化
煤气量取决于冶炼强度、鼓风成分、焦比 等因素。
煤气的体积 总量在上升 过程中是增 加的。
煤气的成分变化
CO：煤气上升过程中，CO在高炉下部高温区开始增 加，煤气中的CO含量会相应减小。
CO2：在炉缸、炉腹部位几乎为零，从中温区开始增 加。
H2：来源于风中H2O汽和焦炭中的有机H2和喷吹燃料 中 C生H成的4，部挥含分发量HH22逐， ，渐上 又减升可少过适，程量但中增由由加于于煤炉参气料中加中间H结2接的晶还含水原量和和。碳生作成用
亨利·贝塞麦在1855年发明了酸性空气 底吹转炉炼钢法，第一次解决了用铁水直 接炼得液态钢的问题，使炼钢生产的质量、 产量提高了一大步。
1878年英国入托马斯(S.G.Thoma s)发明了碱 性炉衬的底吹转炉炼钢法，在工业炉中以 白云石加少量粘土作粘结剂制成炉衬，在 吹炼过程中加入石灰造碱性渣，解决了高 温铁水的脱磷问题。
小结
重点掌握内容： ➢ 高炉炼铁原料及作用、烧结及过程； ➢ 高炉结构、高炉内区域及进行反应、高炉
生产主要技术经济指标；
➢ 思考题：如何实现炼铁工艺的清洁化生产？
五、高炉生产
1.生产原则 “优质、低耗、高产、长寿、高效益”
ŋV=I/K 提高利用系数的四种途径： （1）冶炼强度不变，不断降低焦比 （2）焦比不变，冶炼强度提高 （3）随着冶炼强度提高，焦比降低 （4）随着冶炼强度提高，焦比有所上升，但
排放
整粒 高炉矿槽 高炉
冷返矿 冷返矿
烧结过程主要反应
燃烧反应：C+O2，烧结废气中以CO2为主，存 在少量CO，还有一些自由氧和氮。
2C+O2=2CO； C+O2=CO2
分解反应：
结晶水的分解：褐铁矿（mFe2O3·nH2O）
高岭土（Al2O3·2SiO2·2H2O)
熔剂分解：CaCO3=CaO+CO2(750℃以上)
熔剂
概念：由于高炉造渣需要，入炉料中常需要配 加一定数量的助熔剂，简称熔剂。
常用熔剂主要有：碱性：石灰石(calcite)和白云 石(dolomite)；
酸性：石英石（SiO2），含酸性脉石贫铁矿； 中性：高Al原料。
熔剂的要求：
– 有效成分含量高（CaO+MgO）； – 有害杂质S、P低； – 粒度均匀，强度好，粉末少。
2.条件：
稳定可靠的原材料资源：煤炭、焦炭、铁 矿石、辅料等。
稳定可靠的动力资源：电力、水等。
稳定可靠的运输系统：铁路、海运、公路 等。
3.钢铁工业的特点：钢铁具有高强度及韧 性、易于加工、资源储量丰富。制造成本 较低、技术成熟、高能耗和高碳排放、污 染较重。
二、钢铁工业概况
1.历史：
上升幅度小于冶炼强度
四种途径都被应用过，冶炼强度对焦比的影响 成为高炉增产的关键。
2.高炉操作制度
高炉冶炼是逆流式连续过程。在高炉上颈部 预热及反应程度对下部工作状况有极大影响， 通过控制操作制度可维持操作的稳定，是生 产的基础。
操作制度包括：装料制度、送风制度、造 渣制度即热制度。
（1）装料制度
褐铁矿（mFe2O3·nH2O）-limonite 菱铁矿（FeCO3）-siderite
燃料
焦炭的作用：发热剂、还原剂及料柱骨架。 粒度：大型高炉 40~60mm； 中型高炉 25~40mm； 小型高炉 15~25mm；
喷吹燃料： 固体（无烟煤与烟煤粉） 液体（重油、煤焦油） 气体（天然气或焦炉煤气）
2.现状
1949年，中国钢铁工业技术水平及装别极其落后， 钢的年产量只有25万吨。
1960年后，我国逐渐建立了现代化钢铁工业基础， 年产钢量1000万吨以上。
2011年，我国年钢产量近7亿吨，居世界首位，其 中某些企业技术装备已经接近甚至达到世界领先 水平。
注意：我国是世界上的钢铁大国，但不Байду номын сангаас钢铁强 国！
1.高炉炼铁目的
目的：将铁矿石高效而经济地得到温度与 成分合乎要求的液态生铁。
一方面实现矿石重金属元素Fe与O的分离， 即还原过程，另一方面还要实现被还原金 属与脉石的机械分离，即熔化与造渣过程。
2 .高炉结构及炉内区域分布 2.1 高炉结构
2.2高炉内各区域分布
3.含铁原料及其他辅料 3.1 基本概念 3.2 主要原料 3.3 烧结(sintering) 3.4 球团(pelletizing)
＞1.0~2.0
家
特级
≤0.10
标 准
w (P)
一级 二级 三级
＞0.10~0.15 ＞0.15~0.25 ＞0.25~0.40
w (S)
特类 一类 二类 三类
≤0.02 ＞0.02~0.03 ＞0.03~0.05 ＞0.05~0.07
铁水温度在1450~1550℃。按照Si含量的不同，将高炉铁水分为炼钢生铁(w [Si]<1.25%) 和铸造生铁(w [Si]≥1.25%)。炼钢生铁中C含量在3.7~4.3%之间。
球团矿生产的工艺流程一般包括原料准备、 配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、 成品和返矿处理等工序。
圆盘造球机
竖炉 球团 矿生 产的 工艺 流程
铁精矿 膨润土
配料
燃烧煤气
混匀（圆筒混料机） (精矿过湿时)
造球（圆盘造球机）
返
生球过筛（辊轴筛） 矿
布料（移动布料机）
焙烧固结（竖炉）
(经链板机)
筛分（振动筛）
金属材料的制备与加工
参考书目： 《钢铁冶金原理（炼铁部分）》
《钢铁冶金原理（炼铁部分）》 黄希祐 主编
《有色金属熔炼与铸锭》陈存中 主 编
《钢铁冶金学》王莜留 主编
第一部分 炼铁部分简介 一、钢铁工业在国民经济中的地位
国家钢铁工业的发展状况也反映其国民经 济发达程度。
1.原因：钢铁工业是基础材料工业，可用于 制造提高劳动生产率的各种机械设备。
4 脉石(Gauge)：矿石中没有用的成分称为脉石， 一般在冶炼过程中需要去除。
5、富矿(high-grade ore)：含铁品位>50%的铁矿石
赤铁矿：理论含铁量70%
磁铁矿：理论含铁量72.4%
菱铁矿：理论含铁量48 . 3%
褐铁矿：理论含铁量55 . 2~66.1%
6、贫矿(lean ore)：实际含铁量低于理论含铁量70%的铁 矿石称贫矿（必须经过选矿后使用）
返矿
(送烧结)
φ9~16mm
成品球团矿
(送高炉)
5.高炉冶炼主要技术经济指标
有效容积利用系数（ŋV）：高炉每立方米有 效容积每天生产的合格铁水量（t/m3·d）
高炉每天的合格生铁量P
ηV=
高炉有效容积Vu
入炉焦比（K）：冶炼一吨生铁消耗的焦 炭量（kg/t）
每天装入高炉的焦炭量 K=
高炉每天出铁量
中国是最早使用铁器的国家之一，春 秋晚期（公元前6世纪），铁器已经广泛应 用。西汉时期盐铁官营，使冶铁业得以大 规模发展，据资料显示，当时已经有炉缸 横断面积8.5m2的高炉。
优势保持了2000年，直到明代中叶 （17世纪初），西方资本主义世界产业革 命兴起时为止。
1740年出现了一种可以熔炼液体钢的方 法——坩埚法，它是将生铁和废铁送入石 墨和粘土制成的坩埚内用火焰加热熔化炉 料，之后将熔化的炉料铸成钢锭，但这种 方法不能去除钢中的有害杂质。
煤比M（或油比）：冶炼一吨生铁消耗的煤粉 量或重油（kg/t）
每天喷入高炉的煤粉量 M=
高炉每天出铁量
燃料比＝焦比＋煤比（或油比） 冶炼强度I：高炉每立方米有效容积每天消耗的
（干）焦炭量（焦比一定的情况下）
高炉每天消耗的焦炭量 I=
高炉的有效容积
ŋV=I/K
生铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量占 生铁总量的指标。
3.1基本概念
1 矿物(Minerals)：地壳中具有均一内部结构、化 学组成及一定物理、化学性质的天然化合物或自 然元素称为矿物。其中能够为人类利用的称为有 用矿物。
2 矿石(Ore)：在现代的技术经济条件下，能以工 业规模从中提取金属、金属化合物或其它产品的 矿物称为矿石。
3 矿石的品位(Ore grade)：矿石中有用成分的质 量百分含量，称为该矿石的品位。
7、块矿(lump ore)和粉矿(fine ore)