冶金原燃料

① 冶金技术论文(关于炼钢。炼铁。烧结。水泥工艺的都可以）

低钛生铁的高炉冶炼生产实践
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发表日期：年10月31日 【编辑录入：base】

摘 要:分析了生铁中的钛源、生铁降钛途径及林钢高炉冶炼条件下钛的还原情况，介绍了冶炼低钛生铁(〔Ti〕≤0.03%)采取的精料、低硅操作、高风温、合理造渣等一系列技术措施。
关键字:高炉 精料 低炉温 低钛 生铁
1. 前言
濮阳市林州钢铁有限责任公司(简称林钢)是一个专业炼铁厂，是豫北地区规模较大的铸造用生铁生产基地，具有低S、低P(一般〔S〕≤0.03％，〔P〕≤0.04％)质量特点的优质球墨铸铁用生铁是公司的拳头产品。近年来，随着我国汽车工业的结构性调整，许多精密铸件对生铁质量要求越来越高，尤其对生铁中的某些微量元素要求更严。因此，为满足市场对球墨铸铁用生铁低S、低P、低Ti(即三低)的质量要求，也为进一步扩大生铁的质量优势，决定组织攻关开发市场需求大、要求内在质量高的低钛生铁(〔Ti〕≤0.03％)新产品，经过理论计算、技术分析、原料优化、高炉操作，于2005年3月成功开发出低钛生铁新产品。现浅谈一下我们冶炼低钛生铁的生产实践。

2. 生铁降钛的理论依据
2.1生铁中钛的来源
林钢以冶炼铸造生铁为主，受原料条件和炉况波动的双重影响，即使生产炼钢生铁，炉温也常控制在较高水平，因此，生铁中的钛含量也比较高，是低钛生铁要求钛含量的两倍多。分析表明，在高炉冶炼所用的原燃料中，烧结矿中TiO2含量为0.13％，焦炭中TiO2含量为0.20%，因此，烧结矿和焦炭是生铁中钛的主要来源，林钢生铁化学成分见表1。
表1林钢生铁化学成分，％
铁种 Si Mn S P C Ti
铸造用生铁 1.57 0.28 0.019 0.035 4.38 0.083
球墨铸铁用生铁 1.33 0.11 0.028 0.036 4.30 0.073
炼钢用生铁 0.90 0.11 0.035 0.035 4.37 0.063
2.2钛在高炉内的还原及其影响因素
钛以TiO2形态存在于矿石中，TiO2比SiO2更稳定，更难还原。与Si的还原一样，Ti的还原需要消耗大量的热量，还原单位重量Ti所消耗的热量比还原Si时大0.14〔1〕倍。因此，在高炉内，钛的还原只能是在高温条件下的直接还原。
理论与实践表明：影响钛还原的主要因素有炉温、炉渣碱度、渣中TiO2含量、入炉TiO2负荷。
炉温对Ti还原的影响体现在对Si的还原上。由实验证实，渣内SiO2和TiO2同时还原，并且〔Ti〕／(TiO2)和〔Si〕／(SiO2)几乎成直线的关系。因此，控制了硅的分配比，就能控制钛的分配比〔2〕，而炉温的高低影响着硅的还原，因此也影响着钛的还原，所以，炉温愈高，愈有利于钛的还原，炉温愈低，愈不利于钛的还原，生铁中的钛含量也就愈低。
炉渣碱度也严重影响〔Ti〕的增减，当渣中TiO2含量较高(>25％)时，〔Ti〕随碱度升高而减少；而TiO2含量较低(<25％)时，〔Ti〕却随碱度升高而增加〔3〕。因此，高炉冶炼低TiO2渣时，在保证生铁脱硫的条件下，保持较低的炉渣碱度，以减少TiO2的还原。当其它条件一定时，〔Ti〕随渣中TiO2含量的增加而增加，即炉渣中TiO2含量愈高，愈有利于Ti的还原，生铁中的Ti含量就愈高；炉渣中TiO2含量愈低，愈不利于Ti的还原，生铁中的Ti含量就愈低，林钢高炉冶炼(TiO2)量属于后者。
根据钛在炉内还原率公式ηTi=进入生铁Ti／入炉钛×100％知，入炉TiO2负荷升高，则〔Ti〕含量升高，但钛的还原率下降，入炉TiO2负荷降低，则〔Ti〕含量降低，但钛的还原率上升，因此，降低入炉TiO2负荷，可降低生铁中的钛含量。
综上所述，在高炉冶炼中，降低生铁中钛含量的主要途径有：降低入炉TiO2负荷、减少TiO2入炉量，低硅操作、低碱度、低渣量等。

3. 高炉试验
钛的还原与硅的还原呈正相关关系，因此不同原料、不同高炉操作条件下，钛在高炉内的还原率是不同的，为掌握在林钢高炉冶炼条件下高炉内Ti与Si的定量关系，我们跟踪统计了95炉次
〔Si〕≤1.0％的〔Si〕、〔Ti〕对应值，经一元线性回归分析后得出：
〔Ti〕=0.075〔Si〕+0.0004(r=0.90)
同时，计算出不同〔Si〕条件下钛在炉内的还原率(见表2)
表2钛在炉内的还原率，％
〔Si〕 1.00～0.90 0.89～0.80 0.79～0.70 0.69～0.60 0.59～0.50 0.49～0.40
Ti 37.70 34.43 32.24 28.96 20.22 15.85
试验中还发现，〔Si〕的变化对生铁中的钛含量的影响，在〔Si〕低时生铁中钛含量降低得比〔Si〕高时更为明显。

4. 低钛生铁的冶炼技术及生产实践
在分析了生铁中的钛源、降钛途径及高炉冶炼具体条件下炉内钛的还原情况后，根据我厂高炉用料杂、成分波动大、高炉容积小的特点，制订了下述冶炼低钛生铁的具体技术措施：
4.1控制钛源，降低入炉TiO2负荷
在供给我厂高炉原燃料的供方中，经跟踪化验分析后，选择购进TiO2≤0.05％的精矿粉和TiO2≤0.12％的焦炭。
4.2低硅操作
根据试验得出的〔Si〕、〔Ti〕定量关系及所购原燃料，经下列配料计算。
原燃料：烧结矿TFe=59％，TiO2=0.072％，批重1700kg／批。焦炭TiO2=0.12％，批重650kg批。
每批料的理论出铁量为：
0.59×17000.94=1067kg/批
入炉Ti的总量为：
〔(1700×0.072％)+(650×0.12％)〕×48／80＝1.2024kg/批
则生铁中的钛含量为：
〔Ti〕=1.2024×20.22％÷1067×100％=0.023％
并确定将炉温控制在〔Si〕≤0.50％。
4.3适宜的炉渣碱度
林钢高炉炉渣中TiO2含量在0.25％左右，小于5％，属低钛渣，根据炉渣碱度对〔Ti〕的影响，考虑到硫负荷的大小和炉内生铁脱硫的需要，选择炉渣二元碱度在0.95～1.10。
4.4使用高风温
鼓风所带的物理热不仅能在高炉下部全部被利用，而且可替代部分焦炭燃烧所产生的热量，因此，提高风温，一方面可降低焦比，减少焦炭带入TiO2，减少渣量及(TiO2)含量；另一方面，可提高渣铁温度，保证炉缸充足的热量，使渣铁有足够的温度和良好的流动性，炉缸工作更均匀、活跃，脱硫条件也得以改善，因此，要求风温≥900℃。
4.5精心操作，稳定炉况
冶炼低钛生铁的特点是必须控制较低的炉温水平，〔Si〕、〔S〕、〔Ti〕的含量与标准偏差要求十分严格，同时炉缸热量也处于十分紧张与接近平衡状态，工长必须精心操作，下部保持全风操作，尽量使用高风温，勤放上渣以缩短渣在炉内的停留时间，上部保持7PK+3KP(P—矿，K—焦)的装料制度，稳定两股气流，使高炉上稳下活，稳定顺行。
4.6加强设备管理
冶炼低钛生铁是全厂综合水平的集中体现，要求原料、操作、设备管理各方面的密切配合，防止设备事故发生，尤其对高炉的冷却设备要加强巡视检查，发现问题应及时处理，防止因冷却设备漏水造成炉缸冻结。
在上述6条措施下，通过周密布署，合理组织，于2005年3月在两座高炉上同时进行了为期一周的低钛生铁生产，共产低钛生铁4260t，其化学成分(表3)完全符合低钛生铁的质量要求。
表3低钛生铁化学成分，％
Si Ti S P
≤0.50 ≤0.03 ≤0.03 ≤0.035
5. 结语
（1）小高炉上冶炼低钛生铁是完全可以的，低钛生铁冶炼的基本条件是：精料、低炉温高炉操作及良好的设备管理，三者之中，精料是基础、操作是关键、设备是保证。
（2）由于钛在炉内的还原率随炉温不同而不同，因此，只有找出高炉具体冶炼条件下钛的还原率是多少，才能制订出相应的原料选择条件及高炉操作制度。
（3）凡能降低矿耗、降低焦比的任何措施，都可降低入炉TiO2。进而降低〔Ti〕含量，如提高入炉矿品位、提高风温、改善煤气利用和保持炉况顺行等，都有利于低钛生铁冶炼。但这些要以精料为基础。
（4）低钛生铁新产品的成功开发，进一步提高了生铁的内在质量，对企业产生了良好的经济效益和社会效益。

读者注：本文试验是在林钢号称205m3实际是125m3的高炉上进行的。

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1.鞍本钢铁基地 包括鞍山钢铁公司和本溪钢铁公司。位于辽宁中部工业区，东倚千山山脉，北临辽河支流太子河，两侧千里平原，南望渤海湾。鞍山与本溪两钢铁公司之间相距仅10O公里。周围资源丰富，铁矿的探明储量近百亿吨，其中工业储量40多亿吨，居各大基地之首位。现有铁矿开采能力约4000万吨左右，是全国最大的铁矿基地。1990年铁矿（原矿）产量达3800多万吨，占全国铁矿石总产量的1/5以上。鞍钢的主要铁矿基地有：东鞍山、眼前山、齐大山、大孤山等铁矿，与鞍钢相距仅10～20公里，呈弧形分布。本钢则有：南芬、歪头山，分布在本钢南、北，相距各25公里左右。辽宁中部煤炭资源也相当丰富，拥有本溪湖（彩屯）、红阳（沈南）等煤矿，与钢铁基地距离在100公里范围内。但因经长期开采，区内煤炭不敷钢铁工业的需要。 鞍本钢铁基地经过40多年的改建、扩建，现仍是我国最大的钢铁基地。1990年生铁产量为1016.26万吨，占全国的16％多，钢产量为1008.16 万吨，占全国15％以上，成品钢材633.77万吨，占全国12％。其中，鞍钢历史悠久，规模庞大，拥有铁矿山、选矿厂、烧结车间、焦炉以及炼铁、炼钢、轧材等冶炼设备，铸管、焦化、耐火材料、机修、动力、运输等附属生产单位，共有职工21.7万，能冶炼800多钢种，轧制600多个钢材品种。本钢的特点是：铁矿石储量大、易开采、品质优，用其冶炼铸造生铁，质量全国最优，低磷、低硫，被誉为“人参铁”。 2.京、津、唐钢铁基地 包括首都钢铁公司、天津各钢厂及唐山钢铁公司，是全国重要的钢铁基地之一，主要钢铁产品产量占全国总产量的10％左右。其中，成品钢材产量占全国钢铁总产量的13％。京津唐钢铁基地的有利条件是：①基地周围资源丰富，冀东铁矿基地拥有迁安、滦县等大铁矿，储量仅次于鞍本；有开滦、京西等大煤田，其中开滦煤矿年产2000万吨以上，是我国最大的优质炼焦煤基地；②基地位置优越，交通发达，扼关内外联系的必经之路，铁路、公路四通八达，有天津、秦皇岛等重要海港；③基地靠近消费区，技术力量雄厚。北京是我国的政治、文化中心，天津是北方的最大港口城市、华北的经济中心，唐山是河北省重要的工业城市。三市互为依托，密切联系，成为我国北方重要的经济区域之一，也是钢铁工业的消费大户。从基地整体看，采选、冶炼和轧钢能力大体平衡。 首钢是京、津、唐地区最大的钢铁联合企业，经近十年的改建、扩建，已形成300万吨配套的生产能力，改变了过去生铁产量大于钢产量，钢产量大于钢材的不平衡状况，1990年生产生铁357万吨、钢435万吨、成品钢材374万吨，首钢技术先进，各项经济指标均保持国内先进水平。 天津市各钢厂以炼钢、轧钢为主，炼铁基地在河北南端涉县，与天津相距500多公里。每年还需要从外地调入近百万吨的生铁，供化铁炼钢；又调入大量钢坯，供轧坯成材，造成往返运输，能源浪费等不合理状况。天津市的钢材品种多样，以中小型钢材和金属制品为主。 唐钢与天津类似，以炼钢和轧钢为主，在河北宣化建立了炼铁基地。“七五”期间，唐钢新增75万吨生铁生产能力、172万吨原矿处理能力、85万吨连铸能力和35万吨轧材能力，连铸生产能力由“六五”期末的5万吨，增加到90万吨，连铸比也由4.21％提高到43.96％。 3.上海钢铁基地 拥有宝钢及上钢一、三、五厂3个主要炼钢企业、梅山冶金公司及十多个轧钢厂，目前生产规模仅次于鞍本钢铁基地。1990年生铁产量526.9万吨，钢 894.18万吨，成品钢材609.58万吨。生铁、钢、钢材分别占全国总产量的8.4％、13.5％和11.8％。上海钢铁基地所在的上海市工业发达，生产协作条件好，技术力量强，管理水平高，水陆交通方便，这是本基地最有利的条件。但是上海市当地无铁、无煤、无辅助材料，每年需要从外地运入数百万吨的生铁和焦炭。60年代末、70年代初在南京梅山建立了炼铁基地。现在上海钢铁基地钢材品种及利润率均居全国首位。适当利用进口矿石，生产优质、尖端产品是上海钢铁基地的主要方向。 宝钢是我国第一个具有世界先进水平的现代化大型钢铁联合企业。1985年底第一期工程投产，1992年4月宝钢二期工程全部建成。二期工程正式投产后，将形成年产铁650万吨、钢671万吨、400万吨热轧板卷、210万吨冷轧板卷、50万吨无缝钢管和260万吨商品钢坯的综合生产能力。 宝钢与我国现有其他钢铁企业相比，具有设备大型化、自动化程度高的突出优点。它拥有4063立方米的高炉、30O吨氧气顶吹转炉、450平方米的烧结机和 135O毫米的初轧机，都是目前国内钢铁工业同类设备中最大的，6米焦炉和140厘米的无缝钢管轧机是目前国内最先进的。宝钢建成后，有不少产品将填补我国钢铁工业的缺门或短线产品品种的空白。宝钢的厂外运输以水运为主，占运输量的80％，厂内以胶带传送为主，有比较完整的自动控制系统。这是国内同类企业所少有的。 4.武汉钢铁基地 武钢位于武昌青山区的长江沿岸，是1949年后我国新建的大型钢铁工业基地。现已形成炼铁600万吨、炼钢500万吨、热轧400万吨、冷轧122万吨、硅钢片19万吨的综合生产能力。主要产品有：中型材、薄板、中厚板、大型材、带钢等，是我国最大的钢板生产基地。 武钢地理位置优越，水陆运输方便，厂区用地平坦、宽阔，靠近消费区。鄂东铁矿是武钢主要矿石产区，所产矿石品位较高，含铜等有益组分；但储量有限，埋藏较深，是武钢进一步发展的限制因素。今后可以考虑利用长江水运，适当进口部分富矿，以充分发挥一米七轧机的生产能力。 5.攀钢基地 位于四川渡口市，建于“三五”时期，是我国战略后方最大的钢铁联合企业。攀钢所在的攀（枝花）西（昌）地区蕴藏极其丰富的钒、钛磁铁矿，钒、钛储量居世界首位，与其共生的钴、镍、铜、锰等十多种稀有金属元素的储量也十分惊人。这里还有巨大的水能和焦炭资源，为发展钢铁工业提供了条件。 1974年攀钢一期工程建成，形成年产生铁170万吨，钢150万吨、钢材110万吨的生产能力。1977年建成我国最大的提钒车间，在提钒综合利用工艺上已达世界先进水平。1979年建成我国第一个年产5万吨的选钛试验厂。1990年年产生铁229万吨，钢191万吨，成品钢材78万吨，主要产品有生铁、钢坯、钒渣、重轨、大型钢材、小型钢材和线材。钒渣产量由1977年的1.5万吨，增加到34万吨。目前全国85％的钒渣是由攀钢供应，并运销英、法、德、美、印度等国。 攀钢位于铁矿产区与宝鼎煤矿之间的弄弄坪，与煤、铁各相距10公里左右，有铁路相通。弄弄坪被金沙江河曲所围，三面环水，面积只有2.6平方公里。厂区用地窄小，成为攀钢进一步扩大的重要限制因素。最近攀钢二期工程正规划兴建。二期工程全部建成后，生铁、钢、钢材的年产量将分别达到300万吨、270万吨、220万吨，产品结构将有较大改变，产值、利润都将成倍增长。考虑到弄弄坪面积窄小，规划拟在宜宾市的李庄或其它地区建设二基地。 6.包头钢铁基地 包钢位于内蒙古包头市新区昆都仑河两岸，是我国第一个五年计划期间国家重点建设项目之一。第二个五年计划期间正式投入生产。包钢基地近铁近煤。矿石基地在白云鄂博，南距厂区仅150公里，有包白铁路及公路相遇。厂区东北约80公里处有石拐沟煤矿。包钢靠近黄河，地势平坦，用水条件好。1990年年产生铁 251万吨，钢252万吨，钢材153万吨。包头钢铁公司不仅是我国大型钢铁联合企业，也是我国最主要的稀土生产基地。包头矿具有巨大的稀土资源矿，其储量居世界首位，有“稀土之乡”的美称。 7.太原钢铁基地 太钢位于山西省太原市尖草坪，是“二五”时期重点扩建、改建项目之一。1990年生产生铁133万吨、钢179万吨、钢材96万吨。太钢周围焦煤资源丰富，品种齐全，这是太钢布局的突出优势。太（原）古（交）岚（县）铁矿是我国主要铁矿区之一；但矿石品位低，矿区分散。水资源不足、运输紧张及铁矿资源的缺陷是太钢进一步发展的限制因素。 太钢也是我国特殊钢生产基地，以生产优质板材为主。 8.马鞍山钢铁基地 马钢位于安徽省东部马鞍山市内，临江近海，交通十分便利，资源丰富。附近的宁芜铁矿是我国主要铁矿产地之一，距淮南、淮北煤产地不远。主要产品有各种铸造用生铁、用于制造铁路运输的火车轮、轮箍、各种异型断面的环形件、各种角钢及中小型钢材等。生铁产量大于钢产量，1990年年产生铁223万吨、钢204 万吨、钢材154万吨，是江南重要的生铁基地。 9.重庆钢铁基地 包括重庆钢铁公司和重庆特殊钢厂。重庆钢铁公司位于重庆市大渡口区境内，前身系抗日时期由原汉阳兵工厂、六河沟铁矿和上海钢铁厂的一部分设备组建而成。新中国成立后经40多年的建设，已形成一个具有相当规模综合生产能力的钢铁联合企业。1990年年产生铁100万吨、钢83万吨、钢材83万吨。重庆特殊钢厂位于沙坪坝的双碑地区，创建于1935年，是西南地区最早建设的钢铁企业。1949年后经多次扩建，成为我国精密合金钢等特殊钢的重要生产企业。 10.台湾中国钢铁公司 我国台湾省钢铁工业是在缺煤少铁条件下，靠大力发展拆船行业兴办起来的。60年代台湾利用解体旧船板生产改制钢材，用拆船所得废钢生产电炉钢，70年代台湾年拆船量曾占世界拆船总量的60％以上，一年拆船能力达200万吨。为了进一步满足台湾本岛生产发展的需要，台湾当局决定在高雄建一座年产钢600万吨的大型钢铁厂，并命名为中国钢铁公司。该厂的铁矿石、焦煤及主要原燃料全部经高雄大港进口。台湾省1990年年产钢299.8万吨。

③ 高炉冶金过程大致分为哪几个区域

高炉冶金过程大致分为八大区域：原燃料处理区域，槽下上料区域、高炉生产区域、高炉水循环区域、高炉鼓风区域（含热风系统）、渣铁处理区域、维护检修区域、生活服务区域

④ 什么厂用冶金需要用到焦炭粒 比如锰铁什么的具体都是什么东西生产需要用到

焦炭是炼铁厂生产生铁的原燃料。在生铁的冶炼过程中起到还原作用（C），支撑内骨架作用（焦炭软化温容度高），热源作用（燃烧）。
锰铁分为高碳锰铁，中碳锰铁，低碳锰铁几种，是炼钢厂出钢合金化过程中添加的合金料，用于调节钢水成分中Mn的含量。这是由于转炉炼钢无法控制Mn的含量，而绝大多数钢种都是对Mn有要求的，它可以使钢具有足够的韧性，且具有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性，所以只能出钢合金化的过程中补加硅锰或者锰铁。