钢铁冶金学
——炼铁
亢淑梅
钢铁基地
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。
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。
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。
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。
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 。
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。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。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。
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。
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。
辽宁有哪些钢铁厂？
鞍钢 抚顺钢铁公司 北台钢铁 本钢 鞍山三
和轧钢 鞍山宝得 鞍山第三轧钢 辽阳腾龙钢
铁 海城东四型钢 辽南钢铁 陵源钢铁
鞍钢简介
鞍山地区铁矿石资源丰富，已探明的铁矿
石储量约占全国储量的四分之一。周围还蕴
藏着丰富的菱镁石矿、石灰石矿、粘土矿、
锰矿等，为黑色冶金提供了难得的辅助原料。
中长铁路和沈大高速公路穿过市区，大连港、
营口港、鲅鱼圈港与海内外相通，交通运输
条件便利。
一、首钢集团（京唐）概况
首钢始建于1919年，解放前30年累计产铁万吨。
解放后通过技术改造和建设，1958年建起了侧吹转炉，结
束了首钢有铁无钢的历史，1964年建成了我国第一座30
吨氧气顶吹转炉，在我国最早采用高炉喷吹煤技术，70年
代末首钢二号高炉成为当时我国最先进的高炉。改革开放
以来获得巨大发展，成为以钢铁业为主，兼营采矿、机械、
电子、建筑、房地产、服务业、海外贸易等多种行业，跨
地区、跨所有制、跨国经营的大型企业集团。首钢总公司
为母公司，下属股份公司、新钢公司、迁钢公司、首秦公
司、高新技术公司、机电公司、特钢公司、首建公司、房
地产公司、实业公司、国际贸易工程公司等子公司，在香
港有上市公司，在南美洲有秘鲁铁矿等海外企业。 2007
年集团销售收入1090亿元，实现利润水平43亿元，钢产
量1540万吨，职工近8万人。在中国企业联合会按2006年
数据评选的中国制造业500强中，首钢销售收入列第10位；
在中国企业500强中首钢列第36位。
武汉钢铁股份有限公司坐落在“九省通衢”的武汉市东
部，是由武汉钢铁(集团)公司控股的、国内排名第三大钢铁上
市公司。目前，公司总资产达300多亿元，下辖烧结厂、炼铁
厂、一炼钢厂、二炼钢厂、三炼钢厂、大型厂、轧板厂、热轧
厂、冷轧厂、硅钢厂、棒材厂、质检中心等12个单位，员工
16995人。
武钢股份拥有当今世界先进水平的炼铁、炼钢、轧钢等
完整的钢铁生产工艺流程，钢材产品共计7大类、500多个品种。
主要产品有冷轧薄板、冷轧硅钢、热轧板卷、中厚板、大型材、
高速线材、棒材等，商品材总生产能力1000万吨，其中80%为
市场俏销的各类板材。目前，公司先后有100多项产品获全国、
省、部优质产品证书，硅钢产品获中国名牌、中国钢铁行业最
具影响力品牌称号，重轨、板材获湖北省名牌称号，39项钢材
产品获冶金行业“金杯奖”，产品实物质量达国际先进水平产
量比为%。
宝山钢铁股份有限公司（简称“宝钢股份”）
是中国最大、最现代化的钢铁联合企业。宝钢股份
以其诚信、人才、创新、管理、技术诸方面综合优
势，奠定了在国际钢铁市场上世界级钢铁联合企业
的地位。《世界钢铁业指南》评定宝钢股份在世界
钢铁行业的综合竞争力为前三名，认为也是未来最
具发展潜力的钢铁企业。
公司专业生产高技术含量、高附加值的钢铁产
品。在汽车用钢，造船用钢，油、气开采和输送用
钢，家电用钢，电工器材用钢，锅炉和压力容器用
钢，食品、饮料等包装用钢，金属制品用钢，不锈
钢，特种材料用钢以及高等级建筑用钢等领域，宝
钢股份在成为中国市场主要钢材供应商的同时，产
品出口日本、韩国、欧美四十多个国家和地区。
第一章 概 论
国民经济中钢铁工业的地位
中国钢铁工业的概况
钢铁联合企业中的炼铁生产
高炉冶炼过程概述
国民经济中钢铁工业的地位
钢铁工业发展的条件
稳定可靠的原材料资源
动力资源
庞大的运输设施
雄厚的资金
到目前为止还看不出，有任何其它材料
在可预见的将来，能代替钢铁现有的地位。
钢铁材料的优越性（讨论）
钢铁工业的发展概况
古代占领先地位；
近代落后于欧洲国家；从1890年（汉阳铁
厂投产）→1949年约半个世纪内累计的钢
产量不到200万吨 ；
新中国成立后，特别是改革开放以来，钢
铁生产有了重大发展。
钢铁联合企业中的炼铁生产
由矿石到钢材的生产流程：
长流程
特点
短流程
特点
高炉冶炼过程概述
钢铁炼铁工艺
现代炼铁方法
现代炼铁方法分为:
高炉炼铁法：以焦炭为能源基础的传统炼铁方法。
它与转炉炼钢相配合，是目前生产钢铁的主要方
法。高炉炼铁的这种主导地位预计在相当长时期
之内不会改变。由于高炉炼铁受能源焦炭的限制，
在一些缺乏焦煤资源的国家和地区，经过长期的
研制和实践，也逐步形成了不同形式的非高炉炼
铁法。
传统的高炉—转炉炼钢流程，工艺成熟，可大规
模生产，是现代钢铁生产的主要形式。
现代钢铁生产的一般流程
现代炼铁方法
现代炼铁方法分为:
非高炉炼铁法:泛指高炉以外，不用焦炭，用煤、
燃油、天然气、电为能源基础的一切其它炼铁方
法。例如直接还原法，主要是指在冶炼过程中，
炉料始终保持固体状态而不熔化，产品为多孔状
海绵铁或金属化球团的方法。熔融还原法是用高
品位铁精矿粉（经预还原）在高温熔融状态下直
接还原冶炼钢铁的一种新工艺。
新兴的直接还原—电炉炼钢流程，规模较小，目
前还正在发展，是钢铁生产的重要补充。
高炉炼铁工艺流程及炉内主要过程
高炉炼铁生产流程
高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即焦炭做燃料
和还原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料的铁，
从氧化物或矿物状态（如Fe2O3、Fe3O4、Fe2SiO4、
Fe3O4·TiO2等）还原为液态生铁。
冶炼过程中，炉料（矿石、熔剂、焦炭）按照确
定的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉内。
从下部风口鼓入的高温热风与焦炭发生反应，产
生的高温还原性煤气上升，并使炉料加热、还原、
熔化、造渣，产生一系列的物理化学变化，最后
生成液态渣、铁聚集于炉缸，周期地从高炉排出。
上升过程中，煤气流温度不断降低，成分逐渐变
化，最后形成高炉煤气从炉顶排出。
高炉本体及主要构成
密闭的高炉本体是冶
炼生铁的主体设备。
它是由耐火材料砌筑
成竖式圆筒形，外有
钢板炉壳加固密封，
内嵌冷却设备保护。
高炉内部工作空间的
形状称为高炉内型。
高炉内型从下往上分
为炉缸、炉腹、炉腰、
炉身和炉喉五个部分，
该容积总和为它的有
效容积，反映高炉所
具备的生产能力。
将正在运行中的高
炉突然停炉并进行
解剖分析，结构表
明，根据物料存在
形态的不同，可将
高炉划分为五个区
域：块状带、软熔
带、滴落带、风口
前回旋区、渣体聚
集区。
高炉内主要区域
各区内进行的主要反应及特征分别为：
块状带：炉料中水分
蒸发及受热分解，铁
矿石还原，炉料与煤
气热交换；焦炭与矿
石层状交替分布，呈
固体状态；以气固相
反应为主。
软熔带：炉料在该区
域软化，在下部边界
开始熔融滴落；主要
进行直接还原反应，
初渣形成。
滴落带：滴落的液
态渣铁与煤气及固
体碳之间进行多种
复杂的化学反应。
回旋区：喷入的燃
料与热风发生燃烧
反应，产生高热煤
气，是炉内温度最
高的区域。
渣铁聚集区：在渣
铁层间的交界面及
铁滴穿过渣层时发
生渣金反应。
高炉冶炼的特点及主要过程
特 点
1）在逆流（炉料下降及煤气上升）过程中，
完成复杂的物理化学反应；
2）在投入（装料）及产出（铁、渣、煤气）
之外，无法直接观察炉内反应过程；
3） 维持高炉顺行（保证煤气流合理分布及
炉料均匀下降）是冶炼过程的关键。
过 程
1）还原过程
实现矿石中金属元素（主要是Fe）和氧元素的
化学分离；
2）造渣过程
实现已还原的金属与脉石的熔融态机械分离；
3）传热及渣铁反应过程
实现成分及温度均合格的液态铁水。
生产过程应严密控制的各关键性环节
送风条件
软熔区的位置、形状及尺寸
固体炉料区的工作状态
高炉原料
铁矿石概念
定义：凡是在一定的技术条件下，可经济地提
取出金属铁的岩石，称为铁矿石。
a 地壳中Fe元素居第四位，占％，由于以富
集状态存在，故有开采价值。
b 不存在纯金属状态的铁，而是以氧化物、硫
化物的形式存在。
c 冶炼1吨生铁，约需铁矿石－吨。
d 脉石
铁矿石的分类
赤铁矿－Fe2O3
理论含Fe70％，红条痕，较软，易还原；
磁铁矿－Fe3O4
理论含％，黑条痕，较硬，难还原；
褐铁矿－
黄褐条痕，疏松多孔，易还原；
菱铁矿－FeCO3
理论含％，灰黄条痕，焙烧后易还原。
铁矿石的评价
1）含Fe品位高：
将含Fe量达到理论值的70%以上的矿石称为富矿。
2）脉石少和分布合适：
矿石中除Fe以外的其它化合物统称为脉石。
SiO2要少， Al2O3要少，CaO要多，MgO要合适。
3）有害元素少：
S、P、As、Cu→对钢铁产品性能有害。
K、Na、Zn、Pb、F→对炉衬和高炉顺行有害。
4）有益元素合适：
Mn、Cr、Ni、V、Ti、Nb、稀土元素等，其含
量多时可作为复合矿石考虑综合利用。
5）还原性好：
矿石中与Fe结合的氧被还原剂（CO、H2）夺取的难
易程度称为还原性。褐铁矿＞赤铁矿＞磁铁矿
人造富矿＞天然铁矿
疏松结构、微气孔多的矿石还原性好
6）冶金性能优良
冷态、热态强度好
软化熔融温度高、区间窄
7）粒度分布合适→ ＜5mm的粉末要少，8～30mm为宜
太大→对还原不利；
太小→对顺行不利
国内外铁矿石分布及成分
国内
国外
矿石入炉前的加工处理
熔剂
碱性熔剂―― 石灰、石灰石、白云石
酸性熔剂―― 硅石
特殊熔剂―― 萤石
要求有效成分含量高
要求含S、P等有害元素少
资源
高炉燃料
焦 炭
以不同品种的煤，按比例配合，在隔绝空气状态下
高温（1000℃）干馏而成的固体燃料；
焦炭的三大作用：
1）热源→在风口前燃烧，提供冶炼所需热量；
2）还原剂→本身及其氧化产物CO均为铁氧化物的还原
剂；
3）骨架和通道→矿石高温熔化后，焦炭是唯一以固态
存在的物料。
有支撑数十米料柱的骨架作用
有保障煤气自下而上畅流的通道作用
作用3）是任何固体燃料所无法替代的。
4）生铁渗碳的碳源。
冶炼1吨生铁约需250～650Kg焦炭
对焦炭的质量要求：
1）强度高；
2）固定C高；
3）灰分低；
4）S含量低；
5）挥发份合适；
6）反应性弱（C＋CO2→2CO）；
7）粒度合适
为矿石平均粒度的3～5倍为宜，d小/d大≈
任何燃料都无法取代焦炭的作用！
高炉必需用焦炭
焦炭是用资源贫乏的主焦煤炼制而成的，
炼焦设备投资庞大，炼焦过程污染严重。
高炉应少用焦炭
煤 粉
高炉喷吹用煤粉的质量要求
1）固定C高，灰分低；
2）含S低；
3）粒度细（＜200网目占80％以上）；
4）煤粉可磨性好，爆炸性弱；
5）燃烧性好，反应性强。
世界先进高炉喷煤量已达250Kg/t，宝
钢已达220Kg/t，我国平均喷煤量为
80Kg/t。
耐火材料
高炉产品
高炉主要技术经济指标
1、有效容积利用系数ημ
定义：每M3高炉有效容积每昼夜生产的合格铁量
（t/ ）。
我国ημ＝～ t/ m
；
日本ημ ＝～ t/ m
2、焦比
定义：冶炼每吨生铁所消耗的焦炭的千克数
（Kg/t）。
我国焦比为250～650Kg/t
3、煤比
定义：冶炼每吨生铁所消耗的煤粉的千克数
（Kg/t）。
我国煤比为50～220Kg/t
4、燃料比（焦比＋煤比）
定义：冶炼每吨生铁所消耗的固体燃料的总和
（kg/t）。
我国燃料比为450～700（Kg/t）
5、综合焦比（焦比＋煤比×煤焦置换比）
6、煤焦置换比
定义：喷吹1Kg煤粉所能替代的焦炭的Kg数。
一般为左右
7、焦炭冶炼强度
定义：每m3高炉有效容积每昼夜燃烧的焦炭吨数
（t/ ）。
一般为～
8、综合冶炼强度
定义：每m3高炉有效容积每昼夜燃烧的综合焦炭的
吨数（t/ ）。
一般为～
利用系数、焦比及冶炼强度三者关系:
纯焦冶炼时：利用系数＝焦炭冶炼强度/焦比
喷吹燃料时：利用系数＝综合冶炼强度/综合焦比
9、燃烧强度
定义：每m3炉缸截面积每昼夜燃烧的焦炭的吨数
（t/ ）。
10、工序能耗
Ci＝（燃料消耗＋动力消耗－回收二次能源）/ 产
品产量 （吨标准煤/t）
1kg标准煤的发热量为7000千卡（29310KJ）
炼铁工序能耗在510kg标准煤/吨铁，占吨钢总能耗
50％。
铁矿石的准备处理
一般的铁矿石很难完全满足质量要求，须在
入炉前进行必要的准备处理。
对天然富矿（如含Fe50%以上），须经破碎、
筛分，获得合适而均匀的粒度。对于褐铁矿、菱
铁矿和致密磁铁矿还应进行焙烧处理，以去除其
结晶水和CO2，提高品位，疏松其组织，改善还原
性，提高冶炼效果。
对贫铁矿的处理要复杂得多。一般都必须经
过破碎、筛分、细磨、精选，得到含铁60%以上的
精矿粉，经混匀后进行造块，变成人造富矿，再
按高炉粒度要求进行适当破碎，筛分后入炉。
由于天然富矿资源有限，而其冶金性能又不
如人造富矿优越，所以绝大多数现代高炉都用人
造富矿，或大部分用人造富矿、兑加少数天然富
矿冶炼。在这种情况下，钢铁厂便兼有人造富矿
和天然富矿两种处理流程。
一、破碎筛分
破碎和筛分是铁矿石准备处理工作中的基本
环节，通过破碎和筛分使铁矿石的粒度达到“小、
匀、净”的标准。对贫矿而言，破碎使铁矿物与
脉石单体分离，以便选矿。铁矿物嵌布愈细密，
破碎粒度要求愈细。
破碎的常要设备有：颚式、锥式、辊式破碎机，
球磨机和棒磨机。筛分的常用设备有固定条筛、
圆筒筛、振动筛等。
二、焙烧
焙烧是在适当的气氛中，使铁矿石加热到低于
其熔点的温度，在固态下发生的物理化学过程。例
如，氧化焙烧就是在空气充足的氧化性气氛中进行，
以保证燃料完全燃烧和矿石的氧化。多用于去除CO2、
H2O和S（碳酸盐和结晶水分解，硫化物氧化），使
致密矿石的组织变得疏松，易于还原。
菱铁矿的焙烧：在500℃～900℃之间按下式分解：
4FeCO3+O2=Fe2O3+2CO2↑
褐铁矿的脱水：在250℃～500℃之间发生下述反应：
2Fe2O3·3H2O=2Fe2O3+3H2O↑
氧化焙烧还可是矿石中的硫氧化：
3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2↑
还原焙烧则是在还原气氛中进行，主要目的是使
贫赤铁矿中的Fe2O3转变为具有磁性的Fe3O4，以便
磁选。
2Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2↑
2Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O↑
氯化焙烧则是为了回收赤铁矿中的有色金属如Zn、
Cu、Sn等，或去除其他有害杂质。
三、选矿
选矿是依据矿石的性质，采用适当的方法，
把有用矿物和脉石机械地分开，从而使有用矿物
富集的过程。通过选矿可使矿石品位提高，去除
部分有害杂质（如硫等），回收复合矿中的一些
有用元素（如钒、铬等），使贫矿资源得到有效
利用。
通过选矿获得的有用矿物富集品称为精矿，
如铁精矿、铁钒精矿等；而主要由脉石组成的其
余部分叫尾矿，一般废弃。在一些复合铁矿石中，
常用一些有用元素富集于尾矿中（如钒钛磁铁矿
中的钛，包头矿中的稀土元素等），必须将它们
进一步精选出来。有用矿物含量介于精矿和尾矿
之间的中间产品叫做中矿，亦须进一步选分，以
提高金属回收率。
现代常用于精选铁矿石的方法重要有
三种：
（1）重选
利用含铁矿物和脉石密度的差异来选别。当
两者粒度相近而在介质中沉落时，则密度大的含
铁矿物将迅速沉降而与脉石分开。常用的介质为
水。有时还用比重大于水的液体作介质，称为重
液选。
（2）磁选
利用有用矿物和脉石导磁性不同的特点进行选
分。如以纯铁的导磁系数为100%，则强磁性的磁铁
矿为%，中磁性的钛铁矿为%，弱磁性的赤
铁矿为%，无磁性的黄铁矿石英脉石等在%
以下。在磁场作用下，强磁性的颗粒（如Fe3O4）便
同弱磁性（如Fe2O3）或无磁性（如石英）的颗粒分
开。赤铁矿若用磁选则需事先进行磁化焙烧。一般
用干式磁选机处理粗粒矿石，用湿式磁选机处理细
粒矿石。按磁场强度，高于320KA/m的称为强磁选
机，在72-320kA/m之间的称为弱磁选机。
（3）浮选
利用矿物具有不同的亲水性进行选分。浮选
前矿物要磨碎到一定粒度，使有用矿物和脉石矿
物基本达到单体分离。在细磨矿浆中进行充气搅
拌时，亲水性强者其颗粒表面易于为水润湿而下
沉；亲水性弱者其颗粒表面难以为水润湿而浮起，
从而使有用矿物和脉石分离。
为了提高浮选效果，常使用各种浮选药剂来条
件和控制浮选过程。如有在矿粒表面形成薄膜、
控制润湿、促进浮起的捕集剂，有形成气泡和稳
定泡沫、保证浮起者不下沉的气泡剂等等。由于
浮选剂的多种作用，可以根据需要来选别矿物，
因此浮选特别适用于处理复合矿和有色金属矿石。
有些矿石性质复杂，往往需要用几种方法联合
起来选矿，以最大限度地综合回收利用其中的有
用金属元素。
四、造块
富选得到的精矿粉，天然富矿破碎筛分后的粉
矿，以及一切含铁粉尘物料（如高炉、转炉炉尘，
轧钢皮，铁屑，硫酸渣等）不能直接加入高炉，
必须用烧结或制团的方法将它们重新造块，制成
烧结矿、球团矿，或预还原炉料。这不仅解决了
入炉原料的粒度问题，扩大了原料来源，同时，
还大大改善了矿石的冶金性能，提高高炉冶炼效
果。
第一章思考题：
1、试述3种钢铁生产工艺。
2、简述高炉冶炼过程的特点及三大主要过程。
3、试述高炉各区域内进行的主要反应。
4、归纳高炉炼铁对铁矿石的质量要求。
5、试述焦炭在高炉炼铁中的主要作用及其质
量要求。
6、试述高炉喷吹用煤粉的质量要求。
7、高炉冶炼主要技术经济指标的表达方式。
