《高炉炼铁》ppt课件.ppt

1,第三章 高炉炼铁,武汉科技大学冶金工程系 周进东,2,3.1 概述,现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除高炉本体外，还有供料系统、炉顶装料系统、送风系统、喷吹系统、煤气净化系统、渣铁处理系统武钢6号高炉,宝钢3号高炉,3,3.1 概述,4,3.2 高炉炼铁基本概念,3.2.1 高炉炼铁的原料和产品 （1）原料 高炉使用的原料包括铁矿石（烧结矿、球团矿和块矿）、焦炭、煤粉、鼓风和少量熔剂 铁矿石：在大型高炉炉料结构中，高碱度烧结矿一般占70~80%、酸性的球团矿和块矿占20~30%5,3.2.1 高炉炼铁的原料和产品,6,3.2.1 高炉炼铁的原料和产品,熔剂通常为石灰石，用来调节炉渣碱度 高炉渣的碱度（R=CaO/SiO2）在1.0~1.25之间，当碱性炉料（高碱度烧结矿）与酸性炉料（球团矿和块矿）比例合适时，高炉中可不加或只加少量石灰石 根据入炉综合品位，冶炼1t生铁需要消耗铁矿石1.5~1.7t7,高炉原料,,,,,铁矿石,熔 剂,其他含铁代用品,天然块矿 人造富矿 烧结矿 球团矿,碱性熔剂— 石灰、 石灰石、白云石 酸性熔剂— 硅石 特殊熔剂— 萤石,高炉、转炉炉尘 残铁 轧钢铁皮 硫酸渣,,,,3.2.1 高炉炼铁的原料和产品,8,3.2.1 高炉炼铁的原料和产品,燃料 焦炭在高炉风口区域燃烧产生大量热量和煤气（CO+N2）。

煤气中的CO将铁矿石中的氧化铁还原成金属铁，燃烧产生的热量将渣铁熔化成铁水和液态炉渣 焦炭在高炉内始终呈固态，它能够将整个高炉的料柱支撑起来，保持高炉内部具有良好的透气性9,3.2.1 高炉炼铁的原料和产品,煤粉从高炉风口喷入炉内，在风口区域燃烧产生热量和还原煤气，可代替部分焦炭 但煤粉无法代替焦炭的另一个重要作用—支撑料柱 目前，冶炼1吨生铁大约需要消耗焦炭250~350kg，消耗煤粉150~250kg10,高炉燃料,,,,,固体燃料,气体燃料,,,,,,,,焦 炭,煤 粉,焦炉煤气,高炉煤气,,,用于高炉本体,,用于热风炉,3.2.1 高炉炼铁的原料和产品,,,11,3.2.1 高炉炼铁的原料和产品,鼓风 空气通过高炉鼓风机加压后成为高压空气（鼓风），经过热风炉换热，将温度提高到1100~1300℃，再从高炉风口进入炉缸，与焦炭和煤粉燃烧产生热量和煤气 鼓风带入高炉的物理热占高炉热量总收入的20%左右在鼓风中加入氧气可提高鼓风中的氧含量（称为富氧鼓风） 采用富氧鼓风可提高风口燃烧温度，有利于高炉提高喷煤量和高炉利用系数 冶炼1吨生铁大约需要鼓风1400~1700Nm312,3.2.1 高炉炼铁的原料和产品,（2）产品 铁水 铁水的主要化学成分为Fe、C、Si、Mn、P、S等，温度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%） 铁水中C呈饱和状态，炼钢生铁中C含量在3.7~4.3%之间13,3.2.1 高炉炼铁的原料和产品,高炉煤气 高炉煤气主要化学成分（体积百分比）为CO：21~26%、CO2：14~21%、N2：55~57%、H2：1.0~3.0%、CH4：0.2~0.8% 高炉煤气发热值3200~3800 KJ/m3，属低热值煤气 冶炼每吨生铁产生高炉煤气1800~2000m3左右14,3.2.1 高炉炼铁的原料和产品,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和喷吹燃料中的挥发H2，上升过程中由于参加间接还原和生成CH4，含量逐渐减少，但由于炉料中结晶水和碳作用生成部分H2，又可适量增加煤气中H2的含量 N2：鼓风带入的N2，焦炭中的有机N2和喷吹燃料中的挥发N2，在上升过程中不参加任何反应，绝对量不变 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,15,3.2.1 高炉炼铁的原料和产品,高炉渣 高炉冶炼1t生铁产生300~600kg炉渣。

高炉渣主要成分为: w(SiO2)=32~42%、w(CaO)=35~44%、w(Al2O3)=6~14%、 w(MgO)=4~13%、 w(MnO)=0.3~1.0%、w(FeO)=0.5~0.8%、 w(S)=0.7~1.1%、 R=1.05~1.25 在这一成分范围内，高炉渣的熔化温度最低（1300~1350℃），在炉缸温度下具有良好的流动性 高炉渣经高压水淬冷粒化后是生产水泥的良好原材料16,3.2.1 高炉炼铁的原料和产品,17,3.2.2 高炉内型,高炉内型是用耐火材料砌筑而成的，供高炉冶炼的内部空间的轮廓 现代高炉都是五段式炉型，从下至上分别为：炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉高炉内型,18,炉 缸 Hearth,高炉有效容积代表高炉的大小或生产能力,3.2.2 高炉内型,19,3.2.2 高炉内型,高炉有效容积代表高炉的大小或生产能力由高炉出铁口中心线所在水平面到料线零位水平面之间的容积 一般将＞3000m3的高炉称为超大型高炉，1500~2500m3的高炉称为大型高炉，600~1000m3的高炉称为中型高炉，300m3以下的高炉称为小型高炉 一座4000m3级高炉日产生铁量达到10000 吨以上。

20,,,荷兰Corus Ijmuiden钢铁公司高炉发展,,3.2.2 高炉内型,21,3.2.3 高炉生产主要技术经济指标,（1）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） （2）焦比（K） 高炉冶炼一吨生铁消耗的焦炭量（kg/t ） （3）煤比（M） 冶炼每吨生铁向高炉喷吹的煤粉量（ kg/t ） （4）燃料比( 焦比＋煤比 ) 定义：高炉冶炼每吨生铁所消耗的固体燃料的总和(kg/t) 目前，大型和超大型高炉冶炼1t生铁的燃料比在470~520 kg/t之间，喷煤量可达到150~250 kg/t22,3.2.3 高炉生产主要技术经济指标,（5）综合焦比(K∑) 定义：将喷入高炉的煤粉折算成相应数量的焦炭后计算的焦 比(kg/t) 煤粉置换比通常小于1.0，一般在0.75~0.90之间 （6）冶炼强度（I） 定义：每立方米高炉有效容积每天消耗的(干)焦炭量[t/(m3·d)] 一般为0.8 ~ 1.0 t/(m3·d) （7）综合冶炼强度(I∑) 定义：将喷入高炉的煤粉折算成相应数量的焦炭后计算的冶炼强度[t/(m3·d)] 大型或超大型高炉达到1.2 ~ 1.6 t/(m3·d)。

23,高炉有效容积利用系数=冶炼强度/焦比,（8）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),2009年1~5月全国重点钢铁企业高炉燃料比为518kg/t，热风温度为1158℃，炼铁工序能耗为413.30kg标准煤/t，入炉焦比为374kg/t，喷煤比为144kg/t3.2.3 高炉生产主要技术经济指标,24,3.2.3 高炉生产主要技术经济指标,（9）休风率 高炉休风时间占规定日历作业时间的百分比（%） 规定日历作业时间=日历时间-计划大中修时间和临时休风时间 （10）生铁合格率 合格生铁产量占高炉生铁总产量的百分比（%）25,例题：某高炉容积2000m3，年产150万吨炼钢生铁，消耗60万吨焦炭，每吨生铁喷吹煤粉150kg，置换比为0.9，计算高炉有效容积利用系数、焦比、燃料比、综合焦比及冶炼强度各为多少？,答案：利用系数：2.05t/m3·d 焦 比：400kg/tFe 燃 料 比：550kg/tFe 综合焦比：535kg/tFe 冶炼强度：0.822t/m3·d,3.2.3 高炉生产主要技术经济指标,26,3.3.1 高炉本体(Blast Furnace Body),钢结构 炉衬 冷却设备 送风装置 检测仪器设备,3.3 高炉炼铁工艺设备,27,由四根支柱和多层横向拉杆组成。

上至炉顶平台，下接高炉基础，与高炉中心成对称布置1）钢结构：包括炉体支承结构和炉壳,高强度钢板焊接而成，起承重、密封煤气和固定冷却器的作用3.3 高炉炼铁工艺设备,28,宝钢1号高炉炉体框架,高炉炉壳,3.3 高炉炼铁工艺设备,29,高炉炉壳用高强度钢板焊接而成，起承重、密封煤气和固定冷却器的作用 对无料钟炉顶，旋转溜槽、中心喉管等重量由炉壳支承 料罐、受料漏斗、密封阀、上升管等设备重量通过炉顶框架支承在炉顶平台上，炉顶平台的所有重量再由大框架传递给基础 大框架自立式结构的优点是风口平台宽敞，炉前操作方便，利于风口平台机械化作业3.3 高炉炼铁工艺设备,钢结构的作用与优点,30,（2）炉衬 高炉炉衬由耐火砖砌筑而成，由于各部分内衬工作条件不同，采用的耐火砖材质和性能也不同 炉身中上部炉衬主要考虑耐磨，炉身下部和炉腰主要考虑抗热震破坏和碱金属的侵蚀，炉腹主要考虑高FeO的初渣侵蚀，炉缸、炉底主要考虑抗铁水机械冲刷和耐火砖的差热膨胀 目前，大型高炉上部以碳化硅和优质硅酸盐耐火材料为主，中部以抗碱金属能力强的碳化硅砖或高导热的炭砖为主，高炉下部以高导热的石墨质炭砖为主3.3 高炉炼铁工艺设备,31,炉衬寿命将随着冶炼条件而变，但最薄弱的环节应在炉底（含炉缸）和炉身。

3.3 高炉炼铁工艺设备,32,炉缸、炉底砌筑结构,3.3 高炉炼铁工艺设备,33,（3）冷却设备 冷却设备的作用是降低炉衬温度，提高炉衬材料抗机械、化学和热产生的侵蚀能力，使炉衬材料处于良好的服役状态 高炉使用的冷却设备主要有冷却壁、冷却板和风口 冷却壁紧贴着炉衬布置，冷却面积大；而冷却板水平插入炉衬中，对炉衬的冷却深度大，并对炉衬有一定的支托作用3.3 高炉炼铁工艺设备,34,冷却壁：冷却壁分光面冷却壁和镶砖冷却壁 光面冷却壁主要用于冷却炉缸和炉底炭砖，镶砖冷却壁主要用于冷却炉腹、炉腰、炉身各部位的炉衬光面冷却壁,镶砖冷却壁的不同结构形式,3.3 高炉炼铁工艺设备,35,冷却板 冷却板用纯铜制造冷却板安装时水平插入炉衬砖层中，对炉衬具有一定支托作用冷却板结构及其安装,3.3 高炉炼铁工艺设备,36,风口 风口是鼓风进入炉缸的入口风口装置有大套、二套和小套组成风口装置结构,贯流式风口,3.3 高炉炼铁工艺设备,37,风口区域是高炉温度最高的区域，鼓风温度本身高达1100~1300℃，为了保证风口得到良好冷却，风口环流水道内流速达到8~14m/s3.3 高炉炼铁工艺设备,38,（4）送风装置 送风装置包括热风围管、支管、直吹管、风口大套、风口二套和小套。

3.3 高炉炼铁工艺设备,39,,热风围管 Bustle Pipe,,送风支管 Blast Pipe,热风围管与连接热风炉的热风总管相连，在热风围管上均匀分布着数十套送风支管3.3 高炉炼铁工艺设备,40,3.3.2 炉顶装料设备 炉顶装料设备的任务是将铁矿石和焦炭按冶炼工艺要求有规律地从炉顶装入高炉 目前，大多数中小型高炉使用双钟炉顶装料设备大型和超大型高炉使用无料钟炉顶装料设备3.3 高炉炼铁工艺设备,41,双钟炉顶,打开小料钟，炉料落入大料斗内 开大钟均压阀，使大料钟上下压力一致 打开大料钟，将炉料布入炉内3.3 高炉炼铁工艺设备,42,无钟炉顶,采用可任意改变倾角的旋转溜槽完成布料任务 可实现单环、多环、螺旋、定点、扇形布料方式3.3 高炉炼铁工艺设备,43,无料钟炉顶装料设备分并罐和串罐两种方式3.3 高炉炼铁工艺设备,44,3.3.3 热风炉 热风炉是高炉本体以外最重要的设备之一 热风炉肩负着向高炉连续不断地输送温度高达1100~1300℃的热风 对每一座热风炉来说，它本身是燃烧和送风交替工作，因此，每座高。