第五章-钢铁工业窑炉课件.ppt
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第五章第五章 钢铁工业窑炉钢铁工业窑炉 本章要点：本章要点：本章要点：本章要点： 高炉冶炼是获得生铁的手段，而转炉则为炼钢车间的高炉冶炼是获得生铁的手段，而转炉则为炼钢车间的高炉冶炼是获得生铁的手段，而转炉则为炼钢车间的高炉冶炼是获得生铁的手段，而转炉则为炼钢车间的主体设备本章学习的主要目的在于掌握钢铁生产的两大主体设备本章学习的主要目的在于掌握钢铁生产的两大主体设备本章学习的主要目的在于掌握钢铁生产的两大主体设备本章学习的主要目的在于掌握钢铁生产的两大基本炉窑（高炉与转炉）的工作原理、窑炉结构、工作特基本炉窑（高炉与转炉）的工作原理、窑炉结构、工作特基本炉窑（高炉与转炉）的工作原理、窑炉结构、工作特基本炉窑（高炉与转炉）的工作原理、窑炉结构、工作特点，为现代冶金工业的优质高效、长寿节能、清洁生产和点，为现代冶金工业的优质高效、长寿节能、清洁生产和点，为现代冶金工业的优质高效、长寿节能、清洁生产和点，为现代冶金工业的优质高效、长寿节能、清洁生产和过程自动设计奠定基础过程自动设计奠定基础过程自动设计奠定基础过程自动设计奠定基础 第一节第一节 炼铁高炉炼铁高炉 高炉冶炼主要以铁矿石（天然富矿、烧结矿高炉冶炼主要以铁矿石（天然富矿、烧结矿和球团矿）为原料，以焦碳、煤粉、重油、天然和球团矿）为原料，以焦碳、煤粉、重油、天然气为燃料和还原剂，以石灰石为溶剂，在高炉中气为燃料和还原剂，以石灰石为溶剂，在高炉中通过燃料燃烧、氧化物中铁元素的还原以及非铁通过燃料燃烧、氧化物中铁元素的还原以及非铁元素造渣等一系列复杂的物理化学过程，生产元素造渣等一系列复杂的物理化学过程，生产主主要产品生铁，副产品是炉渣、煤气和一定量的炉要产品生铁，副产品是炉渣、煤气和一定量的炉尘尘(瓦斯灰瓦斯灰)。
宝钢高炉全貌宝钢高炉全貌高炉本体送风系统渣铁系统 煤气系统 高炉的五大系统高炉的五大系统 高炉生产流程高炉生产流程1.储矿槽；2.焦仓；3.称量车；4.斜桥；5.放散阀；6.高炉；7.热风炉；8.除尘器；9.切断阀；10.洗涤塔；11.渣罐；12.铁水罐；13.基墩；14.基座 l高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂（石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁炼出的铁水从铁口放出铁矿石中未还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出产生的煤气从炉顶排出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料 高炉炼铁的原料高炉炼铁的原料 （（1）） 铁矿石：（一般为赤铁矿、磁铁矿）提铁矿石：（一般为赤铁矿、磁铁矿）提供铁元素供铁元素 （（2）） 焦炭：提供热量；提供还原剂；作料柱焦炭：提供热量；提供还原剂；作料柱的骨架 （（3）熔剂：（石灰石、）熔剂：（石灰石、白云石白云石、萤石）、萤石） ，使，使炉渣熔化为液体；炉渣熔化为液体； 去除有害元素硫（去除有害元素硫（S）、除去）、除去杂质。
杂质 （（4）空气：为焦碳燃烧提供氧、提供热量空气：为焦碳燃烧提供氧、提供热量 铁矿全景图铁矿全景图鞍矿公司眼前山铁矿鞍矿公司眼前山铁矿鞍矿公司东鞍山铁矿鞍矿公司东鞍山铁矿 各类铁矿石图各类铁矿石图赤铁矿赤铁矿磁铁矿磁铁矿菱铁矿菱铁矿褐铁矿褐铁矿磁铁矿化学式为Fe3O4，结构致密，晶粒细小，黑色条痕具有强磁性，含S、P较高，还原性差赤铁矿化学式为Fe2O3，条痕为樱红色，具有弱磁性含S、P较低，易破碎、易还原褐铁矿是含结晶水的氧化铁，呈褐色条痕，还原性好，化学式为nFe2O3·mH2O(n= 1～3，m=1～4)褐铁矿中绝大部分含铁矿物是以2Fe2O3·3H2O的形式存在的菱铁矿化学式为FeC03，颜色为灰色带黄褐色菱铁矿经过焙烧，分解出C02气体，含铁量即提高，矿石也变得疏松多孔，易破碎，还原性好其含S低，含P较高 上料皮带上料皮带 炉顶布料炉顶布料 称量料斗称量料斗 热风炉热风炉 送风系统送风系统 高炉本体平台构成高炉本体平台构成 高炉本体包括高炉基高炉本体包括高炉基础、钢结构、炉衬、冷础、钢结构、炉衬、冷却装置，而高炉本体设却装置，而高炉本体设计是最为关键的部分。
计是最为关键的部分所谓五段式结构，自高所谓五段式结构，自高炉底部死铁层以上的部炉底部死铁层以上的部位，依次为位，依次为炉缸、炉腹、炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉炉腰、炉身、炉喉 一、高炉本体五段式结构 1.1.高炉有效容积和有效高度高炉有效容积和有效高度 我国习惯地规定我国习惯地规定: : 有效容积有效容积Vu <100mVu <100m3 3, , 为小型高为小型高炉；炉；Vu =255-620mVu =255-620m3 3，为中型高炉；，为中型高炉；Vu>620mVu>620m3 3，为大型，为大型高炉 高炉的有效高度，对高炉内煤气和炉料之间的传高炉的有效高度，对高炉内煤气和炉料之间的传热过程有重大影响有效高度增加，煤气流速与炉料热过程有重大影响有效高度增加，煤气流速与炉料接触机会增加，有利于传热传质，降低能耗但太高接触机会增加，有利于传热传质，降低能耗但太高会形成料拱，对炉料下降不利会形成料拱，对炉料下降不利一、高炉本体五段式结构一、高炉本体五段式结构 l高炉有效容积利用系数式中 ——每立方米高炉有效容积在一昼夜内生产铁的吨数；P——高炉一昼夜生产的合格生铁； ——高炉有效容积，指炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉五段之和。
高炉有效容积利用系数是衡量高炉生产强化程度的指标越高，高炉生产率越高，每天所产生铁越多目前我国高炉有效容积利用系数为(1.8～2.5)t／(m3·d)，高的可达3.0t／(m3·d)以上高炉有效容积利用系数高炉有效容积利用系数 2. 炉缸炉缸 指高炉炉型下部圆筒部分它的上中下部分分别装指高炉炉型下部圆筒部分它的上中下部分分别装有风口，渣口，铁口炉缸下部容积盛装有液态的渣有风口，渣口，铁口炉缸下部容积盛装有液态的渣铁，上部空间为风口燃烧带风口的数目主要取决于铁，上部空间为风口燃烧带风口的数目主要取决于炉容大小，与炉缸直径成正比，还与冶炼强度有关炉容大小，与炉缸直径成正比，还与冶炼强度有关其数目其数目n的确定可参照如下公式：的确定可参照如下公式： n = 2( d + 1 ) 中小型高炉中小型高炉 n = 2( d + 2 ) 大型高炉大型高炉 n = 3d 巨型高炉（巨型高炉（4000m3以上）以上） 式中式中d为炉缸直径，为炉缸直径，m。
3. 3. 炉腹炉腹 位于炉缸上部，呈倒截圆锥形炉腹的形状适位于炉缸上部，呈倒截圆锥形炉腹的形状适应该部位炉料已熔化滴落而引起的物料体积的收缩，应该部位炉料已熔化滴落而引起的物料体积的收缩，稳定下料速度由于燃烧带产生的煤气是鼓风量的稳定下料速度由于燃烧带产生的煤气是鼓风量的1.4倍，理论燃烧温度可达倍，理论燃烧温度可达1800-2000度，气体激烈度，气体激烈膨胀，炉腹的存在适应这一变化膨胀，炉腹的存在适应这一变化 4. 炉腰炉腰 炉腹上部的圆形空间为炉腰，是高炉炉型直径最炉腹上部的圆形空间为炉腰，是高炉炉型直径最大部位它是冶炼的软熔带，炉料的透气性变差，炉大部位它是冶炼的软熔带，炉料的透气性变差，炉腰的存在扩大了该部位的横向空间，改善了通气条件腰的存在扩大了该部位的横向空间，改善了通气条件因此，当冶炼渣量大时，应适当扩大直径因此，当冶炼渣量大时，应适当扩大直径 在炉型结构上，炉腰起承上启下的作用，使得炉在炉型结构上，炉腰起承上启下的作用，使得炉腹向炉身过渡来的平缓，减少死角高度一般取腹向炉身过渡来的平缓，减少死角。
高度一般取1~3 m之间炉腰直径与炉缸、炉腹角、炉腹高度有关炉腰直径与炉缸、炉腹角、炉腹高度有关 5. 炉身炉身 呈正截圆锥形向下扩张，以适应于炉料向下运呈正截圆锥形向下扩张，以适应于炉料向下运动，因温度升高所产生体积的膨胀，有利于减小炉动，因温度升高所产生体积的膨胀，有利于减小炉料下降的摩擦阻力，避免形成料拱炉身高度占高料下降的摩擦阻力，避免形成料拱炉身高度占高炉有效高度的炉有效高度的50~60%，保障了煤气与炉料之间传热，保障了煤气与炉料之间传热和传质过程的进行和传质过程的进行 6. 炉喉炉喉 呈圆柱型，它的作用是承接炉料，稳定料呈圆柱型，它的作用是承接炉料，稳定料面，保证炉料合理分布炉喉直径与炉腰直径面，保证炉料合理分布炉喉直径与炉腰直径之比应在之比应在0.64~0.73之间炉喉之上部位是炉之间炉喉之上部位是炉顶装料装置顶装料装置 二、高炉冶炼工作原理二、高炉冶炼工作原理l高炉冶炼过程是一系列复杂的物理化学过程的总和有高炉冶炼过程是一系列复杂的物理化学过程的总和有炉料的挥发与分解，铁氧化物和其他物质的还原，生铁炉料的挥发与分解，铁氧化物和其他物质的还原，生铁与炉渣的形成，燃料燃烧，热交换和炉料与煤气运动等。
与炉渣的形成，燃料燃烧，热交换和炉料与煤气运动等这些过程不是单独进行的，而是在相互制约下数个过程这些过程不是单独进行的，而是在相互制约下数个过程同时进行的基本过程是燃料在炉缸风口前燃烧形成高同时进行的基本过程是燃料在炉缸风口前燃烧形成高温还原煤气，煤气不停地向上运动，与不断下降的炉料温还原煤气，煤气不停地向上运动，与不断下降的炉料相互作用，其温度、数量和化学成分逐渐发生变化，最相互作用，其温度、数量和化学成分逐渐发生变化，最后从炉顶逸出炉外炉料在不断下降过程中，由于受到后从炉顶逸出炉外炉料在不断下降过程中，由于受到高温还原煤气的加热和化学作用，其物理形态和化学成高温还原煤气的加热和化学作用，其物理形态和化学成分逐渐发生变化，最后在炉缸里形成液态渣铁，从渣铁分逐渐发生变化，最后在炉缸里形成液态渣铁，从渣铁口排出炉外口排出炉外 二、高炉冶炼工作原理二、高炉冶炼工作原理（一）高炉还原过程（一）高炉还原过程（二）造渣与脱（二）造渣与脱S（三）风口前（三）风口前C的燃烧的燃烧（四）炉料与煤气运动（四）炉料与煤气运动 （一）高炉还原过程（一）高炉还原过程 1.高炉炉内状况高炉炉内状况 （（1）块状带）块状带 矿焦保持装料时的分层状态，与布料形式及粒度有关，矿焦保持装料时的分层状态，与布料形式及粒度有关，约占约占BF(Blast furnace)总体积总体积60%,温度温度200~1100℃℃ 主要反应：水分蒸发；结晶水分解；除主要反应：水分蒸发；结晶水分解；除CaCO3外的其外的其它它MCO3分解；间接还原；碳素沉积反应（分解；间接还原；碳素沉积反应（2CO=C+CO2）） （（2）软熔带）软熔带 矿石层开始熔化与焦碳层交互排列，焦碳层也称矿石层开始熔化与焦碳层交互排列，焦碳层也称“焦焦窗窗”。
软熔带的形状和位置对高炉内的热交换，还原过程软熔带的形状和位置对高炉内的热交换，还原过程和透气性有着极大的影响和透气性有着极大的影响 主要反应：主要反应：Fe的直接还原；的直接还原；Fe的渗碳的渗碳 ；；CaCO3分解；分解；吸收吸收S；贝波反应：；贝波反应：C+CO2=2CO （（3）滴落带）滴落带 主要由焦碳床组成，熔融状态的渣铁穿越焦碳床主要由焦碳床组成，熔融状态的渣铁穿越焦碳床 主要反应：主要反应：Fe、、Mn、、Si、、P、、Cr的直接还原的直接还原4）回旋区）回旋区 C在鼓风作用下一面做回旋运动一面燃烧，是高炉热在鼓风作用下一面做回旋运动一面燃烧，是高炉热量发源地（量发源地（C的不完全燃烧），高炉唯一的氧化区域的不完全燃烧），高炉唯一的氧化区域 主要反应：主要反应：C+O2=CO2 CO2+C=2CO（（5）炉缸区）炉缸区 渣铁分层存在，焦碳浸泡其中渣铁分层存在，焦碳浸泡其中 主要反应：渣铁间脱主要反应：渣铁间脱S，，Si、、Mn等元素还原等元素还原。
2.铁的间接还原与直接还原铁的间接还原与直接还原当温度小于570℃时，按Fe203→Fe304→Fe的顺序还原当温度大于570℃时，按Fe203→Fe304→Fe0→Fe的顺序还原引：基本概念(1)还原反应还原反应的通式为MeO＋X=Me+X0还原反应是还原剂X夺取金属氧化物Me0中的氧，使之变为金属或该金属低价氧化物的反应高炉炼铁常用的还原剂主要有C0、H2和固体碳2)铁氧化物的还原顺序氧化物的分解顺序是由高级向低级逐渐转化的，还原顺序与分解顺序相同，遵循逐级还原的原则，从高级氧化物逐级还原到低级氧化物，最后获得单质因此，铁氧化物的还原顺序为： 2.铁的间接还原与直接还原铁的间接还原与直接还原（（1）间接还原：用）间接还原：用CO、、H2为还原剂还原铁的氧化物为还原剂还原铁的氧化物l矿石从炉顶入炉后，在温度未超过矿石从炉顶入炉后，在温度未超过900～～1000℃℃时，铁氧化物中时，铁氧化物中的氧是被煤气中的的氧是被煤气中的CO和和H2夺取而产生夺取而产生C02和和H20的这种还原的这种还原不直接用焦炭中碳素作还原剂，所以叫间接还原不直接用焦炭中碳素作还原剂，所以叫间接还原l当温度大于当温度大于570℃℃时，用时，用C0作还原剂。
作还原剂l当温度大于当温度大于570℃℃时，用时，用H2作还原剂作还原剂l用用C0作还原剂的还原反应主要在高炉内小于作还原剂的还原反应主要在高炉内小于800℃℃的区域进行；的区域进行；用用H2作还原剂的还原反应主要在高炉内作还原剂的还原反应主要在高炉内800～～1100℃℃的区域进行的区域进行 2.铁的间接还原与直接还原铁的间接还原与直接还原（（2）直接还原：）直接还原： 特点：强吸热反应，反应不可逆特点：强吸热反应，反应不可逆 用用固固体体碳碳还还原原铁铁氧氧化化物物，，生生成成C0的的还还原原反反应应叫叫铁铁的的直直接接还还原原由由于于矿矿石石在在炉炉内内下下降降过过程程中中，，先先进进行行间间接接还还原原，，残残留留的的铁铁氧氧化化物物主主要要以以FeO形形式式存存在在，，因因此此在在高高炉炉内内具具有有实实际际意意义义的的只只有有FeO+C=Fe+C0的的反反应应由由于于固固体体碳碳与与铁铁氧氧化化物物进进行行固固相相反反应应，，接接触触面面很很小小，，直直接接进进行行反反应应受受到到很很大大限限制制，，所所以以通通常常认认为为直直接接还还原要通过气相进行反应，其反应过程如下：原要通过气相进行反应，其反应过程如下： 在在上上述述反反应应中中，，虽虽然然Fe0仍仍是是与与C0反反应应，，但但气气体体产产物物C02在在高高炉炉下下部部高高温温区区几几乎乎100％％和和碳碳发发生生气气化化反反应应，，最最终终结结果果是是直直接接消消耗耗了了碳碳素素。
CO只只是是从从中中起起到到了了一一个个传传递递氧氧的的作作用用正正因因为为碳碳的的气气化化反反应应的的存存在在和和发发展展，，使使高高炉炉内内出出现现了了间间接接还还原原和和直直接接还还原原两种方式两种方式 如如左左图图所所示示，，直直接接还还原原一一般般在在大大于于1100℃℃的的区区域域进进行行，，800～～1100℃℃区区域域为为直直接接还还原原与与间间接接还还原原同同时时 存存 在在 区区 ，， 低低 于于800℃℃的的区区域域是是间间接接还原区直接还原和间接还原区域分布Ⅰ—低于800℃区域；Ⅱ—800℃-1100℃区域；Ⅲ—高于1100℃区域直接还原和间接还原区域分布Ⅰ—低于800℃区域；Ⅱ—800℃-1100℃区域；Ⅲ—高于1100℃区域 2.铁的间接还原与直接还原铁的间接还原与直接还原（（3））直接还原与间接还原的比较直接还原与间接还原的比较 lA.铁的直接还原度巴甫洛夫假定，铁矿石在高炉内全部以间接还原的形式还原至Fe0，从Fe0开始以直接还原的形式还原的铁量与还原出来的总铁量之比，称为铁的直接还原度，记作γdlB.直接还原与直接还原的比较间接还原以气体为还原剂，是一个可逆反应，还原剂不能全部利用，需要有一定过量的还原剂。
直接还原与间接还原相反，由于反应生成物CO随煤气离开反应面，而高炉内存在大量焦炭，所以可以认为直接还原反应是不可逆反应，1mol碳就可以夺取铁氧化物中1mol的氧原子，不需过量的还原剂因此，从还原剂需要量角度看，直接还原比间接还原更能有利于降低焦比间接还原大部分是放热反应，而直接还原是大量吸热的反应由于高炉内热量收入主要来源于碳素燃烧，所以从热量的需要角度看，间接还原比直接还原更能有利于降低焦比 焦比焦比(K)和燃料比和燃料比(Kf)K=Q/P 式中K—— 生产一吨生铁消耗的焦炭量；Q——高炉一昼夜消耗的干焦量;P——高炉一昼夜生产的合格生铁；Kf=Qf/P 式中 Kf——冶炼一吨生铁消耗的焦炭和喷吹燃料的数量之和；Qf——高炉一昼夜消耗的干焦量和喷吹燃料之和l如果只计算某种喷吹燃料的消耗，则分别表示煤比(M——每吨生铁消耗的煤粉量)、油比(Y——每吨生铁消耗的重油量)等l焦比和燃料比是衡量高炉物资消耗，特别是能耗的重要指标，它对生铁成本的影响最大，因此降低焦比和燃料比始终是高炉操作者努力的方向目前我国喷吹高炉的焦比一般低于450kg／t，燃料比小于550kg／t 先进高炉焦比已小于400kg／t，燃料比约450kg／t。
将燃料也折合成焦炭计算出的总焦炭量为综合焦比 2.铁的间接还原与直接还原铁的间接还原与直接还原（（3））直接还原与间接还原的比较直接还原与间接还原的比较 l通过上述两方面的比较可以看到：高炉内全部直接还通过上述两方面的比较可以看到：高炉内全部直接还原原(γd=1)行程和全部间接还原行程和全部间接还原(γd=0)行程都不是高炉行程都不是高炉的理想行程只有直接还原与间接还原在适宜的比例的理想行程只有直接还原与间接还原在适宜的比例范围内，维持适宜的范围内，维持适宜的γd，才能降低焦比，取得最佳效，才能降低焦比，取得最佳效果 这一适宜的这一适宜的γd为为0．．2～～0．．3，而高炉实际操作，而高炉实际操作中的，中的，γd常在常在0．．4～～0．．5之间，有的甚至更高，均大之间，有的甚至更高，均大于适宜的于适宜的γd所以，高炉炼铁工作者的奋斗目标，仍所以，高炉炼铁工作者的奋斗目标，仍然是降低然是降低γd，这是降低焦比的重要内容这是降低焦比的重要内容发展间接还原，降低发展间接还原，降低γd，降低焦比的基本途径是：，降低焦比的基本途径是：l改善矿石的还原性，控制高炉煤气的合理分布，采用改善矿石的还原性，控制高炉煤气的合理分布，采用氧煤强化冶炼新工艺。
降低单位生铁的热量消耗的措氧煤强化冶炼新工艺降低单位生铁的热量消耗的措施有：施有：l提高风温，提高矿石品位，使用自熔性或熔剂性烧结提高风温，提高矿石品位，使用自熔性或熔剂性烧结矿，减小外部热损失，降低焦炭灰分等矿，减小外部热损失，降低焦炭灰分等 铁矿石的还原示意图铁矿石的还原示意图 3.非铁元素的还原非铁元素的还原（（1））Mn的还原：的还原：锰是高炉冶炼经常遇到的金属，是贵重金属元素锰是高炉冶炼经常遇到的金属，是贵重金属元素高炉内的锰由锰矿带入，有的铁矿石中也含有少量的锰高炉内的锰由锰矿带入，有的铁矿石中也含有少量的锰 MnO2→（（550℃℃间接还原）间接还原）→Mn2O3→（（1100 ℃℃间接还原）间接还原）→Mn3O4→（（1000 ℃℃间接还原）间接还原） →MnO→（（1200 ℃℃直接还原）直接还原）→Mn 其中从其中从Mn02到到Mn0可通过间接还原进行还原反应，而可通过间接还原进行还原反应，而Mn0是相当稳定的化是相当稳定的化合物，分解压力比合物，分解压力比Fe0小得多所以，在高炉内小得多所以，在高炉内Mn不可能由间接还原不可能由间接还原获得，只能靠直接还原取得。
获得，只能靠直接还原取得Mn0开始直接还原的温度约在开始直接还原的温度约在1100--1200℃℃之间，此时之间，此时Mn0已与脉石组成硅酸盐初渣，故已与脉石组成硅酸盐初渣，故Mn是在液态初渣是在液态初渣中由中由Mn0以直接还原形式还原而得：以直接还原形式还原而得：还原出来的锰可溶于生铁或生成还原出来的锰可溶于生铁或生成Mn3C溶于生铁冶炼普通生铁时，有溶于生铁冶炼普通生铁时，有40％～％～60％的锰进入生铁，％的锰进入生铁，5％～％～l0％的锰挥发进入煤气，其余进入炉渣％的锰挥发进入煤气，其余进入炉渣 （（2））Si的还原的还原生铁中的硅主要来源于矿石和焦炭灰分中的生铁中的硅主要来源于矿石和焦炭灰分中的Si02，，Si02是稳定的化合物，它是稳定的化合物，它的生成热大，分解压小，比的生成热大，分解压小，比Fe、、Mn难还原硅的还原只能在高炉下部高难还原硅的还原只能在高炉下部高温区温区(1300℃℃以上以上)以直接还原的形式进行：以直接还原的形式进行：l由于由于Si02在还原时要吸收大量热量，所以硅在高炉内只有少量被在还原时要吸收大量热量，所以硅在高炉内只有少量被还原。
还原出来的硅可溶于生铁或生成还原还原出来的硅可溶于生铁或生成FeSi再溶于生铁较高的再溶于生铁较高的炉温和较低的炉渣碱度有利于硅的还原，以便获得含硅较高的铸炉温和较低的炉渣碱度有利于硅的还原，以便获得含硅较高的铸造生铁l由于硅的还原与炉温密切相关，所以铁水中的含硅量可作为衡量由于硅的还原与炉温密切相关，所以铁水中的含硅量可作为衡量炉温水平的标志炉温水平的标志①① 生铁中生铁中[Si]的要求：制钢铁的要求：制钢铁[Si]≤0.6；铸造铁；铸造铁1.25≤[Si]≤4.25②② Si 还原的特点：大量吸热；全部直接还原还原的特点：大量吸热；全部直接还原③③ Si 还原的途径：还原的途径： 气化还原：气化还原： SiO2+C=SiO+CO SiO+C=Si+CO 渣铁反应渣铁反应：： SiO2+2C=Si+2CO （（3）磷的还原）磷的还原l炉料中的磷以磷酸钙炉料中的磷以磷酸钙[(CaO)3·P205]的形态存在，有时也的形态存在，有时也以磷酸铁以磷酸铁[(FeO)3·P205·8H20]的形态存在磷酸铁又称的形态存在磷酸铁又称蓝铁矿，蓝铁矿的结晶水分解后，形成多微孔的结构较蓝铁矿，蓝铁矿的结晶水分解后，形成多微孔的结构较易还原，反应式为：易还原，反应式为：l磷酸钙是很稳定的化合物，它在高炉内首先进入炉渣。
磷酸钙是很稳定的化合物，它在高炉内首先进入炉渣在在1100～～1300℃℃时用碳作还原剂还原磷，其还原率能达时用碳作还原剂还原磷，其还原率能达60％；当有％；当有Si02存在时，可以加速磷的还原：存在时，可以加速磷的还原：l磷虽难还原，反应吸热量大，但在高炉冶炼条件下，全磷虽难还原，反应吸热量大，但在高炉冶炼条件下，全部被还原以部被还原以Fe2P形态溶于生铁因此，降低生铁中的含形态溶于生铁因此，降低生铁中的含磷量的唯一途径是控制炉料中的含磷量磷量的唯一途径是控制炉料中的含磷量 （（4）铅、锌、砷的还原）铅、锌、砷的还原l我国的一些铁矿石含有铅、锌、砷等元素，这我国的一些铁矿石含有铅、锌、砷等元素，这些元素在高炉冶炼条件下易被还原些元素在高炉冶炼条件下易被还原l还原出来的铅，不溶于铁，而且因密度大于铁还原出来的铅，不溶于铁，而且因密度大于铁易沉积于炉底，渗入砖缝，破坏炉底；部分铅易沉积于炉底，渗入砖缝，破坏炉底；部分铅在高炉内易挥发上升，遇到在高炉内易挥发上升，遇到C02和和H20将被氧将被氧化，随炉料一起下降时又被还原，在炉内循环化，随炉料一起下降时又被还原，在炉内循环l还原出来的锌，在炉内挥发、氧化、体积增大还原出来的锌，在炉内挥发、氧化、体积增大使炉墙破坏，或凝附于炉墙形成炉瘤。
使炉墙破坏，或凝附于炉墙形成炉瘤l还原出来的砷，与铁化合影响钢铁性能，使钢还原出来的砷，与铁化合影响钢铁性能，使钢冷脆，焊接性能大大降低冷脆，焊接性能大大降低 （二）造渣与脱（二）造渣与脱S 高炉生产过程中，铁矿石中的铁氧化物还原出金属铁；铁矿石中的脉石和焦炭高炉生产过程中，铁矿石中的铁氧化物还原出金属铁；铁矿石中的脉石和焦炭(燃燃料料)中的灰分等与熔剂相互作用生成低熔点的化合物，形成非金属的液相，即中的灰分等与熔剂相互作用生成低熔点的化合物，形成非金属的液相，即为炉渣 1.造渣的概念造渣的概念 根据脉石、焦碳灰份组成及数量，选择适当的熔剂，形成具有一定性能的根据脉石、焦碳灰份组成及数量，选择适当的熔剂，形成具有一定性能的炉渣2．高炉渣的作用．高炉渣的作用炉渣对生铁的产量和质量有极其重要的影响炉渣的具体作用如下：炉渣对生铁的产量和质量有极其重要的影响炉渣的具体作用如下：l1)炉渣与生铁互不溶解，且密度不同，因而使渣铁得以分离，得到纯净的生铁；炉渣与生铁互不溶解，且密度不同，因而使渣铁得以分离，得到纯净的生铁；l2)渣铁之间进行合金元素的还原及脱硫反应，炉渣起调整成分的作用；渣铁之间进行合金元素的还原及脱硫反应，炉渣起调整成分的作用；l3)炉渣对高炉炉况顺行、炉缸热制度以及炉龄等方面也有很大影响。
炉渣对高炉炉况顺行、炉缸热制度以及炉龄等方面也有很大影响炉渣的上述作用是由炉渣的物理性能决定的，炉渣的上述作用是由炉渣的物理性能决定的， 其物理性能包括：炉渣的黏度，炉其物理性能包括：炉渣的黏度，炉渣的熔化性和稳定性等，它们由炉渣的化学成分决定渣的熔化性和稳定性等，它们由炉渣的化学成分决定 加入高炉内的炉料，与煤气接触，将发生如下变化：加入高炉内的炉料，与煤气接触，将发生如下变化：l1)焦炭在风口以上保持固态，直到风口处才完全燃烧，焦炭在风口以上保持固态，直到风口处才完全燃烧，灰分进入炉渣焦炭是料柱的骨架，对炉内透气性影灰分进入炉渣焦炭是料柱的骨架，对炉内透气性影响很大l2)石灰石在下降过程中，受热后逐渐分解，到石灰石在下降过程中，受热后逐渐分解，到1000℃℃以上的区域分解完毕分解生成的以上的区域分解完毕分解生成的Ca0由于与矿石中由于与矿石中脉石接触不良，故初渣中脉石接触不良，故初渣中Ca0很少，只有在滴落带，很少，只有在滴落带，大量初渣流过其表面时，才被溶解，参与造渣大量初渣流过其表面时，才被溶解，参与造渣l3)矿石在下降过程中，经历了块状带、软熔带、滴落矿石在下降过程中，经历了块状带、软熔带、滴落带、风口带、渣铁带。
矿石的软化是由于在块状带固带、风口带、渣铁带矿石的软化是由于在块状带固相反应生成了低熔点的化合物，此时半熔融的含有很相反应生成了低熔点的化合物，此时半熔融的含有很多已还原的铁的多已还原的铁的“冰柱冰柱”沿焦炭缝隙流下，炉渣从冰沿焦炭缝隙流下，炉渣从冰柱中分离出来，为柱中分离出来，为初渣初渣分离出来的初渣是自然碱度分离出来的初渣是自然碱度随后渣中随后渣中(FeO)不断还原进入铁中，至滴落带，炉渣以不断还原进入铁中，至滴落带，炉渣以滴状下落，渣中滴状下落，渣中Fe0已降到已降到2％～％～3％，当温度达％，当温度达1400℃℃以上时，金属铁由于渗碳而熔点降低，也以滴以上时，金属铁由于渗碳而熔点降低，也以滴状下落 2.造渣过程造渣过程 l滴落的初渣成分不断变化，初渣开始是自滴落的初渣成分不断变化，初渣开始是自然碱度，以后随着然碱度，以后随着SiO2的还原，石灰石渣的还原，石灰石渣化并加入焦炭灰分，经过碱度波动之后形化并加入焦炭灰分，经过碱度波动之后形成成终渣终渣主要成分（主要成分（SiO2））+（（Al2O3））+（（CaO））+（（MgO）＞）＞95%，（，（FeO）＜）＜1%l成渣过程中，软熔带对炉内料柱透气性影成渣过程中，软熔带对炉内料柱透气性影响很大，习惯上把这一带叫响很大，习惯上把这一带叫成渣带成渣带，成渣，成渣带的厚薄、位置的高低和波动对高炉冶炼带的厚薄、位置的高低和波动对高炉冶炼有很重要的影响。
有很重要的影响 2.造渣过程造渣过程 l硫是影响钢铁质量的重要因素，高炉中的硫来自矿石、焦硫是影响钢铁质量的重要因素，高炉中的硫来自矿石、焦炭和喷吹燃料，使用天然矿石冶炼时，熔剂也会带入少量炭和喷吹燃料，使用天然矿石冶炼时，熔剂也会带入少量的硫炉料中焦炭带入的硫最多，占的硫炉料中焦炭带入的硫最多，占70％～％～80％冶炼每吨生铁由炉料带入的总硫量称每吨生铁由炉料带入的总硫量称硫负荷硫负荷炉料带入高炉内炉料带入高炉内部的硫在冶炼过程中又全部转入炉渣、生铁、煤气中部的硫在冶炼过程中又全部转入炉渣、生铁、煤气中l渣中含硫量与铁中含硫量之比称为硫的渣中含硫量与铁中含硫量之比称为硫的分配系数分配系数由此可以看出，欲得到低硫生铁应采取如下措施：由此可以看出，欲得到低硫生铁应采取如下措施：l降低硫负荷；增大硫的挥发量：加大渣量；增大硫的分配降低硫负荷；增大硫的挥发量：加大渣量；增大硫的分配系数l由于实际生产中，一定的原料条件由于实际生产中，一定的原料条件“每公斤铁由炉料带入每公斤铁由炉料带入的总硫量的总硫量”变化不大，且不提倡大渣量操作，而气化去硫变化不大，且不提倡大渣量操作，而气化去硫也仅占很少一部分。
所以欲得到低也仅占很少一部分所以欲得到低[S]生铁，生铁，只有提高炉只有提高炉渣的去硫能力渣的去硫能力3.脱脱S 3.脱脱S （（1）炉渣脱）炉渣脱S基本反应：基本反应： FeS+CaO=CaS+FeO (FeO)+C=[Fe]+{CO}-Q总的脱硫反应可写成：总的脱硫反应可写成： [FeS]+(CaO)+C=(CaS)+[Fe]+{CO}-Q从上述脱硫反应式可以看到，要提高炉渣的脱硫能力必须从上述脱硫反应式可以看到，要提高炉渣的脱硫能力必须具备以下条件：具备以下条件：l1)适当高的炉渣碱度碱度高则适当高的炉渣碱度碱度高则Ca0多，对脱硫有利多，对脱硫有利l2)要有足够的炉温脱硫反应是吸热反应，温度高，则要有足够的炉温脱硫反应是吸热反应，温度高，则有利于反应的进行有利于反应的进行l3)黏度小可使生成物黏度小可使生成物CaS很快脱离反应的接触面，降很快脱离反应的接触面，降低低(CaS)的浓度，促进反应的进行的浓度，促进反应的进行l4）还原气氛）还原气氛 3.脱脱S （（2）炉外脱硫）炉外脱硫l当炉料中含硫较高时，若操作不当，难免有时生铁含硫当炉料中含硫较高时，若操作不当，难免有时生铁含硫超过规定标准，此时，可采用炉外脱硫的办法，以保证超过规定标准，此时，可采用炉外脱硫的办法，以保证生铁的质量。
目前高炉常用的炉外脱硫剂是苏打粉生铁的质量目前高炉常用的炉外脱硫剂是苏打粉(Na2CO3)出铁时，用占铁水质量出铁时，用占铁水质量l％的苏打粉加入铁％的苏打粉加入铁水罐，脱硫效率可达水罐，脱硫效率可达70％～％～80％或更高反应式为：％或更高反应式为：lNa2CO3+FeS=Na2S+FeO+{CO2}-Ql此外，炉外脱硫剂还有石灰、白云石、电石、复合脱硫此外，炉外脱硫剂还有石灰、白云石、电石、复合脱硫剂等为了满足炼钢对铁水的要求，也可采用铁水预处剂等为了满足炼钢对铁水的要求，也可采用铁水预处理技术l实际生产中，如果选择合理的操作制度，保证充沛的炉实际生产中，如果选择合理的操作制度，保证充沛的炉温，生铁的含硫量是可以控制的因为炉料中的硫大部温，生铁的含硫量是可以控制的因为炉料中的硫大部分是由焦炭带入的，所以降低焦比是控制入炉硫量，保分是由焦炭带入的，所以降低焦比是控制入炉硫量，保证生铁质量的有效措施证生铁质量的有效措施 l（三）风口前（三）风口前C的燃烧的燃烧焦炭是高炉炼铁的主要燃料随着喷吹技术的发焦炭是高炉炼铁的主要燃料随着喷吹技术的发展，煤、重油、天然气等已代替部分焦炭作为高展，煤、重油、天然气等已代替部分焦炭作为高炉燃料使用。
焦炭中的碳除部分参加直接还原炉燃料使用焦炭中的碳除部分参加直接还原进入生铁和少量与进入生铁和少量与H2反应生成反应生成CH4之外，有之外，有70％％以上在风口前燃烧，高炉炉缸内的燃烧反应与一以上在风口前燃烧，高炉炉缸内的燃烧反应与一般的燃烧反应不同，它是在充满焦炭的环境中进般的燃烧反应不同，它是在充满焦炭的环境中进行，即空气量一定而焦炭过剩的条件下进行的行，即空气量一定而焦炭过剩的条件下进行的1、燃烧反应的机理一般认为分两步进行：、燃烧反应的机理一般认为分两步进行：l所以，风口前碳素的燃烧只能是不完全燃所以，风口前碳素的燃烧只能是不完全燃烧，生成烧，生成C0并放出热量并放出热量 （三）风口前（三）风口前C的燃烧的燃烧由于鼓风中总含有一定的水蒸气，灼热的由于鼓风中总含有一定的水蒸气，灼热的C与与H20发生下列反应：发生下列反应：lC+H20=CO+H2 —124390kJl因此，实际生产中的条件下，风口前碳素因此，实际生产中的条件下，风口前碳素燃烧的最终产物由燃烧的最终产物由C0、、H2、、N2组成组成2．燃烧反应的作用．燃烧反应的作用风口前碳素燃烧反应是高炉内最重要的反应风口前碳素燃烧反应是高炉内最重要的反应之一，燃烧反应有以下几方面作用：之一，燃烧反应有以下几方面作用：l1)为高炉冶炼过程提供主要热源；为高炉冶炼过程提供主要热源；l2)为还原反应提供为还原反应提供C0、、H2等还原剂；等还原剂；l3)为炉料下降提供必要的空间。
为炉料下降提供必要的空间 （三）风口前碳的燃烧风口前碳的燃烧l当鼓风以很高的速度(100～200m／s)从风口鼓入高炉时，具备足够的动能吹动风口前端的焦炭块，形成一个比较疏松的球形空间沿着球形空间内部，煤气流夹带着焦炭作回旋运动，并迅速燃烧回旋运动主要发生在风口中心线以上，风口前产生焦炭和煤气流回旋运动的区域称为回旋区在回旋区外围，有一层厚约100～300mm的中间层，此层的焦炭既受高速煤气流的冲击作用，又受阻于外围包裹着的紧密焦炭，因此比较疏松，但又不能和煤气流一起运动l回旋区和中间层组成焦炭在炉缸内进行燃烧反应的区域称为燃烧带 2.燃烧带大小的控制燃烧带大小的控制（（1）影响燃烧带大小的因素：）影响燃烧带大小的因素： ①①C的燃烧速度（一般认为影响不大）的燃烧速度（一般认为影响不大） ②②布料状态（中心堆积，燃烧带小；中心疏松，布料状态（中心堆积，燃烧带小；中心疏松，燃烧带大）燃烧带大） ③③鼓风动能鼓风动能EK的大小的大小 ④④焦炭的性质：焦炭的粒度、气孔度、反应性等焦炭的性质：焦炭的粒度、气孔度、反应性等对燃烧大小也有一定的影响。
对燃烧大小也有一定的影响2）影响）影响EK的因素：的因素： ①①风量风量↑，，EK ↑ ②②风温风温↑，体积膨胀，质量流量，体积膨胀，质量流量↓ ，，EK ↓ 风温风温↑ ，速度，速度↑ ，， EK ↑ 总体总体EK 略有变化略有变化 ③③风压风压↑ ，， EK ↓ ④④风口截面积风口截面积S ↓，， EK ↑（三）风口前碳的燃烧风口前碳的燃烧 在高炉冶炼过程中，各种物理化学反应都是在炉料和煤气相向运动在高炉冶炼过程中，各种物理化学反应都是在炉料和煤气相向运动的条件下进行的这个过程伴随着热量与物质的传递与输送因的条件下进行的这个过程伴随着热量与物质的传递与输送因此，保证炉料在高炉内顺利下降和煤气流的合理分布，是高炉冶此，保证炉料在高炉内顺利下降和煤气流的合理分布，是高炉冶炼顺行，获得高产、优质、低耗的前提炼顺行，获得高产、优质、低耗的前提l1、炉料运动、炉料运动在高炉的冶炼过程中，炉料在炉内的运动是一个固体散料的缓慢移在高炉的冶炼过程中，炉料在炉内的运动是一个固体散料的缓慢移动床，炉料均匀而有节奏地下降是高炉顺行的重要标志。
动床，炉料均匀而有节奏地下降是高炉顺行的重要标志炉料在炉内下降的基本条件是高炉内不断形成促使炉料下降的自由炉料在炉内下降的基本条件是高炉内不断形成促使炉料下降的自由空间形成这一空间的因素有：空间形成这一空间的因素有：焦炭在风口前燃烧生成煤气；焦炭在风口前燃烧生成煤气；炉料中的碳素参加直接还原；炉料中的碳素参加直接还原；炉料在下降过程中重新排列、压紧并熔化成液相，体积缩小；炉料在下降过程中重新排列、压紧并熔化成液相，体积缩小；定时放出渣铁等其中风口前焦炭的燃烧，对炉料的下降影响最大定时放出渣铁等其中风口前焦炭的燃烧，对炉料的下降影响最大除此之外，炉料在炉内能否顺利下降还要受到力学因素的支配除此之外，炉料在炉内能否顺利下降还要受到力学因素的支配四）炉料与煤气运动（四）炉料与煤气运动 （四）炉料与煤气运动（四）炉料与煤气运动 A.炉料下降的条件：炉料下降的条件： （（1）自由空间的形成）自由空间的形成 包括包括C的燃烧；渣铁排放；下料中重新排列；的燃烧；渣铁排放；下料中重新排列；炉料软熔炉料软熔 （（2）炉料下降的力学分析）炉料下降的力学分析 P=P料料-P摩摩-P浮浮-P气气 =P有效有效-P气气 P＞＞0 顺行；顺行； P≤0 悬料，难行悬料，难行 P料料~品位品位↑，焦碳负荷，焦碳负荷↑，， P料料↑ P摩摩~炉墙与炉料，炉料与炉料炉墙与炉料，炉料与炉料 P浮浮~料柱浸泡在渣铁中产生，勤放渣铁料柱浸泡在渣铁中产生，勤放渣铁 P气气~上升煤气对料柱的支撑力上升煤气对料柱的支撑力 （四）炉料与煤气运动（四）炉料与煤气运动l2、煤气运动l高炉煤气主要产生于炉缸风口前燃料的燃烧。
炉缸煤气是高炉冶炼过程中热能与化学能的来源；所以，煤气在上升过程中经过一系列的传热传质后，从炉顶逸出，其体积、成分、温度和压力均发生了变化lA．煤气的体积与成分的变化l煤气量取决于冶炼强度鼓风成分、焦比等因素炉缸煤气在高炉内上升过程中体积与成分如右图由图可以看出，煤气的体积总量在上升过程中是增加的高炉煤气上升过程中体积、成分的变化 2、煤气运动l1)C0：煤气上升过程中，CO在高炉下部高温区开始增加，这是因为，一方面吸收Fe、Si、Mn、P等元素直接还原生成的C0；另一方面部分碳酸盐在高温区分解生成的C02与C作用生成C0但至中温区，C0开始参加间接还原生成同体积的C02，煤气中的C0含量会相应减小l2)C02：C02在高温区是不稳定的，所以在炉缸、炉腹部位几乎为零，从中温区开始增加，一方面间接还原生成C02，另一方面碳酸盐分解生成C02l3)H2：高温区的H2来源于风中H20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l4)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。
l5)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的CH4，但数量很少，变化不大l纯焦冶炼时，炉顶煤气量为鼓风量的l.35～1.37倍；喷吹燃料时，为1.40～1.45倍炉顶煤气成分为：C02 CO N2 H2 CH415％～22％ 20％～25％ 55％～57％ 约2.0％ 约0.3％l炉顶煤气中C02与C0的总含量基本稳定在38％～42％之间 （四）炉料与煤气运动（四）炉料与煤气运动 （四）炉料与煤气运动（四）炉料与煤气运动l3、煤气温度的变化l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，这便是炉内热交换现象一般讨论高炉内热交换时，将高炉分为三个区域(如右图所示)： 理想高炉的竖向温度分布图1─煤气；2─炉料 （四）炉料与煤气运动3、煤气温度的变化、煤气温度的变化l1)在高炉上部区域，炉顶温度即煤气离开高炉时的温度是评价高炉热交换的重要指标降低炉顶温度的措施有：煤气在炉内分布合理，煤气与炉料充分接触；提高风温、降低焦比；富氧鼓风等方面。
此外，炉顶温度的高低还与炉料的性质有关l2)在高炉下部区域，炉缸所具有的温度水平是反映炉缸热制度的重要参数提高炉缸温度的措施有：提高风温，富氧鼓风等方面l3)在高炉上部和下部热交换区之间存在一个热交换达到平衡的空区，此区的特点是炉料与煤气的温差很小，该区煤气的温度对大量使用石灰石的高炉约为900℃，对大量使用烧结矿的高炉约为1000℃ （四）炉料与煤气运动4、煤气压力的变化、煤气压力的变化l煤气在炉内上升过程中，由于克服料柱的阻力产生很大的压头损失(△p)可表示为△p =P炉缸-P炉喉煤气在上升过程中，在高炉下部压力变化比较大而在高炉上部比较小随着风量加大(冶炼强度提高)，高炉下部压差变化更大，说明此时高炉下部料柱阻力增长值提高当压头损失△p增加到一定程度时，将妨碍高炉顺行，由此可见，改善高炉下部料柱的透气性是进一步提高冶炼强度，促进高炉顺行的重要措施 （四）炉料与煤气运动4、煤气压力的变化：影响、煤气压力的变化：影响△△p的因素的因素在高炉冶炼过程中，影响△p的因素很多，归纳起来主要可分为煤气流和原料两个方面lA．煤气流l(1)煤气流速的影响随着煤气流速的增加，△p 迅速增加因此，降低煤气流速能明显降低△p。
煤气流速同煤气量或同鼓风量成正比所以提高风量，煤气量增加，△p增加，不利于高炉顺行l(2)煤气温度和压力的影响煤气的体积受温度影响很大，所以炉内温度升高，煤气体积膨胀，煤气流速增加，△p增大；当炉内煤气压力升高，煤气体积缩小，煤气流速降低，△p减少，有利于炉况顺行l(3)煤气的密度和黏度的影响降低煤气的密度和黏度能降低△p高炉喷吹燃料后，由于煤气中H2含量增加，煤气的密度和黏度都相应减少，因而有利于炉况顺行 （四）炉料与煤气运动4、煤气压力的变化：影响、煤气压力的变化：影响△△p的因素的因素B．原料l(1)粒度的影响 从降低△p以有利于高炉顺行的角度看，增加原料的粒度是有利的，但是对矿石的还原反应不利所以在保证高炉顺行的前提下，应尽量减小入炉原料的粒度l(2)孔隙度的影响 入炉原料的孔隙度大，透气性好，△p将降低有利于炉况的顺行对同一粒度，孔隙度随粒度大小变化不大但粒度大小相差悬殊，小颗粒的炉料填充在大颗粒炉料之间的缝隙中，孔隙度会大大下降，△p将增加，不利于炉况顺行所以要大力改善原料的粒度组成，如加强原料的整粒工作，筛除粉末，分级入炉C．其他方面l高炉炼铁的操作制度对△p也有很大影响。
对装料制度来讲，一切疏松边缘的装料制度，均能促进△p的下降，有利于顺行；对造渣制度来讲，渣量少，成渣带薄，初渣黏度小都会使△p下降，有利于顺行 三. 高炉炉衬破坏机理碱金属和其他有害元素的破坏作用炉料和煤气流的摩擦冲刷及煤气碳素沉积的破坏作用高温和热震破损高温渣铁的渗透与侵蚀炉衬破坏机理归纳为如下几方面 高炉内任何部位的破坏，都是多种破坏机理的高炉内任何部位的破坏，都是多种破坏机理的交替综合作用的结果高炉寿命是炉型设计、炉衬交替综合作用的结果高炉寿命是炉型设计、炉衬结构及材质、高炉冷却设备与工艺制度、冶炼条件结构及材质、高炉冷却设备与工艺制度、冶炼条件等因素的综合作用的结果等因素的综合作用的结果 高炉用耐火材料有陶瓷质材料和碳质材料高炉用耐火材料有陶瓷质材料和碳质材料陶瓷质材料有粘土砖、高铝砖、刚玉砖、不定型陶瓷质材料有粘土砖、高铝砖、刚玉砖、不定型耐火材料碳质材料有碳砖、石墨砖、石墨炭化耐火材料碳质材料有碳砖、石墨砖、石墨炭化硅砖、氮结合炭化硅砖和粘土结合炭化硅砖硅砖、氮结合炭化硅砖和粘土结合炭化硅砖四四. . 高炉用耐火材高炉用耐火材料料 1. 粘土砖和高铝砖粘土砖和高铝砖 其具有较好的机械强度，耐磨性和抗渣性均好，成本其具有较好的机械强度，耐磨性和抗渣性均好，成本较低，普遍用于高炉的各个部位。
较低，普遍用于高炉的各个部位1） （2）（3）（4）化学成分中氧化铝含量高而氧化铁含量低耐火度和荷重软化要求高重烧收缩率要小气孔率要低 2. 碳质耐火材料碳质耐火材料 随着冶炼强度提高，炉衬热负荷加重，以快速导热随着冶炼强度提高，炉衬热负荷加重，以快速导热的碳质耐火材料显示独特性能，尤其炉底部位几乎普遍采的碳质耐火材料显示独特性能，尤其炉底部位几乎普遍采用碳质耐火材料用碳质耐火材料耐火度高,3500℃升华在冶炼工艺过程中不软化也不熔化具有很好的抗渣性,无论对酸性与碱性炉渣都有良好的抗蚀性具有高导热性与抗热冲击性,有利于延长炉衬的寿命热膨胀系数小，热稳定性高但对氧化性气体的抵抗能力差，易氧化 (2) (3) (1) (5) (4) 3. 不定型耐火材料不定型耐火材料 主要有捣打料、喷补料、浇注料、泥浆和填主要有捣打料、喷补料、浇注料、泥浆和填料主要特点是成型工艺简单、能耗低、抗热震料主要特点是成型工艺简单、能耗低、抗热震性好、耐剥落等优点性好、耐剥落等优点 五五. 高炉冷却高炉冷却 高炉冷却的目的是维持炉衬在一定温度下工高炉冷却的目的是维持炉衬在一定温度下工作，使其不失去强度，保持炉型；形成渣皮，保作，使其不失去强度，保持炉型；形成渣皮，保护和替代炉衬工作；保护炉壳与各种钢结构，使护和替代炉衬工作；保护炉壳与各种钢结构，使其不因受热而变形或破坏。
其不因受热而变形或破坏 常用的冷却方式为水冷，风冷和汽化冷却常用的冷却方式为水冷，风冷和汽化冷却 第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉一、综述一、综述 钢与生铁的比较钢与生铁的比较铁合金合金生生铁钢成分成分含碳量含碳量2%～～4.3%0.03%～～2%其它元素其它元素硅、硅、锰、硫、磷（少量）、硫、磷（少量）硅、硅、锰（少量）（少量）机械性能机械性能硬而脆无硬而脆无韧性性坚硬硬韧性大，塑性好性大，塑性好可可铸、不可、不可锻可可铸、可、可锻、可、可压延延 炼钢过程炼钢过程脱碳脱碳脱硫脱硫脱硅脱硅炼钢过程炼钢过程 脱磷脱磷 合金化合金化铁水铁水钢钢第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉2005年我国粗钢产量已达到3.49亿吨，其中氧气转炉炼钢法所炼钢约占75％2011年我国产粗钢68327万吨，比上年增加5584万吨，增长8.9%，生产生铁和钢材分别为62969万吨和88131万吨，同比分别增长8.4%和12.3%另据海关统计，2011年我国累计进口钢材1558万吨，同比下降5.2%；出口钢材4888万吨，增长15.1%；净出口粗钢3479万吨，增长28%。
装料装料（补炉）（补炉）供供氧氧造造渣渣温度温度控制控制脱氧脱氧合金化合金化装入装入制度制度供氧供氧制度制度造渣造渣制度制度温度温度制度制度脱氧脱氧合金化合金化制度制度炼钢过程炼钢过程 炼钢原料分为炼钢原料分为金属料，非金属料和气体金属料，非金属料和气体 ＊＊金属料金属料：铁水、废钢、合金钢：铁水、废钢、合金钢 ＊＊非金属料非金属料：造渣剂（石灰、萤石、铁矿石）、：造渣剂（石灰、萤石、铁矿石）、冷却剂（废钢、铁矿石、氧化铁、烧结矿、球团矿）冷却剂（废钢、铁矿石、氧化铁、烧结矿、球团矿）、增碳剂和燃料（焦炭、石墨籽、煤块、重油）、增碳剂和燃料（焦炭、石墨籽、煤块、重油） ＊＊氧化剂氧化剂：氧气、铁矿石、氧化铁皮：氧气、铁矿石、氧化铁皮 ◆按按炉衬耐火材料炉衬耐火材料性质性质——碱性转炉碱性转炉和和酸性转炉酸性转炉; ; ◆按按供入氧化性气体供入氧化性气体种类种类——空气空气和和氧气转炉氧气转炉; ; ◆按按供气部位供气部位——顶吹顶吹、、底吹底吹、、侧吹侧吹及及复合吹复合吹转炉转炉; ; ◆按按热量来源热量来源——自供热自供热和和外加热燃料外加热燃料转炉。
转炉 第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉二、二、氧气顶吹转炉氧气顶吹转炉 氧气顶吹转炉炼钢设备如图所示按照配料要求，氧气顶吹转炉炼钢设备如图所示按照配料要求，先把废钢等装入炉内，然后倒入铁水，并加入适量的先把废钢等装入炉内，然后倒入铁水，并加入适量的造渣材料（如生石灰等）加料后，把氧气喷枪从炉造渣材料（如生石灰等）加料后，把氧气喷枪从炉顶插入炉内，吹入氧气（纯度大于顶插入炉内，吹入氧气（纯度大于99％的高压氧气流）％的高压氧气流），使它直接跟高温的铁水发生氧化反应，除去杂质使它直接跟高温的铁水发生氧化反应，除去杂质第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 用纯氧代替空气可以克服由于空气里的氮气的用纯氧代替空气可以克服由于空气里的氮气的影响而使钢质变脆，以及氮气排出时带走热量的缺影响而使钢质变脆，以及氮气排出时带走热量的缺点在除去大部分硫、磷后，当钢水的成分和温度点在除去大部分硫、磷后，当钢水的成分和温度都达到要求时，即停止吹炼，提升喷枪，准备出钢都达到要求时，即停止吹炼，提升喷枪，准备出钢出钢时使炉体倾斜，钢水从出钢口注入钢水包里，出钢时使炉体倾斜，钢水从出钢口注入钢水包里，同时加入脱氧剂进行脱氧和调节成分。
钢水合格后，同时加入脱氧剂进行脱氧和调节成分钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧制成各种可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧制成各种钢材第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 （一）结构（一）结构 转炉由转炉由炉帽、炉身炉帽、炉身和和炉底炉底三部分组成炉帽系三部分组成炉帽系一上小下大的截圆锥体；一上小下大的截圆锥体；炉帽以下、熔池面以上的炉帽以下、熔池面以上的圆筒为炉身部分；熔池面圆筒为炉身部分；熔池面以下为炉底部分以下为炉底部分转炉结构图 1. 炉型结构主要确定的参数 熔池尺寸的确定（熔池直径与深度）熔池尺寸的确定（熔池直径与深度）1炉身、炉帽、出钢口尺寸确定炉身、炉帽、出钢口尺寸确定2炉容比确定炉容比确定3 2 2、氧、氧 枪枪 氧枪是转炉供氧的主要设备，它是由喷头、枪身氧枪是转炉供氧的主要设备，它是由喷头、枪身和尾部结构组成和尾部结构组成 喷头的形状有拉瓦尔型、直筒型和螺旋型等目喷头的形状有拉瓦尔型、直筒型和螺旋型等目前应用最多的是多孔的拉瓦尔型喷头拉瓦尔型喷头前应用最多的是多孔的拉瓦尔型喷头。
拉瓦尔型喷头是收缩是收缩- -扩张收缩型喷孔，当出口氧压与进口氧压之扩张收缩型喷孔，当出口氧压与进口氧压之比比<0.528<0.528时形成超音速射流时形成超音速射流 拉瓦尔型喷孔示意图 通常炉衬由通常炉衬由永久层、填充层和工作层永久层、填充层和工作层组成 永久层紧贴和保护炉壳，常用煤砖砌筑永久层紧贴和保护炉壳，常用煤砖砌筑; 填充层介于永久层与工作层之间，主要功能是填充层介于永久层与工作层之间，主要功能是减轻炉衬受热膨胀时对炉壳产生挤压减轻炉衬受热膨胀时对炉壳产生挤压; 工作层系指与金属、熔渣和炉气接触的内层炉工作层系指与金属、熔渣和炉气接触的内层炉衬，该层多用镁碳砖和焦油白云石砖综合砌筑衬，该层多用镁碳砖和焦油白云石砖综合砌筑3. 炉衬的组成第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 它是提高炉龄的基础它是提高炉龄的基础常用的工作层衬砖有：沥常用的工作层衬砖有：沥青结合镁砖，含碳量青结合镁砖，含碳量5~6%；烧成浸渍镁砖，焦油或；烧成浸渍镁砖，焦油或沥青结合的白云石砖，含碳量沥青结合的白云石砖，含碳量2%；沥青或树脂结合；沥青或树脂结合白云石碳砖，含碳量白云石碳砖，含碳量7~15%；沥青或树脂结合镁碳砖，；沥青或树脂结合镁碳砖，含碳量含碳量10~25%。
由于镁碳砖成本高，一般只用于耳由于镁碳砖成本高，一般只用于耳轴区或渣线易损部位轴区或渣线易损部位4. 炉衬材质的合理选择 4. 砖型选择原则11尽可能选用大砖，提高筑炉速度，减少砖缝，减轻劳动强度；2 2 力争筑炉过程中不打或少打砖，以提高砖的利用率和保证砖的质量；3 33在出钢口和炉底选用异型砖；4 4 4尽量减少砖型种类11尽可能选用大砖，提高筑炉速度，减少砖缝，减轻劳动强度；42 转炉炉体的金属构件由炉壳、炉体支承装置和转炉炉体的金属构件由炉壳、炉体支承装置和倾动机构组成炉壳通常由炉帽、炉身和炉底三部倾动机构组成炉壳通常由炉帽、炉身和炉底三部分组成由于炉帽，特别是炉口部位受高温作用易分组成由于炉帽，特别是炉口部位受高温作用易变形，目前采用水冷炉口变形，目前采用水冷炉口5. 转炉炉体的金属构件第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 支承装置承载炉体全部重量，主要部件有支承装置承载炉体全部重量，主要部件有托托圈圈炉体与托圈的连接装置为耳轴及其轴承，炉炉体与托圈的连接装置为耳轴及其轴承，炉体及其托圈的全部载荷通过耳轴，经轴承座传给体及其托圈的全部载荷通过耳轴，经轴承座传给地基；而倾动机构的力矩又通过耳轴传给炉体与地基；而倾动机构的力矩又通过耳轴传给炉体与托圈，因此要求具有足够的强度和刚度，一般选托圈，因此要求具有足够的强度和刚度，一般选用合金钢。
用合金钢 倾动机构倾动机构：转炉在冶炼过程中前后倾转，倾：转炉在冶炼过程中前后倾转，倾动角度为动角度为±360°，倾动速度可以调节，一般为，倾动速度可以调节，一般为0.15~1.5r/min第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 (二）工作原理二）工作原理 1、吹炼过程、吹炼过程＊＊开吹时氧枪枪位采用高枪位，目前是为了早化渣，开吹时氧枪枪位采用高枪位，目前是为了早化渣，多去磷，保护炉衬；多去磷，保护炉衬；＊＊在吹炼过程中适当降低枪位的保证炉渣不在吹炼过程中适当降低枪位的保证炉渣不““返干返干””，不喷溅，快速脱碳与脱硫，熔池均匀升温；，不喷溅，快速脱碳与脱硫，熔池均匀升温；＊＊在吹炼末期要降枪，主要目的是加强熔池搅拌，稳在吹炼末期要降枪，主要目的是加强熔池搅拌，稳定火焰，降低渣中定火焰，降低渣中FeFe含量，减少铁损含量，减少铁损第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 （（1 1）硅的氧化规律）硅的氧化规律 在吹炼初期，铁水中的在吹炼初期，铁水中的SiSi和氧的亲和力大，而且和氧的亲和力大，而且SiSi氧化反应为放热反应，低温下有利于此反应的进行，氧化反应为放热反应，低温下有利于此反应的进行，SiSi在吹炼初期就大量氧化。
在吹炼初期就大量氧化 Si+OSi+O2 2=SiO=SiO2 2 ( (氧气直接氧化氧气直接氧化) ) Si+2O=SiO Si+2O=SiO2 2 ( (熔池内反应熔池内反应) ) Si+2FeO=SiO Si+2FeO=SiO2 2+2Fe +2Fe ( (界面反应界面反应) ) 2FeO+SiO 2FeO+SiO2 2=2FeO.SiO=2FeO.SiO2 2 第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 （（2 2）锰的氧化规律）锰的氧化规律 在吹炼初期，在吹炼初期，MnMn也迅速氧化，其反应式为：也迅速氧化，其反应式为： Mn+O=MnO Mn+O=MnO （熔池内反应）（熔池内反应） Mn+OMn+O2 2=MnO=MnO2 2 （氧气直接氧化反应）（氧气直接氧化反应） Mn+FeO=MnO+Fe Mn+FeO=MnO+Fe ( (界面反应界面反应) ) SiO SiO2 2+MnO=MnO.SiO+MnO=MnO.SiO2 2第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 余锰或残锰余锰或残锰 锰的氧化产物是碱性氧化物，随着吹炼的进行和锰的氧化产物是碱性氧化物，随着吹炼的进行和渣中渣中CaOCaO含量的增加，会发生：含量的增加，会发生： MnO.SiOMnO.SiO2 2+2CaO=2CaO.SiO+2CaO=2CaO.SiO2 2+MnO+MnO 随着吹炼后期炉温升高后，随着吹炼后期炉温升高后，MnOMnO被还原，即：被还原，即： MnO+C=Mn+COMnO+C=Mn+CO 或或 MnO+Fe=FeO+MnMnO+Fe=FeO+Mn 吹炼终了时，钢中的锰含量也称余锰或残锰。
吹炼终了时，钢中的锰含量也称余锰或残锰 第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 （（3 3）碳的氧化规律）碳的氧化规律 影影响响碳碳氧氧化化速速度度的的变变化化规规律律的的主主要要因因素素有有：：熔熔池池温温度度、、熔熔池池金金属属成成分分、、熔熔渣渣中中( (∑∑FeO)FeO)和和炉炉内内搅搅拌拌强强度 ＊＊吹吹炼炼前前期期：：熔熔池池平平均均温温度度低低于于1400-1500℃1400-1500℃，，SiSi、、MnMn含含量量高高且且与与O O亲亲和和力力均均大大于于C-OC-O的的亲亲和和力力，，∑∑FeOFeO虽虽高高，，但但化化渣渣、、脱脱碳碳消消耗耗的的FeOFeO较较少少，，碳碳的的氧氧化化速速度度较较低第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 ＊＊吹吹炼炼中中期期：：熔熔池池温温度度高高于于1500℃ 1500℃ ，，SiSi、、MnMn含含量量降降低低，，P-OP-O亲亲和和力力小小于于C-OC-O亲亲和和力力，，碳碳氧氧化化消消耗耗较较多多的的FeOFeO，，熔熔渣渣中中∑∑FeOFeO有有所所降降低低，，熔熔池池搅搅拌拌强强烈烈，，反反应应区区乳乳化较好，此期的碳氧化速度高。
化较好，此期的碳氧化速度高 ＊＊吹吹炼炼后后期期，，熔熔池池温温度度很很高高，，超超过过1600℃1600℃，，C C含含量量较较低低，，∑∑FeOFeO增增加加，，熔熔池池搅搅拌拌不不如如中中期期，，碳碳氧氧化化速速度度比比中期低第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 （（4 4）磷的变化规律）磷的变化规律 磷的变化规律主要表现为吹炼过程中的脱磷速度磷的变化规律主要表现为吹炼过程中的脱磷速度＊＊前前期期不不利利于于脱脱磷磷的的因因素素是是炉炉渣渣碱碱度度比比较较低低及及早早形形成成碱度较高的炉渣，是前期脱磷的关键碱度较高的炉渣，是前期脱磷的关键＊＊中中期期不不利利于于脱脱磷磷的的因因素素是是∑∑FeOFeO较较低低控控制制渣渣中中∑∑FeOFeO达达10%-20%10%-20%，避免炉渣，避免炉渣““返干返干””是中期脱磷的关键是中期脱磷的关键＊＊后期不利于脱磷的热力学因素是熔池温度高后期不利于脱磷的热力学因素是熔池温度高第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 （（5 5）硫的变化规律）硫的变化规律 硫的变化规律也主要表现在吹炼过程中的脱硫速度。
硫的变化规律也主要表现在吹炼过程中的脱硫速度＊＊吹吹炼炼前前期期，，由由于于温温度度和和碱碱度度较较低低，，FeOFeO较较高高，，渣渣的的流流动性差，因此脱硫速度很慢；动性差，因此脱硫速度很慢；＊＊吹吹炼炼中中期期，，熔熔池池温温度度逐逐渐渐升升高高，，FeOFeO比比前前期期有有所所降降低低，，碱碱度度因因大大量量石石灰灰熔熔化化而而增增大大，，熔熔池池乳乳化化比比较较好好，，是是脱脱硫的最好时期；硫的最好时期；＊＊吹吹炼炼后后期期，，熔熔池池温温度度已已升升至至出出钢钢温温度度，，FeOFeO回回升升，，脱脱硫速度稍低于中期硫速度稍低于中期第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 2 2、炉渣、炉渣FeOFeO的变化规律的变化规律 炉渣中炉渣中FeOFeO的变化与枪位、脱碳速度、加矿量有关的变化与枪位、脱碳速度、加矿量有关＊＊枪枪位位：：枪枪位位低低时时，，高高压压氧氧气气流流股股冲冲击击熔熔池池，，熔熔池池搅搅拌拌剧剧烈烈，，渣渣中中金金属属液液滴滴增增多多，，形形成成渣渣、、金金乳乳浊浊液液，，脱脱碳碳速速度度加加快快，，消消耗耗渣渣中中FeOFeO降降低低；；枪枪位位高高时时，，脱脱碳碳速速度度低低，，渣中渣中FeOFeO增高。
增高＊矿石：渣料中加矿石多，则渣中＊矿石：渣料中加矿石多，则渣中FeOFeO增高第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 3 3、熔池温度的变化规律、熔池温度的变化规律 其变化与熔池的热量来源和热量消耗有关其变化与熔池的热量来源和热量消耗有关 ＊＊吹吹炼炼初初期期，，炉炉内内的的铁铁水水温温度度一一般般为为1300℃1300℃左左右右，，铁铁水水温温度度越越高高，，带带入入炉炉内内的的热热量量就就越越高高，，SiSi、、MnMn、、C C、、P P等等元元素素氧氧化化放放热热，，加加入入的的渣渣料料在在吹吹炼炼初初期期大大量量吸吸热热综综合合作作用用的的结结果果：：吹吹炼炼前前期期结结束束时时，，熔熔池温度可升高至池温度可升高至1500℃1500℃左右 第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 ＊＊吹吹炼炼中中期期，，熔熔池池中中C C继继续续大大量量氧氧化化放放热热，，P P也也继继续续氧氧化化放放热热，，均均使使熔熔池池温温度度提提高高，，可可达达1500-1550℃1500-1550℃以以上 ＊＊吹吹炼炼后后期期，，熔熔池池温温度度接接近近出出钢钢温温度度，，可可达达1650-1650-1680℃1680℃左右。
左右 在在整整个个炉炉钢钢的的吹吹炼炼过过程程中中，，熔熔池池温温度度约约提提高高350℃350℃左右第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 4 4、渣钢乳化、渣钢乳化l在吹炼过程的开始阶段，有时炉渣会起泡并从炉口在吹炼过程的开始阶段，有时炉渣会起泡并从炉口溢出，这就是发生了典型的乳化和泡沫现象溢出，这就是发生了典型的乳化和泡沫现象l由由于于氧氧射射流流对对熔熔池池的的强强烈烈冲冲击击和和COCO气气泡泡的的沸沸腾腾作作用用，，使使熔熔池池上上部部金金属属、、熔熔渣渣和和气气体体三三相相剧剧烈烈混混合合，，形形成成了转炉内明显的乳化和泡沫状态了转炉内明显的乳化和泡沫状态 第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 1-1-氧枪；氧枪；2-2-气气- -钢钢- -渣乳化相；渣乳化相；3-CO3-CO气泡；气泡；4-4-金属熔池；金属熔池；5-5-火点；火点； 6-6-金属液滴；金属液滴；7-CO7-CO气流；气流；8-8-飞溅出的金属液滴；飞溅出的金属液滴；9-9-烟尘烟尘 第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉转炉内的泡沫现象示意图转炉内的泡沫现象示意图 第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉三、底吹氧气转炉三、底吹氧气转炉通过转炉底部的氧气喷嘴，把氧气吹入炉内熔池进行炼钢的方法。
通过转炉底部的氧气喷嘴，把氧气吹入炉内熔池进行炼钢的方法 1 1、结构、结构主要工艺特点是从转炉底部供氧装有氧喷嘴的转炉炉底可以拆卸、更换氧喷嘴由同心的双层套管组成内层为铜管或不锈钢无缝管，外层用碳素钢无缝管内层通氧气，并可同时喷吹石灰粉两层套管之间的间隙通冷却剂冷却剂通常为气态或液态的碳氢化合物，如天然气、丙烷或燃料油等依靠碳氢化合物裂解吸热，并在氧流周围形成保护气膜，以及高速气流带走热量，以降低氧喷嘴及其附近反应区的温度，达到保护氧气喷嘴、减缓烧损的目的为了使熔池搅拌均匀，反应界面大，吹炼平稳，并避免氧喷嘴个数少、直径过大、氧流比较集中而导致氧气穿透熔池，因此采用多支氧喷嘴，分散供氧 第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉2、特点、特点＊氧气是从炉底多个氧喷嘴分散地直接吹进熔池，所＊氧气是从炉底多个氧喷嘴分散地直接吹进熔池，所以搅拌条件好，氧气流和液态金属的接触面积大，化以搅拌条件好，氧气流和液态金属的接触面积大，化学反应迅速而均匀碳与氧接近平衡状态，也就是说，学反应迅速而均匀碳与氧接近平衡状态，也就是说，与氧气顶吹转炉相比，熔池含氧量较低且分布较均匀，与氧气顶吹转炉相比，熔池含氧量较低且分布较均匀，所以所以吹炼平稳，喷溅少吹炼平稳，喷溅少。
＊＊炉体比氧气顶吹转炉矮胖炉体比氧气顶吹转炉矮胖，炉体的高宽比，炉体的高宽比(H/D)约为约为1～～1.1炉容比约为炉容比约为0.8～～1.0m3／／t ＊底吹氧条件下，不稳定的氧化铁在上浮过程中，被＊底吹氧条件下，不稳定的氧化铁在上浮过程中，被熔池中与氧的亲和力强于铁的元素熔池中与氧的亲和力强于铁的元素(如硅、锰、碳等元如硅、锰、碳等元素素)所还原所以底吹氧气转炉的所还原所以底吹氧气转炉的渣中氧化铁含量较低渣中氧化铁含量较低 第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉2、特点、特点＊由于氧喷嘴冷却剂降低了高温反应区的温度，＊由于氧喷嘴冷却剂降低了高温反应区的温度，铁的铁的蒸发损失少蒸发损失少，而已蒸发的铁经过熔池的过滤作用又使，而已蒸发的铁经过熔池的过滤作用又使这种损失进一步减少因此，其这种损失进一步减少因此，其烟尘量约为氧气顶吹烟尘量约为氧气顶吹转炉的转炉的1／／3 ＊由于上述原因，氧气底吹转炉的＊由于上述原因，氧气底吹转炉的金属收得率比氧气金属收得率比氧气顶吹转炉高顶吹转炉高2％左右％左右 ＊＊氧气底吹转炉的氧耗量及石灰消耗量也较低 ＊＊由于氧气底吹转炉钢中氧含量低，而且低碳时可以依靠底吹气流的强搅拌作用，特别适合生产低碳钢和超低碳钢，且质量较好。
第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉2、特点（缺点）、特点（缺点）＊＊由于高温区在转炉底部，炉底寿命低于炉身和炉帽由于高温区在转炉底部，炉底寿命低于炉身和炉帽＊由于采用了碳氢化合物作氧枪冷却剂，既增加了设＊由于采用了碳氢化合物作氧枪冷却剂，既增加了设备的复杂性，且碳氢化合物高温裂解产生氢气，使熔备的复杂性，且碳氢化合物高温裂解产生氢气，使熔池含氢量较高冶炼高质量钢时需要在吹炼末期喷吹池含氢量较高冶炼高质量钢时需要在吹炼末期喷吹惰性气体进行脱氢处理惰性气体进行脱氢处理＊由于冷却剂的吸热以及炉气中含＊由于冷却剂的吸热以及炉气中含CO较高，也就是碳较高，也就是碳的燃烧不完的燃烧不完 全，废钢加入量稍低于氧气顶吹转炉全，废钢加入量稍低于氧气顶吹转炉 氧气底吹转炉和氧气顶吹转炉相比，各有优缺点，前者搅拌条件好，后者成渣快因此人们设想把两者优点结合起来这就是20世纪70年代中期开始发展起来的顶底复吹转炉炼钢 四、 顶底复合吹炼转炉第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 炉型基本特征：炉底一般为平底以便设置喷口；炉型基本特征：炉底一般为平底以便设置喷口；炉子的高宽比略小于顶吹转炉，却大于底吹转炉，炉子的高宽比略小于顶吹转炉，却大于底吹转炉，略呈矮胖型；熔池深度取决于底部喷口直径和供略呈矮胖型；熔池深度取决于底部喷口直径和供气压力。
气压力底部供气构件底部供气构件第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 一般为一般为Ar、、N2、、O2、空气，缺少、空气，缺少Ar气地方可以设置气地方可以设置CO2和和CO气源气源压力不能少于气源气源压力不能少于3MPa顶底复吹法可顶底复吹法可分为如下三种：分为如下三种：1强化冶炼型：顶枪吹氧，底部也吹氧，同时还要吹入保护性燃料和中性气体、石灰粉等供气构件和系统比较复杂2增加废钢比型： 顶枪上设有上下孔，上孔专为CO完全燃烧成CO2提供氧气，下孔专为氧化金属中的杂质供氧；底枪为氧-燃型喷枪3加强搅拌型： 顶枪吹氧，底部吹惰性气体或中性气体N2，供气构件大为简化1.底气气源种类底气气源种类第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 采用底吹氧时一般吹氧用量占总氧量的采用底吹氧时一般吹氧用量占总氧量的20-25%20-25%采用底吹采用底吹ArAr、、N N2 2、、COCO2 2，供气强度小于，供气强度小于0.03Nm0.03Nm3 3/t/t··minmin，冶金特征接近顶吹法；达到，冶金特征接近顶吹法；达到0.2-0.2-0.3Nm0.3Nm3 3/t/t··minmin，可保证降低炉渣和金属的氧化性，，可保证降低炉渣和金属的氧化性，并达到足够的搅拌强度。
并达到足够的搅拌强度 2. 底气用量底气用量第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 砖型供气元件弥散型透气砖、砖缝组合型和直砖型供气元件弥散型透气砖、砖缝组合型和直孔型透气砖三类弥散型透气砖适于喷吹孔型透气砖三类弥散型透气砖适于喷吹ArAr，，N N2 2搅搅拌气体，气体阻力大，透气量小，不能喷吹氧化性拌气体，气体阻力大，透气量小，不能喷吹氧化性气体；砖缝组合型供气阻力小，适用于喷吹惰性气气体；砖缝组合型供气阻力小，适用于喷吹惰性气体，但容易漏气而且各缝气流不均匀；直孔型透气体，但容易漏气而且各缝气流不均匀；直孔型透气阻力小而且气流分布较均匀，不容易漏气阻力小而且气流分布较均匀，不容易漏气3 3. .砖型供气元件砖型供气元件第二节第二节 炼钢转炉炼钢转炉 铁水预处理主要是指铁水在进入炼钢炉冶炼之铁水预处理主要是指铁水在进入炼钢炉冶炼之前，为适应对钢质量的更高要求，对铁水中前，为适应对钢质量的更高要求，对铁水中的锰、磷、硫、氮进行处理，其中最常见的的锰、磷、硫、氮进行处理，其中最常见的是铁水预脱硫使脱硫剂中的有效成分与铁是铁水预脱硫使脱硫剂中的有效成分与铁水中的硫作用，生成稳定的化合物而进入渣水中的硫作用，生成稳定的化合物而进入渣相，达到使铁水去硫的目的。
常用脱硫剂主相，达到使铁水去硫的目的常用脱硫剂主要有钙、镁、稀土金属以及苏打、镁焦、生要有钙、镁、稀土金属以及苏打、镁焦、生石灰、活性石灰等为提高脱硫效率，可用石灰、活性石灰等为提高脱硫效率，可用搅拌法进行有效的脱硫下图为铁水预脱硫搅拌法进行有效的脱硫下图为铁水预脱硫方法示意图方法示意图1.铁水预处理第三节第三节 炼钢技术的发展炼钢技术的发展-炼钢工艺方面炼钢工艺方面 (a)铁流搅拌法；(b)喷气体搅拌法；(c)摇包脱硫法；(d)混铁车脱硫法；(e)机械搅拌法；(f)机械搅拌卷入法；(g)喷吹气体循环搅拌法；(h)搅拌式连续脱硫法铁水预脱硫方法示意图 l顾名思义，转炉负能炼钢就是转炉顾名思义，转炉负能炼钢就是转炉(在冶炼工序在冶炼工序)既炼出了钢，又没有额外消耗能量，反而输出或既炼出了钢，又没有额外消耗能量，反而输出或提供富余能量的一项工艺技术提供富余能量的一项工艺技术l衡量这项技术的标准是转炉炼钢的工序能耗炼衡量这项技术的标准是转炉炼钢的工序能耗炼钢工序能耗包括消耗和回收能量两个方面消耗钢工序能耗包括消耗和回收能量两个方面消耗有物料、电、水、气等，累计按热值折算为吨钢有物料、电、水、气等，累计按热值折算为吨钢消耗掉的标准煤。
回收有转炉煤气和蒸汽，也累消耗掉的标准煤回收有转炉煤气和蒸汽，也累计按热值折算为吨钢回收的标准煤所以，在炼计按热值折算为吨钢回收的标准煤所以，在炼钢过程中，若出现回收的能量超过消耗掉的能量钢过程中，若出现回收的能量超过消耗掉的能量时，就是负能炼钢时，就是负能炼钢第三节第三节 炼钢技术的发展炼钢技术的发展 2．转炉零能(或负能)炼钢 l转炉炼钢在吹炼过程中，产生大量的烟气转炉炼钢在吹炼过程中，产生大量的烟气(以煤以煤气为主气为主)这种烟气温度高达这种烟气温度高达1260℃℃左右，含左右，含CO约约60％，具有很高的显热和潜热，热量总和超过％，具有很高的显热和潜热，热量总和超过104.6×104kJ／／t钢因此，回收这部分能量是转钢因此，回收这部分能量是转炉炼钢节能潜力最大的环节不少技术先进的转炉炼钢节能潜力最大的环节不少技术先进的转炉，吨钢可以回收煤气炉，吨钢可以回收煤气100m3以上，可大部分抵以上，可大部分抵消或超额抵消转炉炼钢耗能，实现零能或负能炼消或超额抵消转炉炼钢耗能，实现零能或负能炼钢第三节第三节 炼钢技术的发展炼钢技术的发展 2．转炉零能(或负能)炼钢 l早期在转炉烟罩上装设锅炉，使煤气中的早期在转炉烟罩上装设锅炉，使煤气中的CO强制燃烧，强制燃烧，转而生产蒸气并回收利用，叫燃烧法。
后来研究未燃法转而生产蒸气并回收利用，叫燃烧法后来研究未燃法获得成功，至今日本吨钢回收煤气大都在获得成功，至今日本吨钢回收煤气大都在100多立方米，多立方米，而生产而生产1t转炉钢约需转炉钢约需71×104kJ热量，热量，1981年全日本平均年全日本平均吨钢回收煤气量已达吨钢回收煤气量已达85m3，转炉煤气发热值按，转炉煤气发热值按8820kJ／／m3计算，则有计算，则有75×104kJ这样，回收煤气一项就已抵消这样，回收煤气一项就已抵消生产生产1t转炉钢所消耗掉的热量，还有富余所以转炉钢所消耗掉的热量，还有富余所以20世纪世纪80年代初日本就已实现转炉零能或负能炼钢了年代初日本就已实现转炉零能或负能炼钢了20世纪世纪90年代初，我国宝钢也实现了转炉的负能炼钢，年代初，我国宝钢也实现了转炉的负能炼钢，1994年年武钢二炼钢厂转炉也实现了负能炼钢武钢二炼钢厂转炉也实现了负能炼钢2．转炉零能(或负能)炼钢第三节第三节 炼钢技术的发展炼钢技术的发展 GB 21256-2007 《《粗钢生产主要工序单位粗钢生产主要工序单位产品能源消耗限额产品能源消耗限额 》》l 表５电力折标准煤系数当量值条件下［0.1229 kgce/kWh］的粗钢生产工序能耗限额参考值 现代钢铁联合企业的主要生产流程现代钢铁联合企业的主要生产流程l现代钢铁联合企业的主要生产流程分为两类:长流程和短流程。
长流程目前应用最广，其工艺特点是：铁矿石原料经过烧结、球团处理后，采用高炉生产铁水，经铁 水预处理后，由转炉炼钢、炉外精炼至合格成分钢水，由连铸浇铸成不同形状的铸坯，轧制成各类成品全球大约70％的钢铁企业采取这种流程进行生产l短流程根据原料分为两类，一类是铁矿石经直接熔融还原后，采用电炉或转炉炼钢，其主要特点在于铁矿石原料不经过烧结、球团处 理，没有高炉炼铁生产环节，这种流程目前应用较少，大约占10％以下；另一类是以废钢作为原料，由电炉融化冶炼后，进入后部工序，也没有高炉炼铁生产环 节，这种工艺流程约占20％，为了提高生产效率，目前国内外许多钢铁厂在电炉冶炼中也采取兑加铁水的工艺 钢铁生产简易流程图钢铁生产简易流程图 炼铁 TRT发电发电lTRT———(Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit，以下简称TRT)l高炉煤气余压透平发电装置，是利用高炉冶炼的副产品———高炉炉顶煤气具有的压力能及热能，使煤气通过透平膨胀机做功，将其转化为机械能，驱动发电机或其他装置发电的一种二次能源回收装置该装置既回收减压阀组泄放的能量，又净化煤气、降低噪音、稳定炉顶压力，改善高炉生产的条件，不产生任何污染，可实现无公害发电，是现代国际、国内钢铁企业公认的节能环保装置。
TRT工艺过程介绍工艺过程介绍 l高炉产生的煤气经重力除尘、净化除尘后，压力为140kPa左右，温度低于200℃含尘量小10mg/Nm3的带一定能量的煤气，经过TRT的进口蝶阀、启动阀、全封闭液压入口插板阀、紧急切断阀和可调静叶进入透平膨胀做功，透平带动发电机发电膨胀后的煤气经过全封闭液压出口插板阀，送到减压阀组后的煤气主管道上这样，TRT与减压阀组就形成并联关系，实现对高炉顶压的控制在入口插板阀之后、出口插板阀之前，与TRT并联的地方，有一旁通管及快开慢关旁通阀(简称旁通快开阀)，作为TRT紧急停机时TRT与减压阀之间的平稳过渡之用，以确保高炉炉顶压力不产生大的波动，从TRT和减压阀组出来的低压煤气再送到高炉煤气柜和用户 解决炼钢时炉内脱磷难的问题，将铁水预处理与转炉复解决炼钢时炉内脱磷难的问题，将铁水预处理与转炉复合吹炼相结合，开发了多段炼钢少渣吹炼新工艺所合吹炼相结合，开发了多段炼钢少渣吹炼新工艺所谓多段炼钢少渣吹炼，就是将炼钢过程分为谓多段炼钢少渣吹炼，就是将炼钢过程分为3个独立个独立的氧化阶段，分设于炼铁和浇注之间第的氧化阶段，分设于炼铁和浇注之间第l阶段是铁水阶段是铁水脱硅；第脱硅；第2阶段是铁水脱磷阶段是铁水脱磷(同时脱硫同时脱硫)；第；第3阶段是在阶段是在转炉少渣吹炼时进行脱碳和提高温度。
下图为多段炼转炉少渣吹炼时进行脱碳和提高温度下图为多段炼钢工艺流程示意图钢工艺流程示意图3．多段炼钢少渣吹炼第三节第三节 炼钢技术的发展炼钢技术的发展 由于渣量少由于渣量少(约相当于原工艺渣量的约相当于原工艺渣量的l／／10)、氧的利用率高、碳的氧化速度快、、氧的利用率高、碳的氧化速度快、铁的氧化率低、合金元素收得率高，同铁的氧化率低、合金元素收得率高，同时由于基本上不加渣料，所以，钢中时由于基本上不加渣料，所以，钢中[H]含量低，可经济地生产低氢钢，终点碳含量低，可经济地生产低氢钢，终点碳容易控制，命中率高总之，采用分段容易控制，命中率高总之，采用分段精炼少渣吹炼，可降低生产成本和改善精炼少渣吹炼，可降低生产成本和改善操作可以预计，此法很有发展前途可以预计，此法很有发展前途3．多段炼钢少渣吹炼 l转炉溅渣护炉技术是美国转炉溅渣护炉技术是美国LTV公司公司1991年开发的年开发的一项新技术，是在转炉出钢后留下部分终渣，将一项新技术，是在转炉出钢后留下部分终渣，将渣黏度和氧化镁含量调整到适当范围，用氧枪喷渣黏度和氧化镁含量调整到适当范围，用氧枪喷吹氮气，使炉渣溅到炉壁内衬上，达到补炉目的。
吹氮气，使炉渣溅到炉壁内衬上，达到补炉目的该方法具有炉龄长、生产率高、节省耐火材料、该方法具有炉龄长、生产率高、节省耐火材料、操作简便等优点操作简便等优点LTV公司某厂的转炉炉龄，由公司某厂的转炉炉龄，由溅渣护炉前的溅渣护炉前的8000次提高到之后次提高到之后1994年的年的15658次补炉材料消耗由次补炉材料消耗由1.2kg／／t降低到降低到0．．37kg／／t，炉子作业率由，炉子作业率由78％提高到％提高到97％，年停％，年停产检修时间仅有产检修时间仅有11天这3项指标目前皆为世界项指标目前皆为世界纪录第三节第三节 炼钢技术的发展炼钢技术的发展 4．转炉溅渣护炉技术 l转炉溅渣护炉采用氮气转炉溅渣护炉采用氮气作为喷吹动力高速氮作为喷吹动力高速氮气射流冲击炉渣，可使气射流冲击炉渣，可使炉壁形成渣层，如右图炉壁形成渣层，如右图所示4．转炉溅渣护炉技术第三节第三节 炼钢技术的发展炼钢技术的发展 转炉溅渣示意图 溅渣护炉的炉渣应有合适的黏度，炉渣过稀溅渣护炉的炉渣应有合适的黏度，炉渣过稀或过稠都不利于挂渣渣中的固相物质在溅或过稠都不利于挂渣渣中的固相物质在溅渣层中起着渣层中起着“骨架骨架”的作用，并且具有较高的作用，并且具有较高的耐火度，其组成为的耐火度，其组成为Mg0、、Ca0与与FeO形成形成的固溶体，也有由添加物形成的或渣中析出的固溶体，也有由添加物形成的或渣中析出的的Mg0、、3Ca0·Si02、、2Ca0·Si02等高熔点物等高熔点物质；渣中液相起着黏结剂的作用。
炉渣被溅质；渣中液相起着黏结剂的作用炉渣被溅到炉衬表面并被氮气冷却而凝固，形成挂渣到炉衬表面并被氮气冷却而凝固，形成挂渣层炉渣的快速凝结增加了挂渣层的致密性炉渣的快速凝结增加了挂渣层的致密性l目前我国钢厂普遍开展了溅渣护炉并起得目前我国钢厂普遍开展了溅渣护炉并起得了良好效果了良好效果 直接炼钢是指在直接炼钢是指在1350～～1500℃℃或更高温度条件下，利用或更高温度条件下，利用煤粉及氧气对铁精矿粉进行高温熔融还原，直接获得铁煤粉及氧气对铁精矿粉进行高温熔融还原，直接获得铁水，然后连续精炼成钢的新工艺水，然后连续精炼成钢的新工艺l直接炼钢的优点是：直接应用铁精矿粉，省去了不必要直接炼钢的优点是：直接应用铁精矿粉，省去了不必要的原料处理环节，不需造块的原料处理环节，不需造块(烧结、球团烧结、球团)及炼焦，因而生及炼焦，因而生产成本低，环境污染小；反应器内的气氛容易控制，生产成本低，环境污染小；反应器内的气氛容易控制，生产操作方便，生产规模可大可小，铁水量和煤气发生量产操作方便，生产规模可大可小，铁水量和煤气发生量可根据要求经济地调节可根据要求经济地调节l存在主要问题是：反应速度难于精确控制；还原过程机存在主要问题是：反应速度难于精确控制；还原过程机理和还原动力学、高温区耐火材料侵蚀、反应器内煤气理和还原动力学、高温区耐火材料侵蚀、反应器内煤气合理利用等问题尚待研究解决。
合理利用等问题尚待研究解决5．直接炼钢第三节第三节 炼钢技术的发展炼钢技术的发展 l烧结法生产烧结矿是重要的造块方法之一所谓烧结，就是将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后在烧结设备上进行烧结的过程在此过程中借助燃料燃烧产生的高温，使物料发生一系列物理化学变化，并产生一定数量的液相当冷却时，液相将矿粉颗粒黏结成块，即烧结矿烧结 目前国内外所有的炼钢方法，都未摆脱一炉一炉间目前国内外所有的炼钢方法，都未摆脱一炉一炉间断的生产方法为改变炼钢生产的间断性，世界断的生产方法为改变炼钢生产的间断性，世界各国进行了大量试验，研究了多种能使炼钢过程各国进行了大量试验，研究了多种能使炼钢过程连续进行的方法，取得了较好的效果该方法主连续进行的方法，取得了较好的效果该方法主要有要有3类：槽式法、喷雾法和泡沫法类：槽式法、喷雾法和泡沫法6．连续炼钢．连续炼钢第三节第三节 炼钢技术的发展炼钢技术的发展 (1)槽式法 槽式法是将铁水从长槽形熔池的一端流入，从另一端流出，槽式法 槽式法是将铁水从长槽形熔池的一端流入，从另一端流出，供氧与渣料输入沿熔池长度方向均匀分配，因而沿熔池长度方向上供氧与渣料输入沿熔池长度方向均匀分配，因而沿熔池长度方向上出现成分浓度和温度的梯度，铁水在向前流动的过程中形成粗钢。
出现成分浓度和温度的梯度，铁水在向前流动的过程中形成粗钢2)喷雾法 喷雾法是将冶炼过程沿高度方向上展开的一种方法，铁水喷雾法 喷雾法是将冶炼过程沿高度方向上展开的一种方法，铁水从上面落下，受氧气射流不断冲击，将铁水冲散成细小液滴从上面落下，受氧气射流不断冲击，将铁水冲散成细小液滴(或雾化或雾化)，粉状渣料在铁水进口附近加入，当铁水落入氧气射流而被击散时，，粉状渣料在铁水进口附近加入，当铁水落入氧气射流而被击散时，瞬间形成气瞬间形成气—铁液铁液—渣相三相高度接触表面，为杂质去除创造了最渣相三相高度接触表面，为杂质去除创造了最佳动力学条件，精炼效率高佳动力学条件，精炼效率高3)泡沫法泡沫法 泡沫法是铁水由反应器底部流入反应器，氧气和渣料从反应泡沫法是铁水由反应器底部流入反应器，氧气和渣料从反应器上部用喷枪吹入，在反应器内形成气器上部用喷枪吹入，在反应器内形成气—铁液铁液—渣相三相组成的泡渣相三相组成的泡沫，因此接触面大，反应速度快经反应的泡沫从反应器流入分离沫，因此接触面大，反应速度快经反应的泡沫从反应器流入分离器后，因密度不同而使渣、钢分离，渣从渣口溢出，钢液入储钢器器后，因密度不同而使渣、钢分离，渣从渣口溢出，钢液入储钢器经脱氧、合金化而成钢。
经脱氧、合金化而成钢6．连续炼钢第三节第三节 炼钢技术的发展炼钢技术的发展 l连续炼钢的优点是：生产能力较大，工艺过程稳连续炼钢的优点是：生产能力较大，工艺过程稳定；设备不间断使用，管理及操作简化；热损失定；设备不间断使用，管理及操作简化；热损失较小，煤气回收充分，耐火材料消耗低；原材料较小，煤气回收充分，耐火材料消耗低；原材料和产品的运送、除尘等辅助工序的设备都可以相和产品的运送、除尘等辅助工序的设备都可以相应简化，使厂房和附属设备结构简化，占地面积应简化，使厂房和附属设备结构简化，占地面积较少；建厂快，造价低，能耗低，生产成本低，较少；建厂快，造价低，能耗低，生产成本低，劳动生产率高；有利于整个钢铁工业生产流程的劳动生产率高；有利于整个钢铁工业生产流程的连续化第三节第三节 炼钢技术的发展炼钢技术的发展 6．连续炼钢 。
