高炉炼铁生产工艺流程简介.doc

高炉炼铁生产工艺流程简介高炉冶炼目的：将矿石中的铁元素提取出来，生产出来的主要产品为铁水。付产品有：水渣、矿渣棉和高炉煤气等。高炉:炼铁一般是在高炉里连续进行的。高炉又叫鼓风炉，这是因为要把热空气吹入炉中使原料不断加热而得名的。这些原料是铁矿石、石灰石及焦炭。因为碳比铁的性质活泼，所以它能从铁矿石中把氧夺走，而把金属铁留下。高炉的主要组成部分 高炉炉壳：现代化高炉广泛使用焊接的钢板炉壳，只有极少数最小的土高炉才用钢箍加固的砖壳。炉壳的作用是固定冷却设备，保证高炉砌体牢固，密封炉体，有的还承受炉顶载荷。炉壳除承受巨大的重力外，还要承受热应力和内部的煤气压力，有时要抵抗崩料、坐料甚至可能发生的煤气爆炸的突然冲击，因此要有足够的强度。炉壳外形尺寸应与高炉内型、炉体各部厚度、冷却设备结构形式相适应。 炉喉：高炉本体的最上部分，呈圆筒形。炉喉既是炉料的加入口，也是煤气的导出口。它对炉料和煤气的上部分布起控制和调节作用。炉喉直径应和炉缸直径、炉腰直径及大钟直径比例适当。炉喉高度要允许装一批以上的料，以能起到控制炉料和煤气流分布为限。 炉身：高炉铁矿石间接还原的主要区域，呈圆锥台简称圆台形，由上向下逐渐扩大，用以使炉料在遇热发生体积膨胀后不致形成料拱，并减小炉料下降阻找力。炉身角的大小对炉料下降和煤气流分布有很大影响。 炉腰：高炉直径最大的部位。它使炉身和炉腹得以合理过渡。由于在炉腰部位有炉渣形成，并且粘稠的初成渣会使炉料透气性恶化，为减小煤气流的阻力，在渣量大时可适当扩大炉腰直径，但仍要使它和其他部位尺寸保持合适的比例关系，比值以取上限为宜。炉腰高度对高炉冶炼过程影响不很显著，一般只在很小范围内变动。 炉腹：高炉熔化和造渣的主要区段，呈倒锥台形。为适应炉料熔化后体积收缩的特点，其直径自上而下逐渐缩小，形成一定的炉腹角。炉腹的存在，使燃烧带处于合适位置，有利于气流均匀分布。炉腹高度随高炉容积大小而定，但不能过高或过低，一般为3036m。炉腹角一般为7982 ；过大，不利于煤气流分布；过小，则不利于炉料顺行。 炉缸：高炉燃料燃烧、渣铁反应和贮存及排放区域，呈圆筒形。出铁口、渣口和风口都设在炉缸部位，因此它也是承受高温煤气及渣铁物理和化学侵蚀最剧烈的部位，对高炉煤气的初始分布、热制度、生铁质量和品种都有极重要的影响。 炉底：高炉炉底砌体不仅要承受炉料、渣液及铁水的静压力，而且受到14004600的高温、机械和化学侵蚀、其侵蚀程度决定着高炉的一代寿命。只有砌体表面温度降低到它所接触的渣铁凝固温度，并且表面生成渣皮（或铁壳），才能阻止其进一步受到侵蚀，所以必需对炉底进行冷却。通常采用风冷或水冷。目前我国大中型高炉大都采用全碳砖炉底或碳砖和高铝砖综合炉底，大大改善了炉底的散热能力。 炉基：它的作用是将所集中承担的重量按照地层承载能力均匀地传给地层，因而其形状都是向下扩大的。高炉和炉基的总重量常为高炉容积的1018倍（吨）。炉基不许有不均匀的下沉，一般炉基的倾斜值不大于0.105。高炉炉基应有足够的强度和耐热能力，使其在各种应力作用下不致产生裂缝。炉基常做成圆形或多边形，以减少热应力的不均匀分布。 炉衬：高炉炉衬组成高炉的工作空间，并起到减少高炉热损失、保护炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用。炉衬是用能够抵抗高温作用的耐火材料砌筑而成的。炉衬的损坏受多种因素的影响，各部位工作条件不同，受损坏的机理也不同，因此必须根据部位、冷却和高炉操作等因素，选用不同的耐火材料。 炉喉护板：炉喉在炉料频繁撞击和高温的煤气流冲刷下，工作条件十分恶劣，维护其圆筒形状不被破坏是高炉上部调节的先决条件。为此，在炉喉设置保护板（钢砖）。小高炉的炉喉保护板可以用铸铁做成开口的匣子形状；大高炉的炉喉护板则用100150mm厚的铸钢做成。炉喉护板主要有块状、条状和变径几种形式。变径炉喉护板还起着调节炉料和煤气流分布的作用。 高炉解体 为了在操作技术上能正确处理高炉冶炼中经常出现的复杂现象，就要切实了解炉内状况。在尽量保持高炉的原有生产状态下停炉、注水冷却或充氮冷却后，对从炉喉的炉料开始一直到炉底的积铁所进行的细致的解体调查，称为高炉解体调查。它虽不能完全了解高炉生产的动态情况，但对了解高炉过程、强化高炉冶炼很有参考价值。 高炉冷却装置 高炉炉衬内部温度高达1400，一般耐火砖都要软化和变形。高炉冷却装置是为延长砖衬寿命而设置的，用以使炉衬内的热量传递出动，并在高炉下部使炉渣在炉衬上冷凝成一层保护性渣皮，按结构不同，高炉冷却设备大致可分为：外部喷水冷却、风口渣口冷却、冷却壁和冷却水箱以及风冷(水冷)炉底等装置。 高炉灰 也叫炉尘，系高炉煤气带出的炉料粉末。其数量除了与高炉冶炼强度、炉顶压力有关外，还与炉料的性质有很大关系。炉料粉末多，带出的炉尘量就大。目前，每炼一吨铁约有 10100kg的高炉灰。高炉灰通常含铁40左右，并含有较多的碳和碱性氧化物；其主要成分是焦末和矿粉。烧结料中加入部分高炉灰，可节约熔剂和降低燃料消耗。 高炉除尘器 用来收集高炉煤气中所含灰尘的设备。高炉用除尘器有重力除尘器、离心除尘器、旋风除尘器、洗涤塔、文氏管、洗气机、电除尘器、布袋除尘器等。粗粒灰尘（6090um），可用重力除尘器、离心除尘器及旋风除尘器等除尘；细粒灰尘则需用洗气机、电除尘器等除尘设备。高炉鼓风机 高炉最重要的动力设备。它不但直接提供高炉冶炼所需的氧气，而且提供克服高炉料柱阻力所需的气体动力。现代大、中型高炉所用的鼓风机，大多用汽轮机驱动的离心式鼓风机和轴流式鼓风机。近年来使用大容量同步电动鼓风机。这种鼓风机耗电虽多，但启动方便，易于维修，投资较少。高炉冶炼要求鼓风机能供给一定量的空气，以保证燃烧一定的碳；其所需风量的大小不仅与炉容成正比，而且与高炉强化程度有关、一般按单位炉容2.12.5m3min的风量配备。但实际上不少的高炉考虑到生产的发展，配备的风机能力都大于这一比例。炼铁过程实质上是将铁从其自然形态矿石等含铁化合物中还原出来的过程。炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中（还原物质CO、H2、C；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的生铁。生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料。1、 高炉炼铁的冶炼原理（应用最多的）高炉冶炼用的原料高炉冶炼用的原料主要由铁矿石、燃料（焦炭）和熔剂（石灰石）三部分组成。通常，冶炼1吨生铁需要1.5-2.0吨铁矿石，0.4-0.6吨焦炭，0.2-0.4吨熔剂，总计需要2-3吨原料。为了保证高炉生产的连续性，要求有足够数量的原料供应。因此，无论是生铁厂家还是钢厂采购原料的工作是尤其重要。生铁的冶炼虽原理相同，但由于方法不同、冶炼设备不同，所以工艺流程也不同。下面分别简单予以介绍。高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（10001300摄氏度），喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。生铁是高炉产品（指高炉冶炼生铁），而高炉的产品不只是生铁，还有锰铁等，属于铁合金产品。锰铁高炉不参加炼铁高炉各种指标的计算。高炉炼铁过程中还产生副产品水渣、矿渣棉和高炉煤气等。高炉炼铁的特点：规模大，不论是世界其它国家还是中国，高炉的容积在不断扩大，如我国宝钢高炉是4063立方米，日产生铁超过10000吨，炉渣4000多吨，日耗焦4000多吨。目前国内单一性生铁厂家，高炉容积也以达到500左右立方米，但多数仍维持在100-300立方米之间，甚至仍存在100立方米以下的高耗能高污染的小高炉，其产品质量参差不齐，公布分散，不具有期规模性，更不能与国际上的钢铁厂相比高炉冶炼工艺流程简图：高炉冶炼过程高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出。 鼓风机送出的冷空气在热风炉加热到8001350以后，经风口连续而稳定地进入炉缸，热风使风口前的焦炭燃烧，产生2000以上的炽热还原性煤气。上升的高温煤气流加热铁矿石和熔剂，使成为液态；并使铁矿石完成一系列物理化学变化，煤气流则逐渐冷却。下降料柱与上升煤气流之间进行剧烈的传热、传质和传动量的过程。 下降炉料中的毛细水分当受热到100200即蒸发，褐铁矿和某些脉石中的结晶水要到500800才分解蒸发。主要的熔剂石灰石和白云石，以及其他碳酸盐和硫酸盐，也在炉中受热分解。石灰石中CaCO3和白云石中MgCO3的分解温度分别为9001000和740900。铁矿石在高炉中于 400或稍低温度下开始还原。部分氧化铁是在下部高温区先熔于炉渣，然后再从渣中还原出铁。 焦炭在高炉中不熔化,只是到风口前才燃烧气化,少部分焦炭在还原氧化物时气化成CO。而矿石在部分还原并升温到10001100时就开始软化；到13501400时完全熔化；超过1400就滴落。焦炭和矿石在下降过程中，一直保持交替分层的结构。由于高炉中的逆流热交换,形成了温度分布不同的几个区域。液态渣铁积聚于炉缸底部,由于比重不同,渣液浮于铁液之上,定时从炉缸放出。铁水出炉温度一般为14001550，渣温比铁温一般高3070。 煤气流沿高炉断面合理均匀地分布上升，能改善煤气与炉料之间的传热和传质过程，顺利地完成加热、还原铁矿石和熔化渣、铁等过程，达到高产、低耗、优质的要求。 高炉中铁的还原 高炉中主要被还原的是铁的氧化物:Fe2O3(赤铁矿),Fe3O4（磁铁矿）和Fe1-yO（浮氏体，y从0.04到0.125）等。每得到1000公斤金属铁，通过还原被除去的氧量为：赤铁矿429公斤,磁铁矿382公斤,浮氏体（按FeO计算）286公斤。 主要还原剂 焦炭中的碳和鼓风中的氧燃烧生成的CO气体，以及鼓风和燃料在炉内反应生成的H2是高炉中的主要还原剂。约从400开始,氧化铁逐步从高价铁还原成低价铁，一直到金属铁。 间接还原 氧化铁由CO还原生成CO2或由H2还原生成H2O的过程。还原顺序为: Fe2O3Fe3O4FeOFe（低于570时，FeO不稳定,还原顺序为：Fe2O3Fe3O4Fe）。氧化铁还原的主要还原反应为： 3Fe2O3+CO2Fe3O4+CO2 +8870千卡Fe3O4+CO3FeO+CO2 -4990千卡FeO+COFe+CO2 +3250千卡 以及 3Fe2O3+H22Fe3O4+H2O -1000千卡Fe3O4+H23FeO+H2O -14860千卡FeO+H2Fe+H2O -6620千卡H2和CO同时作为还原剂存在时，受水煤气反应的制约： H2+CO2H2O+CO -9870千卡注：式内反应热从工程习惯按公斤分子计。 直接还原 在高温区（约 850开始）因有大量焦炭存在,生成的CO2和H2O立即与焦炭反应,转化成CO和H2： CO2+C2CO -39600千卡H2O+CH2+CO -29730千卡所以从全过程看，可认为是由碳素直接还原氧化铁生成CO和铁： FeO+CFe+CO -36350千卡这种高温还原叫做直接还原。因为直接还原比间接还原耗热大得多，所以在高炉内应尽可能提高中温区的间接还原率，以降低焦比和燃料比。 影响还原速度的因素 气体还原铁矿石的速度受到许多因素的影响：矿石的性质（例如粒度，气孔度，气孔表面积）,是难还原的磁铁矿还是易还原的褐铁矿,煤气的成分和流速以及还原温度等。气固还原过程包括以下基本环节：还原气体通过矿粒表面的气膜向矿石表面扩散；还原气体通过已还原金属层向矿石内部扩散；金属铁浮氏体两相界面上的化学反应；还原气体产物通过已还原金属层向外扩散；还原气体通过附面气膜向外扩散。 还原模式有两种：当矿石结构致密，还原金属层是自外表逐步向矿粒中心扩展，中心未反应的核心部分逐步缩小，可称为“未反应核”还原模式；如果矿石多孔疏松，内扩散十分容易，且粒径不大，则还原过程将同时在整个矿石内部环绕每一个氧化铁微晶进行氧化铁的气固还原反应，这是另一种模式。 整个反应速度决定于化学反应速度和扩散速度。如果化学反应慢，称为反应处于“化学控制”；如果扩散慢，则称反应处于“扩散控制”。温度提高，化学反应速度加快，气体的扩散速度也会增加，但增加的幅度较小。一般说，温度低，矿石粒度小或气孔度大，气流速度高，还原趋向于化学控制范围；相反，温度高，矿石粒度大或者气孔度小，则趋向于扩散控制范围。如果能出现扩散与化学反应的速度彼此较接近的情况，称还原处于“混合控制”。还有一种情况，矿石的软熔温度低，当温度升高到使矿石软熔后，矿石的气孔度减小，还原速度反而可能减慢。因为H2的扩散速度比CO高，H2的还原速度也高于CO。当煤气中存在CO2或H2O分子时,CO和H2的有效浓度降低，将减慢CO和H2的还原速度。从铁矿石的还原条件来看,应在矿石不软化的条件下,尽量保持高一些的还原温度，以加快还原速度。对矿石则要求气孔度大，使还原过程不受扩散的限制；致密的铁矿石应适当减小粒度，这样不仅能使内扩散距离缩短，而且会使气固相接触总面积增大，有利于还原过程（见冶金过程动力学）。 高炉中其他元素的还原 进入高炉的矿石的脉石和焦炭灰分还含有其他一些氧化物(SiO2、Al2O3、CaO、MgO等)、硫化物(FeS2)和磷酸盐【Ca3(PO4)2】。一些共生铁矿还含有锰、钛、铬、钒、铜、钴、镍、铌、砷、钾、钠等的含氧化合物和少量硫化物。各种氧化物因化学稳定性不同，有的在高炉内全部还原，有的部分还原，有的完全不能还原，不还原的氧化物就进入炉渣。 硅的还原 硅比铁难还原，要到高温区才能被碳还原出来，熔于铁水： (SiO2)+2【C】【Si】+2CO -151696千卡耗热比铁的直接还原大得多。式中圆括弧表示炉渣中的氧化物；方括弧表示铁水中的有关元素。 大部分生铁中的硅是焦炭灰分或渣中的SiO2，通过风口附近高温区（1700以上）时，先被还原生成气态SiO，SiO在上升过程中再被还原成硅并熔于铁水。冶炼高硅生铁时，有一部分 SiO随煤气逸出炉外。含硅愈高，挥发愈多；SiO冷却后又被氧化成极细的SiO2粉末,除增加能耗外，还会恶化炉料透气性和堵塞煤气管道。为了炼得含硅较高的生铁或合金,宜配用碱度较低的炉渣,以利于酸性SiO2的还原。由于反应热耗大，必须维持较高的炉温，生铁含硅愈多，燃料消耗（焦比）和成本也愈大。 锰的还原 锰矿中的化合物MnO2、Mn3O4、Mn2O3、MnCO3等都很容易被CO还原成MnO，但MnO只能从炉渣中被碳直接还原并熔于铁水： (MnO)+【C】【Mn】+CO -68640千卡其单位耗热低于硅,但高于铁的直接还原。MnO是弱碱性，冶炼含锰高的铁，宜采用碱性较高的炉渣，以提高渣中MnO活度，加快还原。由于需维持较高的炉温,反应热耗又多，生产高锰生铁的燃料消耗和成本也比较高。 其他元素的还原 以3CaOP2O5或3FeOP2O5形态进入高炉的磷，以及以氧化物或硫化物形态存在的铜、镍、钴、砷、铅等全部被还原。钒、铌、铬等的氧化物一般可被还原7580。二氧化钛在高炉内只有少量被还原。 钾、钠、锌等金属的沸点低，其化合物在高炉下部高温区被还原成金属后立即挥发，一部分随煤气逸出炉外，一部分又被氧化后沉积在上部炉料表面，随炉料再下降到高温区。再还原，再挥发，再沉积,循环积累,造成以下严重危害：破坏矿石和焦炭的强度和炉料的透气性；沉积在炉衬中破坏耐火材料，引起结瘤。因此，对高炉原料中这些元素的含量要有一定的限制,必要时,可以定期降低炉渣碱度,使K2O和Na2O更多地进入炉渣，排出炉外,减轻危害。包头铁矿石含K2O、Na2O和CaF2较多，影响炉况顺行，现已找到解决途径。 钒、铜、镍、钴、铌等是宝贵的合金元素，它们在铁矿石中如达到一定含量，应考虑回收利用。中国攀枝花的钒钛磁铁矿和包头的含铌铁矿石，在炼铁过程中得到含钒和含铌的生铁,在进一步处理和回收钒、铌上,取得良好的成果。 铁水中的碳 因为在高炉内还会出现还原和渗碳到Fe3C的反应： 3Fe+2COFe3C+CO2FeO(MnO,SiO2)+CFe(Mn,Si)+CO3Fe+CFe3C所以高炉生铁含碳高，其含量主要决定于铁水的成分。凡能生成碳化物并溶于铁水的元素如锰、钒、铬、铌等能使铁水含碳增加；凡能促使铁水中碳化物分解的元素如硅、磷、硫等会阻碍铁水渗碳。普通生铁含碳4左右。铁水溶解某些碳化物达到饱和后，剩余的碳化物便留在炉渣中，例如炼高硅生铁时的SiC,在炉料含TiO2较多时形成的TiC等。碳化物熔化温度一般都很高(SiC2700，TiC3290)，以固相混杂在炉渣中，使炉渣流动性变坏，造成冶炼上的困难。 高炉炉渣及渣铁反应 一般高炉炉渣主要由SiO2、Al2O3、CaO、MgO组成,另含少量 FeO、MnO、CaS。冶炼复合矿时,还可能含有CaF2、TiO2、BaO、RxOy(R代表稀土元素)等。用钒钛磁铁矿炼铁时，炉渣流动性差,冶炼困难，中国在实践中发展一项新工艺可在含TiO2为2530的炉渣下进行冶炼。 高炉冶炼对炉渣的要求 一般在炉缸的温度13501550下，炉渣能很好地熔化，并具有良好的流动性和具有渣铁、渣气间的界面性能，能很好地与铁水、气体分开，并能顺利地从炉内放出。炉渣性能既要有利于去除生铁中的有害杂质（如硫等），也要能根据需要控制某些反应的程度（SiO2的还原）和促使有益元素如锰、钒铌等更好地还原入生铁。高炉中从开始软化到生成自由流动的炉渣的区间(软熔带)要小，减小气流通过的阻力，以有利于高炉炉料的顺行和强化冶炼。炉渣性能稳定，不因炉温和炉渣成分的小量波动而引起炉渣物理性能的剧烈变化。渣量要小，以减少熔剂和燃料的消耗，改善料柱下部的透气性，先进高炉每吨生铁的渣量已降到300公斤以下。要有利于保护炉衬。 炉渣碱度 是表征和决定炉渣物理化学性能的最重要的特性指数。碱度用 等碱性氧化物与酸性氧化物的重量百分比的比值来表示。为简便起见通常均用 ,当Al2O3和MgO的含量高、波动大时，采用后两种表示方法。 渣中(CaO+MgO)(SiO2+Al2O3)的渣叫酸性渣。这种渣粘度大,凝固慢,通称长渣。(CaO+MgO)(SiO2+Al2O3)的渣叫碱性渣。高碱渣凝固温度高，冷凝快，熔融时流动性好；但温度偏低时，析出固相，就变得粘稠。这种渣也叫短渣。 (CaO+MgO):(SiO2+Al2O3)1.0的炉渣,凝固温度较低，流动性也较好。在高炉中，为了保证炉况顺行和某些反应的顺利进行，炉渣在炉缸温度范围内的粘度最好不大于5泊，最高不宜超过25泊。同时,粘度也不宜过低，过低时容易侵蚀炉衬，缩短高炉寿命。 渣铁反应 在高炉下部，渣铁间进行一系列反应。部分亲氧力较铁强的金属如锰、钒、铌、硅等的氧化物和在上部来不及还原的FeO将从炉渣中还原出来。这些反应决定了铁水的成分和有关元素的回收率。 各种氧化物从渣中还原的反应式为： (MexOy)+y【C】x【Me】+yCo由于铁水中的碳饱和，炉缸中CO分压基本固定，因而上述各元素的还原情况主要决定于铁水中有关元素和渣中有关氧化物的活度以及炉缸温度。一般规律是：炉缸温度愈高，各元素还原入铁水的量愈多；炉渣碱度愈大，能形成碱性氧化物的金属如锰、钒、铌等还原入铁水的量就愈多，而形成酸性氧化物的元素（如硅）的还原就愈困难。 脱硫 是渣铁间最重要的反应，将决定生铁的质量。CaO的脱硫反应式为： 【FeS】+(CaO)+【C】(CaS)+【Fe】+CO-35620千卡如上所述，由于铁液中碳饱和，炉缸中CO分压基本固定，所以脱硫反应的程度主要决定于渣中CaO、CaS的活度和铁液中硫的活度以及反应的温度和动力学条件。从热力学角度看，CaO比MgO、MnO有更高的脱硫能力。渣中CaO的活度在碱度（CaO/SiO2比值）高过1.0左右后,提高很快，因而炉渣脱硫能力显著提高。由于MgO、MnO本身也能在一定范围中与硫起反应,又能改善炉渣的流动性,所以它们的存在对脱硫有利。高炉炉渣的碱度首先根据脱硫需要确定，一般在0.91.3。过高的碱度会使炉渣的熔化温度过高，炉渣流动性变坏，反而不利于脱硫。 当渣铁间脱硫反应达到平衡时,硫分配系数Ls=(S)/【S】，决定于反应平衡常数的大小，式中(S)为炉渣中硫的含量,【S】为铁水中硫的含量。在高炉中由于受出铁出渣时间和反应动力学条件的限制，Ls达不到平衡值。一般高炉渣平衡时的Ls可达200以上,而实际生产中的仅为3080。因此，提高炉缸温度、降低炉渣粘度等改善脱硫的动力学条件的措施，都有利于炉内脱硫。 优质钢的含硫量一般为0.01 左右，特殊的要求0.003。高炉铁水的含硫量常在0.020.05,这不能满足炼钢要求。如果进一步提高高炉脱硫能力，又不经济。因此现在多采用铁水炉外脱硫。 炉料和煤气的运动 高炉内炉料不断均匀下降和煤气流稳定上升并尽可能与铁矿石多接触是正常冶炼的基本前题。 炉料能够下降是因为：风口前的焦炭不断燃烧气化,经渣口、铁口定期放出渣和铁,使炉缸中有了自由空间。促使料柱下降的重力能克服炉墙的摩擦阻力、煤气流动的阻力和浮力以及炉缸炉腹中心以焦炭为骨架的相对运动较慢的死料柱的阻力，其中最主要的是煤气流的阻力。爱根 (Ergun)公式能较全面、近似地反映出多种因素对煤气阻力的影响。煤气流的压力梯度表示为： 式中p为压力降(公斤力/米2),h为料层高度(米)，为炉料空隙度（无因次）, dp为炉料直径(米)，为形状系数,无因次(1)，g为重力加速度(米/秒2)，g为气体粘度系数 (公斤力秒米2)，g为煤气重度（公斤力米3），vg为空炉时煤气流速（米秒）。 由上式看出： 炉料空隙度()影响透气性最大。筛净炉料粉末,炉料粒度均匀,对高炉顺行和强化冶炼至为重要。炉料粒度愈小，虽对还原速度有利，但增加煤气流的阻力。压力梯度的增加与气流速度(vg)平方相关。高炉采用高压操作可以减小vg，这是强化高炉冶炼和促进顺行的有效手段。 为了充分利用煤气流的热焓和化学势以获得最佳生产指标，还要求煤气流在高炉横断面合理分布，以求与矿石充分接触。在理论上，如果断面上各点炉料粒度和空隙度大致相等，将得到最佳的煤气流分布。但一些属于结构和设备的原因，造成断面上煤气分布不均。例如炉墙表面平滑，透气性比他处好。又如传统的双钟布料方法，使炉喉处料面堆成一个带尖峰的圆圈，一批矿石料沿半径分布厚薄不匀，并且有粒度偏析，必然导致煤气分布不匀。为此，通过改变装料制度（批重大小、装料顺序、料线高低等）来调节煤气分布。新型无钟炉顶的旋转溜槽和可调炉喉等，为达到最佳的煤气分布创造了有利的条件。 在煤气流与炉料柱热交换的过程中，煤气流是载热体。同一水平面上煤气通过多的地区必然温度高，矿石软熔早。如炉顶装料时边缘透气差的矿石少于其他地区，或者风口风速过低，煤气流不易达到炉缸中心，则沿高炉炉墙附近通过的煤气较多，靠炉墙的矿石将比炉中心矿石提前软熔。结果软熔带将不是如图1中的倒V字形,而是正V字形。在这种情况下,不仅炉腹砖衬和冷却器容易烧坏，而且炉缸中心容易堆积炉料,导致不顺行和产生出高硫生铁。如形成图1中的倒 V形软熔带，则中心锥型焦炭滴落带透气性好，高温煤气通过较多，滴下的渣和铁得到充分还原和加热，使炉缸内渣、铁反应充分进行，温度均匀，热量充足，获得良好的冶炼效果。煤气流是经过软熔带的焦炭夹层进入块状带的，所以软熔带起着煤气流分布器的作用。中心顶点过高的倒 V形软熔带虽然有利于高炉强化，但会减少间接还原所依赖的块状带空间。通过调整炉喉矿石分布和风口送风制度，可适当控制倒V形软熔带的高度，以降低炼铁能耗,充分进行间接还原。高炉冶炼工艺-炉前操作高炉炉前操作 一、炉前操作的任务1、利用开口机、泥炮、堵渣机等专用设备和各种工具，按规定的时间分别打开渣、铁口，放出渣、铁，并经渣铁沟分别流人渣、铁罐内，渣铁出完后封堵渣、铁口，以保证高炉生产的连续进行。2.、完成渣、铁口和各种炉前专用设备的维护工作。3、制作和修补撇渣器、出铁主沟及渣、铁沟。4、更换风、渣口等冷却设备及清理渣铁运输线等一系列与出渣出铁相关的工作。 二、高炉不能及时出净渣铁，会带来以下不利影响： 1、影响炉缸料柱的透气性，造成压差升高，下料速度变慢，严重时还会导致崩料、悬料以及风口灌渣事故。 2、炉缸内积存的渣铁过多，造成渣中带铁，烧坏渣口甚至引起爆炸。 3、上渣放不好，引起铁口工作失常。 4、铁口维护不好。铁口长期过浅，不仅高炉不易出好铁，引起跑大流、漫铁道等炉前事故，直至烧坏炉缸冷却壁，危及高炉的安全生产，有的还会导致高炉长期休风检修，损失惨重。三、炉前操作平台1风口平台 概念：在风口下方沿炉缸四周设置的高度距风口中心线11501250mm的工作平台，称为风口平台。作用：为便于观察风口和检查冷却设备以及进行更换风、渣口等冷却设备的操作。要求：宽敞平坦；留有一定的泄水坡度；设有环形吊车。2出铁场出铁场的要求：采用环形或矩形出铁场。上空设有天棚。设有排烟机和除尘装置。设有各种出铁设备。铺设有铁水主沟。 铁水主沟是从铁口泥套外至撇渣器的铁水沟，铁水和下渣都经此流至撇渣器，一般坡度为5l0.大型高炉一般采用贮铁式主沟，沟内经常贮存一定深度的铁水(450600 mm)，使铁水流射落时不致直接冲击沟底，贮铁式主沟的另一个优点是可避免大幅度急冷急热的破坏作用，延长主沟的寿命。垫沟料采用氧化铝一碳化硅一炭系列，制作工艺采用浇注型、预制块型。铺设有撇渣器。撇渣器又称砂口，它位于出铁主沟末端，是出铁过程中利用渣铁密度的不同而使之分离的关键设备。大型高炉撇渣器与大沟成为一个整体。铺设有支铁沟支铁沟又称弯沟，它是位于撇渣器后至铁水沟流嘴之间的铁水沟。设有贮备炉前常用的炮泥、覆盖剂、焦粉、河沙等耐火材料和一些必要工具的仓库。四、高炉炉前操作指标1出铁次数的确定 出铁次数的确定原则： 每次最大出铁量不超过炉缸的安全容铁量； 足够的出铁准备工作时间； 有利于高炉顺行； 有利于铁口的维护。 2炉前操作指标 出铁正点率 出铁正点是指按时打开铁口并在规定的时间内出净渣铁。不按正点出铁，会使渣铁出不净，铁口难以维护，影响高炉的顺行，还会影响运输和炼钢生产。 铁口深度合格率铁口深度合格率是指铁口深度合格次数与实际出铁次数的比值。铁口过浅容易造成出铁事故，长期过浅甚至会导致炉缸烧穿，铁口过深则延长出铁时间。铁量差为了保持最低的铁水液面的稳定，要求每次实际出铁量与理论计算出铁量差值(即铁量差)不大于l0l5： 铁量差=nt理t实 式中 n两次出铁间的下料批数，批； t理每批料的理论出铁量，t； t实本次实际出铁量，t。铁量差小表示出铁正常，这样就有利于高炉的顺行和铁口的维护。全风堵口率 正常出铁堵铁口应在全风下进行，不应放风。 上渣率有渣口的高炉，从渣口排放的炉渣称为上渣，从铁口排出的炉渣称为下渣。上渣率是指从渣口排放的炉渣量占全部炉渣量的百分比。 上渣率高(一般要求在70以上)，说明上渣放得多，从铁口流出的渣量就少，减少了炉渣对铁口的冲刷和侵蚀作用，有利于铁口的维护。五、出铁操作 1出铁口的构造和工作条件出铁口的构造铁口由铁口框架、冷却板、砖套、铁口孔道等组成。出铁口的工作条件受到高温、机械冲刷和化学侵蚀等一系列的破坏作用，工作条件十分恶劣。开炉后生产中铁口的状况高炉生产一段时间后，铁口区的炉底、炉墙都受到严重的侵蚀，仅靠出铁后堵泥形成的泥包和渣皮来维持，2铁口的维护 保持正常的铁口深度 生产中铁口深度是指从铁口保护板到红点(与液态渣铁接触的硬壳)间的长度。根据铁口的构造，正常的铁口深度应稍大于铁口区炉衬的厚度。维持正常足够的铁口深度，可促进高炉中心渣铁流动，抑制渣铁对炉底周围的环流侵蚀，起到保护炉底的效果。同时由于深度较深，铁口通道沿程阻力增加，铁口前泥包稳定，钻铁口时不易断裂。在高炉出铁口角度一定的条件下，铁口深度增长时，铁口通道稳定，有利于出净渣铁，促进炉况稳定顺行。 铁口过浅的危害： 铁口过浅，无固定的泥包保护炉墙，在渣铁的冲刷侵蚀作用下，炉墙越来越薄，使铁口难以维护，容易造成铁水穿透残余的砖衬而烧坏冷却壁，甚至发生铁口爆炸或炉缸烧芽等重大恶性事故。 铁口过浅，出铁时往往发生“跑大流”和“跑焦炭”事故，高炉被迫减风出铁，造成煤气流分布失常、崩料、悬料和炉温的波动。 铁口过浅，渣铁出不尽，使炉缸内积存过多的渣铁，恶化炉缸料柱的透气性，影响炉况的顺行，同时还造成上渣带铁多，易烧坏渣口，给放渣操作带来困难，甚至造成渣口爆炸。 铁口过浅，在退炮时还容易发生铁水冲开堵泥流出，造成泥炮倒灌，烧坏炮头，甚至发生渣铁漫到铁道上，烧坏铁道的事故。有时铁水也会自动从铁口流出，造成漫铁的事故。 保持正常的铁口深度的操作： 每次按时出净渣铁，并且渣铁出净时，全风堵出铁口。 正确地控制打泥量。2500 m3高炉通常每次泥炮打泥量在300 kg，炮泥单耗08 kt。 炮泥要有良好的塑性及耐高温渣铁磨蚀和熔蚀的能力。炮泥制备时配比准确、混合均匀、粒度达到标准及采用塑料袋对炮泥进行包装。 加强铁口泥套的维护。 放好上渣。 严禁潮铁口出铁。 固定适宜的铁口角度铁口角度是指出铁时铁口孔道的中心线与水平面间的夹角。使用水平导向梁国产电动开铁口机，铁口角度的确定是把钻头伸进铁口泥套尚未转动时钻杆与水平面的最初角度。对风动旋转冲击式开口机而言，铁口角度由开口机导向梁的倾斜度来确定平时铁口角度应固定，以便保持死铁层的厚度，保护炉底和出净渣铁。同时也可使堵铁口时，铁口孔道内的渣铁水能全部倒回炉缸中，避免渣铁夹入泥包中，引起破坏和给开铁口造成困难。 保持正常的铁口直径铁口孔道直径变化直接影响到渣铁流速。定期修补、制作泥套 在铁口框架内距铁口保护板250300mm的空间内，用泥套泥填实压紧的可容纳炮嘴的部分叫铁口泥套。只有在泥炮的炮嘴和泥套紧密吻合时，才能使炮泥在堵口时能顺利地将泥打人铁口的孔道内。更换泥套的方法：更换旧泥套时，应将旧泥套泥和残渣铁抠净，深度应大于150250mm。填泥套泥时应充分捣实，再用炮头准确地压出3050mm的深窝。退炮后挖出直径小于炮头内径，深150mm，与铁口角度基本一致的深窝。用煤气烤干。泥套的使用与管理：铁口泥套必须保持完好，深度在铁口保护板内5080 mm，发现损坏立即修补和新做。使用有水炮泥高炉捣打料泥套每周做一次，无水炮泥高炉定期制作。在日常工作中，长期休风时泥套必须重新制作。详细检查铁口区是否有漏水、漏煤气现象；铁口框是否完好；铁口孔道中心线是否发生变化。 堵口操作时，连续发生两次铁口跑泥，应重新做铁口泥套。 如果在出铁中发现泥套损坏，应拉风低压或休风堵铁口。 堵铁口时，铁口前不得有凝渣。为使泥炮头有较强的抗渣铁冲刷能力，可在炮头处采取加保护套及使用复合炮头。 制作泥套时应两人以上作业，防止煤气中毒。在渣铁未出净、铁口深度过浅时，禁止制作铁口泥套。 解体旧泥套使用的切削刮刀角度应和泥炮角度一致。制作泥套应尽量选择在高炉计划休风时进行。 控制好炉缸内安全渣铁量 3打开出铁口的方法 打开出铁口时间 打开铁口时间有以下情况： 有渣口高炉铁口堵口后，经过一定的时间或若干批料后放上渣，直至炉前出铁。 大型高炉一个出铁口出完铁后堵口，再间隔一段时问，打开另一个出铁口出铁。 大型高炉多个出铁口轮流出铁时，即一个铁口堵塞后，马上按对角线原则打开另一个铁口。现代大高炉(4000 m3)为保证渣铁出净及炉况稳定，采用连续出铁，即一个出铁口尚未堵上即打开另一个铁口，两个铁口有重叠出铁时间。打开出铁口方法 打开出铁口的方法如下： 用开口机钻到赤热层(出现红点)，然后捅开铁口，赤热层有凝铁时，可用氧气烧开。 用开口机将铁口钻漏，然后将开口机迅速退出。 采用双杆或换杆的开口机，用一杆钻到赤热层，另一杆将赤热层捅开。 埋置钢棒法。将出铁口堵上后2030 min拔炮，然后将开口机钻进铁口深度的23，此时将一个长5 m的圆钢棒(4050 mm)打入铁口内，出铁时用开口机拔出。烧铁口。采用一种特制的氧枪烧铁口，事先将送风风口和铁口区域烧通。 4.堵铁口及拔炮作业程序 铁口见喷时进行堵前试炮，确认打泥活塞堵泥接触贴紧，铁口前残渣铁清理干净，铁口泥套完好，进行堵铁口操作。程序如下： 启动转炮对正铁口，并完成锁炮动作。 启动压炮将铁口压严，做到不喷火、不冒渣。 启动打泥机构打泥，打泥量多少取决于铁口深度和出铁情况。 用推耙推出撇渣器内残渣。 堵铁口后拔炮时间：有水炮泥510 min，无水炮泥2030 min。 拔炮时要观察铁口正面无人方可作业。 抽回打泥活塞200300 min，无异常再向前推进100150 min。 启动压炮，缓慢间歇地使炮头从铁口退出抬起。 保持挂钩在炉上23 min (或自锁同样时间)。 泥炮脱钩后，启动转炮退回停放处。5出铁操作 出铁前的准备工作 出铁前的准备工作如下： 清理好渣、铁沟，垒好砂坝和砂闸。 检查铁口泥套、撇渣器、渣铁流嘴是否完好，发现破损及时修补和烤干。 泥炮装好泥并顶紧打泥活塞，装泥时要注意不要把硬泥、太软的泥和冻泥装进泥缸内。 开口机、泥炮等机械设备都要进行试运转，有故障应立即处理。 检查渣铁罐是否配好，检查渣铁罐内是否有水或潮湿杂物，有没有其他异常，发现问题及时联系处理，如冲水渣应检查水压是否正常并打开正常喷水。 钻铁口前把撇渣器内铁水表面残渣凝盖打开，保证撇渣器大闸前后的铁流通畅。准备好出铁用的河沙、覆盖剂、焦粉等材料及有关的工具。 铁沟的操作新做的铁沟应彻底烤干，每次出完铁后应清理干净，如有损坏要进行修补，修补时必须把旧料及残渣铁清理干净，然后填进新料按规定尺寸捣紧烤干。 出铁操作安全注意事项 出铁操作安全注意事项包括： 穿戴好劳保用品，以防烧伤。 开铁口时，铁口前不准站人，打锤时先要检查锤头是否牢固，锤头的轨迹内无人。 出铁时，不准跨越渣、铁沟，接触铁水的工具要先烤热。 湿手不准操作电器。 干渣不准倒入冲制箱内。 装炮泥时，手不准伸进装泥孔。不准戴油手套开氧气，严禁吸烟，烧氧气时手不可握在胶管和氧气管的接头处。铁水和炉渣的流速渣铁流速与铁口直径、铁口深度、炮泥强度(耐磨蚀与熔蚀的能力)、出铁口内径粗糙度、炉缸铁水和熔渣层水平面的厚度、炉内的煤气压力等因素有关高炉基本操作 高炉基本操作制度高炉炉况稳定顺行：一般是指炉内的炉料下降与煤气流上升均匀，炉温稳定充沛，生铁合格，高产低耗。操作制度：根据高炉具体条件(如高炉炉型、设备水平、原料条件、生产计划及品种指标要求)制定的高炉操作准则。高炉基本操作制度：装料制度、送风制度、炉缸热制度和造渣制度。一、炉缸热制度1.炉缸热制度的概念高炉炉缸所应具有的温度和热量水平。炉温一般指高炉炉渣和铁水的温度，即“物理热”。一般铁水温度为13501550，炉渣温度比铁水温度高50100。生产中常用生铁含硅量的高低来表示高炉炉温水平，即“化学热”。2.炉缸热制度的作用直接反映炉缸的工作状态，稳定均匀而充沛的热制度是高炉稳定顺行的基础。3.热制度的选择根据生产铁种的需要，选择生铁含硅量在经济合理的水平。冶炼炼钢生铁时，Si含量一般控制在0.30.6之间。冶炼铸造生铁时，按用户要求选择Si含量。且上、下两炉Si含量波动应小于0.1。根据原料条件选择生铁含硅量。冶炼含钒钛铁矿石时，允许较低的生铁含硅量；用铁水的Si+Ti来表示炉温。结合高炉设备情况。如炉缸严重侵蚀时，以冶炼铸造铁为好。结合技术操作水平与管理水平。原燃料强度差、粉末多、含硫高、稳定性较差时，应维持较高的炉温；反之在原燃料管理稳定、强度好、粉末少、含硫低的条件下，可维持较低的生铁含硅量。4.影响热制度的主要因素原燃料性质变化主要包括焦炭灰分、含硫量、焦炭强度、矿石品位、还原性、粒度、含粉率、熟料率、熔剂量等的变化。矿石品位提高1，焦比约降低2，产量提高3。烧结矿中FeO含量增加l，焦比升高l5。矿石粒度均匀有利于透气性改善和煤气利用率提高。焦炭含硫增加01，焦比升高l220；灰分增加l，焦比上升2左右。随着高炉煤比的提高，还应充分考虑煤粉发热量、含硫量和灰分含量的波动对热制度的影响。冶炼参数的变动主要包括冶炼强度、风温、湿度、富氧量、炉顶压力、炉顶煤气CO2含量等的变化。调节风温可以很快改变炉缸热制度。喷吹燃料会改变炉缸煤气流分布。风量的增减使料速发生变化，风量增加，煤气停留时间缩短，直接还原增加，会造成炉温向凉。装料制度如批重和料线等对煤气分布、热交换和还原反应产生直接影响。设备故障及其他方面的变化下雨等天气变化导致入炉原燃料含水量增加、入炉料称量误差等。高炉炉顶设备故障，悬料、崩料和低料线时，炉料与煤气流分布受到破坏，大量未经预热的炉料直接进入炉缸，炉缸热量消耗的增加使炉缸温度降低，炉温向凉甚至大凉。冷却设备漏水，导致炉缸热量消耗的增加使炉缸温度降低，造成炉冷直至炉缸冻结。二.送风制度1.送风制度的概念在一定的冶炼条件下，确定合适的鼓风参数和风口进风状态。2.适宜鼓风动能的选择高炉鼓风所具有的机械能叫鼓风动能。适宜鼓风动能应根据下列因素选择：原料条件原燃料条件好，能改善炉料透气性，利于高炉强化冶炼，允许使用较高的鼓风动能。原燃料条件差，透气性不好，不利于高炉强化冶炼，只能维持较低的鼓风动能。燃料喷吹量高炉喷吹煤粉，炉缸煤气体积增加，中心气流趋于发展，需适当扩大风口面积，降低鼓风动能，以维持合理的煤气分布。但随着冶炼条件的变化，喷吹煤粉量增加，边缘气流增加。这时不但不能扩大风口面积，反而应缩小风口面积。因此，煤比变动量大时，鼓风动能的变化方向应根据具体实际情况而定。风口面积和长度在一定风量条件下，风口面积和长度对风口的进风状态起决定性作用。风口面积一定，增加风量，冶强提高，鼓风动能加大，促使中心气流发展。为保持合理的气流分布，维持适宜的回旋区长度，必须相应扩大风口面积，降低鼓风动能。高炉适宜的鼓风动能随炉容的扩大而增加。炉容相近，矮胖多风口高炉鼓风动能相应增加。3.合理的理论燃烧温度的选择风口前焦炭和喷吹燃料燃烧所能达到的最高绝热温度，即假定风口前燃料燃烧放出的热量全部用来加热燃烧产物时所能达到的最高温度，叫风口前理论燃烧温度。理论燃烧温度的高低不