烧结及高炉炼铁基本原理及工艺.ppt

1 高炉炼铁基本原理及工艺 2 主要内容 高炉主要技术经济指标高炉冶炼原 燃料及熔剂铁矿烧结的基本原理 工艺高炉冶炼基本原理与能量利用高炉强化冶炼的手段与方法 3 宝钢高炉全貌 4 一 高炉主要技术经济指标 1 利用系数 p 高炉昼夜产铁量 vu 高炉有效容积 t m3 d 2 焦比 k q 昼夜焦碳用量 p 现主要核算综合焦比 3 冶炼强度 i q vu 反应焦碳的燃烧能力 4 休风率 计划外的检修时间占规定作业时间的百分比 2 5 生铁成本 原料占80 6 一代炉龄 高炉点火开炉 停炉大修历经时间 与耐材砌筑 i有关 5 二 高炉冶炼原 燃料及熔剂 1 铁矿石种类及质量评价 6 铁矿全景图 鞍矿公司眼前山铁矿 鞍矿公司东鞍山铁矿 7 各类铁矿石图 赤铁矿 磁铁矿 菱铁矿 褐铁矿 8 粗破细破球磨机分级机磁选机输送机 9 烧结厂的带式烧结机 10 烧结矿及烧结球团 烧结球团 烧结矿 11 品位 含铁量 理论上品位 1 焦比 2 产量 3 脉石成分 sio2 al2o3 越好 须重视al2o3 mgo 越好 有害杂质 s p cu pb zn as k na 有益元素 mn v ni cr 12 强度和粒度 强度 易粉化影响高炉透气性 不同粒度应分级入炉 还原性 被co h2还原的难易 影响焦比 化学成分稳定性 tfe波动 0 5 sio2 0 03 混匀的重要性 条件 平铺直取 原料场应足够大 矿石代用品 高炉炉尘 转炉炉尘 轧钢皮 硫酸渣等 13 2 助 熔剂 1 作用 形成低熔点易流动的炉渣 脱s 碱性熔剂 2 种类 14 3 熔剂的质量要求 碱性氧化物含量 cao mgo 52 概念 石灰石有效熔剂性cao 有效 cao 石灰石 r sio2 石灰石 s p s 0 01 0 08 p 0 001 0 03 减少caco3入炉 原因 a 高温分解吸热b co2 c 2coc co2会冲淡co浓度造成焦比k增加 15 3 高炉用燃料焦碳 主要作用 作为高炉热量主要来源的60 80 其它热风提供提供还原剂c co料柱骨架 保证透气性 透液性 质量要求 含炭量 c 灰份 渣量 强度 反应性 焦比 含s量 生铁中 s 80 来源于焦碳强度 m40 m10 粒度组成 焦丁的利用及混装过渡区的问题 成分稳定 特指水分 干熄焦技术 宝钢 焦碳反应性 c co2 2co开始反应的高低快慢 影响间接还原区的范围 从而影响焦比 16 焦炉 17 4 精料的含义 高 稳 熟 小 匀 净 方针 高 1 矿石品位高 天然矿62 烧结矿57 球团矿60 渣量降低300kg t铁 2 固定炭高 灰份 10 3 还原性好 烧结矿中feo 10 4 机械强度高 转鼓指数 高温强度 软熔温度稳 化学成分稳定 tfe r 熟 增加熟料率 1 0 3 焦比 1 2kg tfe小 匀 净 平均粒度差小 杂质少日本称为 整粒 处理 18 三 铁矿烧结及球团的基本原理 工艺 一 烧结料组成 1 含铁料 精矿份200目以下 考虑成球性 富矿粉 5 8mm 烧结中的骨架 其他 炉尘 轧钢皮等 2 熔剂 以cao为主 cao 1 烧结产量 3 3 燃料 焦粉 无烟煤3 5 20 可进行金属化烧结 低品位矿石冶炼 可持续发展问题 4 返矿 机尾筛下物 未烧透 影响成品率 19 烧结的车间的全貌 20 21 烧结流程 22 二 烧结料层结构 23 烧结点火示意图 24 1 烧结矿层 随烧结过程进行不断加厚 抽入空气过冷使烧结矿骤冷将影响烧结矿强度 2 燃烧层 主要反应为 c的燃烧 mco3分解 fes2氧化 形成液相 铁氧化物分解还原氧化 由于液相的产生使该层透气性变差 3 预热层 主要反应为 氧化还原 结晶水分解 部分mco3分解4 干燥层 主要为烧结料中水分蒸发 易使烧结料球破坏5 过湿层 原始混合料层 水分凝聚 影响料层透气性 25 三 烧结过程的特点 1 燃料燃烧需空气过剩 过剩系数 1 4 1 5 燃料分布较稀疏 2 一般情况下烧结保持弱氧化气氛 金属化烧结除外 3 烧结过程存在自动蓄热作用 可以考虑采用上高下低的分层配炭 4 存在传热速度与燃烧速度的同步问题5 存在如何减少 过湿 现象的问题6 存在有害杂质s的去除问题 s由易去除s化物转化为硫酸盐的问题 7 存在选用何种液相体系作为固结成型机理问题8 如何解决还原性与强度矛盾的问题 26 四 强化烧结的措施 1 改善透气性 适宜的水分 延长混料时间 小球烧结 预热混合料2 提高抽风负压 但需考虑电耗成本增加问题3 高压烧结 增加气体质量流量4 热风烧结 可部分解决还原性与强度之间的矛盾5 加入稳定剂 p类 b类 mn v类6 提高r 铁酸钙理论 即控制液相成分 但不利于脱s7 厚料层烧结 充分利用自动蓄热作用 条件 预热混合料 低水原则 8 双层烧结 二次点火 设备复杂9 料面插孔烧结 提高透气性 27 烧结设备 料仓 28 烧结设备 烧嘴 29 烧结设备 台车 30 烧结设备 主排气管 31 烧结设备 烧结布料机构 32 烧结设备 除尘设备 33 烧结设备 抽风系统 34 烧结设备 风机与风箱 35 烧结设备 破碎机 36 烧结设备 传动装置 37 四 高炉冶炼基本原理 一 高炉还原过程 二 造渣与脱s 三 风口前c的燃烧 四 炉料与煤气运动 五 高炉能量利用 38 高炉炼铁过程 39 高炉炼铁的流程 40 高炉炼铁车间全景 41 高炉的五大系统 42 高炉的原料系统 43 原料系统之一 上料皮带 44 炉顶布料 45 称量料斗 46 送风系统 47 送风系统之 热风炉 48 高炉本体预览 49 高炉本体平台构成 50 高炉炉型 51 一 高炉还原过程1 高炉炉内状况 52 1 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 占bf总体积60 200 1100 主要反应 水分蒸发结晶水分解除caco3外的其它mco3分解间接还原碳素沉积反应 2co c co2 2 软熔带 矿石层开始熔化与焦碳层交互排列 焦碳层也称 焦窗 形状受煤气流分布与布料影响 可分为正v型 倒v型 w型主要反应 fe的直接还原fe的渗碳caco3分解吸收s 焦碳中的s向渣 金 气三相分布 贝波反应 c co2 2co 53 3 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反应 fe mn si p cr的直接还原 fe的渗c 4 回旋区 c在鼓风作用下一面做回旋运动一面燃烧 是高炉热量发源地 c的不完全燃烧 高炉唯一的氧化区域 主要反应 c o2 co2co2 c 2co 5 炉缸区 渣铁分层存在 焦碳浸泡其中主要反应 渣铁间脱s si mn等元素氧化还原 54 2 铁的间接还原与直接还原 1 间接还原 用co h2为还原剂还原铁的氧化物 产物无co2 h2o的还原反应 特点 放热反应反应可逆 2 直接还原 用c作为还原剂 最终气体产物为co的还原反应 特点 强吸热反应反应不可逆 3 直接 间接还原区域划分 取决于焦碳的反应性低温区 800 基本为间接还原中温区800 1100 共存高温区 1100 全部为直接还原 4 用直接还原度rd 间接还原度ri来衡量高炉c素利用好坏 评价焦比 55 铁矿石的还原示意 56 3 非铁元素的还原 1 mn的还原 一般规律 mno2 550 间还 mn2o3 1100 间还 mn3o4 1000 间还 mno 1200 直接还原 mn mn还原的特点 间接还原放热大 使炉顶温度 直接还原吸热大 使焦比 控制mn还原的手段 提高炉缸温度 但会使mn的挥发损失 提高炉渣r生铁中保持一定 si 57 2 si的还原 生铁中 si 的要求 制钢铁 si 0 6铸造铁1 25 si 4 25 si还原的特点 大量吸热全部直接还原k si还原的途径 气化还原 sio2 c sio g cosio g c si co渣铁反应 sio2 2 c si 2co 控制si还原的因素 提高炉缸温度利于si的还原 炉渣r利于si的还原 58 3 p的还原p100 还原入铁 只有原料控p 4 含ti矿的冶炼tio2 ti2o3 tio ti ti c n 固熔体使炉渣粘稠 59 二 造渣与脱s 1 造渣的概念与作用概念 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炉渣 作用 1 促进或抑制某些化学反应 2 保护炉墙 高炉长寿 2 造渣过程 1 初渣 由软化前沿至熔化前沿生成生矿 成分不均匀 软熔区间大操作困难酸性烧结矿 成分较均匀 但初渣为酸性碱性烧结矿 成分可预定 存在一定cao 流动性好 60 2 中间渣 初渣向下温度升高 feo 被还原 并吸收cao r 3 终渣 主要成分 sio2 al2o3 cao mgo 95 feo 1 61 3 脱s 1 s的来源与分布 焦碳60 80 矿石及喷吹物20 40 s负荷4 6kg t铁 煤气 炉尘5 10 生铁5 炉渣90 2 降低生铁 s 途径 降低s负荷 降低焦碳s含量 气化脱s 一定值 适宜的渣量 3 炉渣脱s基本反应 fes cao cas feo 提高炉渣脱s能力的因素 温度 还原气氛 r 62 三 风口前c的燃烧 1 风口前c燃烧的意义占总c量的70 其它碳用于 直接还原 feo c fe co mno c mn co cao s c cas co 使煤气中co增加co2 h2o的气化 co2 c 2coh2o c h2 co 吸热 使焦碳强度下降意义 1 提供热量80 2 提供还原剂 3 影响炉料下降 软熔带形状 煤气利用 冶炼指标 63 2 燃烧带大小的控制 下部调剂 1 影响燃烧带大小的因素 c的燃烧速度 一般认为影响不大 布料状态 中心堆积 燃烧带小 中心疏松 燃烧带大 鼓风动能ek的大小 2 影响ek的因素 风量 ek 风温 体积膨胀 质量流量 ek 风温 速度 ek 总体ek略有变化 风压 ek 风口截面积s ek 64 风口前碳的燃烧示意 65 四 炉料与煤气运动1 炉料下降的条件 1 自由空间的形成 c的燃烧 渣铁排放 下料中重新排列 炉料软熔 2 炉料下降的力学分析p p料 p摩 p浮 p气 p有效 p气p 0顺行p 0悬料 难行p料 品位 焦碳负荷 p料 p摩 炉墙与炉料 炉料与炉料 h d 设计问题 p浮 料柱浸泡在渣铁中产生 勤放渣铁p气 上升煤气对料柱的支撑力 66 2 炉腹区煤气流炉腹区压差 p 较大的原因 存在液态渣铁的动滞留 与冶炼强度i有关 和静滞留 与炉渣的物化性质有关 易形成液泛现象 flood 为避免液泛现象要求 1 渣量小 品位高 i小 2 提高焦碳质量 3 煤气流速小 4 初渣粘度小 保证一定 feo 含量3 炉顶煤气的分布 1 边缘气流 煤气利用差 2 中心气流 煤气利用一般 考虑大喷煤应以发展中心为主 3 两道气流 中心 边缘都有一定发展 传统型 4 管道气流 煤气分布失常50 60年代双锋为主 低i 原料差 以顺行为主 60 70年代平锋为主 i 现代以中心开放为主 vu 大喷煤需要 67 4 上部调剂 1 合理布料的意义 影响料柱的空隙度 不人为调整将产生偏析 煤气自动边缘分布 2 影响因素 布料设备 装料制度 包括 料线批重装料次序 68 高炉布料设备 69 五 高炉能量利用1 评价方法 1 燃料比 2 rd 3 c的利用程度 co2 煤气上升过程中的变化 70 高炉煤气取样示意 71 五 高炉强化冶炼手段与方法 1 大风量问题 风量增加 炉内传热效果下降 ri降低 k增加 风量应与还原性相适应2 高风温的问题 风温增加 传热推动力增加 但利用风温的同时k势必降低 透气性将下降3 富氧问题 富氧将使炉缸温度增加 但煤气总量下降 不利