高炉炼铁基本原理及工艺ppt课件

1 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 左右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 2 二 高炉冶炼原 燃料及熔剂 1 铁矿石种类及质量评价 3 各类铁矿石图 赤铁矿 磁铁矿 菱铁矿 褐铁矿 4 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 5 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 6 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 7 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 是高炉炉温下降b CO2 C 2CO 消耗焦炭c CO2会冲淡CO浓度造成焦比K增加 8 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 其它的由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 9 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 10 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 精矿粉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 烧结机机尾筛下物 未烧透 影响成品率 11 12 二 烧结料层结构 13 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 14 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 15 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 16 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 17 高炉的五大系统 18 高炉炉型 19 一 高炉还原过程1 高炉炉内状况 20 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 21 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 22 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 23 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 24 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焦比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 25 3 P的还原P100 还原入铁 只有通过控制原料中的P含量来控制P含量 4 含Ti矿的冶炼TiO2 Ti2O3 TiO Ti Ti C N 固熔体使炉渣粘稠 26 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 27 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 28 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 29 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 30 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 31 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 32 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 33 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 34 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 35 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