高炉炼铁工艺和设备(初稿)ppt课件

1 高炉炼铁工艺和设备 柴XY 2 第一章概述 一 高炉基本知识概述1钢和铁的区别 生铁 C含量大于2 1 根据生铁里碳存在形态的不同 又可分为炼钢生铁 白口铁 铸造生铁 灰口铁 和球墨铸铁等几种 生铁坚硬 耐磨 铸造性好 但生铁脆 不能锻压 钢 C含量0 0218 2 1 3 2反应基本原理 Fe203十CO 2Fe3O4十CO2Fe304十CO 3FeO十C02FeO十CO Fe十CO2 4 高炉 横断面为圆形的炼铁竖炉 用钢板作炉壳 壳内砌耐火砖内衬 高炉本体自上而下分为炉喉 炉身 炉腰 炉腹 炉缸五部分 3反应容器 高炉 5 6 7 出铁口 8 炼铁工序在钢铁工业中有承上启下的作用 钢铁工业生产的高物耗 高能耗 高汚染主要是体现在炼铁系统 其工序能耗占钢铁联合企业总能耗的70 汚染物排放为三分二 9 冶炼时 从炉顶不断地装入铁矿石 烧结矿 球团矿等 焦炭 熔剂 石灰石 白云石 从高炉下部的风口吹进热风 1000 1300 喷入油 煤或天然气等燃料 随着焦炭等燃料的燃烧 产生热煤气流由下而上运动 而炉料则由上而下运动 互相接触 进行热交换 逐步还原 熔化成铁和渣 聚集在炉缸中 定期从铁口放出 集体流程如下 10 1 原燃料通过主皮带上至高炉炉顶装料设备 通过大钟或布料溜槽均匀分布到炉喉 炉顶装料设备分为钟式炉顶和无料钟炉顶 无料钟炉顶因其设备简单 密封性能良好 布料手段灵活多样 近年来已经逐步取代钟式炉顶 11 钟式炉顶无料钟炉顶 图6并罐式无钟炉顶装置示意图1 皮带运输机 2 受料漏斗 3 上闸门 4 上密封阀 5 储料仓 6 下闸门 7 下密封阀 8 叉型漏斗 9 中心喉管 10 冷却气体充入管 11 传动齿轮机构 12 探尺 13 旋转溜槽 14 炉喉煤气封盖 17 料仓支撑轮 18 电子秤压头 19 支撑架 20 下部闸门传动机构 21 波纹管 22 测温热电偶 23 气密箱 24一更换滑槽小车 25一消音器 12 2 上部装入的铁矿石 燃料和熔剂在重力作用下向下运动 从高炉下部的风口吹进热风 1000 1300 喷入油 煤或天然气等燃料 燃料燃烧产生大量高温还原性气体向上运动 炉料经过加热 还原 熔化 造渣 渗碳 脱硫等一系列物理化学过程 最后生成液态炉渣和生铁 13 3 还原反应生成的铁汇聚到炉缸定期从出铁口放出 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 从出铁口一起排出 14 4 煤气从炉顶导出 经除尘后 作为工业用煤气 15 1 长期连续生产 高炉从开炉到大修 现在一代炉龄已达15年 停炉这一期间内一直不停地连续运转 仅在设备检修或发生事故时才暂停生产 即休风 2 规模大型化 目前已有5860m3的高炉 日产万吨生铁 3 机械 自动化程度越来越高 4 生产的联合性 从高炉本身来说 从上料到出铁 出渣 从送风到煤气回收 各系统都必须有机的协调联合工作 在整个钢铁联合生产中 高炉也是重要的一环 它的事故或停产都会对整个生产造成严重影响 4高炉生产的特点 16 5高炉炼铁的主要经济技术指标与相关术语解释 1 利用系数 利用系数一般指的是容积利用系数 即高炉一立方米容积每日生产的合格炼钢生铁产量 t m3 d 是高炉一日的产量 P 与高炉容积 V 的比值 我国的利用系数按高炉有效容积计算 欧美用工作容积计算 分别称为有效容积利用系数和工作容积利用系数 另外还有炉缸面积利用系数 即单位一平方米炉缸面积每日生产的合格炼钢生铁产量 是高炉一日的产量 P 与高炉炉缸面积 A 的比值 2 冶炼强度I现分为焦炭冶炼强度和综合冶炼强度 焦炭冶炼强度是一日一立方米高炉容积消耗的焦炭量 t m3 d 即高炉一日入炉的焦炭量 Qk 与高炉容积 V 的比值 一日一立方米高炉容积消耗的焦炭量和喷吹燃料的总和是综合冶炼强度 t m3 d 即高炉一日入炉的焦炭量 Qk 与喷吹燃料量 Q喷 相加与高炉容积 V 的比值 17 3 焦比K 它是冶炼一吨生铁所需的焦炭量 kg t 18 4 热风温度 送风系统送入的热风温度 提高100 风口前理论燃烧温度升高60 降低燃料比15kg t 允许多喷吹煤粉30kg t 有较高炼铁的经济效益 目前 我国炼铁指标之中与国际先进水平相比 差距最大的地方是热风温度偏低 相差100 150 国外先进水平的热风温度为1250 以上 领先水平为1300 09年 风温较高的企业有 太钢1217 首钢1217 宝钢1203 三明1189 攀钢1193 鞍钢1186 等 但是 尚有7个企业风温低于1000 19 5 焦炭负荷 是每批炉料中铁矿石总量 包括烧结矿 球团矿 天然块矿和锰矿等 Q矿 与每批炉料中焦炭量 Q焦 的比值 6 休风率 休风率是高炉休风停产时间占规定日历作业时间的百分数 所谓规定日历作业时间是指日历时间减去计划大 中修时间 7 煤比Y 煤比是冶炼一吨生铁所喷吹的煤粉量 kg t 高炉喷煤是炼铁系统结构优化的中心环节 是降低炼铁生产成本的重要手段 也是减少炼焦过程中环境污染的有利措施 我国重点企业高炉喷煤比已达国际水平 但仍有较大提升的余地 09年喷煤比较高的企业有 太钢185kg t 宝钢180kg t 新兴铸管172kg t 武钢173kg t 莱钢172kg t 鞍钢168kg t 8 燃料比 它是指冶炼一吨生铁所消耗的干焦量与煤粉之和 2006年国际钢铁协会公布 世界高炉平均燃料比为543kg t 09年比较低的企业有 首钢466kg t 宝钢472kg t 马钢485kg t 太钢488kg t 我国燃料比高于世界平均水平 是我国高炉入炉矿含铁品位低 热风温度偏低 焦炭品质差造成的 20 9 综合焦比 综合焦比是指即将冶炼一吨生铁所喷吹的煤粉量乘上置换比折算成干焦炭量 在与冶炼一吨生铁消耗的干焦量相加即为综合焦比 10 工序能耗 是指某一段时间 月 季 年 内 高炉生产系统和辅助生产系统以及直接为炼铁生产服务的附属系统所消耗的各种能源的实物耗量 扣除回收利用的能源 并折算成标煤 29330kjce t 与该时段的内生铁产量之比值 09年工序能耗较低的企业有 太钢353 22kgce t 邯钢366 25kgce t 涟钢381 01kgce t 鞍钢390 62kgce t 杭钢391 34kgce t 武钢393 34kgce t 11 生铁合格率 合格生铁产量占生铁总产量的百分数 12 置换比 R 喷吹单位重量 体积 燃料所能替代的焦炭量 kg kg 13 生铁成本 生产每吨合格生铁所有原燃料 材料 动力 人工等费用的总和 元 吨 14 高炉寿命 高炉寿命有两种表示方法 一是一代炉龄 从开炉到大修停炉的时间 一般8年以下为低寿命 8 12年为中等 12年以上为长寿 二是一代炉龄中每立方米有效容积产铁量 一般5000t m3以下为低寿命 5000 8000t m3为中等 8000t m3以上为长寿 21 全国重点钢铁企业炼铁技术指标年平均值 22 6国内外高炉简述 截至2009年11月 全世界共有9座5500m 以上的特大型炼铁高炉 除了沙钢的世界高炉之王外 其他8座分别是 日本新日铁大分厂1号 2号高炉 容积均为5775m 俄罗斯北方钢铁 Severstal 切列波维茨厂5号高炉 容积5580m 日本新日铁君津厂4号高炉 容积5555m 德国蒂森钢铁斯韦尔根厂2号高炉 容积5513m 日本JFE福山厂5号高炉 容积5500m 韩国浦项光阳钢厂4号高炉 容积5500m 中国京唐钢铁1号高炉 容积5500m 23 日本是特大型高炉最多的国家 全世界18座5000m 以上的高炉中 日本就占了12座 近年来日本四大钢铁公司 一口气将12座1979年前建设的高炉 扩容改建到5000m 以上 其中还包括2004年9月29日 住友金属鹿岛厂投产的5370m 新1号高炉 这是日本25年来唯一新建的大型高炉 新日铁大分厂2号高炉于1976年10月点火投产 1988年8月大修扩容到5245m 2004年5月大修扩容到5775m 日产量达到13500吨 成为当时世界最大的炼铁高炉 该炉自1976年投产以来 累计铁水产量已接近1亿吨 2009年8月2日 新日铁大分厂1号高炉经过大修 也扩容到5775m 该炉1972年11月投产时的容积为4158m 这些老旧高炉经过不断的大修改造 依然具有很高的生产效率 24 苏联于1974年底 在乌克兰克里沃罗格 KrivoiRog 钢铁公司 建成容积5026m 的9号高炉 年产量为400万吨 其炉壳用高强度钢板制成 配备有自立式热风炉 热风温度可达1450 比一般热风炉高200 300 这是苏联第一座5000m 级高炉 2003年11月 9号高炉经大修后复产 该厂曾经是仅次于马格尼托哥尔斯克钢铁公司的苏联第二大钢铁企业 现被安赛乐米塔尔收购 2008年产量约810万吨 1986年4月 苏联在沃洛格达州的切列波维茨 Cherepovets 钢铁厂 建成容积5580m 的5号高炉 该炉一度成为世界最大的炼铁高炉 2005年9月大修复产 2008年1月31日发生火灾 2天后恢复生产 韩国浦项制铁光阳钢厂 在1992年9月投产容积为3795m 的4号高炉 年产量310万吨 2009年2月18日停炉大修 将容积扩大到5500m 年产量提高到430万吨 7月21日 该炉完工复产 成为韩国容积最大的高炉 25 我国炼铁始于2500年前的春秋 战国之交 当时铁广泛应用于武器 农具和生活用具 汉武帝时 公元前110年 将炼铁收归官营 先后设立了49个铁官 在郑州古荥镇出土的西汉中晚期冶铁遗址中 炼铁竖炉炉缸长轴约4米 短轴约2 8米 有专家估算这样的竖炉有效容积为50立方米 两侧各有2个风口 设鼓风器4具 日产量约500公斤 东汉时发明了以水力代替人力鼓风 有力地推动了炼铁生产的发展 炼铁技术逐步由中国传入朝鲜 日本等国 26 目前 我国拥有1350多座高炉 大于1000m 以上容积的高炉的200多座 其中5000m 级高炉有3座 3200m 级高炉有16座 2500 2800m 级高炉有42座 我国虽然从1996年起钢铁产量就已经超过日本 跃居世界第一位 2008年粗钢产量超过5亿吨 相当于日本的4倍 由于我国存在大量高污染 高能耗的小型高炉 国家从2005年制定钢铁产业政策时 就明确要淘汰300m 以下的高炉 2009年初制定钢铁产业振兴规划时 进一步将高炉淘汰标准提高到1000m 这将直接压缩落后钢铁产能1 8亿吨以上 因此从2009年后 我国大型炼铁高炉将进入建设高潮 5月21日 唐山曹妃甸首钢京唐公司新建成的5500立方米1号高炉试生产成功 10月21日 沙钢5860m 高炉投产 2010年首钢京唐5500立方米2号高炉将投产 此外宝钢湛江 武钢防城港项目均有建设5000立方米以上大型高炉的计划 27 08年重点钢铁企业高炉情况 28 2 国外炼铁生产状况 生产总量下降 国外我国合计2008年 4 5644 7069 2702009年 3 5455 4378 982 29 钢铁产量差距明显扩大 铁钢比持续降低 2009年国外铁钢比 0 543我国铁钢比 0 957全球铁钢比 0 736 30 第二章高炉本体系统 1高炉内的分解和还原过程 1 高炉原料中游离水对高炉冶炼的影响游离水存在于矿石和焦炭的表面和空隙里 炉料进入高炉之后 由于上升煤气流的加热作用游离水首先开始蒸发 游离水蒸发的温度是100 但是料块内部也达到100 从而使炉料中的游离水全部蒸发掉 就需要更高的温度 根据料块的大小不同 需要达到120 或者对大块来说 甚至要达到200 游离水才能全部蒸发掉 一般用天然矿或冷烧结矿的高炉 其炉顶温度为150 300 因此 炉料中的游离水进入高炉之后 不久就蒸发完毕 不增加炉内燃料消耗 相反 游离水的蒸发降低了炉顶温度 有利于炉顶设备的维护 延长炉顶设备的寿命 另一方面 炉顶温度的降低使煤气体积缩小 降低煤气的流速 从而减少炉尘吹出量 2 高炉原料内结晶水对高炉冶炼的影响炉料中的结晶水主要存在于水化物矿石 如褐铁矿2Fe2O3 H2O 和高岭土 Al2O3 2SiO2 2H2O 中间 高岭土是黏土的主要成分有些矿石含有高岭土 试验表明 褐铁矿中的结晶水从400 开始分解 到400 500 才能分解完毕 高岭土的结晶水从400 开始分解 但分解速度很慢 到500 600 迅速分解 全部除去结晶水要达到800 1000 31 3 高炉内碳酸盐分解与影响炉料中的碳酸盐主要来自溶剂和矿石 主要是CaCO3 MgCO3 MnCO3 FeCO3等 这些碳酸盐在下降过程中逐渐被加热发生吸热分解反应 他们根据高炉内的条件不同 他们的分解温度不同 具体数据 FeCO3 MnCO3 MgCO3 CaCO3开始分解温度 380 400450 550550 600740分解出1kgCO2吸热 kJ1995218024904045FeCO3 MnCO3和MgCO3的分解比较容易 分解吸热也不多 都发生在低温区 对高炉冶炼无大影响 而石灰石CaCO3就不一样 开始分解温度在700 就不一样 而沸腾温度在960 以上 而且分解速度还受到其它各种因素的影响 如料块等 有50 70 的石灰石到高温区分解 分解出的CO2与碳发生溶损反应吸热 CO2 C 2CO 3770kJ kg高炉冶炼每使用100kg石灰石 焦比要升高30 40kg 所以高炉冶炼要求使用熟料 32 4 高炉炼铁的还原过程自然界没有天然纯铁 在铁矿石中铁与氧结合在一起成为氧化物 它们是Fe2O3 Fe3O4和FeO 原子比为 O Fe是1 5 1 33和1 0 理论含氧量是30 27 6 和22 2 高炉炼铁就是要将铁矿石中的铁从氧化物中分离出来 铁氧化物的失氧过程叫还原过程 而用来夺取铁氧化物中的氧并与氧结合的物质就叫还原剂 凡是与氧结合能力比铁与氧结合能力强的物质都可以做还原剂 但从价格和资源考虑最佳还原剂失C CO和H2 C来源于煤 将煤干馏成焦碳作为高炉炼铁的主要燃料 煤磨成煤粉喷入高炉成为补充燃料 CO来自于C在高炉内氧化形成 H2则存在于燃料中的有机物和挥发分 也来自于补充燃料的重油和天然气 在高炉中除了铁被还原外 还有其它元素被还原 它们是极易被还原的 Cu Ni Pb Co 较难被还原的 P Zn Cr Mn V Si Ti P Zn是几乎100 被还原 其余的部分被还原 Mn50 80 V80 Si5 70 Ti1 2 完全不能被还原的是 Mg Ca Al 当矿石中含有Cu Ni Pb Co P Zn Cr Mn V Si Ti元素时 他们就会进入生铁 一般情况下 生铁常含有的合金元素为P Mn Si C S 其中Mn Si S的含量可以控制 而P的含量不能控制 炉料中的P全部进入生铁 不管用何种还原剂 铁氧化物还原是由高级氧化物向低级氧化物到金属逐级进行的 顺序是 570 Fe2O3Fe3O4FeOFe 570 Fe2O3Fe3O4Fe低于570 时 Fe3O4还原得到Fe 而不是570 以上那样是FeO 是因为FeO在570 是不能稳定存在的 它会分解为Fe3O4和Fe 33 5 高炉内化学反应1 碳素溶解损失反应 CO2 C 2CO 165390J mol2 水煤气反应 H2O C CO H2 124190J mol3 水煤气置换反应 CO H2O CO2 H24 间接还原反应 用气体还原剂CO H2还原铁氧化物的反应叫做间接还原反应 Fe2O3的间接还原反应 不可逆反应 3Fe2O3 CO 2Fe3O4 CO23Fe2O3 H2 2Fe3O4 H2OFe3O4和FeO的间接还原反应 可逆反应 570 3Fe3O4 CO2FeO CO23Fe3O4 H22FeO H2OFeO COFe CO2FeO H2Fe H2O 570 Fe3O4 COFe CO2Fe3O4 H2Fe H2O5 直接还原反应 用固体还原剂C还原铁氧化物的反应叫直接还原反应 3Fe2O3 C 2Fe3O4 COFe3O4 C 3FeO COFeO C Fe CO 34 烧结 球团矿 石灰石 白云山 焦炭 35 鱼雷车 lumpore 主输送帶 鼓风机 热风炉 除尘器 洗涤器 烟囱 配料间 炉顶回收电 BFG 储槽 冷空气 热风 混合气 调湿系统 废气 鼓风嘴 出铁口 无钟罩式炉顶 高炉 sinter coke flux 高炉作业流程 36 2高炉内的造渣过程和炉渣的作用 1 高炉内炉渣生成过程1 高炉造渣过程是伴随着炉料的加热和还原而产生的重要过程 物态变化和物理化学过程 铁矿石在下降过程中 受到上升气流的加热 温度不断升高 其物态也不断改变 使高炉内形成不同的区域 块状带 软熔带 滴落带和下炉缸的渣铁贮存区 2 炉渣形成过程 块状带内固相反应形成低熔点化合物是造渣过程的开始 随着温度的升高 低熔点化合物中呈现少量液相 开始软化黏结 在软熔带内形成初渣 其特点是FeO和MnO含量高 碱度偏低 成分不均匀 从软熔带滴下后成为中间渣 在穿越滴落带时中间渣的成分变化很大 FeO MnO被还原而降低 溶剂的或高碱度烧结矿中的CaO的进入使碱度升高 甚至超过终渣碱度 直到接近风口中心线吸收随煤气上升的焦碳灰分 碱度才逐步降低 中间渣穿过焦柱后进入炉缸集聚 在下炉缸渣铁贮存区内完成渣铁反应 吸收脱硫产生的CaS和Si氧化的SiO2等成为终渣 37 2 炉渣的主要成分炉渣成分来自以下几个方面 a矿石中的脉石 b焦炭的灰分 c溶剂氧化物d被侵蚀的炉衬 脉石和灰分的主要成分SiO2和Al2O3 称酸性氧化物 溶剂的氧化物主要是CaO和MgO 称碱性氧化物 当这些氧化物单独存在时其熔点都很高 SiO2熔点1713 Al2O3熔点2050 CaO熔点2570 MgO熔点2800 高炉条件下不能熔化 只有在它们之间相互作用形成低熔点化合物 才能熔化成具有良好流动性的炉渣 原料中加入溶剂的目的就是为了中和脉石和灰分中的酸性氧化物 形成高炉条件下能溶化并自由流动的低熔点化合物 炉渣的主要成分就是这4种氧化物 用特殊矿石冶炼时根据不同的矿石种类还会有其它氧化物 如MnO TiO2等 另外高炉渣中总是含有少量的FeO和硫化物 38 3 炉渣在高炉冶炼中的作用由于炉渣具有熔点低 密度小和不熔于生铁的特点 高炉冶炼过程中渣 铁才能得以分离 获得纯净的生铁 这是造渣过程的基本作用 另外还有一下几方面的作用 渣铁之间进行合金因素的还原及脱硫反应 起着控制渣铁成分的作用 炉渣的形成造成了高炉内的软熔带及滴落带 对炉内的气流分布及炉料的下降都有很大的影响 因此炉渣的性质和数量对高炉操作直接产生作用 炉渣黏附在炉墙上形成渣皮 起保护炉衬的作用 另一种情况又可能侵蚀炉衬 起破坏性作用 因此炉渣成分和性质直接影响高炉寿命 4 炉渣碱度炉渣碱度是用来表示炉渣酸碱性指数的 用碱性氧化物和酸性氧化物的质量分数之比来表示炉渣碱度 常用方法如下 R CaO SiO2 渣的碱度一定程度上决定了其溶化温度 黏度及其主要特征 以及其脱硫和排碱能力等 因此碱度是非常重要的代表炉渣成分的实用性很强的参数 39 40 3高炉用的矿石 溶剂和燃料 1 高炉用矿石高炉生产的主要原料是铁矿石及其代用品 锰矿石 燃料和溶剂 铁矿石包括天然矿和人造富矿 烧结矿 球团矿等 一般含铁量超过50 的天然富矿 可以直接入炉 含铁量低于30 45 的矿石直接入炉不经济 须经选矿和造块加工成人造富矿后入炉 铁矿石代用品主要有 高炉炉尘 氧气转炉炉尘 轧钢皮 硫酸渣以及一些有色金属选矿的高铁尾矿等 这些原料一般均加入造块原料中使用 锰矿石一般只在高炉生产锰铁时才使用 铁矿石的评价标准 矿石的含铁量是评价铁矿石质量最重要的标准 矿石有无开采价值 开采以后可否直接入炉和其冶炼价值如何 主要取决于矿石的含铁量 矿石含铁量愈高 其冶炼价值愈高 随着含铁量的降低 矿石的冶炼价值降低 而且 冶炼价值降低的幅度 远比含铁量降低的幅度大 42 铁矿石入炉前的加工处理 为了满足高炉冶炼对铁矿石的一系列的质量要求 铁矿石入炉之前必须进行必要的加工处理 矿石的性质不同 加工处理的方法也不同 对于天然富矿 首先要经过破碎和筛分已获得合适而均匀的粒度 然后在储矿场按平铺直取法进行混匀 达到稳定化学成分的目的 对褐铁矿 菱铁矿和致密难还原的磁铁矿 还要进行适当的焙烧处理 以驱逐其结晶水和CO2 提高品位 疏松组织 改善还原性 对于贫矿 一般都要经过破碎 筛分 细磨和精选 得到含铁60 以上的精矿粉 然后经过造块得到人造富矿 再按高炉粒度要求进行适当的破碎和筛分后入炉 43 人造富矿 烧结矿和球团矿 烧结矿是用矿粉 精矿粉 褐铁矿等 按配比添加溶剂石灰粉 再加燃料煤或焦粉 经过一次混料机加水搅拌混均 再经过二次混和造球后 进入料仓供烧结机用 这样经过布料器布料进入烧结机台车 经点火器点火 风机抽风 就烧成了烧结矿 然后经过破碎 筛粉 冷却就可以入高炉了 球团矿属酸性 烧结矿属碱性 烧结矿碱度越高相应就可以多加球团矿 球团矿是用精矿粉经成球盘加工成球后 烧制而成 目前有土烧和竖炉烧两种方法 土烧投资少 见效快 生球少 但污染大 球团易粘结 亚铁高 竖炉生产投资大 出球快 操做不好易产生较多的生球 44 球团矿烧结矿比较 1 球团矿的粒度小而均匀 有利于高炉料柱透气性的改善和气流的均匀分布 2 球团矿的冷态强度 抗压和抗磨 高 便于运输 装卸和贮存 粉末少 3 球团矿的铁份高和堆密度大 有利于增加高炉料柱的有效重量 提高产量和降低焦比 4 球团矿的还原性好 但是球团矿的还原膨胀率要高于烧结矿 这点可不好 你问的是从工艺上来说 这点的话应该可以从以下来理解 1 烧结矿需要在配料中加入燃料 而球团矿不需要 但是它需要在热废气中焙烧 2 膨润土作为球团的添加剂 而烧结中不需添加剂而用熔剂 一般是生石灰 3 球团生产中靠高温焙烧 焙烧过程用肉眼不能直接观察到料的情况 而烧结用火直接接触物料且生产情况很直观 至于美国偏重球团 日本偏重烧结 这个应该可以从球团和烧结对原料的要求上来说 球团要求原料粒度细 粒级在 200目 74 m 必须 80 比表面积1500 2000cm2 g 甚至更高 而烧结所需粒度较粗 原料中 150目粒级在20 以下 小球烧结法也只能是使原料中 150目粒级提高到40 50 它处理粗粒原料的适应性强 可处理各种富矿粉 焦粉 钢铁厂粉尘和粉粒状含铁废料 45 46 47 2 高炉用熔剂由于高炉造渣的需要 高炉配料中常加入一定数量的助熔剂 简称熔剂 其目的是脉石中高熔点的氧化物生成低熔点的化合物 形成流动性良好的炉渣 达到渣铁分离和去除杂质的目的 高炉的熔剂主要有石灰石 白云石 菱镁石 硅石及萤石等 目前由于精料的技术进步 使用高碱度烧结矿和酸性球团或块矿 熔剂直接入炉的可能性越来越小 仅作稳定炉况调剂炉渣碱度的手段 对熔剂的要求是 熔剂性高 有害杂质少 粒度均匀 3 高炉的主要燃料及特点高炉用的燃料有木炭 无烟煤 焦炭 煤粉 重油 天然气和型焦 现在主要用焦炭和煤粉 煤粉分无烟煤和烟煤 焦炭是高炉的主要燃料也是理想的燃料 它是由煤在高温下 900 1000 干馏而成 它的化学成分完全能够满足高炉炼铁的要求 机械强度大大高于木炭 热稳定性比无烟煤好 气孔度虽不如木炭 但比白煤大的多 喷吹燃料现在我国主要是煤粉 为了降低焦比 目前世界各国普遍采用从高炉风口喷入部分燃料以代替部分焦炭 48 4 高炉对焦炭质量的要求1 固定碳含量要高 灰分要低 因为固定碳含量高 其发热值高 单位重量焦炭所提供的还原剂数量也多 有利于降低焦比 焦炭中的固定碳含量提高1 可降低焦比2 灰分含量增加焦炭固定碳含量就降低 2 降低焦炭强度 3 灰分主要是SiO2和Al2O3等酸性氧化物 增加碱性熔剂用量 从而是渣量增加 焦比降低 一般灰分增加1 焦比升高2 产量降低3 含S P杂质要少 高炉冶炼过程中的硫80 来自焦炭 焦炭含硫量升高须相应提高炉渣碱度和提高炉温以改善炉渣脱硫能力 从而渣量增加 焦比升高 产量降低 一般S升高0 1 焦比升高1 5 产量降低2 另外焦炭机械强度要高 粒度要均匀 粉末要少 水分稳定 反应性要低 抗碱性要强 5 高炉的精料方针精料是高炉炼铁的基础 用 七分原料三分操作 或 四分原料三分设备三分操作 来说明精料对高炉生产的影响 并有 高 熟 净 小 匀 稳 熔 七字方针 也就是入炉品位要高 多用烧结矿和球团矿 筛除小于5mm的粉末 控制入炉矿上限 保证粒度均匀 化学成分稳定 较全面的提法是 渣量小于300kg t 成分稳定 粒度均匀 具有良好的冶金性能 炉料结构合理 49 3高炉产品 生铁 高炉最重要产品 生铁是含有1 7 以上的碳 C 并且含有一定数量的硅 Si 锰 Mn 磷 P 硫 S 等元素的铁碳合金的统称 它的副产品是炉渣 高炉煤气和炉尘 生铁一般分为三大类 即供炼钢用的炼钢生铁 供铸造机件和工具用的铸造铁 以及特种生铁 如作合金用的高炉锰铁和硅铁等 高炉渣 液态炉渣用水急冷成水渣 可做水泥原料 液态炉渣用高压蒸汽或高压空气吹成棉渣 可做绝热保温材料 液态炉渣用少量高压水冲到一个旋转的滚筒上急冷而成膨珠 膨胀渣 是良好的保温材料 也可做轻质混凝土骨料 用炉渣可制成矿渣砖 或用干渣块做铺路材料 高炉煤气一般含有20 以上的一氧化碳 少量的氢和甲烷 发热值一般为2900 3800kj m3 是一种很好的低发热值气体燃料 除用来烧热风炉外 还可供炼焦 加热炉和烧锅炉 高炉炉尘是随高炉煤气带出炉外的细粒炉料 主要含铁和碳 可作烧结的原料 50 高炉强化冶炼的目的是提高产量 即提高高炉冶炼强度 I 提高高炉有效容积利用系数 0 和降低焦比 K 主要措施包括 1 精料具体概括为 高 熟 净 匀 小 稳 少 好 高 指入炉矿石含铁品位要高 焦炭 烧结矿和球团矿强度要高 烧结矿的碱度要高 熟 指熟料 即将铁矿粉制成具有高温强度 又符合各项冶金性能要求的块状料 净 是指入炉原料中小于5mm的粉末要筛除 匀 是指高炉炼铁的炉料粒度要均匀 小 是指入炉料的粒度要小 均匀 上限所规定的范围要窄 并控制住炉料中的大块 4高炉的强化冶炼技术及技术进步 51 稳 是指入炉料的化学成分和物理性能要稳定 波动范围要小 少 是指炉料中有害杂质要少 好 是指炉料的冶金性能要好 52 2 高压操作 人为地将高炉内煤气压力提高 超过30kPa的称为高压操作 通过系统中高压阀组控制阀门的开闭度来完成 高压操作可有效地提高冶炼强度 有利于炉况顺行 减少管道行程 降低炉尘吹出量以及降低焦比等 当前的高压水平一般为140 250kPa 3000m3以上的高炉大多采用250 300kPa 53 包钢高炉高压操作工艺流程图 54 3 高风温高炉炉内的热量主要源自于燃料燃烧的化学热和热风带入的物理热 热风带入的热量大约占1 4左右 提高风温是降低焦比和强化冶炼的有效措施 风温每提高l00 可降低焦比8 12kg t 产量增加2 3 55 4 富氧鼓风富氧鼓风是指通过鼓入工业氧气 提高鼓风中的氧气含量 相对于降低N2的含量的强化冶炼途径 富氧鼓风可提高冶炼强度 炉缸煤气量增加 促进还原 提高炉缸温度 降低焦比 有利于顺行 富氧率一般为3 4 56 5 加湿和脱湿鼓风加湿鼓风 在冷风总管上加一定量的水蒸气 经热风炉送往高炉 加湿鼓风风中的水分在风口前燃烧发生以下反应 脱湿鼓风 将鼓风中的湿分降低到较低水平 有利于提高风口前理论燃烧温度 有利于降低焦比 增加喷吹量和稳定炉况 57 6 喷吹燃料高炉喷吹燃料主要指通过风口向炉内喷入固体燃料 气体燃料和液体燃料等 以代替部分的焦炭 降低焦比 同时有利于改善煤气分布和煤气还原能力 提高生铁产量 促进顺行的效果 58 1 对煤的质量要求煤的灰分越低越好 一般要求小于15 硫的质量分数越低越好 一般要求小于1 0 胶质层越薄越好 Y值应小于10mm 以免在喷吹过程中结焦堵塞喷枪和风口 煤的可磨性要好 HGI值应大于50 燃烧性和反应性要好 燃烧性和反应性好的煤允许大量喷吹 并允许适当放粗煤粉粒度 降低制粉能耗 发热值越高越好 喷入的煤粉是以其放出的热量和形成的还原剂 CO H2 来代替焦炭的 煤的发热值越高置换的焦炭越多 2 煤粉的制备煤粉的制备主要有两种工艺 一种是球磨机工艺 另一种是中速磨制粉工艺 它们的主要设备包括 煤仓 给料机 磨煤机 中速磨或球磨机 粗粉分离器 一级旋风分离器 二级旋风分离器 布袋收集器 煤粉仓 抽风机和干燥设备 烟气炉等 3 煤粉的输送与喷吹 从制粉系统的煤粉仓后面到高炉风口的喷枪的设施属于喷吹系统 主要用于煤粉输送 收集 喷吹 分配和风口喷射 高炉喷吹煤粉工艺有两种 直接喷吹和间接喷吹 59 7 自动化控制技术借助于计算机对高炉的冶炼过程进行控制的技术 是自动化控制技术 它包括基础自动化 过程控制和生产管理三方面职能 高炉生产计算机系统中一般不配管理计算机 其功能有厂级管理计算机完成 基础自动化的主要内容 矿槽和上料系统控制 高炉操作控制 热风炉操作控制 煤气系统控制 高炉冷却系统控制和冷却器监控 高炉过程控制的主要职能 采集冶炼过程的各种信息数据 并进行整理加工 存贮显示 通讯交换 打印报表等 对高炉过程全面监控 通过数学模型计算对炉况进行预测预报和异常情况报警 其中包括 生铁硅含量预报 炉缸热状态监控 煤气流和炉料分布控制 炉况诊断 炉体侵蚀监控 软熔带状况检测 炉况顺行及异常的检测与报警等 60 高炉本体是冶炼生铁的主体设备 由炉基 炉壳 炉衬及冷却设备 支柱或框架组成 其任务是保证高炉冶炼在其内部连续进行 除高炉本体系统外 另外还有原燃料供应系统 包括上料系统和装料系统 送风系统 煤气回收和除尘系统 渣铁处理系统 喷吹系统和动力系统 第三章其它辅助系统 61 62 上料系统 包括贮矿场 贮矿槽 焦炭滚筛 称量漏斗 称量车 料坑 斜桥 卷扬机 料车上料机 大型高炉采用皮带上料机 任务 及时 准确 稳定地将合格原料送入高炉炉顶的受料漏斗 63 装料系统 有钟炉顶 包括受料漏斗 旋转布料器 大小钟漏斗 大小钟 大小钟平衡杆 探尺无钟炉顶 包括受料漏斗 上下密封阀 中心喉管 布料溜槽 探尺高压操作的高炉还有均压阀 放散阀任务 按工艺要求将上料系统运来的炉料均匀的装入炉内并保证煤气的密封 64 送风系统 包括鼓风机 热风炉 热风管道 冷风管道 煤气管道 混风管道 各种阀门 换热器等 任务 连续可靠地供给高炉冶炼所需热风 65 煤气回收及除尘系统 包括煤气上升管 煤气下降管 重力除尘器 洗涤塔 文氏管 脱水器 电除尘器或布袋除尘器任务 将炉顶引出的含尘量很高的荒煤气净化成合乎要求的气体燃料 回收高炉煤气 使其含尘量降至10mg m3以下 以满足用户对煤气质量的要求 66 渣铁处理系统 包括出铁场 开口机 泥炮 炉前吊车 铁水罐 堵渣机 水渣池及炉前水力冲渣设施等 任务 定期将炉内的渣 铁出净并及时运走 以保证高炉连续生产 67 喷吹系统 包括原煤的储存 运输 煤粉的制备 收集及煤粉喷吹等系统 任务 均匀稳定地向高炉喷吹大量煤粉 以煤代焦 降低焦炭消耗 68 动力系统 包括水 电 压缩空气 氮气 蒸汽等生产供应部门任务 为高炉各生产系统提供保障服务 69 渣铁处理系统 煤气除尘系统 喷吹系统 矿石焦炭 煤 空气 炉渣铁水 炉尘 净煤气 风机 热风炉 高炉及其附属系统 供料系统 送风系统 除尘系统 70 原燃料供应系统 1概述现代钢铁联合企业中 炼铁原燃料的供应系统以高炉贮矿槽为界分为两部分 从原燃料进厂到高炉贮矿槽属于原料厂管辖范围 它完成原燃料的卸 堆 取 运作业 根据要求还需要破碎 筛分和混匀作业 起到贮存 处理并供应原燃料的作用 从高炉贮矿槽顶到高炉炉顶装料设备属于炼铁厂管辖范围 它负责向高炉按规定的原料品种 数量 分批地及时供应 现代高炉对原燃料供应系统的要求是 1 保证连续地 均衡地供应高炉冶炼所需要的原燃料 并为进一步强化冶炼留有余地 2 在贮运过程中应考虑为改善高炉冶炼所必须的处理环节 如混匀 破碎 筛分等 焦炭在运输过程中应尽量降低破碎率 3 由于原燃料的贮运数量大 对大 中型高炉应尽可能实现机械化 自动化 提高配料 称量的准确度 4 原燃料系统各转运环节和落料点都有灰尘产生 应有通风除尘设施 71 2槽上运输 1 贮矿槽与贮焦槽贮矿槽是高炉上料系统的核心 其作用如下 1 解决高炉连续上料和车间断续供料之间的矛盾 高炉冶炼要求各种原料要按一定数量和顺序分批加入炉内 每批料的间隔只有6 8分钟 原料从车间外或车间内的贮矿场按冶炼要求直接加入料车或皮带是不可能的 只有设置贮矿槽这一中间环节 才能保证有计划按比例连续上料 2 起到原料贮备的作用 原燃料生产和运输系统总会发生一些故障和定期检修等 造成原 燃料供应中断 若在贮矿槽内贮存足够数量的原 燃料 就能够应付这些意外情况 保证高炉正常供料 3 供料系统易实现机械化和自动化 设贮矿槽可使原 燃料供应运输线路缩短 控制系统集中 使漏料 称量和装入料车等工作易于实现机械化 自动化 72 73 74 2槽上运输 2 贮矿槽的布置 在一列式和并列式高炉平面布置中 贮矿槽的布置常和高炉列线平行 在采用料车上料时 贮矿槽与斜桥垂直 采用皮带机上料时 贮矿槽与上料皮带机的中心线应避免互相成直角 以缩短贮矿槽与高炉的间距 贮矿槽的结构有钢筋混凝土结构和钢 钢筋混凝土混合式结构两种 钢筋混凝土结构是矿槽的周壁和底壁都是用钢筋混凝土浇灌而成 混合式结构是贮矿槽的周壁用钢筋混凝土浇灌 底壁 支柱和轨道梁用钢板焊成 投资较前一种高 我国多用钢筋混凝土结构 3槽下运输 1 槽下运输称量在贮矿槽下 将原料按品种和数量称量并运到料车 或上料皮带机 的方法有两种 一种是用称量车完成称量 运输 卸料等工序 一种是用皮带机运输 用称量斗称量 2 称量车称料称量车是一个带有称量设备的电动机车 车上有操纵贮矿槽闭锁器的传动装置 还有与上料车数目相同的料斗 每个料斗供一个上料车 料斗的底是一对可开闭的门 借以向料车中放料 在称量车轨道旁边设有配料室 配料室操纵台上设有称量机构的显示和调节系统 操作人员在配料室进行配料作业 控制称量车行走 当称量车停在某一矿槽下时 启动该槽下给料设备 给料并称量 当达到给料量时停止给料 75 3 皮带机称料槽下采用皮带机运输和称量漏斗称量的槽下运输称量系统 焦仓下一般设有振动筛 合格焦炭经焦炭输送机送到焦炭称量漏斗 小粒度的焦粉经粉焦输出皮带机送至粉焦仓 烧结矿仓下也设有振动筛 合格烧结矿运至矿石称量漏斗 粉状烧结矿经矿粉输出皮带机输送至粉矿仓 球团矿直接经给料机 矿石输出皮带机送到矿石集中漏斗 由皮带机向炉顶供料的高炉 对贮矿槽的要求与料车式基本相同 只是贮矿槽与高炉的距离远些 在装料程序上 将向料车漏料改为向皮带机漏料 皮带机运输的槽下工艺流程根据筛分和称量设施的布置 可以分为以下三种 1 集中筛分 集中称量 料车上料的高炉槽下焦炭系统常采用这种工艺流程 其优点是设备数量少 布置集中 可节省投资 但设备备用能力低 一旦筛分设备或称量设备发生故障 则会影响高炉生产 2 分散筛分 分散称量 矿槽下多采用此流程 这种布置操作灵活 备用能力大 便于维护 适用于大料批多品种的高炉 3 分散筛分 集中称量 焦槽下多采用此种流程 其优点是有利于振动筛的检修 集中称量可以减少称量设备 节省投资 4 两种方法比较皮带机与称量车比较具有以下优点 1 设备简单 节省投资 而称量车设备复杂 投资高 维护麻烦 另外 称量车工作环境恶劣 传动系统和电器设备很容易出故障 要经常检修 要求有备用车 有的高炉甚至要有两台备用车才能满足生产需要 这就增加的投资 2 皮带机运输容易实现槽下操作自动化 能有效地减轻体力劳动和改善劳动条件 有利于工人健康 3 采用皮带机运输 可以降低矿槽漏嘴的高度 在贮矿槽顶面高度不变的情况下 可以增大贮矿槽面积 基于上述原因 我国高炉基本上都选用皮带机作为槽下运输设备 76 5 料车坑料车式高炉在贮矿槽下面斜桥下端向料车供料的场所称为料车坑 一般布置在主焦槽的下方 料车坑的大小与深度取决于其中所容纳的设备和操作维护的要求 小高炉比较简单 只要能容纳装料漏斗和上料小车就可以了 大型高炉则比较复杂 料车坑中安装的设备有 1 焦炭称量设备 包括振动筛 称量漏斗和控制漏斗的闭锁器 在需要装料时振动筛振动 当给料量达到要求时停止 称量漏斗一般为钢结构 内衬锰钢 其有效容积应与料车的有效容积一致 2 矿石称量漏斗 当槽下矿石用皮带机运输时 一般采用矿石称量漏斗 烧结矿在称量之前应筛除小于5mm的粉末 3 碎焦运出设备 经过焦炭振动筛筛出的焦粉 一般由斗式提升机提升到地面上的碎焦贮存槽中 4上料设备 1 上料机将炉料直接送到高炉炉顶的设备称为上料机 对上料机的要求是 要有足够的上料能力 不仅能满足正常生产的需要 还能在低料线的情况下很快赶上料线 为满足这一要求 在正常情况下上料机的作业率一般不应超过70 工作稳妥可靠 最大程度的机械化和自动化 上料机主要有料罐式 料车式和皮带机上料三种方式 料罐式上料机是上行重罐下行空罐 如果速度快 则吊着的料罐就会摆动不停 所以上料能力低 高炉早已不再采用 新建的大型高炉 多采用皮带机上料方式 77 4上料设备 2 料车式上料机料车式上料机一般由三部分组成 料车 斜桥和卷扬机 1 料车一般每座高炉两个料车 互相平衡 料车容积大小则随着高炉容积增大而增大 一般为高炉容积的0 7 1 为了制造维修方便 我国料车的容积有 2 0m3 4 5m3 6 5m3和9m3几种 随着高炉强化 常用增大料车容积的方法来提高供料能力 2 斜桥斜桥大都采用桁架结构 其倾角取决于铁路线路数目和平面布置形式 一般为55O 65O 设两个支点 下端支撑在料车坑的墙壁上 上端支撑在从地面单设的门型架子上 顶端悬臂部分和高炉没有联系 其目的是使结构部分和操作部分分开 有的把上支点放在炉顶框架上或炉体大框架上 在相接处设置滚动支座 允许斜桥在温度变化时自由位移 消除了框架产生的斜向推力 为了使料车上下平稳可靠 通常在走行轨上部装护轮轨 为了使料车装得满些 常将料车坑内的料车轨道倾角加大到60 左右 3 卷扬机卷扬机是牵引料车在斜桥上行走的设备 在高炉设备中是仅次于鼓风机的关键设备 要求它运行安全可靠 调速性能良好 终点位置停车准确 能够自动运行 料车卷扬机系统主要由驱动电机 减速箱 卷筒 钢丝绳 安全装置及控制系统组成 78 4上料设备 3 皮带机上料系统近年来 由于高炉的大型化 料车式上料机已不能满足高炉生产需要 如一座3000m3的高炉 料车坑会深达5层楼以上 钢丝绳会粗到难以卷曲的程度 故新建的大型高炉和部分中小型高炉都采用了皮带机上料系统 因为它连续上料 可以很容易地通过增大皮带速度和宽度 满足高炉要求 皮带机上料系统优点是 1 大型高炉有两个以上出铁口和出铁场 高炉附近场地不足 要求将贮矿槽等设施离高炉远些 皮带机上料系统正好适应这一要求 2 上料能力大 比料车式上料机效率高而且灵活 炉料破损率低 改间断上料为连续上料 3 节省投资 节省钢材 采用皮带机代替价格昂贵的卷扬机和电动机组 既减轻了设备重量 又简化了控制系统 79 三 炉顶装料设备1概述高炉炉顶装料设备的作用是将上料系统运来的炉料装入高炉并使之合理分布 同时起到炉顶密封作用的设备 无论何种炉顶装料设备均应满足以下基本要求 1 要适应高炉生产能力 2 要满足炉喉合理布料的要求 并能按生产要求进行炉顶调剂 3 保证炉顶可靠密封 使高压操作顺利进行 4 炉顶设备结构应力求简单和坚固 制造 运输 安装方便 能抵抗急剧的温度变化及高温作用 5 易于实现自动化操作 2布料装置料车式高炉炉顶装料设备的最大缺点是炉料分布不均 料车只能从斜桥方向将炉料通过受料槽漏斗装入小料斗中 因此在小料斗中产生偏析现象 大粒度炉料集中在料车对面 粉末料集中在料车一侧 堆尖也在这一侧 炉料粒度越不均匀 料车卸料速度越慢 这种偏析现象越严重 这种不均匀现象在大料斗内和炉喉部位仍然重复着 为了消除这种不均匀现象 通常采用的措施是将小料斗改成旋转布料器 或者在小料斗之上加旋转漏斗 1 马基式旋转布料器马基式旋转布料器是过去普遍采用的一种布料器 由小钟 小料斗和小钟杆组成 上边设有受料漏斗 马基式旋转布料器的作用是接受从受料漏斗卸下的炉料 并由小钟的上 下运动与小钟 小料斗共同旋转运动这两个动作过程完成向装料器装料和布料的任务 整个布料器由电机通过传动装置驱动旋转 由于旋转布料器的旋转 所以在小料斗和下部大料斗封盖之间需要密封 这种布料器尽管应用广泛 但存在一定的缺点 一是布料仍然不均 这是由于双料车上料时料车位置与斜桥中心线有一定的夹角 因此堆尖位置受到影响 二是旋转漏斗与密封装置极易磨损 而更换 检修又较困难 为了解决上述问题 出现了快速旋转布料器 80 典型双钟式炉顶装料设备 1 大钟 2 炉顶支圈 3 大料斗 4 煤气封盖 5 小钟 6 受料漏斗 7 均压放散管 8 均压管 9 小钟杆 10 小钟平衡锤 11 大钟平衡锤 12 料车天轮 13 大钟杆 14 料车 15 小钟杆止推轴承 16 料车曲轨 17 大齿圈 18 托压辊 19 支座 20 布料器 21 煤气导出管中心 22 探尺 23 料面 81 2 快速旋转布料器快速旋转布料器实现了旋转件不密封 密封件不旋转 它在受料漏斗与小料斗之间加一个旋转漏斗 当上料机向受料漏斗卸料时 炉料通过正在快速旋转的漏斗 使料在小料斗内均匀分布 消除堆尖 3 空转螺旋布料器空转螺旋布料器与快速旋转布料器的构造基本相同 只是旋转漏斗的开口做成单嘴的 并且操作程序不同 小钟关闭后 旋转漏斗单向慢速空转一定角度 然后上料系统在通过受料漏斗 静止的旋转漏斗向小料斗内卸料 若转角为60 则相当于马基式布料器 所以一般每次旋转57 或63 这种操作制度使高炉内整个料柱比较均匀 料批的堆尖在炉内成螺旋形 不像马基式布料器那样固定 而是扩展到整个炉喉圆周上 因而能改善煤气的利用 但是 当炉料粒度不均匀时会增加偏析 4 装料器装料器包括大钟 大料斗 大钟拉杆 煤气封盖等组成 其主要任务是接受布料器卸下的炉料 由大钟的上 下运动来完成向炉喉布料的任务 5 大钟大钟用来分布炉料 一般用35号钢整体铸造 对于大型高炉来说 其壁厚不能小于50mm 一般为60 80mm 钟壁与水平面成45 55 一般为53 为了保证大钟和大料斗密切接触 减少磨损 大钟与大料斗的接触带都必须堆焊硬质合金并且进行精密加工 要求接触带的缝隙小于0 08mm 为了减小大钟的扭曲和变形 常做成刚性大钟 即在大钟的内壁增加水平环形刚性环和垂直加强筋 大钟与大钟杆的连接方式有绞式连接和刚性连接两种 绞式连接的大钟可以自由活动 当大钟与大料斗中心不吻合时 大钟仍能将大料都很好地关闭 缺点是当大料斗内装料不均匀时 大钟下降时会偏斜和摆动 使炉料分布更不均匀 刚性连接时大钟杆与大钟之间用锲子固定在一起 其优缺点与活动的绞式连接恰好相反 在大钟与大料斗中心不温和时 有可能扭曲大钟杆 但从布料角度分析 大钟下降后不产生摇摆 所以偏斜率比绞式连接小 82 2布料装置 6