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%，SiO20.03%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+MgO52%）概念：石灰石有效熔剂性CaO（有效）=CaO（石灰石）-RSiO2（石灰石）S、PS（0.010.08%），P（0.0010.03%）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6080%，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S80%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FeO10%（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（58mm，烧结中的骨架）、其他（炉尘、轧钢皮等）（2）熔剂：以CaO为主，CaO1%，烧结产量3%（3）燃料：焦粉、无烟煤35%，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=1.41.5（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%（2001100）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8001100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）MnMn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Si0.6铸造铁1.25Si4.25Si还原的特点：大量吸热全部直接还原焦比KSi还原的途径：气化还原：SiO2+C=SiO（g）+COSiO（g）+C=Si+CO渣铁反应：（SiO2）+2C=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TiO2Ti2O3TiOTiTi（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6080%、矿石及喷吹物2040%（S负荷46kg/t铁）煤气、炉尘510%，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P0顺行P0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5060年代双锋为主（低I、原料差，以顺行为主）6070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