高炉炼铁技术简介PPT课件

1、高炉炼铁技术简介 1 高炉炼铁工艺 2 高炉本体及附属系统 3 高炉强化冶炼 4 高炉基本操作制度 5 高炉长寿技术 6 高炉炭砖 7 高炉冷却技术 炼铁 高炉炼铁 非高炉炼铁 渣铁处理系统 煤气除尘系统 喷吹系统 高炉 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 1、高炉炼铁工艺 原料 高炉冶炼用的原料主要有铁矿石（天然富矿和人造富矿）、燃料(fuel)（焦炭和喷吹燃料）、熔剂(flux) （石灰石与白云石等）。 冶炼1t生铁大约需要1.62.0t矿石，0.40.6t焦炭(coke)，0.20.4t熔剂。 高炉冶炼是连续生产过程，必须尽可

2、能为其提供数量充足、品位高、强度好、粒度均匀粉末少、有害杂质 少及性能稳定的原料。 铁矿石 磁铁矿（Fe3O4） 赤铁矿（Fe2O3） 褐铁矿（mFe2O3nH2O） 菱铁矿（FeCO3） 铁矿石处理工艺流程 矿石(ore)破碎(crush)筛分(screen)富矿 (high-grade ore)混匀(mix)高炉； 矿石破碎筛分贫矿 (lean ore)磨矿 (grinding)筛分选矿 造块人造富矿高炉 燃料 焦炭的作用：发热剂、还原剂及料柱骨架。 粒度：大型高炉 4060mm； 中型高炉 2540mm； 小型高炉 1525mm； 喷吹燃料： 固体（无烟煤与烟煤粉） 液体（重油、煤焦油）

3、 气体（天然气或焦炉煤气） 熔剂 熔剂主要使用石灰石(calcite) 和白云石(dolomite)； 熔剂的要求： 有效成分含量高（CaO+MgO）； 有害杂质S、P低； 粒度均匀，强度好，粉末少。 熔剂的作用： 助熔，改善流动性，使渣铁容易分离； 脱硫（焦炭和矿石中S）。 烧结(sintering) 将各种粉状铁矿粉，配入适宜的燃料和熔剂，均匀混合，然后放在烧结机点火烧结。在燃料燃烧产生高温 和一系列物理化学变化作用下，部分混合料颗粒表面发生软化熔融，产生一定数量的液相，并润湿其它未 融化的矿石颗粒。冷却后，液相将矿粉颗粒粘结成块。这一过程是烧结，所得到的块矿叫烧结矿。 烧结生产的必要性

4、在自然界中，能直接用于高炉冶炼的富矿越来越少，使得 人们不得不开采贫矿（含铁品位2540%），但贫矿直接入炉是 不经济的，仍须经过选矿提高其品位。要选矿，必须对矿石进行 破碎研磨，因此铁矿粉选矿后粒度组成不符合高炉冶炼的要求， 必须经过造块后方可用于冶炼。 烧结矿的优点 烧结矿是人工制造的矿石，它比天然矿石有许多优点，通常含铁量高，粒度组成均匀，气孔率大，成 分稳定，还原性能好。另外，含碱性熔剂，高炉造渣性能好，具有良好的冶金性能。高炉使用烧结矿，可提 高产量，降低燃料消耗。 烧结 工艺 流程 烧结过程示意图 烧结料层有明显的分层，依次出现烧结矿层、燃烧层、预热和干燥 层、过湿层，然后又 相继

5、消失，最后剩下 烧结矿层。 400m2带式抽风烧结机 烧结矿质量指标 烧结矿质量对高炉冶炼有重大影响，改善其质量是“精料”的主要措施。 对其质量评价指标主要有化学成分、物理性能、冶金性能等。 化学成分 高炉要求烧结矿化学成分稳定，波动小，有害杂质少。 主 要包括TFe、FeO、S、碱度（CaO/SiO2）。 目前武钢入炉烧结矿品位在55%56%左右，一级品允许波 动范围为0.5；碱度在1.90左右，一级品允许波动范围为 0.08；S含量一级品0.08%。 物理性能 包括机械强度和粒度组成等。高炉要求烧结矿机械强度高，粉末少， 粒度均匀。 烧结矿粒度小于5mm的称之为粉末。粉末含量对高炉料柱透气

6、性影 响很大。粉末含量高，高炉透气性差，导致炉况不顺，可能引起崩料 或悬料。 反应机械强度的指标为：转鼓指数、抗磨指数、筛分指数。 目前武钢烧结矿的转鼓强度大约在79%80%左右。 高温冶金性能 低温还原粉化率（RDI Reduction Degradation Index ）：是指烧结矿 在高炉上部约500还原气氛下抗粉化的能力。 3.15mm粒级 越小越好。 还原度（RI）：是指烧结矿在900 还原气氛下被还原成Fe 的能力。还原度越高越好 球团 将准备好的原料(细磨精矿或其他细磨粉状物料、添加剂等)， 按一定比例经过配料、混匀制成一定尺寸的小球，然后采用 干燥焙烧或其他方法使其发生一系列

7、的物理化学变化而硬化 固结这一过程即为球团生产过程其产品即为球团矿。 球团矿生产的工艺流程一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工 序。 氧化球团: 品位高, 粒度均匀(915mm), 强度高(150200kg), 还原性好， 是一种优质的炼铁原料 品种品种TFeFeOCaOSiO2MgOAl2O3MnOSR 巴西球团巴西球团65.811.610.473.670.730.490.13 国产球团国产球团63.210.171.226.010.480.760.20 国产球团国产球团64.201.881.333.661.591.510.080.030.36 烧结矿烧结矿

8、56.337.8010.225.372.452.230.270.0231.90 南非块矿南非块矿63.260.761.332.490.531.510.150.030.53 巴西块矿巴西块矿66.624.230.707.940.231.110.09 海南块矿海南块矿52.171.10.3513.30.020.80.050.520.03 链篦机-回转窑球团厂 链篦机-回转窑球团厂 高炉生产工艺流程 高炉结构 高炉是由耐火材料砌筑而成竖式圆筒形炉体，外有钢板制成 炉壳加固密封，内嵌冷却器保护，炉子自上而下依次分为炉 喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸五部分。炉缸部分设有风口、 铁口和渣口，炉喉以上为装料装置

9、和煤气封盖及导出管。 高 炉 炉 内 炉 料 状 况 及 反 应 燃烧反应 炉顶加入的焦炭，其中风口前燃烧的碳量约占入炉总碳量的65%75%，是在风口前与鼓风中的O2燃烧， 1721参加直接还原反应，10左右溶解进入铁水。 燃烧反应的作用： 为高炉冶炼过程提供主要热源； 为还原反应提供CO、H2等还原剂； 为炉料下降提供必要的空间。 回旋区及燃烧带 回旋区：风口前产生焦炭和煤气流回旋运动的区域称为回旋区。 回旋区和中间层组成焦炭在炉缸内进行燃烧反应的区域称为燃 烧带。 实践中常以CO2降至12的位置定为燃烧带界限。大型高炉 的燃烧带长度在10001500mm左右。 还原反应 还原剂夺取金属氧化

10、物中的氧，使之变为金属或该金属低价氧化物的反应。 高炉炼铁常用的还原剂主要有CO、H2和固体碳。 用CO和H2还原铁氧化物 用CO和H2还原铁氧化物，生成CO2和H2O还原反应叫间接还原。 用CO作还原剂的还原反应主要在高炉内小于800的区域进行。 用H2作还原剂的还原反应主要在高炉内8001100的区域进行。 用固体碳还原铁氧化物 用固体碳还原铁氧化物，生成CO的还原反应叫直接还原。 在高炉内具有实际意义的只有FeO+C=Fe+CO的反应。 直接还原一般在大于1100的区域进行，8001100区域为直接还原与间接还原同时存在区，低于800的 区域是间接还原区。 高炉内非铁元素的还原 锰的还原

11、 硅的还原 磷的还原 铅、锌、砷的还原 高炉炉渣与脱硫 高炉炉渣是铁矿石中的脉石和焦炭(燃料)中的灰分等与熔剂相互作用生成低熔点的化合物，形成非金属的液 相。 高炉炉渣的成分 高炉炉渣作用 成渣过程 生铁去硫 高炉炉渣的来源：矿石中的脉石、焦炭(燃料)中的灰分、熔剂 中的氧化物、被侵蚀的炉衬等。 高炉炉渣的成分：氧化物为主，且含量最多的是SiO2、CaO、 Al2O3、MgO。 炉渣中氧化物的种类：碱性氧化物、酸性氧化物和中性氧化物。 以碱性氧化物为主的炉渣称碱性炉渣；以酸性氧化物为主的炉 渣称酸性炉渣。 炉渣的碱度(R)：炉渣中碱性氧化物和酸性氧化物的质量百分数 之比表示炉渣碱度： 高炉炉渣

12、碱度一般表示式：R=w(CaO)w (SiO2) 炉渣的碱度根据高炉原料和冶炼产品的不同，一般在1.0 1.25之间。 高炉炉渣的作用 分离渣铁，具有良好的流动性，能顺利排出炉外。 具有足够的脱硫能力，尽可能降低生铁含硫量，保证冶炼出合格的生铁。 具有调整生铁成分，保证生铁质量的作用。 保护炉衬，具有较高熔点的炉渣，易附着于炉衬上，形成“渣皮”，保护炉衬，维持生产。 成渣过程 （1）焦炭在风口处完全燃烧，灰分进入炉渣。 （2）石灰石在下降过程中，分解的CaO在滴落带，被初 渣溶解，参与造渣。 （3）矿石在块状带固相反应生成了低熔点的化合物沿焦炭 缝隙流下，分离出初渣。随后渣中(FeO)不断还原

13、进入铁中， 至滴落带，炉渣以滴状下落，渣中FeO已降到23。 （4）滴落的初渣成分不断变化，初渣开始是自然碱度，以 后随着SiO2的还原，石灰石渣化并加入焦炭灰分，经过碱度波 动之后形成终渣。 成渣过程中，软熔带对炉内料柱透气性影响很大，习惯 上把这一带叫成渣带。 生铁去硫 硫的来源：矿石、焦炭、熔剂和喷吹燃料中的硫分。炉料中焦炭带入的硫最多，占7080。 冶炼每吨生铁由炉料带入的总硫量称硫负荷。 炉渣去硫 炉渣去硫反应： FeS+(CaO)=(CaS)+(FeO) 生成的FeO在高温下与焦炭作用： (FeO)+C=Fe+CO-Q 总的脱硫反应可写成： FeS+(CaO)+C=(CaS)+Fe

14、+CO-Q 炉外脱硫 高炉常用的炉外脱硫剂是苏打粉(Na2CO3)。 高炉生产主要技术经济指标 有效容积利用系数（V）：高炉每立方米有效容积每天生 产的合格铁水量（t/m3d） 入炉焦比（K）：冶炼一吨生铁消耗的焦炭量（kg/t） V V= 高炉每天的合格生铁量P 高炉有效容积Vu K = 每天装入高炉的焦炭量 高炉每天出铁量 煤比（或油比）：冶炼一吨生铁消耗的煤粉量或重 油（kg/t） 燃料比焦比煤比（或油比） 冶炼强度：高炉每立方米有效容积每天消耗的（干） 焦炭量（焦比一定的情况下） V=I/K M = 每天喷入高炉的煤粉量 高炉每天出铁量 I = 高炉每天消耗的焦炭量 高炉的有效容积 生

15、铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量占生铁总量的 指标。 休风率：高炉休风时间（不包括计划大、中、小修）占日历工 作时间的百分数。 规定的日历作业时间=日历时间-计划大中修及封炉时间 生铁成本：生产每吨合格生铁所需原料、燃料、材料、动力、 人工等一切费用的总和，单位：元/tFe。 炉龄（高炉一代寿命）：即从高炉点火开始到停炉大修之间实 际运行的时间或产铁量。炉龄长，产铁多，经济效益高。 休风率= 高炉休风时间 规定的日历作业时间 100% 高炉冶炼的主要产品是生铁、高炉渣和高炉煤气。高炉渣和高炉煤气为副产品。 生铁 生铁可分为炼钢生铁、铸造生铁。炼钢生铁供转炉、电炉炼钢使用。铸造生铁则主要

16、用于生产耐压铸件。 生铁是Fe与C及其它一些元素的合金。通常，生铁含Fe 94%左右，C 4%左右。其余为Si、Mn、P、S等少量 元素。 炼钢生铁作为转炉热装炼钢的原料，约占生铁产量的8090%。 铸造生铁，又称为翻砂铁或灰口铁，用于铸件生产。其主要特点 是含硅较高，在1.254.25%之间。硅在生铁中能促进石墨化， 增强铸件的韧性和耐冲击性并易于切削加工。铸造生铁约占生铁 产量的10%左右。 高炉还可生产特殊生铁，如锰铁、硅铁、镜铁（含 1025%Mn）、硅镜铁（含913%Si，1824%Mn）等，主 要用作炼钢脱氧剂和合金化剂。 高炉渣 由于冶炼矿石品位、焦比及焦炭灰分的不同，我国大中型

17、高炉的单 位生铁渣量在0.30.5t之间。高炉渣主要成分是Ca、Mg、Si、Al 的氧化物，其工业用途广泛。如在炉前急冷粒化成水渣，作成水泥 和建筑材料；酸性渣还可在炉前用蒸汽吹成渣棉，作绝热材料。 冶炼多元素共生的复合矿时，炉渣中常富集有多种元素（如稀土、 钛等）。这类炉渣可进一步利用。 高炉煤气 冶炼每吨生铁可产生16003000m3的高炉煤气，其中含有约 20%25%的CO，13%的H2，还有少量甲烷（CH4）等可燃气体。 从高炉排出的煤气中含有大量的炉料粉尘，经过除尘处理可使含尘 量降到1020mg/m3。除尘处理后的高炉煤气发热值约为 33503770kJ/m3，是良好的气体燃料。但

18、高炉冶炼产生的煤气量、 成分及发热值与高炉操作参数及产品种类有关。如高炉冶炼铁合金 时煤气中几乎没有CO2。 高炉煤气是钢铁联合企业的重要二次能源，主要用作热风炉燃料， 还可供动力、炼焦、烧结、炼钢、轧钢等部门使用。 2、高炉结构及附属设备 高炉本体 高炉附属系统 高炉是一个竖立圆筒形炉子，其内部工作空间形状称为高炉内型，即通过高炉中心线的剖面轮廓。高炉内 型一般由炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉五段组成。 炉型设计合理，能促进高炉冶炼指标的改善和延长高炉的使用寿命，故炉型是高炉最基本的工艺参数。现 代高炉向大型化发展，合理炉型总的趋势是矮胖化。 高炉内型 高炉有效容积： 5 1 iu VV 超大

19、型高炉 ：Vu3000m3 大型高炉：Vu15002500m3 中型高炉 ：Vu6001000m3 小型高炉：Vu 300m3以下 我国第一座超大型高炉是1985年9月15日建成 投产的宝钢1号高炉4063m3。5000m3级超大型 高炉有河北曹妃甸首钢京唐钢铁公司的2座 5500m3高炉、沙钢5860m3。一座4000m3级高 炉日产生铁量达到10000 以上。 炉顶装料装置 高炉炉顶装料设备的作用是按冶炼要求，向炉内 合理布料，同时要严密封住炉内荒煤气不逸出炉 外。 常用的炉顶装料设备主要有钟式炉顶和溜槽式 （亦称无钟式）炉顶。 钟式炉顶 1旋转布料器； 2煤气封盖； 3均压室； 4大料钟

20、； 5大料斗； 6小料钟； 7受料斗 无钟炉顶 1带式上料机； 2旋转料罐； 3驱动电动机； 4托盘式料门； 5上密封阀（放散）； 6密封料罐 ； 7卸料漏斗； 8料流调节阀； 9下密封阀（均压）； 10波纹管； 11眼睛阀； 12气密箱； 13溜槽 溜槽布料 高炉附属设备 1）原料供应系统 2）送风系统 3） 煤气净化系统 4） 渣铁处理系统 皮带上料皮带上料 上料系统上料系统 原料供应系统 送风系统 高炉送风系统包括高炉鼓风机、冷风管路、热风炉、热风管路、风口以及管路上的各种阀门等。 蓄热式热风炉由拱顶、 燃烧室和蓄热室等几 部分构成。蓄热式热 风炉呈周期性工作， 一个工作周期有燃烧 期、

21、送风期和切炉期 三个过程。一般一座 高炉有三至四座热风炉。 蓄热式热风炉结构 由热风炉送出的热风通过热风总管送到高炉，再经热风围管和送风支管，将热风均匀的分配到每个风口，以便炉内焦炭和 喷吹燃料进行燃烧。 热风围管由钢结构本体、耐火内衬、吊挂装置和下部电葫芦单轨梁组成。 风口装置主要由风口大套、中套和风口小套组成。 热风围管及风口 煤气净化系统 1高炉；高炉；2重力除尘器；重力除尘器；3 洗涤塔；洗涤塔； 4文氏管；文氏管；5调压阀组；调压阀组；6脱水器脱水器 3、 高炉强化冶炼高炉强化冶炼 一、精料及炉料结构 精料技术的内涵 “高” 入炉矿品位要高 是精料技术的核心。 矿品位提高1%，焦比下

22、降1.5%，产量提高2.5%，吨铁渣量减少30Kg/t，允许多喷吹15Kg/t 煤粉。 烧结、球团、焦炭的转鼓强度要高。 烧结矿碱度要高。 精料技术的内涵 “熟” 是孰料比要高。 宝钢熟料比在83.12%，首钢为84.74%，武钢为88.53%。 “均” 燃料粒度要求均匀 515mm粒级占总量要小于30%。 “净” 小于5mm粒度占总比例要小于5%。 精料技术的内涵 “稳” 成分和质量要稳定。 “少” 含有害杂质Pb,Zn,S,P,Cu,F等要少 焦炭灰份中K+Na总含量要小于3%。 “好” 铁矿石冶金性能要好 软熔温度高，软熔区间窄 还原性要大于60% 低温还原粉化率低 炉料结构 n炉料结构

23、概念 炉料结构是指高炉原料构成中，烧结矿、球团矿和天然块矿的配比组 合，再加上对这种配比产生的综合炉料性能的评价。 n炉料结构重要性 高炉炉料结构的合理化是高炉精料方针的发展和完善，是高炉生产取 得优质、高产、低耗、长寿的基础。寻求合理的炉料结构是高炉强化 冶炼和降低成本的主攻方向。 n 合理炉料结构应满足条件 资源性：根据矿源和矿石特性，采用技术和经济相统一的原则寻求适 宜的高炉炉料结构。 先进性：炉料冶金性能优良，适应高炉生产需要。炉料成分应满足炉 况顺行，节焦、优质和造渣需要，不需要另加熔剂。 经济性：适应国情、厂情、经济上合理、合算。 可行性：具备生产手段，技术上和运输物流可靠、可行。

24、 炉料结构的合理性只能是相对的、暂时的，不存在理想的、一劳永逸的炉料结构的合理性只能是相对的、暂时的，不存在理想的、一劳永逸的 精料和炉料结构。研究炉料结构的目的在于合理地利用本国和世界的铁精料和炉料结构。研究炉料结构的目的在于合理地利用本国和世界的铁 矿资源，使高炉的冶炼技术达到最佳状态，以求最大限度地降低生铁成本。矿资源，使高炉的冶炼技术达到最佳状态，以求最大限度地降低生铁成本。 炉料结构 国内炼铁原料模式的发展国内炼铁原料模式的发展 目前，我国重点企业的炉料结构大致有以下三种类型： 高碱度烧结矿搭配酸性球团矿 高碱度烧结矿搭配酸性球团矿和块矿 高碱度烧结矿搭配低碱度烧结矿的形式 我国高炉

25、炉料结构我国高炉炉料结构 高炉对高炉炉料结构的要求 1） 精料的原则 2）烧结矿必须优质 3）优质的球团矿 烧结矿优质 u 烧结矿的碱度(CaO/SiO2)1.8。 u碱度低于1. 8烧结矿的质量会受到较大的影响,不利于铁酸钙系固结相的形成。 u烧结矿的铁品位高,TFe58%(最好60%)，SiO2 低,4.5%。 u为高炉炼铁实现低渣比、高喷煤和大幅度降低入炉焦比创造条件。 烧结矿优质 u降低FeO含量(FeO17%, CaO/ SiO2过高时过高时,会使炉渣变粘会使炉渣变粘, 破坏顺行破坏顺行. 应应 适当增加适当增加MgO含量含量, 降低降低CaO/ SiO2。 五. 基本制度间的关系

26、热制度和造渣制度热制度和造渣制度: 对炉缸工作和煤气流分布、产品质量有一定影响。 但热制度和造渣制度较固定,不合理程度也易发现和调节。 送风制度和装料制度送风制度和装料制度 二者对煤气与炉料相对运动影响较大,并影响炉缸工作与顺行状况。也 影响热制度和造渣制度的稳定。 上部调剂和下部调剂上部调剂和下部调剂 下部调剂的送风制度下部调剂的送风制度：对炉缸工作起决定性作用，是保证炉内：对炉缸工作起决定性作用，是保证炉内 煤气流合理分布的关键。煤气流合理分布的关键。 上部调剂的装料制度上部调剂的装料制度：控制炉料在炉喉的分布状态与上升煤气：控制炉料在炉喉的分布状态与上升煤气 流达到有机的配合，是完成冶炼

27、过程的重要手段。流达到有机的配合，是完成冶炼过程的重要手段。 以上部调剂为基础以上部调剂为基础,上下部调剂相结合。上下部调剂相结合。 如：如： 要提高冶炼强度或增加喷吹量。要提高冶炼强度或增加喷吹量。 上部调剂上部调剂:扩大批重或增加倒装比例。扩大批重或增加倒装比例。 下部调剂下部调剂:扩大风口面积。扩大风口面积。 5、高炉长寿技术 高炉长寿的重大意义 延长高炉寿命可直接节约大修费用 减少因大修而引起的停产损失。 给整个钢铁企业带来巨大效应，包括生产成本降低，能源消耗减 少，污染物排放减少，实现钢铁联合企业的高效化生产、连续化 和紧凑化生产得以延续进行。 高炉长寿的工作目标 高炉一代炉龄（不进

28、行中修）高炉一代炉龄（不进行中修）在在2020年以上年以上； 高炉日常能处于高炉日常能处于高效化、自动化、连续化、长寿化，高效化、自动化、连续化、长寿化，生产过程生产过程 环境友好的稳定生产状态，一代环境友好的稳定生产状态，一代高炉单位炉容产铁量在高炉单位炉容产铁量在1.51.5万万 t/mt/m3 3以上；以上； 采取一切有效的技术措施（包括分段拆装，炉缸预砌等），最采取一切有效的技术措施（包括分段拆装，炉缸预砌等），最 大限度地大限度地缩短高炉大修工期缩短高炉大修工期（大型高炉要在（大型高炉要在2 2个月以内），优个月以内），优 化停炉和开炉操作技术，实现科学停炉和快速达产，减少因高化停炉

29、和开炉操作技术，实现科学停炉和快速达产，减少因高 炉大修对联合企业的不利影响。炉大修对联合企业的不利影响。 高炉长寿的核心技术是形成和维护好一代高炉的合理炉型，保护好永久性 炉衬的完整。 高炉炉型设计的合理性，是实现高产优质、低耗、长寿和环保的重要条件。 合理的炉型的选择原则：要求炉型能够很好的适应于炉料的顺利下降和煤 气流均匀稳定地上升运动。 目前，我国高炉设计倾向于设计“矮胖型”高炉，推荐采用薄壁高炉内 型尺寸，多风口，深死铁层，采用软水密闭循环冷却设备等。 提高精料水平，促进高炉长寿 入炉料含铁品位高是精料技术的核心入炉料含铁品位高是精料技术的核心 高品位高品位有利于提高喷煤比有利于提高

30、喷煤比，提高炉料的透气性（特别是软熔带），提高炉料的透气性（特别是软熔带），使煤气流分布均匀、稳定，减少边缘煤气流使煤气流分布均匀、稳定，减少边缘煤气流 对炉墙的冲刷，促进高炉长寿。对炉墙的冲刷，促进高炉长寿。 目前，我国选矿技术已过关。对于吃百家矿用低品位原料的企业，应当添加选矿设备，将低品位矿进行再选，目前，我国选矿技术已过关。对于吃百家矿用低品位原料的企业，应当添加选矿设备，将低品位矿进行再选， 会使高炉的效益倍增。可以有效地减少渣量，降低炼铁燃料比。会使高炉的效益倍增。可以有效地减少渣量，降低炼铁燃料比。 炉料中含有害杂质要少。炉料中含有害杂质要少。 有害杂质主要指有害杂质主要指K K

31、、NaNa、PbPb、ZnZn、F F、S S、AsAs等。等。 有害杂质量控制值（有害杂质量控制值（kg/tkg/t）：）：K K2 2O+NaO+Na2 2O3.0O3.0，Zn0.15Zn0.15，Pb0.15Pb0.15， As0.1As0.1，S4.0S4.0。 碱金属以及氟化物导致砖衬表面结瘤，恶化高炉生产顺行。在处理结瘤碱金属以及氟化物导致砖衬表面结瘤，恶化高炉生产顺行。在处理结瘤 时又容易损坏炉墙。时又容易损坏炉墙。 铅、锌等低沸点的金属到炉身中上部区域会沉积到砖缝之中，部分金属铅、锌等低沸点的金属到炉身中上部区域会沉积到砖缝之中，部分金属 又会得到氧化，生产的氧化物会体积膨胀

32、，造成砖衬开裂、破损。又会得到氧化，生产的氧化物会体积膨胀，造成砖衬开裂、破损。 严格控制入炉料有害杂质的含量，对于含有害杂质高的尘泥应当进行预严格控制入炉料有害杂质的含量，对于含有害杂质高的尘泥应当进行预 处理再进行综合利用。处理再进行综合利用。 高炉用耐火材料的选择 提高炉缸、炉底和炉身中、下部砌体质量是延长高炉寿命的重 要条件。 炉身上部 侵蚀因素：炉料下降的冲击和磨损、煤气流上升时的冲刷、碱金属、 锌蒸汽和沉积碳的侵蚀等。 耐火材料选择：高致密度的黏土砖或磷酸黏土砖或高铝砖。 冷却设备：采用镶砖冷却壁，用球墨铸铁冷却壁代替支梁或水箱，可 明显改善这一区域的冷却条件，延长高炉长寿的目的。

33、 炉身中下部和炉腰 侵蚀因素：碱金属、锌蒸汽和沉积碳的侵蚀、初成渣侵蚀、炉料和炉墙 热震引起的剥落和高温煤气流的冲刷等。 耐火材料选择：采用半石墨化碳化硅砖、SiSi3 3N N4 4-SiC-SiC砖、铝碳砖或高 铝砖。 冷却设备选择：宜采用强化型铸铁镶砖冷却壁、铜冷却壁或密集式铜冷 却板，也可采用冷却板和冷却壁组合的形式。 采用铜冷却壁，形成稳定的渣皮来保护冷却设备，来实现高炉的长寿。 炉缸、炉底炉缸、炉底 延长炉缸寿命成为高炉长寿工作的重点。延长炉缸寿命成为高炉长寿工作的重点。 侵蚀因素：化学侵蚀、水蒸汽的氧化、锌和碱金属、热应力的破坏。侵蚀因素：化学侵蚀、水蒸汽的氧化、锌和碱金属、热应

34、力的破坏。 采用高导热性的微孔碳砖，并对炉缸冷却壁实行强化冷却，使渣铁形成凝固的采用高导热性的微孔碳砖，并对炉缸冷却壁实行强化冷却，使渣铁形成凝固的11501150温度残存于碳砖之温度残存于碳砖之 中，使炉底形成稳定的中，使炉底形成稳定的“铁壳铁壳”保护层，并要使之远离冷却壁。保护层，并要使之远离冷却壁。 炉缸、炉底炉缸、炉底 高炉炉缸、炉底结构是高炉炉缸、炉底结构是3 3种基本类型：种基本类型： 大块碳砖砌筑，炉底设陶瓷垫；大块碳砖砌筑，炉底设陶瓷垫； 热压小块碳砖，炉底设陶瓷垫；热压小块碳砖，炉底设陶瓷垫； 大块或小块碳砖砌筑，炉底设陶瓷杯大块或小块碳砖砌筑，炉底设陶瓷杯。 高炉炉体冷却系

35、统 冷却的作用： 降低耐材的温度，使其保持一定的强度，可以维持合理操作的炉型，实现延长高炉寿命和安全生产； 促使炉衬形成保护性渣皮、铁壳和石墨层，保护炉衬并代替炉衬工作； 保护炉壳及金属构件，免受高温的影响及减少破损；四是一些冷却设备起到支撑部分炉衬。 高炉炉体冷却系统 开路循环冷却水系统：以江河水、湖水等地表水为原水 软水密闭循环冷却系统，在水质硬度高或较高的地区 软化水：去掉钙、镁离子，降低水的硬度，获得软化水。 高炉采用软水密闭循环冷却系统的优点是： 冷却可靠性高，冷却效率高； 水量消耗少、动力消耗低； 水处理费用低； 冷却水流管道中以及冷却元件内无腐蚀、结垢、氧化现象，也不会产生生物污

36、垢； 运用了高灵敏度的检测检漏系统，可对每个冷却回路都进行水流量、流速、工作压力以及压力下降 情况的精确分析。 热流强度和冷却水量 热流强度是指冷却介质从每1m2冷却面积（炉壳内的表面积）所带出的热量。 高炉炉体冷却用水量是用每立方米有效容积每小时消耗水量来表示。 为防止水中悬浮物沉积，最低水速应大于0.8m/s。 高炉风口冷却水速7.2m/s，2000m3以上容积的高 炉风口冷却水速9m/s。 高炉炉体维护 对炉体各部位炉衬进行监测 人工监测水温差 ；设置一定数量的测温装置，直接掌握相应部位内衬 的温度、侵蚀情况。 冷却设备破损漏水要及时发现，及时进行处理。 在相应部位插入冷却棒（柱形铸铜冷

37、却器），压入硬质耐火泥，可维持 高炉正常生产。 进行喷补炉衬： 散状耐火材料喷补（有普通喷补、长枪喷补和遥控喷补3种方法）；对炉皮发红，煤气串通严重的 部位，炉缸冷却壁水温差高的部位可以进行灌浆。 保证冷却设备的高质量安装 合理开炉操作 开炉时使用铁分低、渣量大的炉料，以生产大量炉渣，很快形成渣皮，保 护炉衬，防止煤气流的冲刷。 实行快速达产，是不利于炉衬水从蒸发，砖衬逐渐膨胀定位，是不利于高 炉长寿。 改善炉料质量 炉料转鼓强度高，粒度均匀，含有害杂质少，冶金性能好 科学布料，控制边缘煤气流发展 无料钟炉顶设备可以实现大矿批、正分装，中心加焦，定点布料等方式上 料。 充分利用好上下部调剂相结

38、合的手段，使用可以促进延长高炉寿命的操作 手段进行工作。 进行钒钛矿护炉 ：为使高炉能继续保持正常生产，在烧结矿中加入3左 右的钒钛磁铁精粉，或使用57kg/t钒钛块矿入炉，就可以产生护炉的效果。 钒钛矿护炉的机理： TiOTiO2 2在高炉内可还原成为在高炉内可还原成为TiCTiC、TiNTiN及其连接固熔体及其连接固熔体TiTi（CNCN）。由于）。由于TiTi的碳、氮化物熔化温度很高，纯的碳、氮化物熔化温度很高，纯TiCTiC 为为31503150、TiNTiN为为29502950，TiTi（CNCN）固熔体的熔点也很高，它们对炉缸、炉底的内衬均起到保护作用。）固熔体的熔点也很高，它们对

39、炉缸、炉底的内衬均起到保护作用。 6、高炉炭砖、高炉炭砖 炭砖使用部位 高炉风口下沿往下1米左 右开始使用炭砖砌筑炉衬， 包括炉缸壁和炉底部位。 大块炭砖结构 日本及我国的许多高炉都采用这种形式的炉缸炉底炉缸。这种结构的特点是全面改善了耐火材料质量,炉缸 上部区域侧墙采用具有高导热率的大块碳砖砌筑,而炉底部位用高导热率的微孔或超微孔大块碳砖砌筑。炉 底上层用优质陶瓷质耐火材料砌筑。 小块炭砖结构 北美的高炉多采用这种结构。它的特点在于用热压小块碳砖取代炉缸上部区域侧墙的大块碳砖,以避免这一 部位的碳砖出现环裂。其它部位的砌砖和冷却方式都是一样的。我国本钢、首钢和宝钢都有采用这种形式 的高炉。热

40、压小块碳砖的供应商是UCAR。 陶瓷杯结构 陶瓷杯结构由法国人发明,欧洲高炉使用较多。它的特点是在大块碳砖结构的基础上再在炉缸内部砌筑一层 高质量的陶瓷质材料。这一结构的出发点是利用陶瓷质材料的低导热性能,将1150铁水凝固线及 800870化学侵蚀线尽可能压往炉内,以防止大块碳砖的环裂。此外,由于陶瓷质材料热阻大,有利于降低 铁水的热损失。 炉缸炭砖侵蚀情况（环形裂缝侵蚀） 炉缸砖衬侵蚀的主要特征： 一是环形裂缝侵蚀，二是炉 底交界处的蘑菇形侵蚀。 炉缸蘑菇形侵蚀图 侵蚀原因 环形裂缝侵蚀原因：1）碱金属K、Na、Zn、CO渗碳侵蚀；2）氧化；3）热应力；4）铁水溶蚀渗透。因 此要求炭砖具有

41、良好的抗碱性、抗氧化性和抗铁水溶蚀渗透性。 蘑菇形侵蚀原因：该部位在铁口下方，主要侵蚀是铁水引起的，其原因为：1）铁水溶蚀;2）铁水渗透;3） 铁水流动冲刷。 高炉炭砖性能检测方法的进步 50年代普通炭砖的性能仅有灰分、强度、体积密度和显气孔率等几个常规性能，这些性能完全不能代表高炉 工作条件下砖衬的侵蚀性能。例如高炉内有碱金属（K、Na）的富集。高炉破损调查取样分析，K、Na最高 含量达到50.6%。碱金属对炭砖有很强的侵蚀作用，使炭砖完全失去强度，变成粉末。 又如高炉砖衬破损的主要原因是铁水、K、Na、Zn、CO等的渗透侵蚀，如何防止渗透侵蚀？将砖制成微气 孔砖是行之有效的。微气孔检验方法

42、是用压汞仪检验平均孔径和1m孔容积，透气度也能间接表示微气孔 的好坏。 又如高炉砖衬温度降低，可以减缓多种侵蚀原因引起的侵蚀，如碱金属在8000C以下对炭砖的侵蚀就很微 弱 ，铁水在11000C以下凝固，对炭砖就不能溶蚀和渗透侵蚀。因此高炉设计中千方百计提高冷却强度， 同时要求耐火砖衬尽可能提高导热系数。 根据砖衬的侵蚀原因，提出了高炉耐火材料一些新的性能要求，并通过原冶金部审定发行了这些检验方法 标准。有如下几项：1）导热系数；2）平均孔径，1m孔容积率；3）铁水熔蚀指数；4）抗碱性；5） 抗氧化性；6）抗炉渣侵蚀性；7）透气度等共7项。 炭砖发展过程 50年代普遍炭砖自焙炭砖90年代半石墨

43、炭砖微孔炭砖、模压小炭砖、石墨砖2005年超微孔炭砖 普通炭砖：中温煅烧无烟煤和焦炭为原料，沥青为结合剂，9001200烧成。 缺点：导热系数15W/mK，抗碱性差，透气度很高。 半石墨炭砖：电煅无烟煤为重要原料，加有少量石墨碎，沥青作结合剂，9001200烧成。 导热系数600达到了12W/mK左右，抗碱性良（LC），铁水溶蚀率30%以下，透气度15020mDa。 缺点：抗碱性不很好，导热系数偏低，不是微孔砖，铁水溶蚀率太高。 微孔炭砖（模压小炭砖）：以电煅煤为原料，加少量石墨碎和添加剂Si。沥青为结合剂，高温烧成。 优点：导热系数600达到12W/mK左右，抗碱性优良（U），平均孔径1m，

44、70%， 透气度2mDa。 缺点：导热系数仍然偏低不能满足高炉要求，铁水溶蚀率仍然较高（20W/mK，平均孔径0.1m，80%，透气度约为1mDa。 抗碱性及其他性能保持优良。 半石墨炭砖的性能对比 序 号 性能单位兰州贵阳 日本 BC-5 德国 5RDN 兰州新 研制砖 1体积密度体积密度g/cm3 1.621.551.541.581.60 2显气孔率显气孔率% 13.0316.2115.6014.0816.39 3耐压强度耐压强度MPa 46.8035.4335.0038.7543.01 4透气度透气度mDa 38.84317.90138.23160.5218.93 5氧化率氧化率% 35

45、.3812.374.861.84/ 6铁水溶蚀指数铁水溶蚀指数% 26.8928.4228.2628.1928.85 7平均孔径平均孔径 m 2.307.336.276.821.17 81 m孔容积孔容积% 31.6521.0910.9615.2746.83 9导热系数导热系数(6000C)W/mK4.1611.2112.5713.0412.09 10抗碱性抗碱性 良（LC）差（C）良（LC）良（LC）良（LC） 微孔炭砖性能对比 序 号 性能单位兰州武彭鲁山科瑞 日本 BC-7S 法国 AM102 1体积密度体积密度g/cm3 1.561.581.701.751.581.56 2显气孔率显气

46、孔率% 17.0015.4515.2111.5318.6917.00 3耐压强度耐压强度MPa 43.0053.5450.5669.2038.0129.41 4透气度透气度mDa 2.415.133.211.612.620.28 5氧化率氧化率% 8.8710.376.748.284.278.09 6铁水溶蚀指数铁水溶蚀指数% 20.5629.5624.7524.3418.7919.46 7平均孔径平均孔径 m 0.2320.1800.1740.1900.1250.109 81 m孔容积孔容积% 73.6979.0076.7678.4978.4578.67 9导热系数导热系数(6000C)W/

47、mK13.4813.4711.7412.6312.9814.00 10抗碱性抗碱性 优（U）优（U）优（U）优（U）优（U）优（U） 超微孔炭砖性能对比 序 号 性能单位 德国 7RDN 日本 BC-8SR 兰州石墨砖 五耐模压小 炭砖 1体积密度体积密度g/cm3 1.771.731.751.741.80 2显气孔率显气孔率% 15.0510.0212.3814.4610.93 3耐压强度耐压强度MPa 44.2531.9536.9729.8435.84 4透气度透气度mDa 0.990.000.35/1.35 5氧化率氧化率% 5.273.004.354.383.76 6铁水溶蚀指数铁水溶

48、蚀指数% 19.4231.1730.05/14.22 7平均孔径平均孔径 m 0.1210.0830.1104.2350.237 8380MPa，延伸率20%，金相组织：铁素体含量90%，石 墨球化级别1-3级 7）质量检验：对外形尺寸、表面质量，检漏试验、通球试验等 按标准规定进行 图7 镶砖球墨铸铁冷却壁 3、铸铁冷却壁的破损原因分析 3.1制造质量 4号高炉用球墨铸铁冷却壁比5号高炉球墨铸铁冷却壁的力学性能有明显降低，是两座高炉寿命的原因之一。 表2 5号高炉球墨铸铁冷却壁力学性能 段名段名 b(N/mm2)(%) MaxMin平均平均MaxMin平均平均 第第1段段5003954392

49、6.117.121.8 第第2段段485410463.5251721.3 第第3段段480405438.8261721.5 第第4段段480405438.825.11720.8 第第5段段515400438.827.51720.9 第第6段段515395450.824.818.121.3 第第7段段486398432.224.21720.6 第第8段段460395422.824.817.221.3 第第9段段465390425.526.217.221.7 第第10段段470390430.224.817.121 第第11段段49040043424.71720.2 第第12段段4803904252

50、7.41821.5 第第13段段49539543126.117.420.9 第第14段段465400422.224.21720.5 第第15段段470395439.324.417.120.4 第第16段段490405445.7261720.5 第第17段段49041043726.71720.5 总体总体43621 表3 4号高炉4-16段冷却壁力学性能 段名段名 抗拉强度抗拉强度b(N/mm2)延伸率延伸率(%) b标准标准bMaxbMin平均平均b标准标准MaxMin平均平均 第第4段段37047037040412261219.2 第第5段段3705053703981212281219.7

51、第第6段段3704403703941212261219.6 第第7段段370445370410.51212271221.3 第第8段段370430375398.51212261221.5 第第9段段3704253703881212261220.7 第第10段段3704803703981212281220.2 第第11段段370465385411.81212251221.2 第第12段段370435370405.81212271219.6 第第13段段370470370403.71212261218.9 第第14段段370450370400.91212261218.7 第第15段段3704853

52、70403.81212251219.3 第第16段段3704553704011212271219.6 平均平均401.120 3.2冷却壁受温度影响 温度过高，温度急剧波动产生疲劳应力，高温气流和炉料磨损是冷却壁破损的直接原因。 4000C以上拉力强度迅速下降，延伸率升高，可见温度不能超过4000C. 表4 球墨铸铁高温下的力学性能 性能性能b/MPa0.2/MPa5/% /% 温温 度度 0C 3153802401519 3504002551423 4004003051419 4503852551018 5003252701132 5502601951431 6001801321537 6501531151435 70096632045 75057392455 3.3炉料磨损 高温气流、炉料磨损是重要破损原因，5号高炉磨损速度，见下表。 表4 冷却壁的残存厚度（取样断口）/mm 冷却壁段号冷却壁段号切口左边切口左边中心中心