网络炼钢-高炉炼铁部分

1、武汉科技大学冶金工程系高炉模拟高炉模拟报告人报告人: 王炜王炜2011.10武汉科技大学冶金工程系提纲1、高炉炼铁简介2、高炉炼铁成本控制方法3、高炉模拟4、小结武汉科技大学冶金工程系1、高炉炼铁简介、高炉炼铁简介高炉使用铁矿石作为含铁原料，焦炭和煤粉作为还原剂以及石灰或石灰石作为熔剂。高炉炼铁的主要目的是给BOS炼钢提供质量稳定的铁水。通常炼钢厂要求铁水的条件为含硅0.30.7%，锰0.20.4%和磷0.060.13%，以及尽可能高的温度（出铁温度为1480-1520C）。一座内容积约为4500m3的现代大型高炉的炉缸直径为14-15m，高度为35m。这样一座高炉每天能够生产10000吨铁水

2、。 武汉科技大学冶金工程系高炉过程武汉科技大学冶金工程系武汉科技大学冶金工程系主要反应直接还原直接还原在回旋区上部的高温区，低价铁氧化物在回旋区上部的高温区，低价铁氧化物(FeO)直接与焦炭反应，生直接与焦炭反应，生成金属铁和成金属铁和CO。实际上连续发生了两个反应：。实际上连续发生了两个反应：FeO被被CO还原以还原以及及CO2与焦炭接触快速生成与焦炭接触快速生成CO：(1)FeO+CO=Fe+CO2(2)CO2+C=2CO总反应总反应FeO+C=Fe+CO间接还原间接还原间接还原也称为煤气还原。煤气还原发生在间接还原也称为煤气还原。煤气还原发生在CO或者或者H2与固态铁氧与固态铁氧化物炉料

3、之间。煤气还原去除铁矿石中大约化物炉料之间。煤气还原去除铁矿石中大约2/3的氧。的氧。CO的间接还的间接还原反应表示如下：原反应表示如下：赤铁矿赤铁矿:3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2磁铁矿磁铁矿:Fe3O4+CO=3FeO+CO2浮氏体浮氏体:2FeO+CO=2FeO0.5+CO2武汉科技大学冶金工程系高炉产品为从高炉内排出的高炉产品为从高炉内排出的1803K(15301803K(1530C)C)的铁水，约的铁水，约300300公公斤熔渣斤熔渣/ /吨铁和炉顶荒煤气。吨铁和炉顶荒煤气。铁水铁水被装入鱼雷罐车被装入鱼雷罐车( (如图如图) )进行进行铁水预处理，然后运往炼钢厂。铁水预处

4、理，然后运往炼钢厂。 熔渣熔渣冷却后破碎，作为铺路和水冷却后破碎，作为铺路和水泥材料循环利用。泥材料循环利用。 炉顶煤气炉顶煤气除尘后，作为热风炉（除尘后，作为热风炉（考伯式）预热热风或者加热炉的燃考伯式）预热热风或者加热炉的燃料。料。 高炉产品高炉产品武汉科技大学冶金工程系铁水武汉科技大学冶金工程系物料平衡和热平衡物料平衡和热平衡一般高炉冶炼1吨铁水的物料平衡图大型高炉（日产铁水10000吨）日消耗16,000 20,000 吨铁矿石 4,000 6,000 吨焦炭（和煤粉） 2,000 4,000 吨熔剂 11,000 kNm3 压缩空气 产生:4,000 5,000 吨渣+烟尘 15,0

5、00 kNm3 炉顶煤气武汉科技大学冶金工程系粉煤喷吹喷吹煤粉，重油和天然气等辅助还原剂是为了降低铁水成本。最常用的是通过喷吹煤粉，重油和天然气等辅助还原剂是为了降低铁水成本。最常用的是通过喷煤来降低焦比，从而节约成本。喷煤可减少昂贵焦炭的用量。喷煤后可允许喷煤来降低焦比，从而节约成本。喷煤可减少昂贵焦炭的用量。喷煤后可允许使用更高的风温，高风温也能降低焦比。富氧喷煤后可提高产量。使用更高的风温，高风温也能降低焦比。富氧喷煤后可提高产量。煤粉喷入高炉前，需要做以下准备工作： 磨煤磨煤：为了从风口喷入煤粉，要将煤磨细。一般粒度低于75m的要达到60%；粒煤较粗，粒度为1-2mm。 干燥干燥：煤粉

6、中含水分8%至10%以上武汉科技大学冶金工程系高炉操作：装料，出铁和铁水取样高炉操作：装料，出铁和铁水取样装料装料炉料分布对高炉操作和炉况都有很大的影响。它是由炉料性质和装料设备所决定的。炉料分布可以控制煤气流分布。图中列出了两种主要的布料设备。双钟布料时，炉料通过上部的小钟进入下部关闭的大钟内。然后关闭小钟，打开大钟，使炉料落入炉内。为了更有效地控制炉料分布，高炉可安装可调导料板，见下图。第二种类型是无钟炉顶，炉料通过旋转溜槽装入炉内，能更好地控制细粒分布和径向焦/矿比武汉科技大学冶金工程系出铁出铁高炉炉缸装满了铁水和浮在上面的炉渣。高炉通过出铁口排出渣铁，每天8-14次，平均持续时间为90

7、-180分钟。现代高炉最多有4个出铁口，同时出渣出铁。大多数高生产率的高炉轮换出铁口连续出铁，使炉缸内液面保持在低位，从而保证高炉平稳操作。用钻头或将铁棒伸入粘土中打开出铁口后开始出铁。出铁完成后用泥炮往铁口内塞入炮泥关闭铁口。液态渣铁流入出铁沟或主沟，通过撇渣器将渣铁分开，铁流入铁沟，渣流入渣沟。铁水装入称为鱼雷罐的铁水罐车内，运往碱性氧气转炉（BOF）炼钢。通常情况下渣用水冲处理成颗粒状或倒入渣池。取样取样BOF炼钢之前，要进行铁水取样，分析Si、S、Mn、P和O的含量。要将铁样成分快速提供给BOF操作者，以便优化炼钢过程。大多钢铁厂每次出铁后还要分析渣样。武汉科技大学冶金工程系高炉炼铁的

8、发展趋势高炉炼铁的发展趋势炉炼铁已经有超过500年的历史。在此期间，高炉已经发展成为一种极高效的反应器。现在，高炉仍然是占绝对优势的生铁生产设备，全世界有几百座高炉正在运行。高炉有悠久的历史，现代高炉效率高，能量利用好。 然而，高炉需要焦炭，焦炭价格昂贵，而且焦炭生产对环境污染严重。因此，出现了一些其它炼铁方法与高炉竞争，如直接还原和熔融还原。 从风口喷入含碳还原剂可以明显减少焦炭消耗量，极大地推动高炉炼铁生产。从高炉风口不仅可以喷煤，还可以喷入天然气等气态还原剂、废塑料和生物型燃料。而且，鼓风富氧可以增加高炉生产率，维持相对高的风口温度。然而，因为焦炭起料柱骨架作用，高炉生产用的焦炭不能完全

9、被取代。高炉炼铁的最低焦比大约为200kg/t铁。高炉流程进行炼钢所面临的压力有以下几个方面： 烧结厂的环保问题；烧结厂的环保问题；焦炉厂的环保和经济问题；焦炉厂的环保和经济问题；生铁生产的相对不灵活性和规模问题；生铁生产的相对不灵活性和规模问题；基于废钢和直接还原铁的电弧炉炼钢流程的竞争力不断加强基于废钢和直接还原铁的电弧炉炼钢流程的竞争力不断加强。武汉科技大学冶金工程系2、高炉炼铁成本控制方法合理配料经济煤比优化操作武汉科技大学冶金工程系高炉模拟操作高炉模拟操作模拟的目标模拟的目标本模拟的目标是为高炉选择原材料（矿石、燃料和造渣料），并为这些原材料设定合适的装入比例，以获得目标铁水，然后进

10、行质量平衡和热平衡的评价、以及其它工艺指标的评价。使铁水的成本最低也是模拟的目标。武汉科技大学冶金工程系高炉模拟操作高炉模拟操作本模拟提供了 4个界面，用于输入与高炉生产条件相关的数据。1.原材料的成份原材料的成份2.生产设定生产设定3.装料比例装料比例4.生产环境参数生产环境参数当这些已经过认真检查和确认后，在这个标签旁边会出现一个绿色的记号，这表示可安全地继续进行下一个成份设定。在完成了所有六个对话框后，可以通过点击鱼雷车来回顾结果。武汉科技大学冶金工程系武汉科技大学冶金工程系原材料成份原材料成份你需要回顾本次模拟中所有输入的原料成份，原料包括有三类：矿石、燃料和造渣料。为了能够继续进行模

11、拟，你应该保证某个原料中所有成份之和为接近100%。所以在继续下步模拟之前，你必须检查一组原材料中的每种料床。可接受的总成份范围为98102%。武汉科技大学冶金工程系矿石矿石矿石的选择，如左图所示团矿团矿：可以选择两种类型的烧结矿和两种类型的球团矿。这两种矿通过烧结或球团工艺生产，在生产的过程中，要加入碱性的造渣料（石灰石或白云石）到矿石中，以获得高碱度的产品。块矿块矿：可以选择三种类型的块矿，这些原生矿是酸性的，其含量大于50%，可以直接装入高炉内。加入适当配比的人造矿（如烧结矿、球团矿）和原生矿，高炉的运行会更加平稳，能达到更高的生产效率。锰矿锰矿：为了生产含一定含量的锰铁和铸造生铁，可加

12、入锰矿，在模拟中称为Mn矿。V-TI 矿：为了保护高炉的炉底和炉壁，加入高炉内。武汉科技大学冶金工程系燃料燃料高炉生产过程中，焦炭和粉煤是常用的燃料。为高炉生产过程中，焦炭和粉煤是常用的燃料。为了降低成本，部分的小块焦炭或煤块随装料加入高了降低成本，部分的小块焦炭或煤块随装料加入高炉内。粉煤通常从高炉的风口喷入，这通常被简称炉内。粉煤通常从高炉的风口喷入，这通常被简称为粉煤喷吹。由于焦炭的价格相当高，为了降低生为粉煤喷吹。由于焦炭的价格相当高，为了降低生产成本，你需要考虑降低高炉的焦比。为此，你可产成本，你需要考虑降低高炉的焦比。为此，你可以提升你的以提升你的PCI比例、改善高炉的温度，但是你

13、不比例、改善高炉的温度，但是你不能将焦比降到最低值以下。有三种类型的焦炭可供能将焦比降到最低值以下。有三种类型的焦炭可供选择，请注意包括灰分在内的成份之和也应该为选择，请注意包括灰分在内的成份之和也应该为100%。武汉科技大学冶金工程系武汉科技大学冶金工程系熔剂料熔剂料有四种熔剂可供选择。石灰石（CaO）和白云石（MgO）是碱性的；硅酸盐(SiO2)是酸性的萤石CaF2)可以极大地改善炉渣的流动性。应该根据炉渣的目标碱度和选择的矿石种类，决定选择何种类型的造渣料武汉科技大学冶金工程系生产参数的设定生产参数的设定武汉科技大学冶金工程系武汉科技大学冶金工程系装料比例装料比例装料比例对话框用来输入高

14、炉炼铁需要的所有原材料的重量。装料比例对话框用来输入高炉炼铁需要的所有原材料的重量。在使用在使用“固定重量固定重量”装料计算的情况下，你只需要输入所有装料计算的情况下，你只需要输入所有原料的重量即可。原料的重量即可。武汉科技大学冶金工程系生产环境设置生产环境设置点击高炉炉体进行对话。温度温度气体增加气体增加热风性能热风性能用于质量和热量平衡计算的热损失模型的类型用于质量和热量平衡计算的热损失模型的类型武汉科技大学冶金工程系生产环境设置生产环境设置武汉科技大学冶金工程系生产环境设置生产环境设置武汉科技大学冶金工程系武汉科技大学冶金工程系生产效率的评价为了比较和评估不同高炉的生产效率和成本，使用了一些钢铁行业常用的指标，如容积利用系数、焦比、喷煤比、热风温度，以及如上所述的现有能源和碳能源利用系数。在本模拟中，根据一些钢铁生产商公布的指标，上述这些参数被评估并分为三个层次：正常、良好和很好。武汉科技大学冶金工程系武汉科技大学冶金工程系结果摘要在完成所有必要的对话输入后，鱼雷车将被激活。这表明，点击它会弹出仿真结果屏幕。每次点击鱼雷车，结果就会被计算一次。这将确保任何已经做出的变化