高炉炼铁工艺PPT课件

1、 铁矿（烧结矿、球团矿及块矿）焦炭熔剂（石灰石、白云石）其他高炉除尘高炉煤气铁水高炉渣热风炉喷吹燃料第1页/共95页炉料： 铁矿（块矿，烧结矿，球团矿） 熔剂：少 焦炭鼓风：热风热风炉 11001250 富氧O2 增湿水蒸气 喷吹料煤，天然气，重油从炉顶加入从炉下部加入 第2页/共95页第3页/共95页KIV/l提高利用系数的途径冶炼强度保持不变，不断地降低焦比焦比保持不变，冶炼强度逐步提高随着冶炼强度的逐步提高，焦比有所降低随着冶炼强度的提高，焦比也有所上升，但焦比上升的幅度不如冶炼强度增长的幅度大冶炼强度对焦比的影响是高炉增产的关键第4页/共95页 冶炼强度与产量(1)和焦比(2)的关系a

2、一美国资料；b一西德资料；c一苏联资料u冶炼强度过低，煤气热能和化学能利用不充分，直接还原度升高，焦比升高第5页/共95页l加强原料准备，采取合理的炉料结构，提高炉顶煤气压力，使用综合鼓风，改造设备等强化高炉冶炼技术的采用，冶炼强度可以进一步提高，对应的最低焦比也将进一步下降不同冶炼条件下的冶炼强度(I)与焦比(K)的关系第6页/共95页l当对钢铁的需求大于供给时，经济上最合算的产量，并不当对钢铁的需求大于供给时，经济上最合算的产量，并不是生铁成本最低时的产量，而是略高于生铁成本最低时的是生铁成本最低时的产量，而是略高于生铁成本最低时的产量产量日产量(P)对产品成本(S)和生产盈利性的影响(C

3、一出厂价格)第7页/共95页第8页/共95页高炉操作制度装料制度上部调节下部调节送风制度造渣及热制度物料平衡及热平衡计算第9页/共95页3.2.1装料制度（1）装料制度及其在高炉冶炼过程中的意义 是指炉料装入炉内方式的总称，它决定着炉料在高炉内的分布状况，直接影响高炉上部煤气流的分布，间接影响炉料下降状况、煤气利用程度和软熔带的位置和形状。 1）炉料的种类、粒度、堆密度和自然堆积角等因素影响其在炉内的分布状况 天然矿石堆密度大、滚动性差、堆角大，相对地在炉内边缘堆得多； 烧结矿疏松多孔，堆密度小，同等重量的体积大，炉内分布面宽，相对地减少了边缘堆积量； 球团矿形状整齐呈球形，堆角小易滚到中心；

4、 焦炭与烧结矿类似； 熔剂尽量布放到中心，防止边缘生成高粘度初渣，使炉墙结厚。 第10页/共95页 2）炉料在炉内的分布状况对煤气流分布的影响 焦炭与矿石比较 焦炭集中的地方，透气性好，阻力小，通过的煤气多； 大块与小块比较 大块集中的地方，透气性好，阻力小，通过的煤气多； 料层厚度 料层薄的地方，阻力小，通过的煤气多； 炉料偏析状况 在炉料堆角处，大块多，阻力小，通过的煤气多；在堆尖处，小块和粉末多，阻力大，通过的煤气少。 3.2.1装料制度第11页/共95页3.2.1装料制度 3）炉料和煤气在炉子横截面上分布均匀，有利于煤气对炉料的加热和还原，有利于提高煤气利用率。 4）从炉料下降角度，边

5、缘煤气流适当发展，有利于降低固体料柱与炉墙的摩擦力，使炉子顺行。 5）从炉况顺行角度，要求适当发展中心煤气流，以活跃炉缸中心。 上部调节：通过选择装料制度，以控制煤气流分布的一系列操作措施。第12页/共95页第13页/共95页 3.2.1装料制度p炉喉处煤气中CO2分布p煤气温度分布p煤气流速分布反映了料柱透气性，煤气与矿石之间接触是否良好，间接还原反应是否进行得充分第14页/共95页沿径向理想的气流速度分布及相应的矿/焦层厚度比值分布（日本）装料要求3.2.1装料制度p 漏斗型p 圆周上均匀分布p 堆尖位置可调 第15页/共95页高炉装料系统高炉装料系统u典型双钟炉顶装料设备总图1料面； 2

6、大钟；3探料尺， 4煤气上升管5布料器， 6大钟均压阀7受料漏斗； 8料车；9均压煤气管；10料钟吊架；11绳轮； 12平衡杆；13放散阀； 14大气阀3.2.1装料制度p双钟式系统：传统的高炉装料系统，1907年美国马基公司设计第16页/共95页3.2.1装料制度u工作制度 一般采用60一站的六点布料法。即批炉料各车的堆尖位置同布在个点上，然后旋转60，再布下一批料，这样可使炉料在炉喉的堆尖呈螺旋式均匀分布。这种布料器由于有定点的功能，可通过选定位置布料以消除管道与偏行。还有种快速布料器，它般以20r/min的速度旋转，消除堆尖偏析炉料堆尖位置分布循环图 炉料在小料斗中的分布1料车，2细料区

7、，3块料区第17页/共95页炉料在小料斗内分布不均匀，这种不均匀性，在炉料下到大料斗内及随后下到炉内时依然存在。炉料在炉喉内按一定堆角分布随着高炉容积扩大，炉喉直径变大，矿石可能很少或根本布不到高炉中心在低压高炉上使用时密封性较好；炉顶压力在1.5公斤/厘米2以上时，密封性较差。大钟寿命较短，更换困难，不能适应现代高炉需要。u马基式布料器的不足：3.2.1装料制度l大钟与炉喉间隙：在料面高度定时，间隙越大，入炉料的堆尖与炉墙的距离也越大，促使矿石滚向中心l大钟倾角：不同倾角会引起炉料从大钟下降的轨迹变化。当炉料物理性质不变时，角度越小，炉料下降的抛物线轨迹越平坦，原料堆尖越靠近炉墙。一般大钟倾

8、角都固定为53u马基式布料器的影响因素第18页/共95页u 可调炉喉在炉喉部位安装以机械形式调节炉喉直径的挡板，当某种炉料需要更多地布向炉中心时，即将护板向内推进。这种活动炉喉板是对传统料钟式装料系统的改良，不能从根本上改变其调节范围小、调节手段不够灵活有效的根本缺陷。 图69 日本钢管式活动炉喉板示意图1一炉喉板；2一油压缸；3一限位开关；4一炉喉板导轨3.2.1装料制度第19页/共95页p无料钟装料系统：由卢森堡的P.W.公司发明，1972年投入使用 u无料钟炉顶 1受料漏斗；2液压缸；3上密封阀；4料仓，5放散管，6均压管，7 波纹管弹性密封；8电子秤；9节流阀；10下密封闭；11气封漏

9、斗；12波纹管；13均压煤气或氮气；14溜槽，15布料器传动气密箱；16中心喉管；17蒸气管3.2.1装料制度溜槽长短是固定的，改变倾角就等于改变钟式布料的大料钟与炉喉间隙和大料钟倾角两个因素的作用，所以，溜槽角度越大，炉料越容易推到边缘，反之则容易推到中心，另外，还可通过边下料边改变倾角来实现多环布料、螺旋布料，达到合理分布炉料的目的 u 工作制度第20页/共95页 a.环形布料 b.螺旋布料或布进式同心圆布料 c.定点布料 d.扇形布料3.2.1装料制度l依靠旋转溜槽倾斜角的变化，及其在水平的炉喉截面上运动方位角的调节，能将炉料分布在炉内任何所希望的部位l有利于提高炉顶压力，为高压操作创造

10、条件u优点u常见的布料方式：第21页/共95页装料制度对布料和煤气流分布的影响u批重当批重大于临界批重时,矿石布向中心较多，加重中心；过大则中心、边缘均加重；当批重小于临界批重时,矿石布不到中心，此时，随批重增加而加重边缘或作用不明显3.2.1装料制度p生产上可供选择的装料制度内容有：批重、装料顺序、料线和高炉装料系统的布料功能变动等第22页/共95页l高炉喷吹燃料后，保持焦批不动，扩大矿石批重，以保持焦窗面积炉炉喉喉直直径径/d /m 2 .5 3 .5 4 .7 5 .8 6 .7 7 .3 8 .2 9 .8 1 1 高高 炉炉 容容 积积 /m3 1 0 0 2 5 0 6 0 0 1

11、 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 3 0 0 0 4 0 0 0 5 0 0 0 矿矿 石石 批批 重重 /t 4 7 1 1 .5 1 7 2 4 3 0 3 7 5 6 7 6 .8 矿矿石石在在炉炉喉喉平平 均均 厚厚 度度 /m 0 .5 1 0 .4 6 0 .4 1 0 .4 0 0 .4 3 0 .4 5 0 .4 4 0 .4 6 0 .5 1 焦焦炭炭层层平平均均厚厚 度度 /m 0 .6 5 0 .5 9 0 .4 4 0 .4 3 0 .4 6 0 .4 8 0 .4 7 0 .4 9 0 .5 4 高炉合理批重范围（刘云彩）l批重适宜值的确定： 前苏联：Y焦

12、2500.1222Vu 我国：W矿=0.43d12+0.02d13 日本：W焦=(0.030.04) d13 Y焦450(0.088750.125)Vu3.2.1装料制度第23页/共95页u料线钟式高炉，以大钟最大行程的大钟下沿为零点，无料钟式高炉，以溜槽下端为零点，从零点到炉内料面的距离料线对布料的影响料线的高低，可以改变炉料堆尖位置与炉墙的距离。一般选用料线在碰撞点(面)以上，并保证加完一批料后仍有0.5m以上的余量；以免影响大钟或溜槽的动作，损坏设备。不同料线时炉料堆尖的位置3.2.1装料制度第24页/共95页u按炉料入炉顺序可分为： 正装：一批料中矿石在先，焦炭在后； 倒装：一批料中焦

13、炭在先，矿石在后； 同装：一批料中矿石和焦炭只开一次大钟，同时 装入炉内； 分装：矿石和焦炭分开两次入炉； 混同装：一批料中前后都有焦炭；3.2.1装料制度第25页/共95页I-正同装(实线)或正分装(虚线)；Ll-倒同装(实线)或倒分装(虚线)l先落入炉的料一般靠近炉墙多，后入炉的料沿已形成的料面斜坡滚向中心较多3.2.1装料制度第26页/共95页装装 料料 顺顺 序序名名 称称 料料 钟钟 式式 高高 炉炉 加加 重重 中中 心心 、边边 缘缘 程程 度度 料料 罐罐 式式高高 炉炉 正正 同同 装装 P P K K 边边 缘缘 P K 正正 分分 装装 P P K K P K 混混 同同

14、 装装 K P P KP K P KK P K P P K K P 倒倒 分分 装装 K K P P K P 倒倒 同同 装装 K K P P 中中 心心 K P 高炉基本装料顺行3.2.1装料制度第27页/共95页l矿石与焦炭的堆角和粒度： a 焦炭的堆角小于矿石的堆角，上述规律适用，焦炭的堆角大于矿石的堆角，则反常 b 矿石性质：矿石粒度小，滚动好，加重中心3.2.1装料制度一般，无料钟式高炉装料顺序对煤气流分布的调节作用不如料钟式高炉。但批重的影响，无论对何种装料设备的高炉都大第28页/共95页1、什么是上部调节？上部调节的依据有哪些？2、高炉装料系统有哪几种？说明其影响因素及工作制度。

15、3、生产上可供选择的装料制度内容有哪些？举其中一例说明其对布料和煤气流分布的影响。第29页/共95页3.2.2 3.2.2 送风制送风制度度 上下部调节相配合，是组织最佳的煤气流动状态的关键。下部调节的效果较上部调节快而有效p送风制度：是指通过风口向炉内鼓风的各种控制参数的总称 p下部调节：调节上述诸参数以及随鼓风喷射入炉内的辅助燃料(油、煤粉或天然气等)的种类及数量统称为“下部调节” p在高炉冶炼中的作用：送风制度是影响煤气在炉下部分布状态的决定性因素。选择合理的鼓风参数，可使原始煤气气流分布合理、炉缸圆周工作均匀、热量充足、工作活跃，是保证高炉稳定顺行、高产、优质、低耗的重要条件 第30页

16、/共95页3.2.2 送风制度 p送风制度包括鼓风量、风中含氧及含湿量、风温、风压，风口直径、风口中心线与水平的倾角，风口端伸入炉内的长度等。由此又确定了两个重要的鼓风参数，即风速和鼓风动能 p 送风制度的一般数据： 热风温度：11001250 风口数目：1540个。 风鼓入高炉的速度：200300米/秒； 风口内径：1520cm， 风口伸入炉内：30cm； 鼓风压力：24个大气压， 回旋区往炉内延伸：约l一2米； 回旋区风速：10m/s。第31页/共95页p鼓风动能的确定：200)736760(760273)273(21PtSnQngQE3.2.2 送风制度 u适宜的鼓风动能与炉缸直径、原燃

17、料条件和冶炼强度有关l与炉缸直径的关系 高高炉炉容容积积/m3 100 300 600 1000 1500 2000 2500 3000 4000 炉炉缸缸直直径径/d/m 2.9 4.7 6.0 7.2 8.6 9.8 11.0 11.8 13.5 鼓鼓风风动动能能/E /kN .m .S-1 14.4- 30.0 24.5- 39.5 34.5- 49.0 39.5- 59.0 49.0- 68.5 59.0- 78.5 68.5- 98.0 88.0- 108.0 108.0- 137.5 第32页/共95页l与原燃料条件的关系 原燃料条件差，应保持较低的E值，原燃料条件好，应保持较高的

18、E值。 E值增大，燃烧带扩大，边缘气流减少，中心气流增强。 日本用系数n来衡量大型高炉适宜的燃烧带深度： 喷吹燃料后，精确计算E值困难，我国的喷煤实践，每增加10喷煤量，风口面积应扩大8左右。3.2.2 送风制度 222)2(dLddn对于大型高炉，n0.5，中小型高炉n值宜选大一些。第33页/共95页 3.2.33.2.3造渣制度造渣制度p 造渣制度造渣制度包括造渣过程和对终渣性能的控制。包括造渣过程和对终渣性能的控制。p 造渣制度选择的依据：造渣制度选择的依据：冶炼条件、生铁品种。冶炼条件、生铁品种。p 要点：要点：u造渣过程应控制炉渣化学成分，以控制对应的熔造渣过程应控制炉渣化学成分，以

19、控制对应的熔化性温度和粘度，表面张力，脱硫、脱碱能力（物化性温度和粘度，表面张力，脱硫、脱碱能力（物料料平衡确定）平衡确定）u终渣性能的控制是使炉渣具有良好的热稳定性和终渣性能的控制是使炉渣具有良好的热稳定性和化学稳定性，保证良好的炉缸热状态和合理的渣化学稳定性，保证良好的炉缸热状态和合理的渣铁温度，以及控制好生铁成分，主要是铁温度，以及控制好生铁成分，主要是 SiSi和和 SS一般数据：R1.0-1.2 MgO810%，Al2O31015%第34页/共95页3.2.4 3.2.4 热制度热制度概念概念p 热制度指炉内的热状态（温度和温度分布由热平衡确定）。实质上是多种操作制度的综合结果，主要

20、由产品及炉渣的温度和成份体现。p 热制度的表示:u 铁水温度：正常生产是在13501550之间波动，一般为1450左右，俗称“物理热”。u 生铁含硅量：硅全部是直接还原，炉缸热量越充足，越有利于硅的还原，生铁中含硅量就高，因此生铁含硅量的高低，在一定条件下可以表示炉缸热量的高低，俗称“化学热”。目前许多工厂尚无直接测量铁水温度的仪器，因此生铁含硅量已成为表示热制度的常用指标第35页/共95页3.2.4 热制度判定热状态的依据630/当临GQQ)tctiiVQ（理煤气风铁焦铁渣当KccuccG1p 风口前理论燃烧温度t理p 燃烧带炉热指数tcp 临界热储量Q临：保证冶炼条件波动时，使炉温波动在允

21、许范围第36页/共95页3.2.4 热制度p选择合理的热制度应结合以下几方面来考虑： 1)根据生产铁种的需要，选择生铁含硅量在经济上合理水平 2)根据原料条件选择生铁含硅量，例如冶炼含钒铁矿石时，允许很低的生铁含硅量。 3)结合高炉设备情况选择热制度，如炉缸侵蚀严重时，以冶炼铸造铁为好，因为提高生铁含硅量，可促进其石墨炭的析出，可维护炉缸。 4)结合技术操作水平与管理水平选择热制度，如原料的中和混匀搞得好，高炉工长技术操作水平较高时，可以将生铁含硅量定在生产铁种最经济的界限，即冶炼经济品种，冶炼炼钢生铁时可生产含硅低，但铁水物理温度高的低硅生铁。第37页/共95页p影响热制度的因素 3.2.4

22、 热制度u第一类是由原燃料性质变化所引起的。如矿石含铁量、还原性、焦炭灰分、含硫量、焦炭强度、矿石粒度、含粉率、熟料率、熔剂量、入炉废铁量等等。u第二类是由冶炼参数的变动引起的，如冶炼强度、风温、湿度、富氧量、炉顶压力、炉顶混合煤气CO2含量等等。u第三类是由设备及其他方面的故障引起的，如冷却设备漏水，布料器不工作、亏料线作业、下雨等天气变化导致入炉原燃料含水量增加、入炉料称量误差等等。 热状态的稳定是高炉行程正常的条件和标志。几乎高炉所有操作参数的变化都要对热制度产生影响。 暂时的轻度的热制度波动一般以下部调节校正，而大幅度的长期性的失常则必须辅以上部调节，包括调整焦炭负荷，严重炉冷时可能投

23、入空焦。第38页/共95页3.2.5 渣、铁的合理排放传统的炉缸渣、铁排放p一般是一个铁口、两个渣口。出铁前从渣口排出上渣，出铁时从铁口排出铁水和下渣合理的炉缸渣、铁排放p强化要求渣铁排放彻底，传统的炉缸渣、铁排放在炉缸内有大量渣铁残留，将引起炉缸工作不均匀，风压徒升，下料不匀不畅，甚至产生大崩料，从而造成炉缸堆积p强化炉缸要求勤放渣铁，及时排净，且应沿炉缸周围均匀排放，有利于炉缸工作均匀化。传统的炉缸渣、铁排放做不到第39页/共95页p高炉强化和高炉大型化后，产量增加，渣口出渣困难，出铁次数增加，渣铁口难于维护 3.2.5 渣、铁的合理排放第40页/共95页3.2.6 炉况判断l看铁：主要看

24、铁水温度、含硅和含硫量等。生铁含硅低时，铁水流动过程中火花矮小而多，流动性好，铁样断口为白色。随含硅量提高，火花逐渐变大而少，当含硅达到3.0左右时没有火花，同时流动性变差，粘铁水沟，铁样断口由白变为深灰色，晶粒加粗。生铁含硫高时，铁水表面“油皮”多，凝固过程表面颤动，裂纹大，凝固后成凸状，并有一层黑皮，铁样断口为白色针状结晶，质脆容易折断。铁水表面“油皮”少、裂纹小、凝固后成凹状，铁样质坚、断口灰色或仅边角部分有白色时生铁含硫低。高硅高硫时，铁样断口虽呈灰色，但在灰色中布满白色亮点第41页/共95页3.2.6 炉况判断第42页/共95页3.2.6 炉况判断l热风压力和风显表：风压上升和风量下

25、降，表明煤气上升过程中的阻力增加，风压上下波动，表明高炉难行，风压突然上升和风量突然下降，表明有发生悬料现象的可能l探尺表：从探尺表的形状看出下料速度、料线高低、顺行和难行、崩料和悬料等情况l炉顶温度和炉喉温度表：它可以间接地反映四个方向上的煤气流分布状况。边缘气流较大时炉顶温度和炉喉温度上升，并且四个点的温度较分散；边缘气流小时，炉顶温度和炉喉温度下降，四个点温度集中l炉身静压力计：炉身静压差升高，说明该压差计上下两水平面之间的炉料透气性变差第43页/共95页3.2.6 炉况判断项项 目目 征征 象象 煤煤 气气 流流 分分 布布 1 炉炉 喉喉 、 炉炉 身身 各各 层层 径径 向向 的的

26、 温温 度度 （ 流流 量量 ） 分分 布布 均均 匀匀 稳稳 定定 2 炉炉 喉喉 、 炉炉 身身 各各 层层 周周 向向 的的 温温 度度 （ 流流 量量 ） 分分 布布 均均 匀匀 稳稳 定定 3 煤煤 气气 利利 用用 好好 ， 炉炉 顶顶 温温 度度 随随 装装 料料 而而 规规 律律 性性 波波 动动 4 CO2 曲曲 线线 及及 温温 度度 曲曲 线线 与与 基基 本本 操操 作作 制制 度度 的的 经经 验验 值值 相相 符符 风风 压压 、 风风 量量 1 风风 压压 与与 风风 量量 的的 树树 枝枝 互互 相相 适适 应应 2 稳稳 定定 ， 仅仅 有有 微微 小小 波波

27、 动动 静静 压压 力力 、 压压 差差 、 透透气气 性性 指指 数数 稳稳 定定 ， 仅仅 有有 微微 小小 波波 动动 料料 尺尺 1 各各 尺尺 料料 位位 相相 同同 ， 无无 停停 滞滞 、 滑滑 料料 或或 陷陷 落落 ， 时时 间间 间间 隔隔 均均 匀匀 2 单单 位位 时时 间间 内内 装装 料料 批批 数数 与与 冶冶 炼炼 强强 度度 项项 适适 应应 风风 口口 1 各各 风风 口口 工工 作作 均均 匀匀 ， 明明 亮亮 ， 活活 跃跃 ， 无无 升升 降降 ， 无无 挂挂 渣渣 、 涌涌 渣渣 现现 象象 2 喷喷 吹吹 物物 无无 结结 焦焦 现现 象象 3 风

28、风 口口 破破 损损 少少 渣渣 1 渣渣 温温 适适 宜宜 ， 流流 动动 性性 好好 ， 上上 、 下下 渣渣 及及 各各 渣渣 口口 渣渣 温温 相相 同同 2 渣渣 样样 断断 口口 与与 冶冶 炼炼 铁铁 种种 及及 造造 渣渣 制制 度度 相相 适适 应应 3 上上 渣渣 带带 铁铁 少少 ， 渣渣 口口 破破 损损 少少 铁铁 1 含含 Si、S 量量 符符 合合 要要 求求 ，铁铁 温温 适适 宜宜 ，出出 铁铁 始始 末末 铁铁 温温 相相 近近 ，相相 邻邻 铁铁 次次 的的 铁铁温温 及及 成成 分分 相相 近近 2 铁铁 流流 稳稳 定定 ， 出出 铁铁 量量 与与 预

29、预 计计 量量 相相 近近 炉炉 顶顶 压压 力力 均均 匀匀 ， 向向 上上 或或 向向 下下 的的 尖尖 峰峰 很很 小小 炉炉 顶顶 温温 度度 各各 点点 温温 度度 记记 录录 成成 一一 适适 当当 宽宽 度度 的的 曲曲 线线 ， 随随 装装 料料 前前 后后 而而 均均 匀匀 摆摆 动动 第44页/共95页3.2.6 炉况判断炉况失常第45页/共95页第46页/共95页第47页/共95页第48页/共95页 高炉使用的含铁原料有天然块矿，烧结矿和球团矿碱度 二元碱度 CaO/SiO2 : 实际多用 三元碱度 （CaO+MgO）/SiO2:锰铁冶炼 四元碱度（CaO+MgO）/（S

30、iO2Al2O3）: 理论 矿石碱度划分 R0.5 酸性矿 R0.50.8 半自熔性矿 R0.81.2 自熔性矿 R1.2 碱性矿 炼铁及炼钢操作碱度 高炉操作: R=1.11.2 炼钢操作：R2.53.5第49页/共95页：全自熔性烧结矿酸性球团矿为主配加高碱度烧结矿：北美自熔性球团矿：北美、北欧高低碱度两种烧结矿搭配（块矿） 高碱度烧结矿配加酸性球团矿（块矿）高碱度烧结矿配加天然富矿熟料比高(即炉料中烧结矿和球团矿的比例高),炉料综合冶金性能好生产熟料应采用烧结还是球团工艺，应根据矿粉性能决定。一般富矿粉粒度粗，不能制造球团产球团矿高炉内不直接加入熔剂(石灰石、白云石等)生铁成本最低第50

31、页/共95页p高碱度烧结矿配加酸性球团矿,p高碱度烧结矿配加酸性球团矿和块矿,p高碱度烧结矿配加块矿。高碱度烧结矿p自身生成组织良好，高效率，生产优质品p良好的还原性：还原性10，焦比89p较好的冷强度和较低的还原粉化：以铁酸钙为粘结相，大孔厚壁，强度好，粉化率低p具有较高的荷重软化温度p具有较好的高温还原和熔滴性能第51页/共95页酸性球团矿n生球爆裂温度高，焙烧区间宽，易于组织生产, TFe高,强度高n还原性好。气孔率高，还原性优于其他种类矿石n高温冶金性能差：表现为软化温度低，熔滴特性中的压差徒升，最高压差数值大。尽管可配加适量的蛇纹石或白云石来改善，但与烧结矿相比仍有差距高碱度烧结矿配

32、加酸性球团矿组成的炉料的冶金性能n可避免酸性球团矿软化温度过低，软化区间过宽的弱点，同时提供压差徒升温度，达到自熔性烧结矿的水平n可发挥高碱度烧结矿冶金性能良好的优势，同时也可克服因碱度过高难熔而单一炉料不能滴落，给高炉操作造成困难第52页/共95页3.3.23.3.2高压操高压操作作 （1 1）概念）概念 概念：概念：高压操作就是通过净煤气管道上的高压阀组提高炉高压操作就是通过净煤气管道上的高压阀组提高炉顶顶压力，从而使整个高炉内的煤气处于高压状态。压力，从而使整个高炉内的煤气处于高压状态。 分类：分类：炉顶压力炉顶压力30kpa30kpa30kpa 高压高压 高的可达高的可达300kpa3

33、00kpa。 效果：效果：7070kPakPa时，产量提高时，产量提高12.3%12.3%，焦比降低，焦比降低2.7%2.7%，炉尘量，炉尘量大幅大幅度降低。度降低。 （2 2）发展历史）发展历史 高压操作是高压操作是18711871年法国冶金学家贝斯麦提出的。年法国冶金学家贝斯麦提出的。2020世纪世纪5050年代以后得到采用迅速推行。年代以后得到采用迅速推行。 美国美国1944194419461946年，克里夫兰厂，炉顶压力提高到年，克里夫兰厂，炉顶压力提高到70kPa70kPa； 苏联苏联于于19401940年开始试验；年开始试验； 我国我国从从5050年代后期开始，年代后期开始，707

34、0年代后炉顶压力逐步提高到年代后炉顶压力逐步提高到100100150150kPakPa。宝钢宝钢1 1号高炉号高炉(4063(4063m m3 3) )的炉顶压力已达到的炉顶压力已达到250250kPakPa，进入进入世界先进行列世界先进行列第53页/共95页(1)(1)高压操作系统的开发高压操作系统的开发 苏联最早试验时，曾将这一阀组设置在煤气导出管上，苏联最早试验时，曾将这一阀组设置在煤气导出管上，它它很快被煤气所带炉尘所磨坏，因而试验末获成功。后来很快被煤气所带炉尘所磨坏，因而试验末获成功。后来改进改进阀组结构并将其安装在洗涤塔之后，才取得成功阀组结构并将其安装在洗涤塔之后，才取得成功图

35、617 高压操作工艺流程图3.3.23.3.2高压操高压操作作第54页/共95页(2)高压操作的条件 1)鼓风机要有满足高压操作的压力，保证在高压操作下能供应足够的风量 2)“布料与封顶分离”的原则：双钟马基式布料器，它既起着封闭炉顶，又起着旋转布料的作用，布料器旋转部位的密封一直阻碍着炉顶压力的进一步提高。只是到70年代实现了“布料与封顶分离”的原则，即采用双钟四阀，无钟炉顶等以后，炉顶煤气压力才大幅度提高到150kPa，甚至到200300kPa。(3)余压回收 风机提高了风压是消耗大量的能量的(由电动机或蒸汽透平提供)。为有效地利用这部分压力能，从60年代开始，试验高炉炉顶煤气余压发电，先

36、后在苏联和法国取得成功。采用这种技术后，可回收风机用电的2530，节省了高炉炼铁的能耗4.3.1高压操作系统第55页/共95页 余压发电工艺流程图1一重力除尘器；2、3一文氏洗涤塔；4、11、14一煤气；5一主管喷射器；6一蒸气；7一点火孔；8一减压阀组；9一消音器；10一煤气总管；12一氮气吹扫阀；13一除雾器；V1一入口蝶阀；V 2一入口眼睛阀；V3一紧急切断阀；V4一旁通阀；V 5一调速阀；V6一水封截止阀；TlT4一放散阀；G一发电机组；TRT一余压发电透平机4.3.1高压操作系统第56页/共95页4.3.24.3.2高压操作对高炉冶炼效果的影高压操作对高炉冶炼效果的影响响（1 1）对

37、燃烧带的影响）对燃烧带的影响 PV=nRT PV=nRT T T一定，一定，PVPV风速风速。 1)1)鼓风体积变小，从而引起气流速度下降，鼓风动能减鼓风体积变小，从而引起气流速度下降，鼓风动能减小。小。 2) 2)炉缸煤气压力的升高，煤气中炉缸煤气压力的升高，煤气中O O2 2和和COCO2 2的分压将升高，的分压将升高，将促将促使燃烧速度加快。使燃烧速度加快。 鼓风动能降低和燃烧速度加快导致高压操作后的燃烧带鼓风动能降低和燃烧速度加快导致高压操作后的燃烧带缩小缩小( (可相应增加风量，可相应增加风量，进一步提高冶炼强度，增加产进一步提高冶炼强度，增加产量量) )。（2 2）对还原的影响）对

38、还原的影响 1 1）还原热力学：）还原热力学： FeOFeOC CFe+COFe+CO FeO FeOCOCOFeFeCOCO2 2 CO CO2 2十十C C2CO2CO 压力增加，直接还原和碳的溶蚀反应受到抑制，对降压力增加，直接还原和碳的溶蚀反应受到抑制，对降燃燃耗有利。或者说将直接还原推向更高的温度区域，有利于耗有利。或者说将直接还原推向更高的温度区域，有利于COCO还原铁氧化物，改善煤气化学能的利用还原铁氧化物，改善煤气化学能的利用第57页/共95页 P P，C CA A，气体扩散速度加快，使化学反应也加快，气体扩散速度加快，使化学反应也加快，从动力学角度分析，高压操作对焦比没有影响

39、。从动力学角度分析，高压操作对焦比没有影响。（3 3）高压操作对高压操作对SiSi的还原不利，表明高压操作的还原不利，表明高压操作对对低低SiSi生铁的冶炼有利。生铁的冶炼有利。（4)4)对碳酸盐分解反应的影响对碳酸盐分解反应的影响 CaCOCaCO3 3CaOCaOCOCO2 2 PP，向左移动，使开始分解和沸腾分解温度升高。，向左移动，使开始分解和沸腾分解温度升高。好在目前已广泛采用自熔性或高碱度烧结矿，取消石灰好在目前已广泛采用自熔性或高碱度烧结矿，取消石灰石入炉。因此，这种影响已消除了石入炉。因此，这种影响已消除了2）动力学PV=nRTCA=n/V=P/RT4.3.24.3.2高压操作

40、对高炉冶炼效果的影高压操作对高炉冶炼效果的影响响第58页/共95页（5）对料柱阻损的影响 由卡门公式：)2731 ()1 ()1 (/02003220321tppsKsKHpp常p高p高p常 高压操作p高p常1，因而p常p高，即高压操作使煤气流在高炉内通过的阻力损失降低。但炉内料柱阻损的下降并不是上下部均相同的，研究表明，炉子上部的阻损下降得少，下部的下降得多。造成这种现象的原因是料柱上下部透气性不同，高炉下部由于被还原矿石的软熔，孔隙度急剧下降，压力对p的作用为孔隙度的下降所减弱。 4.3.2高压操作对高炉冶炼效果的影响第59页/共95页 高压高炉高度上的煤气压力变化高压高炉高度上的煤气压力

41、变化 料柱阻损下降好处： 高压操作后p的下降减少炉料下降的阻力，可使炉况顺行。如果p维持在原来低压时的水平，则可增加风量，即提高高炉的冶炼强度。4.3.24.3.2高压操作对高炉冶炼效果的影高压操作对高炉冶炼效果的影响响第60页/共95页(6)(6)对炉顶布料的影响对炉顶布料的影响 高压操作降低了离开料柱和炉顶的煤气的动压头：高压操作降低了离开料柱和炉顶的煤气的动压头： 1）在冶炼强度相同和炉料粒度结构相同的情况下，被吹出炉尘的粒径变小，数量减少。常压改为高压操作后，炉尘吹出量降低2050，150250kPa，炉尘10kg/t-Fe以下。 2）h动， 影响料面的运动。表现为边缘料层加厚，料面漏

42、斗加深，可能恶化边缘区域的炉料透气性，从而使炉内压降增大，削弱了顶压提高的作用4.3.24.3.2高压操作对高炉冶炼效果的影高压操作对高炉冶炼效果的影响响第61页/共95页4.44.4高风温操高风温操作作 1 1）应用实践及效果）应用实践及效果 自自180180年前采用鼓风加热的技术以来，风温已年前采用鼓风加热的技术以来，风温已由由最初的最初的149149提高到提高到13501350，它给高炉带来了大，它给高炉带来了大幅幅度降低焦比和提高产量的显著效果，成为炼铁发度降低焦比和提高产量的显著效果，成为炼铁发展展史上极为重要的技术进步。史上极为重要的技术进步。 2 2）目的）目的 以风的物理热代替

43、焦炭的化学能，结果焦比降以风的物理热代替焦炭的化学能，结果焦比降低。低。第62页/共95页4.4.14.4.1高风温对高炉冶炼的影响高风温对高炉冶炼的影响（1 1）对燃烧带的影响）对燃烧带的影响 1 1）根据）根据PVPVnRTnRT可知，在可知，在P P一定的情况下，一定的情况下，T, V T, V 鼓鼓风动能风动能，结果使风口区增大，冶炼强度提高；结果使风口区增大，冶炼强度提高； 2 2）高风温使风口区的燃烧碳量减少，导致风口区变）高风温使风口区的燃烧碳量减少，导致风口区变小，小，冶炼强度下降。冶炼强度下降。 前苏联学者前苏联学者A.H.A.H.拉姆教授给出了高风温减少燃烧碳量拉姆教授给出

44、了高风温减少燃烧碳量的计的计算公式：算公式： 21221/100)(/ )C(-1 )(风风风风风风风iqiiCCC 计算表明，风温由0提高到l00，(C风)为20.6，而由1100提高到1200， (C风)只有5.2。综合结果：会使冶炼强度第63页/共95页（2)2)高炉高度上温度分布高炉高度上温度分布 风温提高后，风温提高后，炉缸温度上升，炉身和炉顶温度降低，炉缸温度上升，炉身和炉顶温度降低，中中温区温区(900l000)(900l000)略有扩大。略有扩大。低风温(1)和高风温(2)情况下煤气温度沿高炉高度的分布 A.H.拉姆教授总结出炉顶煤气温度与风温的关系式 t顶t顶0/(0.5十0

45、.0005t风) 4.4.14.4.1高风温对高炉冶炼的影响高风温对高炉冶炼的影响第64页/共95页 （3 3）直接还原度上升）直接还原度上升 风温提高以后，风温提高以后，C C风风的减少使形成的的减少使形成的COCO也减少，同时也减少，同时炉身温度的降低均使间接还原减少，尽管中温区扩大有炉身温度的降低均使间接还原减少，尽管中温区扩大有利于利于间接还原进行，但前两者的影响大于这后一影响。间接还原进行，但前两者的影响大于这后一影响。 A.H. A.H.拉姆教授总结出的拉姆教授总结出的r r d d与与 t t风风的关系式如下：的关系式如下： r rd dr rd d * *(0.684(0.68

46、4十十0.01t0.01t风风0.50.5 ) ) 式中式中 r rd d * *风温风温10001000时的直接还原度。时的直接还原度。 （4 4）炉内料柱阻损增加）炉内料柱阻损增加 焦比焦比，透气性，透气性，PP （5 5）冶炼所需有效热耗下降）冶炼所需有效热耗下降 焦比焦比 灰分和硫灰分和硫，单位生铁的渣量和脱，单位生铁的渣量和脱S S耗耗热热4.4.14.4.1高风温对高炉冶炼的影响高风温对高炉冶炼的影响第65页/共95页问题：1、高炉实施高压操作的条件是什么？实施高压操作对高炉冶炼有何影响？2、高炉实施高风温操作的目的是什么？实施高风温操作对高炉冶炼有何影响？第66页/共95页第67

47、页/共95页4.4.3 4.4.3 高风温的取高风温的取得得第68页/共95页4.54.5喷吹补充燃料喷吹补充燃料l煤粉：中国第69页/共95页4.5.1 4.5.1 喷吹燃料对高炉冶炼的影喷吹燃料对高炉冶炼的影响响喷吹燃料：热解(碳氢化合物分解)，燃烧 燃料H：CKJ/kgC%焦炭0.0020.0059800100无烟煤0.020.03940096气煤0.080.10840085重油0.110.13750077天然气（甲烷）0.333297030第70页/共95页4.5.1 喷吹燃料对高炉冶炼的影响第71页/共95页4.5.1 喷吹燃料对高炉冶炼的影响第72页/共95页4.5.1 喷吹燃料对

48、高炉冶炼的影响热解耗热燃烧产物增加携带的物理热少于炉内焦炭燃烧带扩大，中心部位的热量收入增加上部还原得到改善，炉子中心进行的直接还原数量减少，热支出减少煤气量增加，高炉内热交换改善，进入炉缸的物料和产品的温度升高炉缸温度下降炉缸温度回升第73页/共95页4.5.1 喷吹燃料对高炉冶炼的影响p单位生铁的焦炭消耗量减少和炉料中矿/焦上升，造成料柱透气性变差p煤气量增大，煤气流速增大p高温区上移：炉身、炉顶温度略有上升p炉缸温度趋于均匀：边缘下降（t理下降），中心上升（煤气穿透能力增加）H2对p升高和t顶升高起着缓和作用， H 2的粘度和密度较小，可降低煤气的粘度和密度，使p下降；H2也能提高煤气的

49、导热能力，加速煤气向炉料的热传递第74页/共95页4.5.1 喷吹燃料对高炉冶炼的影响第75页/共95页4.5.24.5.2置换比与喷吹量置换比与喷吹量u喷吹燃料中的碳代替了焦炭中的碳u喷吹燃料中的氢代替焦炭中的碳p喷吹燃料的种类：含碳和氢高的燃料，置换比就高，重油含碳和氢最高，置换比最高，一般1.21.4kg/kg；无烟煤中含量最少，置换比也最低（能力）p喷吹燃料在风口前气化程度。气化越好，置换比越高（发挥好坏）第76页/共95页4.5.24.5.2置换比与喷吹量置换比与喷吹量平均置换比： R/s(0)/s差值置换比： R(12)/(s2s1)微分(瞬时)置换比： Rd/ds 第77页/共9

50、5页4.5.2置换比与喷吹量风口前喷吹燃料的燃烧速率是目前限制喷吹量的薄弱环节。影响燃烧速率的因素主要是温度、供氧、燃料与鼓风的接触界面等。 生产实践表明，喷吹的煤粉在风口燃烧带内的燃烧率保持在85以上时，不会影响高炉： 遇焦炭粘附在其上，随焦炭下降进入燃烧带气化； 少量的进入炉渣，成为渣中氧化物直接还原的碳； 遇滴落的铁珠成为渗碳的碳； 粘附在矿石，石灰石上成为直接还原的碳而气化。第78页/共95页p高炉允许的最低理论燃烧温度高炉允许的最低理论燃烧温度 允许的最低允许的最低t t理理至少应高于冶炼的液体产品温度，允许至少应高于冶炼的液体产品温度，允许的炉缸煤气温度下限应保证能过热铁水和炉渣，

51、以及保证的炉缸煤气温度下限应保证能过热铁水和炉渣，以及保证其它吸热的高温过程其它吸热的高温过程( (例如锰的还原，脱硫等例如锰的还原，脱硫等) )的进行。的进行。 一般喷吹天然气时t理的下限控制在18501900，而喷吹煤粉时应控制在20002100，当喷吹量已达到使t理降到允许的最低水平时，就要采用维持t理不再下降的高风温或富氧等措施，以进一步扩大喷吹量p流体力学因素也能成为限制喷吹量的环节：流体力学因素也能成为限制喷吹量的环节：它表现为上部它表现为上部料柱透气性变坏，下部软熔带料柱透气性变坏，下部软熔带pp急剧上升和滴落带出现急剧上升和滴落带出现局部液泛征兆。要采用富氧来扩大喷吹量局部液泛

52、征兆。要采用富氧来扩大喷吹量4.5.24.5.2置换比与喷吹置换比与喷吹量量第79页/共95页喷吹量与置换比的关系喷吹量与置换比的关系 a a一苏联下塔吉尔钢铁公司喷吹天然气时的微分置换比；一苏联下塔吉尔钢铁公司喷吹天然气时的微分置换比； b b一奥地利林茨厂喷吹重油时的平均置换比一奥地利林茨厂喷吹重油时的平均置换比p随着喷吹量的增加，喷吹燃料的置换比下降4.5.24.5.2置换比与喷吹置换比与喷吹量量第80页/共95页4.6 4.6 富氧鼓富氧鼓风风 富氧鼓风富氧鼓风是往高炉鼓风中加入工业氧，使鼓风是往高炉鼓风中加入工业氧，使鼓风含氧量超过大气含氧量含氧量超过大气含氧量 目的：提高理论燃烧温

53、度 效果：提高冶炼强度，降低阻力损失，有利于炉料顺行第81页/共95页4.6.14.6.1富氧鼓风对高炉冶炼的影富氧鼓风对高炉冶炼的影响响p对风口前燃料燃烧的影响 燃烧1kg碳所需风量减少，相应地风口前燃烧产生的煤气量也减少，而煤气中CO含量增加，氮含量减少；使t理大幅升高，从而加快了碳得燃烧速度，导致燃烧带缩小 鼓风中氧浓度对风量、产生的煤气量和煤气中鼓风中氧浓度对风量、产生的煤气量和煤气中COCO，N N2 2含量含量的影响的影响 CON2第82页/共95页p 对炉内温度场的分布的影响 煤气量炉身温度 t理，煤缸温度富氧鼓风时炉身温度下降情况（3）还原度的影响 富氧对间接还原发展有利的方面是炉缸煤气中CO浓度的提高与惰性的氮含量降低，对间接还原发展不利的方面是炉身温度的降低，两方面因素共同作用的结果，间接还原有可能发展，也可能削减，也有可能维持在原来的水