高炉炼铁基本原理及工艺

高炉炼铁基本原理及工艺主要内容高炉炼铁工艺流程高炉主要技术经济指标高炉冶炼原、燃料及熔剂高炉冶炼基本原理与能量利用高炉强化冶炼的手段与方法高炉炼铁十字方针：高效、优质、低耗、长寿、环保。一、高炉炼铁工艺流程二、高炉主要技术经济指标1、利用系数:η=P(高炉昼夜产铁量)/Vu

(高炉有效容积)t/m3.d2、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、透气性指数：5、炉腹煤气指数：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%±6、一代炉龄：高炉点火开炉→停炉大修历经时间三、高炉冶炼原、燃料及熔剂1炉料种类及质量评价成分理论含铁量%实际富矿含铁%最低工业品位%冶炼性能磁Fe3O472.445~7020~25P，S↑难还原赤Fe2O37055~6030P，S↓易还原褐nFe2O3.mH2O55.2~66.137~5530P↑易还原菱FeCO348.230~4025P，S↓熔烧后易还原各类铁矿石图赤铁矿磁铁矿菱铁矿褐铁矿烧结矿及烧结球团烧结球团烧结矿⑴品位：含铁量，理论上品位↑1%，焦比↓2%，产量↑3%⑵脉石成分：SiO2、Al2O3↓越好（须重视Al2O3

），MgO↑越好⑶有害杂质：S、P、Cu、Pb、Zn、As、K、Na⑷有益元素：Mn、V、Ni、Cr(铬)⑸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;⑹还原性：

被CO、H2还原的难易、影响焦比;⑺化学成分稳定性：

TFe波动≤±0.5%，SiO2≤±0.03%混匀的重要性（条件：平铺直取——原料场应足够大）;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：使用条件及作用碱性铁矿中脉石为酸性氧化物，包括：石灰石、白云石、石灰酸性铁矿中脉石为碱性氧化物，主要为：SiO2（只在炉况失常时使用——（Al2O3）≥18%或排碱时）中性高Al熔剂，主要为：含Al2O3高的铁矿（只在降低炉渣流动性时使用）3焦碳①主要作用：

作为高炉热量主要来源的60~80%，其它热风提供提供还原剂C、CO

料柱骨架，保证透气性、透液性②质量要求：

含炭量：C↑

灰份:10%左右，灰分低可使渣量↓含S量：<0.6%生铁中[S]80%±来源于焦碳强度：M40(kangsuiqd)、M10(lmqd)粒度组成：均匀60mm左右的>80%，大于80mm的<10%，大于80mm的<10%

成分稳定（特指水分）：

一般采用干熄焦焦碳反应性：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四、高炉冶炼基本原理与能量利用（一）高炉内还原过程（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（一）高炉还原过程

1.高炉炉内状况（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%±（200~1100℃）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

（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=CO2

CO2+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800~1100℃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。3.非铁元素的还原（1）Mn的还原：

①一般规律：MnO2→（550℃间还）→Mn2O3→（1100℃间还）→Mn3O4→（1000℃间还）→MnO→（1200℃直接还原）→Mn

②Mn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↑

③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]

（2）Si的还原①生铁中[Si]的要求：制钢铁[Si]≤0.6

铸造铁1.25≤[Si]≤4.25②Si还原的特点：

大量吸热8倍全部直接还原

K↑③Si还原的途径：气化还原：SiO2+C=SiO（g）+COSiO（g）+[C]=[Si]+CO

渣铁反应：（SiO2）+2[C]=[Si]+2CO④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的还原渣铁反应：（SiO2）+2[C]=[Si]+2CO中温区800~1100℃共存P料~品位↑，焦碳负荷↑，P料↑气化还原：SiO2+C=SiO（g）+COCO2+C=2CO（1）渣量小→品位高、I小（2）保护炉墙（高炉长寿）强度：M40(kangsuiqd)、M10(lmqd)反应可逆四、高炉冶炼基本原理与能量利用（3）滴落带：主要由焦碳床组成，熔融状态的渣铁穿越焦碳床↓炉渣R利于Si的还原燃烧带大小的控制—下部调剂（2）rd3、冶炼强度:I=Q/Vu(反应焦碳的燃烧能力)（3）P的还原

P100%还原入铁，只有原料控P

（4）含Ti矿的冶炼

TiO2→Ti2O3→TiO→Ti→Ti（C，N）固熔体使炉渣粘稠（二）造渣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（脱S）（2）保护炉墙（高炉长寿）被CO、H2还原的难易、影响焦比;（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。铁矿中脉石为酸性氧化物，包括：石灰石、白云石、石灰↓炉渣R利于Si的还原Fe的渗碳（3）滴落带：主要由焦碳床组成，熔融状态的渣铁穿越焦碳床高炉冶炼基本原理与能量利用（2）保护炉墙（高炉长寿）成分稳定（特指水分）：一般采用干熄焦5、生铁成本：原料占80%±贝波反应：C+CO2=2CO③Si还原的途径：1、利用系数:η=P(高炉昼夜产铁量)/Vu(高炉有效容积)t/m3.反应可逆5、生铁成本：原料占80%±（三）风口前C的燃烧

1.风口前C燃烧的意义

风口前C得燃烧占总C量的70%，

其燃烧的基本意义：

（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2.燃烧带大小的控制—下部调剂

影响燃烧带大小的因素：①C的燃烧速度（一般认为影响不大）②布料状态（中心堆积，燃烧带小；中心疏松，燃烧带大）③鼓风动能EK的大小（四）炉料与煤气运动

1.炉料下降的条件：

力学分析

P=P料-P摩-P浮-P气P＞0顺行

P≤0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

2.炉腹区煤气流

炉腹区压差（ΔP）较大易形成液泛现象（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

低温区＜800℃基本为间接还原（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。（3）C的利用程度ηco提供还原剂C、CO粒度组成：均匀60mm左右的>80%，大于80mm的<10%，大于80mm的<10%主要反应：5、生铁成本：原料占80%±主要反应：影响燃烧带大小的因素：灰份:10%左右，灰分低可使渣量↓P气~上升煤气对料柱的支撑力（2）保护炉墙（高炉长寿）富氧将使炉缸温度增加，但煤气总量下降，不利于全厂能量平衡；P≤0悬料，难行渣铁反应：（SiO2）+2[C]=[Si]+2CO（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ηco2.煤气上升过程中的变化五、高炉强化冶炼手段与方法1.大风量风量增加，炉内传热效果下降，ri降低，K增