高炉炼铁基本原理及工艺.ppt

1、1,高炉炼铁基本原理及工艺,2,主要内容,高炉主要技术经济指标 高炉冶炼原、燃料及熔剂 铁矿烧结的基本原理、工艺 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,3,宝钢高炉全貌,4,一、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% 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）,5,二、高炉冶炼原、燃料及熔剂,1

2、.铁矿石种类及质量评价,6,铁矿全景图,鞍矿公司眼前山铁矿,鞍矿公司东鞍山铁矿,7,各类铁矿石图,赤铁矿,磁铁矿,菱铁矿,褐铁矿,8,粗破 细破 球磨机 分级机 磁选机 输送机,9,烧结厂的带式烧结机,10,烧结矿及烧结球团,烧结球团,烧结矿,11,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,12,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

3、0.5%，SiO2 0.03%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。,13,2. （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：,14,(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、P S（0.010.08%），P（0.0010.03%） 减少CaCO3入炉： 原因：a. 高温分解吸热 b. CO2+C=2CO c. CO2会冲淡CO浓度 造成焦比K增加。,15,3.高炉用燃料焦碳：,主要作用： 作为

4、高炉热量主要来源的6080%，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 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。,16,焦炉,17,4.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FeO 10

5、% （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,18,三、铁矿烧结及球团的基本原理、工艺,（一）烧结料组成： （1）含铁料：精矿份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， CaO 1%，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：机尾筛下物（未烧透影响成品率）,19,烧结的车间的全貌,20,21,烧结流程,2

6、2,（二）烧结料层结构,23,烧结点火示意图,24,1.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,25,（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

7、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,26,（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S 7.厚料层烧结：充分利

8、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,27,烧结设备（料仓）,28,烧结设备（烧嘴）,29,烧结设备（台车）,30,烧结设备（主排气管）,31,烧结设备（烧结布料机构）,32,烧结设备（除尘设备）,33,烧结设备（抽风系统）,34,烧结设备（风机与风箱）,35,烧结设备（破碎机）,36,烧结设备（传动装置）,37,四、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,38,高炉炼铁过程,39,高炉炼铁的流程,40,高炉炼铁车间全景,41,高炉的五大系统,

9、42,高炉的原料系统,43,原料系统之一上料皮带,44,炉顶布料,45,称量料斗,46,送风系统,47,送风系统之热风炉,48,高炉本体预览,49,高炉本体平台构成,50,高炉炉型,51,（一）高炉还原过程1.高炉炉内状况,52,（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

10、 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,53,（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,54,2.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

11、 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。,55,铁矿石的还原示意,56,3.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）Mn Mn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

12、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,57,（2）Si的还原,生铁中Si的要求： 制钢铁Si0.6 铸造铁1.25Si4.25 Si 还原的特点： 大量吸热 全部直接还原 K Si 还原的途径： 气化还原： SiO2+C=SiO（g）+CO SiO（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,58,（3）P的还原 P100%还原入铁，只有原料控P（4）含Ti矿的冶炼 TiO2Ti2O3TiOTiTi（C，N）固熔体使炉渣粘稠,59,（二）造渣与脱S,1.造渣的概念

13、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,60,（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%,61,3.脱S,（1）S的来源与分布： 焦碳6080% 矿石及喷吹物2040% （S负荷

14、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,62,（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=2CO H2O+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

15、剂 （3）影响炉料下降、软熔带形状、煤气利用、冶炼指标,63,2.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 ,64,风口前碳的燃烧示意,65,（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 P

16、0 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,66,2.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，

17、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,67,4.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,68,高炉布料设备,69,（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co 2.煤气上升过程中的变化,70,高炉煤气取样示意,71,五、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；风量应与还原性相适应 2.高风温的问题： 风温增加，传热推动力增加，但利用风温的同时K势必降低，透气性将下降 3.富氧问题： 富氧将使炉