高炉炼铁培训课件

《高炉炼铁培训课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高炉炼铁培训课件（96页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第二章 高炉炼铁(Blast Furnace Ironmaking),2020/7/12/20:57:19,2,主要内容,2.1 高炉冶炼用原料(raw materials) 2.2 高炉炼铁原理 2.3 高炉结构及附属设备 2.4 高炉操作,钢铁生产的典型工艺（长流程）,2020/7/12/20:57:19,4,2.1 高炉冶炼用原料,2.1.1 主要原料 2.1.2 烧结(sintering) 2.1.3 球团(pelletizing),2020/7/12/20:57:19,6,5、富矿(high-grade ore)：含铁品位50%的铁矿石 赤铁矿：理论含铁量70% 磁铁矿：理论含铁量7

2、2.4% 菱铁矿：理论含铁量48 . 3% 褐铁矿：理论含铁量55 . 266.1% 6、贫矿(lean ore)：实际含铁量低于理论含铁量70%的铁矿石称贫矿（必须经过选矿后使用） 7、块矿(lump ore)和粉矿(fine ore),2020/7/12/20:57:19,7,8、精矿(ore concentrate)：贫矿经过破碎，细磨，并通过磁选或浮选得到的高品位细粉状矿石.,2020/7/12/20:57:19,8,2.1.1.2 主要原料,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

3、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，必须尽可能为其提供数量充足、品味高、强度好、粒度均匀粉末少、有害杂质少及性能稳定的原料。,2020/7/12/20:57:19,9,铁矿石,磁铁矿（Fe3O4）-magnettie,赤铁矿（Fe2O3）-hematite,褐铁矿（mFe2O3nH2O）-limonite,菱铁矿（FeCO3）-siderite,2020/7/12/20:57:19,10,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

4、贫矿 (lean ore)磨矿 (grinding)筛分选矿 造块人造富矿高炉,2020/7/12/20:57:19,11,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） 气体（天然气或焦炉煤气）,2020/7/12/20:57:19,12,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

5、离； 脱硫（焦炭和矿石中S）。,2.1.2 烧结(sintering),造块处理的必要性 烧结矿和球团矿优点,2020/7/12/20:57:19,13,2020/7/12/20:57:19,14,2.1.2 烧结(sintering),将各种粉状铁，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。这一过程叫是烧结，所的到的块矿叫烧结矿。,烧结工艺流程,2020/7/12/20:57:19,16,武钢三烧396m2鼓风环式冷却机,

6、2020/7/12/20:57:19,17,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 相继消失，最后剩下 烧结矿层。,烧结矿层 燃烧层 预热和干燥层 过湿层,2020/7/12/20:57:19,18,2020/7/12/20:57:19,19,400m2带式抽风烧结机,2020/7/12/20:57:19,20,烧结过程的主要反应,燃烧反应：C+O2，烧结废气中以CO2为主，存在少量CO，还有一些自由氧和氮。 2C+O2=2CO； C+O2=CO2 分解反应： 结晶水的分解：褐铁矿（mFe2O3nH2O） 高岭土（Al2O3 2SiO22

7、H2O) 熔剂分解：CaCO3=CaO+CO2(750以上) MgCO3=MgO+CO2(720),2020/7/12/20:57:19,21,烧结过程的主要反应,还原与再氧化反应：Fe、Mn等 靠近燃料颗粒处：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2; Fe3O4+CO=3FeO+CO2; 远离燃料颗粒处：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3; 3FeO+1/2O2=Fe3O4. 气化反应：脱硫8595。 FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2 2FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO2,2020/7/12/20:57:19,22,烧结矿的形成,烧结矿形成机理 是一种由多种矿物组成的

8、复合体。由含铁矿物和脉石矿物组成的液相粘结在一起组成。 含铁矿物有磁铁矿、方铁矿（或浮氏体）、赤铁矿 粘结相主要有铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅灰石、硅酸二钙、硅酸三钙、铁酸钙、钙铁灰石及少量反应不全的游离石英和石灰。,2020/7/12/20:57:19,23,烧结厂巡视,2020/7/12/20:57:19,24,烧结机,世界上90%以上烧结矿由抽风带式烧结机生产，其主要设备为烧结台车。,2020/7/12/20:57:19,25,2.1.3 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的物理化

9、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。,2020/7/12/20:57:19,26,圆盘造球机,2020/7/12/20:57:19,27,竖炉球团矿生产的工艺流程,2020/7/12/20:57:19,28,2.2 高炉炼铁原理,2.2.1 高炉冶炼过程及特点 2.2.2 燃烧反应 2.2.3 还原反应 2.2.4 高炉炉渣与脱硫 2.2.5 炉料与煤气运动 2.2.6 高炉生产主要技术经济指标,2020/7/12/20:57:19,29,2.2.1高炉冶炼过程及特点,现代高

10、炉生产过程是一个庞大的生产体系，除高炉本体外，还有供料、送风、煤气净化除尘、喷吹燃料和渣铁处理等系统。 高炉炼铁的本质 传质过程：矿石中的O2- O2- 进入煤气中，实现铁与氧的分离 传热过程：煤气携带的热量传给炉料，使炉料熔化成渣铁，实现渣铁分离,2020/7/12/20:57:19,30,高炉生产工艺流程,2020/7/12/20:57:19,31,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和煤气封盖及导出管。,2020/7/12/20:

11、57:19,32,高炉炉内炉料状况及反应,2020/7/12/20:57:19,33,2.2.2 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。,2020/7/12/20:57:19,34,燃烧反应,燃烧反应的机理一般认为分两步进行： 风口前碳素的燃烧只能是不完全燃烧，生成CO并放出热量。 由于鼓风中总含有一定的水蒸气，灼热的C与H2O发生下列反应： C+H2O=CO+H2 -

12、124390kJ 实际生产中的条件下，风口前碳素燃烧的最终产物由CO、H2、N2组成。,2020/7/12/20:57:19,35,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。,2020/7/12/20:57:19,36,2.2.3 还原反应,2.2.3.1 基本概念 2.2.3.2 高炉内铁氧化物的还原 2.2.3.3 高炉内非铁元素的还原,2020/7/12/20:57:19,37,2.2.3.1基本概念,

13、还原反应 还原剂夺取金属氧化物中的氧，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。 铁氧化物的还原顺序 遵循逐级还原的原则。 当温度小于570时，按Fe2O3Fe3O4Fe的顺序还原。 当温度大于570时，按Fe2O3Fe3O4 FeOFe的顺序还原。,2020/7/12/20:57:19,38,2.2.3.2 高炉内铁氧化物的还原,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

14、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。 直接还原要通过气相进行反应，其反应过程如下： 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。,2020/7/12/20:57:19,40,2.2.3.3 高炉内非铁元素的还原,锰的还原 硅的还原 磷的还原 铅、锌、砷的还原,2020/7/12/20:57:19,41,锰的还原,高炉内锰氧化物的还原由高级向低级逐级还原直到金属锰，顺序为： 从MnO2到MnO可通过间接还原进行还原反应。MnO还原成M

15、n只能靠直接还原取得。 MnO的直接还原是吸热反应。高炉炉温是锰还原的重要条件，其次适当提高炉渣碱度，增加MnO的活度，也有利于锰的直接还原。 还原出来的锰可溶于生铁或生成Mn3C溶于生铁。,2020/7/12/20:57:19,42,硅的还原,硅的还原只能在高炉下部高温区(1300以上)以直接还原的形式进行： SiO2+2CSi2CO -628297kJ SiO2在还原时要吸收大量热量，硅在高炉内只有少量被还原。 还原出来的硅可溶于生铁或生成FeSi再溶于生铁。 较高的炉温和较低的炉渣碱度有利于硅的还原。 铁水中的含硅量可作为衡量炉温水平的标志。,2020/7/12/20:57:19,43,

16、磷的还原,磷酸铁(FeO)3P2O58H2O又称蓝铁矿，蓝铁矿结晶水分解后，形成多微孔的结构较易还原，反应式为： 磷酸钙（主要存在形式）在高炉内首先进入炉渣，在11001300时用碳作还原剂还原磷，其还原率能达60；当有SiO2存在时，可以加速磷的还原： 磷在高炉冶炼条件下，全部被还原以Fe2P形态溶于生铁。,2020/7/12/20:57:19,44,铅、锌、砷的还原,还原出来的铅（密度11.34g/cm3）易沉积于炉底，渗入砖缝，破坏炉底；部分铅在高炉内易挥发上升，遇到CO2和H2O将被氧化，随炉料一起下降时又被还原，在炉内循环。 还原出来的锌，在炉内挥发、氧化、体积增大使炉墙破坏，或凝附于炉墙形成炉瘤。 还原出来的砷，与铁化合影响钢铁性能，使钢冷脆，焊接性能大大降低。,2020/7/12/20:57:19,45,2.2.3.5生铁的生成与渗碳过程,生铁的生成：渗碳和已还原的元素进入生铁中，得到含Fe、C、Si、M