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1、钢铁冶金学,兰 州 理 工 大 学 材 料 学 院,中国冶金的辉煌历史,发展与人文 千锤钢、百炼钢-千锤百炼 炼、锻 -锻炼 模、范 -模范 龙泉宝剑(欧冶子)-千锤百炼 灌 钢 原理及工艺比较 钢-铁 碳-氧化 锻造-轧制 能源 环保 木 -煤-焦-电 电(煤、水、风、太阳能、核、核聚变),流程,铁矿石,石灰石,铁矿粉原料堆场,原料,原料,炼铁原料堆场取料机在作业,烧结机在生产烧结矿,焦炉,焦炭,高炉系统,高炉系统,宝钢高炉全貌,莱钢1880立高炉工程夜,本钢高炉,宝钢集团有限公司,参考书 1. 曲英主编,炼钢学原理,冶金工业出版社。 2. 徐文派主编,转炉炼钢学,冶金工业出版社。 3. 章
2、天华等编,炼铁,冶金工业出版社。 4. 成兰伯. 高炉炼铁工艺及计算,冶金工业出版社,1991 5. 陈新民主编,火法冶金过程物理化学,冶金工业出版社。 王筱留,钢铁冶金学(炼铁部分)(第二版),冶金工业出版 社,2000 7. 陈家祥,钢铁冶金学(炼钢部分),冶金工业出版社,2004 8. 炼铁章天华冶金工业出版社1986 9. 铁冶金学文光远重庆大学出版1993 10. 炼钢工艺学高泽平冶金工业出版社2006 11.电弧炉炼钢工艺与设备沈才芳冶金工业出版社2002 12. 炼钢学、炼铁学 北京科技大学,主要授课内容,第一章:现代高炉炼铁工艺 第二章:高炉炼铁原料 第三章:高炉炼铁基础理论
3、第四章:高炉炉料和煤气运动 第五章:高炉强化冶炼 第六章:非高炉炼铁,第一章 现代高炉炼铁工艺,1.1 我国钢铁生产情况 1.2 炼铁生产流程 1.3 高炉本体 1.4 高炉炼铁原料及产品 1.5 高炉生产主要技术经济指标,1.1 我国钢铁生产情况,78年1亿吨,07年钢产量4.89亿吨,日本钢铁产量为1.2亿吨。09年 年产6亿吨,10年7.4 亿吨(世界14.14亿吨 ),11年6.83亿吨,12年8亿吨, 2013年钢材产量达10.6762亿吨,同比增长11.4%;2014预计8亿吨,2013年世界前10大钢厂粗钢产量和排名(单位:百万吨),2001-2011年中国铁矿石消耗量(万吨),
4、2001-2011年中国粗钢表观消费量(万吨),2008,2007年铁矿石原矿总量8.05亿吨左右,进口铁矿石总量为3.7亿吨左右 10年铁矿石原矿总量10亿吨左右,进口铁矿石总量为6.2亿吨左右,铁矿石对外依存63%左右。,进口铁矿石国家及量(万吨),2013铁矿石进口8.19亿吨,较2012年的7.44亿吨增长10.2%;进口总额1057.28亿美元,同比增长10.4%。,1.2 炼铁生产流程,矿山,精矿,粉矿,块矿,球团矿,烧结矿,焦化厂 焦 炭,制粉车间 煤 粉,热风炉,鼓风机,高炉,铁水,炉渣,高炉煤气,铸造生铁,铸铁机,炼 钢 生 铁,水泥厂,转炉,轧钢,炼钢厂,发电厂,喷吹燃料,
5、熔 剂,高炉的五大系统,高 炉 的 原 料 系 统,称量料斗,送风系统,送风系统之热风炉,原料系统之一上料皮带,炉顶布料,1.3 高炉本体,: 炉顶法兰标高;,:风口中心线标高;,:铁口中心线标高;,:炉底水冷管中心线标高;,:铁口中心线至料线零 位之间的高度,称为有 效高度;,:铁口中心线至炉顶钢 圈(炉顶法兰)之间的 高度,称为高炉全高;,料线零位:是测定料面高度的基 准点。钟式炉顶:大钟 开启时大钟的底边;无 钟炉顶:炉喉钢砖的转 折点处或钢砖顶部。,矿石,焦炭,块状带,焦炭天窗,软熔带,滴落带,风口带及回旋区,渣铁贮存区(炉缸区),高炉内型及各区域分布示意图,焦炭疏松区,死料柱,高炉区
6、域划分,铁矿石,焦 炭,熔 剂,高炉煤气 炉 尘,上渣,铁水、下渣,鼓风、煤粉,炉腹,炉缸,炉腰,炉身,炉喉,原料: 1)铁矿石 烧结矿 球团矿 块矿 2)焦炭 3)熔剂:萤石 石灰石 白云石 硅石 锰矿 4)煤粉 5)鼓风: 吨铁原料消耗: 铁矿石:1.6-1.8t/tFe 焦炭:250-500kg/tFe 煤粉:100-250kg/tFe 熔剂:0-400kg/tFe 鼓风:1700-2200Nm3/tFe,(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
7、积反应(2CO=C+CO2) (2)软熔带:矿石层开始熔化与焦炭层交互排列,焦炭层也称“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 收S(焦炭中的S向渣、金、气三相分布) 碳的气化反应:C+CO2=2CO,区域划分,(3)滴落带:主要由焦炭床组成,熔融状态的渣铁穿越焦炭床。 主要反应:Fe、Mn、Si、P、Cr的直接还原,Fe的渗C (4)回旋区:焦炭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 Fe及合金元素的氧化
8、(5)渣铁贮存区(炉缸区):渣铁分层存在,焦炭浸泡其中。 主要反应: 渣铁间脱S,Si、Mn等元素氧化还原 (特点3个、主要冶炼过程3个),1.4 高炉产品及副产品,1) 铁水:C、Si、Mn、P、S,14501550。 生铁规格:炼钢生铁Si1.25%:L04、L08、L10 ; 铸造生铁Si1.25%:Z14、Z18、Z22、Z26、Z30、Z34 。,我国生铁产品国家标准,2 ) 高炉煤气 CO、CO2、N2、H2、CH4 2000m3/tFe左右(2560kg/tFe),70%以上烧热风炉。 3 ) 炉渣 SiO2、CaO、Al2O3、MgO、MnO、FeO、S (R=1.01.3),
9、200500kg/tFe,温度比铁水高 50 100。 4 ) 炉尘 20100kg/tFe。,1.5 高炉生产主要技术经济指标,1)有效容积利用系数:每米3高炉有效容积每天生产的铁 水量(t/m3.d)(1.8-4.0)。 有效容积利用系数=日产量/高炉有效容积 2)焦比K:冶炼一吨生铁消耗的焦炭量(kg/t)(250- 550) 焦比K=每天装入高炉的焦炭量(kg )/高炉每天出铁量(t) 3)煤比M:冶炼每吨生铁消耗的煤粉量(kg/t)(80-230) 煤比K=每天装入高炉的煤量(kg )/高炉每天出铁量(t),4)喷煤率= 5)综合焦比: 6) 折算综合焦比:,各种生铁的折算系数,7)
10、 冶炼强度I(0.8-1.0) 每米3高炉有效容积每天消耗的(干)焦炭量 : 8) 综合冶炼强度(0.9-1.15) 或 9) 炉缸燃烧强度: 每米2炉缸截面积每天消耗的焦炭量: 10) 焦炭负荷: 一批炉料=批矿+批焦 焦炭负荷=批矿/批焦=,11)休风率= 规定的日历作业时间=日历时间-计划大中修时间和封炉时间 12)生铁合格率 13)炼铁工序能耗:每月、年或季度内 (1)高炉生产系统:原料供给、高炉本体、渣铁处理、鼓风、热风炉、喷吹燃料、给排水、碾泥等; (2)辅助生产系统:机修、化验、计量、环保等; (3)直接为炼铁生产服务的附属系统(厂内食堂、浴室、保健站、休息室、生产管理和调度指挥系统等) 所消耗的各种能源的实物消耗量,扣除回收利用的能源,并折算成标准煤(7000kcal/t或29300kJ/t)后与该段时间内生铁产量之比。我国重点企业的炼铁工序能耗约500kg标准煤/吨铁,吨钢综合能耗8001000kg标准煤/吨钢。,