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1、3 高炉炼铁工艺,3.1 高炉炼铁生产的原则 3.2 高炉操作制度 3.3 高炉炼铁过程的强化（精料、高压、高风温、喷吹燃料、富氧和综合鼓风、加湿与脱湿鼓风）,本章内容,引言,高炉炼铁工艺概述,高炉炼铁 物料系统,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,3.1 高炉炼铁生产的原则,优质，低耗，高产，长寿，高效益,焦点问题：如何提高产量及焦比和产量的关系,产量、冶炼强度和焦比之间的关系,生产原则,利用系数、冶炼强度和焦比之间的关系,提高利用系数的途径,冶炼强度保持不变，不断地降
2、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,冶炼强度与产量(1)和焦比(2)的关系 a一美国资料；b一西德资料；c一苏联资料,冶炼强度与焦比的关系,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 冶炼强度提高，煤气热能和化学能利用改善，间接还原发展，焦比下降 冶炼强度超过适宜值，煤气流速过大，导致炉缸中心过吹或管道行程，焦比升高,生产上焦比与冶炼强度呈最小值特征，产量与冶炼强度呈最大值特征。但产量的峰值位置高于焦比,加强原料准
3、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,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产量,日产量(P)对产品成本(S)和生产盈利性的影响(C一出厂价格),3.2 高炉操作制度,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,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装料制度是指炉料装入炉内方式的总称，它决定着炉料在 高炉内的
4、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；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。,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
5、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,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。,问题： 1.什么是理论燃烧温度？影响理论燃烧温度的主要因素有哪些？其影响趋势如何？ 2.阐述煤气上升过程中量及成
6、分的变化特点。 3.高炉炼铁生产的原则是什么？说明冶炼强度与焦比的关系。 4.炉料的种类、粒度、堆密度和自然堆积角等因素如何影响其在炉内的分布状况？,上部调节的依据,3.2.1装料制度,炉喉处煤气中CO2分布 煤气温度分布 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,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,漏斗型 圆周上均匀分布 堆尖位置可调,高炉装料系统,典型双钟炉顶装料设备总图 1料面； 2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
7、吊架； 11绳轮； 12平衡杆； 13放散阀； 14大气阀,3.2.1装料制度,双钟式系统：传统的高炉装料系统，1907年美国马基公司设计,3.2.1装料制度,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，3块料区,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
8、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。,马基式布料器的不足：,3.2.1装料制度,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 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。一般大钟倾角都固定为53,马基式布料器的影响因素,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
9、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,无料钟装料系统：由卢森堡的P.W.公司发明，1972年投入使用,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
10、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,工作制度,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,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 有利于提高炉顶压力，为高压操作创造条件,优点,常见的布料方式：,装料制度对布料和煤气流分布的影响,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
11、 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,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,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,高炉合理批重范围（刘云彩）,批重适宜值的确定：前苏联：Y焦2500.1222Vu 我国：W矿=0.43d12+0.02d13日本：W焦=(0.030.04) d13 Y焦450(0.088750.125)Vu,3.2.1装料制度,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
12、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,装料顺序是指以皮料中矿石和焦炭进入高炉的顺序 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,装料顺序,I-正同装(实线)或正分装(虚线)； Ll-倒同装(实线)或倒分装(虚线),在料线高低、批重大小一定的情况下，主要靠炉料装入炉内的先后
13、次序来控制炉料在炉喉内的分布 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,高炉基本装料顺行,3.2.1装料制度,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,问题： 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。 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
14、和煤气流分布的影响。,3.2.2 送风制度,送风制度及其在高炉冶炼中的作用,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,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 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” 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,3.2.2 送风制度,送风制度包括鼓风量、风中含氧及含湿量、风温、风压，风口直
15、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,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。,送风制度的影响因素,鼓风动能的确定：,3.2.2 送风制度,适宜的鼓风动能与炉缸直径、原燃料条件和冶炼强度有关 与炉缸直径的关系,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,对于大型高炉，n0.5，中小型高炉n值宜选大一些。,3.2.3造渣制度,造渣制度包括造渣过程和对终渣性能的控制。造渣制度选择的依据：冶炼条件、生铁品种。要点： 造渣过程应控制炉渣化学成分，以控制对应的熔 化性温度和粘度，表面张力，脱硫、脱碱能力（物料 平衡确定） 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铁温度，以及控制好生铁成分，主要是Si和S,
