现代高炉炼铁工艺

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1、1,1. 现代高炉炼铁工艺 1.1 高炉炼铁生产流程 1.2 高炉本体及主要构成 1.3 高炉冶炼产品 1.4 高炉技术经济指标,2,1.1 高炉炼铁工艺流程 1.1.1高炉冶炼工艺流程 、工艺原理 高炉是一个密闭的连续的逆流反应器。炉料充满整个高炉空间，形成料柱.原燃料从炉顶装入，高温热空气从下部鼓入；产生的高温还原性气体在上升过程中将下降的炉料加热和还原；还原出来的铁经渗碳后熔化，形成生铁，矿石中的脉石与熔剂结合形成炉渣，定期从铁口排出；从高炉上部排出的气体称为煤气，经净化后作为燃料。,3,、炼铁工艺流程组成 ）送风系统 ）渣铁处理系统 ）除尘系统 ）原料系统 ）煤粉喷吹系统,4,、高炉炼

2、铁的本质: 传质过程：矿石（Fe2O3、Fe3O4、FeO）中的氧进入到煤气中实现了铁氧分离； 传热过程：煤气携带的热量传递给炉料，使炉料熔化成渣铁实现了渣铁分离。,5,1.1.2 高炉生产特点 （1）生产规模大。 （2）需要操作人员综合分析判断能力。 （3）高炉是钢铁联合企业中的重要环节。 （4）高炉开炉后长期连续生产直到停炉。 （5）高度的机械化和自动化。,6,炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉五段组成。该容积的总和反映了高炉的生产能力。,1.2.1高炉内型 高炉是冶炼生铁的主体设备。高炉内部工作空间的形状称为高炉内型。它由：,1.2 高炉本体及主要构成,7,（1）高炉有效高度：无钟炉顶旋转溜槽

3、垂直下缘（或炉喉钢砖上沿）到铁口中心线之间的距离（Hu）。对于有钟炉顶，高炉大钟开启位置的下缘到铁口中心线间的距离; （2）高炉有效容积：在有效高度范围内，炉型所包括的容积称为高炉有效容积（Vu）；高炉工作容积指风口中心线到炉喉之间的容积; （3）高炉内型的变化：10002000m3高径比Hu/D，由2.9左右,减小到2.5左右.,8,1.2.2高炉炉体结构 高炉炉体由耐火砖衬、冷却器、炉壳及钢结构组成。,9,（1）炉壳 作用： 固定冷却设备； 保证高炉砌砖的牢固性； 承受炉内压力和起到炉体密封的作用； 承载炉顶部份设备负荷。,10,（2）耐火砖衬,用来形成高炉工作空间,抵御高温物料和渣铁的浸

4、蚀,同时保护冷却设备.,11,高炉不同部位采用不同的内衬，既可以延缓内衬破损速度，又有利于降低筑炉成本，通常： 1）炉喉部位采用水冷钢砖； 2）炉身部位采用致密粘土砖； 3）炉身中下部和炉腰采用半石墨化SiC砖或铝炭砖； 4）炉腹采用薄壁炉衬，常喷涂不定型耐火材料，主要靠渣皮代替耐火材料工作； 5）炉缸采用组合砖砌筑。 下图为陶瓷杯炉缸砖衬结构。,12,13,14,炉衬破损的原因： 1）高温渣铁液对耐火材料的危害 主要是：渣铁液的化学侵蚀与物理渗透、流动冲刷等，Pb渗入炉底对砖衬造成破坏。 2）固体炉料在下降过程中对炉衬的冲击和磨损； 3）耐火砖衬受热应力的破坏。,15,4）高温气体对耐火材料

5、的危害 K、Na、Pb、Zn气体的渗透、侵蚀，造成耐火材料异常膨胀； 高温煤气流气体对碳砖会造成氧化性破坏，含尘气流会对炉衬造成冲刷；,16,对高炉砖衬（内衬）的基本要求： 1）满足高温的要求 高炉各部位炉衬应与各部位的热流强度相适应，以保持在强热流的冲击下内衬的整体性和稳定性。 2）满足侵蚀的要求 应与各部位的侵蚀破损机理，即炉料的磨损、煤气的冲刷、碱金属等有害物质的侵蚀、渣铁水的熔蚀等相适应，以延缓内衬破损速度，达到高炉长寿的目的。,17,（3）冷却设备,炉衬的温度状态是决定其侵蚀速度的重要因素之一,冷却设备保护耐火砖衬的工作表面温度低于其允许的温度,使其不因受热变形而被坏。强大的冷却还可

6、在高炉下部形成渣皮,代替炉衬工作; 根据高炉各部位热负荷及结构的不同,高炉冷却可采取多种形式和方法.,18,19,20,高炉安装的铜冷却壁,21,22,高炉对冷却设备要求：,1）有足够的冷却强度，能够保护炉壳和内衬； 2）使炉腹、炉腰、炉身下部易于形成渣皮，维持良好的工作炉型； 3）将1150铁水凝固等温线阻止在渣铁凝固层中，避免铁水向炉底炉缸纵深侵蚀； 4）不影响炉壳的致密性和强度。,23,（4）高炉本体钢结构,24,1.2.3 高炉附属系统 1.2.3.1高炉槽下供料系统 主要任务是保证及时、准确、稳定地将合格原料从贮矿槽送上高炉炉顶，并装入炉内。对原料供料系统的要求： （1）连续地、均衡

7、地供应所需的原料； （2）在运输过程中应尽量减少破碎。 （3）应实现机械化和自动化，提高配料、称量和装入炉内的准确度。 （4）应有除尘设施。,25,贮焦槽 焦筛 皮带机 焦炭集中称量斗 上料主皮带 炉顶设备 碎焦卷杨机 碎焦筛 碎焦仓 称量斗 皮带机 矿石集中斗 上料主皮带机 炉顶设备 烧结厂 皮带机 贮矿槽 振动给料机 振动筛 矿石称量斗 皮带机 矿石集中称量斗 上料主皮带机 炉顶设备 粉矿皮带机 送至烧结厂,炉料运送流程,26,27,武钢五号高炉上料主皮带,28,（1）能满足炉喉合理布料的要求； （2）保证炉顶可靠密封，使高压操作顺利进行； （3）设备结构应力求简单和坚固，制造、运输、安装

8、方便，能抵抗急剧的温度变化及高温作用； （4）易于实现自动化操作。,1.2.3.2炉顶炉料装入系统 作用是根据要求将原燃料装入炉内指定位置。对炉顶装料设备的基本要求：,29,钟式炉顶装料设备 （1）单钟式,30,（2）双钟式,31,串罐式无料钟炉顶 装料设备,并罐式无钟炉顶 装料设备 由受料漏斗（包括上部闸门）、称量料罐（包括上、下密封阀及下部闸门）、中心喉管、叉型管、气密齿轮箱、布料旋转溜槽以及均压、冷却系统等部分组成。,33,无钟炉顶布料方式 无钟炉顶的旋转溜槽可以实现多种布料方式，常用的有以下4种基本的布料方式。 （1）环形布料 （2）螺旋形布料 （3）定点布料 （4）扇形布料,34,3

9、5,1.2.3.3高炉送风系统,36,任务是保证连续可靠地供给高炉冶炼所需数量和足够温度的热风。 高炉送风系统主要包括：鼓风机、加湿和脱湿装置、冷风管道、热风炉、热风管道和高炉进风装置等部分组成。,37,热风炉总览,38,、蓄热（外燃）式热风炉结构及原理,39,、烧炉过程,40,、送风过程,41,、工作制度,42,43,高风温的获得： 高炉煤气发热值较低：32003800kJ/m3 获得高风温的设备因素受限制,空气煤气预热 高发热值燃料,热风炉结构能承受高温,燃烧热风炉，使火焰温度 达1550 1700,结构,材质（钢、耐火材料） 热风阀,对 策,44,风口结构,45,46,47,48,49,

10、1.2.3.4高炉除尘系统,50,高炉冶炼过程中，从炉顶排出大量煤气，其中CO含量达20%以上，发热值为33004200kj/m3,是一种剧毒低热值的气体，可以作为钢铁企业二次能源。 由于高炉煤气中含有约20100g/m3的粉尘。如果直接使用，会使炉窑管道堵塞，引起耐火砖衬的侵蚀破坏。另外造成TRT（余压发电装置）的转子严重磨损，使TRT寿命降低。因此，高炉煤气必须除尘后才能作为燃料使用。 除尘灰中含有铁、锌、碳等元素，经过选矿处理后可作为铁矿粉烧结原料和提锌的原料。,51,1、煤气除尘基本原理： 除尘的基本原理，是借外力的作用使尘粒和气体分离，这些外力以及产生的作用有： （1）惯性作用：当气

11、流方向突然改变时，尘粒因惯性与气体分离。,52,（2）力作用的差异性：即靠尘粒具有比气体分子更大的重力、离心力和静电引力而分离出来。 （3）束缚力：主要是用机械阻力，比如用过滤和过筛的办法，挡住尘粒继续运动。,53,2、湿式除尘工艺,54,湿式工艺流程：重力除尘器、一文氏除尘器（或洗涤塔）、可调喉口二文氏除尘器。,55,重力除尘器,56,文氏除尘器,57,3、干式除尘工艺 高炉煤气干式布袋除尘技术是21世纪高炉实现节能减排、清洁生产的重要技术创新。 与湿式除尘技术相比，干式除尘具有以下优点： （1）提高煤气净化程度； （2）降低新水消耗和动力消耗； （3）由于煤气温度高不含水，可提高煤气余压发

12、电量（增加30% ）和二次能源（煤气温度高100）利用效率。,58,缺点： （1）对温度比较敏感，煤气温度过高，过低都不行； （2）设备多，运行后维护量大，由十几台箱体并列组成。,包头4#高炉煤气布袋除尘器（2200m3）,工艺流程,工艺流程简述： 高炉煤气经重力除尘后，由荒煤气主管分配到布袋除尘器各箱体中，并进入荒煤气室，颗粒较大的粉尘由于重力作用自然沉降而进入灰斗，颗粒较小的粉尘随煤气上升。经过滤袋时，粉尘被阻留在滤袋的外表面，煤气得到净化。净化后的煤气进入净煤气室，由净煤气总管输入煤气管网。 当荒煤气温度大于260或低于100时，系统将自动关闭所有箱体进口蝶阀，同时打开荒煤气放散阀组，进

13、行荒煤气放散，并可以有效控制高炉炉顶压力。,随着过滤过程的不断进行，滤袋上的粉尘越积越多，过滤阻力不断增大。当阻力增大（或时间）到一定值时，电磁脉冲阀启动，进行脉冲喷吹清灰，喷吹气采用氮气，清理的灰尘落入灰斗。 当灰斗中的灰尘累积到一定量时，启动卸输灰系统。灰尘经卸灰阀卸入输灰管道，由高压净煤气（或氮气）将灰尘输送至大灰仓，再由汽车运出厂区。,63,3、煤气除尘系统附属设备,高炉煤气由炉顶封板（炉头）引出，经导出管、上升管、下降管进入重力除尘器。,64,1.2.3.5渣铁处理系统,65,渣铁处理系统的任务： 及时处理高炉排放出的渣、铁，保证高炉生产正常进行。（如何进行渣铁分离？）,66,渣铁分

14、离装置撇渣器,67,渣铁分离装置撇渣器,68,69,开铁口机,70,堵铁口泥炮,71,72,摆动流嘴,73,因巴法（INBA）炉渣粒化装置,液态炉渣经渣沟进入粒化区，在吹制箱内使其水淬粒化冷却，经水渣槽流入转鼓内的分配器，被均匀分配到转鼓过滤器中。在转鼓下半周滤去部分水后，被叶片刮带，随筒边旋转边自然脱水；转至转鼓上半周处时，渣落至伸入鼓内的皮带之上，经皮带送至成品槽。,74,1.2.3.6燃料喷吹系统 高炉燃料喷吹系统主要由原煤贮运、煤粉制备、煤粉喷吹、热烟气和供气等几部分组成。,75,76,1.2.4 高炉内区域划分 高炉解剖研究证明： （1）冶炼过程中炉内料柱基本上是整体下降的，称为层状

15、下降或活塞流。 （2）炉料形态变化的区域，基本上取决于温度场在料柱中的分布。 （3）按炉料在高炉内的物理状态可分为五个带,即块状带、软熔带、滴落带、燃烧带、渣铁贮存带。,77,主要特征：焦与矿呈层状分布，皆为固体状态。 主要反应：间接还原、水分分解、碳酸盐分解。,78,1.3 高炉冶炼产品 高炉冶炼主要产品：生铁。 副产品：炉渣、煤气。 1、生铁 由铁(94%左右)、碳（4.5%左右）和少量杂质（Si、Mn、S、P）组成。 利用特殊矿或采用特殊的冶炼工艺，利用高炉可以生产出含钛、钒的铁水，以及锰铁、硅铁等铁合金。,79,2、高炉渣 炉渣主要成分有：CaO、SiO2、Al2O3、MgO。其中炉渣

16、碱度：CaO/SiO2 =1.05-1.25。 3、高炉煤气 每冶炼一吨铁产生1800m3左右的煤气，煤气中含有CO20%25%，是钢铁企业重要的二次能源。 4、炉尘（又称瓦斯灰） 被煤气携带出炉外的粉状炉料，称为炉尘（约20kg/t铁），可回收作为烧结原料。,80,1.4 高炉技术经济指标 （1）有效容积利用系数 高炉每昼夜的合格生铁产量与有效容积之比，即每m3有效容积的日产量（t）。 =P/V t铁/（m3d）,（2）冶炼强度I 每昼夜高炉消耗的干焦炭量（或综合干焦炭量）与高炉有效容积的比值，即每m3有效容积一昼夜燃烧的干焦炭. I= Q/V t焦/（m3d）,81,（3）焦比：高炉每昼夜消耗的干焦炭量Q与合格生铁产量P的比值，即生产1t合格生铁所消耗的焦炭数量，用kg计量。 K=Q/P（kg焦/ t铁） （4）煤比：冶炼每吨生铁消耗的煤粉量。 （5）燃料比：生产1t合格生铁所消耗的焦炭