第三章第三章 高炉炼铁高炉炼铁武汉科技大学冶金工程系武汉科技大学冶金工程系周进东周进东1 3.1 概述概述Ø现现代代高高炉炉生生产产过过程程是是一一个个庞庞大大的的生生产产体体系系，，除除高高炉炉本本体体外外，，还还有有供供料料系系统统、、炉炉顶顶装装料料系系统统、、送送风风系统系统、、喷吹系统喷吹系统、、煤气净化系统煤气净化系统、、渣铁处理系统渣铁处理系统 武钢武钢6 6号高炉号高炉宝钢宝钢3 3号高炉号高炉2 3.1 概述概述3 3.2 高炉炼铁基本概念高炉炼铁基本概念3.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品（（1））原料原料Ø高高炉炉使使用用的的原原料料包包括括铁铁矿矿石石（（烧烧结结矿矿、、球球团团矿矿和和块块矿矿））、、焦炭、煤粉、鼓风和少量熔剂焦炭、煤粉、鼓风和少量熔剂 Ø铁铁矿矿石石：：在在大大型型高高炉炉炉炉料料结结构构中中，，高高碱碱度度烧烧结结矿矿一一般般占占70~80%、酸性的球团矿和块矿占、酸性的球团矿和块矿占20~30% 4 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品品品 种种w(TFe)（（%））w(FeO)（（%））w(SiO2)（（%））w(CaO)（（%））w(MgO)（（%））w(Al2O3)（（%））R宝宝钢烧结矿59.477.554.258.201.271.091.93鞍鞍钢烧结矿58.497.904.609.702.300.502.11巴西球巴西球团矿65.811.613.670.470.730.490.13国国产球球团矿63.210.176.011.220.480.760.20巴西巴西块矿66.624.237.940.700.231.110.09南非南非块矿62.892.116.490.590.032.360.095 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品Ø熔剂通常为石灰石，用来调节炉渣碱度。
熔剂通常为石灰石，用来调节炉渣碱度v高高炉炉渣渣的的碱碱度度（（R=CaO/SiO2））在在1.0~1.25之之间间，，当当碱碱性性炉炉料料（（高高碱碱度度烧烧结结矿矿））与与酸酸性性炉炉料料（（球球团团矿矿和和块块矿矿））比比例例合合适适时时，，高高炉炉中中可可不不加加或或只只加加少少量石灰石量石灰石v根根据据入入炉炉综综合合品品位位，，冶冶炼炼1t生生铁铁需需要要消消耗耗铁铁矿矿石石1.5~1.7t 6 高炉原料铁矿石熔 剂其他含铁代用品• 天然块矿• 人造富矿 烧结矿 球团矿• 碱性熔剂— 石灰、 石灰石、白云石• 酸性熔剂— 硅石• 特殊熔剂— 萤石• 高炉、转炉炉尘• 残铁• 轧钢铁皮• 硫酸渣3.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品7 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品Ø燃料燃料v焦炭在高炉风口区域燃烧产生大量热量和煤气（焦炭在高炉风口区域燃烧产生大量热量和煤气（CO+N2）v煤煤气气中中的的CO将将铁铁矿矿石石中中的的氧氧化化铁铁还还原原成成金金属属铁铁，，燃燃烧烧产产生的热量将渣铁熔化成铁水和液态炉渣生的热量将渣铁熔化成铁水和液态炉渣。
v焦焦炭炭在在高高炉炉内内始始终终呈呈固固态态，，它它能能够够将将整整个个高高炉炉的的料料柱柱支支撑撑起来，保持高炉内部具有良好的透气性起来，保持高炉内部具有良好的透气性8 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品v煤煤粉粉从从高高炉炉风风口口喷喷入入炉炉内内，，在在风风口口区区域域燃燃烧烧产产生生热量和还原煤气，可代替部分焦炭热量和还原煤气，可代替部分焦炭v但但煤煤粉粉无无法法代代替替焦焦炭炭的的另另一一个个重重要要作作用用—支支撑撑料料柱v目目前前，，冶冶炼炼1吨吨生生铁铁大大约约需需要要消消耗耗焦焦炭炭250~350kg，消耗煤粉，消耗煤粉150~250kg9 高炉燃料固体燃料气体燃料焦 炭煤 粉焦炉煤气高炉煤气用于高炉本体用于热风炉3.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品10 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品Ø鼓风鼓风v空空气气通通过过高高炉炉鼓鼓风风机机加加压压后后成成为为高高压压空空气气（（鼓鼓风风）），，经经过过热热风风炉炉换换热热，，将将温温度度提提高高到到1100~1300℃，，再再从从高高炉炉风风口口进入炉缸，与焦炭和煤粉燃烧产生热量和煤气。
进入炉缸，与焦炭和煤粉燃烧产生热量和煤气v鼓鼓风风带带入入高高炉炉的的物物理理热热占占高高炉炉热热量量总总收收入入的的20%左左右右在在鼓风中加入氧气可提高鼓风中的氧含量（称为富氧鼓风）鼓风中加入氧气可提高鼓风中的氧含量（称为富氧鼓风）v采采用用富富氧氧鼓鼓风风可可提提高高风风口口燃燃烧烧温温度度，，有有利利于于高高炉炉提提高高喷喷煤煤量和高炉利用系数量和高炉利用系数 v冶炼冶炼1吨生铁大约需要鼓风吨生铁大约需要鼓风1400~1700Nm311 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品（（2）产品）产品 Ø铁水铁水v铁铁水水的的主主要要化化学学成成分分为为Fe、、C、、Si、、Mn、、P、、S等等，，温温度度1450~1550℃v按按照照Si含含量量的的不不同同，，将将高高炉炉铁铁水水分分为为炼炼钢钢生生铁铁（（w [Si]<1.25%）和铸造生铁（）和铸造生铁（w [Si]≥1.25%）v铁水中铁水中C呈饱和状态，炼钢生铁中呈饱和状态，炼钢生铁中C含量在含量在3.7~4.3%之间 12 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品Ø高炉煤气高炉煤气v高高炉炉煤煤气气主主要要化化学学成成分分（（体体积积百百分分比比））为为CO：：21~26%、、CO2：：14~21%、、N2：：55~57%、、H2：：1.0~3.0%、、CH4：：0.2~0.8%。
v高炉煤气发热值高炉煤气发热值3200~3800 KJ/m3，属低热值煤气属低热值煤气v冶炼每吨生铁产生高炉煤气冶炼每吨生铁产生高炉煤气1800~2000m3左右 13 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品vCO：：煤煤气气上上升升过过程程中中，，CO在在高高炉炉下下部部高高温温区区开开始始增增加加，，煤气中的煤气中的CO含量会相应减小含量会相应减小 vCO2：在炉缸、炉腹部位几乎为零，从中温区开始增加在炉缸、炉腹部位几乎为零，从中温区开始增加vH2：：来来源源于于风风中中H2O汽汽和和焦焦炭炭中中的的有有机机H2和和喷喷吹吹燃燃料料中中的的挥挥发发H2，，上上升升过过程程中中由由于于参参加加间间接接还还原原和和生生成成CH4，，含含量量逐逐渐渐减减少少，，但但由由于于炉炉料料中中结结晶晶水水和和碳碳作作用用生生成成部部分分H2，，又又可适量增加煤气中可适量增加煤气中H2的含量vN2：：鼓鼓风风带带入入的的N2，，焦焦炭炭中中的的有有机机N2和和喷喷吹吹燃燃料料中中的的挥挥发发N2，在上升过程中不参加任何反应，绝对量不变在上升过程中不参加任何反应，绝对量不变 vCH4：：高高温温时时少少量量焦焦炭炭与与H2作作用用生生成成CH4，，上上升升过过程程中中又又加入焦炭挥发分中加入焦炭挥发分中CH4，但数量很少，变化不大，但数量很少，变化不大14 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品Ø高炉渣高炉渣v高炉冶炼高炉冶炼1t生铁产生生铁产生300~600kg炉渣。
炉渣v高炉渣主要成分为高炉渣主要成分为: w(SiO2)=32~42%、、w(CaO)=35~44%、、w(Al2O3)=6~14%、、 w(MgO)=4~13%、、 w(MnO)=0.3~1.0%、、w(FeO)=0.5~0.8%、、 w(S)=0.7~1.1%、、 R=1.05~1.25v在在 这这 一一 成成 分分 范范 围围 内内 ，， 高高 炉炉 渣渣 的的 熔熔 化化 温温 度度 最最 低低（（1300~1350℃），在炉缸温度下具有良好的流动性在炉缸温度下具有良好的流动性v高炉渣经高压水淬冷粒化后是生产水泥的良好原材料高炉渣经高压水淬冷粒化后是生产水泥的良好原材料 15 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品16 3.2.2 高炉内型高炉内型l高高炉炉内内型型是是用用耐耐火火材材料料砌砌筑筑而而成成的的，，供供高高炉炉冶冶炼炼的的内内部部空空间间的轮廓l现现代代高高炉炉都都是是五五段段式式炉炉型型，，从从下下至至上上分分别别为为：：炉炉缸缸、、炉炉腹腹、、炉腰、炉身、炉喉炉腰、炉身、炉喉 高炉内型高炉内型17 炉喉 Throat炉身 Shaft高炉本体炉腰 Belly炉腹 Bosh炉 缸 Hearth风口Tuyere铁口 Taphole渣口 Slag taphole高炉有效容积代表高炉的大小或生产能力3.2.2 高炉内型高炉内型18 3.2.2 高炉内型高炉内型•高高炉炉有有效效容容积积代代表表高高炉炉的的大大小小或或生生产产能能力力。
由由高高炉炉出出铁铁口口中心线所在水平面到料线零位水平面之间的容积中心线所在水平面到料线零位水平面之间的容积•一一般般将将＞＞3000m3的的高高炉炉称称为为超超大大型型高高炉炉，，1500~2500m3的的高高炉炉称称为为大大型型高高炉炉，，600~1000m3的的高高炉炉称称为为中中型型高高炉炉，，300m3以下的高炉称为小型高炉以下的高炉称为小型高炉 •一座一座4000m3级高炉日产生铁量达到级高炉日产生铁量达到10000 吨以上 19 荷兰Corus Ijmuiden钢铁公司高炉发展高炉编号高炉编号1234567大 小建成年份1924192619301958196119671972炉缸直径 / m5.65.65.98.59.011.013.8工作容积 / m35195195981413149223283790初期产量 (t/d)2802803601380170030005000当前/最终产量(t/d)10001000110035003700700010500拆除年份19741974199119971997 上一次大修 200219913.2.2 高炉内型高炉内型20 3.2.3 高炉生产主要技术经济指标高炉生产主要技术经济指标（（1）有效容积利用系数（）有效容积利用系数（ŋV））&高高 炉炉 每每 立立 方方 米米 有有 效效 容容 积积 每每 天天 生生 产产 的的 合合 格格 铁铁 水水 量量（（t/m3·d）。
2）焦比（）焦比（K））&高炉冶炼一吨生铁消耗的焦炭量（高炉冶炼一吨生铁消耗的焦炭量（kg/t ）3）煤比（）煤比（M））&冶炼每吨生铁向高炉喷吹的煤粉量（冶炼每吨生铁向高炉喷吹的煤粉量（ kg/t ） （（4）燃料比）燃料比( 焦比＋煤比焦比＋煤比 )& 定义：高炉冶炼每吨生铁所消耗的固体燃料的总和定义：高炉冶炼每吨生铁所消耗的固体燃料的总和(kg/t) 目前，大型和超大型高炉冶炼目前，大型和超大型高炉冶炼1t生铁的燃料比在生铁的燃料比在470~520 kg/t之间，喷煤量可达到之间，喷煤量可达到150~250 kg/t21 3.2.3 高炉生产主要技术经济指标高炉生产主要技术经济指标（（5）综合焦比）综合焦比(K∑)• 定义：将喷入高炉的煤粉折算成相应数量的焦炭后计算的定义：将喷入高炉的煤粉折算成相应数量的焦炭后计算的焦焦 比比(kg/t)• 煤粉置换比通常小于煤粉置换比通常小于1.0，一般在，一般在0.75~0.90之间6）冶炼强度（）冶炼强度（I）） •定义：每立方米高炉有效容积每天消耗的定义：每立方米高炉有效容积每天消耗的(干干)焦炭量焦炭量[t/(m3·d)]。
• 一般为一般为0.8 ~ 1.0 t/(m3·d)7）综合冶炼强度）综合冶炼强度(I∑)• 定义：将喷入高炉的煤粉折算成相应数量的焦炭后计算的定义：将喷入高炉的煤粉折算成相应数量的焦炭后计算的冶炼强度冶炼强度[t/(m3·d)]• 大型或超大型高炉达到大型或超大型高炉达到1.2 ~ 1.6 t/(m3·d)22 高炉有效容积利用系数=冶炼强度/焦比（（8）工序能耗）工序能耗• Ci=(燃料消耗燃料消耗+动力消耗动力消耗-回收二次能源回收二次能源)/产品产量产品产量(吨标准煤吨标准煤/t)• 1kg标准煤的发热量为标准煤的发热量为7000千卡千卡(29310kJ)2009年1~5月全国重点钢铁企业高炉燃料比燃料比为518kg/t，热风温热风温度度为1158℃，炼铁工序能耗炼铁工序能耗为413.30kg标准煤/t，入炉焦比入炉焦比为374kg/t，喷煤比喷煤比为144kg/t3.2.3 高炉生产主要技术经济指标高炉生产主要技术经济指标23 3.2.3 高炉生产主要技术经济指标高炉生产主要技术经济指标（（9）休风率）休风率•高炉休风时间占规定日历作业时间的百分比（高炉休风时间占规定日历作业时间的百分比（%）。
•规规定定日日历历作作业业时时间间=日日历历时时间间-计计划划大大中中修修时时间间和和临临时时休休风风时间 （（10）生铁合格率）生铁合格率•合格生铁产量占高炉生铁总产量的百分比（合格生铁产量占高炉生铁总产量的百分比（%） 24 例题：例题：某高炉容积某高炉容积2000m3，年产，年产150万吨炼钢生铁，消万吨炼钢生铁，消耗耗60万吨焦炭，每吨生铁喷吹煤粉万吨焦炭，每吨生铁喷吹煤粉150kg，置换比为，置换比为0.9，计，计算高炉算高炉有效容积利用系数有效容积利用系数、、焦比焦比、、燃料比燃料比、、综合焦比综合焦比及及冶冶炼强度炼强度各为多少？各为多少？答案：答案：利用系数利用系数：：2.05t/m3·d 焦焦 比比：：400kg/tFe 燃燃 料料 比比：：550kg/tFe 综合焦比综合焦比：：535kg/tFe 冶炼强度冶炼强度：：0.822t/m3·d3.2.3 高炉生产主要技术经济指标高炉生产主要技术经济指标25 3.3.1 高炉本体(Blast Furnace Body)Ø 钢结构Ø 炉衬Ø 冷却设备Ø 送风装置Ø 检测仪器设备3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备26 由四根支柱和多层横向拉杆组成。
上至炉顶平台，下接高炉基础，与高炉中心成对称布置1）钢结构：包括炉体支承结构和炉壳高强度钢板焊接而成，起承重、密封煤气和固定冷却器的作用3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备27 宝钢宝钢1号高炉炉体框架号高炉炉体框架高炉炉壳高炉炉壳3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备28 •高高炉炉炉炉壳壳用用高高强强度度钢钢板板焊焊接接而而成成，，起起承承重重、、密密封封煤煤气气和和固固定冷却器的作用定冷却器的作用•对无料钟炉顶，旋转溜槽、中心喉管等重量由炉壳支承对无料钟炉顶，旋转溜槽、中心喉管等重量由炉壳支承•料料罐罐、、受受料料漏漏斗斗、、密密封封阀阀、、上上升升管管等等设设备备重重量量通通过过炉炉顶顶框框架架支支承承在在炉炉顶顶平平台台上上，，炉炉顶顶平平台台的的所所有有重重量量再再由由大大框框架架传传递给基础递给基础•大大框框架架自自立立式式结结构构的的优优点点是是风风口口平平台台宽宽敞敞，，炉炉前前操操作作方方便便，，利于风口平台机械化作业利于风口平台机械化作业3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备钢结构的作用与优点钢结构的作用与优点29 （（2）炉衬）炉衬•高高炉炉炉炉衬衬由由耐耐火火砖砖砌砌筑筑而而成成，，由由于于各各部部分分内内衬衬工工作作条条件件不不同，采用的耐火砖材质和性能也不同。
同，采用的耐火砖材质和性能也不同•炉炉身身中中上上部部炉炉衬衬主主要要考考虑虑耐耐磨磨，，炉炉身身下下部部和和炉炉腰腰主主要要考考虑虑抗抗热热震震破破坏坏和和碱碱金金属属的的侵侵蚀蚀，，炉炉腹腹主主要要考考虑虑高高FeO的的初初渣渣侵侵蚀蚀，，炉炉缸缸、、炉炉底底主主要要考考虑虑抗抗铁铁水水机机械械冲冲刷刷和和耐耐火火砖砖的的差差热膨胀•目目前前，，大大型型高高炉炉上上部部以以碳碳化化硅硅和和优优质质硅硅酸酸盐盐耐耐火火材材料料为为主主，，中中部部以以抗抗碱碱金金属属能能力力强强的的碳碳化化硅硅砖砖或或高高导导热热的的炭炭砖砖为为主主，，高炉下部以高导热的石墨质炭砖为主高炉下部以高导热的石墨质炭砖为主 3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备30 炉衬寿命将随着冶炼条件而变，但最薄弱的环节应在炉底（含炉缸）和炉身3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备31 炉缸、炉底砌筑结构炉缸、炉底砌筑结构3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备32 （（3 3）冷却设备）冷却设备•冷冷却却设设备备的的作作用用是是降降低低炉炉衬衬温温度度，，提提高高炉炉衬衬材材料料抗抗机机械械、、化化学学和和热热产产生生的的侵侵蚀蚀能能力力，，使使炉炉衬衬材材料料处处于于良良好好的的服服役役状状态。
态•高炉使用的冷却设备主要有冷却壁、冷却板和风口高炉使用的冷却设备主要有冷却壁、冷却板和风口•冷冷却却壁壁紧紧贴贴着着炉炉衬衬布布置置，，冷冷却却面面积积大大；；而而冷冷却却板板水水平平插插入入炉炉衬衬中中，，对对炉炉衬衬的的冷冷却却深深度度大大，，并并对对炉炉衬衬有有一一定定的的支支托托作作用3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备33 •冷却壁冷却壁：：冷却壁分光面冷却壁和镶砖冷却壁冷却壁分光面冷却壁和镶砖冷却壁•光光面面冷冷却却壁壁主主要要用用于于冷冷却却炉炉缸缸和和炉炉底底炭炭砖砖，，镶镶砖砖冷冷却却壁壁主主要用于冷却炉腹、炉腰、炉身各部位的炉衬要用于冷却炉腹、炉腰、炉身各部位的炉衬 光面冷却壁光面冷却壁镶砖冷却壁的不同结构形式镶砖冷却壁的不同结构形式3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备34 •冷却板冷却板 •冷冷却却板板用用纯纯铜铜制制造造冷冷却却板板安安装装时时水水平平插插入入炉炉衬衬砖砖层层中中，，对炉衬具有一定支托作用对炉衬具有一定支托作用 冷却板结构及其安装冷却板结构及其安装3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备35 •风口风口 •风风口口是是鼓鼓风风进进入入炉炉缸缸的的入入口口。
风风口口装装置置有有大大套套、、二二套套和和小小套组成风口装置结构风口装置结构贯流式风口贯流式风口3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备36 风口区域是高风口区域是高炉温度最高的区域，炉温度最高的区域，鼓风温度本身高达鼓风温度本身高达1100~1300℃，为了，为了保证风口得到良好冷保证风口得到良好冷却，风口环流水道内却，风口环流水道内流速达到流速达到8~14m/s3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备37 （（4 4）送风装置）送风装置•送送风风装装置置包包括括热热风风围围管管、、支支管管、、直直吹吹管管、、风风口口大大套套、、风风口口二套和小套二套和小套3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备38 热风围管Bustle Pipe送风支管Blast Pipe热风围管与连接热风炉的热风总管相连，在热风围管上均匀分布着数十套送风支管3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备39 3.3.2 炉顶装料设备炉顶装料设备•炉炉顶顶装装料料设设备备的的任任务务是是将将铁铁矿矿石石和和焦焦炭炭按按冶冶炼炼工工艺艺要要求求有有规律地从炉顶装入高炉规律地从炉顶装入高炉。
•目前，大多数中小型高炉使用双钟炉顶装料设备大型和目前，大多数中小型高炉使用双钟炉顶装料设备大型和超大型高炉使用无料钟炉顶装料设备超大型高炉使用无料钟炉顶装料设备3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备40 Ø双钟炉顶双钟炉顶打开小料钟，炉料落入大料斗内开大钟均压阀，使大料钟上下压力一致打开大料钟，将炉料布入炉内3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备41 Ø 无钟炉顶无钟炉顶 采用可任意改变倾角的旋转溜槽完成布料任务 可实现单环、多环、螺旋、定点、扇形布料方式3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备42 无料钟炉顶装料设备分并罐和串罐两种方式无料钟炉顶装料设备分并罐和串罐两种方式 3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备43 3.3.3 热风炉热风炉 Ø热风炉是高炉本体以外最重要的设备之一热风炉是高炉本体以外最重要的设备之一Ø热热 风风 炉炉 肩肩 负负 着着 向向 高高 炉炉 连连 续续 不不 断断 地地 输输 送送 温温 度度 高高 达达1100~1300℃的热风Ø对对每每一一座座热热风风炉炉来来说说，，它它本本身身是是燃燃烧烧和和送送风风交交替替工工作作，，因因此此，，每每座座高高炉炉必必须须配配备备3~4座座热热风风炉炉同同时时工工作作才才能能满满足足高高炉生产要求。
炉生产要求3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备44 u按按结结构构型型式式分分类类，，蓄蓄热热式式热热风风炉炉有有内内燃燃式式、、外外燃燃式式和和顶燃式顶燃式（包括球式热风炉）三类包括球式热风炉）三类 内燃式内燃式外燃式外燃式顶燃式顶燃式3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备45 •蓄蓄热热式式热热风风炉炉由由燃燃烧烧室室、、蓄蓄热热室室和和拱拱顶顶三三部部分分组组成成燃燃烧烧室室是是煤煤气气燃燃烧烧产产生生热热量量的的空空间间；；蓄蓄热热室室内内填填充充有有耐耐火火材材料料做成的格子砖，用来储存煤气燃烧产生的大量热量做成的格子砖，用来储存煤气燃烧产生的大量热量 3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备46 蓄热式热风炉的构成(以外燃式为例)燃烧室蓄热室烘 顶储存煤气燃烧产生的大量热量煤气燃烧产生热量的空间3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备47 Ø蓄热式热风炉工作过程由燃烧期、换炉和送风期组成蓄热式热风炉工作过程由燃烧期、换炉和送风期组成Ø燃燃烧烧期期：：将将煤煤气气和和助助燃燃空空气气通通过过陶陶瓷瓷燃燃烧烧器器混混合合后后在在燃燃烧烧室室内内燃燃烧烧产产生生大大量量热热量量，，高高温温烟烟气气在在通通过过蓄蓄热热室室格格子子砖砖时时将热量储存在格子砖中。
将热量储存在格子砖中 Ø换换炉炉：：关关闭闭各各燃燃烧烧阀阀和和烟烟道道阀阀，，打打开开冷冷风风阀阀和和热热风风阀阀，，完完成从燃烧期向送风期过度成从燃烧期向送风期过度 Ø送送风风期期：：冷冷风风从从蓄蓄热热室室下下部部进进入入，，并并向向上上流流动动通通过过蓄蓄热热室室格格子子转转，，格格子子转转放放出出储储存存的的热热量量将将冷冷风风加加热热，，冷冷风风变变为为热热风从热风出口流出，通过热风总管送往高炉风从热风出口流出，通过热风总管送往高炉 3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备48 3.3.4 喷煤设备喷煤设备 Ø高高炉炉喷喷吹吹煤煤粉粉代代替替部部分分焦焦炭炭，，一一方方面面可可以以合合理理利利用用煤煤炭炭资资源，另一方面降低了高炉生产成本源，另一方面降低了高炉生产成本 高炉喷煤工艺流程高炉喷煤工艺流程3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备49 3.3.5 煤气系统煤气系统Ø 煤气引导管道Ø 除尘设备Ø 余压发电Ø 顶压调节3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备50 3.3.5 除尘设备除尘设备除尘设备除尘设备•从从炉炉顶顶排排出出的的煤煤气气是是一一种种高高压压（（0.20~0.25MPa））荒荒煤煤气气，，含含尘尘量量达达到到10~20g/Nm3。
在在作作为为二二次次能能源源利利用用之之前前，，必必须须将含尘量降低到将含尘量降低到10mg/Nm3以下•高高炉炉煤煤气气通通过过上上升升管管和和下下降降管管，，首首先先进进入入重重力力除除尘尘器器去去除除大大颗颗粒粒灰灰尘尘（（俗俗称称瓦瓦斯斯灰灰）），，然然后后再再进进行行精精除除尘尘精精除除尘尘有湿法除尘和干法除尘两种流程有湿法除尘和干法除尘两种流程•精除尘有湿法除尘和干法除尘两种流程精除尘有湿法除尘和干法除尘两种流程 51 粗除尘粗除尘 重力除尘器在高炉煤气除尘系统中用的最普遍 重力除尘器可以除去粒径大于30μm的大颗粒灰尘，除尘率可达80%，出口的煤气含尘量为2~10g/m3重力除尘器3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备52 精除尘精除尘(湿法湿法)文氏管l 收缩管l 喉 口l 扩张管 文氏管除尘器除去粉尘的同时，也使煤气流得到冷却 3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备53 精除尘精除尘(干法干法)布袋除尘l 布袋房l 集尘仓l 进出气孔l 反清仓管道3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备54 3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备湿法除尘流程湿法除尘流程高压高炉湿法除尘流程高压高炉湿法除尘流程55 3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备干法除尘流程干法除尘流程武钢武钢5 5号高炉干式电除法工艺流程号高炉干式电除法工艺流程56 3.3.6 渣铁处理渣铁处理•大大型型高高炉炉每每天天出出铁铁12次次以以上上，，对对设设计计4个个铁铁口口的的超超大大型型高高炉炉，，通通按按用用对对角角线线出出铁铁的的原原则则操操作作，，即即按按1、、3、、2、、4号号铁铁口顺序开铁口。
高炉始终有一个铁口在出铁口顺序开铁口高炉始终有一个铁口在出铁•铁铁口口打打开开后后，，铁铁水水和和熔熔渣渣从从铁铁口口流流入入主主沟沟，，通通过过撇撇渣渣器器使使渣渣铁铁分分离离，，铁铁水水经经摆摆动动溜溜嘴嘴流流入入铁铁水水罐罐内内，，渣渣子子则则经经渣渣沟沟流入水渣处理系统流入水渣处理系统 3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备57 3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备58 3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备INBA法水渣处理系统法水渣处理系统1—熔渣沟；熔渣沟；2—吹制箱；吹制箱；3—水渣沟；水渣沟；4—水渣槽；水渣槽；5—排料皮带；排料皮带；6—集水槽；集水槽；7—分配器；分配器；8—排料皮带；排料皮带；9—提升叶片；提升叶片；10—缓冲槽；缓冲槽；11—脱水转鼓；脱水转鼓；12—集水槽集水槽59 练习：练习：请将图中高炉的不同部分放在正确的位置3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备60 3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理3.4.1 炉料在炉内的分布状态炉料在炉内的分布状态Ø矿矿石石和和焦焦碳碳分分批批装装入入炉炉内内，，因因此此，，矿矿石石与与焦焦炭炭在在高高炉炉内内呈呈有规律的分层分布。
有规律的分层分布Ø鼓风在风口区域与焦炭和煤粉燃烧产生高温煤气；鼓风在风口区域与焦炭和煤粉燃烧产生高温煤气；Ø高高温温煤煤气气在在向向高高炉炉上上部部流流动动过过程程中中将将氧氧化化铁铁还还原原成成金金属属铁铁，，使铁矿石实现使铁矿石实现Fe–O分离；分离；Ø煤气携带的热量将铁和渣熔化并过热，实现铁与渣的分离煤气携带的热量将铁和渣熔化并过热，实现铁与渣的分离 61 高炉内部炉料分布高炉内部炉料分布3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理块状带：t<1100-1200℃，矿石和焦炭呈有规律的分层分布软融带：t在1200-1400℃，由熔融的矿石层和固态的焦炭层组成滴落带：液态渣铁不断向下滴落，焦炭起支撑料柱的作用风口回旋区：焦炭燃烧，产生空间使炉料下降死料柱：填充在炉缸内的焦炭，更新缓慢62 3.4.2 炉缸燃烧反应炉缸燃烧反应（（1）风口前碳的燃烧反应）风口前碳的燃烧反应•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的65%～～75%，是在风口前与鼓风中的，是在风口前与鼓风中的O2燃烧，燃烧，17～～21％％参加直接还原反应，参加直接还原反应，10％％左右溶解进入铁水。
左右溶解进入铁水•燃烧反应的燃烧反应的作用作用：： p为高炉冶炼过程提供主要热源；为高炉冶炼过程提供主要热源；p为还原反应提供为还原反应提供CO、、H2等还原剂；等还原剂；p为炉料下降提供必要的空间为炉料下降提供必要的空间3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理63 •焦焦炭炭和和煤煤粉粉中中的的碳碳与与鼓鼓风风中中的的氧氧燃燃烧烧产产生生CO2 ；；在在高高温温下下CO2继续与碳反应产生继续与碳反应产生CO3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理64 3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理•实实际际生生产产时时，，鼓鼓风风中中始始终终含含有有一一定定量量的的水水分分，，因因此此，，炉炉缸缸中还会发生如下燃烧反应：中还会发生如下燃烧反应： •若若鼓鼓风风湿湿份份为为（（体体积积百百分分比比）），，则则炉炉缸缸煤煤气气成成分分与与鼓鼓风风湿湿份的关系如图所示份的关系如图所示 65 3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理（（2）燃烧带对高炉冶炼的影响）燃烧带对高炉冶炼的影响Ø所所谓谓燃燃烧烧带带是是包包括括风风口口回回旋旋区区及及其其外外围围100~200mm的的焦焦炭炭疏疏松松层层（（称称中中间间层层））。
实实践践中中常常以以CO2降降至至1~2%的的位位置置定定 为为 燃燃 烧烧 带带 界界 限限 大大 型型 高高 炉炉 的的 燃燃 烧烧 带带 长长 度度 在在1000~15000mm左右 Ø燃燃烧烧带带是是炉炉内内焦焦炭炭燃燃烧烧的的主主要要场场所所，，而而焦焦炭炭燃燃烧烧所所腾腾出出来来的空间是促使炉料下降的主要因素的空间是促使炉料下降的主要因素 66 3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理Ø当当燃燃烧烧带带投投影影面面积积占占整整个个炉炉缸缸截截面面积积的的比比例例大大时时，，炉炉缸缸活活跃面积大，料柱比较松动，有利于高炉顺行跃面积大，料柱比较松动，有利于高炉顺行风口燃烧带投影风口燃烧带投影67 3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理Ø燃燃烧烧带带是是炉炉缸缸煤煤气气的的发发源源地地，，燃燃烧烧带带的的大大小小影影响响煤煤气气流流的的初始分布初始分布Ø燃燃烧烧带带伸伸向向中中心心，，则则中中心心气气流流发发展展，，炉炉缸缸中中心心温温度度升升高高；；相相反反，，燃燃烧烧带带小小，，边边缘缘气气流流发发展展，，中中心心温温度度较较低低，，对对各各种种反应进行不利反应进行不利Ø炉缸中心不活跃和热量不足，对高炉顺行极为不利。
炉缸中心不活跃和热量不足，对高炉顺行极为不利 68 3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理（（3）鼓风动能）鼓风动能 •单位时间内进入高炉的鼓风质量所具有的动能称为鼓风动能，它是选择风口直径的主要依据鼓风动能大，燃烧带加长，有利于吹透中心 （（4）理论燃烧温度）理论燃烧温度•风口前燃烧所能达到的最高温度，即假定风口前碳素燃烧放出的热量全部用来加热燃烧产物时所能达到的最高温度•风口前理论燃烧温度可达1800~2400℃，它代表风口区最高温度，其数值表示了传热推动力的大小，但它并不代表炉缸铁水温度和生铁含硅量的高低 69 3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理3.4.3 高炉内铁氧化物的还原反应高炉内铁氧化物的还原反应•高高炉炉冶冶炼炼的的主主要要目目的的是是从从铁铁氧氧化化物物中中还还原原出出金金属属铁铁，，它它是是高炉冶炼最基本的化学反应高炉冶炼最基本的化学反应•除除铁铁以以外外，，高高炉炉冶冶炼炼也也能能将将少少量量的的硅硅、、锰锰、、磷磷还还原原出出来来，，并溶解在铁水中并溶解在铁水中•高高炉炉冶冶炼炼的的还还原原剂剂有有固固体体还还原原剂剂焦焦炭炭，，以以及及气气体体还还原原剂剂CO和和H2，后者来自风口回旋区的燃烧反应。
后者来自风口回旋区的燃烧反应 70 3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理（（1））用用CO作还原剂还原铁氧化物作还原剂还原铁氧化物—间接还原反应间接还原反应ØT<570℃的区域，发生如下还原反应：的区域，发生如下还原反应：p3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 p1/4Fe3O4 + CO = 3/4Fe + CO2 ØT>570℃的区域的区域，，发生如下还原反应发生如下还原反应：：p3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2pFe3O4 + CO = 3FeO + CO2 pFeO + CO = Fe + CO2 Fe2O3Fe3O4FeFeOFeFe3O4Fe2O371 3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理（（2）用）用H2作还原剂还原氧化铁作还原剂还原氧化铁 •T<570℃的区域，发生如下还原反应：的区域，发生如下还原反应： 1/4Fe3O4 + H2 = 3/4Fe + H2O •T>570℃的区域的区域，发生如下还原反应：，发生如下还原反应：3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O Fe3O4 + H2= 3FeO + H2O FeO + H2 = Fe + H2O 72 3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理T>810℃时H2还原氧化铁的能力大于CO；T<810℃时CO还原氧化铁的能力大于H2。
73 3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理•（（3）用固体碳还原氧化铁）用固体碳还原氧化铁—直接还原反应直接还原反应•在在高高炉炉内内温温度度高高于于900~1000℃的的区区域域，，间间接接还还原原反反应应产产生生的的CO2不能稳定存在，即发生所谓的焦炭不能稳定存在，即发生所谓的焦炭溶损反应溶损反应：： C+CO2=2CO•在在温温度度高高于于1000℃以以上上的的区区域域，，煤煤气气中中几几乎乎不不存存在在CO2这时高炉内发生如下还原反应：这时高炉内发生如下还原反应： FeO + C = Fe + CO 74 3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理（（4））直接还原度直接还原度 •所所谓谓直直接接还还原原度度，，是是以以直直接接还还原原方方式式得得到到的的金金属属铁铁量量与与还还原反应得到的总铁量之比原反应得到的总铁量之比 75 3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理Ø高高炉炉内内冶冶炼炼每每吨吨生生铁铁需需要要的的总总热热量量主主要要消消耗耗于于直直接接还还原原反反应的吸热和熔化渣铁并使之过热所需要的热量。
应的吸热和熔化渣铁并使之过热所需要的热量Ø高高炉炉的的热热收收入入主主要要来来自自风风口口前前燃燃料料（（焦焦炭炭和和煤煤粉粉））的的燃燃烧烧和和鼓鼓风风带带入入炉炉缸缸的的物物理理热热因因此此，，降降低低铁铁的的直直接接还还原原度度，，可降低高炉炼铁的燃料比（或焦比）可降低高炉炼铁的燃料比（或焦比）Ø目目前前高高炉炉炼炼铁铁的的直直接接还还原原度度（（rd））在在0.4~0.6之之间间稳稳定定高高炉炉操操作作，，减减少少炉炉况况波波动动，，提提高高铁铁矿矿石石的的还还原原性性，，富富氧氧喷喷吹吹烟煤等措施都能降低铁的直接还原度烟煤等措施都能降低铁的直接还原度 76 直接还原与间接还原区域分界线间 接剧烈熔损温度直 接开始熔损温度间接+直接n ＜1000℃区域(上部) 只有间接还原n 1000℃区域(中部) 直接还原开始n 熔损及水煤气反应剧烈进行的区域(下部) 间接还原消失 Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe间接间接间+直77 3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理3.4.4 高炉内非铁元素的还原反应高炉内非铁元素的还原反应Ø高炉内非铁元素的还原，主要包括高炉内非铁元素的还原，主要包括Si、、Mn、、P等的还原。
等的还原Ø由由于于SiO2、、MnO、、P2O5都都比比FeO难难还还原原，，因因此此，，它它们们都都是是在在高高炉炉下下部部高高温温区区，，主主要要是是在在滴滴落落带带熔熔化化成成液液态态渣渣子子后后被被焦炭中的碳还原出来，并溶解进入铁水中焦炭中的碳还原出来，并溶解进入铁水中Ø非铁元素的还原都是强吸热的直接还原反应非铁元素的还原都是强吸热的直接还原反应 Ø铁铁矿矿石石中中的的磷磷可可被被100%还还原原进进入入铁铁水水中中，，因因此此，，必必须须严严格格控控制制铁铁矿矿石石的的磷磷含含量量铁铁矿矿石石中中的的锰锰，，有有40~60%可可被被还原进入铁水中还原进入铁水中 78 3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理Ø铁铁矿矿石石中中含含有有大大量量的的SiO2，，硅硅的的还还原原对对炉炉缸缸铁铁水水温温度度和和燃燃料比影响很大料比影响很大Ø炉缸温度越高，越有利于硅的还原，铁水中硅含量就越高炉缸温度越高，越有利于硅的还原，铁水中硅含量就越高Ø目目前前，，高高炉炉冶冶炼炼炼炼钢钢生生铁铁时时的的硅硅含含量量一一般般均均控控制制在在0.4~0.6%左右，低硅生铁冶炼时可控制到左右，低硅生铁冶炼时可控制到0.2~0.3%左右。
左右 79 3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理3.4.5 炉渣和生铁的形成炉渣和生铁的形成Ø2FeO·SiO2的的熔熔点点为为1205℃，，2FeO•SiO2与与SiO2 和和Fe3O4形形成成的的多多元元系系低低共共熔熔点点分分别别为为1178℃和和1142℃因因此此，，当当炉炉料料下下降降到到1200℃左左右右的的区区域域时时，，铁铁矿矿石石开开始始软软化化熔熔融融，，这这也就是软融带开始形成；也就是软融带开始形成；Ø当当炉炉料料下下降降到到1400℃左左右右的的区区域域时时，，渣渣子子已已具具有有良良好好的的流流动性，开始向下滴落，形成含动性，开始向下滴落，形成含FeO较高的初渣较高的初渣Ø初初渣渣流流经经充充满满焦焦炭炭的的滴滴落落带带，，FeO逐逐渐渐被被还还原原，，同同时时吸吸收收焦炭和煤粉燃烧生产的灰份，最终进入炉缸，形成终渣焦炭和煤粉燃烧生产的灰份，最终进入炉缸，形成终渣 80 3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理Ø纯铁的熔点纯铁的熔点1538℃Ø在在块块状状带带，，铁铁矿矿石石被被还还原原成成海海绵绵铁铁CO在在海海绵绵铁铁气气孔孔内内壁壁吸吸附附，，被被新新生生态态的的金金属属铁铁催催化化分分解解出出烟烟炭炭，，这这种种烟烟炭炭可可使海绵铁渗碳使海绵铁渗碳，使金属铁的熔点下降。
使金属铁的熔点下降Ø当当炉炉料料下下降降到到1200~1400℃左左右右的的软软融融带带区区域域时时，，海海绵绵铁铁中中的的渣渣子子开开始始软软化化熔熔融融，，与与金金属属铁铁分分离离这这一一过过程程增增加加了了金属铁被焦炭直接渗碳的机会金属铁被焦炭直接渗碳的机会Ø在在滴滴落落带带，，液液态态的的金金属属铁铁流流经经焦焦炭炭填填充充层层时时大大量量渗渗碳碳，，直直至碳达到饱和至碳达到饱和，形成熔点，形成熔点1150~1250℃左右的生铁左右的生铁 81 3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理3.4.6 铁水脱硫铁水脱硫Ø铁铁水水中中的的硫硫，，80%来来自自焦焦炭炭和和煤煤粉粉高高炉炉中中铁铁水水脱脱硫硫反反应应如下：如下： （（CaO)+[FeS]+C=(CaS)+[Fe]+CO-148892kJ/molØ反反应应主主要要发发生生在在炉炉缸缸内内铁铁滴滴穿穿过过渣渣层层时时脱脱硫硫反反应应是是强强吸吸热热反反应应，，同同时时需需要要较较高高的的炉炉渣渣碱碱度度，，反反应应本本身身需需要要消消耗耗焦焦炭 82 思考题思考题1、、什么是间接还原反应，什么是直接还原反什么是间接还原反应，什么是直接还原反 应应？？2、、高炉燃烧带的宽度和长度对高炉内气流分高炉燃烧带的宽度和长度对高炉内气流分 布的影响布的影响？？83 谢谢！谢谢！84 。