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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,、高炉炼铁的本质:传质过程：矿石（
2、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：无钟炉顶旋转溜槽垂直下缘（或炉喉钢砖上沿）到铁口中心线之
3、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蚀,同时保护冷却设备.,11,高炉不同部位采用不同的
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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,34,35,1.2.3.3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
9、：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,45,46,47,48,49,1.2.3.4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
10、,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）
11、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
12、，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
13、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
14、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。,
15、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
16、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
17、和煤粉的数量之和称为燃料比。,82,（6）吨铁工序能耗 指冶炼每吨生铁所消耗的，以标准煤计量的（每千克标准煤规定的发热量为29310kJ）各种能量消耗的总和。包括各种形式的燃料，主要是焦炭，煤、还有少量的油及其他形式的燃料，甚至也要计入炮泥及铺垫铁沟消耗的焦粉；还应计入各种形式的动力消耗，如电力、蒸汽、压缩空气、氧及鼓风等。但应注意扣除回收的二次能源。,83,（7）休风率。休风率是指高炉年休风时间占高炉年工作日的百分数。（8）高炉一代寿命。是指从点火开炉到停炉大修之间的冶炼时间，目前大型高炉一代寿命为1520年。（）炉缸面积利用系数。指单位炉缸面积一昼夜的产量。,84,世界若干先进高炉的主要指
18、标,中国宝钢集团宝钢分公司,2.277,290,208,1242,269,85,86,第一章 现代高炉炼铁工艺复习思考题1 高炉炼铁的工艺流程由哪几部分组成？2 高炉生产有哪些特点？3 对高炉内衬的基本要求是什么？4 简述蓄热式热风炉的工作原理。5 与湿法除尘相比较，高炉煤气干法除尘有何优点？6 简述高炉内各区域的分布、特征及主要反应。7 高炉生产有哪些产品和副产品，各有何用途？,87,8 高炉炼铁有哪些技术经济指标？9 利用系数、冶炼强度和焦比之间有何关系？此种关系给我们何种启示？（第5章讲）10 概念题：高炉有效高度、有效容积、工作容积、有效容积利用系数、炉缸面积利用系数、焦比、置换比、综合焦比、冶炼强度、综合冶炼强度、一代寿命。,
