高爐煉鐵工工藝[1]

1、高爐煉鐵工藝高爐煉鐵工藝簡述高爐本體上料系統(tǒng)送風(fēng)系統(tǒng)渣鐵處理系統(tǒng)煤氣處理系統(tǒng)噴吹系統(tǒng)煉鐵主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高爐煉鐵工藝簡述高爐煉鐵是用還原劑（焦炭、煤）在高溫下將鐵礦石或含鐵原料還原成液態(tài)生鐵的進(jìn)程。高爐工藝流程：高爐是工藝流程的主體，從其上部裝入鐵礦石、燃料和熔劑向下運(yùn)動；下部鼓入空氣燃燒燃料，產(chǎn)生大量的高溫還原性氣體向上運(yùn)動；爐料經(jīng)過加熱、還原、熔化、造渣、滲碳、脫硫等一系列物理化學(xué)過程，最后生成液態(tài)爐渣和生鐵。由高爐本體、上料系統(tǒng)、裝料系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、煤氣處理系統(tǒng)、渣鐵處理系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)、動力系統(tǒng)組成。工藝流示意圖（圖1）圖：高爐煉鐵工藝流程示意圖高爐生產(chǎn)的持點(diǎn)：一是長期連續(xù)生產(chǎn)。從開爐到

2、大修停爐不停地的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，僅在設(shè)備檢修或發(fā)生事故時才暫停生產(chǎn)；二是規(guī)模越來越大型化；三是機(jī)械化、自動化程度越來越高；四是生產(chǎn)的聯(lián)合性。高爐生產(chǎn)的產(chǎn)品是生鐵，副產(chǎn)品是爐渣、高爐煤氣和爐塵。生鐵分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵、特種生鐵。高爐渣的主要用途是做水泥材料。高爐煤氣：一般含20%以上的CO，少量的氫和甲烷，供熱風(fēng)爐、煉焦、加熱爐和燒鍋爐用。高爐爐塵：含鐵30-50%、含碳10-20%，可用做燒結(jié)礦原料。高爐本體 高爐本體是高爐工藝流程的主體。主要包括高爐內(nèi)型、爐體內(nèi)襯、爐體冷卻系統(tǒng)、爐頂裝料設(shè)備等。1、高爐內(nèi)型 高爐是一種“瓶式”豎爐，由高爐爐墻耐火磚襯圍成的工作空間的形狀稱為爐型。合理的高爐內(nèi)型

3、能促使冶煉指標(biāo)的改善，反之會受到影響。由爐缸、爐腹、爐腰、爐身、爐喉和死鐵層組成。具體見下圖： 高爐生產(chǎn)過程中，隨著高爐內(nèi)襯的侵蝕，高爐內(nèi)型是不斷變化的。考慮到爐型變化對高爐生產(chǎn)的影響，部分高爐采用薄壁內(nèi)襯，高爐爐型不會因內(nèi)型變化對操作發(fā)生影響，但薄內(nèi)襯是近20年的新生事物，經(jīng)驗(yàn)欠缺，而且爐型合理與否也影響高爐生產(chǎn)。新鋼公司7#高爐采用的薄內(nèi)襯，現(xiàn)基本上每年噴涂一次以維持合理的操作爐型。9#-10#高爐爐腹以上區(qū)域采用薄內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。2、高爐內(nèi)襯高爐內(nèi)襯能否適應(yīng)高爐冶煉對爐襯的破損，對合理操作爐型的形成及高爐長壽至關(guān)重要。高爐大型化以后，操作條件更為嚴(yán)酷，因而對耐火材料及其砌筑質(zhì)量的要求更高。高爐

4、內(nèi)襯的基本要求：各部位內(nèi)襯應(yīng)與各部位的熱流強(qiáng)度相適應(yīng)，與各部位侵蝕破損機(jī)理相適應(yīng)。高爐內(nèi)襯選擇： （1）爐身上部：受爐料、煤氣沖刷堿金屬侵蝕。應(yīng)選擇抗磨損、沖刷及堿金屬的耐火材料。 （2）爐身下部及爐腰：受堿金屬、初渣、熱震、高爐煤氣影響并處于碳對CO2等反應(yīng)溫度區(qū)。應(yīng)選擇抗渣、防熱震、防高爐煤氣沖刷（也不宜使用碳磚）的耐材。 （3）爐腹：渣鐵、高溫煤氣沖刷。應(yīng)選擇選耐沖刷和容易掛渣皮的耐材。（4）爐缸風(fēng)口帶：受渣鐵、堿金屬及高爐煤氣影響。采用剛玉莫石磚、棕剛玉磚等。（5）鐵口以上爐缸：受堿金屬、熱應(yīng)力、氧化和渣鐵的溶蝕、沖刷。一般在渣鐵接觸熱面選用陶瓷耐火材料，冷面選用致密碳磚或石墨化、半石

5、墨化碳磚。（6）鐵口以下的爐缸及爐底：主要受鐵水沖刷、滲透侵蝕。選擇耐材的重點(diǎn)是防止鐵水的溶蝕和滲透。3、爐體冷卻系統(tǒng)基本要求：（1）有足夠的冷卻強(qiáng)度，能夠保護(hù)爐殼和內(nèi)襯；（2）爐身中上部能支承內(nèi)襯的作用，并易形成工作內(nèi)型；（3）爐腹、爐腰、爐身下部易形成渣皮以保護(hù)內(nèi)襯和爐殼；（4）不影響爐殼的氣密性和強(qiáng)度。冷卻設(shè)備種類：冷卻壁（光面、鑲磚、凸臺）、冷卻板、支梁式水箱、風(fēng)口大、中、小套。冷卻結(jié)構(gòu)合理與否對高爐長壽影響極大。爐底、爐缸選用光面冷卻壁，爐腹選用鑲磚冷卻壁。高爐爐體冷卻方式：工業(yè)水冷卻、汽化冷卻、軟水閉路循環(huán)冷卻、爐底冷卻（風(fēng)冷、水冷）、爐殼噴水冷卻。工業(yè)水冷卻投資低，運(yùn)行穩(wěn)定，目前

6、廣泛使用，但耗水量大，易結(jié)垢。軟水閉路循環(huán)冷卻可靠性高，可以承受熱流強(qiáng)度大幅度波動，無結(jié)垢。新鋼1-8#高爐采用工業(yè)水冷卻，9-10#高爐采用軟水閉路循環(huán)冷卻。新鋼6#、8#高爐爐腰、爐身下部采用板壁結(jié)合冷卻結(jié)構(gòu)。高爐風(fēng)口冷卻水壓要求1.0-1.5MPa，新鋼高爐風(fēng)口冷卻水壓均處于這一范圍。 2009年8#高爐風(fēng)口冷卻水壓1.0 MPa左右，水量較設(shè)計(jì)水量低100t/h，是其風(fēng)口小套大量損壞的主要原因。現(xiàn)通過對風(fēng)口小套進(jìn)出水管的改造，水壓達(dá)到1.28 MPa，水量也達(dá)到設(shè)計(jì)要求。另外工業(yè)水冷卻的高爐要求水質(zhì)懸浮物少、硬度低。4、爐頂裝料設(shè)備 爐頂裝料設(shè)備：把高爐所需的原、燃料按其數(shù)量合理地裝入

7、爐內(nèi)。主要有鐘式爐頂和無鐘爐頂兩種。爐頂裝料設(shè)備應(yīng)滿足：（1）布料均勻、調(diào)節(jié)靈活；（2）密封性好、能承受較高的爐頂壓力；（3）設(shè)備簡單便于維修；（4）運(yùn)行平穩(wěn)，安合可靠，（5）壽命長。無鐘爐頂較鐘式爐頂：有密封性能好，可提高爐頂壓力和延長爐頂壽命，提高了布料的多樣化和調(diào)劑手段，可實(shí)現(xiàn)環(huán)形布料、螺旋布料、定點(diǎn)布料和扇形布料。有串罐式和并罐式2種?，F(xiàn)新鋼7座高爐全為無鐘爐頂高爐。無鐘式爐頂設(shè)備：由受料斗、稱量料罐、上料閘、上密封閥、料流閥、下密封閥、氣密箱、溜槽、中心喉管、眼鏡閥、均壓設(shè)施、爐頂液壓站等部分組成。5、爐體維護(hù) 建立完善的監(jiān)控設(shè)施對高爐冷水溫差、各部位溫度、熱流強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測。加強(qiáng)高爐

8、操作，控制邊緣氣流。爐體灌漿和壓入泥料。爐襯噴補(bǔ)。含鈦礦護(hù)爐（正常TiO2加入量在5kg/tFe左右）6、高爐冶煉操作高爐操作制度：包括送風(fēng)制度、裝料制度、造渣制度和熱制度。選擇合理的操作制度必須依據(jù)原燃料條件、各種冶煉技術(shù)特征、裝料設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式、高爐內(nèi)型、大氣溫度和濕度、冶煉生鐵品種。高壓操作：在凈煤氣管道上設(shè)調(diào)壓閥組，依據(jù)閥門關(guān)閉的程度來提升和調(diào)節(jié)爐頂壓力，可達(dá)到提高產(chǎn)量、降低焦比的目的。目前1-2#高爐頂壓0.1MPa、6-8#高爐頂壓0.16MPa、9-10#高爐頂壓0.2MPa。如爐頂均壓系統(tǒng)及高壓閥組失靈，將造成爐頂壓力大幅波動而使?fàn)t況失常。富氧鼓風(fēng)：是提高產(chǎn)量、噴煤量及降低焦比

9、的重要措施。富氧量的波動會造成風(fēng)口理論燃燒溫度及鼓風(fēng)含氧量波動，使?fàn)t況失常。高爐噴煤：用煤代替焦炭做為發(fā)熱劑和還原劑的作用，可緩解焦炭緊缺降低成本。噴煤量波動會造成爐溫波動及高爐內(nèi)煤氣分布失常，使?fàn)t況失常。高爐富氧噴煤：是大幅度降低焦比、提高產(chǎn)量、降低成本和提高綜合經(jīng)劑效益的重大措施。7、主要生產(chǎn)、工藝事故低料線：因裝料系統(tǒng)、原料供應(yīng)系統(tǒng)發(fā)生故障及爐失常，造成不能正常上料，使料面低于規(guī)定料面0.5米以下。影響爐料正常預(yù)熱和還原，造成爐涼及爐況嚴(yán)重失常。管道、崩料、懸料：由設(shè)備缺陷、高爐內(nèi)襯嚴(yán)重侵蝕，原燃料質(zhì)量及高爐操作造成。處理不當(dāng)會做成爐涼或爐缸凍結(jié)。爐缸堆積：由冷卻強(qiáng)度過大或冷卻設(shè)備漏水，

10、以及原燃質(zhì)量、高爐操作原因造成。風(fēng)口灌渣：由爐況失常造成爐涼或者送風(fēng)系統(tǒng)突然停風(fēng)造成。大涼及爐缸凍結(jié)：爐缸熱量嚴(yán)重不足，不能正常送風(fēng)，渣鐵流動差，產(chǎn)品出格，如鐵口出不來鐵則形成爐缸凍結(jié)。高爐結(jié)瘤：由原燃料質(zhì)量、爐料分布、高爐操作制度及爐型或爐頂設(shè)備缺陷，冷卻強(qiáng)度過大或局部漏水造成。爐襯脫落：由冷卻設(shè)備損壞，爐襯侵蝕嚴(yán)重，常低料線、低壓操作及爐況不順，爐襯磚襯或冷卻結(jié)構(gòu)不合理造成。爐缸、爐底燒穿：設(shè)計(jì)不合理或耐火材料質(zhì)量、砌筑質(zhì)量差，冷卻度強(qiáng)度不足，冷卻設(shè)備漏水，原料含鉛鋅及堿金屬高以及高爐操作不當(dāng)造成。水壓低或突然停水：水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)、輸送管破裂、供水系統(tǒng)操作失誤、過濾器管道堵塞等原因造成高爐供

11、水系統(tǒng)水壓降低或停水。處理不當(dāng)會造成嚴(yán)重的生產(chǎn)安全事故。停電、停風(fēng)：上料系統(tǒng)停電造成高爐不能正常上料，形成低料線。高爐停風(fēng)可能引發(fā)風(fēng)口灌渣，處理不當(dāng)會造成嚴(yán)重的生產(chǎn)安全事故。上料系統(tǒng) 目的：均衡及時向高爐供給所要求的爐料，精確把礦焦等原燃料配成料批。設(shè)備組成：貯礦槽 、槽上受料設(shè)施、槽下篩分設(shè)備、稱量設(shè)備和向爐頂裝料設(shè)備輸送的料車或皮帶機(jī)等。供料方式：料車上料和皮帶上料。皮帶上料運(yùn)輸能力大，可充分滿足大型高爐上料需求。料車上料有布置集中、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)，但對爐料分布不利，同時受爐頂承受能力及供料能力影響，適合于中小高爐。公司9-10#高爐采用皮帶上料。1-8#高爐采用料車上料。另外 1-2#高

12、爐槽上運(yùn)料采用火車，其它高爐采用皮帶。送風(fēng)系統(tǒng) 送風(fēng)系統(tǒng)包括：鼓風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)管道、放風(fēng)閥、混風(fēng)閥、熱風(fēng)爐、熱風(fēng)總管、環(huán)管、支管至到風(fēng)口。風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行是高爐穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的基本條件。富氧送風(fēng)時在送風(fēng)管道上安裝環(huán)形送氧管。 高爐使用熱風(fēng)爐加熱鼓風(fēng)，可大幅度降低焦比、提高產(chǎn)量，促進(jìn)了噴吹燃料代替焦炭。熱風(fēng)爐熱風(fēng)爐使用高爐自身產(chǎn)生的副產(chǎn)品高爐煤氣作燃料，不僅降低了煉鐵成本，還降低了煤氣放散，保護(hù)了環(huán)境。熱風(fēng)爐是一個耐火磚堆砌的蓄熱體，燃料燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^對流和輻射加熱格子磚（耐火球）貯存熱量，冷風(fēng)通過送入蓄熱室吸收熱量。熱風(fēng)爐分為內(nèi)燃式、外燃式、頂燃式、球式熱風(fēng)爐。7#、8#高爐使用改進(jìn)型內(nèi)燃式熱風(fēng)爐

13、，風(fēng)溫水平1100左右。6#、9#、10#高爐使用卡魯金頂燃式熱風(fēng)爐，具有內(nèi)燃式、外燃式熱風(fēng)爐的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)6#高爐風(fēng)溫大于1150 ，9-10#高爐風(fēng)溫大于1200 。1-2#高爐使用球式熱風(fēng)爐。熱風(fēng)爐采取預(yù)熱助燃空氣和煤氣、混入高發(fā)熱量的煤氣等措施提高風(fēng)溫。一座高爐一般3-4座熱風(fēng)爐，采用兩燒一送、交叉并聯(lián)、半交叉并聯(lián)3種送風(fēng)方式。熱風(fēng)爐壽命與高爐同步，要求15年以上。熱風(fēng)爐要想達(dá)到高風(fēng)溫并長壽，必須有既能承受長期高溫，又能滿足熱風(fēng)爐工藝需要的耐火材料做保證。熱風(fēng)爐事故（1）爐殼燒穿：由磚襯裂縫、漏風(fēng)造成，影響熱風(fēng)爐壽命、漏風(fēng)。（2）爐箅子、支柱倒塌：廢氣溫度高，爐箅子支柱材質(zhì)不當(dāng)或結(jié)構(gòu)不合理

14、。造成風(fēng)溫下降，影響熱風(fēng)爐壽命。（3）煙道跑風(fēng)：煙道閥或廢氣閥沒關(guān)嚴(yán)或操作原因，造成高爐跑風(fēng)，風(fēng)壓劇烈波動而影響爐況穩(wěn)定。（4）燃燒閥跑風(fēng)：燃燒閥未關(guān)嚴(yán)或操作原因，造成高爐風(fēng)壓劇烈波動，燒壞助燃風(fēng)機(jī)或煤氣爆炸。（5）煤氣閥關(guān)不上或關(guān)不嚴(yán)：閥的質(zhì)量或異物卡住。渣鐵處理系統(tǒng)渣鐵處理系統(tǒng)：出鐵場、泥炮、開口機(jī)等爐前設(shè)備及水力沖渣系統(tǒng)、鑄鐵機(jī)等。爐前的主要任務(wù)是配合爐內(nèi)操作，按時出凈渣、鐵，保證高爐順行。爐前出鐵次數(shù)：由爐缸安全容鐵量、爐前準(zhǔn)備、鐵罐運(yùn)輸、爐況順行情況等決定。爐前重要設(shè)備：（1）泥炮（電動、液壓）：堵塞出鐵口，其性能必滿足高爐生產(chǎn)要求，否則影響鐵口深度，威脅高爐安全生產(chǎn)。（2）開口機(jī)：

15、打開鐵口，開口機(jī)的鉆頭直徑和鉆孔深度是根據(jù)高爐容積、鐵口區(qū)內(nèi)襯厚度及鐵口直徑來確定的。撇渣器：渣鐵分離； 出鐵主溝：鐵口泥套至撇渣器區(qū)域，分為貯鐵式、半貯鐵式及非貯鐵式三種。新鋼6-10#高爐采用貯鐵式主溝。擺動流嘴：縮短了鐵溝長度，減少了出鐵場面積，減輕了爐前勞動強(qiáng)度，提高爐前鐵水運(yùn)輸能力等，目前在大高爐廣泛使用?，F(xiàn)9-10#高爐采用擺動流嘴。渣處理：干渣和水渣。水力沖渣是熔渣處理的首選方式。1-2#爐采用干渣，6-10#高爐采用水渣形式，其中9-10#采用明特法，6#、8#高爐采用底濾法，7#高爐采用沉淀池法。爐前主要耐火材料（1）炮泥：有水炮泥、無水炮泥；作用：堵住出鐵口，保證鐵口平穩(wěn)出

16、鐵及足夠的鐵口深度。（2）鐵溝料：搗打料、澆注料，澆注料有壽命長、耗量少、通鐵里大的特點(diǎn)，適用于多鐵口的大高爐。此外還河沙、鐵水保溫劑等。爐前常見出鐵事故：跑大流、鐵口自動燒開、鐵口放炮、鐵口連續(xù)過淺或深，鐵口堵不住、鐵水落地、撇渣器或鐵溝燒穿等，主要原因是耐材質(zhì)量差、爐前設(shè)備不正常及高爐操作方面的原因。煤氣處理系統(tǒng)煤氣處理系統(tǒng)：爐頂煤氣上升管、下降管、煤氣截?cái)嚅y、重力除塵器、布袋除塵箱（文氏管）、高壓閥組等。高爐煤氣含爐塵10-30g/m3，不能直接使用，必須經(jīng)除塵處理，使含塵量小于10mg/m3。煤氣除塵工藝：干法除塵、濕法除塵。（1）濕法除塵：高爐荒煤氣經(jīng)重力除塵器粗除塵后，進(jìn)入濕式精細(xì)

17、除塵，依靠噴淋大量的水，最終獲得含塵量10mg/m3以下的凈煤氣。（2）干法除塵：具有凈化的煤氣含水少、溫度高，能保存較高的物理熱，有利于能量利用，不用水、動力消耗少，省去污水處理和免除水污染的優(yōu)點(diǎn)。除塵方法很多，新鋼高爐采用重力除塵器加布袋除塵的干法凈化工藝，其中6-10#高爐還使用TRT余壓發(fā)電技術(shù)。布袋除塵原理：高溫煤氣通過箱體進(jìn)入布袋，布袋以細(xì)微的織孔對煤氣進(jìn)行過濾。噴吹系統(tǒng)工藝流程：原煤貯運(yùn)，煤粉制備、煤粉輸送、噴吹設(shè)施、干燥氣體制備和動力供氣等組成。噴煤制粉任務(wù)：將原煤安全加工成符合噴煤要求的煤粉， 主要是粒度和水分含量：無煤煤-200目的占70-80%以上，煤煙-200目占50%

18、以上；水分含量要求為1%，最高不超過2%。制粉使用磨煤設(shè)備：中速磨（或球磨機(jī)），中速磨耗電量少，噪聲低、密封性好、占地面積小、對煤質(zhì)要求嚴(yán)格的持點(diǎn)，新鋼高爐均使用中速磨。制粉系統(tǒng)還包括原煤倉、布袋收粉器、主排風(fēng)機(jī)等。煤粉輸送方式：噴吹煤粉濃度在5-30kg/m3屬于稀相輸送，噴吹煤粉濃度在40-60kg/m3屬于濃相輸送，輸送介質(zhì)為N2或壓縮空氣。噴吹系統(tǒng)的主要設(shè)備：（1）混合器：使輸送氣體與煤粉混合的設(shè)備；（2）分配器：將噴吹罐來的煤粉分配到各風(fēng)口煤槍；（3）噴煤槍。干燥氣體系統(tǒng)：主要包括煙氣引風(fēng)機(jī)、煙氣升溫爐等。作用將原煤水分（610%）干燥到11.5%、運(yùn)載和分離煤粉、惰化制式粉系統(tǒng)。動

19、力系統(tǒng) 動力系統(tǒng)包括電、水、壓縮空氣、氮?dú)狻⒄羝认到y(tǒng)。動力系統(tǒng)包括電、水、壓縮空氣、氮?dú)?、蒸汽等系統(tǒng)。電系統(tǒng)包括高爐各系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)與控制、照明等雙電源。電系統(tǒng)包括高爐各系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)與控制、照明等雙電源。水系統(tǒng)包括高爐本體水系統(tǒng)包括高爐本體(包括風(fēng)渣口包括風(fēng)渣口)、熱風(fēng)爐閥門冷卻用的工、熱風(fēng)爐閥門冷卻用的工業(yè)水、軟化水的給排水系統(tǒng)，鑄鐵機(jī)、煤氣清洗系統(tǒng)、水力業(yè)水、軟化水的給排水系統(tǒng)，鑄鐵機(jī)、煤氣清洗系統(tǒng)、水力沖渣用水的循環(huán)分組利用給排水系統(tǒng)以及事故備用水源與沖渣用水的循環(huán)分組利用給排水系統(tǒng)以及事故備用水源與清洗水箱和水溫升高時用的高壓水設(shè)備；清洗水箱和水溫升高時用的高壓水設(shè)備；此外，還有輸送煤粉和動力用壓縮空氣，防火