煉鐵原理與工藝1課件

1、煉鐵原理與工藝12022/9/25煉鐵原理與工藝1煉鐵原理與工藝12022/9/24煉鐵原理與工藝1一、高爐煉鐵簡(jiǎn)介鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的煉鐵生產(chǎn) 一種是高爐-氧氣轉(zhuǎn)爐-軋機(jī)流程；一種是直接還原或熔融還原-電爐-軋機(jī)流程。前者被稱為長(zhǎng)流程，后者則被稱為短流程。目前長(zhǎng)流程是主要流程。但因它必須使用塊狀原料，需要配用質(zhì)量好的煉焦煤在焦?fàn)t內(nèi)煉成性能好的冶金焦，粉礦和精礦粉要制成燒結(jié)礦或球團(tuán)礦。這兩道生產(chǎn)工序不但能耗高，而且生產(chǎn)中產(chǎn)生粉塵，污水和廢氣等對(duì)環(huán)境造成污染。所以長(zhǎng)流程面臨能源和環(huán)保等的挑戰(zhàn)，直接還原和熔融還原是用來(lái)替代高爐煉鐵的兩種工藝。直接還原和熔融還原煉鐵工藝的特點(diǎn)是，用塊煤或氣體還原劑代替高

2、爐煉鐵工藝所必需的焦炭來(lái)還原天然塊礦、粉礦或人造塊礦（燒結(jié)礦或球團(tuán)礦）具有相當(dāng)大的適應(yīng)性，特別適用于某些資源匱乏，環(huán)保要求特別嚴(yán)格的地區(qū)或國(guó)家，但其生產(chǎn)規(guī)模較高爐小而且很多技術(shù)問(wèn)題還有待解決或完善。各種煉鐵法的設(shè)備及生產(chǎn)方式差別很大，但其原理是相同的。煉鐵原理與工藝12一、高爐煉鐵簡(jiǎn)介鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的煉鐵生產(chǎn)煉鐵原理與工藝121.1高爐煉鐵生產(chǎn)工藝流程高爐本體上料系統(tǒng)送風(fēng)系統(tǒng)煤氣凈化系統(tǒng)渣鐵處理系統(tǒng)噴吹燃料系統(tǒng)煉鐵原理與工藝131.1高爐煉鐵生產(chǎn)工藝流程高爐本體煉鐵原理與工藝131.2煉鐵原料及評(píng)價(jià)鐵礦石的分類對(duì)鐵礦石的評(píng)價(jià):含鐵品位p1=(F/f)(P-Cp2-Cp3-g)式中p1 為原料的

3、價(jià)值；F為原料的含鐵品位；f為生鐵中含鐵；p為生鐵的車(chē)間成本；C為焦比；c為單位生鐵消耗的熔劑；p2 為焦炭的價(jià)格；p3 為熔劑的價(jià)格；g為每噸生鐵的車(chē)間生產(chǎn)費(fèi)用。脈石的成分及分布有害元素的含量.S (0.1-0.3) %,礦最低允許P=(P鐵-P焦.熔)/K. K-單位(噸)生鐵礦耗量.K=Fe生/Fe礦(K,Na) 2-3Kg/t鐵, Zn 0.15 Kg/t鐵有益元素,礦石的還原性礦石的高溫性能礦石的其它性能(強(qiáng)度,粒度,熱爆裂性,化學(xué)成分的穩(wěn)定性)煉鐵原理與工藝141.2煉鐵原料及評(píng)價(jià)鐵礦石的分類煉鐵原理與工藝141.2煉鐵原料及評(píng)價(jià)礦石入爐前的處理整粒.8-30mm造塊.分級(jí)和篩分.

4、煉鐵原理與工藝151.2煉鐵原料及評(píng)價(jià)礦石入爐前的處理煉鐵原理與工藝151.3熔劑1.堿性熔劑石灰石,白云石(Ca,Mg)CO3,2.酸性熔劑硅石(SiO2)3.有效熔劑性有效熔劑性= w(CaO) +w(MgO) -w( SiO2 ) R 2煉鐵原理與工藝161.3熔劑1.堿性熔劑煉鐵原理與工藝161.4錳礦錳礦用途質(zhì)量要求(和鐵礦石一樣) w(Fe允) =100-w(C)+w(Si)+w(P)+w(S)+w(Mn)+/K K=w(Mn)w(Mn)礦 式中w(Fe允)錳礦允許的極限Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；K冶煉單位重量合金時(shí)錳礦消耗量；w(Mn)礦錳礦含Mn品位，%； 爐內(nèi)Mn的回收率，冶煉一般

5、生鐵時(shí)此值為50%60%，煉錳鐵時(shí)此值可達(dá)80%85%。煉鐵原理與工藝171.4錳礦錳礦用途煉鐵原理與工藝171.6高爐燃料1.焦炭焦炭的作用:在風(fēng)口前燃燒，提供冶煉所需熱量固體C及其氧化產(chǎn)物CO，是氧化物的還原劑高溫區(qū)料柱的骨架，煤氣通路鐵水滲碳煉鐵原理與工藝181.6高爐燃料1.焦炭煉鐵原理與工藝181.6高爐燃料2.高爐對(duì)焦炭質(zhì)量要求:化學(xué)成分,C,A,W,S,冷強(qiáng)度:M40,M10熱強(qiáng)度,CSR反應(yīng)性.CRI煉鐵原理與工藝191.6高爐燃料2.高爐對(duì)焦炭質(zhì)量要求:煉鐵原理與工藝19焦炭質(zhì)量要求爐容級(jí)別/m310002000300040005000焦炭灰分/%131312.51212焦炭

6、含硫/%0.70.70.70.70.7M40/%7882848586M10/%87.576.56CSR/%5860626566CRI/%2826252525粒度范圍/%75-2075-2575-2575-2575-30大于上限/%1010101010小于下限/%88888煉鐵原理與工藝110焦炭質(zhì)量要求爐容級(jí)別/m3100020003000400051.6高爐燃料3.對(duì)煤粉的質(zhì)量要求煤的燃燒性能好煤的灰分越低越好，要求低于12%。煤的硫分越低越好，一般要求小于0.7%，最高不大于0.8%煤粉的粒度合適煤的可磨性好，高爐噴煤需要將煤磨到一定細(xì)度，煤的可磨性指數(shù)(哈氏HGI)應(yīng)在6090之間，低于

7、50的煤很硬，難磨。高于90的煙煤雖然易磨，但往往是粘結(jié)性強(qiáng)的煤，可能給磨煤和輸煤造成困難。煉鐵原理與工藝1111.6高爐燃料3.對(duì)煤粉的質(zhì)量要求煉鐵原理與工藝1111.6高爐燃料煤的發(fā)熱值越高越好，煙煤的低位發(fā)熱值不小于26000kJ/kg，無(wú)煙煤的低位發(fā)熱值不小于29000kJ/kg。膠質(zhì)層越薄越好，Y10rnrn，以免在噴吹過(guò)程中結(jié)焦，堵塞噴槍影響煤粉噴吹和高爐正常生產(chǎn)。煤的灰熔點(diǎn)溫度，要求高一些。因?yàn)榛胰埸c(diǎn)太低時(shí)風(fēng)口容易結(jié)焦和堵塞煤槍。流動(dòng)性和輸送性能高。煉鐵原理與工藝1121.6高爐燃料煤的發(fā)熱值越高越好，煙煤的低位發(fā)熱值不小于261.6高爐燃料氣體燃料氣體燃料在鋼鐵企業(yè)中有重要作用

8、。天然氣、石油氣、高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣等。根據(jù)我國(guó)資源條件，不可能普遍使用天然氣，而焦?fàn)t煤氣主要供民用，只有在特殊條件下高爐才使用少量焦?fàn)t煤氣。故高爐煤氣就成為鋼鐵企業(yè)內(nèi)部的主要?dú)怏w燃料了。煉鐵原理與工藝1131.6高爐燃料氣體燃料煉鐵原理與工藝1131.7高爐冶煉產(chǎn)品1.生鐵煉鋼生鐵,鑄造生鐵,鐵合金一般不用高爐,用電爐2.煤氣3.爐渣(水渣)煉鐵原理與工藝1141.7高爐冶煉產(chǎn)品1.生鐵煉鐵原理與工藝1141.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1.利用系數(shù):V=P/V-t/(m3.d)2.焦比K=Q/P-kg/t3.煤比PCI=M/P -kg/t4.燃料比Kf =QfP式中Kf冶煉1 t生鐵消耗的焦炭

9、和噴吹燃料的數(shù)量之和；Qf高爐一晝夜消耗的干焦量和噴吹燃料之和。煉鐵原理與工藝1151.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1.利用系數(shù):煉鐵原理與工藝1151.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)5.置換比R=(K0-K1+K)/PCI式中R噴吹的輔助燃料的置換比； K0未噴吹輔助燃料前的實(shí)際平均焦比； K1噴吹輔助燃料后的平均入爐焦比； K其他各種因素對(duì)實(shí)際焦比影響的代數(shù)和。煉鐵原理與工藝1161.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)5.置換比煉鐵原理與工藝1161.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)6.冶煉強(qiáng)度。冶煉強(qiáng)度（I）是冶煉過(guò)程強(qiáng)化的程度，即每晝夜（d）每1 m3高爐有效容積燃燒的干焦耗用量：冶煉強(qiáng)度=干焦耗用量有效容積實(shí)際工作日t

10、/(m3d)利用系數(shù)（V）=綜合冶煉強(qiáng)度(If)綜合焦比(Kf)t/(m3d)煉鐵原理與工藝1171.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)6.冶煉強(qiáng)度。煉鐵原理與工藝1171.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)7. 燃燒強(qiáng)度燃燒強(qiáng)度=一晝夜干焦耗用量爐缸截面積t/(m2d)由于爐型的特點(diǎn)不同，小型高爐可允許較高的冶煉強(qiáng)度因而容易獲得較高的利用系數(shù)。為了對(duì)比不同容積的高爐實(shí)際爐缸工作強(qiáng)化的程度，可對(duì)比其燃燒強(qiáng)度。燃燒強(qiáng)度的定義為每1 m2爐缸截面積上每晝夜（d）燃燒的干焦噸數(shù)：煉鐵原理與工藝1181.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)7. 燃燒強(qiáng)度煉鐵原理與工藝1181.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)8.爐腹煤氣量指數(shù)爐腹煤氣量指數(shù)=爐腹煤

11、氣量/爐缸面積-m/min9.焦炭負(fù)荷10.休風(fēng)率11.生鐵成本12.爐齡(時(shí)間和單位爐容生鐵產(chǎn)量)13.噸鐵工序能耗.400kg標(biāo)準(zhǔn)煤/t鐵煉鐵原理與工藝1191.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)8.爐腹煤氣量指數(shù)煉鐵原理與工藝12.還原過(guò)程與生鐵形成煉鐵原理與工藝1202.還原過(guò)程與生鐵形成煉鐵原理與工藝1202.1高爐內(nèi)基本現(xiàn)象和基本規(guī)律1.基本現(xiàn)象:高爐冶煉過(guò)程是個(gè)連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程。高爐是一個(gè)密閉的連續(xù)的逆流反應(yīng)器爐料在高爐內(nèi)的狀態(tài)塊狀帶,軟熔帶,滴落帶,風(fēng)口帶,渣鐵帶煉鐵原理與工藝1212.1高爐內(nèi)基本現(xiàn)象和基本規(guī)律1.基本現(xiàn)象:煉鐵原理與工藝1高爐內(nèi)狀況描述煉鐵原理與工藝122高爐內(nèi)狀況描述煉鐵

12、原理與工藝1222.1高爐內(nèi)基本現(xiàn)象和基本規(guī)律2.軟熔帶及其對(duì)高爐行程的作用規(guī)律軟熔帶類型：倒V, V,W,影響軟熔帶形狀的因素: 送風(fēng)狀況,布料方式軟熔帶對(duì)高爐冶煉的影響 鐵礦石預(yù)還原,生鐵脫硫,生鐵含硅,煤氣利用,爐缸中心活躍程度,爐墻維護(hù)對(duì)爐況順行,生鐵產(chǎn)量、質(zhì)量,燃料消耗均有影響。煉鐵原理與工藝1232.1高爐內(nèi)基本現(xiàn)象和基本規(guī)律2.軟熔帶及其對(duì)高爐行程的作用2.1高爐內(nèi)基本現(xiàn)象和基本規(guī)律3.軟熔帶控制方法 通過(guò)上、下部調(diào)劑規(guī)律，改變?cè)剂辖Y(jié)構(gòu)和性能來(lái)實(shí)現(xiàn)。煉鐵原理與工藝1242.1高爐內(nèi)基本現(xiàn)象和基本規(guī)律3.軟熔帶控制方法煉鐵原理與工2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解1.水分的蒸發(fā)與水化

13、物的分解吸附水一般在105時(shí)就迅速蒸發(fā).爐料中的化合水，又稱結(jié)晶水，以化合物的狀態(tài)存在。褐鐵礦(nFe2O3mH2O) :200左右開(kāi)始分解，400500時(shí)分解速度激增高嶺土(Al2O32SiO22H2O):高嶺土在400時(shí)開(kāi)始分解，但分解速度很慢，到500600時(shí)才迅速(烘爐)煉鐵原理與工藝1252.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解1.水分的蒸發(fā)與水化物的分解煉2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解結(jié)晶水分解影響爐料透氣性變壞.焦炭中的碳素反應(yīng)(較高溫度區(qū)域)在5001000時(shí):2H2O+C焦=CO2+2H2-83134 kJ(水煤氣置換反應(yīng))在1000以上時(shí) : H2O+C焦=CO+H2-124450

14、kJ (水煤氣反應(yīng))兩個(gè)反應(yīng)對(duì)鐵礦石還原作用和區(qū)別后面介紹.煉鐵原理與工藝1262.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解結(jié)晶水分解影響煉鐵原理與工藝12.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解2.揮發(fā)物的揮發(fā)揮發(fā)物:有機(jī)物質(zhì)熱分解的產(chǎn)物.揮發(fā)物主要存在于焦炭和煤粉中.煤粉中揮發(fā)在風(fēng)口區(qū)分解燃燒對(duì)爐缸煤氣成分影響較大.特別是煙煤其它物質(zhì)的揮發(fā):K,Na,Zn,SiO,Mn.煉鐵原理與工藝1272.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解2.揮發(fā)物的揮發(fā)煉鐵原理與工藝2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解3.堿金屬的揮發(fā)與危害 鉀、鈉等堿金屬大都以各種硅酸鹽的形態(tài)存在于爐料而進(jìn)入高爐. 2K2OSiO2、2Na2OSiO2、Na2OSiO2

15、等.在溫度高于1500時(shí)，且有碳素存在條件下，它能被C還原. 少量K2O、Na2O、K2CO3、Na2CO3等氧化物或碳酸鹽形態(tài)存在于礦石脈石中. 能在較低溫度下被CO還原煉鐵原理與工藝1282.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解3.堿金屬的揮發(fā)與危害煉鐵原理2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解堿金屬的還原反應(yīng)在高溫區(qū)域: 1500左右K2(Na2)SiO3+3C=2K(Na)氣+Si+3COK2(Na2)SiO3+C=2K(Na)氣+SiO2+3CO在較低溫區(qū)域:800 左右K2(Na2)O+CO=2K(Na)氣+CO2 K2(Na2)CO3+CO=2K(Na)氣+CO2 1200 :2K (Na)氣+2

16、CN2=2K(Na)CN氣(氰化物)煉鐵原理與工藝1292.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解堿金屬的還原反應(yīng)煉鐵原理與工藝2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解煉鐵原理與工藝1302.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解煉鐵原理與工藝1302.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解堿金屬(氰化物)的氧化反應(yīng) 800 :2K (Na)氣+ 2CO2=K2(Na2)CO3+CO 2K (Na)CN液+4CO2=K2(Na2)CO3+N25CO 堿金屬的存在形態(tài): 堿金屬將以氣態(tài)形式隨煤氣上升； 而堿金屬的氰化物多以霧狀液體的形態(tài)隨煤氣向上運(yùn)動(dòng)。煉鐵原理與工藝1312.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解堿金屬(氰化物)的氧化反應(yīng)煉鐵2.2爐料

17、中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解4.堿金屬的積累(循環(huán))富集現(xiàn)象 含有堿金屬元素的化合物隨著爐料下降,在溫度升高的過(guò)程中被爐內(nèi)的C或CO還原,逐步生成氣態(tài)堿金屬或霧狀液體的堿金屬氰化物。它們隨著煤氣上升在較低溫度區(qū)域（低于800 ）被CO2所氧化以碳酸鹽的形式凝結(jié)在爐料（爐襯）表面上。除一部分（小于10%）被煤氣帶走外，大部分又隨爐料下降被還原成堿蒸氣或霧狀液體的堿金屬，如此在爐內(nèi)循環(huán)往復(fù)，這個(gè)現(xiàn)象叫堿金屬的積累(循環(huán))富集現(xiàn)象。煉鐵原理與工藝1322.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解4.堿金屬的積累(循環(huán))富集現(xiàn)2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解堿金屬的分配：由于動(dòng)力學(xué)條件的限制，爐料中原有堿金屬硅酸鹽，及再生的

18、堿金屬碳酸鹽，都將有一部分不能被還原而直接進(jìn)入爐渣，并隨爐渣排出爐外。所以爐料中帶入的堿金屬在爐內(nèi)的分配是：少量被煤氣帶走和爐渣帶走，而多數(shù)在爐內(nèi)往復(fù)，循環(huán)富集，嚴(yán)重時(shí)爐內(nèi)堿金屬量高于入爐量的10倍以上，以致禍及高爐生產(chǎn)。高爐中上部的堿含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于入爐的量。煉鐵原理與工藝1332.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解堿金屬的分配：煉鐵原理與工藝12.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解5.堿金屬對(duì)高爐冶煉的危害堿金屬是碳?xì)饣磻?yīng)的催化劑。降低焦炭強(qiáng)度（氣化反應(yīng)和不均勻膨脹）。惡化原料冶金性能。（燒結(jié)低溫粉化，球團(tuán)異常膨脹）促使?fàn)t墻結(jié)厚甚至結(jié)瘤。堿蒸氣對(duì)高爐爐襯高鋁磚、黏土磚有侵蝕。煉鐵原理與工藝1342.2爐料

19、中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解5.堿金屬對(duì)高爐冶煉的危害煉鐵2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解6.防止堿金屬對(duì)高爐冶煉的危害的措施減少和控制入爐堿金屬量。借助爐渣排堿是最具有實(shí)際意義和有效的途徑，方法是降低爐渣堿度。適當(dāng)降低燃燒帶溫度，可以減少K、Na的還原數(shù)量。提高冶煉強(qiáng)度，縮短爐料在爐內(nèi)的停留時(shí)間，可以減少爐內(nèi)堿金屬的富集量。對(duì)冶煉堿金屬含量高的高爐，可定期采用酸性渣洗爐，以減少爐內(nèi)堿金屬的積累量。煉鐵原理與工藝1352.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解6.防止堿金屬對(duì)高爐冶煉的危害2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解7.碳酸鹽的分解高爐料中的碳酸鹽常以CaCO3、MgCO3、FeCO3、MnCO3態(tài)存在，以前二者為主。MeCO3=MeOCO2-Q石灰石的分解: CaCO3=CaO+CO2-178000kJ 煉鐵原理與工藝1362.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解7.碳酸鹽的分解煉鐵原理與工藝2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解石灰石的分解開(kāi)始溫度和沸騰溫度:T開(kāi)=A/(lgpCO2-B) T沸=A/(lgp總-B)A ,B能在相關(guān)表中查到,A=-8908,B=7.53pCO2為分壓, p總為總壓, （CO2）為CO2組