現(xiàn)代高爐煉鐵工藝課件

1.現(xiàn)代高爐煉鐵工藝1.1高爐煉鐵生產(chǎn)流程1.2高爐本體及主要構(gòu)成1.3高爐冶煉產(chǎn)品1.4高爐技術(shù)經(jīng)濟指標2021/12/21現(xiàn)代高爐煉鐵工藝1.1高爐煉鐵工藝流程1.1.1高爐冶煉工藝流程

１、工藝原理高爐是一個密閉的連續(xù)的逆流反應(yīng)器。爐料充滿整個高爐空間，形成料柱.原燃料從爐頂裝入，高溫?zé)峥諝鈴南虏抗娜耄划a(chǎn)生的高溫還原性氣體在上升過程中將下降的爐料加熱和還原；還原出來的鐵經(jīng)滲碳后熔化，形成生鐵，礦石中的脈石與熔劑結(jié)合形成爐渣，定期從鐵口排出；從高爐上部排出的氣體稱為煤氣，經(jīng)凈化后作為燃料。2021/12/22現(xiàn)代高爐煉鐵工藝２、煉鐵工藝流程組成１）送風(fēng)系統(tǒng)２）渣鐵處理系統(tǒng)３）除塵系統(tǒng)４）原料系統(tǒng)５）煤粉噴吹系統(tǒng)2021/12/23現(xiàn)代高爐煉鐵工藝

３、高爐煉鐵的本質(zhì):

傳質(zhì)過程：礦石（Fe2O3、Fe3O4、FeO）中的氧進入到煤氣中——實現(xiàn)了鐵氧分離；傳熱過程：煤氣攜帶的熱量傳遞給爐料，使爐料熔化成渣鐵——實現(xiàn)了渣鐵分離。2021/12/24現(xiàn)代高爐煉鐵工藝1.1.2高爐生產(chǎn)特點（1）生產(chǎn)規(guī)模大。（2）需要操作人員綜合分析判斷能力。（3）高爐是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的重要環(huán)節(jié)。（4）高爐開爐后長期連續(xù)生產(chǎn)直到停爐。（5）高度的機械化和自動化。2021/12/25現(xiàn)代高爐煉鐵工藝

爐缸、爐腹、爐腰、爐身、爐喉五段組成。該容積的總和反映了高爐的生產(chǎn)能力。1.2.1高爐內(nèi)型高爐是冶煉生鐵的主體設(shè)備。高爐內(nèi)部工作空間的形狀稱為高爐內(nèi)型。它由：1.2高爐本體及主要構(gòu)成2021/12/26現(xiàn)代高爐煉鐵工藝（1）高爐有效高度：無鐘爐頂旋轉(zhuǎn)溜槽垂直下緣（或爐喉鋼磚上沿）到鐵口中心線之間的距離（Hu）。對于有鐘爐頂，高爐大鐘開啟位置的下緣到鐵口中心線間的距離;（2）高爐有效容積：在有效高度范圍內(nèi)，爐型所包括的容積稱為高爐有效容積（Vu）；高爐工作容積指風(fēng)口中心線到爐喉之間的容積;

（3）高爐內(nèi)型的變化：1000~2000m3高徑比Hu/D，由2.9左右,減小到2.5左右.2021/12/27現(xiàn)代高爐煉鐵工藝1.2.2高爐爐體結(jié)構(gòu)

高爐爐體由耐火磚襯、冷卻器、爐殼及鋼結(jié)構(gòu)組成。2021/12/28現(xiàn)代高爐煉鐵工藝（1）爐殼作用：固定冷卻設(shè)備；保證高爐砌磚的牢固性；承受爐內(nèi)壓力和起到爐體密封的作用；承載爐頂部份設(shè)備負荷。2021/12/29現(xiàn)代高爐煉鐵工藝（2）耐火磚襯用來形成高爐工作空間,抵御高溫物料和渣鐵的浸蝕,同時保護冷卻設(shè)備.2021/12/210現(xiàn)代高爐煉鐵工藝高爐不同部位采用不同的內(nèi)襯，既可以延緩內(nèi)襯破損速度，又有利于降低筑爐成本，通常：1）爐喉部位采用水冷鋼磚；2）爐身部位采用致密粘土磚；3）爐身中下部和爐腰采用半石墨化SiC磚或鋁炭磚；4）爐腹采用薄壁爐襯，常噴涂不定型耐火材料，主要靠渣皮代替耐火材料工作；5）爐缸采用組合磚砌筑。下圖為陶瓷杯爐缸磚襯結(jié)構(gòu)。

2021/12/211現(xiàn)代高爐煉鐵工藝2021/12/212現(xiàn)代高爐煉鐵工藝2021/12/213現(xiàn)代高爐煉鐵工藝爐襯破損的原因：

1）高溫渣鐵液對耐火材料的危害主要是：渣鐵液的化學(xué)侵蝕與物理滲透、流動沖刷等，Pb滲入爐底對磚襯造成破壞。

2）固體爐料在下降過程中對爐襯的沖擊和磨損；3）耐火磚襯受熱應(yīng)力的破壞。2021/12/214現(xiàn)代高爐煉鐵工藝

4）高溫氣體對耐火材料的危害

K、Na、Pb、Zn氣體的滲透、侵蝕，造成耐火材料異常膨脹；高溫煤氣流氣體對碳磚會造成氧化性破壞，含塵氣流會對爐襯造成沖刷；2021/12/215現(xiàn)代高爐煉鐵工藝對高爐磚襯（內(nèi)襯）的基本要求：1）滿足高溫的要求高爐各部位爐襯應(yīng)與各部位的熱流強度相適應(yīng)，以保持在強熱流的沖擊下內(nèi)襯的整體性和穩(wěn)定性。2）滿足侵蝕的要求應(yīng)與各部位的侵蝕破損機理，即爐料的磨損、煤氣的沖刷、堿金屬等有害物質(zhì)的侵蝕、渣鐵水的熔蝕等相適應(yīng)，以延緩內(nèi)襯破損速度，達到高爐長壽的目的。

2021/12/216現(xiàn)代高爐煉鐵工藝（3）冷卻設(shè)備爐襯的溫度狀態(tài)是決定其侵蝕速度的重要因素之一,冷卻設(shè)備保護耐火磚襯的工作表面溫度低于其允許的溫度,使其不因受熱變形而被壞。強大的冷卻還可在高爐下部形成渣皮,代替爐襯工作;根據(jù)高爐各部位熱負荷及結(jié)構(gòu)的不同,高爐冷卻可采取多種形式和方法.2021/12/217現(xiàn)代高爐煉鐵工藝2021/12/218現(xiàn)代高爐煉鐵工藝2021/12/219現(xiàn)代高爐煉鐵工藝高爐安裝的銅冷卻壁2021/12/220現(xiàn)代高爐煉鐵工藝2021/12/221現(xiàn)代高爐煉鐵工藝高爐對冷卻設(shè)備要求：1）有足夠的冷卻強度，能夠保護爐殼和內(nèi)襯；2）使爐腹、爐腰、爐身下部易于形成渣皮，維持良好的工作爐型；3）將1150℃鐵水凝固等溫線阻止在渣鐵凝固層中，避免鐵水向爐底爐缸縱深侵蝕；4）不影響爐殼的致密性和強度。2021/12/222現(xiàn)代高爐煉鐵工藝（4）高爐本體鋼結(jié)構(gòu)2021/12/223現(xiàn)代高爐煉鐵工藝1.2.3高爐附屬系統(tǒng)1.2.3.1高爐槽下供料系統(tǒng)主要任務(wù)是保證及時、準確、穩(wěn)定地將合格原料從貯礦槽送上高爐爐頂，并裝入爐內(nèi)。對原料供料系統(tǒng)的要求：

（1）連續(xù)地、均衡地供應(yīng)所需的原料；（2）在運輸過程中應(yīng)盡量減少破碎。（3）應(yīng)實現(xiàn)機械化和自動化，提高配料、稱量和裝入爐內(nèi)的準確度。（4）應(yīng)有除塵設(shè)施。2021/12/224現(xiàn)代高爐煉鐵工藝貯焦槽焦篩皮帶機焦炭集中稱量斗上料主皮帶爐頂設(shè)備碎焦卷楊機碎焦篩碎焦倉稱量斗皮帶機礦石集中斗上料主皮帶機爐頂設(shè)備燒結(jié)廠皮帶機貯礦槽振動給料機振動篩礦石稱量斗皮帶機礦石集中稱量斗上料主皮帶機爐頂設(shè)備

粉礦皮帶機送至燒結(jié)廠爐料運送流程2021/12/225現(xiàn)代高爐煉鐵工藝2021/12/226現(xiàn)代高爐煉鐵工藝武鋼五號高爐上料主皮帶2021/12/227現(xiàn)代高爐煉鐵工藝（1）能滿足爐喉合理布料的要求；（2）保證爐頂可靠密封，使高壓操作順利進行；（3）設(shè)備結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單和堅固，制造、運輸、安裝方便，能抵抗急劇的溫度變化及高溫作用；（4）易于實現(xiàn)自動化操作。1.2.3.2爐頂爐料裝入系統(tǒng)作用是根據(jù)要求將原燃料裝入爐內(nèi)指定位置。對爐頂裝料設(shè)備的基本要求：2021/12/228現(xiàn)代高爐煉鐵工藝鐘式爐頂裝料設(shè)備（1）單鐘式

2021/12/229現(xiàn)代高爐煉鐵工藝（2）雙鐘式2021/12/230現(xiàn)代高爐煉鐵工藝串罐式無料鐘爐頂

裝料設(shè)備2021/12/231現(xiàn)代高爐煉鐵工藝

并罐式無鐘爐頂

裝料設(shè)備由受料漏斗（包括上部閘門）、稱量料罐（包括上、下密封閥及下部閘門）、中心喉管、叉型管、氣密齒輪箱、布料旋轉(zhuǎn)溜槽以及均壓、冷卻系統(tǒng)等部分組成。2021/12/232現(xiàn)代高爐煉鐵工藝無鐘爐頂布料方式無鐘爐頂?shù)男D(zhuǎn)溜槽可以實現(xiàn)多種布料方式，常用的有以下4種基本的布料方式。（1）環(huán)形布料（2）螺旋形布料（3）定點布料（4）扇形布料2021/12/233現(xiàn)代高爐煉鐵工藝2021/12/234現(xiàn)代高爐煉鐵工藝1.2.3.3高爐送風(fēng)系統(tǒng)

2021/12/235現(xiàn)代高爐煉鐵工藝任務(wù)是保證連續(xù)可靠地供給高爐冶煉所需數(shù)量和足夠溫度的熱風(fēng)。高爐送風(fēng)系統(tǒng)主要包括：鼓風(fēng)機、加濕和脫濕裝置、冷風(fēng)管道、熱風(fēng)爐、熱風(fēng)管道和高爐進風(fēng)裝置等部分組成。2021/12/236現(xiàn)代高爐煉鐵工藝熱風(fēng)爐總覽2021/12/237現(xiàn)代高爐煉鐵工藝１、蓄熱（外燃）式熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)及原理2021/12/238現(xiàn)代高爐煉鐵工藝２、燒爐過程2021/12/239現(xiàn)代高爐煉鐵工藝３、送風(fēng)過程2021/12/240現(xiàn)代高爐煉鐵工藝４、工作制度2021/12/241現(xiàn)代高爐煉鐵工藝2021/12/242現(xiàn)代高爐煉鐵工藝高風(fēng)溫的獲得：☆高爐煤氣發(fā)熱值較低：3200～3800kJ/m3

☆獲得高風(fēng)溫的設(shè)備因素受限制

空氣煤氣預(yù)熱高發(fā)熱值燃料熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)能承受高溫燃燒熱風(fēng)爐，使火焰溫度達1550～1700℃結(jié)構(gòu)材質(zhì)（鋼、耐火材料）熱風(fēng)閥對策2021/12/243現(xiàn)代高爐煉鐵工藝風(fēng)口結(jié)構(gòu)2021/12/244現(xiàn)代高爐煉鐵工藝2021/12/245現(xiàn)代高爐煉鐵工藝2021/12/246現(xiàn)代高爐煉鐵工藝2021/12/247現(xiàn)代高爐煉鐵工藝2021/12/248現(xiàn)代高爐煉鐵工藝1.2.3.4高爐除塵系統(tǒng)2021/12/249現(xiàn)代高爐煉鐵工藝高爐冶煉過程中，從爐頂排出大量煤氣，其中CO含量達20%以上，發(fā)熱值為3300~4200kj/m3,是一種劇毒低熱值的氣體，可以作為鋼鐵企業(yè)二次能源。由于高爐煤氣中含有約20～100g/m3的粉塵。如果直接使用，會使爐窯管道堵塞，引起耐火磚襯的侵蝕破壞。另外造成TRT（余壓發(fā)電裝置）的轉(zhuǎn)子嚴重磨損，使TRT壽命降低。因此，高爐煤氣必須除塵后才能作為燃料使用。除塵灰中含有鐵、鋅、碳等元素，經(jīng)過選礦處理后可作為鐵礦粉燒結(jié)原料和提鋅的原料。2021/12/250現(xiàn)代高爐煉鐵工藝1、煤氣除塵基本原理：除塵的基本原理，是借外力的作用使塵粒和氣體分離，這些外力以及產(chǎn)生的作用有：（1）慣性作用：當(dāng)氣流方向突然改變時，塵粒因慣性與氣體分離。

2021/12/251現(xiàn)代高爐煉鐵工藝（2）力作用的差異性：即靠塵粒具有比氣體分子更大的重力、離心力和靜電引力而分離出來。（3）束縛力：主要是用機械阻力，比如用過濾和過篩的辦法，擋住塵粒繼續(xù)運動。

2021/12/252現(xiàn)代高爐煉鐵工藝2、濕式除塵工藝2021/12/253現(xiàn)代高爐煉鐵工藝濕式工藝流程：重力除塵器、一文氏除塵器（或洗滌塔）、可調(diào)喉口二文氏除塵器。2021/12/254現(xiàn)代高爐煉鐵工藝重力除塵器2021/12/255現(xiàn)代高爐煉鐵工藝文氏除塵器2021/12/256現(xiàn)代高爐煉鐵工藝3、干式除塵工藝

高爐煤氣干式布袋除塵技術(shù)是21世紀高爐實現(xiàn)節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)的重要技術(shù)創(chuàng)新。

與濕式除塵技術(shù)相比，干式除塵具有以下優(yōu)點：（1）提高煤氣凈化程度；（2）降低新水消耗和動力消耗；（3）由于煤氣溫度高不含水，可提高煤氣余壓發(fā)電量（增加30%）和二次能源（煤氣溫度高100℃）利用效率。2021/12/257現(xiàn)代高爐煉鐵工藝缺點：（1）對溫度比較敏感，煤氣溫度過高，過低都不行；（2）設(shè)備多，運行后維護量大，由十幾臺箱體并列組成。2021/12/258現(xiàn)代高爐煉鐵工藝包頭4#高爐煤氣布袋除塵器（2200m3）2021/12/259現(xiàn)代高爐煉鐵工藝工藝流程2021/12/260現(xiàn)代高爐煉鐵工藝

工藝流程簡述：高爐煤氣經(jīng)重力除塵后，由荒煤氣主管分配到布袋除塵器各箱體中，并進入荒煤氣室，顆粒較大的粉塵由于重力作用自然沉降而進入灰斗，顆粒較小的粉塵隨煤氣上升。經(jīng)過濾袋時，粉塵被阻留在濾袋的外表面，煤氣得到凈化。凈化后的煤氣進入凈煤氣室，由凈煤氣總管輸入煤氣管網(wǎng)。當(dāng)荒煤氣溫度大于260℃或低于100℃時，系統(tǒng)將自動關(guān)閉所有箱體進口蝶閥，同時打開荒煤氣放散閥組，進行荒煤氣放散，并可以有效控制高爐爐頂壓力。2021/12/261現(xiàn)代高爐煉鐵工藝隨著過濾過程的不斷進行，濾袋上的粉塵越積越多，過濾阻力不斷增大。當(dāng)阻力增大（或時間）到一定值時，電磁脈沖閥啟動，進行脈沖噴吹清灰，噴吹氣采用氮氣，清理的灰塵落入灰斗。當(dāng)灰斗中的灰塵累積到一定量時，啟動卸輸灰系統(tǒng)?；覊m經(jīng)卸灰閥卸入輸灰管道，由高壓凈煤氣（或氮氣）將灰塵輸送至大灰倉，再由汽車運出廠區(qū)。2021/12/262現(xiàn)代高爐煉鐵工藝3、煤氣除塵系統(tǒng)附屬設(shè)備

高爐煤氣由爐頂封板（爐頭）引出，經(jīng)導(dǎo)出管、上升管、下降管進入重力除塵器。2021/12/263現(xiàn)代高爐煉鐵工藝1.2.3.5渣鐵處理系統(tǒng)2021/12/264現(xiàn)代高爐煉鐵工藝渣鐵處理系統(tǒng)的任務(wù)：及時處理高爐排放出的渣、鐵，保證高爐生產(chǎn)正常進行。（如何進行渣鐵分離？）2021/12/265現(xiàn)代高爐煉鐵工藝渣鐵分離裝置——撇渣器2021/12/266現(xiàn)代高爐煉鐵工藝渣鐵分離裝置——撇渣器2021/12/267現(xiàn)代高爐煉鐵工藝2021/12/268現(xiàn)代高爐煉鐵工藝開鐵口機2021/12/269現(xiàn)代高爐煉鐵工藝堵鐵口泥炮2021/12/270現(xiàn)代高爐煉鐵工藝2021/12/271現(xiàn)代高爐煉鐵工藝擺動流嘴2021/12/272現(xiàn)代高爐煉鐵工藝因巴法（INBA）爐渣?；b置

液態(tài)爐渣經(jīng)渣溝進入?；瘏^(qū)，在吹制箱內(nèi)使其水淬?；鋮s，經(jīng)水渣槽流入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的分配器，被均勻分配到轉(zhuǎn)鼓過濾器中。在轉(zhuǎn)鼓下半周濾去部分水后，被葉片刮帶，隨筒邊旋轉(zhuǎn)邊自然脫水；轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)鼓上半周處時，渣落至伸入鼓內(nèi)的皮帶之上，經(jīng)皮帶送至成品槽。2021/12/273現(xiàn)代高爐煉鐵工藝1.2.3.6燃料噴吹系統(tǒng)

高爐燃料噴吹系統(tǒng)主要由原煤貯運、煤粉制備、煤粉噴吹、熱煙氣和供氣等幾部分組成。

2021/12/274現(xiàn)代高爐煉鐵工藝2021/12/275現(xiàn)代高爐煉鐵工藝

1.2.4高爐內(nèi)區(qū)域劃分高爐解剖研究證明：（1）冶煉過程中爐內(nèi)料柱基本上是整體下降的，稱為層狀下降或活塞流。（2）爐料形態(tài)變化的區(qū)域，基本上取決于溫度場在料柱中的分布。（3）按爐料在高爐內(nèi)的物理狀態(tài)可分為五個帶,即塊狀帶、軟熔帶、滴落帶、燃燒帶、渣鐵貯存帶。2021/12/276現(xiàn)代高爐煉鐵工藝主要特征：焦與礦呈層狀分布，皆為固體狀態(tài)。主要反應(yīng)：間接還原、水分分解、碳酸鹽分解。2021/12/277現(xiàn)代高爐煉鐵工藝1.3高爐冶煉產(chǎn)品

高爐冶煉主要產(chǎn)品：生鐵。

副產(chǎn)品：爐渣、煤氣。1、生鐵

由鐵(94%左右)、碳（4.5%左右）和少量雜質(zhì)（Si、Mn、S、P）組成。

利用特殊礦或采用特殊的冶煉工藝，利用高爐可以生產(chǎn)出含鈦、釩的鐵水，以及錳鐵、硅鐵等鐵合金。2021/12/278現(xiàn)代高爐煉鐵工藝

2、高爐渣

爐渣主要成分有：CaO、SiO2、Al2O3、MgO。其中爐渣堿度：CaO/SiO2=1.05-1.25。3、高爐煤氣每冶煉一噸鐵產(chǎn)生1800m3左右的煤氣，煤氣中含有CO20%~25%，是鋼鐵企業(yè)重要的二次能源。4、爐塵（又稱瓦斯灰）被煤氣攜帶出爐外的粉狀爐料，稱為爐塵（約20kg/t鐵），可回收作為燒結(jié)原料。2021/12/279現(xiàn)代高爐煉鐵工藝1.4高爐技術(shù)經(jīng)濟指標

（1）有效容積利用系數(shù)η高爐每晝夜的合格生鐵產(chǎn)量與有效容積之比，即每m3有效容積的日產(chǎn)量（t）。η=P/Vt鐵/（m3d）

（2）冶煉強度I每晝夜高爐消耗的干焦炭量（或綜合干焦炭量）與高爐有效容積的比值，即每m3有效容積一晝夜燃燒的干焦炭.

I=Q/Vt焦/（m3d）2021/12/280現(xiàn)代高爐煉鐵工藝（3）焦比：高爐每晝夜消耗的干焦炭量Q與合格生鐵產(chǎn)量P的比值，即生產(chǎn)1t合格生鐵所消耗的焦炭數(shù)量，用kg計量。K=Q/P（kg焦/t鐵）（4）煤比：冶煉每噸生鐵消耗的煤粉量。（5）燃料比：生產(chǎn)1t合格生鐵所消耗的焦炭和煤粉的數(shù)量之和稱為燃料比。2021/12/281現(xiàn)代高爐煉鐵工藝（6）噸鐵工序能耗指冶煉每噸生鐵所消耗的，以標準煤計量的（每千克標準煤規(guī)定的發(fā)熱量為29310kJ）各種能量消耗的總和。包括各種形式的燃料，主要是焦炭，煤、還有少量的油及其他形式的燃料，甚至也要計入炮泥及鋪墊鐵溝消耗的焦粉；還應(yīng)計入各種形式的動力消耗，如電力、蒸汽、壓縮空氣、氧及鼓風(fēng)等。但應(yīng)注意扣除回收的二次能源。2021/12/282現(xiàn)代高爐煉鐵工藝

（7）休風(fēng)率。休風(fēng)率是指高爐年休風(fēng)時間占高爐年工作日的百分數(shù)。（8）高爐一代壽命。是指從點火開爐到停爐大修之間的冶煉時間，目前大型高爐一代壽命為15～20年。

（９）爐缸面積利用系數(shù)。指單位爐缸面積一晝夜的產(chǎn)量。2021/12/283現(xiàn)代高爐煉鐵工藝企業(yè)名稱

利用系數(shù)

3(T/M·D)

焦比(kg/T)煤比(kg/T)風(fēng)溫

(℃)

渣比(kg/T)日本鋼管公司福山廠2.500386891050329日本新日鐵公司大分廠(1號爐)2.2713521211208305日本新日鐵公司大分廠(2號爐)2.2603471271210306日本神戶制鋼加古川廠