高爐煉鐵概述

課程簡介

冶金是一種歷史悠久的工藝，我國出土的兩三千年前的冶金產(chǎn)品如青銅器具、兵器等，其工藝水平令現(xiàn)代的冶金學(xué)家也贊嘆不已；但一直到19世紀末冶金還僅僅是一種技藝，沒有理論的指導(dǎo),任何微小的進步都要靠人們長期的摸索。20世紀初期人們將物理化學(xué)理論用于分析和研究冶金過程，揭示冶金過程的內(nèi)在本質(zhì)和規(guī)律性，形成了新的學(xué)科分支—冶金過程原理，才使冶金由技藝開展成為科學(xué)。在冶金過程原理的指導(dǎo)下，冶金技術(shù)得到迅速的開展，同時在國民經(jīng)濟中形成為一個舉足輕重的產(chǎn)業(yè)部門。1.1鋼鐵工業(yè)概況國民經(jīng)濟中鋼鐵工業(yè)的地位評價一個國家的工業(yè)興旺程度

工業(yè)化水平

國民生活水準工業(yè)生產(chǎn)所占比重

工業(yè)化水平的標志

需要大量機械設(shè)備工業(yè)機械化、自動化程度

需要大量基礎(chǔ)材料

勞動生產(chǎn)率↑交通工具市政設(shè)施民用住宅生活用品

鋼鐵產(chǎn)品價格低廉有較高的強度和韌性易于加工制造所需原料資源豐富冶煉工藝成熟、效率高人均鋼材消耗量反映了一個國家的經(jīng)濟興旺程度日本人均鋼材消耗量名列世界第一，為800Kg/人.年我國的人均鋼材消耗量為80Kg/人.年開展鋼鐵工業(yè)的根底穩(wěn)定可靠的原料來源〔礦石、煤、熔劑、耐火材料等〕穩(wěn)定的動力資源〔水、電等〕龐大的運輸設(shè)施〔鐵路、水運等〕雄厚的資金保證〔投資大、建設(shè)周期長、回收效率慢〕

鋼鐵工業(yè)的開展，標志著這些條件的完善,反映國民經(jīng)濟的興旺程度。鋼鐵工業(yè)的開展概況二次世界大戰(zhàn)后的四十多年中，鋼鐵工業(yè)獲得重大開展鋼產(chǎn)量：50年代初的2億噸→90年代的7.4億噸我國古代占領(lǐng)先地位〔公元前六世紀已廣泛使用鐵器〕；近代落后于歐洲國家；從1890年〔漢陽鐵廠投產(chǎn)〕→1949年約半個世紀內(nèi)累計的鋼產(chǎn)量不到200萬噸；新中國成立后，特別是改革開放以來，鋼鐵生產(chǎn)有了重大開展：1949年1960年1976年1980年15.8萬噸1840萬噸2045萬噸3703萬噸1986年1988年1995年1996年5190萬噸5900萬噸9300萬噸突破1億噸名列世界第二名列世界第一世界大型鋼鐵企業(yè)：新日鐵〔2500萬噸〕蒲項鋼鐵公司〔2200萬噸〕法國鋼鐵公司〔1500萬噸〕英國鋼鐵公司〔1200萬噸〕日本鋼管公司〔1100萬噸〕寶山鋼鐵公司〔2300萬噸〕鋼鐵生產(chǎn)工藝流程

鋼鐵冶金的任務(wù)把鐵礦石冶煉成合格的鋼鐵礦石→去脈石、雜質(zhì)和氧→鐵鐵→精煉〔脫C、Si、P等〕→鋼復(fù)原熔化過程氧化精煉過程〔煉鐵〕〔煉鋼〕鋼鐵企業(yè)中的煉鐵和煉鋼

三種鋼鐵工藝流程的概念圖高爐煉鐵工藝直接還原煉鐵工藝熔融還原煉鐵工藝礦石焦煤燒結(jié)礦球團礦焦炭

高爐液態(tài)生鐵礦石非焦煤天然氣粉礦或球團礦還原氣

直接還原爐固態(tài)海綿鐵礦石非焦煤預(yù)還原爐熔融還原爐液態(tài)生鐵轉(zhuǎn)爐煉鋼電爐煉鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼鋼鐵產(chǎn)品

項目生鐵鋼含碳量高(2.5－4.5%)低(0.03－1.2%)雜質(zhì)(Si、Mn、P、S)多少硬度高低脆性大小韌性小大加工性只能鑄造鑄造、鍛造均可焊接性差好1現(xiàn)代高爐煉鐵工藝

1現(xiàn)代高爐煉鐵工藝

高爐煉鐵的本質(zhì)是鐵的復(fù)原過程，即使用焦碳做燃料和復(fù)原劑，在高溫下將鐵礦石或含鐵原料中的鐵從氧化物或礦物狀態(tài)復(fù)原為液態(tài)生鐵。爐喉爐身爐腰爐腹爐缸死鐵層原燃料從爐頂加入高爐煤氣排出塊狀帶軟熔帶滴落帶死料柱鐵水爐渣風口帶C+O2=CO2CO2+C=2CO3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2高爐結(jié)構(gòu)圖塊狀區(qū)：爐料保持裝料時的分層狀態(tài)，沒有液體。在該區(qū)發(fā)生水分蒸發(fā)、碳酸鹽分解、鐵礦石被CO復(fù)原等氣固反響，有固態(tài)鐵(海綿鐵)生成軟熔區(qū)：由軟化和局部熔化的脈石、熔劑、鐵等半融狀態(tài)的物料與焦炭夾層組成，礦石從開始到完全熔化，主要發(fā)生FeO的直接復(fù)原反響和碳的氣化反響。倒V形的軟熔帶起著支撐爐料的作用。其焦炭層促使復(fù)原煤氣沿爐子徑向分布。 滴落區(qū)：為液態(tài)渣、鐵的滴落帶，該區(qū)只有焦炭仍是固體，且呈疏松狀態(tài)堆積，向下面的盤旋區(qū)供給焦炭。在這里主要發(fā)生非鐵元素(錳、硅、磷等)的復(fù)原，鐵的滲碳與脫硫，以及碳的氣化反響。焦炭盤旋區(qū)：熱風通過配置在爐缸上部爐壁周圍的15~40個風口進入高爐，熱風壓力為200~400kPa，風速200~300m/s，因而在每個風口前形成一個煤氣與焦炭快速循環(huán)運動的袋形盤旋區(qū)。盤旋區(qū)往爐內(nèi)延伸0.5~2m，周圍被焦塊所包圍，焦炭盤旋區(qū)是高爐內(nèi)唯一存在的氧化性區(qū)域，也是爐內(nèi)熱量和氣體復(fù)原劑的主要產(chǎn)生地。爐缸區(qū)：鐵水和爐渣從靜止的焦炭縫隙中滲出，形成渣鐵分層的熔池，并完成最后的復(fù)原反響。鐵中的碳到達飽和，錳、鐵、磷等元素局部復(fù)原并熔入生鐵。特點①在逆流〔爐料下降及煤氣上升〕過程中，完成復(fù)雜的物理化學(xué)反響；②在投入〔裝料〕及產(chǎn)出〔鐵、渣、煤氣〕之外，無法直接觀察爐內(nèi)反響過程；③維持高爐順行〔保證煤氣流合理分布及爐料均勻下降〕是冶煉過程的關(guān)鍵。1.1高爐冶煉的特點及主要過程過程①復(fù)原過程實現(xiàn)礦石中金屬元素〔主要是Fe〕和氧元素的化學(xué)別離；②造渣過程實現(xiàn)已復(fù)原的金屬與脈石的熔融態(tài)機械別離；③傳熱及渣鐵反響過程實現(xiàn)成分及溫度均合格的液態(tài)鐵水。1.1高爐冶煉的特點及主要過程1.1高爐原料鐵礦石

其它含鐵代用品天然塊礦人造富礦燒結(jié)礦球團礦堿性熔劑―石灰,石灰石,白云石酸性熔劑―硅石特殊熔劑―螢石殘鐵高、轉(zhuǎn)爐爐塵軋鋼鐵皮

硫酸渣

高爐原料熔劑高爐對含鐵原料的要求

我國現(xiàn)代高爐的追求高產(chǎn)率低能耗低成本

高爐的要求高爐對含鐵原料的要求

含鐵品位高冷態(tài)強度高熟料比高粒度適宜化學(xué)成分穩(wěn)定有害元素含量要少低溫復(fù)原粉化率低復(fù)原膨脹率低復(fù)原性好軟化溫度高軟化區(qū)間窄熔融滴落溫度高,滴落區(qū)間窄高爐的要求1.2高爐燃料高爐燃料固體燃料焦爐煤氣氣體燃料煤粉焦炭高爐煤氣用于高爐本體

用于熱風爐1.3耐火材料耐火材料高爐本體用熱風爐內(nèi)不定形耐火材料

爐身上部－粘土磚

爐身中部－高鋁磚

爐身下部－碳化硅磚

爐腰、爐腹－碳化硅磚

爐缸上部－碳化硅磚

爐缸下部－外側(cè)和底部用碳磚，內(nèi)襯高鋁磚陶瓷杯

頂部及格子磚上部用硅磚；

其它部位用高鋁磚或粘土磚鐵口炮泥及爐前溝泥一般：焦粉＋粘土＋蒽油特殊：剛玉＋碳化硅＋絹云母＋焦粉＋焦油噴補泥漿Al2O3＋SiO2＋粘結(jié)劑〔磷酸鹽、皂土、水玻璃等〕1.2高爐產(chǎn)品高爐產(chǎn)品

主產(chǎn)品鐵水Si0.3～1.25%C2.5～5.0%Mn0.1～0.8%P0.08～0.4%S0.02～0.07%鐵水溫度1400～1500℃少量鐵合金高碳錳鐵高碳硅鐵稀土硅鐵高碳硅錳合金等副產(chǎn)品爐渣300～600Kg/tCaO35～44％SiO232～42％Al2O36～14％MgO4～13％渣溫1400-1600熱含量1680～1900KJ/Kg副產(chǎn)品煤氣1600～3500M3/tCO21～26%H21.0～2.0％CH40.2～0.8％CO214～21％N255～57％Q低3200～3800KJ/M31.3高爐主要技術(shù)經(jīng)濟指標1、有效容積利用系數(shù)ημ定義：每M3高爐有效容積每晝夜生產(chǎn)的合格鐵量〔T/M3.d〕。我國ημ＝1.6～2.4T/M3.d；日本ημ＝1.8～2.8T/M3.d2、焦比定義：冶煉每噸生鐵所消耗的焦炭的千克數(shù)〔Kg/T〕。我國焦比為250～650Kg/T3、煤比定義：冶煉每噸生鐵所消耗的煤粉的千克數(shù)〔Kg/T〕。我國煤比為50～220Kg/T4、燃料比〔焦比＋煤比〕定義：冶煉每噸生鐵所消耗的燃料的總和〔Kg/T〕。我國燃料比為450～700〔Kg/T〕5、綜合焦比〔焦比＋煤比×煤焦置換比〕6、煤焦置換比定義：噴吹1Kg煤粉所能替代的焦炭的Kg數(shù)。一般為0.8左右高爐主要技術(shù)經(jīng)濟指標7、焦炭冶煉強度定義：每M3高爐有效容積每晝夜燃燒的焦炭噸數(shù)〔t/M3.d〕。一般為0.8～1.0t/M3.d8、綜合冶煉強度定義：每M3高爐有效容積每晝夜燃燒的綜合焦炭的噸數(shù)〔t/M3.d〕。一般為0.9～1.15t/M3.d利用系數(shù)、焦比及冶煉強度三者關(guān)系純焦冶煉時：利用系數(shù)＝焦炭冶煉強度/焦比噴吹燃料時：利用系數(shù)＝綜合冶煉強度/綜合焦比高爐主要技術(shù)經(jīng)濟指標9、燃燒強度定義：每M3爐缸截面積每晝夜燃燒的焦炭的噸數(shù)〔t/M3.d〕。10、工序能耗Ci＝〔燃料消耗＋動力消耗－回收二次能源〕/產(chǎn)品產(chǎn)量〔噸標準煤/T〕1Kg標準煤的發(fā)熱量為7000千卡〔29310KJ〕煉鐵工序能耗在510Kg標準煤/噸鐵，占噸鋼總能耗50％。高爐主要技術(shù)經(jīng)濟指標11、焦炭負荷

定義：每批爐料中鐵、錳礦石的總重量與焦碳重量之比，

用于評估燃料利用水平，調(diào)節(jié)配料的重要參數(shù)。12、生鐵合格率

定義：合格生鐵量占高爐總產(chǎn)量的百分數(shù)。1