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1、第三章第三章 高炉炼铁工艺高炉炼铁工艺3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 高炉冶炼原理高炉冶炼原理3.3 3.3 高炉本体及附属系统高炉本体及附属系统3.4 3.4 高炉操作高炉操作炼铁高炉炼铁非高炉炼铁渣铁处理系统煤气除尘系统喷吹系统矿石 焦炭煤空气炉渣 铁水炉尘净煤气高炉及其附属系统供料系统送风系统 3.1 概述概述鱼雷罐车鱼雷罐车lumpore主主输送输送帶帶鼓风机鼓风机热风炉热风炉除除尘尘器器洗涤器洗涤器烟囱烟囱配料配料间间炉顶回收电炉顶回收电BFG储槽储槽冷空气冷空气热风热风废气废气鼓鼓风风嘴嘴出出铁铁口口无钟无钟罩式罩式炉顶炉顶高高炉炉sintercokeflux高炉工艺流程3
2、.1.1 3.1.1 高炉冶炼过程及其特点高炉冶炼过程及其特点 高炉炼铁的本质是铁的还原过程,即焦炭做燃料和还原剂,在高温下将铁矿石或含铁原料的铁,从化合物状态(如Fe2O3、Fe3O4等)还原为液态生铁。 冶炼过程中,炉料(矿石、熔剂、焦炭)按照确定的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉内。从下部风口鼓入的高温热风与焦炭发生反应,产生的高温还原性煤气上升,并使炉料加热、还原、熔化、造渣,产生一系列的物理化学变化,最后生成液态渣、铁聚集于炉缸,周期地从高炉排出。上升过程中,煤气流温度不断降低,成分逐渐变化,最后形成高炉煤气从炉顶排出。 高炉冶炼特点高炉冶炼特点 1) 1)高炉冶炼是在炉料与煤气流
3、逆向运动过程中完成各种错高炉冶炼是在炉料与煤气流逆向运动过程中完成各种错综复杂的化学反应和物理变化的,炉内主要是综复杂的化学反应和物理变化的,炉内主要是还原性气氛还原性气氛。 2)2)高炉是密闭的容器,除装料、出铁、出渣及煤气外,操高炉是密闭的容器,除装料、出铁、出渣及煤气外,操作人员无法直接观察到反应过程的状况。只能凭借仪器仪表间作人员无法直接观察到反应过程的状况。只能凭借仪器仪表间接观察炉内状况。接观察炉内状况。(黑箱操作)(黑箱操作) 3)3)高炉是高炉是连续的连续的、大规模的高温生产过程,机械化和自动、大规模的高温生产过程,机械化和自动化水平较高。化水平较高。3.1.2 3.1.2 高
4、炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品 高炉冶炼的主要原料是铁矿石、燃料、熔剂、热风 高炉冶炼的主要产品是生铁、高炉渣和高炉煤气。 1 1)生铁生铁 生铁可分为炼钢生铁、铸造生铁。 炼钢生铁供转炉、电炉炼钢使用。 铸造生铁则主要用于生产耐压铸件。 生铁是Fe与C及其它一些元素的合金。 通常,生铁含Fe 94%左右,C 4%左右。 其余为Si、Mn、P、S等少量其他元素。 一般来说,生铁和钢的化学成分主要差别是含碳量含碳量。钢中含碳量最高不超过2.11%2.11%。 高炉生铁含碳量在2.54.5%范围。 铸铁中不超过5.0% 当铸铁中C5.0%时,铸铁甚脆,没有实用价值。 含碳量在1.62.5%
5、之间的钢铁材料,由于缺乏实用性,一般不进行工业生产。 炼钢生铁作为转炉炼钢的原料,约占生铁产量的8090%。 铸造生铁,又称为翻砂铁或灰口铁,用于铸件生产。 其主要特点是含硅较高,在1.254.25%之间。硅在生铁中能促进石墨化,即使化合碳游离成石墨碳,增强铸件的韧性和耐冲击性并易于切削加工。铸造生铁约占生铁产量的10%左右。 高炉还可生产特殊生铁,如锰铁、硅铁、镜铁。 镜铁(含1025%Mn)、硅镜铁(含913%Si,1824%Mn)等,主要用作炼钢脱氧剂和合金化剂。(不划算,一般不生产) 2)2)高炉渣高炉渣 高炉渣主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3等。 由于冶炼矿石品位、焦比
6、及焦炭灰分的不同,我国大中型高炉的单位生铁渣量在0.30.5t之间,其工业用途广泛。 如在炉前急冷粒化成水渣,作成水泥和建筑原材料,酸性渣还可在炉前用蒸汽吹成渣棉,作绝热材料。 冶炼多元素共生的复合矿时,炉渣中常富集有多种元素(如稀土、钛等)。这类炉渣可进一步利用。 3 3)高炉煤气高炉煤气 高炉煤气含有约20%25%的CO,13%的H2,少量的CH4等。 冶炼每吨生铁可产生16003000m3的高炉煤气,从高炉排出的煤气中含有大量的炉料粉尘,经过除尘处理可使含尘量降到1020mg/m3。除尘处理后的高炉煤气发热值约为33503770kJ/m3,是良好的气体燃料。但高炉冶炼产生的煤气量、成分及
7、发热值与高炉操作参数及产品种类有关。 高炉煤气是钢铁联合企业的重要二次能源,主要用作热风炉燃料,还可供动力、炼焦、烧结、炼钢、轧钢等部门使用。注意:民用煤气并不是高炉煤气,而是焦炉煤气!3.1.3 3.1.3 高炉生产主要技术经济指标高炉生产主要技术经济指标 高炉生产的技术水平和经济效果可用如下技术经济指标来衡量: 有效容积利用系数() 是指每立方米高炉有效容积、每昼夜生产的合格生铁量。式中:P生铁日产量;V高炉有效容积,m3 焦比(K) 是生产1吨生铁所消耗的干焦炭质量。显然,焦比愈低愈好。 式中:Q每日消耗焦炭量,kg/d。 在喷吹燃料时,高炉的的能耗情况用燃料比(燃料比(K K燃燃)表示
8、,即每吨生铁耗用各种入炉燃料之总和。 K燃(焦炭+煤粉+重油+)kg/t 喷吹燃料按对置换比折算为相应的干焦(K)(高炉生产每吨铁水所消耗的焦炭、煤粉、重油等燃料燃料所折合成的焦炭数量,煤粉按0.8系数折算,重油按1.2折算,单位为kg/t)与实际耗用的焦炭量(焦比K)之和称为综合焦比(综合焦比(K K综)综)。K综(K + K)kg/t 冶炼强度(I) 每m3高炉有效容积每天消耗焦炭的重量。 利用系数、焦比和冶炼强度三者之间的关系为: 生铁合格率生铁合格率 合格生铁量占高炉总产量的百分数。此外,优质生铁占生铁总量的百分数称为优质率。合格率和优质率都是生铁质量指标。对生铁质量的考查主要看其化学
9、成分(如S和Si)是否符合国家标准。 休风率休风率 高炉休风时间占规定作业时间的百分数。 生铁成本生铁成本 生产1吨生铁所需的费用。一代高炉寿命(炉龄)一代高炉寿命(炉龄) 从高炉点火开炉到停炉大修之间的时间,或高炉相邻两次大修之间的冶炼时间叫做高炉一代寿命。3.23.2高炉冶炼原理高炉冶炼原理3.2.1 3.2.1 高炉内各区域进行的主要反应高炉内各区域进行的主要反应 为了弄清高炉内各部分的反应及变化规律,人们曾多次对正为了弄清高炉内各部分的反应及变化规律,人们曾多次对正在运行中的高炉突然停炉,并用水或氮气进行急冷,使炉内在运行中的高炉突然停炉,并用水或氮气进行急冷,使炉内物料保持生产时的原
10、状,然后对其解剖分析,以揭示高炉内物料保持生产时的原状,然后对其解剖分析,以揭示高炉内部的奥秘。大量解剖研究表明,炉料下降过程分布是呈部的奥秘。大量解剖研究表明,炉料下降过程分布是呈层状层状的,直至下部熔化区域,但炉料中焦炭在燃烧前始终处于固的,直至下部熔化区域,但炉料中焦炭在燃烧前始终处于固体状态而不软化不熔化。一般,高炉内炉料分布可分为体状态而不软化不熔化。一般,高炉内炉料分布可分为块状块状带带、软熔带软熔带、滴落带滴落带、焦炭回旋带焦炭回旋带和和炉缸带炉缸带五带。五带。高炉冶炼过程中炉内炉料下降过程状态的变化高炉冶炼过程中炉内炉料下降过程状态的变化高炉内各区域主要反应及特征高炉内各区域主
11、要反应及特征3.2.23.2.2燃烧反应燃烧反应高炉内然料燃烧的意义高炉内然料燃烧的意义高炉冶炼的燃料主要是高炉冶炼的燃料主要是焦炭焦炭,焦炭所含的碳素。除少数消耗,焦炭所含的碳素。除少数消耗于直接还原和溶入生铁外,绝大部分下降至风口与热风中的于直接还原和溶入生铁外,绝大部分下降至风口与热风中的氧进行燃烧反应。从风口氧进行燃烧反应。从风口喷吹的燃料喷吹的燃料也在风口前燃烧。燃也在风口前燃烧。燃料燃烧放出大量的热,并产生高温还原性气体料燃烧放出大量的热,并产生高温还原性气体(CO,H2),保,保证了炉料的加热、分解、还原、熔化、造渣等炉缸内渣铁反证了炉料的加热、分解、还原、熔化、造渣等炉缸内渣铁
12、反应的进行。应的进行。 高炉冶炼的主要燃料焦炭中的碳除小部分在下降过程中参加直接还原和高炉冶炼的主要燃料焦炭中的碳除小部分在下降过程中参加直接还原和渗人生铁外,约渗人生铁外,约70%70%进行燃烧反应。此外还有从风口喷入的燃料进行燃烧反应。此外还有从风口喷入的燃料( (重油、重油、天然气、煤粉天然气、煤粉) )中的碳等均在风口前发生燃烧反应。中的碳等均在风口前发生燃烧反应。 完全燃烧:完全燃烧: 不完全然烧:不完全然烧: 高炉内燃烧反应在焦炭过剩条件下进行,即使在氧充足处产生的高炉内燃烧反应在焦炭过剩条件下进行,即使在氧充足处产生的COCO2 2也也会与固体碳进行气化反应,如下式:会与固体碳进
13、行气化反应,如下式: 热风带入的氮在整个过程中不参与反应、带入的水分在高温下与碳发生热风带入的氮在整个过程中不参与反应、带入的水分在高温下与碳发生反应:反应: 理论燃烧温度理论燃烧温度理论燃烧温度:理论燃烧温度:即风口前焦炭燃烧所能达到的最高平均温度,也即炉缸煤气尚未与即风口前焦炭燃烧所能达到的最高平均温度,也即炉缸煤气尚未与炉料参与热交换前的原始温度。炉料参与热交换前的原始温度。T T理理= =(Q QC C+Q+Q物物+Q+Q风风-Q-Q水解水解-Q-Q喷吹喷吹)/(V/(V煤气煤气* *C C煤气煤气)理论燃烧温度是理论燃烧温度是判断炉缸热状态的重要参数。判断炉缸热状态的重要参数。通常可
14、以通过以下措施提高理论燃烧温度可采取主要措施包括:通常可以通过以下措施提高理论燃烧温度可采取主要措施包括: (1)(1)提高鼓风温度;提高鼓风温度; (2)(2)提高鼓风中氧气含量;提高鼓风中氧气含量; (3)(3)降低鼓风湿度;降低鼓风湿度; (4)(4)减少喷吹量;减少喷吹量; (5)(5)减少炉缸煤气体积。减少炉缸煤气体积。回旋区和燃烧带回旋区和燃烧带随着高炉冶炼强度的提高风速随着高炉冶炼强度的提高风速增大增大(I00(I00200 m/s) 200 m/s) 焦炭在风口焦炭在风口前随气流一起运动,形成一个非前随气流一起运动,形成一个非静止的、疏散的、近似球形的自静止的、疏散的、近似球形
15、的自由空间,即为由空间,即为风口回旋区风口回旋区。 影响燃烧带大小的因素主要有: 鼓风动能 表示鼓风的穿透能力。鼓风动能越大,燃烧带越大。 燃烧反应速度 燃烧反应速度提高,燃烧带缩小。一般情况下,风温提高。燃烧反应速度加快,燃烧反应时间减少,燃烧带长度减小;鼓风中氧增加,燃烧反应速度加快,燃烧反应时间减少,燃烧带长度减小。 炉缸料柱压力 炉缸内料柱疏松,燃烧带延长;反之,燃烧带缩小。 焦炭性质焦炭粒度、气孔度、反应性等对燃烧带大小也有一定的影响。3.2.3 3.2.3 炉料的蒸发、挥发和分解炉料的蒸发、挥发和分解 入炉的炉料首先受到上升煤气流的加热作用,进行水分的蒸发、结晶水的分解、挥发物的挥
16、发和碳酸盐的分解。l 水分的蒸发和结晶水的分解 炉料中水分存在形式以吸附水和结晶水两种形式。 吸附水加热到105时迅速干燥和蒸发。蒸发耗热不多,仅使炉顶温度降低,对高炉冶炼过程不产生明显的影响。 结晶水也称化合水,一般存在于褐铁矿(nH2OFe2O3)等化合物中。 随着温度升高到400600,结晶水在炉内大量分解。如果结晶水分解发生在炉内高温区,会发生H2O+C=CO+H2,会增大高炉内燃料消耗,对冶炼产生不利影响。挥发分的挥发挥发分的挥发 挥发物的挥发包括燃料中挥发分的挥发和高炉内其他物质的挥发。 燃料中挥发分对于煤气成分和冶炼过程影响不大,但在高炉喷吹条件下,容易引起炉缸煤气成分的明显变化
17、,对还原也有影响。应尽可能把燃料中的挥发分控制在下限水平。 除燃料中的挥发分外,高炉内其他元素挥发或循环富集,包括: (1)还原产物:S,P,As,K,Na,Zn,Pb,Mn等; (2)还原中间产物:SiO, PbO, K2O,Na2O等; (3)高炉内新生化合物:SiS,CS等。 另外炉料带入的CaF2等化合物的挥发也会对高炉炉况和炉衬产生不利影响。碳酸盐的分解碳酸盐的分解p 高炉内碳酸盐主要以高炉内碳酸盐主要以CaCOCaCO3 3 , MgCO , MgCO3 3 、FeCOFeCO3 3, MnCO, MnCO3 3等形式存在,并以等形式存在,并以熔剂中的熔剂中的CaCOCaCO3 3
18、为主为主。p 石灰石分解后,约有石灰石分解后,约有50%50%以上参与以上参与COCO2 2+C=H+C=H2 2+CO+CO反应,强吸热反应,反应,强吸热反应,此反应的发生对于高炉冶炼将产生危害。此反应的发生对于高炉冶炼将产生危害。p 石灰石分解对冶炼的影响石灰石分解对冶炼的影响 反应耗热,反应耗碳都使焦比升高,反应产物反应耗热,反应耗碳都使焦比升高,反应产物COCO2 2冲淡了还原气氛冲淡了还原气氛。p 为减少其危害通常可采用为减少其危害通常可采用熔剂性烧结矿或球团矿,不加或少加石灰石,熔剂性烧结矿或球团矿,不加或少加石灰石,缩小矿石粒度缩小矿石粒度等措施来降低焦比。等措施来降低焦比。3.
19、2.4 3.2.4 氧化物还原热力学氧化物还原热力学 铁氧化物及其特性(2)还原的顺序性FeOFeFeFe3O4Fe2O33还原中的赤铁矿球还原中的赤铁矿球(3)还原反应的分类间接还原反应间接还原反应定义:定义:以CO或H2为还原剂,产物为CO2或H2O(水蒸气)的反应。直接还原反应直接还原反应定义:定义:高炉内消耗固体还原剂C的还原反应,产物为CO气体。平衡常数平衡气相中%CO和%H2也仅是温度的函数,作平衡气相中%CO-T或% H2-T关系图,得“叉子曲线叉子曲线” 。CO还原铁矿石气相平衡组成图570 由图可看出,曲线a、c、d向上斜,为放热反应;曲线b向下斜,为吸热反应,三个放热反应一
20、个吸热反应。b 、 d 、 c三条曲线交于570,在此Fe 、 FeO 和Fe3O4三相平衡共存。曲线把图像分为四个区域,分别表示Fe 、 FeO 、 Fe3O4和 Fe2O3稳定存在区域。T570时还原顺序为:Fe2O3Fe3O4 Fe 温度大于570时还原顺序为: Fe2O3Fe3O4 FeO Fe 570 由图可看出,曲线4向上斜,为放热反应;曲线1,2,3向下斜,为吸热反应,三个吸热反应一个放热反应。1、 2 、 3三条曲线交于570,在此Fe 、 FeO 和Fe3O4三相平衡共存。曲线把图像分为四个区域,分别表示Fe 、 FeO 、 Fe3O4和 Fe2O3稳定存在区域。T570时还
21、原顺序为:Fe2O3Fe3O4 Fe 温度大于570时还原顺序为: Fe2O3Fe3O4 FeO Fe CO还原铁矿石气相平衡组成图 与CO还原一样,均属间接还原。反应前后气相体积没有变化,即反应不受压力影响。 除Fe2O3,的还原外,Fe3O4、FeO的还原均为可逆反应。为了铁的氧化物还原彻底,都需要过量的还原剂。 CO还原是三个放热反应一个吸热反应; H2的还原是三个吸热反应一个放热反应。 从热力学因素看810 以上时H2的还原能力高于CO还原能力, 810 以下时,则相反。 从反应的动力学看, H2与其反应产物H2O的分子半径均比CO与其反应产物CO2的分子半径小,因而扩散能力强。以此说
22、明不论在低温或高温下,H2还原反应速度都比CO还原反应速度快。(5)消耗H2与CO的间接还原比较(6)用固体碳的还原反应直接还原 矿石在软化和熔化之前与焦炭的接触面积很小,反应的速度则很慢。所以直接还原反应受到限制。在高温区进行的直接还原实际上是通过下述两个步骤进行:CO2+C=CO 这个反应成为碳的气化反应,是一个强的吸热反应。1000 以上才剧烈进行,因此,只有在高于1000 以上才能发生消耗固体碳的直接还原。直接还原反应机理固体C直接还原铁氧化物的平衡状态图解(7)直接还原与间接还原的比较铁氧化物的间接还原铁氧化物的间接还原铁氧化物的直接还原(8)高炉内直接还原与间接还原的分区(9)高炉
23、内直接还原和间接还原的适宜比例理想的高炉行程应该是:直接还原产生的CO和用于提供热量消耗产生的CO刚好满足间接还原和高炉对总的热量的需求。实际高炉中的直接还原度rd=0.4-0.6理论上直接还原度Rd=0.2-0.3焦比最低,因此现场仍然需要降低直接还原比例!高炉内100%被还原的元素有: Cu、P、Ni (与Fe形成合金) Pb(比重大,沉积于炉底) Zn(挥发,参与循环)高炉内部分被还原的元素有: Mn 50%85% Si 5%10% v 75%85% Ti 2%5%高炉内不能被还原的元素有:Mg、 Ca、 Al(1010)高炉内非铁元素的还原)高炉内非铁元素的还原1) 1) 锰的还原锰的
24、还原 锰一般由锰矿带入,有的由矿石带入,锰氧化物还原与铁类似,由高价锰一般由锰矿带入,有的由矿石带入,锰氧化物还原与铁类似,由高价向低价逐级还原。向低价逐级还原。MnOMnO2 2MnMn2 2OO3 3 MnMn3 3OO4 4 MnO MnMnO Mn气体还原剂气体还原剂COCO和和H H2 2把把MnOMnO2 2还原为低价还原为低价MnMn比较容易,但只能由直接还原比较容易,但只能由直接还原方式还原为方式还原为MnMn,其开始还原温度在,其开始还原温度在1000200010002000之间,其反应如下:之间,其反应如下:冶炼普通生铁时冶炼普通生铁时MnMn有有40%60%40%60%进
25、入生铁,进入生铁,5%10%5%10%挥发进入挥发进入煤气,其余进入炉渣。煤气,其余进入炉渣。2) 2) 硅的还原硅的还原 高炉中硅主要来源于矿石中脉石和焦炭灰分中的高炉中硅主要来源于矿石中脉石和焦炭灰分中的SiOSiO2 2 或硅酸盐或硅酸盐, ,为稳为稳定化合物,比定化合物,比FeFe,MnMn难还原。难还原。Si Si只能在下部高温区只能在下部高温区( (13001300) )以直以直接还原方式进行。接还原方式进行。 当当T T15001500时,时, 当当T T 15001500时,时, Si Si的的还原是强吸热反应,一般还原出1kgSi需热量约相当于从Fe0中还原出1kgFe所需热
26、量的8倍。所以生铁中含Si量愈高,炉温也升高,生产中常以生铁含Si量衡量炉温变化,称为化学温度。在冶炼普通炼钢生铁是只有510%被还原进入生铁。我国的Si含量约在0.40.8%。 3) 3) 磷的还原磷的还原 炉料中的磷主要以炉料中的磷主要以磷酸钙磷酸钙 3CaO3CaO P P2 2OO5 5 ( (又称磷石灰又称磷石灰) )形态存在,有时也以形态存在,有时也以磷磷酸铁(酸铁(3FeO P2O5 8H2O3FeO P2O5 8H2O) ( (又称蓝铁矿又称蓝铁矿) )形态存在。形态存在。 2(3FeO P2O5 8H2O)+16 CO = 3Fe2P + P +16 CO2 +16H2O T
27、 9501000 2(3FeO P2O5 8H2O)+16 C = 3Fe2P + P +16 CO+16H2O T 9501000 3CaO P2O5 + 5 C = 3CaO + 2P +5CO T开始开始 = 10001100 蓝铁矿铁矿脱水后较容易还原,磷酸钙是一种很稳定的化合物,在高炉内能与渣中SiO2作用,使P2O5游离出来。由于P2O5易挥发,与焦炭有良好的接触条件,有利于被C还原,还原出来的P溶入铁中生成Fe3P 和Fe3P。P P在高炉内几乎可以在高炉内几乎可以100%100%被还原进入生铁因此降低生铁中含磷量的唯被还原进入生铁因此降低生铁中含磷量的唯一途径是控制炉料中的含磷
28、量。一途径是控制炉料中的含磷量。 4) 4) 铅、锌、砷的还原我国的一些铁矿石中含有铅、锌、砷等元素,这些元铅、锌、砷的还原我国的一些铁矿石中含有铅、锌、砷等元素,这些元素在高炉冶炼条件下易还原。还原出来的这些元素会对生铁质量和高炉素在高炉冶炼条件下易还原。还原出来的这些元素会对生铁质量和高炉本身产生一定的影响。本身产生一定的影响。对于铁氧化物反应,动力学是说明反应是通过什么步骤进行对于铁氧化物反应,动力学是说明反应是通过什么步骤进行( (反应机理反应机理) ),以及反应速度和反应达到平衡所需时间的科学。,以及反应速度和反应达到平衡所需时间的科学。目前为止能比较全面解释铁氧化物整个还原过程的理
29、论是未反目前为止能比较全面解释铁氧化物整个还原过程的理论是未反应核模型理论。这种理论认为铁氧化物从高价到低价逐级还应核模型理论。这种理论认为铁氧化物从高价到低价逐级还原,随着反应的进行,未反应核心逐渐缩小,直到完全消失,原,随着反应的进行,未反应核心逐渐缩小,直到完全消失,整个反应过程按以下顺序进行整个反应过程按以下顺序进行: :(1) (1) 还原气体外扩散还原气体外扩散; ;(2) (2) 还原气体内扩散还原气体内扩散; ;(3) (3) 还原气体被界面吸附还原气体被界面吸附; ;(4) (4) 界面化学反应界面化学反应; ;(5) (5) 氧化气体的脱附氧化气体的脱附; ;(6) (6)
30、 氧化气体内扩散氧化气体内扩散; ;(7) (7) 氧化气体外扩散。氧化气体外扩散。 3.2.5 3.2.5 还原反应动力学还原反应动力学矿球反应过程模型矿球反应过程模型反应的还原推动力反应的还原推动力 3.2.6 3.2.6 生铁的形成和渗碳过程生铁的形成和渗碳过程在高炉上部己有部分铁矿石逐渐还原成金属铁。随着温度的不在高炉上部己有部分铁矿石逐渐还原成金属铁。随着温度的不断升高逐渐有更多的铁被还原出来,刚还原出来的铁呈多孔海断升高逐渐有更多的铁被还原出来,刚还原出来的铁呈多孔海绵状,称为绵状,称为海绵铁海绵铁,早期出现的海绵铁成分较纯,几乎不含,早期出现的海绵铁成分较纯,几乎不含碳。碳。而高
31、炉内生铁形成的主要特点是经过渗碳过程。炉内渗碳大致而高炉内生铁形成的主要特点是经过渗碳过程。炉内渗碳大致可分三个阶段:可分三个阶段:第一阶段:第一阶段:海绵铁的渗碳。海绵铁的渗碳。当温度当温度到到727727,一般在高炉炉身中上部时,固体海绵铁,一般在高炉炉身中上部时,固体海绵铁开始发生如下的渗碳过程:开始发生如下的渗碳过程:( (渗碳量占全部渗碳量的渗碳量占全部渗碳量的1.5%1.5%左左右。右。) )第二阶段第二阶段:液态铁的渗碳。:液态铁的渗碳。 经初步渗碳的金属铁在经初步渗碳的金属铁在14001400左右时与炽热的焦炭继续进左右时与炽热的焦炭继续进行固相渗碳,开始熔化为铁水,穿过焦炭滴
32、入炉缸。熔化后行固相渗碳,开始熔化为铁水,穿过焦炭滴入炉缸。熔化后的铁水与焦炭直接接触的渗碳反应:的铁水与焦炭直接接触的渗碳反应:( (到达炉腹处,生铁的到达炉腹处,生铁的最终含碳已达最终含碳已达4%4%左右左右) )。第三阶段第三阶段:炉缸内的渗碳过程。:炉缸内的渗碳过程。 炉缸部分只进行少量的渗碳,一般只有炉缸部分只进行少量的渗碳,一般只有0.1%0.5%0.1%0.5%。 经过以上阶段铁水在向炉缸滴落的过程中,除了渗碳反应外,经过以上阶段铁水在向炉缸滴落的过程中,除了渗碳反应外, 还有硅、锰、磷进入生铁,脱除硫等有害杂质。形成最终成还有硅、锰、磷进入生铁,脱除硫等有害杂质。形成最终成分的
33、生铁。分的生铁。炉渣对高炉的炉况和生铁的质量有着决定性的影响。要想炼好铁,必须造好渣 炉渣的形成炉渣的形成要经历由初渣中间渣终渣过程,简述如下: 初成渣的生成包括固相反应、软化、熔融、滴落几个阶段。软熔带中形成液态初渣。初渣中(FeO) , ( MnO)含量较高。 中间渣的变化处于滴落过程中成分、温度不断变化的炉渣。处于软熔带以下、风口平面以上部位。中间渣中(FeO) , ( MnO)含量逐渐减小,( CaO), ( MgO)含量逐渐增大,炉渣黏度增大。 3.2.7 3.2.7 高炉炉渣的形成及作用高炉炉渣的形成及作用 炉渣的成分炉渣的成分 冶炼冶炼1t 1t生铁大致产生生铁大致产生40010
34、00kg4001000kg炉渣,国外先进水平炉渣,国外先进水平巳达巳达300kg300kg左右。炉渣的主要来源是铁矿石中的脉石以左右。炉渣的主要来源是铁矿石中的脉石以及燃料燃烧后剩余的灰分。用焦炭冶炼,高炉炉渣成分及燃料燃烧后剩余的灰分。用焦炭冶炼,高炉炉渣成分大致范围如下大致范围如下: : 终渣由中间渣转化而得,通过风口平面聚集在炉缸,是成终渣由中间渣转化而得,通过风口平面聚集在炉缸,是成分、性质较稳定的炉渣。终渣中分、性质较稳定的炉渣。终渣中(Al2O3),(SiO2)(Al2O3),(SiO2)增大,增大,(FeO) , ( MnO), ( CaO), ( MgO)(FeO) , ( M
35、nO), ( CaO), ( MgO)含量减小,含量减小,( CaS)( CaS)含量增大,含量增大,碱度减小。碱度减小。 (4) (4) 高炉渣的作用和要求高炉渣的作用和要求 高炉冶炼过程,除在化学反应上实现高炉冶炼过程,除在化学反应上实现Fe-OFe-O分离外,还要实现金属与氧化物分离外,还要实现金属与氧化物等的机械或物理分离,而这要靠性能良好的液态炉渣,并利用渣铁密度的等的机械或物理分离,而这要靠性能良好的液态炉渣,并利用渣铁密度的不同达到渣铁分离的目的。为此。要求高炉渣应具有以下作用不同达到渣铁分离的目的。为此。要求高炉渣应具有以下作用: : 炉渣与生铁互不溶解,且密度不同,因而,使渣
36、铁得以分离,得到纯净炉渣与生铁互不溶解,且密度不同,因而,使渣铁得以分离,得到纯净的生铁。的生铁。 具有充分的脱硫能力,保证生铁合格。具有充分的脱硫能力,保证生铁合格。 调整生铁成分,保证生铁质量。炉渣成分有利于有益元素的还原,抑制调整生铁成分,保证生铁质量。炉渣成分有利于有益元素的还原,抑制有害元素的还原,即炉渣应具有选择还原性。有害元素的还原,即炉渣应具有选择还原性。 有利于炉况顺行,获得良好的冶炼技术经济指标;同时应有利于保护炉有利于炉况顺行,获得良好的冶炼技术经济指标;同时应有利于保护炉衬,延长炉衬寿命。衬,延长炉衬寿命。 3.2.8 3.2.8 炉渣去硫炉渣去硫高炉中的硫主要来源于炉
37、料中的焦炭、矿石、熔剂和喷吹燃料高炉中的硫主要来源于炉料中的焦炭、矿石、熔剂和喷吹燃料等。其中焦炭带入的硫量占等。其中焦炭带入的硫量占60%80%60%80%。冶炼每吨生铁由炉料。冶炼每吨生铁由炉料带入的总硫量称为带入的总硫量称为硫负荷硫负荷。一般硫负荷为。一般硫负荷为45kg/t45kg/t。高炉内的去硫主要是含有高炉内的去硫主要是含有FeSFeS的铁水在滴过渣层时以及在渣铁的铁水在滴过渣层时以及在渣铁相界面处进行:相界面处进行:总的总的脱硫反应脱硫反应为为 产物产物COCO气体起搅拌作用,可加速去硫反应。气体起搅拌作用,可加速去硫反应。 硫在一般结构钢中是有害元素。钢液凝固时S在技晶间偏析
38、,Fe晶界上富集,形成熔点1100 的FeS,FeS与Fe的共晶点只有988 ,热轧时在晶界上产生热裂现象,造成内部裂纹,即硫的热脆性。因此钢铁产品硫含量应尽可能降低。 我国国家标准规定:炼钢生铁含 %S 007。优质炼钢生铁含%S 003 。 脱硫的热力学条件: (1) 钢渣间脱硫反应是吸热反应温度升高有利于脱硫高 温主要增加了脱硫速度; (2) 低(FeO)有利于脱硫; (3) 高碱度度有利于脱硫; (4) 大渣量有利于脱硫;高炉强化冶炼的目的是提高产量,即提高高炉冶炼强度高炉强化冶炼的目的是提高产量,即提高高炉冶炼强度( (I I), ),提提高高炉有效容积利用系数高高炉有效容积利用系数
39、( (0 0) )和降低焦比和降低焦比(K)(K)。主要措施包括:。主要措施包括:(1) (1) 精料精料 具体概括为具体概括为:“:“高、熟、净、匀、小、稳、少、好高、熟、净、匀、小、稳、少、好”。 “高高”指入炉矿石含铁品位要高,焦炭、烧结矿和球团矿强指入炉矿石含铁品位要高,焦炭、烧结矿和球团矿强度要高,烧结矿的碱度要高。度要高,烧结矿的碱度要高。 “熟熟”指熟料,即将铁矿粉制成具有高温强度,又符合各项指熟料,即将铁矿粉制成具有高温强度,又符合各项冶金性能要求的块状料。冶金性能要求的块状料。 “净净是指入炉原料中小于是指入炉原料中小于5 mm5 mm的粉末要筛除。的粉末要筛除。 “匀匀”是
40、指高炉炼铁的炉料粒度要均匀。是指高炉炼铁的炉料粒度要均匀。 “小小”是指入炉料的粒度要小、均匀,上限所规定的范围要是指入炉料的粒度要小、均匀,上限所规定的范围要窄,并控制住炉料中的大块。窄,并控制住炉料中的大块。 3.2.8 3.2.8 高炉强化冶炼与节能高炉强化冶炼与节能 “稳稳”是指入炉料的化学成分和物理性能要稳定,是指入炉料的化学成分和物理性能要稳定,波动范围要小。波动范围要小。 “少少”是指炉料中有害杂质要少。是指炉料中有害杂质要少。 “好好”是指炉料的冶金性能要好。是指炉料的冶金性能要好。(2)(2)高压操作高压操作人为地将高炉内煤气压力提高,超过人为地将高炉内煤气压力提高,超过30kPa30kPa的称为高压的称为高压 操作。操作。通过系统中高压阀组控制阀门的开闭度来完成。高压操作可有通过系统中高压阀组控制阀门的开闭度来完成。高压操作可有效地提高冶炼强度,有利于炉况
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