鲅鱼圈高炉工艺介绍

鲅鱼圈高炉工艺介绍炼铁部2023/2/31鲅鱼圈一期高炉按照“流程紧凑化、装备大型化、操作自动化、管理信息化”的项目建设原则，结合了国内外炼铁技术发展的水平，采用国际最先进的炼铁工艺、流程和装备，节能降耗，加强环境综合治理，各项技术经济指标达到世界先进水平。工程设计有效容积4038m3高炉两座,高炉系统占地面积50万m2，是目前鞍钢容积最大、工艺最先进的大型高炉。2023/2/32二高炉冶炼行为四鲅鱼圈高炉系统组成三鲅鱼圈高炉工艺特点一高炉的演变2023/2/33一高炉的演变我国2700年前已有高炉，西汉有50m3高炉，焦比（木炭）7000～8000kg/t。辽东郡是汉代古铁场之一，汉武帝置49个铁官，辽东郡设百户所。1974年鞍山市东北的牌路沟、太平沟发现汉代铁矿遗址。2023/2/34古代炼铁生产过程2023/2/35炉身炉喉炉腰炉腹炉缸高炉炉型演变示意图2023/2/36现代高炉正向现代化、大型化转变欧美、日本与发达国家在上世纪60～70年代完成了高炉大型化，但现在仍在进行。日本1989年共有37座高炉，最小的有361m3（矢作制铁）、合同制铁大阪2#618m3等。到2003年3月日本共有28座高炉，总炉容106785m3，平均炉容3814m3，最大的是新日铁大分2#5245m3，大型化在改造中仍在进行。2023/2/37中国高炉正在完成大型化，在高炉的整个演变过程中，高风温、高风压、高强度、大型化成为主题；优质、高效、低耗、长寿、稳定是其特征，高炉生铁占世界生铁产量的95％。随之而来的是焦炉大型化和烧结机大型化。2023/2/38二高炉冶炼行为最重要的发现是高炉内存在着软熔带，从而把高炉分为两大区间、7个区域，从此，诸多理论逐步体系化。温度场分布的确定为高炉长寿打下了基础。在此基础上，布料规律的研究成果与铜冷却壁的诞生、全碳炉底等综合技术使高炉长寿化得以实现。2023/2/39矿石焦炭块状带焦炭天窗软熔带滴落带风口带渣铁贮存区焦炭疏松区死料柱炉身炉喉炉腰炉腹炉缸高炉内各区域分布示意图2023/2/3103.FeO+CO→Fe+CO2(2CO→C+CO2)1.Fe2O3+CO→2FeO+CO22.Fe3O4+CO→3FeO+CO24.FeO+CO→Fe+CO2(CO2+C→2CO)5.FeO+C→Fe+CO6.3FeO+5CO→Fe3C+4CO27.3FeO+2CO→Fe3C+CO2高炉内各种反应进行区域示意图2023/2/311高炉顺行与获取先进技术指标设备的保证无料钟焦炭是现代高炉顺行的限制性基础环节散料区的透气性风口区的燃烧状态软熔带的透气性滴落区与渣铁区的渗透性铜冷却壁陶瓷杯与全碳炉底铁料与焦炭的冷态指标不再构成威胁铁料的冶金性能不再构成威胁，焦炭起主导作用焦炭质量与风温、富氧、风速起作用焦炭起核心作用相关技术的结合2023/2/312传统理论认为焦炭在高炉工艺中的三大功能1、还原剂2、发热剂3、炉料骨架需要补充的是传统的焦炭质量评价M40、M10、冷态转鼓现代的焦炭质量评价:热态冶金性能CSR（cokestrengthafterrection）CRI（cokerectionindex）2023/2/313焦碳在上部散料区对顺行不构成威胁焦碳在软熔带处起着透气的主导作用

焦碳在滴落带与炉缸中焦碳起着过虑渣铁的渗透作用在风口区和炉芯区的焦碳粒度决定了喷煤的程度焦碳质量是现代高炉操作的限制性环节2023/2/314三鲅鱼圈高炉工艺特点1、采用多顶新技术2、现代化高炉工艺设计特点3、高炉生产工艺流程4、主要技术经济指标2023/2/3151、采用多顶新技术a)小块焦回收技术b)固定料罐串罐无料钟炉顶c)铜冷却壁及除盐水密闭循环冷却系统等高炉长寿技术d)出铁场平坦化及机械化技术e)英巴法水渣处理技术f)高风温外燃式热风炉及余热回收技术g)三电一体化自动化控制技术h)高炉炉内料面监测技术i)超滤加反渗透除盐水制备技术j)烟煤浓相喷吹技术k)高炉煤气环缝洗涤技术2023/2/3162、现代化高炉工艺设计特点矿焦槽设施检修、称量控制方便采用胶带机上料炉顶采用无料钟装置炉体采用新型铜冷却壁

出铁场平坦化

炉前自动化程度高

采用高风温外燃式热风炉炉顶上升管采用球节点车间布置紧凑一代炉龄寿命长环境保护水平高

自动化水平高2023/2/3173、高炉生产工艺流程在高炉炼铁生产中，高炉本体是工艺流程的主体，从其上部装入的铁矿石、燃料向下运动；从下部鼓入空气，燃烧燃料，产生大量的高温还原性气体向上运动；炉料经过加热、还原、熔化、造渣、渗碳、脱硫等一系列物理化学过程，最后生成液态炉渣和生铁。炼铁工艺流程除高炉本体外，还有上料系统、装料系统、送风系统、回收煤气与除尘系统、渣铁处理系统、喷吹系统以及为这些系统服务的动力系统等。2023/2/318工艺流程图2023/2/319四鲅鱼圈高炉系统组成矿焦槽系统上料系统炉顶系统炉体系统热风炉系统煤粉喷吹系统风口平台出铁场系统炉渣处理系统粗煤气系统2023/2/3201、矿焦槽系统两座高炉矿、焦槽合建，其槽上供料系统为2座高炉公用。矿、焦槽采用三排平行布置，其中矿槽为双排布置，烧结矿与球团矿各占一排，焦槽与矿槽分开，中间设6m检修通道，焦槽为单排布置。矿焦槽系统由矿、焦槽、槽下供料、中间称量室、返矿、返焦及小块焦回收部分组成。2023/2/321矿焦槽技术性能表项目槽数（个）单槽总槽贮存时间（小时）堆比重t/m3有效容积（m3）贮量（t）有效容积（m3）贮量（t）焦炭872032057602560180.45烧结矿8640105051208400161.65球团635070021004200242.0块矿23507007001400412.0石灰石1650107065010705001.65焦丁14202504202500.6杂矿236079072015802.2小计282023/2/322（1）矿槽

烧结矿采用分散筛分、分散称量的工艺方式。粒度不同的碱性烧结矿均在槽下筛分。烧结矿筛分后，粒度＞5mm的烧结矿称量后经闸门给到槽下运矿胶带机并运至中间称量室内的矿石中间斗内，槽下设两条运矿胶带机分别对应1及2号高炉的中间称量室。2023/2/323矿槽下设有调节闸门，振动给料机，烧结矿振动筛，矿石称量漏斗及闸门、杂矿称量漏斗及闸门，运矿胶带机等设备。每座高炉矿槽下设有8台烧结矿振动筛，向高炉供料时，按5台烧结矿振动筛同时工作，完成一个矿批，烧结矿振动筛能力400t/h，矿石称量漏斗有效容积18m3，杂矿称量漏斗有效容积7m3，槽下运矿胶带机带宽B=1600mm，带速v=2m/s，输送能力Q=2800t/h。2023/2/324（2）焦槽焦炭采用分散筛分，集中称量的工艺方式。焦炭经筛分后，粒度＞25mm的焦炭由槽下运焦胶带机运至称量室内焦炭称量斗称量，焦槽下设两条运焦胶带机分别对应1及2号高炉的中间称量室。焦槽下设有闸门、焦炭振动筛、运焦胶带机等设备。每座高炉焦槽下设有9台焦炭振动筛，高炉供料时，按４台焦炭振动筛同时工作，完成一个焦批。焦炭振动筛能力130t/h，槽下运焦胶带机带宽B=1600mm，带速v=2/1m/s，能力Q=520t/h。2023/2/325（3）中间称量室

每座高炉的中间称量室设在上料主皮带机尾部的上方，室内设有矿石和焦炭移动溜槽、两个矿石中间斗和两个焦炭称量斗，按上料程序要求，开启矿石中间斗和焦炭称量斗闸门，将称量后的烧结矿、球团矿或焦炭依次排放到上料主皮带机上运至高炉炉顶料罐。

每个矿石中间斗和焦炭称量斗的有效容积为80m3，与炉顶料罐的容积相同，能容纳一批物料，可提高上料能力。2023/2/326（4）小块焦回收系统槽下采用小块焦定批次与烧结矿混装入炉工艺。焦炭筛分后，粒度＜25mm的碎焦经碎焦筛分间筛分后将10～25mm的小粒焦，用胶带机运至小块焦槽贮存，需要时经槽下振动给料机、称量漏斗称量后，运至矿石中间斗。每座高炉的小块焦回收系统配有碎焦振动筛两台，一台工作，一台备用，每台碎焦振动筛能力130t/h，碎焦系统胶带机带宽B=800mm，带速v=1.0m/s，输送能力Q=60t/h。2023/2/327（5）粉矿、粉焦系统粉矿、粉焦系统送至烧结厂运输系统。每座高炉设两条粉矿胶带机，一条胶带机工作，另一条胶带机备用，在FK4胶带机上会合。每座高炉设两条粉焦胶带机，一条胶带机工作，另一条胶带机备用，在FJ6胶带机上会合。＜10mm的粉焦经粉焦系统胶带机运至烧结厂。10－25mm的小粒焦经小块焦回收系统运回至矿槽贮存,与烧结矿混装入炉。2023/2/3282、上料系统带宽带速水平长度提升高度倾角输送能力电机功率mm/smm

t/hkW2.02418.5～71.45～9.73°4200/10504×315高炉采用布置灵活、上料能力大的皮带机上料，二座高炉的上料主皮带机中心线与高炉90°侧中心线呈10°夹角平行布置，且上料主皮带机的水平长度相同。高炉主皮带机参数2023/2/3293、炉顶系统高炉炉顶设备由炉顶装料设备、炉顶均排压设备、炉顶液压站及集中润滑站、布料溜槽传动齿轮箱水冷设施、探料尺、炉顶框架结构，以及炉顶检修设施等所组成。2023/2/330（1）炉顶结构

在煤气上升管外设置炉顶大框架，支撑炉顶80t安装起重机、上料皮带输送机头部段及上部料罐。上部料罐采用固定式结构并支撑在炉顶大框架上的方式。上部阀箱悬挂于上料罐下部，与称量罐采用波纹管连接，罐间为全密封，上阀箱采用悬挂移出式结构。称量料罐通过4根方形支柱支撑在炉壳外封罩上，简化了称量料罐的安装。下阀箱采用小车移动式结构，布料溜槽传动齿轮箱和自立式探尺直接支于外封罩上。在称量料罐下部设有齿轮箱、下阀箱安装检修梁，该梁同时还用作布料溜槽检修专用吊车走行支撑梁。四根煤气上升管支撑在44.000m炉顶大平台上。炉顶液压站也布置在炉顶大平台上。炉顶大框架布置在四根煤气上升管的外侧，在0°和180°方向上部收缩成“A”型结构，在90°和270°方向大框架为矩形结构。炉顶均排压设备及管道支撑在上升管上的各层平台上。2023/2/331（2）装料设备参数参数项目直径mm容积m3转速r/min长度mm压力

Mpa溜槽

84500上罐800.30下罐

800.30上密封阀1150下密封阀900下料闸750中心喉管750上料闸10002023/2/332(3)装料制度

无料钟炉顶通过布料溜槽的旋转和倾动、料流调节阀的排料控制，可实现炉喉料面上的多种布料方式，适应各种炉况的上部调节要求，使高炉操作简单化，有利于高炉的稳定和长寿。设定C↓O↓为基本的装料制度。2023/2/333(4)布料方式

炉顶布料方式有四种:多环布料单环布料点布料扇形布料

以多环布料为基本的布料方式，多环布料方式能适应各种炉况，其控制功能强，操作简单。布料控制方式设有时间控制方式和重量控制方式两种。2023/2/334（5）炉顶均排压系统系统中设置了均压阀、旋风除尘器、排压阀及炉顶放散用消音器等设施。当采用高压操作时，称量料罐的均压采用半净煤气进行均压，放散时通过排压阀、旋风除尘器和消音器放散。系统设有均压阀3台、排压阀2台。旋风除尘器用于料罐排压时除去部分煤气中大颗粒灰尘，减少炉顶消音器的灰负荷及改善环境。2023/2/335炉顶均排压系统

名称型式直径mm设计压力Mpa数量个均压阀液压摆动开闭式5000.303台旋风除尘器旋风分离式7000（高度）0.301台排压阀液压摆动开闭式5000.302台眼睛阀手摇液压油泵驱动5000.306台平面万向波纹管5000.303个消音器抗阻式消音器1台2023/2/336（6）炉顶液压站及炉顶润滑站

炉顶液压站由泵站、蓄能器和阀站组成，系统工作压力为18MPa～20MPa，液压站设在炉顶44.000m大平台上，面积为13m×7m。该液压站向炉顶液压设备的执行机构供给动力油，站内的蓄能器可保证炉顶系统断电时全部液压设备动作一次。炉顶润滑装置为炉顶各设备供给润滑油脂，45min和8h润滑回路分开设置，共用3台油泵，其中1台为备用泵，备用泵可以在另外2台油泵之间切换。2023/2/337（7）布料溜槽传动齿轮箱冷却设施

溜槽传动齿轮箱的冷却采用闭路循环水冷的方式。在炉体平台39.500m标高处设有炉顶水冷站。循环水量为25m3/h左右。为减少炉内煤气及粉尘窜入齿轮箱内，减少积灰，向齿轮箱中连续通入500m3/h（事故时1000m3/h）左右的N2进行密封。2023/2/338（8）探料尺

炉顶设有三台探料尺，其中两台探测深度为0～6m，另一台探测深度为0～24m，探尺提升速度为0.6m/s，下降速度为0.3m/s。改进探尺的支承结构，增加传动装置的支承，从而避免探尺因传动轴偏载导致运行中出现的卡阻现象。2023/2/339炉顶系统主要特点串罐中心卸料式无料钟炉顶装料设备上部料罐采用多流嘴式料流分配器加固定料罐的型式取代旋转料罐布置简单、设备维修方便整体更换式上料闸上下罐间无粉尘外泄炉顶起重机能力大排压系统增设旋风除尘器2023/2/3404、炉体系统

高炉炉体系统由炉壳支承结构、炉体冷却设备、炉体冷却水系统及炉体耐火材料和高炉附属设备组成。

高炉炉体系统在总结国内外高炉长寿经验的基础上，采用国内外行之有效的措施，使高炉一代寿命（不中修）达到20年以上。

2023/2/341（1）高炉内型

结合鞍钢的原燃料条件和高炉富氧大喷煤后的内型发展趋势，为改善高炉透气性和充分利用煤气化学能，适当加大了高炉下部容积和降低炉身高度，适当降低高炉的高径比。

2023/2/342项目符号单位数值高炉有效容积Vum34038炉缸直径dmm13300炉腰直径Dmm14855炉喉直径d1mm9600炉缸高度h1mm5400炉腹高度h2mm4400炉腰高度h3mm2000炉身高度h4mm17700炉喉高度h5mm2000有效高度Humm31500风口高度hfmm4750死铁层高度h0mm3000炉腹角α79°58′44″炉身角β

81°33′22″

铁口数个4风口数个36高径比Hu/D2.12炉腰直径与炉缸直径之比D/d1.12炉喉直径与炉腰直径之比d1/D0.65高炉内型尺寸2023/2/343（2）高炉炉体结构根据高炉炉体工艺负荷要求及负荷种类，设计确定高炉结构为自立式框架结构。炉体框架与高炉完全脱离。炉体框架分成上下两部分，下部框架支撑下部平台、热风围管和上部框架的荷载；上部框架支撑炉身至炉顶的各层平台荷载及部分炉顶设备和煤气上升管荷载。炉体从风口平台以上共设有六层平台，以利于生产操作、设备检修、安装、维护的需要。2023/2/344（3）高炉冷却设备

冷却设备包括炉体冷却设备、炉底冷却设备和风口冷却设备。设计根据各部位的工况采用不同形式的冷却设备。冷却设备的寿命是决定高炉寿命最关键的因素之一，特别是炉身下部至炉腹区域的冷却设备型式是否恰当、结构是否合理、外部水系统的配置是否有效，是高炉能否长寿的关键。

2023/2/345炉体各段冷却壁形式：部位炉底炉缸炉腹及炉身中下部炉身中上部H1、H3～H5段H2段铁口区风口区炉腹第一段炉腹第二段至炉身中下部冷却形式水冷管光面冷却壁铜冷却壁铜冷却壁异形光面冷却壁4层铜冷却板5层铜冷却壁5层镶砖铸铁冷却壁材质不锈钢耐热低铬铸铁铜铜耐热低铬铸铁铜铜铁素体球墨铸铁2023/2/346（4）高炉冷却水系统炉体冷却水系统分成高压工业水冷却系统和除盐水密闭循环冷却系统。高压工业水冷却系统供水压力为1.8MPa。除盐水密闭循环冷却系统分为Ⅰ系统、Ⅱ系统和热风炉系统。Ⅰ系统冷却范围包括炉底水冷管、风口中套。Ⅱ系统冷却范围包括铸铁冷却壁、铜冷却壁和铜冷却板和倒流休风阀。热风炉系统包括热风炉各通水阀。2023/2/347（5）高炉内衬高炉能否长寿，正确选择耐火材料非常重要。因此，设计高炉内衬时，针对高炉各部位工作条件、侵蚀机理和不同型式的冷却设备、选择了与之相适应的内衬结构和材质。2023/2/348A、炉底、炉缸内衬

炉底第1层采用CJR石墨砖，第2~4层采用D炭砖。炉缸侧壁象脚以及铁口区采用热压小块炭砖NMD。炉缸侧壁的其余部位采用热压小块炭砖NMA。炉底炭砖上部采用莫来石砖形成陶瓷垫保护层。风口采用大块灰刚玉砖组合砖。2023/2/349B、炉腹、炉腰及炉身中下部内衬

炉腹、炉腰及炉身中下部温度波动较大，化学侵蚀严重，热应力破损作用较大，工作条件最差，对高炉寿命影响较大。因此，炉腹采用了氮化硅结合碳化硅砖，炉腰、炉身下部的铜冷却壁区域，铜冷却壁热面喷涂一层不定形耐火材料作为开炉初期的保护层，整个炉体为薄壁炉衬结构。2023/2/350C、炉身中部及上部内衬

该部位工作条件虽不及炉腹、炉腰及炉身中下部那么恶劣，但由于富氧大喷煤后，其工作条件有恶化的趋势，因此，这一区域的冷却壁镶砖材质采用耐磨性优越的氮化硅结合碳化硅砖。2023/2/351炉体系统主要技术特点：高炉采用高炉缸、深死铁层，适当矮胖的炉型；采用铜冷却板、铜冷却壁，具有更高的抗热流冲击性能；除盐水密闭循环冷却系统；除盐水制备采用微滤＋超滤＋反渗透”技术；炉底、炉缸采用小块热压炭砖结构，关键部位采用高导热炉衬结构；炉内料面监测技术及其它完善的监测措施；悬臂式十字测温装置等完备的炉体附属设备。2023/2/3525、热风炉系统每座高炉配置三座地得式外燃式热风炉采用高炉煤气作为热风炉燃料设置了附加燃烧炉预热助燃空气、煤气的两座金属管式换热器，预热温度可以分别达到300℃设计风温1250℃一代热风炉寿命≥30年。2023/2/353热风炉煤气换热器燃烧炉高温引风机空气换热器助燃风机高煤气管网烟囱高炉热风炉工艺流程图2023/2/354热风炉系统技术特点：配置三座地得式外燃式热风炉，采用高炉煤气作为热风炉燃料，配置了附加燃烧炉的煤气、空气双预热换热器，保证高炉风温达到1250℃。小孔型高效七孔蜂窝式格子砖。高效栅格式陶瓷燃烧器。组合砖设计及各种管道膨胀节合理使用。完善的检测及自动控制系统。广泛应用新型蝶阀。水冷阀门采用除盐水闭路循环系统冷却。

2023/2/3556、煤粉喷吹系统煤粉喷吹系统采用并罐单管路加炉前分配器直接喷吹工艺，煤粉制备采用中速磨加一级布袋收粉器的短流程负压工艺。煤粉系统由中速磨、燃烧炉、排煤风机、煤粉仓、喷吹罐、分配器、喷吹管线、阀门、喷枪和喷吹用气体系统等组成。每个高炉设有两台中速磨制粉系统。喷吹系统采用一个煤粉仓，每个仓下设两个并列喷吹罐、一根喷吹主管、一个分配器。两座高炉煤粉可以互换。喷吹能力正常200kg/t铁，最大250kg/t铁。2023/2/356煤粉喷吹系统主要技术特点：采用中速磨加一级布袋收粉器的短流程负压工艺。煤粉喷吹系统采用并罐单管路加炉前分配器直接喷吹工