高炉炼铁概述

课程简介

冶金是一种历史悠久的工艺，我国出土的两三千年前的冶金产品如青铜器具、兵器等，其工艺水平令现代的冶金学家也赞叹不已；但一直到19世纪末冶金还仅仅是一种技艺，没有理论的指导,任何微小的进步都要靠人们长期的摸索。20世纪初期人们将物理化学理论用于分析和研究冶金过程，揭示冶金过程的内在本质和规律性，形成了新的学科分支—冶金过程原理，才使冶金由技艺开展成为科学。在冶金过程原理的指导下，冶金技术得到迅速的开展，同时在国民经济中形成为一个举足轻重的产业部门。1.1钢铁工业概况国民经济中钢铁工业的地位评价一个国家的工业兴旺程度

工业化水平

国民生活水准工业生产所占比重

工业化水平的标志

需要大量机械设备工业机械化、自动化程度

需要大量基础材料

劳动生产率↑交通工具市政设施民用住宅生活用品

钢铁产品价格低廉有较高的强度和韧性易于加工制造所需原料资源丰富冶炼工艺成熟、效率高人均钢材消耗量反映了一个国家的经济兴旺程度日本人均钢材消耗量名列世界第一，为800Kg/人.年我国的人均钢材消耗量为80Kg/人.年开展钢铁工业的根底稳定可靠的原料来源〔矿石、煤、熔剂、耐火材料等〕稳定的动力资源〔水、电等〕庞大的运输设施〔铁路、水运等〕雄厚的资金保证〔投资大、建设周期长、回收效率慢〕

钢铁工业的开展，标志着这些条件的完善,反映国民经济的兴旺程度。钢铁工业的开展概况二次世界大战后的四十多年中，钢铁工业获得重大开展钢产量：50年代初的2亿吨→90年代的7.4亿吨我国古代占领先地位〔公元前六世纪已广泛使用铁器〕；近代落后于欧洲国家；从1890年〔汉阳铁厂投产〕→1949年约半个世纪内累计的钢产量不到200万吨；新中国成立后，特别是改革开放以来，钢铁生产有了重大开展：1949年1960年1976年1980年15.8万吨1840万吨2045万吨3703万吨1986年1988年1995年1996年5190万吨5900万吨9300万吨突破1亿吨名列世界第二名列世界第一世界大型钢铁企业：新日铁〔2500万吨〕蒲项钢铁公司〔2200万吨〕法国钢铁公司〔1500万吨〕英国钢铁公司〔1200万吨〕日本钢管公司〔1100万吨〕宝山钢铁公司〔2300万吨〕钢铁生产工艺流程

钢铁冶金的任务把铁矿石冶炼成合格的钢铁矿石→去脉石、杂质和氧→铁铁→精炼〔脱C、Si、P等〕→钢复原熔化过程氧化精炼过程〔炼铁〕〔炼钢〕钢铁企业中的炼铁和炼钢

三种钢铁工艺流程的概念图高炉炼铁工艺直接还原炼铁工艺熔融还原炼铁工艺矿石焦煤烧结矿球团矿焦炭

高炉液态生铁矿石非焦煤天然气粉矿或球团矿还原气

直接还原炉固态海绵铁矿石非焦煤预还原炉熔融还原炉液态生铁转炉炼钢电炉炼钢转炉炼钢钢铁产品

项目生铁钢含碳量高(2.5－4.5%)低(0.03－1.2%)杂质(Si、Mn、P、S)多少硬度高低脆性大小韧性小大加工性只能铸造铸造、锻造均可焊接性差好1现代高炉炼铁工艺

1现代高炉炼铁工艺

高炉炼铁的本质是铁的复原过程，即使用焦碳做燃料和复原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料中的铁从氧化物或矿物状态复原为液态生铁。炉喉炉身炉腰炉腹炉缸死铁层原燃料从炉顶加入高炉煤气排出块状带软熔带滴落带死料柱铁水炉渣风口带C+O2=CO2CO2+C=2CO3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2高炉结构图块状区：炉料保持装料时的分层状态，没有液体。在该区发生水分蒸发、碳酸盐分解、铁矿石被CO复原等气固反响，有固态铁(海绵铁)生成软熔区：由软化和局部熔化的脉石、熔剂、铁等半融状态的物料与焦炭夹层组成，矿石从开始到完全熔化，主要发生FeO的直接复原反响和碳的气化反响。倒V形的软熔带起着支撑炉料的作用。其焦炭层促使复原煤气沿炉子径向分布。 滴落区：为液态渣、铁的滴落带，该区只有焦炭仍是固体，且呈疏松状态堆积，向下面的盘旋区供给焦炭。在这里主要发生非铁元素(锰、硅、磷等)的复原，铁的渗碳与脱硫，以及碳的气化反响。焦炭盘旋区：热风通过配置在炉缸上部炉壁周围的15~40个风口进入高炉，热风压力为200~400kPa，风速200~300m/s，因而在每个风口前形成一个煤气与焦炭快速循环运动的袋形盘旋区。盘旋区往炉内延伸0.5~2m，周围被焦块所包围，焦炭盘旋区是高炉内唯一存在的氧化性区域，也是炉内热量和气体复原剂的主要产生地。炉缸区：铁水和炉渣从静止的焦炭缝隙中渗出，形成渣铁分层的熔池，并完成最后的复原反响。铁中的碳到达饱和，锰、铁、磷等元素局部复原并熔入生铁。特点①在逆流〔炉料下降及煤气上升〕过程中，完成复杂的物理化学反响；②在投入〔装料〕及产出〔铁、渣、煤气〕之外，无法直接观察炉内反响过程；③维持高炉顺行〔保证煤气流合理分布及炉料均匀下降〕是冶炼过程的关键。1.1高炉冶炼的特点及主要过程过程①复原过程实现矿石中金属元素〔主要是Fe〕和氧元素的化学别离；②造渣过程实现已复原的金属与脉石的熔融态机械别离；③传热及渣铁反响过程实现成分及温度均合格的液态铁水。1.1高炉冶炼的特点及主要过程1.1高炉原料铁矿石

其它含铁代用品天然块矿人造富矿烧结矿球团矿碱性熔剂―石灰,石灰石,白云石酸性熔剂―硅石特殊熔剂―萤石残铁高、转炉炉尘轧钢铁皮

硫酸渣

高炉原料熔剂高炉对含铁原料的要求

我国现代高炉的追求高产率低能耗低成本

高炉的要求高炉对含铁原料的要求

含铁品位高冷态强度高熟料比高粒度适宜化学成分稳定有害元素含量要少低温复原粉化率低复原膨胀率低复原性好软化温度高软化区间窄熔融滴落温度高,滴落区间窄高炉的要求1.2高炉燃料高炉燃料固体燃料焦炉煤气气体燃料煤粉焦炭高炉煤气用于高炉本体

用于热风炉1.3耐火材料耐火材料高炉本体用热风炉内不定形耐火材料

炉身上部－粘土砖

炉身中部－高铝砖

炉身下部－碳化硅砖

炉腰、炉腹－碳化硅砖

炉缸上部－碳化硅砖

炉缸下部－外侧和底部用碳砖，内衬高铝砖陶瓷杯

顶部及格子砖上部用硅砖；

其它部位用高铝砖或粘土砖铁口炮泥及炉前沟泥一般：焦粉＋粘土＋蒽油特殊：刚玉＋碳化硅＋绢云母＋焦粉＋焦油喷补泥浆Al2O3＋SiO2＋粘结剂〔磷酸盐、皂土、水玻璃等〕1.2高炉产品高炉产品

主产品铁水Si0.3～1.25%C2.5～5.0%Mn0.1～0.8%P0.08～0.4%S0.02～0.07%铁水温度1400～1500℃少量铁合金高碳锰铁高碳硅铁稀土硅铁高碳硅锰合金等副产品炉渣300～600Kg/tCaO35～44％SiO232～42％Al2O36～14％MgO4～13％渣温1400-1600热含量1680～1900KJ/Kg副产品煤气1600～3500M3/tCO21～26%H21.0～2.0％CH40.2～0.8％CO214～21％N255～57％Q低3200～3800KJ/M31.3高炉主要技术经济指标1、有效容积利用系数ημ定义：每M3高炉有效容积每昼夜生产的合格铁量〔T/M3.d〕。我国ημ＝1.6～2.4T/M3.d；日本ημ＝1.8～2.8T/M3.d2、焦比定义：冶炼每吨生铁所消耗的焦炭的千克数〔Kg/T〕。我国焦比为250～650Kg/T3、煤比定义：冶炼每吨生铁所消耗的煤粉的千克数〔Kg/T〕。我国煤比为50～220Kg/T4、燃料比〔焦比＋煤比〕定义：冶炼每吨生铁所消耗的燃料的总和〔Kg/T〕。我国燃料比为450～700〔Kg/T〕5、综合焦比〔焦比＋煤比×煤焦置换比〕6、煤焦置换比定义：喷吹1Kg煤粉所能替代的焦炭的Kg数。一般为0.8左右高炉主要技术经济指标7、焦炭冶炼强度定义：每M3高炉有效容积每昼夜燃烧的焦炭吨数〔t/M3.d〕。一般为0.8～1.0t/M3.d8、综合冶炼强度定义：每M3高炉有效容积每昼夜燃烧的综合焦炭的吨数〔t/M3.d〕。一般为0.9～1.15t/M3.d利用系数、焦比及冶炼强度三者关系纯焦冶炼时：利用系数＝焦炭冶炼强度/焦比喷吹燃料时：利用系数＝综合冶炼强度/综合焦比高炉主要技术经济指标9、燃烧强度定义：每M3炉缸截面积每昼夜燃烧的焦炭的吨数〔t/M3.d〕。10、工序能耗Ci＝〔燃料消耗＋动力消耗－回收二次能源〕/产品产量〔吨标准煤/T〕1Kg标准煤的发热量为7000千卡〔29310KJ〕炼铁工序能耗在510Kg标准煤/吨铁，占吨钢总能耗50％。高炉主要技术经济指标11、焦炭负荷

定义：每批炉料中铁、锰矿石的总重量与焦碳重量之比，

用于评估燃料利用水平，调节配料的重要参数。12、生铁合格率

定义：合格生铁量占高炉总产量的百分数。1