高炉炼铁基本原理及工艺.ppt

1,高炉炼铁基本原理及工艺,辽宁科技学院陈韧,2,主要内容,高炉主要技术经济指标高炉冶炼原、燃料及熔剂铁矿烧结的基本原理、工艺高炉冶炼基本原理与能量利用高炉强化冶炼的手段与方法,3,宝钢高炉全貌,4,一、高炉主要技术经济指标,1、利用系数ηP（高炉昼夜产铁量）/Vu（高炉有效容积）t/m3.d）2、焦比KQ（昼夜焦碳用量）/P（现主要核算综合焦比）3、冶炼强度IQ/Vu（反应焦碳的燃烧能力）4、休风率计划外的检修时间占规定作业时间的百分比（≤2）5、生铁成本原料占806、一代炉龄高炉点火开炉→停炉大修历经时间（与耐材砌筑、I有关）,5,二、高炉冶炼原、燃料及熔剂,1.铁矿石种类及质量评价,6,铁矿全景图,鞍矿公司眼前山铁矿,鞍矿公司东鞍山铁矿,7,各类铁矿石图,赤铁矿,磁铁矿,菱铁矿,褐铁矿,8,粗破细破球磨机分级机磁选机输送机,9,烧结厂的带式烧结机,10,烧结矿及烧结球团,烧结球团,烧结矿,11,⑴品位含铁量，理论上品位↑1，焦比↓2，产量↑3⑵脉石成分SiO2、Al2O3↓越好（须重视Al2O3），MgO↑越好⑶有害杂质S、P、Cu、Pb、Zn、As、K、Na⑷有益元素Mn、V、Ni、Cr,12,⑸强度和粒度强度↓易粉化影响高炉透气性，不同粒度应分级入炉;⑹还原性被CO、H2还原的难易、影响焦比;⑺化学成分稳定性TFe波动≤0.5，SiO2≤0.03混匀的重要性（条件平铺直取原料场应足够大）;⑻矿石代用品高炉炉尘、转炉炉尘、轧钢皮、硫酸渣等。,13,2.（助）熔剂,（1）作用形成低熔点易流动的炉渣、脱S（碱性熔剂）（2）种类,14,3熔剂的质量要求,①碱性氧化物含量（CaOMgO≥52）概念石灰石有效熔剂性CaO（有效）CaO（石灰石）-RSiO2（石灰石）②S、P↓S（0.010.08），P（0.0010.03）③减少CaCO3入炉原因a.高温分解吸热b.CO2C2COc.CO2会冲淡CO浓度造成焦比K增加。,15,3.高炉用燃料焦碳,①主要作用作为高炉热量主要来源的6080，其它热风提供提供还原剂C、CO料柱骨架，保证透气性、透液性②质量要求含炭量C↑灰份↓→→渣量↓、强度↑、反应性↓→→焦比↓含S量生铁中[S]80来源于焦碳强度M40、M10③粒度组成焦丁的利用及混装过渡区的问题④成分稳定（特指水分）干熄焦技术（宝钢）⑤焦碳反应性CCO22CO开始反应的高低快慢→影响间接还原区的范围，从而影响焦比。,16,焦炉,17,4.精料的含义“高、稳、熟、小、匀、净”方针,高（1）矿石品位高（天然矿62，烧结矿57，球团矿60）渣量降低300KG/T铁（2）固定炭高，灰份≤10（3）还原性好烧结矿中FeO≤10（4）机械强度高转鼓指数、高温强度、软熔温度稳化学成分稳定（TFe、R）熟增加熟料率↑1，η↑0.3，焦比↓1.2kg/tFe小、匀、净平均粒度差小、杂质少日本称为“整粒”处理,18,三、铁矿烧结及球团的基本原理、工艺,（一）烧结料组成（1）含铁料精矿份200目以下（考虑成球性）、富矿粉（58MM，烧结中的骨架）、其他（炉尘、轧钢皮等）（2）熔剂以CaO为主，CaO↑1，烧结产量↑3（3）燃料焦粉、无烟煤35，20可进行金属化烧结（低品位矿石冶炼可持续发展问题）（4）返矿机尾筛下物（未烧透影响成品率）,19,烧结的车间的全貌,20,,21,烧结流程,22,（二）烧结料层结构,,23,烧结点火示意图,24,1.烧结矿层随烧结过程进行不断加厚，抽入空气过冷使烧结矿骤冷将影响烧结矿强度。2.燃烧层主要反应为C的燃烧、MCO3分解、FeS2氧化、形成液相、铁氧化物分解还原氧化。（由于液相的产生使该层透气性变差）3.预热层主要反应为氧化还原、结晶水分解、部分MCO3分解4.干燥层主要为烧结料中水分蒸发，易使烧结料球破坏5.过湿层原始混合料层，水分凝聚，影响料层透气性,25,（三）烧结过程的特点,1.燃料燃烧需空气过剩，过剩系数α1.41.5（燃料分布较稀疏）2.一般情况下烧结保持弱氧化气氛（金属化烧结除外）3.烧结过程存在自动蓄热作用（可以考虑采用上高下低的分层配炭）4.存在传热速度与燃烧速度的同步问题5.存在如何减少“过湿”现象的问题6.存在有害杂质S的去除问题（S由易去除S化物转化为硫酸盐的问题）7.存在选用何种液相体系作为固结成型机理问题8.如何解决还原性与强度矛盾的问题,26,（四）强化烧结的措施,1.改善透气性适宜的水分、延长混料时间、小球烧结、预热混合料2.提高抽风负压但需考虑电耗成本增加问题3.高压烧结增加气体质量流量4.热风烧结可部分解决还原性与强度之间的矛盾5.加入稳定剂P类、B类、Mn、V类6.提高R铁酸钙理论，即控制液相成分，但不利于脱S7.厚料层烧结充分利用自动蓄热作用（条件预热混合料、低水原则）8.双层烧结二次点火，设备复杂9.料面插孔烧结提高透气性,27,烧结设备（料仓）,28,烧结设备（烧嘴）,29,烧结设备（台车）,30,烧结设备（主排气管）,31,烧结设备（烧结布料机构）,32,烧结设备（除尘设备）,33,烧结设备（抽风系统）,34,烧结设备（风机与风箱）,35,烧结设备（破碎机）,36,烧结设备（传动装置）,37,四、高炉冶炼基本原理,（一）高炉还原过程（二）造渣与脱S（三）风口前C的燃烧（四）炉料与煤气运动（五）高炉能量利用,38,高炉炼铁过程,39,高炉炼铁的流程,40,高炉炼铁车间全景,41,高炉的五大系统,42,高炉的原料系统,43,原料系统之一上料皮带,44,炉顶布料,45,称量料斗,46,送风系统,47,送风系统之热风炉,48,高炉本体预览,49,高炉本体平台构成,50,高炉炉型,51,（一）高炉还原过程1.高炉炉内状况,,52,（1）块状带矿焦保持装料时的分层状态，与布料形式及粒度有关，占BF总体积60（2001100℃）主要反应水分蒸发结晶水分解除CaCO3外的其它MCO3分解间接还原碳素沉积反应（2COCCO2）（2）软熔带矿石层开始熔化与焦碳层交互排列，焦碳层也称“焦窗”形状受煤气流分布与布料影响，可分为正V型，倒V型，W型主要反应Fe的直接还原Fe的渗碳CaCO3分解吸收S（焦碳中的S向渣、金、气三相分布）贝波反应CCO22CO,53,（3）滴落带主要由焦碳床组成，熔融状态的渣铁穿越焦碳床主要反应Fe、Mn、Si、P、Cr的直接还原，Fe的渗C（4）回旋区C在鼓风作用下一面做回旋运动一面燃烧，是高炉热量发源地（C的不完全燃烧），高炉唯一的氧化区域。主要反应CO2CO2CO2C2CO（5）炉缸区渣铁分层存在，焦碳浸泡其中主要反应渣铁间脱S，Si、Mn等元素氧化还原,54,2.铁的间接还原与直接还原,（1）间接还原用CO、H2为还原剂还原铁的氧化物，产物无CO2、H2O的还原反应。特点放热反应反应可逆（2）直接还原用C作为还原剂，最终气体产物为CO的还原反应。特点强吸热反应反应不可逆（3）直接、间接还原区域划分取决于焦碳的反应性低温区＜800℃基本为间接还原中温区8001100℃共存高温区＞1100℃全部为直接还原（4）用直接还原度rd、间接还原度ri来衡量高炉C素利用好坏，评价焦比。,55,铁矿石的还原示意,56,3.非铁元素的还原,（1）Mn的还原①一般规律MnO2→（550℃间还）→Mn2O3→（1100℃间还）→Mn3O4→（1000℃间还）→MnO→（1200℃直接还原）→Mn②Mn还原的特点间接还原放热大，使炉顶温度↑直接还原吸热大，使焦比↑③控制Mn还原的手段提高炉缸温度，但会使Mn的挥发损失↑提高炉渣R生铁中保持一定[Si],57,（2）Si的还原,①生铁中[Si]的要求制钢铁[Si]≤0.6铸造铁1.25≤[Si]≤4.25②Si还原的特点大量吸热全部直接还原K↑③Si还原的途径气化还原SiO2CSiO（g）COSiO（g）[C][Si]CO渣铁反应（SiO2）2[C][Si]2CO④控制Si还原的因素提高炉缸温度利于Si的还原↓炉渣R利于Si的还原,58,（3）P的还原P100还原入铁，只有原料控P（4）含Ti矿的冶炼TiO2→Ti2O3→TiO→Ti→Ti（C，N）固熔体使炉渣粘稠,59,（二）造渣与脱S,1.造渣的概念与作用概念根据脉石、焦碳灰份组成及数量，选择适当的熔剂，形成具有一定性能的炉渣。作用（1）促进或抑制某些化学反应（2）保护炉墙（高炉长寿）2.造渣过程（1）初渣由软化前沿至熔化前沿生成生矿成分不均匀，软熔区间大操作困难酸性烧结矿成分较均匀，但初渣为酸性碱性烧结矿成分可预定，存在一定CaO，流动性好,60,（2）中间渣初渣向下温度升高，（FeO）被还原，并吸收CaO，R↑（3）终渣主要成分（SiO2）（Al2O3）（CaO）（MgO）＞95，（FeO）＜1,61,3.脱S,（1）S的来源与分布焦碳6080矿石及喷吹物2040↓（S负荷46kg/t铁）↓煤气、炉尘510，生铁5，炉渣90（2）降低生铁[S]途径①降低S负荷（降低焦碳S含量）②气化脱S（一定值）③适宜的渣量（3）炉渣脱S基本反应[FeS]（CaO）（CaS）（FeO）提高炉渣脱S能力的因素①↑温度②↑还原气氛③↑R,62,（三）风口前C的燃烧,1.风口前C燃烧的意义占总C量的70，其它碳用于直接还原（FeO）C[Fe]CO（MnO）C[Mn]CO（CaO）[S]CCaSCO↓使煤气中CO增加CO2、H2O的气化CO2C2COH2OCH2CO↓吸热、使焦碳强度下降意义（1）提供热量80（2）提供还原剂（3）影响炉料下降、软熔带形状、煤气利用、冶炼指标,63,2.燃烧带大小的控制下部调剂（1）影响燃烧带大小的因素①C的燃烧速度（一般认为影响不大）②布料状态（中心堆积，燃烧带小；中心疏松，燃烧带大）③鼓风动能EK的大小（2）影响EK的因素①风量↑，EK↑②风温↑，体积膨胀，质量流量↓，EK↓风温↑，速度↑，EK↑总体EK略有变化③风压↑，EK↓④风口截面积S↓，EK↑,64,风口前碳的燃烧示意,65,（四）炉料与煤气运动1.炉料下降的条件（1）自由空间的形成①C的燃烧②渣铁排放③下料中重新排列④炉料软熔（2）炉料下降的力学分析PP料-P摩-P浮-P气P有效-P气P＞0顺行P≤0悬料，难行P料品位↑，焦碳负荷↑，P料↑P摩炉墙与炉料，炉料与炉料，H/D（设计问题）P浮料柱浸泡在渣铁中产生，勤放渣铁P气上升煤气对料柱的支撑力,66,2.炉腹区煤气流炉腹区压差（ΔP）较大的原因，存在液态渣铁的动滞留（与冶炼强度I有关）和静滞留（与炉渣的物化性质有关），易形成液泛现象（flood）。为避免液泛现象要求（1）渣量小→品位高、I小（2）提高焦碳质量（3）煤气流速小（4）初渣粘度小，保证一定（FeO）含量3.炉顶煤气的分布（1）边缘气流→煤气利用差（2）中心气流→煤气利用一般，考虑大喷煤应以发展中心为主（3）两道气流→中心、边缘都有一定发展，传统型（4）管道气流→煤气分布失常5060年代双锋为主（低I、原料差，以顺行为主）6070年代平锋为主（I↑）现代以中心开放为主→VU↑、大喷煤需要,67,4.上部调剂（1）合理布料的意义①影响料柱的空隙度②不人为调整将产生偏析，煤气自动边缘分布（2）影响因素①布料设备②装料制度包括料线批重装料次序,68,高炉布料设备,69,（五）高炉能量利用1.评价方法（1）燃料比（2）rd（3）C的利用程度ηco2.煤气上升过程中的变化,70,高炉煤气取样示意,71,五、高炉强化冶炼手段与方法,1.大风量问题风量增加，炉内传热效果下降，ri降低，K增加；风量应与还原性相适应2.高风温的问题风温增加，传热推动力增加，但利用风温的同时K势必降低，透气性将下降3.富氧问题富氧将使炉缸温度增加，但煤气总量下降，不利于全厂能量平衡；富氧达到的效果与提高风温相比，成本提高10倍。,72,4.加湿与脱湿问题风中水分过大应脱湿鼓风；出现热悬现象应考率加湿鼓风5.大喷煤问题喷吹量应与风温、富氧相结合，否则存在热滞后现象；应与上下部调剂想适应6.中部调剂问题充分利用冷却手段，在上下部调剂紊乱时是一种有效手段,73,高炉冶炼是一个系统工程的问题，较为复杂，鉴于时间关系不能详尽叙述。欢迎各位专家批评指正联系地址辽宁科技学院冶金系联系人Ph.D陈韧QQ420047876MSNtougholdE-mailtoughold,