高炉炼铁基本原理及工艺PPT课件.ppt

一、高炉主要技高炉主要技术经济指指标1、利利用用系系数数:=P（高炉昼夜产铁量）/Vu（高炉有效容积）t/m3.d）2、焦焦比比:K=Q（昼夜焦碳用量）/P（现主主要要核核算算综合焦比）合焦比）3、冶、冶炼强度度:I=Q/Vu （反应焦碳的燃烧能力）4、休休风率率:计划外的检修时间占规定作业时间的百分比（2%）5、生、生铁成本：成本：原料占80%左右6、一一代代炉炉龄：高炉点火开炉停炉大修历经时间（与耐材砌筑、I有关）1.二、高炉冶二、高炉冶炼原、燃料及熔原、燃料及熔剂1.1.铁矿石种石种类及及质量量评价价成分理论含铁量%实际富矿含铁%最低工业品位%冶炼性能磁Fe3O472.445702025P，S难还原赤Fe2O370556030P，S易还原褐n Fe2O3.mH2O55.266.1375530P 易还原菱FeCO348.2304025P，S熔烧后易还原2.各各类铁矿石石图赤赤铁矿磁磁铁矿菱菱铁矿褐褐铁矿3.品品位位：含含铁量量，理理论上上品品位位1%，焦焦比比2%，产量量 3%脉脉石石成成分分：SiO2、Al2O3越越好好（须重重视Al2O3），），MgO 越好越好有有害害杂质：S、P、Cu、Pb、Zn、As、K、Na有益元素：有益元素：Mn、V、Ni、Cr4.强度和粒度：度和粒度：强度度易粉化影响高炉透气性，不易粉化影响高炉透气性，不同粒度同粒度应分分级入炉入炉;还原性：原性：被CO、H2还原的难易、影响焦比;化学成分化学成分稳定性：定性：TFeTFe波波动0.5%0.5%，SiOSiO2 2 0.03%0.03%混匀混匀的重要性（条件：平的重要性（条件：平铺直取直取原料原料场应足足够大）大）;矿石代用品：石代用品：高炉炉高炉炉尘、转炉炉炉炉尘、轧钢皮、硫酸皮、硫酸渣等。渣等。5.2.（助）熔（助）熔剂（1）作用：）作用：形成低熔点易流形成低熔点易流动的炉渣、脱的炉渣、脱S（碱性熔（碱性熔剂）（2）种）种类：使用条件及作用使用条件及作用碱性碱性铁矿中脉石中脉石为酸性氧化物，包括：石灰石、白云石、石灰酸性氧化物，包括：石灰石、白云石、石灰酸性酸性铁矿中脉石中脉石为碱性氧化物，主要碱性氧化物，主要为：SiO2（只在炉况失常（只在炉况失常时使用使用（Al2O3）18%或排碱或排碱时）中性中性高高Al熔熔剂，主要，主要为：含：含Al2O3高的高的铁矿（只在降低炉渣流（只在降低炉渣流动性性时使用）使用）6.(3)熔熔剂的的质量要求量要求碱性氧化物含量（碱性氧化物含量（CaO+MgO52%）概念：石灰石有效熔概念：石灰石有效熔剂性性CaO（有效）（有效）=CaO（石灰石）（石灰石）-RSiO2（石灰石）（石灰石）S、P S（0.010.08%），），P（0.0010.03%）减少减少CaCO3入炉：入炉：原因：原因：a.高温分解吸高温分解吸热，是高炉炉温下降，是高炉炉温下降 b.CO2+C=2CO，消耗焦炭，消耗焦炭 c.CO2会冲淡会冲淡CO浓度度 造成焦比造成焦比K增加。增加。7.3.高炉用燃料焦碳：主要作用：主要作用：作作为高炉高炉热量主要来源的量主要来源的6080%，其它的由，其它的由热风提供提供 提供提供还原原剂C、CO 料柱骨架，保料柱骨架，保证透气性、透液性透气性、透液性质量要求：量要求：含炭量：含炭量：C灰份灰份渣量渣量、强度度、反、反应性性 焦比焦比 含含S量：生量：生铁中中S80%来源于焦碳来源于焦碳 强 度：度：M40、M10粒度粒度组成：成：焦丁的利用及混装焦丁的利用及混装过渡区的渡区的问题成分成分稳定（特指水分）：定（特指水分）：干熄焦技干熄焦技术（宝（宝钢）焦碳反焦碳反应性：性：C+CO2=2CO开开始始反反应的的高高低低快快慢慢影影响响间接接还原原区区的的范范围，从从而影响焦比。而影响焦比。8.4.精料的含精料的含义：“高、高、稳、熟、小、匀、熟、小、匀、净”方方针高：高：（1）矿石石品品位位高高（天天然然矿62%，烧结矿57%，球球团矿60%）渣量降低）渣量降低300KG/T铁（2）固定炭高，灰份）固定炭高，灰份10%（3）还原性好：原性好：烧结矿中中FeO 10%（4）机械）机械强度高：度高：转鼓指数、高温鼓指数、高温强度、度、软熔温度熔温度稳：化学成分：化学成分稳定（定（TFe、R）熟：增加熟料率熟：增加熟料率1%，0.3%，焦比，焦比1.2kg/tFe小、匀、小、匀、净：平均粒度差小、：平均粒度差小、杂质少少日本称日本称为“整粒整粒”处理理9.三、三、铁矿烧结及球及球团的基本原理、工的基本原理、工艺（一）（一）烧结料料组成：成：（1）含）含铁料料：精：精矿粉粉200目以下（考目以下（考虑成球性）、富成球性）、富矿粉粉（58mm，烧结中的骨架）、其他（炉中的骨架）、其他（炉尘、轧钢皮等）皮等）（2）熔）熔剂：以：以CaO为主，主，CaO 1%，烧结产量量 3%（3）燃料）燃料：焦粉、无烟煤：焦粉、无烟煤35%，20%可可进行金属化行金属化烧结（低（低品位品位矿石冶石冶炼可持可持续发展展问题）（4）返）返矿：烧结机机尾机机尾筛下物（未下物（未烧透透影响成品率）影响成品率）10.11.（二）烧结料层结构12.1.烧结矿层：随：随烧结过程程进行不断加厚，抽入空气行不断加厚，抽入空气过冷使冷使烧结矿骤冷将影响冷将影响烧结矿强度。度。2.燃燃烧层：主要反：主要反应为：C的燃的燃烧、MCO3分解、分解、FeS2氧氧化、形成液相、化、形成液相、铁氧化物分解氧化物分解还原氧化。（由于液相原氧化。（由于液相的的产生使生使该层透气性透气性变差）差）3.预热层：主要反：主要反应为：氧化：氧化还原、原、结晶水分解、部分晶水分解、部分MCO3分解分解4.干燥干燥层：主要：主要为烧结料中水分蒸料中水分蒸发，易使，易使烧结料球破坏料球破坏5.过湿湿层：原始混合料：原始混合料层，水分凝聚，影响料，水分凝聚，影响料层透气性透气性13.（三）（三）烧结过程的特点程的特点1.燃料燃燃料燃烧需空气需空气过剩，剩，过剩系数剩系数=1.41.5（燃料分布（燃料分布较稀稀疏）疏）2.一般情况下一般情况下烧结保持弱氧化气氛（金属化保持弱氧化气氛（金属化烧结除外）除外）3.烧结过程存在自程存在自动蓄蓄热作用（可以考作用（可以考虑采用上高下低的分采用上高下低的分层配炭）配炭）4.存在存在传热速度与燃速度与燃烧速度的同步速度的同步问题5.存在如何减少存在如何减少“过湿湿”现象的象的问题6.存在有害存在有害杂质S的去除的去除问题（S由易去除由易去除S化物化物转化化为硫酸硫酸盐的的问题）7.存在存在选用何种液相体系作用何种液相体系作为固固结成型机理成型机理问题8.如何解决如何解决还原性与原性与强度矛盾的度矛盾的问题14.（四）（四）强化化烧结的措施的措施1.改善透气性：适宜的水分、延改善透气性：适宜的水分、延长混料混料时间、小球、小球烧结、预热混合料混合料2.提高抽提高抽风负压：但需考：但需考虑电耗成本增加耗成本增加问题3.高高压烧结：增加气体：增加气体质量流量量流量4.热风烧结：可部分解决：可部分解决还原性与原性与强度之度之间的矛盾的矛盾5.加入加入稳定定剂：P类、B类、Mn、V类6.提高提高R：铁酸酸钙理理论，即控制液相成分，但不利于脱，即控制液相成分，但不利于脱S7.厚料厚料层烧结：充分利用自：充分利用自动蓄蓄热作用（条件：作用（条件：预热混合料、混合料、低水原低水原则）8.双双层烧结：二次点火，：二次点火，设备复复杂9.料面插孔料面插孔烧结：提高透气性：提高透气性15.四、高炉冶炼基本原理（一）高炉（一）高炉还原原过程程（二）造渣与脱（二）造渣与脱S（三）（三）风口前口前C的燃的燃烧（四）炉料与煤气运（四）炉料与煤气运动（五）高炉能量利用（五）高炉能量利用16.高炉的五大系统17.高炉炉型18.（一）高炉还原过程1.高炉炉内状况19.（1）块状状带：矿焦保持装料焦保持装料时的分的分层状状态，与布料形式及粒，与布料形式及粒度有关，占度有关，占BF总体体积60%（2001100）主要反主要反应：水分蒸：水分蒸发 结晶水分解晶水分解 除除CaCO3外的其它外的其它MCO3分解分解 间接接还原原 碳素沉碳素沉积反反应（2CO=C+CO2）（2）软熔熔带：矿石石层开始熔化与焦碳开始熔化与焦碳层交互排列，焦碳交互排列，焦碳层也也称称“焦窗焦窗”形状受煤气流分布与布料影响，可分形状受煤气流分布与布料影响，可分为正正V型，倒型，倒V型，型，W型型 主要反主要反应：Fe的直接的直接还原原 Fe的渗碳的渗碳 CaCO3分解分解 吸收吸收S（焦碳中的（焦碳中的S向渣、金、气三相分布）向渣、金、气三相分布）贝波反波反应：C+CO2=2CO 20.（3）滴落）滴落带：主要由焦碳床：主要由焦碳床组成，熔融状成，熔融状态的渣的渣铁穿越焦穿越焦碳床碳床 主要反主要反应：Fe、Mn、Si、P、Cr的直接的直接还原，原，Fe的渗的渗C。（4）回旋区：）回旋区：C在鼓在鼓风作用下一面做回旋运作用下一面做回旋运动一面燃一面燃烧，是，是高炉高炉热量量发源地（源地（C的不完全燃的不完全燃烧），高炉唯一的氧化区），高炉唯一的氧化区域。域。主要反主要反应：C+O2=CO2 CO2+C=2CO（5）炉缸区：渣）炉缸区：渣铁分分层存在，焦碳浸泡其中存在，焦碳浸泡其中 主要反主要反应：渣渣铁间脱脱S，Si、Mn等元素氧化等元素氧化还原原21.2.铁的的间接接还原与直接原与直接还原原（1）间接接还原：用原：用CO、H2为还原原剂还原原铁的氧化物，的氧化物，产物无物无CO2、H2O的的还原反原反应。特点：放特点：放热反反应 反反应可逆可逆（2）直接）直接还原：用原：用C作作为还原原剂，最，最终气体气体产物物为CO的的还原反原反应。特点：特点：强吸吸热反反应 反反应不可逆不可逆（3）直接、）直接、间接接还原区域划分：取决于焦碳的反原区域划分：取决于焦碳的反应性性 低温区低温区 800基本基本为间接接还原原 中温区中温区 8001100共存共存 高温区高温区 1100全部全部为直接直接还原原（4）用直接）用直接还原度原度rd、间接接还原度原度ri来衡量高炉来衡量高炉C素利用素利用好坏，好坏，评价焦比。价焦比。22.3.非非铁元素的元素的还原原（1）Mn的的还原：原：一般一般规律：律：MnO2（550间还）Mn2O3（1100 间还）Mn3O4（1000 间还）MnO（1200 直接直接还原）原）Mn Mn还原的特点：原的特点：间接接还原放原放热大，使炉大，使炉顶温度温度 直接直接还原吸原吸热大，使焦比大，使焦比 控制控制Mn还原的手段：提高炉缸温度，但会使原的手段：提高炉缸温度，但会使Mn的的挥发损失失 提高炉渣提高炉渣R 生生铁中保持一定中保持一定Si 23.（2）Si的的还原原生生铁中中Si的要求：的要求：制制钢铁Si0.6 铸造造铁1.25Si4.25 Si 还原的特点：原的特点：大量吸大量吸热 全部直接全部直接还原原 焦比焦比K Si 还原的途径：原的途径：气化气化还原：原：SiO2+C=SiO（g）+CO SiO（g）+C=Si+CO 渣渣铁反反应：（：（SiO2）+2C=Si+2CO控制控制Si 还原的因素：原的因素：提高炉缸温度利于提高炉缸温度利于Si 的的还原原 炉渣炉渣R利于利于Si的的还原原24.（3）P的的还原原 P100%还原入原入铁，只有通，只有通过控制原料中的控制原料中的P含量来含量来控制控制P含量。含量。（4）含）含Ti矿的冶的冶炼 TiO2Ti2O3TiOTiTi（C，N）固熔体使炉渣）固熔体使炉渣粘稠粘稠25.（二）造渣与脱（二）造渣与脱S1.造渣的概念与作用造渣的概念与作用概念：概念：根据脉石、焦碳灰份根据脉石、焦碳灰份组成及数量，成及数量，选择适当的熔适当的熔剂，形成具有一定性能的炉渣。形成具有一定性能的炉渣。作用作用：（1）促）促进或抑制某些化学反或抑制某些化学反应 （2）保）保护炉炉墙（高炉（高炉长寿）寿）2.造渣造渣过程程（1）初渣：）初渣：由由软化前沿至熔化前沿生成化前沿至熔化前沿生成 生生矿：成分不均匀，：成分不均匀，软熔区熔区间大操作困大操作困难 酸性酸性烧结矿：成分：成分较均匀，但初渣均匀，但初渣为酸性酸性 碱性碱性烧结矿：成分可：成分可预定，存在一定定，存在一定CaO，流，流动性好。性好。26.（2）中）中间渣：渣：初渣向下温度升高，（初渣向下温度升高，（FeO）被）被还原，并吸收原，并吸收CaO，R（3）终渣：渣：主要成分：主要成分：（SiO2）+（Al2O3）+（CaO）+（MgO）95%，（FeO）1%27.3.脱脱S（1）S的来源与分布：的来源与分布：焦碳焦碳6080%、矿石及石及喷吹物吹物2040%（S负荷荷46kg/t铁）煤气、炉煤气、炉尘510%，生，生铁5%，炉渣，炉渣90%（2）降低生）降低生铁S途径：途径：降低降低S负荷（降低焦碳荷（降低焦碳S含量）含量）气化脱气化脱S（一定（一定值）适宜的渣量适宜的渣量（3）炉渣脱）炉渣脱S基本反基本反应：FeS+（CaO）=（CaS）+（FeO）提高炉渣脱提高炉渣脱S能力的因素：能力的因素：温度温度 还原气氛原气氛 R28.（三）（三）风口前口前C的燃的燃烧1.风口前口前C燃燃烧的意的意义 占占总C量的量的70%，其它碳用于：，其它碳用于：直接直接还原：（原：（FeO）+C=Fe+CO （MnO）+C=Mn+CO （CaO）+S+C=CaS+CO 使煤气中使煤气中CO增加增加 CO2、H2O的气化：的气化：CO2+C=2CO H2O+C=H2+CO 吸吸热、使焦碳、使焦碳强度下降度下降 意意义：（：（1）提供）提供热量量80%（2）提供）提供还原原剂 （3）影响炉料下降、）影响炉料下降、软熔熔带形状、煤气利用、冶形状、煤气利用、冶炼指指标。29.2.燃燃烧带大小的控制大小的控制下部下部调剂 （1）影响燃）影响燃烧带大小的因素：大小的因素：C的燃的燃烧速度（一般速度（一般认为影响不大）影响不大）布料状布料状态（中心堆（中心堆积，燃，燃烧带小；中心疏松，燃小；中心疏松，燃烧带大）大）鼓鼓风动能能EK的大小的大小 （2）影响）影响EK的因素：的因素：风量量，EK 风温温，体，体积膨膨胀，质量流量量流量，EK 风温温，速度，速度，EK 总体体EK 略有略有变化化 风压，EK 风口截面口截面积S，EK 30.（四）炉料与煤气运（四）炉料与煤气运动 1.炉料下降的条件：炉料下降的条件：（1）自由空）自由空间的形成的形成 C的燃的燃烧 渣渣铁排放排放 下料中重新排列下料中重新排列 炉料炉料软熔熔 （2）炉料下降的力学分析）炉料下降的力学分析 P=P料料-P摩摩-P浮浮-P气气 =P有效有效-P气气 P0 顺行行 P0 悬料，料，难行行 P料料品位品位，焦碳，焦碳负荷荷，P料料 P摩摩炉炉墙与炉料，炉料与炉料，与炉料，炉料与炉料，H/D（设计问题）P浮浮料柱浸泡在渣料柱浸泡在渣铁中中产生，勤放渣生，勤放渣铁 P气气上升煤气上升煤气对料柱的支撑力料柱的支撑力 31.2.炉腹区煤气流炉腹区煤气流 炉腹区炉腹区压差（差（P）较大的原因，存在液大的原因，存在液态渣渣铁的的动滞留（与冶滞留（与冶炼强度度I有关）和静滞留（与炉渣的物化性有关）和静滞留（与炉渣的物化性质有关），易形成液有关），易形成液泛泛现象（象（flood）。）。为避免液泛避免液泛现象要求：象要求：（1）渣量小）渣量小品位高、品位高、I小小 （2）提高焦碳）提高焦碳质量量 （3）煤气流速小）煤气流速小 （4）初渣粘度小，保）初渣粘度小，保证一定（一定（FeO）含量）含量3.炉炉顶煤气的分布：煤气的分布：（1）边缘气流气流 煤气利用差煤气利用差 （2）中心气流）中心气流 煤气利用一般考煤气利用一般考虑大大喷煤煤应以以发展中心展中心为主主 （3）两道气流）两道气流中心、中心、边缘都有一定都有一定发展，展，传统型型 （4）管道气流）管道气流煤气分布失常煤气分布失常 5060年代双年代双锋为主（低主（低I、原料差，以、原料差，以顺行行为主）主）6070年代平年代平锋为主（主（I）现代以中心开放代以中心开放为主主VU、大、大喷煤需要煤需要 32.4.上部上部调剂（1）合理布料的意）合理布料的意义：影响料柱的空隙度影响料柱的空隙度 不人不人为调整将整将产生偏析，煤气自生偏析，煤气自动边缘分布分布（2）影响因素：）影响因素：布料布料设备 装料制度：装料制度：包括：料包括：料线、批重、装料次序、批重、装料次序33.（五）高炉能量利用（五）高炉能量利用1.评价方法：价方法：（1）燃料比 （2）rd （3）C的利用程度co2.煤气上升煤气上升过程中的程中的变化化34.五、高炉强化冶炼手段与方法1.大大风量量问题：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.高高风温的温的问题：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。35.4.加湿与脱湿加湿与脱湿问题：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.大大喷煤煤问题：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36.