1、第二章第二章 高炉炼铁高炉炼铁(Blast Furnace Ironmaking)22023-5-23/4:28:442主要内容主要内容2.1 高炉冶炼用原料高炉冶炼用原料(raw materials)2.2 高炉炼铁原理高炉炼铁原理2.3 高炉结构及附属设备高炉结构及附属设备2.4 高炉操作高炉操作3钢铁生产的典型工艺（长流程）钢铁生产的典型工艺（长流程）42023-5-23/4:28:4442.1 高炉冶炼用原料高炉冶炼用原料2.1.1 主要原料主要原料2.1.2 烧结烧结(sintering)2.1.3 球团球团(pelletizing)52023-5-23/4:28:4452.1.1.
2、1 几个基本概念几个基本概念1 矿物矿物(Minerals)：地壳中具有均一内部结构、化学：地壳中具有均一内部结构、化学组成及一定物理、化学性质的天然化合物或自然组成及一定物理、化学性质的天然化合物或自然元素称为矿物。其中能够为人类利用的称为元素称为矿物。其中能够为人类利用的称为有用有用矿物矿物。2 矿石矿石(Ore)：在现代的技术经济条件下，能以工业：在现代的技术经济条件下，能以工业规模从中提取金属、金属化合物或其它产品的矿规模从中提取金属、金属化合物或其它产品的矿物称为物称为矿石矿石。3 矿石的品位矿石的品位(Ore grade)：矿石中有用成分的质量：矿石中有用成分的质量百分含量，称为该
3、矿石的百分含量，称为该矿石的品位品位。4 脉石脉石(Gauge)：矿石中没有用矿石中没有用的成分称为的成分称为脉石脉石，一，一般在冶炼过程中需要般在冶炼过程中需要去除去除。62023-5-23/4:28:4465、富矿、富矿(high-grade ore)：含铁品位：含铁品位50%的铁矿石的铁矿石 赤铁矿：理论含铁量赤铁矿：理论含铁量70%磁铁矿：理论含铁量磁铁矿：理论含铁量72.4%菱铁矿：理论含铁量菱铁矿：理论含铁量48.3%褐铁矿：理论含铁量褐铁矿：理论含铁量55.266.1%6、贫矿、贫矿(lean ore)：实际含铁量低于理论含铁量：实际含铁量低于理论含铁量70%的的铁矿石称贫矿（必
4、须经过选矿后使用）铁矿石称贫矿（必须经过选矿后使用）7、块矿、块矿(lump ore)和粉矿和粉矿(fine ore)扣除扣除CO2和结晶水和结晶水富矿富矿破碎、筛分破碎、筛分块矿块矿(510mm),上限上限粉矿（粉矿（5mm）供烧结厂生产烧结矿）供烧结厂生产烧结矿大中型高炉大中型高炉45mm中小型高炉中小型高炉6080%浮选浮选磁铁矿磁铁矿 细磨细磨 -200目目6080%磁选磁选褐铁矿褐铁矿 先磁化焙烧先磁化焙烧 后细磨后细磨 磁选磁选菱铁矿菱铁矿 细磨细磨 -200目目6080%浮选浮选82023-5-23/4:28:4482.1.1.2 主要原料主要原料p 高炉冶炼用的原料主要有高炉冶
5、炼用的原料主要有铁矿石铁矿石（天然富矿和（天然富矿和人造富矿）、人造富矿）、燃料燃料(fuel)（焦炭和喷吹燃料）、（焦炭和喷吹燃料）、熔剂熔剂(flux)（石灰石与白云石等）。（石灰石与白云石等）。p 冶炼冶炼1t生铁大约需要生铁大约需要1.62.0t矿石，矿石，0.40.6t焦炭焦炭(coke)，0.20.4t熔剂。熔剂。p 高炉冶炼是连续生产过程，必须尽可能为其提高炉冶炼是连续生产过程，必须尽可能为其提供供数量充足、品味高、强度好、粒度均匀粉末数量充足、品味高、强度好、粒度均匀粉末少、有害杂质少及性能稳定少、有害杂质少及性能稳定的原料。的原料。92023-5-23/4:28:449铁矿石
6、铁矿石磁铁矿（磁铁矿（Fe3O4）-magnettie赤铁矿（赤铁矿（Fe2O3）-hematite褐铁矿（褐铁矿（mFe2O3nH2O）-limonite 菱铁矿（菱铁矿（FeCO3）-siderite 102023-5-23/4:28:4410铁矿石处理工艺流程p 矿石矿石(ore)破碎破碎(crush)筛分筛分(screen)富矿富矿(high-grade ore)混匀混匀(mix)高炉；高炉；p 矿石矿石破碎破碎筛分筛分贫矿贫矿 (lean ore)磨矿磨矿 (grinding)筛分筛分选矿选矿 造块造块人造富矿人造富矿高炉高炉112023-5-23/4:28:4511燃料燃料p 焦炭
7、的作用：焦炭的作用：发热剂发热剂、还原剂还原剂及及料柱骨架料柱骨架。粒度：大型高炉粒度：大型高炉 4060mm；中型高炉中型高炉 2540mm；小型高炉小型高炉 1525mm；p 喷吹燃料：喷吹燃料：固体（无烟煤与烟煤粉）固体（无烟煤与烟煤粉）液体（重油、煤焦油）液体（重油、煤焦油）气体（天然气或焦炉煤气）气体（天然气或焦炉煤气）122023-5-23/4:28:4512熔剂熔剂p 熔剂主要使用石灰石熔剂主要使用石灰石(calcite)和白云石和白云石(dolomite)；p 熔剂的要求：熔剂的要求：有效成分含量高（有效成分含量高（CaO+MgO）；）；有害杂质有害杂质S、P低；低；粒度均匀，
8、强度好，粉末少。粒度均匀，强度好，粉末少。p 熔剂的作用：熔剂的作用：助熔，改善流动性，使渣铁容易分离；助熔，改善流动性，使渣铁容易分离；脱硫（焦炭和矿石中脱硫（焦炭和矿石中S）。）。132.1.2 烧结烧结(sintering)p 造块处理的必要性p 烧结矿和球团矿优点 2023-5-23/4:28:4513142023-5-23/4:28:45142.1.2 烧结烧结(sintering)p 将各种将各种粉状铁粉状铁，配入适宜的，配入适宜的燃料燃料和和熔剂熔剂，均匀，均匀混合，然后放在烧结机点火烧结。在燃料燃烧混合，然后放在烧结机点火烧结。在燃料燃烧产生高温和一系列物理化学变化作用下，部分
9、产生高温和一系列物理化学变化作用下，部分混合料颗粒表面发生软化熔融，产生一定数量混合料颗粒表面发生软化熔融，产生一定数量的液相，并润湿其它未融化的矿石颗粒。冷却的液相，并润湿其它未融化的矿石颗粒。冷却后，液相将后，液相将矿粉颗粒粘结成块矿粉颗粒粘结成块。这一过程叫是。这一过程叫是烧结烧结，所的到的块矿叫，所的到的块矿叫烧结矿烧结矿。烧结烧结工艺工艺流程流程162023-5-23/4:28:4616武钢三烧武钢三烧396m2鼓风环式冷却机鼓风环式冷却机172023-5-23/4:28:4617烧结过程示意图烧结过程示意图p 烧结料层有明显的分层，依次出现烧结料层有明显的分层，依次出现烧结矿层烧结
10、矿层、燃烧层燃烧层、预热和干燥预热和干燥 层层、过湿层过湿层，然后又，然后又 相继消失，最后剩下相继消失，最后剩下 烧结矿层烧结矿层。18p 烧结矿层烧结矿层p 燃烧层燃烧层p 预热和干燥层预热和干燥层p 过湿层过湿层2023-5-23/4:28:4618192023-5-23/4:28:4619400m2带式抽风烧结机带式抽风烧结机202023-5-23/4:28:4620烧结过程的主要反应烧结过程的主要反应p 燃烧反应燃烧反应：C+O2，烧结废气中以，烧结废气中以CO2为主，存在为主，存在少量少量CO，还有一些自由氧和氮。，还有一些自由氧和氮。2C+O2=2CO；C+O2=CO2p 分解反
11、应分解反应：结晶水的分解：褐铁矿（结晶水的分解：褐铁矿（mFe2O3nH2O）高岭土（高岭土（Al2O3 2SiO22H2O)熔剂分解：熔剂分解：CaCO3=CaO+CO2(750以上以上)MgCO3=MgO+CO2(720)212023-5-23/4:28:4621烧结过程的主要反应烧结过程的主要反应p 还原与再氧化反应：还原与再氧化反应：Fe、Mn等等 靠近燃料颗粒处：靠近燃料颗粒处：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2;Fe3O4+CO=3FeO+CO2;远离燃料颗粒处：远离燃料颗粒处：2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3;3FeO+1/2O2=Fe3O4.p 气化反应：脱硫气化反
12、应：脱硫8595。FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2 2FeS+7/2O2=Fe2O3+2SO2222023-5-23/4:28:4622烧结矿的形成烧结矿的形成p 烧结矿形成机理烧结矿形成机理p 是一种由多种矿物组成的复合体。由是一种由多种矿物组成的复合体。由含铁矿物含铁矿物和和脉石矿物脉石矿物组成的液相粘结在一起组成组成的液相粘结在一起组成。p 含含铁矿物铁矿物有磁铁矿、方铁矿（或浮氏体）、赤有磁铁矿、方铁矿（或浮氏体）、赤铁矿铁矿p 粘结相粘结相主要有铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅灰石、主要有铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅灰石、硅酸二钙、硅酸三钙、硅酸二钙、硅酸三钙、铁酸钙铁酸钙、钙铁灰石
13、及少、钙铁灰石及少量反应不全的游离石英和石灰。量反应不全的游离石英和石灰。232023-5-23/4:28:4623烧结厂巡视烧结厂巡视242023-5-23/4:28:4624烧结机烧结机p 世界上世界上90%以上烧结矿由以上烧结矿由抽风带式烧结抽风带式烧结机机生产，其主生产，其主要设备为要设备为烧结烧结台车台车。252023-5-23/4:28:46252.1.3 球团球团p 将准备好的原料将准备好的原料(细磨精矿或其他细磨粉状物料、细磨精矿或其他细磨粉状物料、添加剂等添加剂等)，按一定比例经过配料、混匀制成一定，按一定比例经过配料、混匀制成一定尺寸的小球，然后采用干燥焙烧或其他方法使其发
14、尺寸的小球，然后采用干燥焙烧或其他方法使其发生一系列的物理化学变化而硬化固结这一过程即生一系列的物理化学变化而硬化固结这一过程即为为球团生产过程球团生产过程其产品即为其产品即为球团矿球团矿。p 球团矿生产的工艺流程一般包括原料准备、配球团矿生产的工艺流程一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序。返矿处理等工序。262023-5-23/4:28:4626圆盘造球机圆盘造球机 272023-5-23/4:28:4627竖炉竖炉球团球团矿生矿生产的产的工艺工艺流程流程 282023-5-23/4:28:46282.2 高炉炼铁
15、原理高炉炼铁原理2.2.1 高炉冶炼过程及特点高炉冶炼过程及特点2.2.2 燃烧反应燃烧反应2.2.3 还原反应还原反应2.2.4 高炉炉渣与脱硫高炉炉渣与脱硫2.2.5 炉料与煤气运动炉料与煤气运动 2.2.6 高炉生产主要技术经济指标高炉生产主要技术经济指标292023-5-23/4:28:46292.2.1高炉冶炼过程及特点高炉冶炼过程及特点p 现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除高炉本体高炉本体外，还有外，还有供料供料、送风送风、煤气净化除尘煤气净化除尘、喷吹燃料喷吹燃料和和渣铁处理渣铁处理等系统。等系统。p 高炉炼铁的本质高炉炼铁的本质 传
16、质过程传质过程：矿石中的：矿石中的O2-O2-进入煤气中，实现铁与氧的分离进入煤气中，实现铁与氧的分离 传热过程传热过程：煤气携带的热量传给炉料，使炉料熔化成：煤气携带的热量传给炉料，使炉料熔化成渣铁，实现渣铁分离渣铁，实现渣铁分离O2-(矿）矿）CO CO2302023-5-23/4:28:4730高炉生产工艺流程312023-5-23/4:28:4731高炉结构高炉结构p 高炉是由耐火材料砌筑高炉是由耐火材料砌筑而成而成竖式圆筒形炉体竖式圆筒形炉体，外有钢板制成炉壳加固外有钢板制成炉壳加固密封，内嵌冷却器保护，密封，内嵌冷却器保护，炉子自上而下依次分为炉子自上而下依次分为炉喉、炉身、炉腰、
17、炉炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸腹和炉缸五部分。炉缸五部分。炉缸部分设有风口、铁口和部分设有风口、铁口和渣口，炉喉以上为装料渣口，炉喉以上为装料装置和煤气封盖及导出装置和煤气封盖及导出管。管。322023-5-23/4:28:4732高炉高炉炉内炉内炉料炉料状况状况及反及反应应332023-5-23/4:28:47332.2.2 燃烧反应燃烧反应p 炉顶加入的焦炭，其中风口前燃烧的碳量约占入炉顶加入的焦炭，其中风口前燃烧的碳量约占入炉总碳量的炉总碳量的65%75%，是在风口前与鼓风，是在风口前与鼓风中的中的O2燃烧，燃烧，1721参加直接还原反应，参加直接还原反应，10左右溶解进入铁水。左右溶解
18、进入铁水。p 燃烧反应的燃烧反应的作用作用：为高炉冶炼过程提供主要热源；为高炉冶炼过程提供主要热源；为还原反应提供为还原反应提供CO、H2等还原剂；等还原剂；为炉料下降提供必要的空间。为炉料下降提供必要的空间。342023-5-23/4:28:4734燃烧反应燃烧反应p 燃烧反应的机理一般认为燃烧反应的机理一般认为分两步分两步进行：进行：p 风口前碳素的燃烧只能是不完全燃烧，生成风口前碳素的燃烧只能是不完全燃烧，生成CO并放出热量。并放出热量。p 由于鼓风中总含有一定的水蒸气，灼热的由于鼓风中总含有一定的水蒸气，灼热的C与与H2O发生下列反应：发生下列反应：C+H2O=CO+H2 -12439
19、0kJ p 实际生产中的条件下，风口前碳素燃烧的最终产实际生产中的条件下，风口前碳素燃烧的最终产物由物由CO、H2、N2组成。组成。2222C+O=CO400660kJ (1)C+CO=2CO 165686kJ (2)(1)+(2)2C+O=2CO294974kJ (3)则：352023-5-23/4:28:4735回旋区及燃烧带回旋区及燃烧带p 回旋区回旋区：风口前产生焦炭：风口前产生焦炭和煤气流回旋运动的区域和煤气流回旋运动的区域称为回旋区。称为回旋区。p 回旋区和中间层组成焦炭回旋区和中间层组成焦炭在炉缸内进行燃烧反应的在炉缸内进行燃烧反应的区域称为区域称为燃烧带燃烧带。p 实践中常以实
20、践中常以CO2降至降至12的位置定为燃烧带界限。的位置定为燃烧带界限。大型高炉的燃烧带长度在大型高炉的燃烧带长度在10001500mm左右。左右。362023-5-23/4:28:47362.2.3 还原反应还原反应2.2.3.1 基本概念基本概念2.2.3.2 高炉内铁氧化物的还原高炉内铁氧化物的还原2.2.3.3 高炉内非铁元素的还原高炉内非铁元素的还原372023-5-23/4:28:47372.2.3.1基本概念基本概念p 还原反应还原反应 还原剂还原剂夺取金属氧化物中的氧夺取金属氧化物中的氧，使之变为金，使之变为金属或该金属低价氧化物的反应。属或该金属低价氧化物的反应。高炉炼铁常用的
21、还原剂主要有高炉炼铁常用的还原剂主要有CO、H2和固体和固体碳碳。p 铁氧化物的还原顺序铁氧化物的还原顺序 遵循逐级还原的原则。遵循逐级还原的原则。当温度小于当温度小于570时，按时，按Fe2O3Fe3O4Fe的顺序还原。的顺序还原。当温度大于当温度大于570时，按时，按Fe2O3Fe3O4 FeOFe的顺序还原。的顺序还原。382023-5-23/4:28:47382.2.3.2 高炉内铁氧化物的还原高炉内铁氧化物的还原p 用用CO和和H2还原铁氧化物还原铁氧化物 用用CO和和H2还原铁氧化物，生成还原铁氧化物，生成CO2和和H2O还原反应叫还原反应叫间接还原间接还原。用用CO作还原剂的还原
22、反应主要在高炉内小作还原剂的还原反应主要在高炉内小于于800的区域进行。的区域进行。用用H2作还原剂的还原反应主要在高炉内作还原剂的还原反应主要在高炉内8001100的区域进行。的区域进行。p 用固体碳还原铁氧化物用固体碳还原铁氧化物 用固体碳还原铁氧化物，生成用固体碳还原铁氧化物，生成CO的还原反应叫的还原反应叫直接还原直接还原。在高炉内具有实际意义的只有在高炉内具有实际意义的只有FeO+C=Fe+CO的反应。的反应。直接还原要通过气相进行反应，其反应过程如直接还原要通过气相进行反应，其反应过程如下：下：p 直接还原一般在大于直接还原一般在大于1100的区域进行，的区域进行，8001100区
23、域为直接还原与间接还原同时存在区，区域为直接还原与间接还原同时存在区，低于低于800的区域是间接还原区。的区域是间接还原区。402023-5-23/4:28:47402.2.3.3 高炉内非铁元素的还原高炉内非铁元素的还原 p 锰的还原锰的还原p 硅的还原硅的还原p 磷的还原磷的还原 p 铅、锌、砷的还原铅、锌、砷的还原 412023-5-23/4:28:4741锰的还原锰的还原 p 高炉内锰氧化物的还原由高级向低级逐级还原直高炉内锰氧化物的还原由高级向低级逐级还原直到金属锰，顺序为：到金属锰，顺序为：p 从从MnO2到到MnO可通过间接还原进行还原反应。可通过间接还原进行还原反应。MnO还原
24、成还原成Mn只能靠直接还原取得。只能靠直接还原取得。p MnO的直接还原是吸热反应。高炉炉温是锰还的直接还原是吸热反应。高炉炉温是锰还原的重要条件，其次适当提高炉渣碱度，增加原的重要条件，其次适当提高炉渣碱度，增加MnO的活度，也有利于锰的直接还原。的活度，也有利于锰的直接还原。p 还原出来的锰可溶于生铁或生成还原出来的锰可溶于生铁或生成Mn3C溶于生铁。溶于生铁。422023-5-23/4:28:4742硅的还原硅的还原p 硅的还原只能在硅的还原只能在高炉下部高温区高炉下部高温区(1300以上以上)以直接还原的形式进行：以直接还原的形式进行：SiO2+2CSi2CO -628297kJp S
25、iO2在还原时要吸收大量热量，硅在高炉内只在还原时要吸收大量热量，硅在高炉内只有少量被还原。有少量被还原。p 还原出来的硅可溶于生铁或生成还原出来的硅可溶于生铁或生成FeSi再溶于生再溶于生铁。铁。p 较高的炉温和较低的炉渣碱度有利于硅的还原。较高的炉温和较低的炉渣碱度有利于硅的还原。p 铁水中的含硅量可作为衡量炉温水平的标志。铁水中的含硅量可作为衡量炉温水平的标志。432023-5-23/4:28:4743磷的还原磷的还原 p 磷酸铁磷酸铁(FeO)3P2O58H2O又称蓝铁矿，蓝铁矿结又称蓝铁矿，蓝铁矿结晶水分解后，形成多微孔的结构较易还原，反应式为：晶水分解后，形成多微孔的结构较易还原，
26、反应式为：p 磷酸钙磷酸钙（主要存在形式）在高炉内首先进入炉渣，在（主要存在形式）在高炉内首先进入炉渣，在11001300时用碳作还原剂还原磷，其还原率能时用碳作还原剂还原磷，其还原率能达达60；当有；当有SiO2存在时，可以加速磷的还原：存在时，可以加速磷的还原：p 磷在高炉冶炼条件下，磷在高炉冶炼条件下，全部全部被还原以被还原以Fe2P形态溶于生形态溶于生铁。铁。442023-5-23/4:28:4744铅、锌、砷的还原铅、锌、砷的还原 p 还原出来的铅（密度还原出来的铅（密度11.34g/cm3）易沉积于）易沉积于炉底，渗入砖缝，破坏炉底；部分铅在高炉内易炉底，渗入砖缝，破坏炉底；部分铅
27、在高炉内易挥发上升，遇到挥发上升，遇到CO2和和H2O将被氧化，随炉料一将被氧化，随炉料一起下降时又被还原，在炉内循环。起下降时又被还原，在炉内循环。p 还原出来的锌，在炉内挥发、氧化、体积增大使还原出来的锌，在炉内挥发、氧化、体积增大使炉墙破坏，或凝附于炉墙形成炉瘤。炉墙破坏，或凝附于炉墙形成炉瘤。p 还原出来的砷，与铁化合影响钢铁性能，使钢冷还原出来的砷，与铁化合影响钢铁性能，使钢冷脆，焊接性能大大降低。脆，焊接性能大大降低。452023-5-23/4:28:47452.2.3.5生铁的生成与渗碳过程生铁的生成与渗碳过程 p 生铁的生成：渗碳和已还原的元素进入生铁中，得到含生铁的生成：渗碳
28、和已还原的元素进入生铁中，得到含Fe、C、Si、Mn、P、S等元素的生铁。等元素的生铁。p 渗碳过程渗碳过程 固体海绵铁发生渗碳过程：固体海绵铁发生渗碳过程：（渗（渗C有限，不到有限，不到1）在在1400左右时，与炽热的焦炭继续进行固相渗碳。左右时，与炽热的焦炭继续进行固相渗碳。熔化后的金属铁与焦炭发生渗碳反应：熔化后的金属铁与焦炭发生渗碳反应：3Fe液液+C焦焦=Fe3C液液。462023-5-23/4:28:47462.2.4 高炉炉渣与脱硫高炉炉渣与脱硫 p 高炉炉渣是铁矿石中的脉石和焦炭高炉炉渣是铁矿石中的脉石和焦炭(燃料燃料)中的中的灰分等与熔剂相互作用生成低熔点的化合物，灰分等与熔
29、剂相互作用生成低熔点的化合物，形成非金属的液相。形成非金属的液相。高炉炉渣的成分高炉炉渣的成分 高炉炉渣作用高炉炉渣作用 成渣过程成渣过程 生铁去硫生铁去硫472023-5-23/4:28:47472.2.4.1 高炉炉渣的成分高炉炉渣的成分p 高炉炉渣的来源：矿石中的脉石、焦炭高炉炉渣的来源：矿石中的脉石、焦炭(燃料燃料)中的灰中的灰分、熔剂中的氧化物、被侵蚀的炉衬等。分、熔剂中的氧化物、被侵蚀的炉衬等。p 高炉炉渣的成分：氧化物为主，且含量最多的是高炉炉渣的成分：氧化物为主，且含量最多的是SiO2、CaO、Al2O3、MgO。p 炉渣中氧化物的种类：碱性氧化物、酸性氧化物和中炉渣中氧化物的
30、种类：碱性氧化物、酸性氧化物和中性氧化物。以碱性氧化物为主的炉渣称碱性炉渣；以性氧化物。以碱性氧化物为主的炉渣称碱性炉渣；以酸性氧化物为主的炉渣称酸性炉渣。酸性氧化物为主的炉渣称酸性炉渣。p 炉渣的碱度炉渣的碱度(R)：炉渣中碱性氧化物和酸性氧化物的质：炉渣中碱性氧化物和酸性氧化物的质量百分数之比表示炉渣碱度：量百分数之比表示炉渣碱度：p 高炉炉渣碱度一般表示式：高炉炉渣碱度一般表示式：R=m(CaO)m(SiO2)p 炉渣的碱度根据高炉原料和冶炼产品的不同，一般在炉渣的碱度根据高炉原料和冶炼产品的不同，一般在1.01.3之间。之间。482023-5-23/4:28:47482.2.4.2 高
31、炉炉渣的作用高炉炉渣的作用p 分离渣铁分离渣铁，具有良好的流动性，能顺利排出炉外。，具有良好的流动性，能顺利排出炉外。p 具有足够的脱硫能力具有足够的脱硫能力，尽可能降低生铁含硫量，保，尽可能降低生铁含硫量，保证冶炼出合格的生铁。证冶炼出合格的生铁。p 具有调整生铁成分，保证生铁质量的作用具有调整生铁成分，保证生铁质量的作用。p 保护炉衬，保护炉衬，具有较高熔点的炉渣，易附着于炉衬上，具有较高熔点的炉渣，易附着于炉衬上，形成形成“渣皮渣皮”，保护炉衬，维持生产。，保护炉衬，维持生产。492023-5-23/4:28:47492.2.4.2 成渣过程成渣过程 （1）焦炭在风口处完全燃烧，）焦炭在
32、风口处完全燃烧，灰分灰分进入炉渣。进入炉渣。（2）石灰石在下降过程中，）石灰石在下降过程中，分解的分解的CaO在滴落带，在滴落带，被初渣溶解，参与造渣。被初渣溶解，参与造渣。（3）矿石在块状带固相反应生成了低熔点的化合）矿石在块状带固相反应生成了低熔点的化合物沿焦炭缝隙流下，分离出物沿焦炭缝隙流下，分离出初渣初渣。随后渣中。随后渣中(FeO)不断还原不断还原进入铁中，至滴落带，炉渣以滴状下落，进入铁中，至滴落带，炉渣以滴状下落，渣中渣中FeO已降到已降到23。（4）滴落的初渣成分不断变化，初渣开始是自然）滴落的初渣成分不断变化，初渣开始是自然碱度，以后随着碱度，以后随着SiO2的还原的还原，石
33、灰石渣化石灰石渣化并加入并加入焦焦炭灰分炭灰分，经过碱度波动之后形成，经过碱度波动之后形成终渣终渣。成渣过程中，成渣过程中，软熔带软熔带对炉内料柱透气性影响很对炉内料柱透气性影响很大，习惯上把这一带叫大，习惯上把这一带叫成渣带成渣带。502023-5-23/4:28:47502.2.4.3 生铁去硫生铁去硫p 硫的来源：矿石、焦炭、熔剂和喷吹燃料中的硫硫的来源：矿石、焦炭、熔剂和喷吹燃料中的硫分。炉料中分。炉料中焦炭焦炭带入的硫最多，占带入的硫最多，占7080。p 冶炼每吨生铁由炉料带入的总硫量称冶炼每吨生铁由炉料带入的总硫量称硫负荷硫负荷。p 炉渣去硫炉渣去硫 炉渣去硫反应：炉渣去硫反应：F
34、eS+(CaO)=(CaS)+(FeO)生成的生成的FeO在高温下与焦炭作用：在高温下与焦炭作用：(FeO)+C=Fe+CO-Q 总的脱硫反应可写成：总的脱硫反应可写成：FeS+(CaO)+C=(CaS)+Fe+CO-Q p 炉外脱硫炉外脱硫 高炉常用的炉外脱硫剂是苏打粉高炉常用的炉外脱硫剂是苏打粉(Na2CO3)。反应式为：。反应式为：Na2CO3+FeS=Na2S+FeO+CO2-Q 还有还有石灰石灰、白云石、电石、复合脱硫剂等。、白云石、电石、复合脱硫剂等。512023-5-23/4:28:47512.2.5 炉料与煤气运动炉料与煤气运动2.2.5.1 炉料运动炉料运动2.2.5.2 煤
35、气运动煤气运动522023-5-23/4:28:47522.2.5.1炉料运动炉料运动p 炉料在炉内下降的基本条件：高炉内不断形成炉料在炉内下降的基本条件：高炉内不断形成促使炉料下降的自由空间。促使炉料下降的自由空间。p 形成炉料下降的自由空间的因素形成炉料下降的自由空间的因素 焦炭在风口前燃烧生成煤气。焦炭在风口前燃烧生成煤气。炉料中的碳素参加直接还原。炉料中的碳素参加直接还原。炉料在下降过程中重新排列、压紧并熔化成炉料在下降过程中重新排列、压紧并熔化成液相，体积缩小。液相，体积缩小。定时放出渣铁。定时放出渣铁。532023-5-23/4:28:47532.2.5.2 煤气运动煤气运动 p
36、煤气的体积的变化煤气的体积的变化p 煤气的成分的变化煤气的成分的变化p 煤气的温度的变化煤气的温度的变化p 煤气的压力的变化煤气的压力的变化542023-5-23/4:28:4754煤气的体积的变化煤气的体积的变化p 煤气量取决于冶炼强度、鼓风成分、焦比等因煤气量取决于冶炼强度、鼓风成分、焦比等因素。素。p 煤气的体积煤气的体积 总量在上升总量在上升 过程中是增过程中是增 加的。加的。552023-5-23/4:28:4755煤气成分的变化煤气成分的变化p CO：煤气上升过程中，：煤气上升过程中，CO在高炉下部高温区开始增加，在高炉下部高温区开始增加，煤气中的煤气中的CO含量会相应减小。含量会
37、相应减小。p CO2：在炉缸、炉腹部位几乎为零，从中温区开始增加。：在炉缸、炉腹部位几乎为零，从中温区开始增加。p H2：来源于风中：来源于风中H2O汽和焦炭中的有机汽和焦炭中的有机H2和喷吹燃料和喷吹燃料中的挥发中的挥发H2，上升过程中由于参加间接还原和生成，上升过程中由于参加间接还原和生成CH4，含量逐渐减少，但由于炉料中结晶水和碳作用生，含量逐渐减少，但由于炉料中结晶水和碳作用生成部分成部分H2，又可适量增加煤气中，又可适量增加煤气中H2的含量。的含量。p N2：鼓风带入的：鼓风带入的N2，焦炭中的有机，焦炭中的有机N2和喷吹燃料中的和喷吹燃料中的挥发挥发N2，在上升过程中不参加任何反应
38、，绝对量不变。，在上升过程中不参加任何反应，绝对量不变。p CH4：高温时少量焦炭与：高温时少量焦炭与H2作用生成作用生成CH4，上升过程，上升过程中又加入焦炭挥发分中中又加入焦炭挥发分中CH4，但数量很少，变化不大。，但数量很少，变化不大。562023-5-23/4:28:4756p 炉内热交换现象：炉缸煤气在上升过程中把热量炉内热交换现象：炉缸煤气在上升过程中把热量传递给炉料，温度逐渐降低；而炉料在下降过程传递给炉料，温度逐渐降低；而炉料在下降过程吸收煤气的热量，温度逐渐上升。吸收煤气的热量，温度逐渐上升。煤气温度的变化煤气温度的变化572023-5-23/4:28:4757p 压头损失压
39、头损失(p)的表示式的表示式 p=P炉缸炉缸-P炉喉炉喉 p 压头损失压头损失p的作用的作用 增加到一定程度时，将妨碍高炉顺行。增加到一定程度时，将妨碍高炉顺行。煤气压力的变化煤气压力的变化582023-5-23/4:28:47582.2.6 高炉生产主要技术经济指标高炉生产主要技术经济指标p 有效容积利用系数（有效容积利用系数（V）：高炉每立方米有效容：高炉每立方米有效容积每天生产的合格铁水量（积每天生产的合格铁水量（t/m3d）p 入炉焦比入炉焦比（K）：冶炼一吨生铁消耗的焦炭量）：冶炼一吨生铁消耗的焦炭量（kg/t）V V=高炉每天的合格生铁量高炉每天的合格生铁量P高炉有效容积高炉有效容
40、积VuK=每天装入高炉的焦炭量每天装入高炉的焦炭量高炉每天出铁量高炉每天出铁量p 煤比（或油比）：煤比（或油比）：冶炼一吨生铁消耗的煤冶炼一吨生铁消耗的煤粉量或重油（粉量或重油（kg/t）p 燃料比燃料比焦比煤比（或油比）焦比煤比（或油比）p 冶炼强度：冶炼强度：高炉每立方米有效容积每天消耗高炉每立方米有效容积每天消耗的（干）焦炭量（焦比一定的情况下）的（干）焦炭量（焦比一定的情况下）V=I/KM=每天喷入高炉的煤粉量每天喷入高炉的煤粉量高炉每天出铁量高炉每天出铁量I=高炉每天消耗的焦炭量高炉每天消耗的焦炭量高炉的有效容积高炉的有效容积p 生铁合格率生铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量占
41、生：生铁化学成分符合国家标准的总量占生铁总量的指标。铁总量的指标。p 休风率：休风率：高炉休风时间（不包括计划大、中、小修）高炉休风时间（不包括计划大、中、小修）占日历工作时间的百分数。占日历工作时间的百分数。规定的日历作业时间规定的日历作业时间=日历时间日历时间-计划大中修及封炉时计划大中修及封炉时间间 休风率反映高炉操作及设备维护的水平。休风率反映高炉操作及设备维护的水平。p 生铁成本：生铁成本：生产每吨合格生铁所需原料、燃料、材料、生产每吨合格生铁所需原料、燃料、材料、动力、人工等一切费用的总和，单位：元动力、人工等一切费用的总和，单位：元/tFe。p 炉龄（高炉一代寿命）炉龄（高炉一代
42、寿命）：即从高炉点火开始到停炉大：即从高炉点火开始到停炉大修之间实际运行的时间或产铁量。炉龄长，产铁多，修之间实际运行的时间或产铁量。炉龄长，产铁多，经济效益高。经济效益高。休风率休风率=高炉休风时间高炉休风时间规定的日历作业时间规定的日历作业时间100%612023-5-23/4:28:4761铁铁 种种炼钢生铁炼钢生铁牌牌 号号炼炼04炼炼08炼炼10代代 号号L04L08L10w(Si)0.450.450.850.851.25w(Mn)一组一组二组二组三组三组0.40.4 1.01.02.0w(P)特级特级一级一级二级二级三级三级0.100.100.150.150.250.250.40w
43、(S)特类特类一类一类二类二类三类三类0.020.020.030.030.050.050.07铁水温度在铁水温度在14501550。按照。按照Si含量的不同，将高炉铁水分为炼钢生铁含量的不同，将高炉铁水分为炼钢生铁(w Si4000m3 大型高炉：大型高炉：620m3 中型高炉：中型高炉：255620m3 小型高炉：小型高炉：100m32.3.1.1 高炉内型高炉内型662.3.1.1 高炉内型高炉内型672.3.1.1 高炉内型高炉内型68高炉内型对压差的影响69高炉内型对燃料比的影响70高炉内型对应力场的影响71高炉内型对炉身处管道行程的影响72高炉内型对炉身处管道行程的影响73高炉内型对
44、炉身处管道行程的影响74炉腰对边缘应力场的影响75炉型对炉缸状况的影响76炉型对炉缸状况的影响772023-5-23/4:28:48772.3.1.2 炉顶装料装置炉顶装料装置p 高炉炉顶装料设备的高炉炉顶装料设备的作用是按冶炼要求，作用是按冶炼要求，向炉内合理布料，同时要严密封住炉内向炉内合理布料，同时要严密封住炉内荒煤气不逸出炉外。荒煤气不逸出炉外。p 常用的炉顶装料设备主要有常用的炉顶装料设备主要有钟式炉顶钟式炉顶和和溜槽式（亦称无钟式）炉顶溜槽式（亦称无钟式）炉顶。782023-5-23/4:28:4878钟式炉顶钟式炉顶1旋转布料器；旋转布料器；2煤气封盖；煤气封盖；3均压室；均压室
45、；4大料钟；大料钟；5大料斗；大料斗；6小料钟；小料钟；7受料斗受料斗792023-5-23/4:28:4879无钟炉顶无钟炉顶1带式上料机；带式上料机；2旋转料罐；旋转料罐；3驱动电动机；驱动电动机；4托盘式料门；托盘式料门；5上密封阀（放散）；上密封阀（放散）；6密封料罐密封料罐；7卸料漏斗；卸料漏斗；8料流调节阀；料流调节阀；9下密封阀（均压）；下密封阀（均压）；10波纹管；波纹管；11眼睛阀；眼睛阀；12气密箱；气密箱；13溜槽溜槽802023-5-23/4:28:4880溜槽布料溜槽布料81无钟炉顶无钟炉顶82无钟炉顶无钟炉顶83无钟炉顶无钟炉顶84无钟炉顶无钟炉顶852023-5-
46、23/4:28:48852.3.2 高炉附属设备高炉附属设备2.3.2.1 原料供应系统原料供应系统2.3.2.2 送风系统送风系统2.3.2.3 煤气净化系统煤气净化系统2.3.2.4 渣铁处理系统渣铁处理系统 862023-5-23/4:28:4886皮带上料皮带上料上料系统上料系统2.3.2.1 原料供应系统原料供应系统872023-5-23/4:28:48872.3.2.2 送风系统送风系统p 高炉送风系统包括高炉送风系统包括高炉鼓风机高炉鼓风机、冷风管路冷风管路、热风热风炉炉、热风管路、风口热风管路、风口以及管路上的各种以及管路上的各种阀门阀门等。等。p 蓄热式热风炉由蓄热式热风炉由
47、拱顶拱顶、燃烧室燃烧室和和蓄热室蓄热室等几等几 部分构成。蓄热式热部分构成。蓄热式热 风炉呈周期性工作，风炉呈周期性工作，一个工作周期有一个工作周期有燃烧燃烧 期期、送风期送风期和和切炉期切炉期 三个过程。三个过程。一般一座一般一座 高炉有高炉有三至四座三至四座热风炉。热风炉。882023-5-23/4:28:4888蓄热式热风炉结构蓄热式热风炉结构892023-5-23/4:28:4889p 由热风炉送出的热风通过由热风炉送出的热风通过热风总管热风总管送到高炉，再经送到高炉，再经热风围管热风围管和和送风支管送风支管，将热风均匀的分配到每个，将热风均匀的分配到每个风风口口，以便炉内焦炭和喷吹燃
48、料进行燃烧。，以便炉内焦炭和喷吹燃料进行燃烧。p 热风围管热风围管由钢结构本体、耐火内衬、吊挂装置和下由钢结构本体、耐火内衬、吊挂装置和下部电葫芦单轨梁组成。部电葫芦单轨梁组成。p 风口装置风口装置主要由风口大套、中套和风口小套组成。主要由风口大套、中套和风口小套组成。热风围管及风口热风围管及风口902023-5-23/4:28:49902.3.2.3 煤气净化系统煤气净化系统1高炉；高炉；2重力除尘器；重力除尘器；3 洗涤塔；洗涤塔；4文氏管；文氏管；5调压阀组；调压阀组；6脱水器脱水器912023-5-23/4:28:4991重力除尘和文氏除尘重力除尘重力除尘文氏除尘文氏除尘922023-
49、5-23/4:28:49922.3.2.4 渣铁处理系统渣铁处理系统932023-5-23/4:28:4993渣铁分离器渣铁分离器1水渣沟水渣沟;2水渣槽及放散筒水渣槽及放散筒;3分配器分配器;4脱水转鼓脱水转鼓;5鼓内胶带运输机鼓内胶带运输机6鼓外胶带运输机鼓外胶带运输机;7水渣成品贮存槽水渣成品贮存槽;8集水斗集水斗;9冷却水池冷却水池;10泵站泵站11脱水转鼓的细筛网脱水转鼓的细筛网;12轴向刮板轴向刮板;13吹扫用压缩空气吹扫用压缩空气;14冲洗水冲洗水转鼓脱水法工艺流程转鼓脱水法工艺流程952023-5-23/4:28:4995武钢武钢 5号号高炉高炉出铁出铁场平场平面布面布置置 962023-5-23/4:28:4996第二章第二章 小结小结p 重点掌握内容：重点掌握内容：高炉炼铁原料及作用、烧结及过程；高炉炼铁原料及作用、烧结及过程；高炉结构、高炉内区域及进行反应、直接还原和高炉结构、高炉内区域及进行反应、直接还原和间接还原、高炉炉渣作用、生铁去硫、高炉生产间接还原、高炉炉渣作用、生铁去硫、高炉生产主要技术经济指标；主要技术经济指标；高炉有效容积、炉顶装料装置、热风炉炉型及原高炉有效容积、炉顶装料装置、热风炉炉型及原理；理；
