1、高炉炼铁PPT课件23.1 概述概述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，除高高炉本体外炉本体外，还有，还有供料系统供料系统、炉顶装料系统炉顶装料系统、送风送风系统系统、喷吹系统喷吹系统、煤气净化系统煤气净化系统、渣铁处理系统渣铁处理系统。武钢武钢6 6号高炉号高炉宝钢宝钢3 3号高炉号高炉33.1 概述概述43.2 高炉炼铁基本概念高炉炼铁基本概念3.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品（1）原料原料 高炉使用的原料包括高炉使用的原料包括铁矿石（烧结矿、球团矿和块矿）、铁矿石（烧结矿、球团矿和块矿）、焦炭、煤粉、鼓风和少量熔剂焦炭、煤粉、鼓
2、风和少量熔剂。铁矿石：在大型高炉炉料结构中，高碱度烧结矿一般占铁矿石：在大型高炉炉料结构中，高碱度烧结矿一般占7080%、酸性的球团矿和块矿占、酸性的球团矿和块矿占2030%。53.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品品品 种种w(TFe)（%）w(FeO)（%）w(SiO2)（%）w(CaO)（%）w(MgO)（%）w(Al2O3)（%）R宝钢烧结矿宝钢烧结矿59.477.554.258.201.271.091.93鞍钢烧结矿鞍钢烧结矿58.497.904.609.702.300.502.11巴西球团矿巴西球团矿65.811.613.670.470.730.490.13国产球团矿
3、国产球团矿63.210.176.011.220.480.760.20巴西块矿巴西块矿66.624.237.940.700.231.110.09南非块矿南非块矿62.892.116.490.590.032.360.0963.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品熔剂通常为石灰石，用来调节炉渣碱度。熔剂通常为石灰石，用来调节炉渣碱度。v高炉渣的碱度（高炉渣的碱度（R=CaO/SiO2）在）在1.01.25之间之间，当碱性炉料（高碱度烧结矿）与酸性炉料（球团当碱性炉料（高碱度烧结矿）与酸性炉料（球团矿和块矿）比例合适时，高炉中可不加或只加少矿和块矿）比例合适时，高炉中可不加或只加少量石灰石
4、。量石灰石。v根据入炉综合品位，冶炼根据入炉综合品位，冶炼1t生铁需要消耗铁矿石生铁需要消耗铁矿石1.51.7t。7高炉原料铁矿石熔 剂其他含铁代用品 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 高炉、转炉炉尘 残铁 轧钢铁皮 硫酸渣3.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品83.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品燃料燃料v 焦炭在高炉风口区域燃烧产生大量热量和煤气（焦炭在高炉风口区域燃烧产生大量热量和煤气（CO+N2）。）。v 煤气中的煤气中的CO将铁矿石中的氧化铁还原成金属铁，燃烧产将铁矿石中的氧化铁还原成金属
5、铁，燃烧产生的热量将渣铁熔化成铁水和液态炉渣。生的热量将渣铁熔化成铁水和液态炉渣。v 焦炭在高炉内始终呈固态，它能够将整个高炉的料柱支撑焦炭在高炉内始终呈固态，它能够将整个高炉的料柱支撑起来，保持高炉内部具有良好的透气性。起来，保持高炉内部具有良好的透气性。93.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品v煤粉从高炉风口喷入炉内，在风口区域燃烧产生煤粉从高炉风口喷入炉内，在风口区域燃烧产生热量和还原煤气，可代替部分焦炭。热量和还原煤气，可代替部分焦炭。v但煤粉无法代替焦炭的另一个重要作用但煤粉无法代替焦炭的另一个重要作用支撑料支撑料柱。柱。v目前，冶炼目前，冶炼1吨生铁大约需要消耗焦炭吨
6、生铁大约需要消耗焦炭250350kg，消耗煤粉消耗煤粉150250kg。10高炉燃料固体燃料气体燃料焦 炭煤 粉焦炉煤气高炉煤气用于高炉本体用于热风炉3.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品113.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品鼓风鼓风v 空气通过高炉鼓风机加压后成为高压空气（鼓风），经过空气通过高炉鼓风机加压后成为高压空气（鼓风），经过热风炉换热，将温度提高到热风炉换热，将温度提高到11001300，再从高炉风口，再从高炉风口进入炉缸，与焦炭和煤粉燃烧产生热量和煤气。进入炉缸，与焦炭和煤粉燃烧产生热量和煤气。v 鼓风带入高炉的物理热占高炉热量总收入的鼓风带入高炉
7、的物理热占高炉热量总收入的20%左右。在左右。在鼓风中加入氧气可提高鼓风中的氧含量（称为富氧鼓风）。鼓风中加入氧气可提高鼓风中的氧含量（称为富氧鼓风）。v 采用富氧鼓风可提高风口燃烧温度，有利于高炉提高喷煤采用富氧鼓风可提高风口燃烧温度，有利于高炉提高喷煤量和高炉利用系数。量和高炉利用系数。v 冶炼冶炼1吨生铁大约需要鼓风吨生铁大约需要鼓风14001700Nm3。123.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品（2）产品）产品 铁水铁水v 铁水的主要化学成分为铁水的主要化学成分为Fe、C、Si、Mn、P、S等，温度等，温度14501550。v 按照按照Si含量的不同，将高炉铁水分为炼钢
8、生铁（含量的不同，将高炉铁水分为炼钢生铁（w Si1.25%）和铸造生铁（）和铸造生铁（w Si1.25%）。）。v 铁水中铁水中C呈饱和状态，炼钢生铁中呈饱和状态，炼钢生铁中C含量在含量在3.74.3%之间。之间。133.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品高炉煤气高炉煤气v高炉煤气主要化学成分（体积百分比）为高炉煤气主要化学成分（体积百分比）为CO：2126%、CO2：1421%、N2：5557%、H2：1.03.0%、CH4：0.20.8%。v高炉煤气发热值高炉煤气发热值32003800 KJ/m3，属低热值煤气。，属低热值煤气。v冶炼每吨生铁产生高炉煤气冶炼每吨生铁产生高炉
9、煤气18002000m3左右。左右。143.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品v 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。含量会相应减小。v 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。v 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和喷吹燃料中的和喷吹燃料中的挥发挥发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，含量逐渐减少，但由于炉料中结晶水和碳作用生成部分逐渐减少，但由
10、于炉料中结晶水和碳作用生成部分H2，又，又可适量增加煤气中可适量增加煤气中H2的含量。的含量。v 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和喷吹燃料中的挥发和喷吹燃料中的挥发N2，在上升过程中不参加任何反应，绝对量不变。，在上升过程中不参加任何反应，绝对量不变。v 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，上升过程中又，上升过程中又加入焦炭挥发分中加入焦炭挥发分中CH4，但数量很少，变化不大，但数量很少，变化不大153.2.1 高炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品高炉渣高炉渣v 高炉冶炼高炉冶炼1t生铁产生生铁产生300600kg炉渣。炉渣。
11、v 高炉渣主要成分为高炉渣主要成分为:w(SiO2)=3242%、w(CaO)=3544%、w(Al2O3)=614%、w(MgO)=413%、w(MnO)=0.31.0%、w(FeO)=0.50.8%、w(S)=0.71.1%、R=1.051.25。v 在 这 一 成 分 范 围 内，高 炉 渣 的 熔 化 温 度 最 低在 这 一 成 分 范 围 内，高 炉 渣 的 熔 化 温 度 最 低（13001350），在炉缸温度下具有良好的流动性。），在炉缸温度下具有良好的流动性。v 高炉渣经高压水淬冷粒化后是生产水泥的良好原材料。高炉渣经高压水淬冷粒化后是生产水泥的良好原材料。163.2.1 高
12、炉炼铁的原料和产品高炉炼铁的原料和产品173.2.2 高炉内型高炉内型l 高炉内型是用耐火材料砌筑而高炉内型是用耐火材料砌筑而成的，供高炉冶炼的内部空间成的，供高炉冶炼的内部空间的轮廓。的轮廓。l 现代高炉都是五段式炉型，从现代高炉都是五段式炉型，从下至上分别为：下至上分别为：炉缸、炉腹、炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉炉腰、炉身、炉喉。高炉内型高炉内型18炉喉 Throat炉身 Shaft高炉本体炉腰 Belly炉腹 Bosh炉 缸 Hearth风口Tuyere铁口 Taphole渣口 Slag taphole高炉有效容积代表高炉的大小或生产能力3.2.2 高炉内型高炉内型193.2.2 高炉内
13、型高炉内型 高炉有效容积代表高炉的大小或生产能力。高炉有效容积代表高炉的大小或生产能力。由高炉出铁口由高炉出铁口中心线所在水平面到料线零位水平面之间的容积。中心线所在水平面到料线零位水平面之间的容积。一般将一般将3000m3的高炉称为超大型高炉，的高炉称为超大型高炉，15002500m3的的高炉称为大型高炉，高炉称为大型高炉，6001000m3的高炉称为中型高炉，的高炉称为中型高炉，300m3以下的高炉称为小型高炉。以下的高炉称为小型高炉。一座一座4000m3级高炉日产生铁量达到级高炉日产生铁量达到10000 吨以上。吨以上。20荷兰Corus Ijmuiden钢铁公司高炉发展高炉编号高炉编号
14、1234567大 小建成年份1924192619301958196119671972炉缸直径/m5.65.65.98.59.011.013.8工作容积/m35195195981413149223283790初期产量(t/d)2802803601380170030005000当前/最终产量(t/d)10001000110035003700700010500拆除年份19741974199119971997 上一次大修 200219913.2.2 高炉内型高炉内型213.2.3 高炉生产主要技术经济指标高炉生产主要技术经济指标（1）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积每天
15、生产的合格铁水量（高炉每立方米有效容积每天生产的合格铁水量（t/m3d）。）。（2）焦比（）焦比（K）&高炉冶炼一吨生铁消耗的焦炭量（高炉冶炼一吨生铁消耗的焦炭量（kg/t）。）。（3）煤比（）煤比（M）&冶炼每吨生铁向高炉喷吹的煤粉量（冶炼每吨生铁向高炉喷吹的煤粉量（kg/t）。）。（4）燃料比）燃料比(焦比煤比焦比煤比)&定义：高炉冶炼每吨生铁所消耗的固体燃料的总和定义：高炉冶炼每吨生铁所消耗的固体燃料的总和(kg/t)。目前，大型和超大型高炉冶炼目前，大型和超大型高炉冶炼1t生铁的燃料比在生铁的燃料比在470520 kg/t之间，喷煤量可达到之间，喷煤量可达到150250 kg/t。22
16、3.2.3 高炉生产主要技术经济指标高炉生产主要技术经济指标（5）综合焦比）综合焦比(K)定义：将喷入高炉的煤粉折算成相应数量的焦炭后计算定义：将喷入高炉的煤粉折算成相应数量的焦炭后计算的焦的焦 比比(kg/t)。煤粉置换比通常小于煤粉置换比通常小于1.0，一般在，一般在0.750.90之间。之间。（6）冶炼强度（）冶炼强度（I）定义：每立方米高炉有效容积每天消耗的定义：每立方米高炉有效容积每天消耗的(干干)焦炭量焦炭量t/(m3d)。一般为一般为0.8 1.0 t/(m3d)。（7）综合冶炼强度）综合冶炼强度(I)定义：将喷入高炉的煤粉折算成相应数量的焦炭后计算定义：将喷入高炉的煤粉折算成相
17、应数量的焦炭后计算的冶炼强度的冶炼强度t/(m3d)。大型或超大型高炉达到大型或超大型高炉达到1.2 1.6 t/(m3d)。23高炉有效容积利用系数=冶炼强度/焦比（8）工序能耗）工序能耗 Ci=(燃料消耗燃料消耗+动力消耗动力消耗-回收二次能源回收二次能源)/产品产量产品产量(吨标准煤吨标准煤/t)1kg标准煤的发热量为标准煤的发热量为7000千卡千卡(29310kJ)2009年15月全国重点钢铁企业高炉为518kg/t，为1158，为413.30kg标准煤/t，为374kg/t，为144kg/t。3.2.3 高炉生产主要技术经济指标高炉生产主要技术经济指标243.2.3 高炉生产主要技术
18、经济指标高炉生产主要技术经济指标（9）休风率）休风率 高炉休风时间占规定日历作业时间的百分比（高炉休风时间占规定日历作业时间的百分比（%）。）。规定日历作业时间规定日历作业时间=日历时间日历时间-计划大中修时间和临时休风计划大中修时间和临时休风时间。时间。（10）生铁合格率）生铁合格率 合格生铁产量占高炉生铁总产量的百分比（合格生铁产量占高炉生铁总产量的百分比（%）。）。25例题：例题：某高炉容积某高炉容积2000m3，年产，年产150万吨炼钢生铁，消万吨炼钢生铁，消耗耗60万吨焦炭，每吨生铁喷吹煤粉万吨焦炭，每吨生铁喷吹煤粉150kg，置换比为，置换比为0.9，计算高炉计算高炉有效容积利用系
19、数有效容积利用系数、焦比焦比、燃料比燃料比、综合焦比综合焦比及及冶炼强度冶炼强度各为多少？各为多少？答案：答案：利用系数利用系数：2.05t/m3d 焦焦 比比：400kg/tFe 燃燃 料料 比比：550kg/tFe 综合焦比综合焦比：535kg/tFe 冶炼强度冶炼强度：0.822t/m3d3.2.3 高炉生产主要技术经济指标高炉生产主要技术经济指标263.3.1 高炉本体(Blast Furnace Body)钢结构 炉衬 冷却设备 送风装置 检测仪器设备3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备27 由四根支柱和多层横向拉杆组成。上至炉顶平台，下接高炉基础，与高炉中心成对称布置。（1）钢
20、结构：包括炉体支承结构和炉壳高强度钢板焊接而成，起承重、密封煤气和固定冷却器的作用。3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备28宝钢宝钢1号高炉炉体框架号高炉炉体框架高炉炉壳高炉炉壳3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备29 高炉炉壳用高强度钢板焊接而成，起承重、密封煤气和固高炉炉壳用高强度钢板焊接而成，起承重、密封煤气和固定冷却器的作用。定冷却器的作用。对无料钟炉顶，旋转溜槽、中心喉管等重量由炉壳支承。对无料钟炉顶，旋转溜槽、中心喉管等重量由炉壳支承。料罐、受料漏斗、密封阀、上升管等设备重量通过炉顶框料罐、受料漏斗、密封阀、上升管等设备重量通过炉顶框架支承在炉顶平台上，炉顶平台的所有重量再
21、由大框架传架支承在炉顶平台上，炉顶平台的所有重量再由大框架传递给基础。递给基础。大框架自立式结构大框架自立式结构的优点是风口平台宽敞，炉前操作方便，的优点是风口平台宽敞，炉前操作方便，利于风口平台机械化作业。利于风口平台机械化作业。3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备钢结构的作用与优点钢结构的作用与优点30（2）炉衬）炉衬 高炉炉衬由耐火砖砌筑而成，由于各部分内衬工作条件不高炉炉衬由耐火砖砌筑而成，由于各部分内衬工作条件不同，采用的耐火砖材质和性能也不同。同，采用的耐火砖材质和性能也不同。炉身中上部炉衬主要考虑耐磨，炉身中上部炉衬主要考虑耐磨，炉身下部和炉腰主要考虑炉身下部和炉腰主要考虑抗
22、热震破坏和碱金属的侵蚀，抗热震破坏和碱金属的侵蚀，炉腹主要考虑高炉腹主要考虑高FeO的初渣的初渣侵蚀，侵蚀，炉缸、炉底主要考虑抗铁水机械冲刷和耐火砖的差炉缸、炉底主要考虑抗铁水机械冲刷和耐火砖的差热膨胀。热膨胀。目前，大型高炉上部以碳化硅和优质硅酸盐耐火材料为主，目前，大型高炉上部以碳化硅和优质硅酸盐耐火材料为主，中部以抗碱金属能力强的碳化硅砖或高导热的炭砖为主，中部以抗碱金属能力强的碳化硅砖或高导热的炭砖为主，高炉下部以高导热的石墨质炭砖为主。高炉下部以高导热的石墨质炭砖为主。3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备31 炉衬寿命将随着冶炼条件而变，但最薄弱的环节应在炉底（含炉缸）和炉身。3
23、.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备32炉缸、炉底砌筑结构炉缸、炉底砌筑结构3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备33（3 3）冷却设备）冷却设备 冷却设备的作用是降低炉衬温度，提高炉衬材料抗机械、冷却设备的作用是降低炉衬温度，提高炉衬材料抗机械、化学和热产生的侵蚀能力，使炉衬材料处于良好的服役状化学和热产生的侵蚀能力，使炉衬材料处于良好的服役状态。态。高炉使用的冷却设备主要有冷却壁、冷却板和风口。高炉使用的冷却设备主要有冷却壁、冷却板和风口。冷却壁紧贴着炉衬布置，冷却面积大；冷却壁紧贴着炉衬布置，冷却面积大；而冷却板水平插入而冷却板水平插入炉衬中，对炉衬的冷却深度大，并对炉衬有一定的支托
24、作炉衬中，对炉衬的冷却深度大，并对炉衬有一定的支托作用。用。3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备34 冷却壁冷却壁：冷却壁分光面冷却壁和镶砖冷却壁。冷却壁分光面冷却壁和镶砖冷却壁。光面冷却壁主要用于冷却炉缸和炉底炭砖，镶砖冷却壁主光面冷却壁主要用于冷却炉缸和炉底炭砖，镶砖冷却壁主要用于冷却炉腹、炉腰、炉身各部位的炉衬。要用于冷却炉腹、炉腰、炉身各部位的炉衬。光面冷却壁光面冷却壁镶砖冷却壁的不同结构形式镶砖冷却壁的不同结构形式3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备35 冷却板冷却板 冷却板用纯铜制造。冷却板安装时水平插入炉衬砖层中，冷却板用纯铜制造。冷却板安装时水平插入炉衬砖层中，对炉衬具
25、有一定支托作用。对炉衬具有一定支托作用。冷却板结构及其安装冷却板结构及其安装3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备36 风口风口 风口是鼓风进入炉缸的入口。风口装置有大套、二套和小风口是鼓风进入炉缸的入口。风口装置有大套、二套和小套组成。套组成。风口装置结构风口装置结构贯流式风口贯流式风口3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备37 风口区域是高风口区域是高炉温度最高的区域，炉温度最高的区域，鼓风温度本身高达鼓风温度本身高达11001300，为了，为了保证风口得到良好冷保证风口得到良好冷却，风口环流水道内却，风口环流水道内流速达到流速达到814m/s。3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备
26、38（4 4）送风装置）送风装置 送风装置包括热风围管、支管、直吹管、风口大套、风口送风装置包括热风围管、支管、直吹管、风口大套、风口二套和小套。二套和小套。3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备39热风围管Bustle Pipe送风支管Blast Pipe热风围管与连接热风炉的热风总管相连，在热风围管上均匀分布着数十套送风支管。3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备403.3.2 炉顶装料设备炉顶装料设备 炉顶装料设备的任务是将铁矿石和焦炭按冶炼工艺要求有炉顶装料设备的任务是将铁矿石和焦炭按冶炼工艺要求有规律地从炉顶装入高炉。规律地从炉顶装入高炉。目前，大多数中小型高炉使用双钟炉顶装料设
27、备。大型和目前，大多数中小型高炉使用双钟炉顶装料设备。大型和超大型高炉使用无料钟炉顶装料设备。超大型高炉使用无料钟炉顶装料设备。3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备41双钟炉顶双钟炉顶打开小料钟，炉料落入大料斗内。开大钟均压阀，使大料钟上下压力一致。打开大料钟，将炉料布入炉内。3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备42 无钟炉顶无钟炉顶 采用可任意改变倾角的旋转溜槽完成布料任务。可实现单环、多环、螺旋、定点、扇形布料方式。3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备43无料钟炉顶装料设备分并罐和串罐两种方式。无料钟炉顶装料设备分并罐和串罐两种方式。3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备44
28、3.3.3 热风炉热风炉 热风炉是高炉本体以外最重要的设备之一。热风炉是高炉本体以外最重要的设备之一。热 风 炉 肩 负 着 向 高 炉 连 续 不 断 地 输 送 温 度 高 达热 风 炉 肩 负 着 向 高 炉 连 续 不 断 地 输 送 温 度 高 达11001300的热风。的热风。对每一座热风炉来说，它本身是燃烧和送风交替工作，因对每一座热风炉来说，它本身是燃烧和送风交替工作，因此，每座高炉必须配备此，每座高炉必须配备34座热风炉同时工作才能满足高座热风炉同时工作才能满足高炉生产要求。炉生产要求。3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备45u按结构型式分类，蓄热式热风炉有按结构型式分类
29、，蓄热式热风炉有内燃式内燃式、外燃外燃式式和和顶燃式顶燃式（包括球式热风炉）三类。（包括球式热风炉）三类。内燃式内燃式外燃式外燃式顶燃式顶燃式3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备46 蓄热式热风炉由燃烧室、蓄热室和拱顶三部分组成。蓄热式热风炉由燃烧室、蓄热室和拱顶三部分组成。燃烧燃烧室是煤气燃烧产生热量的空间；蓄热室内填充有耐火材料室是煤气燃烧产生热量的空间；蓄热室内填充有耐火材料做成的格子砖，用来储存煤气燃烧产生的大量热量。做成的格子砖，用来储存煤气燃烧产生的大量热量。3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备47蓄热式热风炉的构成(以外燃式为例)燃烧室蓄热室烘 顶储存煤气燃烧产生的大量热
30、量煤气燃烧产生热量的空间3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备48 蓄热式热风炉工作过程由燃烧期、换炉和送风期组成。蓄热式热风炉工作过程由燃烧期、换炉和送风期组成。燃烧期：燃烧期：将煤气和助燃空气通过陶瓷燃烧器混合后在燃烧将煤气和助燃空气通过陶瓷燃烧器混合后在燃烧室内燃烧产生大量热量，高温烟气在通过蓄热室格子砖时室内燃烧产生大量热量，高温烟气在通过蓄热室格子砖时将热量储存在格子砖中。将热量储存在格子砖中。换炉：换炉：关闭各燃烧阀和烟道阀，打开冷风阀和热风阀，完关闭各燃烧阀和烟道阀，打开冷风阀和热风阀，完成从燃烧期向送风期过度。成从燃烧期向送风期过度。送风期：送风期：冷风从蓄热室下部进入，并向
31、上流动通过蓄热室冷风从蓄热室下部进入，并向上流动通过蓄热室格子转，格子转放出储存的热量将冷风加热，冷风变为热格子转，格子转放出储存的热量将冷风加热，冷风变为热风从热风出口流出，通过热风总管送往高炉。风从热风出口流出，通过热风总管送往高炉。3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备493.3.4 喷煤设备喷煤设备 高炉喷吹煤粉代替部分焦炭，一方面可以合理利用煤炭资高炉喷吹煤粉代替部分焦炭，一方面可以合理利用煤炭资源，另一方面降低了高炉生产成本。源，另一方面降低了高炉生产成本。高炉喷煤工艺流程高炉喷煤工艺流程3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备503.3.5 煤气系统煤气系统 煤气引导管道 除尘
32、设备 余压发电 顶压调节3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备513.3.5 除尘设备除尘设备除尘设备除尘设备 从炉顶排出的煤气是一种高压（从炉顶排出的煤气是一种高压（0.200.25MPa）荒煤气，）荒煤气，含尘量达到含尘量达到1020g/Nm3。在作为二次能源利用之前，必须。在作为二次能源利用之前，必须将含尘量降低到将含尘量降低到10mg/Nm3以下。以下。高炉煤气通过高炉煤气通过上升管和下降管上升管和下降管，首先进入重力除尘器去除，首先进入重力除尘器去除大颗粒灰尘（俗称瓦斯灰），然后再进行精除尘。精除尘大颗粒灰尘（俗称瓦斯灰），然后再进行精除尘。精除尘有湿法除尘和干法除尘两种流程。有湿
33、法除尘和干法除尘两种流程。精除尘有湿法除尘和干法除尘两种流程。精除尘有湿法除尘和干法除尘两种流程。52粗除尘粗除尘 重力除尘器在高炉煤气除尘系统中用的最普遍。重力除尘器可以除去粒径大于30m的大颗粒灰尘，除尘率可达80%，出口的煤气含尘量为210g/m3。重力除尘器3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备53精除尘精除尘(湿法湿法)文氏管l 收缩管l 喉 口l 扩张管 文氏管除尘器除去粉尘的同时，也使煤气流得到冷却。3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备54精除尘精除尘(干法干法)布袋除尘l 布袋房l 集尘仓l 进出气孔l 反清仓管道3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备553.3 高炉炼
34、铁工艺设备高炉炼铁工艺设备湿法除尘流程湿法除尘流程高压高炉湿法除尘流程高压高炉湿法除尘流程563.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备干法除尘流程干法除尘流程武钢武钢5 5号高炉干式电除法工艺流程号高炉干式电除法工艺流程573.3.6 渣铁处理渣铁处理 大型高炉每天出铁大型高炉每天出铁12次以上，对设计次以上，对设计4个铁口的超大型高个铁口的超大型高炉，通按用对角线出铁的原则操作，即按炉，通按用对角线出铁的原则操作，即按1、3、2、4号铁号铁口顺序开铁口。高炉始终有一个铁口在出铁。口顺序开铁口。高炉始终有一个铁口在出铁。铁口打开后，铁水和熔渣从铁口流入主沟，通过撇渣器使铁口打开后，铁水和熔渣从
35、铁口流入主沟，通过撇渣器使渣铁分离，铁水经摆动溜嘴流入铁水罐内，渣子则经渣沟渣铁分离，铁水经摆动溜嘴流入铁水罐内，渣子则经渣沟流入水渣处理系统。流入水渣处理系统。3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备583.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备593.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备INBA法水渣处理系统法水渣处理系统1熔渣沟；熔渣沟；2吹制箱；吹制箱；3水渣沟；水渣沟；4水渣槽；水渣槽；5排料皮带；排料皮带；6集水槽；集水槽；7分配器；分配器；8排料皮带；排料皮带；9提升叶片；提升叶片；10缓冲槽；缓冲槽；11脱水转鼓；脱水转鼓；12集水槽集水槽60练习：练习：请将图中高炉的不同部分放
36、在正确的位置3.3 高炉炼铁工艺设备高炉炼铁工艺设备613.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理3.4.1 炉料在炉内的分布状态炉料在炉内的分布状态 矿石和焦碳分批装入炉内，因此，矿石与焦炭在高炉内呈矿石和焦碳分批装入炉内，因此，矿石与焦炭在高炉内呈有规律的分层分布。有规律的分层分布。鼓风在风口区域与焦炭和煤粉燃烧产生高温煤气；鼓风在风口区域与焦炭和煤粉燃烧产生高温煤气；高温煤气在向高炉上部流动过程中将氧化铁还原成金属铁，高温煤气在向高炉上部流动过程中将氧化铁还原成金属铁，使铁矿石实现使铁矿石实现FeO分离；分离；煤气携带的热量将铁和渣熔化并过热，实现铁与渣的分离。煤气携带的热量将铁和渣熔化并过热，实
37、现铁与渣的分离。62高炉内部炉料分布高炉内部炉料分布3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理块状带：t1100-1200，矿石和焦炭呈有规律的分层分布软融带：t在1200-1400，由熔融的矿石层和固态的焦炭层组成滴落带：液态渣铁不断向下滴落，焦炭起支撑料柱的作用风口回旋区：焦炭燃烧，产生空间使炉料下降死料柱：填充在炉缸内的焦炭，更新缓慢633.4.2 炉缸燃烧反应炉缸燃烧反应（1）风口前碳的燃烧反应）风口前碳的燃烧反应 炉顶加入的焦炭，其中风口前燃烧的碳量约占入炉总碳量炉顶加入的焦炭，其中风口前燃烧的碳量约占入炉总碳量的的65%75%，是在风口前与鼓风中的，是在风口前与鼓风中的O2燃烧，燃烧，172
38、1参加直接还原反应，参加直接还原反应，10左右溶解进入铁水。左右溶解进入铁水。燃烧反应的燃烧反应的作用作用：p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；p为还原反应提供为还原反应提供CO、H2等还原剂；等还原剂；p为炉料下降提供必要的空间。为炉料下降提供必要的空间。3.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理64 焦炭和煤粉中的碳与鼓风中的氧燃烧产生焦炭和煤粉中的碳与鼓风中的氧燃烧产生CO2；在高温；在高温下下CO2继续与碳反应产生继续与碳反应产生CO。kgCkJNCONOC/3335621/7921/792222kgCkJNCONOC/2.978121/79221/792222kgCkJN
39、CONOC/2.978121/79221/7922223.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理653.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理 实际生产时，鼓风中始终含有一定量的水分，因此，炉缸实际生产时，鼓风中始终含有一定量的水分，因此，炉缸中还会发生如下燃烧反应：中还会发生如下燃烧反应：kgCkJHCOCOH/1035622 若鼓风湿份为（体积百分比），则炉缸煤气成分与鼓风湿若鼓风湿份为（体积百分比），则炉缸煤气成分与鼓风湿份的关系如图所示。份的关系如图所示。0 1 2 3 4 5 0 10 20 30 40 50 60 70 CO、H2、N2（%）鼓风湿份 f（%）N2 CO H2 663.4 高炉冶炼原理
40、高炉冶炼原理（2）燃烧带对高炉冶炼的影响）燃烧带对高炉冶炼的影响 所谓燃烧带是包括风口回旋区及其外围所谓燃烧带是包括风口回旋区及其外围100200mm的焦炭的焦炭疏松层（称中间层）。实践中常以疏松层（称中间层）。实践中常以CO2降至降至12%的位置的位置定 为 燃 烧 带 界 限。大 型 高 炉 的 燃 烧 带 长 度 在定 为 燃 烧 带 界 限。大 型 高 炉 的 燃 烧 带 长 度 在100015000mm左右。左右。燃烧带是炉内焦炭燃烧的主要场所，而焦炭燃烧所腾出来燃烧带是炉内焦炭燃烧的主要场所，而焦炭燃烧所腾出来的空间是促使炉料下降的主要因素。的空间是促使炉料下降的主要因素。673.
41、4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理 当燃烧带投影面积占整个炉缸截面积的比例大时，炉缸活当燃烧带投影面积占整个炉缸截面积的比例大时，炉缸活跃面积大，料柱比较松动，有利于高炉顺行。跃面积大，料柱比较松动，有利于高炉顺行。风口燃烧带投影风口燃烧带投影683.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理 燃烧带是炉缸煤气的发源地，燃烧带的大小影响煤气流的燃烧带是炉缸煤气的发源地，燃烧带的大小影响煤气流的初始分布。初始分布。燃烧带伸向中心，则中心气流发展，炉缸中心温度升高；燃烧带伸向中心，则中心气流发展，炉缸中心温度升高；相反，燃烧带小，边缘气流发展，中心温度较低，对各种相反，燃烧带小，边缘气流发展，中心温度较低，对各种反应
42、进行不利。反应进行不利。炉缸中心不活跃和热量不足，对高炉顺行极为不利。炉缸中心不活跃和热量不足，对高炉顺行极为不利。693.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理（3）鼓风动能）鼓风动能 单位时间内进入高炉的鼓风质量所具有的动能称为鼓风动能，它是选择风口直径的主要依据。鼓风动能大，燃烧带加长，有利于吹透中心。（4）理论燃烧温度）理论燃烧温度 风口前燃烧所能达到的最高温度，即假定风口前碳素燃烧放出的热量全部用来加热燃烧产物时所能达到的最高温度。风口前理论燃烧温度可达18002400，它代表风口区最高温度，其数值表示了传热推动力的大小，但它并不代表炉缸铁水温度和生铁含硅量的高低。703.4 高炉冶炼原理高炉
43、冶炼原理3.4.3 高炉内铁氧化物的还原反应高炉内铁氧化物的还原反应 高炉冶炼的主要目的是从铁氧化物中还原出金属铁，它是高炉冶炼的主要目的是从铁氧化物中还原出金属铁，它是高炉冶炼最基本的化学反应。高炉冶炼最基本的化学反应。除铁以外，高炉冶炼也能将少量的硅、锰、磷还原出来，除铁以外，高炉冶炼也能将少量的硅、锰、磷还原出来，并溶解在铁水中。并溶解在铁水中。高炉冶炼的还原剂有固体还原剂焦炭，以及气体还原剂高炉冶炼的还原剂有固体还原剂焦炭，以及气体还原剂CO和和H2，后者来自风口回旋区的燃烧反应。，后者来自风口回旋区的燃烧反应。713.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理（1）用）用CO作还原剂还原铁氧化物作
44、还原剂还原铁氧化物间接还原反应间接还原反应 T570的区域的区域，发生如下还原反应发生如下还原反应：p3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2pFe3O4+CO=3FeO+CO2 pFeO+CO=Fe+CO2 Fe2O3Fe3O4FeFeOFeFe3O4Fe2O3723.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理（2）用）用H2作还原剂还原氧化铁作还原剂还原氧化铁 T570的区域，发生如下还原反应：的区域，发生如下还原反应：3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O Fe3O4+H2=3FeO+H2O FeO+H2=Fe+H2O 733.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理T810时H2还原氧化铁的能力大于CO；T8
45、10时CO还原氧化铁的能力大于H2。743.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理（3）用固体碳还原氧化铁）用固体碳还原氧化铁直接还原反应直接还原反应 在高炉内温度高于在高炉内温度高于9001000的区域，间接还原反应产生的区域，间接还原反应产生的的CO2不能稳定存在，即发生所谓的焦炭不能稳定存在，即发生所谓的焦炭溶损反应溶损反应：C+CO2=2CO 在温度高于在温度高于1000以上的区域，煤气中几乎不存在以上的区域，煤气中几乎不存在CO2。这时高炉内发生如下还原反应：这时高炉内发生如下还原反应：FeO+C=Fe+CO 753.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理（4）直接还原度）直接还原度 所谓直接还原度，是
46、以直接还原方式得到的金属铁量与还所谓直接还原度，是以直接还原方式得到的金属铁量与还原反应得到的总铁量之比。原反应得到的总铁量之比。）还原得到的铁的总和（由直接、间接和）的铁量（通过直接还原反应得到生铁直FeHFerd2763.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理 高炉内冶炼每吨生铁需要的总热量主要消耗于直接还原反高炉内冶炼每吨生铁需要的总热量主要消耗于直接还原反应的吸热和熔化渣铁并使之过热所需要的热量。应的吸热和熔化渣铁并使之过热所需要的热量。高炉的热收入主要来自风口前燃料（焦炭和煤粉）的燃烧高炉的热收入主要来自风口前燃料（焦炭和煤粉）的燃烧和鼓风带入炉缸的物理热。和鼓风带入炉缸的物理热。因此，降低铁
47、的直接还原度，因此，降低铁的直接还原度，可降低高炉炼铁的燃料比（或焦比）。可降低高炉炼铁的燃料比（或焦比）。目前高炉炼铁的直接还原度（目前高炉炼铁的直接还原度（rd）在）在0.40.6之间之间。稳定高。稳定高炉操作，减少炉况波动，提高铁矿石的还原性，富氧喷吹炉操作，减少炉况波动，提高铁矿石的还原性，富氧喷吹烟煤等措施都能降低铁的直接还原度。烟煤等措施都能降低铁的直接还原度。77直接还原与间接还原区域分界线间 接剧烈熔损温度直 接开始熔损温度间接+直接n 1000区域(上部)只有间接还原n 1000区域(中部)直接还原开始n 熔损及水煤气反应剧烈进行的区域(下部)间接还原消失 Fe2O3 Fe3
48、O4 FeO Fe间接间接间+直783.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理3.4.4 高炉内非铁元素的还原反应高炉内非铁元素的还原反应 高炉内非铁元素的还原，主要包括高炉内非铁元素的还原，主要包括Si、Mn、P等的还原。等的还原。由于由于SiO2、MnO、P2O5都比都比FeO难还原，因此，它们都是难还原，因此，它们都是在高炉下部高温区，主要是在滴落带熔化成液态渣子后被在高炉下部高温区，主要是在滴落带熔化成液态渣子后被焦炭中的碳还原出来，并溶解进入铁水中。焦炭中的碳还原出来，并溶解进入铁水中。非铁元素的还原都是强吸热的直接还原反应。非铁元素的还原都是强吸热的直接还原反应。铁矿石中的磷可被铁矿石中的磷
49、可被100%还原进入铁水中，因此，必须严还原进入铁水中，因此，必须严格控制铁矿石的磷含量。铁矿石中的锰，有格控制铁矿石的磷含量。铁矿石中的锰，有4060%可被可被还原进入铁水中。还原进入铁水中。793.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理 铁矿石中含有大量的铁矿石中含有大量的SiO2，硅的还原对炉缸铁水温度和，硅的还原对炉缸铁水温度和燃料比影响很大。燃料比影响很大。炉缸温度越高，越有利于硅的还原，铁水中硅含量就越炉缸温度越高，越有利于硅的还原，铁水中硅含量就越高。高。目前，高炉冶炼炼钢生铁时的硅含量一般均控制在目前，高炉冶炼炼钢生铁时的硅含量一般均控制在0.40.6%左右，低硅生铁冶炼时可控制到左右，
50、低硅生铁冶炼时可控制到0.20.3%左右。左右。803.4 高炉冶炼原理高炉冶炼原理3.4.5 炉渣和生铁的形成炉渣和生铁的形成 2FeOSiO2的熔点为的熔点为1205，2FeOSiO2与与SiO2 和和Fe3O4形形成的多元系低共熔点分别为成的多元系低共熔点分别为1178和和1142。因此，当炉。因此，当炉料下降到料下降到1200左右的区域时，铁矿石开始软化熔融，这左右的区域时，铁矿石开始软化熔融，这也就是软融带开始形成；也就是软融带开始形成；当炉料下降到当炉料下降到1400左右的区域时，渣子已具有良好的流左右的区域时，渣子已具有良好的流动性，开始向下滴落，形成含动性，开始向下滴落，形成含
