高炉炼铁基本原理及工艺.ppt

1,一、高炉主要技术经济指标,1、利用系数: =P（高炉昼夜产铁量）/Vu（高炉有效容积）t/m3.d） 2、焦比 : K=Q（昼夜焦碳用量）/P （现主要核算综合焦比） 3、冶炼强度: I=Q/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80%左右 6、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）,2,二、高炉冶炼原、燃料及熔剂,1.铁矿石种类及质量评价,3,各类铁矿石图,赤铁矿,磁铁矿,菱铁矿,褐铁矿,4,品位：含铁量，理论上品位1%，焦比2%，产量 3% 脉石成分：SiO2、Al2O3越好（须重视Al2O3 ），MgO 越好 有害杂质：S、P、Cu、Pb、Zn、As、K、Na 有益元素：Mn、V、Ni、Cr,5,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; 还原性： 被CO、H2还原的难易、影响焦比; 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）; 矿石代用品： 高炉炉尘、转炉炉尘、轧钢皮、硫酸渣等。,6,2. （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：,7,(3)熔剂的质量要求,碱性氧化物含量（CaO+MgO52%） 概念：石灰石有效熔剂性 CaO（有效）=CaO（石灰石）-RSiO2（石灰石） S、P S（0.010.08%），P（0.0010.03%） 减少CaCO3入炉： 原因：a. 高温分解吸热，是高炉炉温下降 b. CO2+C=2CO，消耗焦炭 c. CO2会冲淡CO浓度 造成焦比K增加。,8,3.高炉用燃料焦碳：,主要作用： 作为高炉热量主要来源的6080%，其它的由热风提供 提供还原剂C、CO 料柱骨架，保证透气性、透液性 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S80%来源于焦碳 强 度：M40、M10 粒度组成： 焦丁的利用及混装过渡区的问题 成分稳定（特指水分）： 干熄焦技术（宝钢） 焦碳反应性： C+CO2=2CO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。,9,4.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%，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,10,三、铁矿烧结及球团的基本原理、工艺,（一）烧结料组成： （1）含铁料：精矿粉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：烧结机机尾筛下物（未烧透影响成品率）,11,12,（二）烧结料层结构,13,1.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,14,（三）烧结过程的特点,1.燃料燃烧需空气过剩，过剩系数=1.41.5（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,15,（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S 7.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,16,四、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,17,高炉的五大系统,18,高炉炉型,19,（一）高炉还原过程1.高炉炉内状况,20,（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（2CO=C+CO2） （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：C+CO2=2CO,21,（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： C+O2=CO2 CO2+C=2CO （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,22,2.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。,23,3.非铁元素的还原,（1）Mn的还原： 一般规律： MnO2（550间还）Mn2O3（1100 间还）Mn3O4（1000 间还） MnO（1200 直接还原）Mn Mn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 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,24,（2）Si的还原,生铁中Si的要求： 制钢铁Si0.6 铸造铁1.25Si4.25 Si 还原的特点： 大量吸热 全部直接还原 焦比K Si 还原的途径： 气化还原： SiO2+C=SiO（g）+CO SiO（g）+C=Si+CO 渣铁反应：（SiO2）+2C=Si+2CO 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,25,（3）P的还原 P100%还原入铁，只有通过控制原料中的P含量来控制P含量。（4）含Ti矿的冶炼 TiO2Ti2O3TiOTiTi（C，N）固熔体使炉渣粘稠,26,（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。,27,（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%,28,3.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： 降低S负荷（降低焦碳S含量） 气化脱S（一定值） 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： 温度 还原气氛 R,29,（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+C=CaS+CO 使煤气中CO增加 CO2、H2O的气化： CO2+C=2CO H2O+C=H2+CO 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。,30,2.燃烧带大小的控制下部调剂 （1）影响燃烧带大小的因素： C的燃烧速度（一般认为影响不大） 布料状态（中心堆积，燃烧带小；中心疏松，燃烧带大） 鼓风动能EK的大小 （2）影响EK的因素： 风量，EK 风温，体积膨胀，质量流量 ，EK 风温 ，速度 ， EK 总体EK 略有变化 风压 ， EK 风口截面积S ， EK ,31,（四）炉料与煤气运动 1.炉料下降的条件： （1）自由空间的形成 C的燃烧 渣铁排放 下料中重新排列 炉料软熔 （2）炉料下降的力学分析 P=P料-P摩-P浮-P气 =P有效-P气 P0 顺行 P0 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,32,2.炉腹区煤气流 炉腹区压差（P）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,33,4.上部调剂 （1）合理布料的意义： 影响料柱的空隙度 不人为调整将产生偏析，煤气自动边缘分布 （2）影响因素： 布料设备 装料制度： 包括：料线、批重、装料次序,34,（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co 2.煤气上升过程中的变化,35,五、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。,36,4.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,