高爐煉鐵基本原理及工藝

1、1一、高爐主要技術經濟指標高爐主要技術經濟指標1、利用系數(shù)利用系數(shù): =P（高爐晝夜產鐵量）/Vu（高爐有效容積）t/m3.d）2、焦比、焦比 : K=Q（晝夜焦碳用量）/P （現(xiàn)主要核算（現(xiàn)主要核算綜合焦比）綜合焦比）3、冶煉強度、冶煉強度: I=Q/Vu （反應焦碳的燃燒能力）4、休風率、休風率:計劃外的檢修時間占規(guī)定作業(yè)時間的百分比（2%）5、生鐵成本：、生鐵成本：原料占80%左右6、一代爐齡、一代爐齡：高爐點火開爐停爐大修歷經時間（與耐材砌筑、I有關）2二、高爐冶煉原、燃料及熔劑二、高爐冶煉原、燃料及熔劑1.1.鐵礦石種類及質量評價鐵礦石種類及質量評價成分理論含鐵量%實際富礦含鐵%最低

2、工業(yè)品位%冶煉性能磁Fe3O472.445702025P，S難還原赤Fe2O370556030P，S易還原褐n Fe2O3.mH2O55.266.1375530P 易還原菱FeCO348.2304025P，S熔燒后易還原3各類鐵礦石圖各類鐵礦石圖赤鐵礦赤鐵礦磁鐵礦磁鐵礦菱鐵礦菱鐵礦褐鐵礦褐鐵礦4品位：品位：含鐵量，理論上品位含鐵量，理論上品位1%，焦，焦比比2%，產量，產量 3%脈石成分：脈石成分：SiO2、Al2O3越好（須重越好（須重視視Al2O3 ），），MgO 越好越好有害雜質：有害雜質：S、P、Cu、Pb、Zn、As、K、Na有益元素：有益元素：Mn、V、Ni、Cr5強度和粒度：強度

3、和粒度： 強度強度易粉化影響高爐透氣性，不易粉化影響高爐透氣性，不同粒度應分級入爐同粒度應分級入爐; ;還原性：還原性： 被CO、H2還原的難易、影響焦比;化學成分穩(wěn)定性：化學成分穩(wěn)定性： TFeTFe波動波動0.5%0.5%，SiOSiO2 2 0.03%0.03%混混勻的重要性（條件：平鋪直取勻的重要性（條件：平鋪直取原料原料場應足夠大）場應足夠大）; ;礦石代用品：礦石代用品： 高爐爐塵、轉爐爐塵、軋鋼皮、硫酸高爐爐塵、轉爐爐塵、軋鋼皮、硫酸渣等。渣等。62. （助）熔劑（助）熔劑（1）作用：）作用： 形成低熔點易流動的爐渣、脫形成低熔點易流動的爐渣、脫S（堿性熔劑）（堿性熔劑）（2）種

4、類：）種類：使用條件及作用使用條件及作用堿性堿性鐵礦中脈石為酸性氧化物，包括：石灰石、白云石、石灰鐵礦中脈石為酸性氧化物，包括：石灰石、白云石、石灰酸性酸性鐵礦中脈石為堿性氧化物，主要為：鐵礦中脈石為堿性氧化物，主要為：SiO2（只在爐況失常（只在爐況失常時使用時使用（Al2O3）18%或排堿時）或排堿時）中性中性高高Al熔劑，主要為：含熔劑，主要為：含Al2O3高的鐵礦（只在降低爐渣流動高的鐵礦（只在降低爐渣流動性時使用）性時使用）7(3)熔劑的質量要求熔劑的質量要求堿性氧化物含量（堿性氧化物含量（CaO+MgO52%） 概念：石灰石有效熔劑性概念：石灰石有效熔劑性CaO（有效）（有效）=C

5、aO（石灰石）（石灰石）-RSiO2（石灰石）（石灰石）S、P S（0.010.08%），），P（0.0010.03%）減少減少CaCO3入爐：入爐： 原因：原因：a. 高溫分解吸熱，是高爐爐溫下降高溫分解吸熱，是高爐爐溫下降 b. CO2+C=2CO，消耗焦炭，消耗焦炭 c. CO2會沖淡會沖淡CO濃度濃度 造成焦比造成焦比K增加。增加。83.高爐用燃料焦碳：主要作用：主要作用： 作為高爐熱量主要來源的作為高爐熱量主要來源的6080%，其它的由熱風提供，其它的由熱風提供 提供還原劑提供還原劑C、CO 料柱骨架，保證透氣性、透液性料柱骨架，保證透氣性、透液性質量要求：質量要求： 含炭量：含炭量

6、：C灰份灰份渣量渣量、強度、強度、反應性、反應性 焦比焦比 含含S量：生鐵中量：生鐵中S80%來源于焦碳來源于焦碳 強強 度：度：M40、M10粒度組成：粒度組成： 焦丁的利用及混裝過渡區(qū)的問題焦丁的利用及混裝過渡區(qū)的問題成分穩(wěn)定（特指水分）：成分穩(wěn)定（特指水分）： 干熄焦技術（寶鋼）干熄焦技術（寶鋼）焦碳反應性：焦碳反應性： C+CO2=2CO開始反應的高低快慢開始反應的高低快慢影響間接還原區(qū)的范圍，從影響間接還原區(qū)的范圍，從而影響焦比。而影響焦比。94.精料的含義：精料的含義：“高、穩(wěn)、熟、小、勻、凈高、穩(wěn)、熟、小、勻、凈”方方針針高：高：（1）礦石品位高（天然礦礦石品位高（天然礦62%，

7、燒結礦，燒結礦57%，球團礦，球團礦60%）渣量降低）渣量降低300KG/T鐵鐵（2）固定炭高，灰份）固定炭高，灰份10%（3）還原性好：燒結礦中）還原性好：燒結礦中FeO 10%（4）機械強度高：轉鼓指數(shù)、高溫強度、軟熔溫度）機械強度高：轉鼓指數(shù)、高溫強度、軟熔溫度穩(wěn)：化學成分穩(wěn)定（穩(wěn)：化學成分穩(wěn)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、勻、凈：平均粒度差小、雜質少小、勻、凈：平均粒度差小、雜質少日本稱為日本稱為“整粒整?！碧幚硖幚?0三、鐵礦燒結及球團的基本原理、工藝三、鐵礦燒結及球團的基本原理、工藝（一）燒結料組成：（一）燒結料組成：（1

8、）含鐵料）含鐵料：精礦粉：精礦粉200目以下（考慮成球性）、富礦粉目以下（考慮成球性）、富礦粉（58mm，燒結中的骨架）、其他（爐塵、軋鋼皮等），燒結中的骨架）、其他（爐塵、軋鋼皮等）（2）熔劑：以）熔劑：以CaO為主，為主， CaO 1%，燒結產量，燒結產量 3%（3）燃料）燃料：焦粉、無煙煤：焦粉、無煙煤35%，20%可進行金屬化燒結（低可進行金屬化燒結（低品位礦石冶煉品位礦石冶煉可持續(xù)發(fā)展問題）可持續(xù)發(fā)展問題）（4）返礦：燒結機機尾篩下物（未燒透）返礦：燒結機機尾篩下物（未燒透影響成品率）影響成品率）1112（二）燒結料層結構131.燒結礦層：隨燒結過程進行不斷加厚，抽入空氣過冷使燒結礦

9、層：隨燒結過程進行不斷加厚，抽入空氣過冷使燒結礦驟冷將影響燒結礦強度。燒結礦驟冷將影響燒結礦強度。2.燃燒層：主要反應為：燃燒層：主要反應為：C的燃燒、的燃燒、MCO3分解、分解、FeS2氧氧化、形成液相、鐵氧化物分解還原氧化。（由于液相化、形成液相、鐵氧化物分解還原氧化。（由于液相的產生使該層透氣性變差）的產生使該層透氣性變差）3.預熱層：主要反應為：氧化還原、結晶水分解、部分預熱層：主要反應為：氧化還原、結晶水分解、部分MCO3分解分解4.干燥層：主要為燒結料中水分蒸發(fā)，易使燒結料球破壞干燥層：主要為燒結料中水分蒸發(fā)，易使燒結料球破壞5.過濕層：原始混合料層，水分凝聚，影響料層透氣性過濕層

10、：原始混合料層，水分凝聚，影響料層透氣性14（三）燒結過程的特點（三）燒結過程的特點1.燃料燃燒需空氣過剩，過剩系數(shù)燃料燃燒需空氣過剩，過剩系數(shù)=1.41.5（燃料分布較（燃料分布較稀疏）稀疏）2.一般情況下燒結保持弱氧化氣氛（金屬化燒結除外）一般情況下燒結保持弱氧化氣氛（金屬化燒結除外）3.燒結過程存在自動蓄熱作用（可以考慮采用上高下低的分燒結過程存在自動蓄熱作用（可以考慮采用上高下低的分層配炭）層配炭）4.存在傳熱速度與燃燒速度的同步問題存在傳熱速度與燃燒速度的同步問題5.存在如何減少存在如何減少“過濕過濕”現(xiàn)象的問題現(xiàn)象的問題6.存在有害雜質存在有害雜質S的去除問題（的去除問題（S由易去

11、除由易去除S化物轉化為硫酸化物轉化為硫酸鹽的問題）鹽的問題）7.存在選用何種液相體系作為固結成型機理問題存在選用何種液相體系作為固結成型機理問題8.如何解決還原性與強度矛盾的問題如何解決還原性與強度矛盾的問題15（四）強化燒結的措施（四）強化燒結的措施1.改善透氣性：適宜的水分、延長混料時間、小球燒結、預熱改善透氣性：適宜的水分、延長混料時間、小球燒結、預熱混合料混合料2.提高抽風負壓：但需考慮電耗成本增加問題提高抽風負壓：但需考慮電耗成本增加問題3.高壓燒結：增加氣體質量流量高壓燒結：增加氣體質量流量4.熱風燒結：可部分解決還原性與強度之間的矛盾熱風燒結：可部分解決還原性與強度之間的矛盾5.

12、加入穩(wěn)定劑：加入穩(wěn)定劑：P類、類、B類、類、Mn、V類類6.提高提高R：鐵酸鈣理論，即控制液相成分，但不利于脫：鐵酸鈣理論，即控制液相成分，但不利于脫S7.厚料層燒結：充分利用自動蓄熱作用（條件：預熱混合料、厚料層燒結：充分利用自動蓄熱作用（條件：預熱混合料、低水原則）低水原則）8.雙層燒結：二次點火，設備復雜雙層燒結：二次點火，設備復雜9.料面插孔燒結：提高透氣性料面插孔燒結：提高透氣性16四、高爐冶煉基本原理（一）高爐還原過程（一）高爐還原過程（二）造渣與脫（二）造渣與脫S（三）風口前（三）風口前C的燃燒的燃燒（四）爐料與煤氣運動（四）爐料與煤氣運動（五）高爐能量利用（五）高爐能量利用17

13、高爐的五大系統(tǒng)18高爐爐型19（一）高爐還原過程1.高爐爐內狀況20（1）塊狀帶：礦焦保持裝料時的分層狀態(tài)，與布料形式及粒）塊狀帶：礦焦保持裝料時的分層狀態(tài)，與布料形式及粒度有關，占度有關，占BF總體積總體積60%（2001100） 主要反應：水分蒸發(fā)主要反應：水分蒸發(fā) 結晶水分解結晶水分解 除除CaCO3外的其它外的其它MCO3分解分解 間接還原間接還原 碳素沉積反應（碳素沉積反應（2CO=C+CO2）（2）軟熔帶：礦石層開始熔化與焦碳層交互排列，焦碳層也）軟熔帶：礦石層開始熔化與焦碳層交互排列，焦碳層也稱稱“焦窗焦窗”形狀受煤氣流分布與布料影響，可分為正形狀受煤氣流分布與布料影響，可分為正

14、V型，倒型，倒V型，型，W型型 主要反應：主要反應：Fe的直接還原的直接還原 Fe的滲碳的滲碳 CaCO3分解分解 吸收吸收S（焦碳中的（焦碳中的S向渣、金、氣三相分布）向渣、金、氣三相分布） 貝波反應：貝波反應：C+CO2=2CO 21（3）滴落帶：主要由焦碳床組成，熔融狀態(tài)的渣鐵穿越焦）滴落帶：主要由焦碳床組成，熔融狀態(tài)的渣鐵穿越焦碳床碳床 主要反應：主要反應：Fe、Mn、Si、P、Cr的直接還原，的直接還原，F(xiàn)e的滲的滲C。（4）回旋區(qū)：）回旋區(qū)：C在鼓風作用下一面做回旋運動一面燃燒，是在鼓風作用下一面做回旋運動一面燃燒，是高爐熱量發(fā)源地（高爐熱量發(fā)源地（C的不完全燃燒），高爐唯一的氧化

15、區(qū)的不完全燃燒），高爐唯一的氧化區(qū)域。域。 主要反應：主要反應： C+O2=CO2 CO2+C=2CO（5）爐缸區(qū)：渣鐵分層存在，焦碳浸泡其中）爐缸區(qū)：渣鐵分層存在，焦碳浸泡其中 主要反應：主要反應： 渣鐵間脫渣鐵間脫S，Si、Mn等元素氧化還原等元素氧化還原222.鐵的間接還原與直接還原鐵的間接還原與直接還原（1）間接還原：用）間接還原：用CO、H2為還原劑還原鐵的氧化物，為還原劑還原鐵的氧化物，產物無產物無CO2、H2O的還原反應。的還原反應。 特點：放熱反應特點：放熱反應 反應可逆反應可逆（2）直接還原：用）直接還原：用C作為還原劑，最終氣體產物為作為還原劑，最終氣體產物為CO的的還原反

16、應。還原反應。 特點：強吸熱反應特點：強吸熱反應 反應不可逆反應不可逆（3）直接、間接還原區(qū)域劃分：取決于焦碳的反應性）直接、間接還原區(qū)域劃分：取決于焦碳的反應性 低溫區(qū)低溫區(qū) 800基本為間接還原基本為間接還原 中溫區(qū)中溫區(qū) 8001100共存共存 高溫區(qū)高溫區(qū) 1100全部為直接還原全部為直接還原（4）用直接還原度）用直接還原度rd、間接還原度、間接還原度ri來衡量高爐來衡量高爐C素利用素利用好壞，評價焦比。好壞，評價焦比。233.非鐵元素的還原非鐵元素的還原（1）Mn的還原：的還原： 一般規(guī)律：一般規(guī)律：MnO2（550間還）間還）Mn2O3（1100 間還）間還）Mn3O4（1000

17、間還）間還） MnO（1200 直接還原）直接還原）Mn Mn還原的特點：間接還原放熱大，使爐頂溫度還原的特點：間接還原放熱大，使爐頂溫度 直接還原吸熱大，使焦比直接還原吸熱大，使焦比 控制控制Mn還原的手段：提高爐缸溫度，但會使還原的手段：提高爐缸溫度，但會使Mn的揮發(fā)損的揮發(fā)損失失 提高爐渣提高爐渣R 生鐵中保持一定生鐵中保持一定Si 24（2）Si的還原的還原生鐵中生鐵中Si的要求：的要求： 制鋼鐵制鋼鐵Si0.6 鑄造鐵鑄造鐵1.25Si4.25 Si 還原的特點：還原的特點： 大量吸熱大量吸熱 全部直接還原全部直接還原 焦比焦比K Si 還原的途徑：還原的途徑： 氣化還原：氣化還原：

18、 SiO2+C=SiO（g）+CO SiO（g）+C=Si+CO 渣鐵反應渣鐵反應：（：（SiO2）+2C=Si+2CO控制控制Si 還原的因素：還原的因素： 提高爐缸溫度利于提高爐缸溫度利于Si 的還原的還原 爐渣爐渣R利于利于Si的還原的還原25（3）P的還原的還原 P100%還原入鐵，只有通過控制原料中的還原入鐵，只有通過控制原料中的P含量來含量來控制控制P含量。含量。（4）含）含Ti礦的冶煉礦的冶煉 TiO2Ti2O3TiOTiTi（C，N）固熔體使爐渣）固熔體使爐渣粘稠粘稠26（二）造渣與脫（二）造渣與脫S1.造渣的概念與作用造渣的概念與作用概念：概念： 根據(jù)脈石、焦碳灰份組成及數(shù)量

19、，選擇適當?shù)娜蹌?，根?jù)脈石、焦碳灰份組成及數(shù)量，選擇適當?shù)娜蹌纬删哂幸欢ㄐ阅艿臓t渣。形成具有一定性能的爐渣。作用作用： （1）促進或抑制某些化學反應）促進或抑制某些化學反應 （2）保護爐墻（高爐長壽）保護爐墻（高爐長壽）2.造渣過程造渣過程（1）初渣：）初渣： 由軟化前沿至熔化前沿生成由軟化前沿至熔化前沿生成 生礦：成分不均勻，軟熔區(qū)間大操作困難生礦：成分不均勻，軟熔區(qū)間大操作困難 酸性燒結礦：成分較均勻，但初渣為酸性酸性燒結礦：成分較均勻，但初渣為酸性 堿性燒結礦：成分可預定，存在一定堿性燒結礦：成分可預定，存在一定CaO，流動性好。，流動性好。27（2）中間渣：）中間渣： 初渣向下溫度

20、升高，（初渣向下溫度升高，（FeO）被還原，并吸收）被還原，并吸收CaO，R（3）終渣：）終渣： 主要成分：主要成分： （SiO2）+（Al2O3）+（CaO）+（MgO）95%， （FeO）1%283.脫脫S（1）S的來源與分布：的來源與分布： 焦碳焦碳6080%、礦石及噴吹物、礦石及噴吹物2040% （S負荷負荷46kg/t鐵）鐵） 煤氣、爐塵煤氣、爐塵510%，生鐵，生鐵5%，爐渣，爐渣90%（2）降低生鐵）降低生鐵S途徑：途徑： 降低降低S負荷（降低焦碳負荷（降低焦碳S含量）含量） 氣化脫氣化脫S（一定值）（一定值） 適宜的渣量適宜的渣量（3）爐渣脫）爐渣脫S基本反應：基本反應： Fe

21、S+（CaO）=（CaS）+（FeO） 提高爐渣脫提高爐渣脫S能力的因素：能力的因素： 溫度溫度 還原氣氛還原氣氛 R29（三）風口前（三）風口前C的燃燒的燃燒1.風口前風口前C燃燒的意義燃燒的意義 占總占總C量的量的70%，其它碳用于：，其它碳用于： 直接還原：（直接還原：（FeO）+C=Fe+CO （MnO）+C=Mn+CO （CaO）+S+C=CaS+CO 使煤氣中使煤氣中CO增加增加 CO2、H2O的氣化：的氣化： CO2+C=2CO H2O+C=H2+CO 吸熱、使焦碳強度下降吸熱、使焦碳強度下降 意義意義：（：（1）提供熱量）提供熱量80% （2）提供還原劑）提供還原劑 （3）影響

22、爐料下降、軟熔帶形狀、煤氣利用、冶煉指標。）影響爐料下降、軟熔帶形狀、煤氣利用、冶煉指標。302.燃燒帶大小的控制燃燒帶大小的控制下部調劑下部調劑 （1）影響燃燒帶大小的因素：）影響燃燒帶大小的因素： C的燃燒速度（一般認為影響不大）的燃燒速度（一般認為影響不大） 布料狀態(tài)（中心堆積，燃燒帶?。恢行氖杷?，燃布料狀態(tài)（中心堆積，燃燒帶??；中心疏松，燃燒帶大）燒帶大） 鼓風動能鼓風動能EK的大小的大小 （2）影響）影響EK的因素：的因素： 風量風量，EK 風溫風溫，體積膨脹，質量流量，體積膨脹，質量流量 ，EK 風溫風溫 ，速度，速度 ， EK 總體總體EK 略有變化略有變化 風壓風壓 ， EK

23、風口截面積風口截面積S ， EK 31（四）爐料與煤氣運動（四）爐料與煤氣運動 1.爐料下降的條件：爐料下降的條件： （1）自由空間的形成）自由空間的形成 C的燃燒的燃燒 渣鐵排放渣鐵排放 下料中重新排列下料中重新排列 爐料軟熔爐料軟熔 （2）爐料下降的力學分析）爐料下降的力學分析 P=P料料-P摩摩-P浮浮-P氣氣 =P有效有效-P氣氣 P0 順行順行 P0 懸料，難行懸料，難行 P料料品位品位，焦碳負荷，焦碳負荷， P料料 P摩摩爐墻與爐料，爐料與爐料，爐墻與爐料，爐料與爐料，H/D（設計問題）（設計問題） P浮浮料柱浸泡在渣鐵中產生，勤放渣鐵料柱浸泡在渣鐵中產生，勤放渣鐵 P氣氣上升煤氣對料柱的支撐力上升煤氣對料柱的支撐力 322.爐腹區(qū)煤氣流爐腹區(qū)煤氣流 爐腹區(qū)壓差（爐腹區(qū)壓差（P）較大的原因，存在液態(tài)渣鐵的動滯留（與冶煉）較大的原因，存在液態(tài)渣鐵的動滯留（與冶煉強度強度I有關）和靜滯留（與爐渣的物化性質有關），易形成液泛有關）和靜滯留（與爐渣的物化性質有關），易形成液泛現(xiàn)象（現(xiàn)象（flood）。）。為避免液泛現(xiàn)象要求：為避免液泛現(xiàn)象要求： （1）渣量?。┰啃∑肺桓摺⑵肺桓?、I小小 （2）提高焦碳質量）提高焦碳質量 （3）煤氣流速?。┟簹饬魉傩?（4）初渣粘度小，保證一定（）初渣粘度小，保證一定（FeO）含量）含量3.爐頂煤氣的分