高爐煉鐵生產(chǎn)主要工藝設(shè)備介紹

高爐煉鐵生產(chǎn)主要工藝設(shè)備介紹［導(dǎo)讀］:高爐煉鐵生產(chǎn)是冶金（鋼鐵）工業(yè)最要緊的環(huán)節(jié)。高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規(guī)定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使?fàn)t喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內(nèi)形成交替分層結(jié)構(gòu)。礦石料在下降過(guò)程中逐步被還原、熔化成鐵和渣，集合在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出。高爐生產(chǎn)是連續(xù)進(jìn)行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產(chǎn)幾年到十幾年。本專題將詳細(xì)介紹高爐煉鐵生產(chǎn)的工藝流程，要緊工藝設(shè)備的工作原理以及操縱要求等信息。由于時(shí)刻的倉(cāng)促和編輯水平有限，專題中難免顯現(xiàn)遺漏或錯(cuò)誤的地點(diǎn)，歡迎大伙兒補(bǔ)充指正。高爐冶煉工藝流程簡(jiǎn)圖：高爐煉鐵生產(chǎn)工藝流程及主要設(shè)a■簡(jiǎn)圖［高爐設(shè)備］高爐圖片：橫斷面為圓形的煉鐵豎爐。用鋼板作爐殼，殼內(nèi)砌耐火磚內(nèi)襯。高爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸5部分。由于高爐煉鐵技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)量大，勞動(dòng)生產(chǎn)效率高，能耗低等優(yōu)點(diǎn)，故這種方法生產(chǎn)的鐵占世界鐵總產(chǎn)量的絕大部分。高爐生產(chǎn)時(shí)從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑（石灰石），從位于爐子下部沿爐周的風(fēng)口吹入經(jīng)預(yù)熱的空氣。在高溫下焦炭（有的高爐也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料）中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內(nèi)上升過(guò)程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。煉出的鐵水從鐵口放出。鐵礦石中未還原的雜質(zhì)和石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從渣口排出。產(chǎn)生的煤氣從爐頂排出，經(jīng)除塵后，作為熱風(fēng)爐、加熱爐、焦?fàn)t、鍋爐等的燃料。高爐冶煉的要緊產(chǎn)品是生鐵，還有副產(chǎn)高爐渣和高爐煤氣。煉鐵過(guò)程實(shí)質(zhì)上是將鐵從其自然形狀一一礦石等含鐵化合物中還原出來(lái)的過(guò)程。煉鐵方法要緊有高爐法（應(yīng)用最多的）、直截了當(dāng)還原法、熔融還原法等，其原理是礦石在特定的氣氛中（還原物質(zhì)CO、H2、C；適宜溫度等）通過(guò)物化反應(yīng)獵取還原后的生鐵。生鐵除了少部分用于鑄造外，絕大部分是作為煉鋼原料。高爐冶煉用的原料要緊由鐵礦石、燃料（焦炭）和熔劑（石灰石）三部分組成。通常，冶煉1噸生鐵需要1.5-2.0噸鐵礦石，0.4-0.6噸焦炭，0.2-0.4噸熔劑，總計(jì)需要2-3噸原料。為了保證高爐生產(chǎn)的連續(xù)性，要求有足夠數(shù)量的原料供應(yīng)。因此，不管是生鐵廠家依舊鋼廠采購(gòu)原料的工作是專門重要。高爐生產(chǎn)是連續(xù)進(jìn)行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產(chǎn)幾年到十幾年。生產(chǎn)時(shí)，從爐頂（一樣爐頂是由料種與料斗組成，現(xiàn)代化高爐是鐘閥爐頂和無(wú)料鐘爐頂）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風(fēng)口吹進(jìn)熱風(fēng)（1000?1300攝氏度），噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，要緊是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來(lái)，得到鐵，那個(gè)過(guò)程叫做還原。鐵礦石通過(guò)還原反應(yīng)煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)除塵后，作為工業(yè)用煤氣?，F(xiàn)代化高爐還能夠利用爐頂?shù)母邏?，用?dǎo)出的部分煤氣發(fā)電。生鐵是高爐產(chǎn)品（指高爐冶煉生鐵），而高爐的產(chǎn)品不只是生鐵，還有錳鐵等，屬于鐵合金產(chǎn)品。錳鐵高爐不參加煉鐵高爐各種指標(biāo)的運(yùn)算。高爐煉鐵過(guò)程中還產(chǎn)生副產(chǎn)品水渣、礦渣棉和高爐煤氣等。高爐煉鐵的特點(diǎn)：規(guī)模大，不論是世界其它國(guó)家依舊中國(guó)，高爐的容積在不斷擴(kuò)大，如我國(guó)寶鋼高爐是4063立方米，日產(chǎn)生鐵超過(guò)10000噸，爐渣4000多噸，日耗焦4000多噸。［高爐設(shè)備］高爐熱風(fēng)爐介紹 高爐高風(fēng)溫的重要載體毛慶武張福明高風(fēng)溫是現(xiàn)代高爐的重要技術(shù)特點(diǎn)。提高風(fēng)溫是增加噴煤量、降低焦比、降低生產(chǎn)成本的要緊技術(shù)措施。近幾年，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)高爐的熱風(fēng)溫度逐年升高，2007年重點(diǎn)企業(yè)熱風(fēng)溫度比上年提高25°C。專門是新建設(shè)的一批大高爐（大于2000立方米）熱風(fēng)溫度均超過(guò)1200C，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。如2002年后，首鋼技術(shù)改造或新建高爐的熱風(fēng)溫度均實(shí)現(xiàn)高于1200C的目標(biāo)。熱風(fēng)爐是為高爐加熱鼓風(fēng)的設(shè)備，是現(xiàn)代高爐不可缺少的重要組成部分。提高風(fēng)溫能夠通過(guò)提高煤氣熱值、優(yōu)化熱風(fēng)爐及送風(fēng)管道結(jié)構(gòu)、預(yù)熱煤氣和助燃空氣、改善熱風(fēng)爐操作等技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐說(shuō)明，采納優(yōu)化的熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)、提高熱風(fēng)爐熱效率、延長(zhǎng)熱風(fēng)爐壽命是提高風(fēng)溫的有效途徑。高風(fēng)溫有賴熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)優(yōu)化20世紀(jì)50年代，我國(guó)高爐要緊采納傳統(tǒng)的內(nèi)燃式熱風(fēng)爐。這種熱風(fēng)爐存在著諸多技術(shù)缺陷，且隨著風(fēng)溫的提高而暴露得更加明顯。為克服傳統(tǒng)內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的技術(shù)缺陷，20世紀(jì)60年代，外燃式熱風(fēng)爐應(yīng)運(yùn)而生。該設(shè)備將燃燒室與蓄熱室分開，顯著地提高了風(fēng)溫，延長(zhǎng)了熱風(fēng)爐壽命。20世紀(jì)70年代，荷蘭霍戈文公司（現(xiàn)達(dá)涅利公司）對(duì)傳統(tǒng)的內(nèi)燃式熱風(fēng)爐進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，開發(fā)了改造型內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，在歐美等地區(qū)得到應(yīng)用并獲得成功。與此同時(shí)，我國(guó)煉鐵工作者開發(fā)成功了頂燃式熱風(fēng)爐，并于上世紀(jì)70年代末在首鋼2號(hào)高爐（1327立方米）上成功應(yīng)用。自上世紀(jì)90年代KALUGIN頂燃式熱風(fēng)爐（小拱頂）投入運(yùn)行，迄今為止在世界上巳有80多座KALUGIN（卡魯金）頂燃式熱風(fēng)爐投入使用。截至目前，頂燃式熱風(fēng)爐由于具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性好、氣流分布平均、布置緊湊、占地面積小、投資省、熱效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，巳在國(guó)內(nèi)幾十座高爐上應(yīng)用。首鋼第5代頂燃式熱風(fēng)爐自投產(chǎn)以來(lái)，巳正常工作22年3個(gè)月，曾取得月平均風(fēng)溫＞1200^的業(yè)績(jī)。生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)，頂燃式熱風(fēng)爐是一種長(zhǎng)壽型的熱風(fēng)爐，完全能夠滿足兩代高爐爐齡壽命的要求。然而，由于國(guó)內(nèi)有的企業(yè)高爐煤氣含水量高、煤氣質(zhì)量差，致使頂燃式熱風(fēng)爐燃燒口顯現(xiàn)過(guò)早破舊；而且采納的大功率短焰燃燒器在適應(yīng)助燃空氣高溫預(yù)熱（助燃空氣預(yù)熱溫度＞600^）方面還存在一些技術(shù)難題。因此，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)進(jìn)行了技術(shù)改造，Corus（康力斯）高風(fēng)溫內(nèi)燃式熱風(fēng)爐也因此得到應(yīng)用。合理的熱風(fēng)爐配置保持高爐穩(wěn)固依照實(shí)踐，現(xiàn)代大型高爐配置3?4座熱風(fēng)爐比較合理。大型高爐假如配置4座熱風(fēng)爐，能夠?qū)崿F(xiàn)交錯(cuò)并聯(lián)送風(fēng)，能提高風(fēng)溫20°C?40°C，在爐役的中后期，還能夠在1座熱風(fēng)爐檢修的情形下，采納另外3座熱風(fēng)爐工作，使高爐生產(chǎn)可不能顯現(xiàn)過(guò)大的波動(dòng)。目前，國(guó)內(nèi)外許多大型高爐都配套建設(shè)了4座熱風(fēng)爐，但采納3座熱風(fēng)爐能夠大幅度降低建設(shè)投資，減少占地面積，也同樣具有專門大的吸引力。隨著設(shè)計(jì)和安裝大直徑熱風(fēng)爐條件的改進(jìn)，熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)的日趨合理，熱風(fēng)爐使用的耐火材料質(zhì)量也得到提高，設(shè)備更經(jīng)久耐用，操縱系統(tǒng)也日益成熟可靠，形成了多種多樣的熱風(fēng)爐高風(fēng)溫順長(zhǎng)壽技術(shù)，使得熱風(fēng)爐操作能夠更加平穩(wěn)可靠，從而保證了高爐穩(wěn)固操作。以此為基礎(chǔ)，現(xiàn)代熱風(fēng)爐的進(jìn)展方向轉(zhuǎn)變?yōu)闇p少熱風(fēng)爐座數(shù)、延長(zhǎng)熱風(fēng)爐壽命、強(qiáng)化燃燒能力、縮短送風(fēng)時(shí)刻、減少蓄熱面積、回收廢氣熱量、提高總熱效率上。另外，盡量縮短送風(fēng)時(shí)刻的操作方式也得到重視，基于新設(shè)計(jì)理念和完備的技術(shù)支撐，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)將熱風(fēng)爐數(shù)量由4座減少為3座，熱風(fēng)爐的操作模式改為“兩燒一送”，風(fēng)溫的調(diào)劑操縱依靠混風(fēng)實(shí)現(xiàn)，也同樣達(dá)到了高風(fēng)溫的成效。提高加熱爐傳熱效率和壽命是可靠保證現(xiàn)代高爐多采納蓄熱式熱風(fēng)爐，其工作原理是先燃燒煤氣，用產(chǎn)生的煙氣加熱蓄熱室的格子磚，再將冷風(fēng)通過(guò)酷熱的格子磚進(jìn)行加熱，然后將熱風(fēng)爐輪番交替地進(jìn)行燃燒和送風(fēng)，使高爐連續(xù)獲得高溫?zé)犸L(fēng)。因此，提高熱風(fēng)爐傳熱效率對(duì)提高風(fēng)溫有著重要意義。而增加格子磚的加熱面積是提高傳熱能力的重要技術(shù)措施。近年來(lái)，隨著熱風(fēng)爐操作制度的改進(jìn)，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)在應(yīng)用高效格子磚方面進(jìn)行了嘗試，通過(guò)對(duì)格子磚結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，縮小格子磚孔徑，加大其加熱面積，從而提高了格子磚的傳熱效率和熱工性能。熱風(fēng)爐耐火材料內(nèi)襯在高溫、高壓環(huán)境下的工作條件十分惡劣。為了使熱風(fēng)爐滿足高風(fēng)溫的要求，延長(zhǎng)其使用壽命，對(duì)熱風(fēng)爐耐火材料的質(zhì)量以及砌體的設(shè)計(jì)都有專門嚴(yán)格的要求。如何依照熱風(fēng)爐各部位的工作溫度、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、受力情形及化學(xué)腐蝕的特點(diǎn)，選用不同性能的耐火材料，是鋼鐵企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。此外，加強(qiáng)熱風(fēng)爐熱風(fēng)管系的受力分析與運(yùn)算，對(duì)熱風(fēng)管路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，也是提高風(fēng)溫的重要措施。對(duì)承擔(dān)高風(fēng)溫、高壓管道的波浪補(bǔ)償器以及管道支架的設(shè)置應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的受力分析，專門是對(duì)承擔(dān)高溫?zé)崤蛎浳灰坪透邏寒a(chǎn)生的壓力位移的管道，在設(shè)計(jì)中要給予充分的重視。提高加熱爐煤氣熱值是有效的技術(shù)措施燃燒理論和生產(chǎn)實(shí)踐巳證實(shí)，提高煤氣熱值是提高風(fēng)溫的有效措施。而目前國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)高熱值煤氣燃料缺乏是高風(fēng)溫的要緊制約因素之一。為實(shí)現(xiàn)高風(fēng)溫，鋼鐵企業(yè)應(yīng)采取了以下針對(duì)性技術(shù)措施：一是采納煤氣、助燃空氣低溫雙預(yù)熱技術(shù)。該技術(shù)利用助燃空氣和煤氣通過(guò)熱管換熱器對(duì)熱風(fēng)爐進(jìn)行預(yù)熱，當(dāng)預(yù)熱溫度達(dá)到200r時(shí)，能夠提高熱風(fēng)爐的理論燃燒溫度和拱頂溫度。首鋼3號(hào)高爐采納煤氣、助燃空氣雙預(yù)熱技術(shù)以后，風(fēng)溫提高了50°C?70°C。二是采納高爐煤氣低溫預(yù)熱及助燃空氣高溫預(yù)熱技術(shù)。利用熱風(fēng)爐煙氣余熱，通過(guò)分離式熱管換熱器將熱風(fēng)爐用高爐煤氣預(yù)熱到200C?250C；利用助燃空氣預(yù)熱爐將助燃空氣預(yù)熱到600C以上。首鋼采納了此類技術(shù)，但由于大型高爐煤氣清洗系統(tǒng)處理能力不足，造成煤氣溫度高、飽和水和機(jī)械水含量高，使煤氣熱值嚴(yán)峻降低。他們隨后在煤氣管道上配置了旋流脫水裝置，降低了煤氣含水量。實(shí)測(cè)說(shuō)明這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)施，可提高風(fēng)溫15C?20C。三是采納高爐煤氣干法除塵技術(shù)。采納高爐煤氣干法除塵，可顯著減少高爐煤氣中的含水量。在同等條件下，高爐煤氣熱值可提高約200千焦/立方米。近年來(lái)，我國(guó)高爐風(fēng)溫水平雖有顯著的提高，但與國(guó)際先進(jìn)水平相比還有較大差距，要真正達(dá)到1250C以上的高風(fēng)溫仍需要連續(xù)努力。同時(shí)，我國(guó)熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)形式向多樣化進(jìn)展，內(nèi)燃式、外燃式和頂燃式多種結(jié)構(gòu)的熱風(fēng)爐同時(shí)并存，并通過(guò)技術(shù)引進(jìn)和消化吸取，使我國(guó)