高爐煉鐵基本原理及工藝

1一、高爐主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)1、利用系數(shù):η=P〔高爐晝夜產(chǎn)鐵量〕/Vu〔高爐有效容積〕t/m3.d〕2、焦比:K=Q〔晝夜焦碳用量〕/P〔現(xiàn)主要核算綜合焦比〕3、冶煉強度:I=Q/Vu〔反響焦碳的燃燒能力〕4、休風(fēng)率:方案外的檢修時間占規(guī)定作業(yè)時間的百分比〔≤2%〕5、生鐵本錢：原料占80%左右6、一代爐齡：高爐點火開爐→停爐大修歷經(jīng)時間〔與耐材砌筑、I有關(guān)〕2二、高爐冶煉原、燃料及熔劑1.鐵礦石種類及質(zhì)量評價成分理論含鐵量%實際富礦含鐵%最低工業(yè)品位%冶煉性能磁Fe3O472.445~7020~25P，S↑難還原赤Fe2O37055~6030P，S↓易還原褐nFe2O3.mH2O55.2~66.137~5530P↑易還原菱FeCO348.230~4025P，S↓熔燒后易還原3各類鐵礦石圖赤鐵礦磁鐵礦菱鐵礦褐鐵礦4⑴品位：含鐵量，理論上品位↑1%，焦比↓2%，產(chǎn)量↑3%⑵脈石成分：SiO2、Al2O3↓越好〔須重視Al2O3〕，MgO↑越好⑶有害雜質(zhì)：S、P、Cu、Pb、Zn、As、K、Na⑷有益元素：Mn、V、Ni、Cr5⑸強度和粒度：強度↓易粉化影響高爐透氣性，不同粒度應(yīng)分級入爐;⑹復(fù)原性：被CO、H2復(fù)原的難易、影響焦比;⑺化學(xué)成分穩(wěn)定性：TFe波動≤±0.5%，SiO2≤±0.03%混勻的重要性〔條件：平鋪直取——原料場應(yīng)足夠大〕;⑻礦石代用品：高爐爐塵、轉(zhuǎn)爐爐塵、軋鋼皮、硫酸渣等。62.〔助〕熔劑〔1〕作用：形成低熔點易流動的爐渣、脫S〔堿性熔劑〕〔2〕種類：使用條件及作用堿性鐵礦中脈石為酸性氧化物，包括：石灰石、白云石、石灰酸性鐵礦中脈石為堿性氧化物，主要為：SiO2（只在爐況失常時使用——（Al2O3）≥18%或排堿時）中性高Al熔劑，主要為：含Al2O3高的鐵礦（只在降低爐渣流動性時使用）7(3)熔劑的質(zhì)量要求①堿性氧化物含量〔CaO+MgO≥52%〕概念：石灰石有效熔劑性CaO〔有效〕=CaO〔石灰石〕-R×SiO2〔石灰石〕②S、P↓S〔0.01~0.08%〕，P〔0.001~0.03%〕③減少CaCO3入爐：原因：a.高溫分解吸熱，是高爐爐溫下降b.CO2+C=2CO，消耗焦炭c.CO2會沖淡CO濃度造成焦比K增加。83.高爐用燃料焦碳：①主要作用：作為高爐熱量主要來源的60~80%，其它的由熱風(fēng)提供提供復(fù)原劑C、CO料柱骨架，保證透氣性、透液性②質(zhì)量要求：含炭量：C↑灰份↓→→渣量↓、強度↑、反響性↓→→焦比↓含S量：生鐵中[S]80%±來源于焦碳強度：M40、M10③粒度組成：焦丁的利用及混裝過渡區(qū)的問題④成分穩(wěn)定〔特指水分〕：干熄焦技術(shù)〔寶鋼〕⑤焦碳反響性：C+CO2=2CO開始反響的上下快慢→影響間接復(fù)原區(qū)的范圍，從而影響焦比。94.精料的含義：“高、穩(wěn)、熟、小、勻、凈”方針高：〔1〕礦石品位高〔天然礦62%，燒結(jié)礦57%，球團礦60%〕渣量降低300KG/T鐵〔2〕固定炭高，灰份≤10%〔3〕復(fù)原性好：燒結(jié)礦中FeO≤10%〔4〕機械強度高：轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、高溫強度、軟熔溫度穩(wěn)：化學(xué)成分穩(wěn)定〔TFe、R〕熟：增加熟料率↑1%，η↑0.3%，焦比↓1.2kg/tFe小、勻、凈：平均粒度差小、雜質(zhì)少日本稱為“整粒”處理10三、鐵礦燒結(jié)及球團的根本原理、工藝〔一〕燒結(jié)料組成：〔1〕含鐵料：精礦粉200目以下〔考慮成球性〕、富礦粉〔5~8mm，燒結(jié)中的骨架〕、其他〔爐塵、軋鋼皮等〕〔2〕熔劑：以CaO為主，CaO↑1%，燒結(jié)產(chǎn)量↑3%〔3〕燃料：焦粉、無煙煤3~5%，20%可進行金屬化燒結(jié)〔低品位礦石冶煉——可持續(xù)開展問題〕〔4〕返礦：燒結(jié)機機尾篩下物〔未燒透——影響成品率〕1112〔二〕燒結(jié)料層結(jié)構(gòu)131.燒結(jié)礦層：隨燒結(jié)過程進行不斷加厚，抽入空氣過冷使燒結(jié)礦驟冷將影響燒結(jié)礦強度。2.燃燒層：主要反響為：C的燃燒、MCO3分解、FeS2氧化、形成液相、鐵氧化物分解復(fù)原氧化?！灿捎谝合嗟漠a(chǎn)生使該層透氣性變差〕3.預(yù)熱層：主要反響為：氧化復(fù)原、結(jié)晶水分解、局部MCO3分解4.枯燥層：主要為燒結(jié)料中水分蒸發(fā)，易使燒結(jié)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14〔三〕燒結(jié)過程的特點1.燃料燃燒需空氣過剩，過剩系數(shù)α=1.4~1.5〔燃料分布較稀疏〕2.一般情況下燒結(jié)保持弱氧化氣氛〔金屬化燒結(jié)除外〕3.燒結(jié)過程存在自動蓄熱作用〔可以考慮采用上高低低的分層配炭〕4.存在傳熱速度與燃燒速度的同步問題5.存在如何減少“過濕”現(xiàn)象的問題6.存在有害雜質(zhì)S的去除問題〔S由易去除S化物轉(zhuǎn)化為硫酸鹽的問題〕7.存在選用何種液相體系作為固結(jié)成型機理問題8.如何解決復(fù)原性與強度矛盾的問題15〔四〕強化燒結(jié)的措施1.改善透氣性：適宜的水分、延長混料時間、小球燒結(jié)、預(yù)熱混合料2.提高抽風(fēng)負(fù)壓：但需考慮電耗本錢增加問題3.高壓燒結(jié)：增加氣體質(zhì)量流量4.熱風(fēng)燒結(jié)：可局部解決復(fù)原性與強度之間的矛盾5.參加穩(wěn)定劑：P類、B類、Mn、V類6.提高R：鐵酸鈣理論，即控制液相成分，但不利于脫S7.厚料層燒結(jié)：充分利用自動蓄熱作用〔條件：預(yù)熱混合料、低水原那么〕8.雙層燒結(jié)：二次點火，設(shè)備復(fù)雜9.料面插孔燒結(jié)：提高透氣性16四、高爐冶煉根本原理〔一〕高爐復(fù)原過程〔二〕造渣與脫S〔三〕風(fēng)口前C的燃燒〔四〕爐料與煤氣運動〔五〕高爐能量利用17高爐的五大系統(tǒng)18高爐爐型19〔一〕高爐復(fù)原過程

1.高爐爐內(nèi)狀況20〔1〕塊狀帶：礦焦保持裝料時的分層狀態(tài)，與布料形式及粒度有關(guān)，占BF總體積60%±〔200~1100℃〕主要反響：水分蒸發(fā)結(jié)晶水分解除CaCO3外的其它MCO3分解間接復(fù)原碳素沉積反響〔2CO=C+CO2〕〔2〕軟熔帶：礦石層開始熔化與焦碳層交互排列，焦碳層也稱“焦窗”形狀受煤氣流分布與布料影響，可分為正V型，倒V型，W型主要反響：Fe的直接復(fù)原Fe的滲碳CaCO3分解吸收S〔焦碳中的S向渣、金、氣三相分布〕貝波反響：C+CO2=2CO21〔3〕滴落帶：主要由焦碳床組成，熔融狀態(tài)的渣鐵穿越焦碳床主要反響：Fe、Mn、Si、P、Cr的直接復(fù)原，F(xiàn)e的滲C?！?〕盤旋區(qū)：C在鼓風(fēng)作用下一面做盤旋運動一面燃燒，是高爐熱量發(fā)源地〔C的不完全燃燒〕，高爐唯一的氧化區(qū)域。主要反響：C+O2=CO2CO2+C=2CO〔5〕爐缸區(qū)：渣鐵分層存在，焦碳浸泡其中主要反響：渣鐵間脫S，Si、Mn等元素氧化復(fù)原222.鐵的間接復(fù)原與直接復(fù)原〔1〕間接復(fù)原：用CO、H2為復(fù)原劑復(fù)原鐵的氧化物，產(chǎn)物無CO2、H2O的復(fù)原反響。特點：放熱反響反響可逆〔2〕直接復(fù)原：用C作為復(fù)原劑，最終氣體產(chǎn)物為CO的復(fù)原反響。特點：強吸熱反響反響不可逆〔3〕直接、間接復(fù)原區(qū)域劃分：取決于焦碳的反響性低溫區(qū)＜800℃根本為間接復(fù)原中溫區(qū)800~1100℃共存高溫區(qū)＞1100℃全部為直接復(fù)原〔4〕用直接復(fù)原度rd、間接復(fù)原度ri來衡量高爐C素利用好壞，評價焦比。233.非鐵元素的復(fù)原〔1〕Mn的復(fù)原：①一般規(guī)律：MnO2→〔550℃間還〕→Mn2O3→〔1100℃間還〕→Mn3O4→〔1000℃間還〕→MnO→〔1200℃直接復(fù)原〕→Mn

②Mn復(fù)原的特點：間接復(fù)原放熱大，使?fàn)t頂溫度↑直接復(fù)原吸熱大，使焦比↑

③控制Mn復(fù)原的手段：提高爐缸溫度，但會使Mn的揮發(fā)損失↑提高爐渣R生鐵中保持一定[Si]

24〔2〕Si的復(fù)原①生鐵中[Si]的要求：制鋼鐵[Si]≤0.6鑄造鐵1.25≤[Si]≤4.25②Si復(fù)原的特點：大量吸熱全部直接復(fù)原焦比K↑③Si復(fù)原的途徑：氣化復(fù)原：SiO2+C=SiO〔g〕+COSiO〔g〕+[C]=[Si]+CO渣鐵反響：〔SiO2〕+2[C]=[Si]+2CO④控制Si復(fù)原的因素：提高爐缸溫度利于Si的復(fù)原↓爐渣R利于Si的復(fù)原25〔3〕P的復(fù)原

P100%復(fù)原入鐵，只有通過控制原料中的P含量來控制P含量。

〔4〕含Ti礦的冶煉

TiO2→Ti2O3→TiO→Ti→Ti〔C，N〕固熔體使?fàn)t渣粘稠26〔二〕造渣與脫S1.造渣的概念與作用概念：根據(jù)脈石、焦碳灰份組成及數(shù)量，選擇適當(dāng)?shù)娜蹌纬删哂幸欢ㄐ阅艿臓t渣。作用：〔1〕促進或抑制某些化學(xué)反響〔2〕保護爐墻〔高爐長壽〕2.造渣過程〔1〕初渣：由軟化前沿至熔化前沿生成生礦：成分不均勻，軟熔區(qū)間大操作困難酸性燒結(jié)礦：成分較均勻，但初渣為酸性堿性燒結(jié)礦：成分可預(yù)定，存在一定CaO，流動性好。27〔2〕中間渣：初渣向下溫度升高，〔FeO〕被復(fù)原，并吸收CaO，R↑〔3〕終渣：主要成分：〔SiO2〕+〔Al2O3〕+〔CaO〕+〔MgO〕＞95%，〔FeO〕＜1%283.脫S〔1〕S的來源與分布：焦碳60~80%、礦石及噴吹物20~40%↓〔S負(fù)荷4~6kg/t鐵〕↓煤氣、爐塵5~10%，生鐵5%，爐渣90%〔2〕降低生鐵[S]途徑：①降低S負(fù)荷〔降低焦碳S含量〕②氣化脫S〔一定值〕③適宜的渣量〔3〕爐渣脫S根本反響：[FeS]+〔CaO〕=〔CaS〕+〔FeO〕提高爐渣脫S能力的因素：①↑溫度②↑復(fù)原氣氛③↑R29〔三〕風(fēng)口前C的燃燒1.風(fēng)口前C燃燒的意義占總C量的70%，其它碳用于：直接復(fù)原：〔FeO〕+C=[Fe]+CO〔MnO〕+C=[Mn]+CO〔CaO〕+[S]+C=CaS+CO↓使煤氣中CO增加CO2、H2O的氣化：CO2+C=2COH2O+C=H2+CO↓吸熱、使焦碳強度下降意義：〔1〕提供熱量80%〔2〕提供復(fù)原劑〔3〕影響爐料下降、軟熔帶形狀、煤氣利用、冶煉指標(biāo)。302.燃燒帶大小的控制—下部調(diào)劑〔1〕影響燃燒帶大小的因素：①C的燃燒速度〔一般認(rèn)為影響不大〕②布料狀態(tài)〔中心堆積，燃燒帶??；中心疏松，燃燒帶大〕③鼓風(fēng)動能EK的大小〔2〕影響EK的因素：①風(fēng)量↑，EK↑②風(fēng)溫↑，體積膨脹，質(zhì)量流量↓，EK↓風(fēng)溫↑，速度↑，EK↑總體EK略有變化③風(fēng)壓↑，EK↓④風(fēng)口截面積S↓，EK↑31〔四〕爐料與煤氣運動1.爐料下降的條件：〔1〕自由空間的形成①C的燃燒②渣鐵排放③下料中重新排列④爐料軟熔〔2〕爐料下降的力學(xué)分析P=P料-P摩-P浮-P氣=P有效-P氣P＞0順行P≤0懸料，難行P料~品位↑，焦碳負(fù)荷↑，P料↑P摩~爐墻與爐料，爐料與爐料，H/D〔設(shè)計問題〕P浮~料柱浸泡在渣鐵中產(chǎn)生，勤放渣鐵P氣~上升煤氣對料柱的支撐力322.爐腹區(qū)煤氣流爐腹區(qū)壓差〔ΔP〕較大的原因，存在液態(tài)渣鐵的動滯留〔與冶煉強度I有關(guān)〕和靜滯留〔與爐渣的物化性質(zhì)有關(guān)〕，易形成液泛現(xiàn)象〔flood〕。為防止液泛現(xiàn)象要求：〔1〕渣量小→品位高、I小〔2〕提高焦碳質(zhì)量〔3〕煤氣流速小〔4〕初渣粘度小，保證一定〔FeO〕含量3.爐頂煤氣的分布：〔1〕邊緣氣流→煤氣利用差〔2〕中心氣流→煤氣利用一般考