煉鐵原理與工藝

1、煉鐵原理與工藝煉鐵原理與工藝 鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的煉鐵生產(chǎn) 一種是高爐-氧氣轉(zhuǎn)爐-軋機流程；一種是直接復(fù)原或熔融復(fù)原-電爐-軋機流程。前者被稱為長流程，后者那么被稱為短流程。目前長流程是主要流程。但因它必須使用塊狀原料，需要配用質(zhì)量好的煉焦煤在焦?fàn)t內(nèi)煉成性能好的冶金焦，粉礦和精礦粉要制成燒結(jié)礦或球團礦。這兩道生產(chǎn)工序不但能耗高，而且生產(chǎn)中產(chǎn)生粉塵，污水和廢氣等對環(huán)境造成污染。所以長流程面臨能源和環(huán)保等的挑戰(zhàn)，直接復(fù)原和熔融復(fù)原是用來替代高爐煉鐵的兩種工藝。直接復(fù)原和熔融復(fù)原煉鐵工藝的特點是，用塊煤或氣體復(fù)原劑代替高爐煉鐵工藝所必需的焦炭來復(fù)原天然塊礦、粉礦或人造塊礦燒結(jié)礦或球團礦具有相當(dāng)大的適應(yīng)性

2、，特別適用于某些資源匱乏，環(huán)保要求特別嚴(yán)格的地區(qū)或國家，但其生產(chǎn)規(guī)模較高爐小而且很多技術(shù)問題還有待解決或完善。各種煉鐵法的設(shè)備及生產(chǎn)方式差異很大，但其原理是相同的。高爐本體上料系統(tǒng)送風(fēng)系統(tǒng)煤氣凈化系統(tǒng)渣鐵處理系統(tǒng)噴吹燃料系統(tǒng)鐵礦石的分類對鐵礦石的評價:含鐵品位p1=(F/f)(P-Cp2-Cp3-g)式中p1 為原料的價值；F為原料的含鐵品位；f為生鐵中含鐵；p為生鐵的車間本錢；C為焦比；c為單位生鐵消耗的熔劑；p2 為焦炭的價格；p3 為熔劑的價格；g為每噸生鐵的車間生產(chǎn)費用。脈石的成分及分布有害元素的含量.S (0.1-0.3) %,礦最低允許P=(P鐵-P焦.熔)/K. K-單位(噸)生

3、鐵礦耗量.K=Fe生/Fe礦(K,Na) 2-3Kg/t鐵, Zn 0.15 Kg/t鐵有益元素,礦石的復(fù)原性礦石的高溫性能礦石的其它性能(強度,粒度,熱爆裂性,化學(xué)成分的穩(wěn)定性)礦石入爐前的處理整粒.8-30mm造塊.分級和篩分.石灰石,白云石(Ca,Mg)CO3,硅石(SiO2)有效熔劑性= w(CaO) +w(MgO) -w( SiO2 ) R 2錳礦用途質(zhì)量要求(和鐵礦石一樣) w(Fe允) =100-w(C)+w(Si)+w(P)+w(S)+w(Mn)+/K K=w(Mn)w(Mn)礦 式中w(Fe允)錳礦允許的極限Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；K冶煉單位重量合金時錳礦消耗量；w(Mn)礦錳礦

4、含Mn品位，%； 爐內(nèi)Mn的回收率，冶煉一般生鐵時此值為50%60%，煉錳鐵時此值可達80%85%。焦炭的作用:在風(fēng)口前燃燒，提供冶煉所需熱量固體C及其氧化產(chǎn)物CO，是氧化物的復(fù)原劑高溫區(qū)料柱的骨架，煤氣通路鐵水滲碳2.高爐對焦炭質(zhì)量要求:化學(xué)成分,C,A,W,S,冷強度:M40,M10熱強度,CSR爐容級別/m310002000300040005000焦炭灰分/%131312.51212焦炭含硫/%0.70.70.70.70.7M40/%7882848586M10/%87.576.56CSR/%5860626566CRI/%2826252525粒度范圍/%75-2075-2575-2575-

5、2575-30大于上限/%1010101010小于下限/%88888煤的燃燒性能好煤的灰分越低越好，要求低于12%。煤的硫分越低越好，一般要求小于0.7%，最高不大于0.8%煤粉的粒度適宜煤的可磨性好，高爐噴煤需要將煤磨到一定細度，煤的可磨性指數(shù)(哈氏HGI)應(yīng)在6090之間，低于50的煤很硬，難磨。高于90的煙煤雖然易磨，但往往是粘結(jié)性強的煤，可能給磨煤和輸煤造成困難。煤的發(fā)熱值越高越好，煙煤的低位發(fā)熱值不小于26000kJ/kg，無煙煤的低位發(fā)熱值不小于29000kJ/kg。膠質(zhì)層越薄越好，Y10rnrn，以免在噴吹過程中結(jié)焦，堵塞噴槍影響煤粉噴吹和高爐正常生產(chǎn)。煤的灰熔點溫度，要求高一些

6、。因為灰熔點太低時風(fēng)口容易結(jié)焦和堵塞煤槍。流動性和輸送性能高。 氣體燃料 氣體燃料在鋼鐵企業(yè)中有重要作用。天然氣、石油氣、高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣等。 根據(jù)我國資源條件，不可能普遍使用天然氣，而焦?fàn)t煤氣主要供民用，只有在特殊條件下高爐才使用少量焦?fàn)t煤氣。故高爐煤氣就成為鋼鐵企業(yè)內(nèi)部的主要氣體燃料了。煉鋼生鐵,鑄造生鐵,鐵合金一般不用高爐,用電爐3.爐渣(水渣)1.利用系數(shù):V=P/V-t/(m3.d)K=Q/P-kg/tPCI=M/P -kg/tKf =QfP式中Kf冶煉1 t生鐵消耗的焦炭和噴吹燃料的數(shù)量之和；Qf高爐一晝夜消耗的干焦量和噴吹燃料之和。 R=(K0-K1+K)/PCI 式中R噴吹

7、的輔助燃料的置換比； K0未噴吹輔助燃料前的實際平均焦比； K1噴吹輔助燃料后的平均入爐焦比； K其他各種因素對實際焦比影響的代數(shù)和。6.冶煉強度。冶煉強度I是冶煉過程強化的程度，即每晝夜d每1 m3高爐有效容積燃燒的干焦耗用量：冶煉強度=干焦耗用量有效容積實際工作日t/(m3d)利用系數(shù)V=綜合冶煉強度(If)綜合焦比(Kf)t/(m3d)7. 燃燒強度燃燒強度=一晝夜干焦耗用量爐缸截面積t/(m2d)由于爐型的特點不同，小型高爐可允許較高的冶煉強度因而容易獲得較高的利用系數(shù)。為了比照不同容積的高爐實際爐缸工作強化的程度，可比照其燃燒強度。燃燒強度的定義為每1 m2爐缸截面積上每晝夜d燃燒的

8、干焦噸數(shù)：爐腹煤氣量指數(shù)=爐腹煤氣量/爐缸面積-m/min12.爐齡(時間和單位爐容生鐵產(chǎn)量)1.根本現(xiàn)象:高爐冶煉過程是個連續(xù)生產(chǎn)過程。高爐是一個密閉的連續(xù)的逆流反響器爐料在高爐內(nèi)的狀態(tài)塊狀帶,軟熔帶,滴落帶,風(fēng)口帶,渣鐵帶軟熔帶類型：倒V, V,W,影響軟熔帶形狀的因素: 送風(fēng)狀況,布料方式軟熔帶對高爐冶煉的影響 鐵礦石預(yù)復(fù)原,生鐵脫硫,生鐵含硅,煤氣利用,爐缸中心活潑程度,爐墻維護對爐況順行,生鐵產(chǎn)量、質(zhì)量,燃料消耗均有影響。 通過上、下部調(diào)劑規(guī)律，改變原燃料結(jié)構(gòu)和性能來實現(xiàn)。吸附水一般在105時就迅速蒸發(fā).爐料中的化合水，又稱結(jié)晶水，以化合物的狀態(tài)存在。褐鐵礦(nFe2O3mH2O)

9、:200左右開始分解，400500時分解速度激增高嶺土(Al2O32SiO22H2O):高嶺土在400時開始分解，但分解速度很慢，到500600時才迅速(烘爐)結(jié)晶水分解影響爐料透氣性變壞.焦炭中的碳素反響(較高溫度區(qū)域)在5001000時:2H2O+C焦=CO2+2H2-83134 kJ(水煤氣置換反響)在1000以上時 : H2O+C焦=CO+H2-124450 kJ (水煤氣反響)兩個反響對鐵礦石復(fù)原作用和區(qū)別后面介紹.揮發(fā)物:有機物質(zhì)熱分解的產(chǎn)物.揮發(fā)物主要存在于焦炭和煤粉中.其它物質(zhì)的揮發(fā):K,Na,Zn,SiO,Mn. 鉀、鈉等堿金屬大都以各種硅酸鹽的形態(tài)存在于爐料而進入高爐. 2

10、K2OSiO2、2Na2OSiO2、Na2OSiO2等.在溫度高于1500時，且有碳素存在條件下，它能被C復(fù)原. 少量K2O、Na2O、K2CO3、Na2CO3等氧化物或碳酸鹽形態(tài)存在于礦石脈石中. 能在較低溫度下被CO復(fù)原堿金屬的復(fù)原反響在高溫區(qū)域: 1500左右K2(Na2)SiO3+3C=2K(Na)氣+Si+3COK2(Na2)SiO3+C=2K(Na)氣+SiO2+3CO在較低溫區(qū)域:800 左右K2(Na2)O+CO=2K(Na)氣+CO2 K2(Na2)CO3+CO=2K(Na)氣+CO2 1200 :2K (Na)氣+2CN2=2K(Na)CN氣(氰化物)堿金屬(氰化物)的氧化

11、反響 800 :2K (Na)氣+ 2CO2=K2(Na2)CO3+CO 2K (Na)CN液+4CO2=K2(Na2)CO3+N25CO 堿金屬的存在形態(tài): 堿金屬將以氣態(tài)形式隨煤氣上升； 而堿金屬的氰化物多以霧狀液體的形態(tài)隨煤氣向上運動。4.堿金屬的積累(循環(huán))富集現(xiàn)象 含有堿金屬元素的化合物隨著爐料下降,在溫度升高的過程中被爐內(nèi)的C或CO復(fù)原,逐步生成氣態(tài)堿金屬或霧狀液體的堿金屬氰化物。它們隨著煤氣上升在較低溫度區(qū)域低于800 被CO2所氧化以碳酸鹽的形式凝結(jié)在爐料爐襯外表上。除一局部小于10%被煤氣帶走外，大局部又隨爐料下降被復(fù)原成堿蒸氣或霧狀液體的堿金屬，如此在爐內(nèi)循環(huán)往復(fù)，這個現(xiàn)象

12、叫堿金屬的積累(循環(huán))富集現(xiàn)象。 堿金屬的分配： 由于動力學(xué)條件的限制，爐料中原有堿金屬硅酸鹽，及再生的堿金屬碳酸鹽，都將有一局部不能被復(fù)原而直接進入爐渣，并隨爐渣排出爐外。所以爐料中帶入的堿金屬在爐內(nèi)的分配是：少量被煤氣帶走和爐渣帶走，而多數(shù)在爐內(nèi)往復(fù)，循環(huán)富集，嚴(yán)重時爐內(nèi)堿金屬量高于入爐量的10倍以上，以致禍及高爐生產(chǎn)。高爐中上部的堿含量要遠遠大于入爐的量。堿金屬是碳氣化反響的催化劑。降低焦炭強度氣化反響和不均勻膨脹。惡化原料冶金性能。燒結(jié)低溫粉化，球團異常膨脹促使?fàn)t墻結(jié)厚甚至結(jié)瘤。堿蒸氣對高爐爐襯高鋁磚、黏土磚有侵蝕。減少和控制入爐堿金屬量。借助爐渣排堿是最具有實際意義和有效的途徑，方法

13、是降低爐渣堿度。適當(dāng)降低燃燒帶溫度，可以減少K、Na的復(fù)原數(shù)量。提高冶煉強度，縮短爐料在爐內(nèi)的停留時間，可以減少爐內(nèi)堿金屬的富集量。對冶煉堿金屬含量高的高爐，可定期采用酸性渣洗爐，以減少爐內(nèi)堿金屬的積累量。高爐料中的碳酸鹽常以CaCO3、MgCO3、FeCO3、MnCO3態(tài)存在，以前二者為主。MeCO3=MeOCO2-Q石灰石的分解: CaCO3=CaO+CO2-178000kJ 石灰石的分解開始溫度和沸騰溫度: T開=A/(lgpCO2-B) T沸=A/(lgp總-B) pCO2為分壓, p總為總壓, CO2為CO2組分含量, p標(biāo)=100 KPa pCO2=CO2 p總 p標(biāo) 當(dāng)CO2=0.03, p總=100KPa時, pCO2=CO2 p總 p標(biāo) T開=A/(lgpCO2-B)=-8908/(lg0.0003-7.53)=806K=533 T沸=A/(lgp總-B) )=-8908/(lg1-7.53) =1183K=910 . 從關(guān)系式可看出:CaCO3的開始分解溫度和化學(xué)沸