煉鐵基本理論

1、煉鐵基本理論一、高爐內(nèi)的基本知識1、高爐內(nèi)的分區(qū)按照爐料在高爐內(nèi)的狀態(tài)可分為五個區(qū)域，依次為：(1) 、塊狀帶：固體料軟熔前所分布的區(qū)域。(2) 、軟熔帶：爐料從開始軟化到熔化所占的區(qū)域。軟熔帶通常有倒V型、V型、W型三種，該區(qū)域為間接還原區(qū)。(3) 、滴落帶：渣、鐵全部熔化滴落，穿過焦炭層下到爐缸的區(qū)域，是高溫物理化 學(xué)反應(yīng)的主要區(qū)域。(4) 、風(fēng)口帶 風(fēng)口前燃料燃燒的區(qū)域，是高爐熱能和氣體還原劑的發(fā)源地，也是 初始煤氣流分布的起點。(5) 、渣鐵貯存區(qū) 是形成最終渣、鐵的區(qū)域。2、爐內(nèi)還原過程高爐內(nèi)鐵氧化物的還原可分為三類：用氣體 CO還原，生成產(chǎn)物CO2，稱間接還 原；用固體碳還原，生成

2、產(chǎn)物 CO,稱直接還原；一部分氫在低溫代替 CO還原, 另部分氫在高溫代替碳進行直接還原，統(tǒng)稱氫的還原。根據(jù)溫度不同，高爐內(nèi)還原過程劃分三個區(qū)，低于800C的塊狀帶是間接還原區(qū)；800C1100C是間接還 原和直接還原共存區(qū)；高于1100C的是直接還原區(qū)。高爐內(nèi)的主要化學(xué)反應(yīng)為：(1) 、用CO還原高于570 C時：3 Fe2O3+CO=2 Fe3O4+CO2Fe3O4+CO=3FeO+CO2低于570 C時:3 Fe2O3+CO=2 Fe3O4+ CO2Fe3O4+4CO=3Fe+4 CO2(2) 、用固體碳還原高于570 C時：3 Fe2O3+C=2 Fe3O4+COFe3O4+C=3Fe

3、O+COFeO+C=Fe+CO低于570 C時由于FeO不能穩(wěn)定存在，進行下列反應(yīng)：Fe3O4+4C=3Fe+4COFeO+C=Fe+CO(3) 、用 H2 還原高于570 C時：3 Fe2O3+ H2=2 Fe3O4+ H2OFe3O4+ H2=3FeO+ H2OFeO+ H2=Fe+ H2O小于570 C時：3 Fe2O3+ H2=2 Fe3O4+ H2OFe3O4+4 H2=3Fe+4 H2O3、高爐對原燃料質(zhì)量的要求(1) 、對原燃料的整體要求 精料是高爐操作穩(wěn)定順行的必要條件，精料的內(nèi)容可概括為： 高 品位、強度、冶金性能指標(biāo)等都高。穩(wěn) 成分穩(wěn)定，波動范圍小。小 粒度小而勻(上、下限

4、范圍窄) 。凈 粉末篩除干凈。熟 熟料率高。(2) 、對原燃料的具體要求燒結(jié)礦 成分穩(wěn)定，品位、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)高，還原性好、軟化溫度高，小于 5mm 的比 例不大于 5%。球團礦 成分穩(wěn)定，品位高，低溫還原粉化率低，落下強度好。 焦炭 灰份低，固定碳高， M40 高， M10 低，硫、磷低，粒度均勻。(3) 、合理的爐料結(jié)構(gòu)目前國內(nèi)通用的爐料結(jié)構(gòu)為： 高堿度燒結(jié)礦配加酸性球團，熟料率 100%。 高堿度燒結(jié)礦配加高品位塊礦和球團礦。4、高爐最終產(chǎn)品及質(zhì)量要求(1) 、生鐵生鐵是鐵和碳、 硅、錳等元素的合金， 并含有少量的磷和硫， 一般把此類生鐵稱為 普通生鐵。普通生鐵按用途分，有煉鋼生鐵和鑄造生鐵兩

5、類，兩種生鐵的成分要 求分別為：煉鋼生鐵： 硅含量在 1.25%以下，硫含量在 0.07%以內(nèi)，按照硫含量的不同又分為一類鐵、二類鐵、三類鐵，一類鐵硫含量在0.03%以下，二類鐵硫含量在 0.030.05%之間，三類鐵硫含量在 0.050.07%之間。鑄造生鐵：硅含量在 1.25%以上，硫含量在 0.05%以內(nèi)。按照硅含量的不同，鑄造 生鐵又劃分為不同標(biāo)號。(2) 、爐渣 爐渣是高爐的副產(chǎn)品，其主要成分為 CaO、SiO2、MgO、Al2O3 ，渣中 MgO 含量 在812%時爐渣流動性好、脫硫能力強，超過 12%時則爐渣流動性變差，AI2O3 一般要求小于 15%，超過 15%后爐渣流動性變

6、差、脫硫能力降低。衡量爐渣質(zhì)量 的主要標(biāo)準(zhǔn)是爐渣中玻璃體含量的高低，含量越高質(zhì)量越好。爐渣在工業(yè)上的用途主要有：a、液體爐渣用水急冷，?；伤?，作為水泥原料。b、用蒸汽或壓縮空氣將液體爐渣吹成渣棉，作絕熱材料。c、經(jīng)過處理，可作為建筑或鋪路材料。(3) 、高爐煤氣高爐煤氣的化學(xué)成分一般為 CO21419%， C O2127%， H214%， CH40.6 1.05, N256%左右。每噸生鐵可產(chǎn)煤氣20003000m3煤氣，煤氣的發(fā)熱值為850kcal/m3,可作燃料用。除供熱風(fēng)爐外，還可供煉鋼、焦?fàn)t、燒結(jié)點火、焙燒球 團等。(4) 、爐塵爐塵是煤氣上升時帶出的細顆粒固體爐料, 含碳 515

7、%,含鐵 3050%,爐塵回 收后可作燒結(jié)礦的原料使用。5、高爐技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo) 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)有：(1)、利用系數(shù) 每立方米高爐有效容積一晝夜生產(chǎn)的生鐵噸數(shù)。nv =日產(chǎn)量/有效容積(t/m3d)(2)、焦比每煉一噸生鐵所需的焦炭量K=每日燃燒焦炭量/日產(chǎn)鐵量 (kg/t)、煤比每煉一噸生鐵所用的煤粉量。M=日燃燒煤粉量/日產(chǎn)鐵量(kg/t)(4) 、冶煉強度每晝夜工作時間內(nèi)，在一立方米高爐有效容積內(nèi)燃燒的焦炭量。1=每日燃燒的焦炭量/有效容積 (t/m 3d)(5) 、焦炭負荷：每批料中礦批重與焦炭批重之比值。負荷=礦石批重/焦炭批重(6) 、休風(fēng)率：高爐休風(fēng)時間占全部日歷時間的百分?jǐn)?shù)。(7

8、) 、生鐵合格率：生鐵的化學(xué)成分符合國家規(guī)定要求的數(shù)量占全部產(chǎn)量的百分比。二、煉鐵工藝流程高爐冶煉就是從鐵礦石中將鐵還原出來，并熔化成生鐵。還原鐵礦石需還原劑，為了熔融脈石還需加入石灰石，并提供足夠的熱量以熔化渣鐵。高爐內(nèi)的還原劑 和燃料主要是焦炭，為了節(jié)省焦炭，還從風(fēng)口噴入重油、天然氣、煤粉等其它燃 料，以代替焦炭。為了提高礦石品位及利用貧礦資源， 礦石要經(jīng)過選礦、燒結(jié)，作 成燒結(jié)礦和球團礦供高爐使用。高爐是一個豎式的圓筒形爐子，其本體包括爐基、爐殼、爐襯及冷卻設(shè)備和高爐 框架或支柱。高爐的內(nèi)部工作空間叫爐型，一般可分為五段，即爐缸、爐腹、爐 腰、爐身、爐喉。爐缸部分有風(fēng)口、渣口和鐵口，在高

9、爐上部還有裝料設(shè)備。高爐生產(chǎn)除本體外，還有以下幾個系統(tǒng)：1、上料系統(tǒng) 包括原料的貯存、中和、貯礦槽、稱量與篩分，最后通過斜橋或皮帶方式把爐料運至爐頂，經(jīng)裝料設(shè)備裝入爐內(nèi)。其中裝料設(shè)備有鐘式和無鐘式兩 種，目前大型高爐采用無鐘爐頂較多，中小型高爐采用鐘式爐頂較多。2、送風(fēng)系統(tǒng) 包括鼓風(fēng)機、熱風(fēng)爐、熱風(fēng)總管、圍管等。其中鼓風(fēng)機有離心式、 軸流式兩種，通常小型高爐采用離心式風(fēng)機、大型高爐采用軸流式風(fēng)機；風(fēng)機的 驅(qū)動方式有電動和汽動兩種，電動一次性投資省，但運行費用高，汽動一次性投 資高，但運行費用低。 熱風(fēng)爐有外燃式、 頂燃式、內(nèi)燃式等， 其中中小高爐采用頂 燃式較多，10002000 m3級高爐采

10、用霍戈文內(nèi)燃式較多，大于 2000 m3級高爐 采用外燃式較多；近年來， 3000 m3 級高爐逐步采用霍戈文內(nèi)燃式，使用效果良 好。3、煤氣除塵系統(tǒng) 濕法除塵包括煤氣管線、重力除塵器、洗滌塔、文氏管、脫水 器等，干法除塵包括重力除塵器、 布袋除塵、 電除塵等。其中濕法除塵有洗滌塔加 文氏管、雙文氏管、蒸噴塔文、盧森堡 PW 公司的專利技術(shù)比肖夫等，幾種濕法 除塵工藝中洗滌塔加文氏管、雙文氏管使用較多，近年新建的高爐開始采用蒸噴 塔文和比肖夫，目前大型高爐絕大多數(shù)采用濕法除塵，極個別大型高爐采用干法 除塵的同時也配有濕法除塵備用。干法除塵工藝主要有布袋除塵和電除塵，目前 國內(nèi)中小型高爐普遍采用

11、布袋除塵工藝，使用效果良好。4、渣鐵處理系統(tǒng) 包括出鐵場、泥炮、開口機、堵渣機、爐前吊車、鐵水罐、鑄 鐵機、沖水渣設(shè)備等。其中水渣處理方法有輻流沉淀法、 INBA 法、圖拉法、底濾 法、輪法、泡渣法等。目前國內(nèi)大型高爐采用 INBA 法、圖拉法較多， 也有部分高 爐采用底濾法；中小型高爐采用輻流沉淀法較多，部分高爐也有采用底濾法；泡 渣法由于處理過的水渣質(zhì)量次、環(huán)境污染嚴(yán)重，現(xiàn)已很少采用。5、噴煤系統(tǒng) 噴煤有煤粉的制取、運輸、收集、噴吹罐及噴槍等；噴油有油的卸 入、儲存、加熱、油泵及噴槍等。 由于原油價格高， 目前國內(nèi)高爐基本全部噴吹煤 粉，只有極個別高爐噴吹重油。三、操作制度1、裝料制度 是

12、高爐上部調(diào)劑的基本手段，運用裝料制度的目的，在于通過對爐 喉徑向礦、焦比的的控制，以實現(xiàn)煤氣流的合理分布。一般情況強化程度高的高 爐煤氣曲線呈中心型，強化程度低的高爐煤氣曲線呈雙峰型。裝料制度包含的主 要內(nèi)容有：批重大小 小批重加重邊緣，大批重加重中心，如批重過大，不僅加重中心，而且 也有加重邊緣的作用。裝料次序 焦炭和礦石一起入爐為同裝，焦炭和礦石分開入爐為分裝，礦石在前 焦炭在后入爐為正裝，焦炭在前礦石在后入爐為倒裝。在批重和料線不變的情況 下，由加重邊緣走向加重中心的一般順序為：正同裝正分裝倒分裝 倒同裝。料線高低在碰撞區(qū)以上，料面堆尖位置隨著料線降低而靠近爐墻。2、送風(fēng)制度 是指在一定

13、的冶煉條件下，選擇并調(diào)劑風(fēng)口進風(fēng)的數(shù)量、質(zhì)量和狀 態(tài)，以達到爐缸工作均勻活躍、煤氣流初始分布合理。送風(fēng)制度的中心環(huán)節(jié)在于 選擇風(fēng)口面積，以獲得基本合適的風(fēng)口風(fēng)速和鼓風(fēng)動能。送風(fēng)制度包含的主要內(nèi) 容有：風(fēng)量調(diào)劑、風(fēng)溫調(diào)節(jié)、富氧鼓風(fēng)、噴吹煤粉。3、造渣制度和爐缸熱制度造渣制度是根據(jù)鐵種要求，從脫硫和順行出發(fā)，控制合適的爐渣堿度和流動性。 爐渣的成分中堿度是首位參數(shù)，MgO含量的高低用于調(diào)整爐渣流動性和穩(wěn)定性。 一般情況下，爐渣堿度在1.101.15之間、MgO含量在812%之間爐渣脫硫和 流動性較好。爐缸熱制度是根據(jù)冶煉條件和鐵種要求，在爭取最低燃料消耗的前提下，選擇并 保持穩(wěn)定而充沛的爐溫。爐溫

14、的表示方式有兩種，一為生鐵硅含量，為生鐵的化 學(xué)熱；一為鐵水溫度，為生鐵的物理熱。爐缸熱制度包含的主要內(nèi)容有：風(fēng)量調(diào) 劑、風(fēng)溫調(diào)節(jié)、噴吹量調(diào)節(jié)、焦炭負荷調(diào)節(jié)等，其中焦炭負荷調(diào)節(jié)是熱制度調(diào)節(jié)的 主要內(nèi)容。四、煉鐵工藝流程及主體設(shè)備配置情況煉鐵廠現(xiàn)有 五座高爐，爐容分別為2X 350 m3、1X 300 m3 2X 100 m3,現(xiàn) 年產(chǎn)生鐵130萬噸，通過挖潛后達到年產(chǎn)生鐵 140萬噸的綜合生產(chǎn)能力。1、上料系統(tǒng)除3#高爐采用皮帶上料外，其余四座高爐均采用料車上料，爐頂裝料設(shè)備3#、6#高爐為PW公司的串罐無鐘爐頂，4#、5#、7#高爐為傳統(tǒng)的雙鐘爐頂。2、送風(fēng)系統(tǒng)五座高爐的鼓風(fēng)機均采用電動離心式鼓風(fēng)機， 熱風(fēng)爐4#、5#高爐為傳統(tǒng)的考貝式， 3#、6#、7#高爐為頂燃式，目前