鋼鐵工業(yè)窯爐課件

第五章鋼鐵工業(yè)窯爐

本章要點(diǎn)：高爐冶煉是獲得生鐵的手段，而轉(zhuǎn)爐則為煉鋼車間的主體設(shè)備。本章學(xué)習(xí)的主要目的在于掌握鋼鐵生產(chǎn)的兩大基本爐窯（高爐與轉(zhuǎn)爐）的工作原理、窯爐結(jié)構(gòu)、工作特點(diǎn)，為現(xiàn)代冶金工業(yè)的優(yōu)質(zhì)高效、長壽節(jié)能、清潔生產(chǎn)和過程自動設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。第五章鋼鐵工業(yè)窯爐本章要點(diǎn)：1第一節(jié)煉鐵高爐高爐冶煉主要以鐵礦石（天然富礦、燒結(jié)礦和球團(tuán)礦）為原料，以焦碳、煤粉、重油、天然氣為燃料和還原劑，以石灰石為溶劑，在高爐中通過燃料燃燒、氧化物中鐵元素的還原以及非鐵元素造渣等一系列復(fù)雜的物理化學(xué)過程，生產(chǎn)主要產(chǎn)品生鐵，副產(chǎn)品是爐渣、煤氣和一定量的爐塵(瓦斯灰)。

第一節(jié)煉鐵高爐高爐冶煉主要以鐵礦2

寶鋼高爐全貌高爐本體送風(fēng)系統(tǒng)渣鐵系統(tǒng)煤氣系統(tǒng)寶鋼高爐全貌高爐本體送風(fēng)系統(tǒng)3高爐的五大系統(tǒng)高爐的五大系統(tǒng)4高爐生產(chǎn)流程1.儲礦槽；2.焦倉；3.稱量車；4.斜橋；5.放散閥；6.高爐；7.熱風(fēng)爐；8.除塵器；9.切斷閥；10.洗滌塔；11.渣罐；12.鐵水罐；13.基墩；14.基座高爐生產(chǎn)流程5鋼鐵工業(yè)窯爐課件6鋼鐵工業(yè)窯爐課件7高爐生產(chǎn)時從爐頂裝入鐵礦石、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。高爐生產(chǎn)時從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑（石灰石），從位8高爐煉鐵的原料（1）鐵礦石：（一般為赤鐵礦、磁鐵礦）提供鐵元素。（2）焦炭：提供熱量；提供還原劑；作料柱的骨架。

（3）熔劑：（石灰石、白云石、螢石），使?fàn)t渣熔化為液體；去除有害元素硫（S）、除去雜質(zhì)。（4）空氣：為焦碳燃燒提供氧、提供熱量。高爐煉鐵的原料9鐵礦全景圖鞍礦公司眼前山鐵礦鞍礦公司東鞍山鐵礦鐵礦全景圖鞍礦公司眼前山鐵礦鞍礦公司東鞍山鐵礦10各類鐵礦石圖赤鐵礦磁鐵礦菱鐵礦褐鐵礦磁鐵礦化學(xué)式為Fe3O4，結(jié)構(gòu)致密，晶粒細(xì)小，黑色條痕。具有強(qiáng)磁性，含S、P較高，還原性差。赤鐵礦化學(xué)式為Fe2O3，條痕為櫻紅色，具有弱磁性。含S、P較低，易破碎、易還原。褐鐵礦是含結(jié)晶水的氧化鐵，呈褐色條痕，還原性好，化學(xué)式為nFe2O3·mH2O(n=1～3，m=1～4)。褐鐵礦中絕大部分含鐵礦物是以2Fe2O3·3H2O的形式存在的。菱鐵礦化學(xué)式為FeC03，顏色為灰色帶黃褐色。菱鐵礦經(jīng)過焙燒，分解出C02氣體，含鐵量即提高，礦石也變得疏松多孔，易破碎，還原性好。其含S低，含P較高。各類鐵礦石圖赤鐵礦磁鐵礦菱鐵礦褐鐵礦磁鐵礦化學(xué)式為Fe3O411上料皮帶上料皮帶12爐頂布料爐頂布料13稱量料斗稱量料斗14熱風(fēng)爐熱風(fēng)爐15送風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)系統(tǒng)16高爐本體平臺構(gòu)成高爐本體平臺構(gòu)成17

高爐本體包括高爐基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)、爐襯、冷卻裝置，而高爐本體設(shè)計(jì)是最為關(guān)鍵的部分。所謂五段式結(jié)構(gòu)，自高爐底部死鐵層以上的部位，依次為爐缸、爐腹、爐腰、爐身、爐喉。

一、高爐本體五段式結(jié)構(gòu)高爐本體包括高爐基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)、爐襯、冷卻18

1.高爐有效容積和有效高度

我國習(xí)慣地規(guī)定:有效容積Vu<100m3,為小型高爐；Vu=255-620m3，為中型高爐；Vu>620m3，為大型高爐。高爐的有效高度，對高爐內(nèi)煤氣和爐料之間的傳熱過程有重大影響。有效高度增加，煤氣流速與爐料接觸機(jī)會增加，有利于傳熱傳質(zhì)，降低能耗。但太高會形成料拱，對爐料下降不利。一、高爐本體五段式結(jié)構(gòu)一、高爐本體五段式結(jié)構(gòu)19高爐有效容積利用系數(shù)式中——每立方米高爐有效容積在一晝夜內(nèi)生產(chǎn)鐵的噸數(shù)；P——高爐一晝夜生產(chǎn)的合格生鐵；

——高爐有效容積，指爐缸、爐腹、爐腰、爐身、爐喉五段之和。高爐有效容積利用系數(shù)是衡量高爐生產(chǎn)強(qiáng)化程度的指標(biāo)。越高，高爐生產(chǎn)率越高，每天所產(chǎn)生鐵越多。目前我國高爐有效容積利用系數(shù)為(1.8～2.5)t／(m3·d)，高的可達(dá)3.0t／(m3·d)以上。高爐有效容積利用系數(shù)高爐有效容積利用系數(shù)高爐有效容積利用系數(shù)20

2.爐缸

指高爐爐型下部圓筒部分。它的上中下部分分別裝有風(fēng)口，渣口，鐵口。爐缸下部容積盛裝有液態(tài)的渣鐵，上部空間為風(fēng)口燃燒帶。風(fēng)口的數(shù)目主要取決于爐容大小，與爐缸直徑成正比，還與冶煉強(qiáng)度有關(guān)。其數(shù)目n的確定可參照如下公式：

n=2(d+1)中小型高爐

n=2(d+2)大型高爐

n=3d巨型高爐（4000m3以上）

式中d為爐缸直徑，m。2.爐缸21

3.爐腹

位于爐缸上部，呈倒截圓錐形。爐腹的形狀適應(yīng)該部位爐料已熔化滴落而引起的物料體積的收縮，穩(wěn)定下料速度。由于燃燒帶產(chǎn)生的煤氣是鼓風(fēng)量的1.4倍，理論燃燒溫度可達(dá)1800-2000度，氣體激烈膨脹，爐腹的存在適應(yīng)這一變化。

3.爐腹22

4.爐腰

爐腹上部的圓形空間為爐腰，是高爐爐型直徑最大部位。它是冶煉的軟熔帶，爐料的透氣性變差，爐腰的存在擴(kuò)大了該部位的橫向空間，改善了通氣條件。因此，當(dāng)冶煉渣量大時，應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大直徑。在爐型結(jié)構(gòu)上，爐腰起承上啟下的作用，使得爐腹向爐身過渡來的平緩，減少死角。高度一般取1~3m之間。爐腰直徑與爐缸、爐腹角、爐腹高度有關(guān)。4.爐腰23

5.爐身

呈正截圓錐形向下擴(kuò)張，以適應(yīng)于爐料向下運(yùn)動，因溫度升高所產(chǎn)生體積的膨脹，有利于減小爐料下降的摩擦阻力，避免形成料拱。爐身高度占高爐有效高度的50~60%，保障了煤氣與爐料之間傳熱和傳質(zhì)過程的進(jìn)行。5.爐身24

6.爐喉

呈圓柱型，它的作用是承接爐料，穩(wěn)定料面，保證爐料合理分布。爐喉直徑與爐腰直徑之比應(yīng)在0.64~0.73之間。爐喉之上部位是爐頂裝料裝置。

6.爐喉25二、高爐冶煉工作原理高爐冶煉過程是一系列復(fù)雜的物理化學(xué)過程的總和。有爐料的揮發(fā)與分解，鐵氧化物和其他物質(zhì)的還原，生鐵與爐渣的形成，燃料燃燒，熱交換和爐料與煤氣運(yùn)動等。這些過程不是單獨(dú)進(jìn)行的，而是在相互制約下數(shù)個過程同時進(jìn)行的?；具^程是燃料在爐缸風(fēng)口前燃燒形成高溫還原煤氣，煤氣不停地向上運(yùn)動，與不斷下降的爐料相互作用，其溫度、數(shù)量和化學(xué)成分逐漸發(fā)生變化，最后從爐頂逸出爐外。爐料在不斷下降過程中，由于受到高溫還原煤氣的加熱和化學(xué)作用，其物理形態(tài)和化學(xué)成分逐漸發(fā)生變化，最后在爐缸里形成液態(tài)渣鐵，從渣鐵口排出爐外。

二、高爐冶煉工作原理高爐冶煉過程是一系列復(fù)雜的物理化學(xué)過程的26二、高爐冶煉工作原理（一）高爐還原過程（二）造渣與脫S（三）風(fēng)口前C的燃燒（四）爐料與煤氣運(yùn)動二、高爐冶煉工作原理（一）高爐還原過程27（一）高爐還原過程

1.高爐爐內(nèi)狀況（一）高爐還原過程

1.高爐爐內(nèi)狀況28（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)，約占BF(Blastfurnace)總體積60%,溫度200~1100℃

主要反應(yīng)：水分蒸發(fā)；結(jié)晶水分解；除CaCO3外的其它MCO3分解；間接還原；碳素沉積反應(yīng)（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”。軟熔帶的形狀和位置對高爐內(nèi)的熱交換，還原過程和透氣性有著極大的影響。主要反應(yīng)：Fe的直接還原；Fe的滲碳；CaCO3分解；吸收S；貝波反應(yīng)：C+CO2=2CO（1）塊狀帶29（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。主要反應(yīng)：Fe、Mn、Si、P、Cr的直接還原。（4）回旋區(qū)

C在鼓風(fēng)作用下一面做回旋運(yùn)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。主要反應(yīng)：C+O2=CO2CO2+C=2CO（5）爐缸區(qū)渣鐵分層存在，焦碳浸泡其中。主要反應(yīng)：渣鐵間脫S，Si、Mn等元素還原。（3）滴落帶302.鐵的間接還原與直接還原當(dāng)溫度小于570℃時，按Fe203→Fe304→Fe的順序還原。當(dāng)溫度大于570℃時，按Fe203→Fe304→Fe0→Fe的順序還原。引：基本概念(1)還原反應(yīng)還原反應(yīng)的通式為MeO＋X=Me+X0。還原反應(yīng)是還原劑X奪取金屬氧化物Me0中的氧，使之變?yōu)榻饘倩蛟摻饘俚蛢r氧化物的反應(yīng)。高爐煉鐵常用的還原劑主要有C0、H2和固體碳。(2)鐵氧化物的還原順序氧化物的分解順序是由高級向低級逐漸轉(zhuǎn)化的，還原順序與分解順序相同，遵循逐級還原的原則，從高級氧化物逐級還原到低級氧化物，最后獲得單質(zhì)。因此，鐵氧化物的還原順序?yàn)椋?.鐵的間接還原與直接還原當(dāng)溫度小于570℃時，按Fe203312.鐵的間接還原與直接還原（1）間接還原：用CO、H2為還原劑還原鐵的氧化物。礦石從爐頂入爐后，在溫度未超過900～1000℃時，鐵氧化物中的氧是被煤氣中的CO和H2奪取而產(chǎn)生C02和H20的。這種還原不直接用焦炭中碳素作還原劑，所以叫間接還原。當(dāng)溫度大于570℃時，用C0作還原劑。當(dāng)溫度大于570℃時，用H2作還原劑用C0作還原劑的還原反應(yīng)主要在高爐內(nèi)小于800℃的區(qū)域進(jìn)行；用H2作還原劑的還原反應(yīng)主要在高爐內(nèi)800～1100℃的區(qū)域進(jìn)行。2.鐵的間接還原與直接還原322.鐵的間接還原與直接還原（2）直接還原：特點(diǎn)：強(qiáng)吸熱反應(yīng)，反應(yīng)不可逆用固體碳還原鐵氧化物，生成C0的還原反應(yīng)叫鐵的直接還原。由于礦石在爐內(nèi)下降過程中，先進(jìn)行間接還原，殘留的鐵氧化物主要以FeO形式存在，因此在高爐內(nèi)具有實(shí)際意義的只有FeO+C=Fe+C0的反應(yīng)。由于固體碳與鐵氧化物進(jìn)行固相反應(yīng)，接觸面很小，直接進(jìn)行反應(yīng)受到很大限制，所以通常認(rèn)為直接還原要通過氣相進(jìn)行反應(yīng)，其反應(yīng)過程如下：在上述反應(yīng)中，雖然Fe0仍是與C0反應(yīng)，但氣體產(chǎn)物C02在高爐下部高溫區(qū)幾乎100％和碳發(fā)生氣化反應(yīng)，最終結(jié)果是直接消耗了碳素。CO只是從中起到了一個傳遞氧的作用。正因?yàn)樘嫉臍饣磻?yīng)的存在和發(fā)展，使高爐內(nèi)出現(xiàn)了間接還原和直接還原兩種方式。2.鐵的間接還原與直接還原33如左圖所示，直接還原一般在大于1100℃的區(qū)域進(jìn)行，800～1100℃區(qū)域?yàn)橹苯舆€原與間接還原同時存在區(qū)，低于800℃的區(qū)域是間接還原區(qū)。直接還原和間接還原區(qū)域分布Ⅰ—低于800℃區(qū)域；Ⅱ—800℃-1100℃區(qū)域；Ⅲ—高于1100℃區(qū)域直接還原和間接還原區(qū)域分布Ⅰ—低于800℃區(qū)域；Ⅱ—800℃-1100℃區(qū)域；Ⅲ—高于1100℃區(qū)域如左圖所示，直接還原一般在大于1100℃的區(qū)域進(jìn)行，800～342.鐵的間接還原與直接還原（3）直接還原與間接還原的比較

A.鐵的直接還原度巴甫洛夫假定，鐵礦石在高爐內(nèi)全部以間接還原的形式還原至Fe0，從Fe0開始以直接還原的形式還原的鐵量與還原出來的總鐵量之比，稱為鐵的直接還原度，記作γd。B.直接還原與直接還原的比較間接還原以氣體為還原劑，是一個可逆反應(yīng)，還原劑不能全部利用，需要有一定過量的還原劑。直接還原與間接還原相反，由于反應(yīng)生成物CO隨煤氣離開反應(yīng)面，而高爐內(nèi)存在大量焦炭，所以可以認(rèn)為直接還原反應(yīng)是不可逆反應(yīng)，1mol碳就可以奪取鐵氧化物中1mol的氧原子，不需過量的還原劑。因此，從還原劑需要量角度看，直接還原比間接還原更能有利于降低焦比。間接還原大部分是放熱反應(yīng)，而直接還原是大量吸熱的反應(yīng)。由于高爐內(nèi)熱量收入主要來源于碳素燃燒，所以從熱量的需要角度看，間接還原比直接還原更能有利于降低焦比。2.鐵的間接還原與直接還原35焦比(K)和燃料比(Kf)K=Q/P式中K——生產(chǎn)一噸生鐵消耗的焦炭量；Q——高爐一晝夜消耗的干焦量;P——高爐一晝夜生產(chǎn)的合格生鐵；Kf=Qf/P式中Kf——冶煉一噸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。如果只計(jì)算某種噴吹燃料的消耗，則分別表示煤比(M——每噸生鐵消耗的煤粉量)、油比(Y——每噸生鐵消耗的重油量)等。焦比和燃料比是衡量高爐物資消耗，特別是能耗的重要指標(biāo)，它對生鐵成本的影響最大，因此降低焦比和燃料比始終是高爐操作者努力的方向。目前我國噴吹高爐的焦比一般低于450kg／t，燃料比小于550kg／t。先進(jìn)高爐焦比已小于400kg／t，燃料比約450kg／t。將燃料也折合成焦炭計(jì)算出的總焦炭量為綜合焦比。焦比(K)和燃料比(Kf)K=Q/P式中362.鐵的間接還原與直接還原（3）直接還原與間接還原的比較

通過上述兩方面的比較可以看到：高爐內(nèi)全部直接還原(γd=1)行程和全部間接還原(γd=0)行程都不是高爐的理想行程。只有直接還原與間接還原在適宜的比例范圍內(nèi)，維持適宜的γd，才能降低焦比，取得最佳效果。這一適宜的γd為0．2～0．3，而高爐實(shí)際操作中的，γd常在0．4～0．5之間，有的甚至更高，均大于適宜的γd。所以，高爐煉鐵工作者的奮斗目標(biāo)，仍然是降低γd，這是降低焦比的重要內(nèi)容。發(fā)展間接還原，降低γd，降低焦比的基本途徑是：改善礦石的還原性，控制高爐煤氣的合理分布，采用氧煤強(qiáng)化冶煉新工藝。降低單位生鐵的熱量消耗的措施有：提高風(fēng)溫，提高礦石品位，使用自熔性或熔劑性燒結(jié)礦，減小外部熱損失，降低焦炭灰分等。2.鐵的間接還原與直接還原37鐵礦石的還原示意圖鐵礦石的還原示意圖383.非鐵元素的還原（1）Mn的還原：錳是高爐冶煉經(jīng)常遇到的金屬，是貴重金屬元素。高爐內(nèi)的錳由錳礦帶入，有的鐵礦石中也含有少量的錳。

MnO2→（550℃間接還原）→Mn2O3→（1100℃間接還原）→Mn3O4→（1000℃間接還原）→MnO→（1200℃直接還原）→Mn

其中從Mn02到Mn0可通過間接還原進(jìn)行還原反應(yīng)，而Mn0是相當(dāng)穩(wěn)定的化合物，分解壓力比Fe0小得多。所以，在高爐內(nèi)Mn不可能由間接還原獲得，只能靠直接還原取得。Mn0開始直接還原的溫度約在1100--1200℃之間，此時Mn0已與脈石組成硅酸鹽初渣，故Mn是在液態(tài)初渣中由Mn0以直接還原形式還原而得：還原出來的錳可溶于生鐵或生成Mn3C溶于生鐵。冶煉普通生鐵時，有40％～60％的錳進(jìn)入生鐵，5％～l0％的錳揮發(fā)進(jìn)入煤氣，其余進(jìn)入爐渣。

3.非鐵元素的還原39（2）Si的還原生鐵中的硅主要來源于礦石和焦炭灰分中的Si02，Si02是穩(wěn)定的化合物，它的生成熱大，分解壓小，比Fe、Mn難還原。硅的還原只能在高爐下部高溫區(qū)(1300℃以上)以直接還原的形式進(jìn)行：由于Si02在還原時要吸收大量熱量，所以硅在高爐內(nèi)只有少量被還原。還原出來的硅可溶于生鐵或生成FeSi再溶于生鐵。較高的爐溫和較低的爐渣堿度有利于硅的還原，以便獲得含硅較高的鑄造生鐵。由于硅的還原與爐溫密切相關(guān)，所以鐵水中的含硅量可作為衡量爐溫水平的標(biāo)志。①生鐵中[Si]的要求：制鋼鐵[Si]≤0.6；鑄造鐵1.25≤[Si]≤4.25②Si還原的特點(diǎn)：大量吸熱；全部直接還原③Si還原的途徑：氣化還原：SiO2+C=SiO+COSiO+C=Si+CO

渣鐵反應(yīng)：SiO2+2C=Si+2CO（2）Si的還原40（3）磷的還原爐料中的磷以磷酸鈣[(CaO)3·P205]的形態(tài)存在，有時也以磷酸鐵[(FeO)3·P205·8H20]的形態(tài)存在。磷酸鐵又稱藍(lán)鐵礦，藍(lán)鐵礦的結(jié)晶水分解后，形成多微孔的結(jié)構(gòu)較易還原，反應(yīng)式為：磷酸鈣是很穩(wěn)定的化合物，它在高爐內(nèi)首先進(jìn)入爐渣。在1100～1300℃時用碳作還原劑還原磷，其還原率能達(dá)60％；當(dāng)有Si02存在時，可以加速磷的還原：磷雖難還原，反應(yīng)吸熱量大，但在高爐冶煉條件下，全部被還原以Fe2P形態(tài)溶于生鐵。因此，降低生鐵中的含磷量的唯一途徑是控制爐料中的含磷量。（3）磷的還原41（4）鉛、鋅、砷的還原我國的一些鐵礦石含有鉛、鋅、砷等元素，這些元素在高爐冶煉條件下易被還原。還原出來的鉛，不溶于鐵，而且因密度大于鐵易沉積于爐底，滲入磚縫，破壞爐底；部分鉛在高爐內(nèi)易揮發(fā)上升，遇到C02和H20將被氧化，隨爐料一起下降時又被還原，在爐內(nèi)循環(huán)。還原出來的鋅，在爐內(nèi)揮發(fā)、氧化、體積增大使?fàn)t墻破壞，或凝附于爐墻形成爐瘤。還原出來的砷，與鐵化合影響鋼鐵性能，使鋼冷脆，焊接性能大大降低。（4）鉛、鋅、砷的還原42（二）造渣與脫S

高爐生產(chǎn)過程中，鐵礦石中的鐵氧化物還原出金屬鐵；鐵礦石中的脈石和焦炭(燃料)中的灰分等與熔劑相互作用生成低熔點(diǎn)的化合物，形成非金屬的液相，即為爐渣。

1.造渣的概念根據(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。2．高爐渣的作用爐渣對生鐵的產(chǎn)量和質(zhì)量有極其重要的影響。爐渣的具體作用如下：1)爐渣與生鐵互不溶解，且密度不同，因而使渣鐵得以分離，得到純凈的生鐵；2)渣鐵之間進(jìn)行合金元素的還原及脫硫反應(yīng)，爐渣起調(diào)整成分的作用；3)爐渣對高爐爐況順行、爐缸熱制度以及爐齡等方面也有很大影響。爐渣的上述作用是由爐渣的物理性能決定的，其物理性能包括：爐渣的黏度，爐渣的熔化性和穩(wěn)定性等，它們由爐渣的化學(xué)成分決定。

（二）造渣與脫S43加入高爐內(nèi)的爐料，與煤氣接觸，將發(fā)生如下變化：1)焦炭在風(fēng)口以上保持固態(tài)，直到風(fēng)口處才完全燃燒，灰分進(jìn)入爐渣。焦炭是料柱的骨架，對爐內(nèi)透氣性影響很大。2)石灰石在下降過程中，受熱后逐漸分解，到1000℃以上的區(qū)域分解完畢。分解生成的Ca0由于與礦石中脈石接觸不良，故初渣中Ca0很少，只有在滴落帶，大量初渣流過其表面時，才被溶解，參與造渣。3)礦石在下降過程中，經(jīng)歷了塊狀帶、軟熔帶、滴落帶、風(fēng)口帶、渣鐵帶。礦石的軟化是由于在塊狀帶固相反應(yīng)生成了低熔點(diǎn)的化合物，此時半熔融的含有很多已還原的鐵的“冰柱”沿焦炭縫隙流下，爐渣從冰柱中分離出來，為初渣。分離出來的初渣是自然堿度。隨后渣中(FeO)不斷還原進(jìn)入鐵中，至滴落帶，爐渣以滴狀下落，渣中Fe0已降到2％～3％，當(dāng)溫度達(dá)1400℃以上時，金屬鐵由于滲碳而熔點(diǎn)降低，也以滴狀下落。

2.造渣過程加入高爐內(nèi)的爐料，與煤氣接觸，將發(fā)生如下變化：2.造渣過程44滴落的初渣成分不斷變化，初渣開始是自然堿度，以后隨著SiO2的還原，石灰石渣化并加入焦炭灰分，經(jīng)過堿度波動之后形成終渣。主要成分（SiO2）+（Al2O3）+（CaO）+（MgO）＞95%，（FeO）＜1%成渣過程中，軟熔帶對爐內(nèi)料柱透氣性影響很大，習(xí)慣上把這一帶叫成渣帶，成渣帶的厚薄、位置的高低和波動對高爐冶煉有很重要的影響。

2.造渣過程滴落的初渣成分不斷變化，初渣開始是自然堿度，以后隨著SiO245硫是影響鋼鐵質(zhì)量的重要因素，高爐中的硫來自礦石、焦炭和噴吹燃料，使用天然礦石冶煉時，熔劑也會帶入少量的硫。爐料中焦炭帶入的硫最多，占70％～80％。冶煉每噸生鐵由爐料帶入的總硫量稱硫負(fù)荷。爐料帶入高爐內(nèi)部的硫在冶煉過程中又全部轉(zhuǎn)入爐渣、生鐵、煤氣中。渣中含硫量與鐵中含硫量之比稱為硫的分配系數(shù)。由此可以看出，欲得到低硫生鐵應(yīng)采取如下措施：降低硫負(fù)荷；增大硫的揮發(fā)量：加大渣量；增大硫的分配系數(shù)。由于實(shí)際生產(chǎn)中，一定的原料條件“每公斤鐵由爐料帶入的總硫量”變化不大，且不提倡大渣量操作，而氣化去硫也僅占很少一部分。所以欲得到低[S]生鐵，只有提高爐渣的去硫能力。3.脫S硫是影響鋼鐵質(zhì)量的重要因素，高爐中的硫來自礦石、焦炭和噴吹燃463.脫S

（1）爐渣脫S基本反應(yīng)：

FeS+CaO=CaS+FeO(FeO)+C=[Fe]+{CO}-Q總的脫硫反應(yīng)可寫成：

[FeS]+(CaO)+C=(CaS)+[Fe]+{CO}-Q從上述脫硫反應(yīng)式可以看到，要提高爐渣的脫硫能力必須具備以下條件：1)適當(dāng)高的爐渣堿度。堿度高則Ca0多，對脫硫有利。2)要有足夠的爐溫。脫硫反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，溫度高，則有利于反應(yīng)的進(jìn)行。3)黏度小。可使生成物CaS很快脫離反應(yīng)的接觸面，降低(CaS)的濃度，促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。4）還原氣氛3.脫S473.脫S

（2）爐外脫硫當(dāng)爐料中含硫較高時，若操作不當(dāng)，難免有時生鐵含硫超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，此時，可采用爐外脫硫的辦法，以保證生鐵的質(zhì)量。目前高爐常用的爐外脫硫劑是蘇打粉(Na2CO3)。出鐵時，用占鐵水質(zhì)量l％的蘇打粉加入鐵水罐，脫硫效率可達(dá)70％～80％或更高。反應(yīng)式為：Na2CO3+FeS=Na2S+FeO+{CO2}-Q此外，爐外脫硫劑還有石灰、白云石、電石、復(fù)合脫硫劑等。為了滿足煉鋼對鐵水的要求，也可采用鐵水預(yù)處理技術(shù)。實(shí)際生產(chǎn)中，如果選擇合理的操作制度，保證充沛的爐溫，生鐵的含硫量是可以控制的。因?yàn)闋t料中的硫大部分是由焦炭帶入的，所以降低焦比是控制入爐硫量，保證生鐵質(zhì)量的有效措施。3.脫S48（三）風(fēng)口前C的燃燒

焦炭是高爐煉鐵的主要燃料。隨著噴吹技術(shù)的發(fā)展，煤、重油、天然氣等已代替部分焦炭作為高爐燃料使用。焦炭中的碳除部分參加直接還原。進(jìn)入生鐵和少量與H2反應(yīng)生成CH4之外，有70％以上在風(fēng)口前燃燒，高爐爐缸內(nèi)的燃燒反應(yīng)與一般的燃燒反應(yīng)不同，它是在充滿焦炭的環(huán)境中進(jìn)行，即空氣量一定而焦炭過剩的條件下進(jìn)行的。1、燃燒反應(yīng)的機(jī)理一般認(rèn)為分兩步進(jìn)行：所以，風(fēng)口前碳素的燃燒只能是不完全燃燒，生成C0并放出熱量

（三）風(fēng)口前C的燃燒

焦炭是高爐煉鐵的主要燃料。隨著噴吹技術(shù)49（三）風(fēng)口前C的燃燒

由于鼓風(fēng)中總含有一定的水蒸氣，灼熱的C與H20發(fā)生下列反應(yīng)：C+H20=CO+H2—124390kJ因此，實(shí)際生產(chǎn)中的條件下，風(fēng)口前碳素燃燒的最終產(chǎn)物由C0、H2、N2組成2．燃燒反應(yīng)的作用風(fēng)口前碳素燃燒反應(yīng)是高爐內(nèi)最重要的反應(yīng)之一，燃燒反應(yīng)有以下幾方面作用：1)為高爐冶煉過程提供主要熱源；2)為還原反應(yīng)提供C0、H2等還原劑；3)為爐料下降提供必要的空間。（三）風(fēng)口前C的燃燒

由于鼓風(fēng)中總含有一定的水蒸氣，灼熱的C50（三）風(fēng)口前碳的燃燒當(dāng)鼓風(fēng)以很高的速度(100～200m／s)從風(fēng)口鼓入高爐時，具備足夠的動能吹動風(fēng)口前端的焦炭塊，形成一個比較疏松的球形空間。沿著球形空間內(nèi)部，煤氣流夾帶著焦炭作回旋運(yùn)動，并迅速燃燒?；匦\(yùn)動主要發(fā)生在風(fēng)口中心線以上，風(fēng)口前產(chǎn)生焦炭和煤氣流回旋運(yùn)動的區(qū)域稱為回旋區(qū)。在回旋區(qū)外圍，有一層厚約100～300mm的中間層，此層的焦炭既受高速煤氣流的沖擊作用，又受阻于外圍包裹著的緊密焦炭，因此比較疏松，但又不能和煤氣流一起運(yùn)動。回旋區(qū)和中間層組成焦炭在爐缸內(nèi)進(jìn)行燃燒反應(yīng)的區(qū)域稱為燃燒帶（三）風(fēng)口前碳的燃燒當(dāng)鼓風(fēng)以很高的速度(100～200m／s512.燃燒帶大小的控制（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，燃燒帶小；中心疏松，燃燒帶大）③鼓風(fēng)動能EK的大?、芙固康男再|(zhì)：焦炭的粒度、氣孔度、反應(yīng)性等對燃燒大小也有一定的影響。（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↑（三）風(fēng)口前碳的燃燒（三）風(fēng)口前碳的燃燒52在高爐冶煉過程中，各種物理化學(xué)反應(yīng)都是在爐料和煤氣相向運(yùn)動的條件下進(jìn)行的。這個過程伴隨著熱量與物質(zhì)的傳遞與輸送。因此，保證爐料在高爐內(nèi)順利下降和煤氣流的合理分布，是高爐冶煉順行，獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗的前提。1、爐料運(yùn)動在高爐的冶煉過程中，爐料在爐內(nèi)的運(yùn)動是一個固體散料的緩慢移動床，爐料均勻而有節(jié)奏地下降是高爐順行的重要標(biāo)志。爐料在爐內(nèi)下降的基本條件是高爐內(nèi)不斷形成促使?fàn)t料下降的自由空間。形成這一空間的因素有：焦炭在風(fēng)口前燃燒生成煤氣；爐料中的碳素參加直接還原；爐料在下降過程中重新排列、壓緊并熔化成液相，體積縮小；定時放出渣鐵等。其中風(fēng)口前焦炭的燃燒，對爐料的下降影響最大。除此之外，爐料在爐內(nèi)能否順利下降還要受到力學(xué)因素的支配。（四）爐料與煤氣運(yùn)動在高爐冶煉過程中，各種物理化學(xué)反應(yīng)都是在爐料和煤氣相向運(yùn)動的53（四）爐料與煤氣運(yùn)動

A.爐料下降的條件：（1）自由空間的形成包括C的燃燒；渣鐵排放；下料中重新排列；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

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（四）爐料與煤氣運(yùn)動54（四）爐料與煤氣運(yùn)動2、煤氣運(yùn)動高爐煤氣主要產(chǎn)生于爐缸風(fēng)口前燃料的燃燒。爐缸煤氣是高爐冶煉過程中熱能與化學(xué)能的來源；所以，煤氣在上升過程中經(jīng)過一系列的傳熱傳質(zhì)后，從爐頂逸出，其體積、成分、溫度和壓力均發(fā)生了變化。A．煤氣的體積與成分的變化煤氣量取決于冶煉強(qiáng)度。鼓風(fēng)成分、焦比等因素。爐缸煤氣在高爐內(nèi)上升過程中體積與成分如右圖。由圖可以看出，煤氣的體積總量在上升過程中是增加的。高爐煤氣上升過程中體積、成分的變化（四）爐料與煤氣運(yùn)動高爐煤氣上升過程中體積、成分的變化552、煤氣運(yùn)動1)C0：煤氣上升過程中，CO在高爐下部高溫區(qū)開始增加，這是因?yàn)?，一方面吸收Fe、Si、Mn、P等元素直接還原生成的C0；另一方面部分碳酸鹽在高溫區(qū)分解生成的C02與C作用生成C0。但至中溫區(qū)，C0開始參加間接還原生成同體積的C02，煤氣中的C0含量會相應(yīng)減小。2)C02：C02在高溫區(qū)是不穩(wěn)定的，所以在爐缸、爐腹部位幾乎為零，從中溫區(qū)開始增加，一方面間接還原生成C02，另一方面碳酸鹽分解生成C02。3)H2：高溫區(qū)的H2來源于風(fēng)中H20汽和焦炭中的有機(jī)H2和噴吹燃料中的揮發(fā)H2，上升過程中由于參加間接還原和生成CH4，含量逐漸減少，但由于爐料中結(jié)晶水和碳作用生成部分H2，又可適量增加煤氣中H2的含量。4)N2：鼓風(fēng)帶入的N2，焦炭中的有機(jī)N2和噴吹燃料中的揮發(fā)N2，在上升過程中不參加任何反應(yīng)，絕對量不變。5)CH4：高溫時少量焦炭與H2作用生成CH4，上升過程中又加入焦炭揮發(fā)分中的CH4，但數(shù)量很少，變化不大。純焦冶煉時，爐頂煤氣量為鼓風(fēng)量的l.35～1.37倍；噴吹燃料時，為1.40～1.45倍。爐頂煤氣成分為：C02CON2H2CH415％～22％20％～25％55％～57％約2.0％約0.3％爐頂煤氣中C02與C0的總含量基本穩(wěn)定在38％～42％之間。（四）爐料與煤氣運(yùn)動2、煤氣運(yùn)動（四）爐料與煤氣運(yùn)動56（四）爐料與煤氣運(yùn)動3、煤氣溫度的變化爐缸煤氣在上升過程中把熱量傳遞給爐料，溫度逐漸降低；而爐料在下降過程吸收煤氣的熱量，溫度逐漸上升，這便是爐內(nèi)熱交換現(xiàn)象。一般討論高爐內(nèi)熱交換時，將高爐分為三個區(qū)域(如右圖所示)：

理想高爐的豎向溫度分布圖1─煤氣；2─爐料（四）爐料與煤氣運(yùn)動理想高爐的豎向溫度分布圖1─煤氣；2─57（四）爐料與煤氣運(yùn)動

3、煤氣溫度的變化1)在高爐上部區(qū)域，爐頂溫度即煤氣離開高爐時的溫度是評價高爐熱交換的重要指標(biāo)。降低爐頂溫度的措施有：煤氣在爐內(nèi)分布合理，煤氣與爐料充分接觸；提高風(fēng)溫、降低焦比；富氧鼓風(fēng)等方面。此外，爐頂溫度的高低還與爐料的性質(zhì)有關(guān)。2)在高爐下部區(qū)域，爐缸所具有的溫度水平是反映爐缸熱制度的重要參數(shù)。提高爐缸溫度的措施有：提高風(fēng)溫，富氧鼓風(fēng)等方面。3)在高爐上部和下部熱交換區(qū)之間存在一個熱交換達(dá)到平衡的空區(qū)，此區(qū)的特點(diǎn)是爐料與煤氣的溫差很小，該區(qū)煤氣的溫度對大量使用石灰石的高爐約為900℃，對大量使用燒結(jié)礦的高爐約為1000℃。（四）爐料與煤氣運(yùn)動

3、煤氣溫度的變化1)在高爐上部區(qū)域，58（四）爐料與煤氣運(yùn)動

4、煤氣壓力的變化煤氣在爐內(nèi)上升過程中，由于克服料柱的阻力產(chǎn)生很大的壓頭損失(△p)可表示為△p=P爐缸-P爐喉。煤氣在上升過程中，在高爐下部壓力變化比較大而在高爐上部比較小。隨著風(fēng)量加大(冶煉強(qiáng)度提高)，高爐下部壓差變化更大，說明此時高爐下部料柱阻力增長值提高。當(dāng)壓頭損失△p增加到一定程度時，將妨礙高爐順行，由此可見，改善高爐下部料柱的透氣性是進(jìn)一步提高冶煉強(qiáng)度，促進(jìn)高爐順行的重要措施。（四）爐料與煤氣運(yùn)動

4、煤氣壓力的變化煤氣在爐內(nèi)上升過程中59（四）爐料與煤氣運(yùn)動

4、煤氣壓力的變化：影響△p的因素在高爐冶煉過程中，影響△p的因素很多，歸納起來主要可分為煤氣流和原料兩個方面。A．煤氣流(1)煤氣流速的影響。隨著煤氣流速的增加，△p迅速增加。因此，降低煤氣流速能明顯降低△p。煤氣流速同煤氣量或同鼓風(fēng)量成正比。所以提高風(fēng)量，煤氣量增加，△p增加，不利于高爐順行。(2)煤氣溫度和壓力的影響。煤氣的體積受溫度影響很大，所以爐內(nèi)溫度升高，煤氣體積膨脹，煤氣流速增加，△p增大；當(dāng)爐內(nèi)煤氣壓力升高，煤氣體積縮小，煤氣流速降低，△p減少，有利于爐況順行。(3)煤氣的密度和黏度的影響。降低煤氣的密度和黏度能降低△p。高爐噴吹燃料后，由于煤氣中H2含量增加，煤氣的密度和黏度都相應(yīng)減少，因而有利于爐況順行。（四）爐料與煤氣運(yùn)動

4、煤氣壓力的變化：影響△p的因素在高60（四）爐料與煤氣運(yùn)動

4、煤氣壓力的變化：影響△p的因素B．原料(1)粒度的影響。從降低△p以有利于高爐順行的角度看，增加原料的粒度是有利的，但是對礦石的還原反應(yīng)不利。所以在保證高爐順行的前提下，應(yīng)盡量減小入爐原料的粒度。(2)孔隙度的影響。入爐原料的孔隙度大，透氣性好，△p將降低有利于爐況的順行。對同一粒度，孔隙度隨粒度大小變化不大。但粒度大小相差懸殊，小顆粒的爐料填充在大顆粒爐料之間的縫隙中，孔隙度會大大下降，△p將增加，不利于爐況順行。所以要大力改善原料的粒度組成，如加強(qiáng)原料的整粒工作，篩除粉末，分級入爐。C．其他方面高爐煉鐵的操作制度對△p也有很大影響。對裝料制度來講，一切疏松邊緣的裝料制度，均能促進(jìn)△p的下降，有利于順行；對造渣制度來講，渣量少，成渣帶薄，初渣黏度小都會使△p下降，有利于順行。（四）爐料與煤氣運(yùn)動

4、煤氣壓力的變化：影響△p的因素B．61三.高爐爐襯破壞機(jī)理

堿金屬和其他有害元素的破壞作用爐料和煤氣流的摩擦沖刷及煤氣碳素沉積的破壞作用高溫和熱震破損高溫渣鐵的滲透與侵蝕爐襯破壞機(jī)理歸納為如下幾方面三.高爐爐襯破壞機(jī)理

堿金屬和其他有害元素的破壞作用高溫和62高爐內(nèi)任何部位的破壞，都是多種破壞機(jī)理的交替綜合作用的結(jié)果。高爐壽命是爐型設(shè)計(jì)、爐襯結(jié)構(gòu)及材質(zhì)、高爐冷卻設(shè)備與工藝制度、冶煉條件等因素的綜合作用的結(jié)果。高爐內(nèi)任何部位的破壞，都是多種破63高爐用耐火材料有陶瓷質(zhì)材料和碳質(zhì)材料。陶瓷質(zhì)材料有粘土磚、高鋁磚、剛玉磚、不定型耐火材料。碳質(zhì)材料有碳磚、石墨磚、石墨炭化硅磚、氮結(jié)合炭化硅磚和粘土結(jié)合炭化硅磚。四.高爐用耐火材料高爐用耐火材料有陶瓷質(zhì)材料和碳質(zhì)材料。641.粘土磚和高鋁磚

其具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，耐磨性和抗渣性均好，成本較低，普遍用于高爐的各個部位。（1）

（2）（3）（4）化學(xué)成分中氧化鋁含量高而氧化鐵含量低耐火度和荷重軟化要求高重?zé)湛s率要小氣孔率要低1.粘土磚和高鋁磚

其具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，耐65

2.碳質(zhì)耐火材料

隨著冶煉強(qiáng)度提高，爐襯熱負(fù)荷加重，以快速導(dǎo)熱的碳質(zhì)耐火材料顯示獨(dú)特性能，尤其爐底部位幾乎普遍采用碳質(zhì)耐火材料。耐火度高,3500℃升華。在冶煉工藝過程中不軟化也不熔化具有很好的抗渣性,無論對酸性與堿性爐渣都有良好的抗蝕性具有高導(dǎo)熱性與抗熱沖擊性,有利于延長爐襯的壽命熱膨脹系數(shù)小，熱穩(wěn)定性高但對氧化性氣體的抵抗能力差，易氧化(2)(3)(1)(5)(4)

2.碳質(zhì)耐火材料

隨著冶煉強(qiáng)度提高66

3.不定型耐火材料

主要有搗打料、噴補(bǔ)料、澆注料、泥漿和填料。主要特點(diǎn)是成型工藝簡單、能耗低、抗熱震性好、耐剝落等優(yōu)點(diǎn)。3.不定型耐火材料67五.高爐冷卻

高爐冷卻的目的是維持爐襯在一定溫度下工作，使其不失去強(qiáng)度，保持爐型；形成渣皮，保護(hù)和替代爐襯工作；保護(hù)爐殼與各種鋼結(jié)構(gòu)，使其不因受熱而變形或破壞。常用的冷卻方式為水冷，風(fēng)冷和汽化冷卻。五.高爐冷卻68第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐一、綜述

鋼與生鐵的比較鐵合金生鐵鋼成分含碳量2%～4.3%0.03%～2%其它元素硅、錳、硫、磷（少量）硅、錳（少量）機(jī)械性能硬而脆無韌性堅(jiān)硬韌性大，塑性好可鑄、不可鍛可鑄、可鍛、可壓延第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐一、綜述

69煉鋼過程脫碳脫硫脫硅煉鋼過程脫磷合金化鐵水鋼第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐2005年我國粗鋼產(chǎn)量已達(dá)到3.49億噸，其中氧氣轉(zhuǎn)爐煉鋼法所煉鋼約占75％2011年我國產(chǎn)粗鋼68327萬噸，比上年增加5584萬噸，增長8.9%，生產(chǎn)生鐵和鋼材分別為62969萬噸和88131萬噸，同比分別增長8.4%和12.3%。

另據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，2011年我國累計(jì)進(jìn)口鋼材1558萬噸，同比下降5.2%；出口鋼材4888萬噸，增長15.1%；凈出口粗鋼3479萬噸，增長28%。煉鋼過程煉鋼過程鐵水鋼第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐2005年我國粗鋼產(chǎn)70裝料（補(bǔ)爐）供氧造渣溫度控制脫氧合金化裝入制度供氧制度造渣制度溫度制度脫氧合金化制度煉鋼過程裝料供造溫度脫氧供氧造渣溫度脫氧煉鋼過程71煉鋼原料分為金屬料，非金屬料和氣體。

＊金屬料：鐵水、廢鋼、合金鋼

＊非金屬料：造渣劑（石灰、螢石、鐵礦石）、冷卻劑（廢鋼、鐵礦石、氧化鐵、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦）、增碳劑和燃料（焦炭、石墨籽、煤塊、重油）

＊氧化劑：氧氣、鐵礦石、氧化鐵皮煉鋼原料分為金屬料，非金屬料和氣體。72

◆按爐襯耐火材料性質(zhì)—堿性轉(zhuǎn)爐和酸性轉(zhuǎn)爐;

◆按供入氧化性氣體種類—空氣和氧氣轉(zhuǎn)爐;

◆按供氣部位—頂吹、底吹、側(cè)吹及復(fù)合吹轉(zhuǎn)爐;

◆按熱量來源—自供熱和外加熱燃料轉(zhuǎn)爐。

◆按爐襯耐火材料性質(zhì)—堿性轉(zhuǎn)爐和酸性轉(zhuǎn)爐;73第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐二、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐二、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐74鋼鐵工業(yè)窯爐課件75氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼設(shè)備如圖所示。按照配料要求，先把廢鋼等裝入爐內(nèi)，然后倒入鐵水，并加入適量的造渣材料（如生石灰等）。加料后，把氧氣噴槍從爐頂插入爐內(nèi)，吹入氧氣（純度大于99％的高壓氧氣流），使它直接跟高溫的鐵水發(fā)生氧化反應(yīng)，除去雜質(zhì)。第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼設(shè)備如圖所示。按照配料76用純氧代替空氣可以克服由于空氣里的氮?dú)獾挠绊懚逛撡|(zhì)變脆，以及氮?dú)馀懦鰰r帶走熱量的缺點(diǎn)。在除去大部分硫、磷后，當(dāng)鋼水的成分和溫度都達(dá)到要求時，即停止吹煉，提升噴槍，準(zhǔn)備出鋼。出鋼時使?fàn)t體傾斜，鋼水從出鋼口注入鋼水包里，同時加入脫氧劑進(jìn)行脫氧和調(diào)節(jié)成分。鋼水合格后，可以澆成鋼的鑄件或鋼錠，鋼錠可以再軋制成各種鋼材。

第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐用純氧代替空氣可以克服由于空氣里的氮?dú)?7第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐

（一）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)爐由爐帽、爐身和爐底三部分組成。爐帽系一上小下大的截圓錐體；爐帽以下、熔池面以上的圓筒為爐身部分；熔池面以下為爐底部分。轉(zhuǎn)爐結(jié)構(gòu)圖第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐（一）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)爐結(jié)構(gòu)圖781.爐型結(jié)構(gòu)主要確定的參數(shù)

熔池尺寸的確定（熔池直徑與深度）1爐身、爐帽、出鋼口尺寸確定2爐容比確定31.爐型結(jié)構(gòu)主要確定的參數(shù)

熔池尺寸的確定（熔池直徑與79

2、氧槍氧槍是轉(zhuǎn)爐供氧的主要設(shè)備，它是由噴頭、槍身和尾部結(jié)構(gòu)組成。噴頭的形狀有拉瓦爾型、直筒型和螺旋型等。目前應(yīng)用最多的是多孔的拉瓦爾型噴頭。拉瓦爾型噴頭是收縮-擴(kuò)張收縮型噴孔，當(dāng)出口氧壓與進(jìn)口氧壓之比<0.528時形成超音速射流。2、氧槍80拉瓦爾型噴孔示意圖

拉瓦爾型噴孔示意圖81

通常爐襯由永久層、填充層和工作層組成。

永久層緊貼和保護(hù)爐殼，常用煤磚砌筑;

填充層介于永久層與工作層之間，主要功能是減輕爐襯受熱膨脹時對爐殼產(chǎn)生擠壓;

工作層系指與金屬、熔渣和爐氣接觸的內(nèi)層爐襯，該層多用鎂碳磚和焦油白云石磚綜合砌筑。3.爐襯的組成第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐通常爐襯由永久層、填充層和工作層組成。82

它是提高爐齡的基礎(chǔ)。常用的工作層襯磚有：瀝青結(jié)合鎂磚，含碳量5~6%；燒成浸漬鎂磚，焦油或?yàn)r青結(jié)合的白云石磚，含碳量2%；瀝青或樹脂結(jié)合白云石碳磚，含碳量7~15%；瀝青或樹脂結(jié)合鎂碳磚，含碳量10~25%。由于鎂碳磚成本高，一般只用于耳軸區(qū)或渣線易損部位。4.爐襯材質(zhì)的合理選擇它是提高爐齡的基礎(chǔ)。常用的工作層襯磚有：瀝青834.磚型選擇原則1盡可能選用大磚，提高筑爐速度，減少磚縫，減輕勞動強(qiáng)度；2力爭筑爐過程中不打或少打磚，以提高磚的利用率和保證磚的質(zhì)量；3在出鋼口和爐底選用異型磚；4盡量減少磚型種類。1盡可能選用大磚，提高筑爐速度，減少磚縫，減輕勞動強(qiáng)度；424.磚型選擇原則1盡可能選用大磚，提高筑爐速度，減少磚縫，84

轉(zhuǎn)爐爐體的金屬構(gòu)件由爐殼、爐體支承裝置和傾動機(jī)構(gòu)組成。爐殼通常由爐帽、爐身和爐底三部分組成。由于爐帽，特別是爐口部位受高溫作用易變形，目前采用水冷爐口。5.轉(zhuǎn)爐爐體的金屬構(gòu)件第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐爐體的金屬構(gòu)件由爐殼、爐體支承裝置和85

支承裝置承載爐體全部重量，主要部件有托圈。爐體與托圈的連接裝置為耳軸及其軸承，爐體及其托圈的全部載荷通過耳軸，經(jīng)軸承座傳給地基；而傾動機(jī)構(gòu)的力矩又通過耳軸傳給爐體與托圈，因此要求具有足夠的強(qiáng)度和剛度，一般選用合金鋼。傾動機(jī)構(gòu)：轉(zhuǎn)爐在冶煉過程中前后傾轉(zhuǎn)，傾動角度為±360°，傾動速度可以調(diào)節(jié)，一般為0.15~1.5r/min。第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐支承裝置承載爐體全部重量，主要部件有托86第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐87第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐88

(二）工作原理

1、吹煉過程＊開吹時氧槍槍位采用高槍位，目前是為了早化渣，多去磷，保護(hù)爐襯；＊在吹煉過程中適當(dāng)降低槍位的保證爐渣不“返干”，不噴濺，快速脫碳與脫硫，熔池均勻升溫；＊在吹煉末期要降槍，主要目的是加強(qiáng)熔池攪拌，穩(wěn)定火焰，降低渣中Fe含量，減少鐵損。第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐(二）工作原理

1、吹煉過程第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐89（1）硅的氧化規(guī)律

在吹煉初期，鐵水中的Si和氧的親和力大，而且Si氧化反應(yīng)為放熱反應(yīng)，低溫下有利于此反應(yīng)的進(jìn)行，Si在吹煉初期就大量氧化。

Si+O2=SiO2

(氧氣直接氧化)Si+2O=SiO2

(熔池內(nèi)反應(yīng))Si+2FeO=SiO2+2Fe(界面反應(yīng))2FeO+SiO2=2FeO.SiO2

第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐（1）硅的氧化規(guī)律第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐90（2）錳的氧化規(guī)律

在吹煉初期，Mn也迅速氧化，其反應(yīng)式為：

Mn+O=MnO（熔池內(nèi)反應(yīng)）

Mn+O2=MnO2

（氧氣直接氧化反應(yīng)）

Mn+FeO=MnO+Fe(界面反應(yīng))SiO2+MnO=MnO.SiO2第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐（2）錳的氧化規(guī)律第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐91余錳或殘錳錳的氧化產(chǎn)物是堿性氧化物，隨著吹煉的進(jìn)行和渣中CaO含量的增加，會發(fā)生：

MnO.SiO2+2CaO=2CaO.SiO2+MnO

隨著吹煉后期爐溫升高后，MnO被還原，即：

MnO+C=Mn+CO

或MnO+Fe=FeO+Mn

吹煉終了時，鋼中的錳含量也稱余錳或殘錳。第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐余錳或殘錳第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐92（3）碳的氧化規(guī)律影響碳氧化速度的變化規(guī)律的主要因素有：熔池溫度、熔池金屬成分、熔渣中(∑FeO)和爐內(nèi)攪拌強(qiáng)度。

＊吹煉前期：熔池平均溫度低于1400-1500℃，Si、Mn含量高且與O親和力均大于C-O的親和力，∑FeO雖高，但化渣、脫碳消耗的FeO較少，碳的氧化速度較低。第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐（3）碳的氧化規(guī)律第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐93＊吹煉中期：熔池溫度高于1500℃，Si、Mn含量降低，P-O親和力小于C-O親和力，碳氧化消耗較多的FeO，熔渣中∑FeO有所降低，熔池攪拌強(qiáng)烈，反應(yīng)區(qū)乳化較好，此期的碳氧化速度高。＊吹煉后期，熔池溫度很高，超過1600℃，C含量較低，∑FeO增加，熔池攪拌不如中期，碳氧化速度比中期低。第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐＊吹煉中期：熔池溫度高于1500℃，Si、Mn94（4）磷的變化規(guī)律磷的變化規(guī)律主要表現(xiàn)為吹煉過程中的脫磷速度。＊前期不利于脫磷的因素是爐渣堿度比較低。及早形成堿度較高的爐渣，是前期脫磷的關(guān)鍵。＊中期不利于脫磷的因素是∑FeO較低?？刂圃小艶eO達(dá)10%-20%，避免爐渣“返干”是中期脫磷的關(guān)鍵。＊后期不利于脫磷的熱力學(xué)因素是熔池溫度高。第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐（4）磷的變化規(guī)律第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐95（5）硫的變化規(guī)律硫的變化規(guī)律也主要表現(xiàn)在吹煉過程中的脫硫速度。＊吹煉前期，由于溫度和堿度較低，F(xiàn)eO較高，渣的流動性差，因此脫硫速度很慢；＊吹煉中期，熔池溫度逐漸升高，F(xiàn)eO比前期有所降低，堿度因大量石灰熔化而增大，熔池乳化比較好，是脫硫的最好時期；＊吹煉后期，熔池溫度已升至出鋼溫度，F(xiàn)eO回升，脫硫速度稍低于中期。第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐（5）硫的變化規(guī)律第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐96

2、爐渣FeO的變化規(guī)律爐渣中FeO的變化與槍位、脫碳速度、加礦量有關(guān)。＊槍位：槍位低時，高壓氧氣流股沖擊熔池，熔池攪拌劇烈，渣中金屬液滴增多，形成渣、金乳濁液，脫碳速度加快，消耗渣中FeO降低；槍位高時，脫碳速度低，渣中FeO增高。＊礦石：渣料中加礦石多，則渣中FeO增高。第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐2、爐渣FeO的變化規(guī)律第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐97

3、熔池溫度的變化規(guī)律其變化與熔池的熱量來源和熱量消耗有關(guān)。

＊吹煉初期，爐內(nèi)的鐵水溫度一般為1300℃左右，鐵水溫度越高，帶入爐內(nèi)的熱量就越高，Si、Mn、C、P等元素氧化放熱，加入的渣料在吹煉初期大量吸熱。綜合作用的結(jié)果：吹煉前期結(jié)束時，熔池溫度可升高至1500℃左右。

第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐3、熔池溫度的變化規(guī)律第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐98

＊吹煉中期，熔池中C繼續(xù)大量氧化放熱，P也繼續(xù)氧化放熱，均使熔池溫度提高，可達(dá)1500-1550℃以上。＊吹煉后期，熔池溫度接近出鋼溫度，可達(dá)1650-1680℃左右。在整個爐鋼的吹煉過程中，熔池溫度約提高350℃左右。第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐＊吹煉中期，熔池中C繼續(xù)大量氧化放熱，P也繼續(xù)氧994、渣鋼乳化在吹煉過程的開始階段，有時爐渣會起泡并從爐口溢出，這就是發(fā)生了典型的乳化和泡沫現(xiàn)象。由于氧射流對熔池的強(qiáng)烈沖擊和CO氣泡的沸騰作用，使熔池上部金屬、熔渣和氣體三相劇烈混合，形成了轉(zhuǎn)爐內(nèi)明顯的乳化和泡沫狀態(tài)。第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐4、渣鋼乳化第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐1001-氧槍；2-氣-鋼-渣乳化相；3-CO氣泡；4-金屬熔池；5-火點(diǎn)；6-金屬液滴；7-CO氣流；8-飛濺出的金屬液滴；9-煙塵第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐內(nèi)的泡沫現(xiàn)象示意圖1-氧槍；第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐內(nèi)的泡沫現(xiàn)象示意圖101第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐三、底吹氧氣轉(zhuǎn)爐

通過轉(zhuǎn)爐底部的氧氣噴嘴，把氧氣吹入爐內(nèi)熔池進(jìn)行煉鋼的方法。

1、結(jié)構(gòu)主要工藝特點(diǎn)是從轉(zhuǎn)爐底部供氧。裝有氧噴嘴的轉(zhuǎn)爐爐底可以拆卸、更換。氧噴嘴由同心的雙層套管組成。內(nèi)層為銅管或不銹鋼無縫管，外層用碳素鋼無縫管。內(nèi)層通氧氣，并可同時噴吹石灰粉。兩層套管之間的間隙通冷卻劑。冷卻劑通常為氣態(tài)或液態(tài)的碳?xì)浠衔铮缣烊粴?、丙烷或燃料油等。依靠碳?xì)浠衔锪呀馕鼰?，并在氧流周圍形成保護(hù)氣膜，以及高速氣流帶走熱量，以降低氧噴嘴及其附近反應(yīng)區(qū)的溫度，達(dá)到保護(hù)氧氣噴嘴、減緩燒損的目的。為了使熔池攪拌均勻，反應(yīng)界面大，吹煉平穩(wěn)，并避免氧噴嘴個數(shù)少、直徑過大、氧流比較集中而導(dǎo)致氧氣穿透熔池，因此采用多支氧噴嘴，分散供氧。第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐三、底吹氧氣轉(zhuǎn)爐

通過轉(zhuǎn)爐底部的氧氣噴嘴，102第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐2、特點(diǎn)＊氧氣是從爐底多個氧噴嘴分散地直接吹進(jìn)熔池，所以攪拌條件好，氧氣流和液態(tài)金屬的接觸面積大，化學(xué)反應(yīng)迅速而均勻。碳與氧接近平衡狀態(tài)，也就是說，與氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐相比，熔池含氧量較低且分布較均勻，所以吹煉平穩(wěn)，噴濺少。

＊爐體比氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐矮胖，爐體的高寬比(H/D)約為1～1.1。爐容比約為0.8～1.0m3／t。

＊底吹氧條件下，不穩(wěn)定的氧化鐵在上浮過程中，被熔池中與氧的親和力強(qiáng)于鐵的元素(如硅、錳、碳等元素)所還原。所以底吹氧氣轉(zhuǎn)爐的渣中氧化鐵含量較低。第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐2、特點(diǎn)103第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐2、特點(diǎn)＊由于氧噴嘴冷卻劑降低了高溫反應(yīng)區(qū)的溫度，鐵的蒸發(fā)損失少，而已蒸發(fā)的鐵經(jīng)過熔池的過濾作用又使這種損失進(jìn)一步減少。因此，其煙塵量約為氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐的1／3。

＊由于上述原因，氧氣底吹轉(zhuǎn)爐的金屬收得率比氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐高2％左右。

＊氧氣底吹轉(zhuǎn)爐的氧耗量及石灰消耗量也較低。

＊由于氧氣底吹轉(zhuǎn)爐鋼中氧含量低，而且低碳時可以依靠底吹氣流的強(qiáng)攪拌作用，特別適合生產(chǎn)低碳鋼和超低碳鋼，且質(zhì)量較好。第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐2、特點(diǎn)104第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐2、特點(diǎn)（缺點(diǎn)）＊由于高溫區(qū)在轉(zhuǎn)爐底部，爐底壽命低于爐身和爐帽。＊由于采用了碳?xì)浠衔镒餮鯓尷鋮s劑，既增加了設(shè)備的復(fù)雜性，且碳?xì)浠衔锔邷亓呀猱a(chǎn)生氫氣，使熔池含氫量較高。冶煉高質(zhì)量鋼時需要在吹煉末期噴吹惰性氣體進(jìn)行脫氫處理。＊由于冷卻劑的吸熱以及爐氣中含CO較高，也就是碳的燃燒不完全，廢鋼加入量稍低于氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐

。

氧氣底吹轉(zhuǎn)爐和氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐相比，各有優(yōu)缺點(diǎn)，前者攪拌條件好，后者成渣快。因此人們設(shè)想把兩者優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來。這就是20世紀(jì)70年代中期開始發(fā)展起來的頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼。第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐2、特點(diǎn)（缺點(diǎn)）氧氣底吹轉(zhuǎn)爐和氧氣頂吹轉(zhuǎn)105四、頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐

第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐四、頂?shù)讖?fù)合吹煉轉(zhuǎn)爐

第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐106

爐型基本特征：爐底一般為平底以便設(shè)置噴口；爐子的高寬比略小于頂吹轉(zhuǎn)爐，卻大于底吹轉(zhuǎn)爐，略呈矮胖型；熔池深度取決于底部噴口直徑和供氣壓力。底部供氣構(gòu)件第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐底部供氣構(gòu)件第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐107

一般為Ar、N2、O2、空氣，缺少Ar氣地方可以設(shè)置CO2和CO氣源。氣源壓力不能少于3MPa。頂?shù)讖?fù)吹法可分為如下三種：

1強(qiáng)化冶煉型：頂槍吹氧，底部也吹氧，同時還要吹入保護(hù)性燃料和中性氣體、石灰粉等。供氣構(gòu)件和系統(tǒng)比較復(fù)雜。2增加廢鋼比型：

頂槍上設(shè)有上下孔，上孔專為CO完全燃燒成CO2提供氧氣，下孔專為氧化金屬中的雜質(zhì)供氧；底槍為氧-燃型噴槍。3加強(qiáng)攪拌型：

頂槍吹氧，底部吹惰性氣體或中性氣體N2，供氣構(gòu)件大為簡化。1.底氣氣源種類第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐一般為Ar、N2、O2、空氣，缺少Ar氣地方可以設(shè)108采用底吹氧時一般吹氧用量占總氧量的20-25%。采用底吹A(chǔ)r、N2、CO2，供氣強(qiáng)度小于0.03Nm3/t·min，冶金特征接近頂吹法；達(dá)到0.2-0.3Nm3/t·min，可保證降低爐渣和金屬的氧化性，并達(dá)到足夠的攪拌強(qiáng)度。2.底氣用量第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐采用底吹氧時一般吹氧用量占總氧量的20-25%。109磚型供氣元件彌散型透氣磚、磚縫組合型和直孔型透氣磚三類。彌散型透氣磚適于噴吹A(chǔ)r，N2攪拌氣體，氣體阻力大，透氣量小，不能噴吹氧化性氣體；磚縫組合型供氣阻力小，適用于噴吹惰性氣體，但容易漏氣而且各縫氣流不均勻；直孔型透氣阻力小而且氣流分布較均勻，不容易漏氣。3.磚型供氣元件第二節(jié)煉鋼轉(zhuǎn)爐磚型供氣元件彌散型透氣磚、磚縫組合型和直孔型透氣110鐵水預(yù)處理主要是指鐵水在進(jìn)入煉鋼爐冶煉之前，為適應(yīng)對鋼質(zhì)量的更高要求，對鐵水中的錳、磷、硫、氮進(jìn)行處理，其中最常見的是鐵水預(yù)脫硫。使脫硫劑中的有效成分與鐵水中的硫作用，生成穩(wěn)定的化合物而進(jìn)入渣相，達(dá)到使鐵水去硫的目的。常用脫硫劑主要有鈣、鎂、稀土金屬以及蘇打、鎂焦、生石灰、活性石灰等。為提高脫硫效率，可用攪拌法進(jìn)行有效的脫硫。下圖為鐵水預(yù)脫硫方法示意圖。1.鐵水預(yù)處理第三節(jié)煉鋼技術(shù)的發(fā)展

-煉鋼工藝方面1.鐵水預(yù)處理第三節(jié)煉鋼技術(shù)的發(fā)展

-煉鋼工藝方面111(a)鐵流攪拌法；(b)噴氣體攪拌法；(c)搖包脫硫法；(d)混鐵車脫硫法；(e)機(jī)械攪拌法；(f)機(jī)械攪拌卷入法；(g)噴吹氣體循環(huán)攪拌法；(h)攪拌式連續(xù)脫硫法鐵水預(yù)脫硫方法示意圖(a)鐵流攪拌法；(b)噴氣體攪拌法；(c)搖包脫硫法；(d112顧名思義，轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼就是轉(zhuǎn)爐(在冶煉工序)既煉出了鋼，又沒有額外消耗能量，反而輸出或提供富余能量的一項(xiàng)工藝技術(shù)。衡量這項(xiàng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)是轉(zhuǎn)爐煉鋼的工序能耗。煉鋼工序能耗包括消耗和回收能量兩個方面。消耗有物料、電、水、氣等，累計(jì)按熱值折算為噸鋼消耗掉的標(biāo)準(zhǔn)煤?；厥沼修D(zhuǎn)爐煤氣和蒸汽，也累計(jì)按熱值折算為噸鋼回收的標(biāo)準(zhǔn)煤。所以，在煉鋼過程中，若出現(xiàn)回收的能量超過消耗掉的能量時，就是負(fù)能煉鋼。第三節(jié)煉鋼技術(shù)的發(fā)展2．轉(zhuǎn)爐零能(或負(fù)能)煉鋼顧名思義，轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼就是轉(zhuǎn)爐(在冶煉工序)既煉出了鋼，又沒113轉(zhuǎn)爐煉鋼在吹煉過程中，產(chǎn)生大量的煙氣(以煤氣為主)。這種煙氣溫度高達(dá)1260℃左右，含CO約60％，具有很高的顯熱和潛熱，熱量總和超過104.6×104kJ／t鋼。因此，回收這部分能量是轉(zhuǎn)爐煉鋼節(jié)能潛力最大的環(huán)節(jié)。不少技術(shù)先進(jìn)的轉(zhuǎn)爐，噸鋼可以回收煤氣100m3以上，可大部分抵消或超額抵消轉(zhuǎn)爐煉鋼耗能，實(shí)現(xiàn)零能或負(fù)能煉鋼。第三節(jié)煉鋼技術(shù)的發(fā)展2．轉(zhuǎn)爐零能(或負(fù)能)煉鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼在吹煉過程中，產(chǎn)生大量的煙氣(以煤氣為主)。這種煙氣114早期在轉(zhuǎn)爐煙罩上裝設(shè)鍋爐，使煤氣中的CO強(qiáng)制燃燒，轉(zhuǎn)而生產(chǎn)蒸氣并回收利用，叫燃燒法。后來研究未燃法獲得成功，至今日本噸鋼回收煤氣大都在100多立方米，而生產(chǎn)1t轉(zhuǎn)爐鋼約需71×104kJ熱量，1981年全日本平均噸鋼回收煤氣量已達(dá)85m3，轉(zhuǎn)爐煤氣發(fā)熱值按8820kJ／m3計(jì)算，則有75×104kJ。這樣，回收煤氣一項(xiàng)就已抵消生產(chǎn)1t轉(zhuǎn)爐鋼所消耗掉的熱量，還有富余。所以20世紀(jì)80年代初日本就已實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐零能或負(fù)能煉鋼了。20世紀(jì)90年代初，我國寶鋼也實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐的負(fù)能煉鋼，1994年武鋼二煉鋼廠轉(zhuǎn)爐也實(shí)現(xiàn)了負(fù)能煉鋼。2．轉(zhuǎn)爐零能(或負(fù)能)煉鋼第三節(jié)煉鋼技術(shù)的發(fā)展早期在轉(zhuǎn)爐煙罩上裝設(shè)鍋爐，使煤氣中的CO強(qiáng)制燃燒，轉(zhuǎn)而生產(chǎn)蒸115GB21256-2007《粗鋼生產(chǎn)主要工序單位產(chǎn)品能源消耗限額》

表５電力折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)當(dāng)量值條件下［0.1229kgce/kWh］的粗鋼生產(chǎn)工序能耗限額參考值GB21256-2007《粗鋼生產(chǎn)主要工序單位產(chǎn)品能源消116現(xiàn)代鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的主要生產(chǎn)流程現(xiàn)代鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的主要生產(chǎn)流程分為兩類:長流程和短流程。長流程目前應(yīng)用最廣，其工藝特點(diǎn)是：鐵礦石原料經(jīng)過燒結(jié)、球團(tuán)處理后，采用高爐生產(chǎn)鐵水，經(jīng)鐵水預(yù)處理后，由轉(zhuǎn)爐煉鋼、爐外精煉至合格成分鋼水，由連鑄澆鑄成不同形狀的鑄坯，軋制成各類成品。全球大約70％的鋼鐵企業(yè)采取這種流程進(jìn)行生產(chǎn)。短流程根據(jù)原料分為兩類，一類是鐵礦石經(jīng)直接熔融還原后，采用電爐或轉(zhuǎn)爐煉鋼，其主要特點(diǎn)在于鐵礦石原料不經(jīng)過燒結(jié)、球團(tuán)處理，沒有高爐煉鐵生產(chǎn)環(huán)節(jié)，這種流程目前應(yīng)用較少，大約占10％以下；另一類是以廢鋼作為原料，由電爐融化冶煉后，進(jìn)入后部工序，也沒有高爐煉鐵生產(chǎn)環(huán)節(jié)，這種工藝流程約占20％，為了提高生產(chǎn)效率，目前國內(nèi)外許多鋼鐵廠在電爐冶煉中也采取兌加鐵水的工藝?，F(xiàn)代鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的主要生產(chǎn)流程現(xiàn)代鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的主要生產(chǎn)流程117鋼鐵生產(chǎn)簡易流程圖鋼鐵生產(chǎn)簡易流程圖118煉鐵煉鐵119TRT發(fā)電TRT———(BlastFurnaceTopGasRecoveryTurbineUnit，以下簡稱TRT)高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置，是利用高爐冶煉的副產(chǎn)品———高爐爐頂煤氣具有的壓力能及熱能，使煤氣通過透平膨脹機(jī)做功，將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動發(fā)電機(jī)或其他裝置發(fā)電的一種二次能源回收裝置。該裝置既回收減壓閥組泄放的能量，又凈化煤氣、降低噪音、穩(wěn)定爐頂壓力，改善高爐生產(chǎn)的條件，不產(chǎn)生任何污染，可實(shí)現(xiàn)無公害發(fā)電，是現(xiàn)代國際、國內(nèi)鋼鐵企業(yè)公認(rèn)的節(jié)能環(huán)保裝置。TRT發(fā)電TRT———(BlastFurnaceTop120TRT工藝過程介紹高爐產(chǎn)生的煤氣經(jīng)重力除塵、凈化除塵后，壓力為140kPa左右，溫度低于200℃。含塵量小10mg/Nm3的帶一定能量的煤氣，經(jīng)過TRT的進(jìn)口蝶閥、啟動閥、全封閉液壓入口插板閥、緊急切斷閥和可調(diào)靜葉進(jìn)入透平膨脹做功，透平帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。膨脹后的煤氣經(jīng)過全封閉液壓出口插板閥，送到減壓閥組后的煤氣主管道上。這樣，TRT與減壓閥組就形成并聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對高爐頂壓的控制。在入口插板閥之后、出口插板閥之前，與TRT并聯(lián)的地方，有一旁通管及快開慢關(guān)旁通閥(簡稱旁通快開閥)，作為TRT緊急停機(jī)時TRT與減壓閥之間的平穩(wěn)過渡之用，以確保高爐爐頂壓力不產(chǎn)生大的波動，從TRT和減壓閥組出來的低壓煤氣再送到高爐煤氣柜和用戶。TRT工藝過程介紹高爐產(chǎn)生的煤氣經(jīng)重力除塵、凈化除塵后，壓121解決煉鋼時爐內(nèi)脫磷難的問題，將鐵水預(yù)處理與轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉相結(jié)合，開發(fā)了多段煉鋼少渣吹煉新工藝。所謂多段煉鋼少渣吹煉，就是將煉鋼過程分為3個獨(dú)立的氧化階段，分設(shè)于煉鐵和澆注之間。第l階段是鐵水脫硅；第2階段是鐵水脫磷(同時脫硫)；第3階段是在轉(zhuǎn)爐少渣吹煉時進(jìn)行脫碳和提高溫度。下圖為多段煉鋼工藝流程示意圖。3．多段煉鋼少渣吹煉第三節(jié)煉鋼技術(shù)的發(fā)展解決煉鋼時爐內(nèi)脫磷難的問題，將鐵水預(yù)處理與轉(zhuǎn)爐復(fù)合吹煉相結(jié)合122由于渣量少(約相當(dāng)于原工藝渣量的l／10)、氧的利用率高、碳的氧化速度快、鐵的氧化率低、合金元素收得率高，同時由于基本上不加渣料，所以，鋼中[H]含量低，可經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)低氫鋼，終點(diǎn)碳容易控制，命中率高。總之，采用分段精煉少渣吹煉，可降低生產(chǎn)成本和改善操作。可以預(yù)計(jì)，此法很有發(fā)展前途。3．多段煉鋼少渣吹煉由于渣量少(約相當(dāng)于原工藝渣量的l／10)、氧的利用率高、碳123轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù)是美國LTV公司1991年開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，是在轉(zhuǎn)爐出鋼后留下部分終渣，將渣黏度和氧化鎂含量調(diào)整到適當(dāng)范圍，用氧槍噴吹氮?dú)?，使?fàn)t渣濺到爐壁內(nèi)襯上，達(dá)到補(bǔ)爐目的。該方法具有爐齡長、生產(chǎn)率高、節(jié)省耐火材料、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。LTV公司某廠的轉(zhuǎn)爐爐齡，由濺渣護(hù)爐前的8000次提高到之后1994年的15658次。補(bǔ)爐材料消耗由1.2kg／t降低到0．37kg／t，爐子作業(yè)率由78％提高到97％，年停產(chǎn)檢修時間僅有11天。這3項(xiàng)指標(biāo)目前皆為世界紀(jì)錄。第三節(jié)煉鋼技術(shù)的發(fā)展4．轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù)轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù)是美國LTV公司1991年開發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)，124轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐采用氮?dú)庾鳛閲姶祫恿?。高速氮?dú)馍淞鳑_擊爐渣，可使?fàn)t壁形成渣層，如右圖所示。4．轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐技術(shù)第三節(jié)煉鋼技術(shù)的發(fā)展轉(zhuǎn)爐濺渣示意圖轉(zhuǎn)爐濺渣護(hù)爐采用氮?dú)庾鳛閲姶祫恿?。高速氮?dú)馍淞鳑_擊爐渣，可使125濺渣護(hù)爐的爐渣應(yīng)有合適的黏度，爐渣過稀或過稠都不利于掛渣。渣中的固相物質(zhì)在濺渣層中起著“骨架”的作用，并且具有較高的耐火度，其組成為Mg0、Ca0與FeO形成的固溶體，也有由添加物形成的或渣中析出的Mg0、3Ca0·Si02、2Ca0·Si02等高熔點(diǎn)物質(zhì)；渣中液相起著黏結(jié)劑的作用。爐渣被濺到爐襯表面并被氮?dú)饫鋮s而凝固，形成掛渣層。爐渣的快速凝結(jié)增加了掛渣層的致密性。目前我國鋼廠普遍開展了濺渣護(hù)爐并起得了良好效果。

濺渣護(hù)爐的爐渣應(yīng)有合適的黏度，爐渣過稀或過稠都不利于掛渣。渣126直接煉鋼是指在1350～1500℃或更高溫度條件下，利用煤粉及氧氣對鐵精礦粉進(jìn)行高溫熔融還原，直接獲得鐵水，然后連續(xù)精煉成鋼的新工藝。直接煉鋼的優(yōu)點(diǎn)是：直接應(yīng)用鐵精礦粉，省去了不必要的原料處理環(huán)節(jié)，不需造塊(燒結(jié)、球團(tuán))及煉焦，因而生產(chǎn)成本低，環(huán)境污染?。环磻?yīng)器內(nèi)的氣氛容易控制，生產(chǎn)操作方便，生產(chǎn)規(guī)模可大可小，鐵水量和煤氣發(fā)生量可根據(jù)要求經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié)。存在主要問題是：反應(yīng)速度難于精確控制；還原過程機(jī)理和還原動力學(xué)、高溫區(qū)耐火材料侵蝕、反應(yīng)器內(nèi)煤氣合理利用