高爐煉鐵的教案

1高爐煉鐵的教案第1頁(yè)/共84頁(yè)23.1概述第2頁(yè)/共84頁(yè)33.2高爐煉鐵基本概念3.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品（1）原料高爐使用的原料包括鐵礦石（燒結(jié)礦、球團(tuán)礦和塊礦）、焦炭、煤粉、鼓風(fēng)和少量熔劑。

鐵礦石：在大型高爐爐料結(jié)構(gòu)中，高堿度燒結(jié)礦一般占70~80%、酸性的球團(tuán)礦和塊礦占20~30%。

第3頁(yè)/共84頁(yè)43.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品品種w(TFe)（%）w(FeO)（%）w(SiO2)（%）w(CaO)（%）w(MgO)（%）w(Al2O3)（%）R寶鋼燒結(jié)礦59.477.554.258.201.271.091.93鞍鋼燒結(jié)礦58.497.904.609.702.300.502.11巴西球團(tuán)礦65.811.613.670.470.730.490.13國(guó)產(chǎn)球團(tuán)礦63.210.176.011.220.480.760.20巴西塊礦66.624.237.940.700.231.110.09南非塊礦62.892.116.490.590.032.360.09第4頁(yè)/共84頁(yè)53.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品熔劑通常為石灰石，用來(lái)調(diào)節(jié)爐渣堿度。高爐渣的堿度（R=CaO/SiO2）在1.0~1.25之間，當(dāng)堿性爐料（高堿度燒結(jié)礦）與酸性爐料（球團(tuán)礦和塊礦）比例合適時(shí)，高爐中可不加或只加少量石灰石。根據(jù)入爐綜合品位，冶煉1t生鐵需要消耗鐵礦石1.5~1.7t。第5頁(yè)/共84頁(yè)6高爐原料鐵礦石熔劑其他含鐵代用品

天然塊礦人造富礦燒結(jié)礦球團(tuán)礦

堿性熔劑—石灰、石灰石、白云石酸性熔劑—硅石特殊熔劑—螢石

高爐、轉(zhuǎn)爐爐塵殘鐵軋鋼鐵皮硫酸渣3.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品第6頁(yè)/共84頁(yè)73.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品燃料焦炭在高爐風(fēng)口區(qū)域燃燒產(chǎn)生大量熱量和煤氣（CO+N2）。煤氣中的CO將鐵礦石中的氧化鐵還原成金屬鐵，燃燒產(chǎn)生的熱量將渣鐵熔化成鐵水和液態(tài)爐渣。焦炭在高爐內(nèi)始終呈固態(tài)，它能夠?qū)⒄麄€(gè)高爐的料柱支撐起來(lái)，保持高爐內(nèi)部具有良好的透氣性。第7頁(yè)/共84頁(yè)83.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品煤粉從高爐風(fēng)口噴入爐內(nèi)，在風(fēng)口區(qū)域燃燒產(chǎn)生熱量和還原煤氣，可代替部分焦炭。但煤粉無(wú)法代替焦炭的另一個(gè)重要作用—支撐料柱。目前，冶煉1噸生鐵大約需要消耗焦炭250~350kg，消耗煤粉150~250kg。第8頁(yè)/共84頁(yè)9高爐燃料固體燃料氣體燃料焦炭煤粉焦?fàn)t煤氣高爐煤氣用于高爐本體用于熱風(fēng)爐3.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品第9頁(yè)/共84頁(yè)103.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品鼓風(fēng)空氣通過(guò)高爐鼓風(fēng)機(jī)加壓后成為高壓空氣（鼓風(fēng)），經(jīng)過(guò)熱風(fēng)爐換熱，將溫度提高到1100~1300℃，再?gòu)母郀t風(fēng)口進(jìn)入爐缸，與焦炭和煤粉燃燒產(chǎn)生熱量和煤氣。鼓風(fēng)帶入高爐的物理熱占高爐熱量總收入的20%左右。在鼓風(fēng)中加入氧氣可提高鼓風(fēng)中的氧含量（稱為富氧鼓風(fēng)）。采用富氧鼓風(fēng)可提高風(fēng)口燃燒溫度，有利于高爐提高噴煤量和高爐利用系數(shù)。

冶煉1噸生鐵大約需要鼓風(fēng)1400~1700Nm3。第10頁(yè)/共84頁(yè)113.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品（2）產(chǎn)品鐵水鐵水的主要化學(xué)成分為Fe、C、Si、Mn、P、S等，溫度1450~1550℃。按照Si含量的不同，將高爐鐵水分為煉鋼生鐵（w[Si]<1.25%）和鑄造生鐵（w[Si]≥1.25%）。鐵水中C呈飽和狀態(tài)，煉鋼生鐵中C含量在3.7~4.3%之間。第11頁(yè)/共84頁(yè)123.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品高爐煤氣高爐煤氣主要化學(xué)成分（體積百分比）為CO：21~26%、CO2：14~21%、N2：55~57%、H2：1.0~3.0%、CH4：0.2~0.8%。高爐煤氣發(fā)熱值3200~3800KJ/m3，屬低熱值煤氣。冶煉每噸生鐵產(chǎn)生高爐煤氣1800~2000m3左右。第12頁(yè)/共84頁(yè)133.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品CO：煤氣上升過(guò)程中，CO在高爐下部高溫區(qū)開(kāi)始增加，煤氣中的CO含量會(huì)相應(yīng)減小。CO2：在爐缸、爐腹部位幾乎為零，從中溫區(qū)開(kāi)始增加。H2：來(lái)源于風(fēng)中H2O汽和焦炭中的有機(jī)H2和噴吹燃料中的揮發(fā)H2，上升過(guò)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。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(guò)程中不參加任何反應(yīng)，絕對(duì)量不變。CH4：高溫時(shí)少量焦炭與H2作用生成CH4，上升過(guò)程中又加入焦炭揮發(fā)分中CH4，但數(shù)量很少，變化不大第13頁(yè)/共84頁(yè)143.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品高爐渣高爐冶煉1t生鐵產(chǎn)生300~600kg爐渣。高爐渣主要成分為:w(SiO2)=32~42%、w(CaO)=35~44%、w(Al2O3)=6~14%、

w(MgO)=4~13%、w(MnO)=0.3~1.0%、w(FeO)=0.5~0.8%、

w(S)=0.7~1.1%、R=1.05~1.25。在這一成分范圍內(nèi)，高爐渣的熔化溫度最低（1300~1350℃），在爐缸溫度下具有良好的流動(dòng)性。高爐渣經(jīng)高壓水淬冷?；笫巧a(chǎn)水泥的良好原材料。

第14頁(yè)/共84頁(yè)153.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品第15頁(yè)/共84頁(yè)163.2.2高爐內(nèi)型高爐內(nèi)型是用耐火材料砌筑而成的，供高爐冶煉的內(nèi)部空間的輪廓?，F(xiàn)代高爐都是五段式爐型，從下至上分別為：爐缸、爐腹、爐腰、爐身、爐喉。

高爐內(nèi)型第16頁(yè)/共84頁(yè)17爐喉Throat爐身Shaft高爐本體爐腰Belly爐腹Bosh爐缸Hearth風(fēng)口Tuyere鐵口Taphole渣口Slagtaphole高爐有效容積代表高爐的大小或生產(chǎn)能力3.2.2高爐內(nèi)型第17頁(yè)/共84頁(yè)183.2.2高爐內(nèi)型高爐有效容積代表高爐的大小或生產(chǎn)能力。由高爐出鐵口中心線所在水平面到料線零位水平面之間的容積。一般將＞3000m3的高爐稱為超大型高爐，1500~2500m3的高爐稱為大型高爐，600~1000m3的高爐稱為中型高爐，300m3以下的高爐稱為小型高爐。一座4000m3級(jí)高爐日產(chǎn)生鐵量達(dá)到10000噸以上。

第18頁(yè)/共84頁(yè)19荷蘭CorusIjmuiden鋼鐵公司高爐發(fā)展高爐編號(hào)1234567大小建成年份1924192619301958196119671972爐缸直徑/m5.65.65.98.59.011.013.8工作容積/m35195195981413149223283790初期產(chǎn)量(t/d)2802803601380170030005000當(dāng)前/最終產(chǎn)量(t/d)10001000110035003700700010500拆除年份19741974199119971997

上一次大修

200219913.2.2高爐內(nèi)型第19頁(yè)/共84頁(yè)203.2.3高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（1）有效容積利用系數(shù)（?V）高爐每立方米有效容積每天生產(chǎn)的合格鐵水量（t/m3·d）。（2）焦比（K）高爐冶煉一噸生鐵消耗的焦炭量（kg/t）。（3）煤比（M）冶煉每噸生鐵向高爐噴吹的煤粉量（kg/t）。（4）燃料比(焦比＋煤比)

定義：高爐冶煉每噸生鐵所消耗的固體燃料的總和(kg/t)。

目前，大型和超大型高爐冶煉1t生鐵的燃料比在470~520kg/t之間，噴煤量可達(dá)到150~250kg/t。第20頁(yè)/共84頁(yè)213.2.3高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（5）綜合焦比(K∑)

定義：將噴入高爐的煤粉折算成相應(yīng)數(shù)量的焦炭后計(jì)算的焦比(kg/t)。煤粉置換比通常小于1.0，一般在0.75~0.90之間。（6）冶煉強(qiáng)度（I）定義：每立方米高爐有效容積每天消耗的(干)焦炭量[t/(m3·d)]。一般為0.8~1.0t/(m3·d)。（7）綜合冶煉強(qiáng)度(I∑)

定義：將噴入高爐的煤粉折算成相應(yīng)數(shù)量的焦炭后計(jì)算的冶煉強(qiáng)度[t/(m3·d)]。大型或超大型高爐達(dá)到1.2~1.6t/(m3·d)。第21頁(yè)/共84頁(yè)22高爐有效容積利用系數(shù)=冶煉強(qiáng)度/焦比（8）工序能耗

Ci=(燃料消耗+動(dòng)力消耗-回收二次能源)/產(chǎn)品產(chǎn)量(噸標(biāo)準(zhǔn)煤/t)1kg標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量為7000千卡(29310kJ)2009年1~5月全國(guó)重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)高爐燃料比為518kg/t，熱風(fēng)溫度為1158℃，煉鐵工序能耗為413.30kg標(biāo)準(zhǔn)煤/t，入爐焦比為374kg/t，噴煤比為144kg/t。3.2.3高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)第22頁(yè)/共84頁(yè)233.2.3高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（9）休風(fēng)率高爐休風(fēng)時(shí)間占規(guī)定日歷作業(yè)時(shí)間的百分比（%）。規(guī)定日歷作業(yè)時(shí)間=日歷時(shí)間-計(jì)劃大中修時(shí)間和臨時(shí)休風(fēng)時(shí)間。（10）生鐵合格率合格生鐵產(chǎn)量占高爐生鐵總產(chǎn)量的百分比（%）。

第23頁(yè)/共84頁(yè)24例題：某高爐容積2000m3，年產(chǎn)150萬(wàn)噸煉鋼生鐵，消耗60萬(wàn)噸焦炭，每噸生鐵噴吹煤粉150kg，置換比為0.9，計(jì)算高爐有效容積利用系數(shù)、焦比、燃料比、綜合焦比及冶煉強(qiáng)度各為多少？答案：利用系數(shù)：2.05t/m3·d

焦比：400kg/tFe

燃料比：550kg/tFe

綜合焦比：535kg/tFe

冶煉強(qiáng)度：0.822t/m3·d3.2.3高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)第24頁(yè)/共84頁(yè)253.3.1高爐本體(BlastFurnaceBody)

鋼結(jié)構(gòu)爐襯冷卻設(shè)備送風(fēng)裝置檢測(cè)儀器設(shè)備3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第25頁(yè)/共84頁(yè)26

由四根支柱和多層橫向拉桿組成。上至爐頂平臺(tái)，下接高爐基礎(chǔ)，與高爐中心成對(duì)稱布置。（1）鋼結(jié)構(gòu)：包括爐體支承結(jié)構(gòu)和爐殼高強(qiáng)度鋼板焊接而成，起承重、密封煤氣和固定冷卻器的作用。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第26頁(yè)/共84頁(yè)27寶鋼1號(hào)高爐爐體框架高爐爐殼3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第27頁(yè)/共84頁(yè)28高爐爐殼用高強(qiáng)度鋼板焊接而成，起承重、密封煤氣和固定冷卻器的作用。對(duì)無(wú)料鐘爐頂，旋轉(zhuǎn)溜槽、中心喉管等重量由爐殼支承。料罐、受料漏斗、密封閥、上升管等設(shè)備重量通過(guò)爐頂框架支承在爐頂平臺(tái)上，爐頂平臺(tái)的所有重量再由大框架傳遞給基礎(chǔ)。大框架自立式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)口平臺(tái)寬敞，爐前操作方便，利于風(fēng)口平臺(tái)機(jī)械化作業(yè)。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)的作用與優(yōu)點(diǎn)第28頁(yè)/共84頁(yè)29（2）爐襯高爐爐襯由耐火磚砌筑而成，由于各部分內(nèi)襯工作條件不同，采用的耐火磚材質(zhì)和性能也不同。爐身中上部爐襯主要考慮耐磨，爐身下部和爐腰主要考慮抗熱震破壞和堿金屬的侵蝕，爐腹主要考慮高FeO的初渣侵蝕，爐缸、爐底主要考慮抗鐵水機(jī)械沖刷和耐火磚的差熱膨脹。目前，大型高爐上部以碳化硅和優(yōu)質(zhì)硅酸鹽耐火材料為主，中部以抗堿金屬能力強(qiáng)的碳化硅磚或高導(dǎo)熱的炭磚為主，高爐下部以高導(dǎo)熱的石墨質(zhì)炭磚為主。

3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第29頁(yè)/共84頁(yè)30

爐襯壽命將隨著冶煉條件而變，但最薄弱的環(huán)節(jié)應(yīng)在爐底（含爐缸）和爐身。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第30頁(yè)/共84頁(yè)31爐缸、爐底砌筑結(jié)構(gòu)3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第31頁(yè)/共84頁(yè)32（3）冷卻設(shè)備冷卻設(shè)備的作用是降低爐襯溫度，提高爐襯材料抗機(jī)械、化學(xué)和熱產(chǎn)生的侵蝕能力，使?fàn)t襯材料處于良好的服役狀態(tài)。高爐使用的冷卻設(shè)備主要有冷卻壁、冷卻板和風(fēng)口。冷卻壁緊貼著爐襯布置，冷卻面積大；而冷卻板水平插入爐襯中，對(duì)爐襯的冷卻深度大，并對(duì)爐襯有一定的支托作用。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第32頁(yè)/共84頁(yè)33冷卻壁：冷卻壁分光面冷卻壁和鑲磚冷卻壁。光面冷卻壁主要用于冷卻爐缸和爐底炭磚，鑲磚冷卻壁主要用于冷卻爐腹、爐腰、爐身各部位的爐襯。

光面冷卻壁鑲磚冷卻壁的不同結(jié)構(gòu)形式3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第33頁(yè)/共84頁(yè)34冷卻板

冷卻板用純銅制造。冷卻板安裝時(shí)水平插入爐襯磚層中，對(duì)爐襯具有一定支托作用。冷卻板結(jié)構(gòu)及其安裝3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第34頁(yè)/共84頁(yè)35風(fēng)口風(fēng)口是鼓風(fēng)進(jìn)入爐缸的入口。風(fēng)口裝置有大套、二套和小套組成。風(fēng)口裝置結(jié)構(gòu)貫流式風(fēng)口3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第35頁(yè)/共84頁(yè)36

風(fēng)口區(qū)域是高爐溫度最高的區(qū)域，鼓風(fēng)溫度本身高達(dá)1100~1300℃，為了保證風(fēng)口得到良好冷卻，風(fēng)口環(huán)流水道內(nèi)流速達(dá)到8~14m/s。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第36頁(yè)/共84頁(yè)37（4）送風(fēng)裝置送風(fēng)裝置包括熱風(fēng)圍管、支管、直吹管、風(fēng)口大套、風(fēng)口二套和小套。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第37頁(yè)/共84頁(yè)38熱風(fēng)圍管BustlePipe送風(fēng)支管BlastPipe熱風(fēng)圍管與連接熱風(fēng)爐的熱風(fēng)總管相連，在熱風(fēng)圍管上均勻分布著數(shù)十套送風(fēng)支管。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第38頁(yè)/共84頁(yè)393.3.2爐頂裝料設(shè)備爐頂裝料設(shè)備的任務(wù)是將鐵礦石和焦炭按冶煉工藝要求有規(guī)律地從爐頂裝入高爐。目前，大多數(shù)中小型高爐使用雙鐘爐頂裝料設(shè)備。大型和超大型高爐使用無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第39頁(yè)/共84頁(yè)40雙鐘爐頂打開(kāi)小料鐘，爐料落入大料斗內(nèi)。開(kāi)大鐘均壓閥，使大料鐘上下壓力一致。打開(kāi)大料鐘，將爐料布入爐內(nèi)。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第40頁(yè)/共84頁(yè)41

無(wú)鐘爐頂

采用可任意改變傾角的旋轉(zhuǎn)溜槽完成布料任務(wù)?？蓪?shí)現(xiàn)單環(huán)、多環(huán)、螺旋、定點(diǎn)、扇形布料方式。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第41頁(yè)/共84頁(yè)42無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備分并罐和串罐兩種方式。

3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第42頁(yè)/共84頁(yè)433.3.3熱風(fēng)爐

熱風(fēng)爐是高爐本體以外最重要的設(shè)備之一。熱風(fēng)爐肩負(fù)著向高爐連續(xù)不斷地輸送溫度高達(dá)1100~1300℃的熱風(fēng)。對(duì)每一座熱風(fēng)爐來(lái)說(shuō)，它本身是燃燒和送風(fēng)交替工作，因此，每座高爐必須配備3~4座熱風(fēng)爐同時(shí)工作才能滿足高爐生產(chǎn)要求。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第43頁(yè)/共84頁(yè)44按結(jié)構(gòu)型式分類，蓄熱式熱風(fēng)爐有內(nèi)燃式、外燃式和頂燃式（包括球式熱風(fēng)爐）三類。

內(nèi)燃式外燃式頂燃式3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第44頁(yè)/共84頁(yè)45蓄熱式熱風(fēng)爐由燃燒室、蓄熱室和拱頂三部分組成。燃燒室是煤氣燃燒產(chǎn)生熱量的空間；蓄熱室內(nèi)填充有耐火材料做成的格子磚，用來(lái)儲(chǔ)存煤氣燃燒產(chǎn)生的大量熱量。

3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第45頁(yè)/共84頁(yè)46蓄熱式熱風(fēng)爐的構(gòu)成(以外燃式為例)燃燒室蓄熱室烘頂儲(chǔ)存煤氣燃燒產(chǎn)生的大量熱量煤氣燃燒產(chǎn)生熱量的空間3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第46頁(yè)/共84頁(yè)47蓄熱式熱風(fēng)爐工作過(guò)程由燃燒期、換爐和送風(fēng)期組成。燃燒期：將煤氣和助燃空氣通過(guò)陶瓷燃燒器混合后在燃燒室內(nèi)燃燒產(chǎn)生大量熱量，高溫?zé)煔庠谕ㄟ^(guò)蓄熱室格子磚時(shí)將熱量?jī)?chǔ)存在格子磚中。換爐：關(guān)閉各燃燒閥和煙道閥，打開(kāi)冷風(fēng)閥和熱風(fēng)閥，完成從燃燒期向送風(fēng)期過(guò)度。送風(fēng)期：冷風(fēng)從蓄熱室下部進(jìn)入，并向上流動(dòng)通過(guò)蓄熱室格子轉(zhuǎn)，格子轉(zhuǎn)放出儲(chǔ)存的熱量將冷風(fēng)加熱，冷風(fēng)變?yōu)闊犸L(fēng)從熱風(fēng)出口流出，通過(guò)熱風(fēng)總管送往高爐。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第47頁(yè)/共84頁(yè)483.3.4噴煤設(shè)備

高爐噴吹煤粉代替部分焦炭，一方面可以合理利用煤炭資源，另一方面降低了高爐生產(chǎn)成本。

高爐噴煤工藝流程3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第48頁(yè)/共84頁(yè)493.3.5煤氣系統(tǒng)

煤氣引導(dǎo)管道除塵設(shè)備余壓發(fā)電頂壓調(diào)節(jié)3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第49頁(yè)/共84頁(yè)503.3.5除塵設(shè)備除塵設(shè)備從爐頂排出的煤氣是一種高壓（0.20~0.25MPa）荒煤氣，含塵量達(dá)到10~20g/Nm3。在作為二次能源利用之前，必須將含塵量降低到10mg/Nm3以下。高爐煤氣通過(guò)上升管和下降管，首先進(jìn)入重力除塵器去除大顆?；覊m（俗稱瓦斯灰），然后再進(jìn)行精除塵。精除塵有濕法除塵和干法除塵兩種流程。精除塵有濕法除塵和干法除塵兩種流程。

第50頁(yè)/共84頁(yè)51粗除塵

重力除塵器在高爐煤氣除塵系統(tǒng)中用的最普遍。重力除塵器可以除去粒徑大于30μm的大顆?；覊m，除塵率可達(dá)80%，出口的煤氣含塵量為2~10g/m3。重力除塵器3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第51頁(yè)/共84頁(yè)52精除塵(濕法)文氏管

收縮管

喉口

擴(kuò)張管

文氏管除塵器除去粉塵的同時(shí)，也使煤氣流得到冷卻。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第52頁(yè)/共84頁(yè)53精除塵(干法)布袋除塵

布袋房

集塵倉(cāng)

進(jìn)出氣孔

反清倉(cāng)管道3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第53頁(yè)/共84頁(yè)543.3高爐煉鐵工藝設(shè)備濕法除塵流程高壓高爐濕法除塵流程第54頁(yè)/共84頁(yè)553.3高爐煉鐵工藝設(shè)備干法除塵流程武鋼5號(hào)高爐干式電除法工藝流程第55頁(yè)/共84頁(yè)563.3.6渣鐵處理大型高爐每天出鐵12次以上，對(duì)設(shè)計(jì)4個(gè)鐵口的超大型高爐，通按用對(duì)角線出鐵的原則操作，即按1、3、2、4號(hào)鐵口順序開(kāi)鐵口。高爐始終有一個(gè)鐵口在出鐵。鐵口打開(kāi)后，鐵水和熔渣從鐵口流入主溝，通過(guò)撇渣器使渣鐵分離，鐵水經(jīng)擺動(dòng)溜嘴流入鐵水罐內(nèi)，渣子則經(jīng)渣溝流入水渣處理系統(tǒng)。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第56頁(yè)/共84頁(yè)573.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第57頁(yè)/共84頁(yè)583.3高爐煉鐵工藝設(shè)備INBA法水渣處理系統(tǒng)1—熔渣溝；2—吹制箱；3—水渣溝；4—水渣槽；5—排料皮帶；6—集水槽；7—分配器；8—排料皮帶；9—提升葉片；10—緩沖槽；11—脫水轉(zhuǎn)鼓；12—集水槽第58頁(yè)/共84頁(yè)59練習(xí)：請(qǐng)將圖中高爐的不同部分放在正確的位置3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第59頁(yè)/共84頁(yè)603.4高爐冶煉原理3.4.1爐料在爐內(nèi)的分布狀態(tài)礦石和焦碳分批裝入爐內(nèi)，因此，礦石與焦炭在高爐內(nèi)呈有規(guī)律的分層分布。鼓風(fēng)在風(fēng)口區(qū)域與焦炭和煤粉燃燒產(chǎn)生高溫煤氣；高溫煤氣在向高爐上部流動(dòng)過(guò)程中將氧化鐵還原成金屬鐵，使鐵礦石實(shí)現(xiàn)Fe–O分離；煤氣攜帶的熱量將鐵和渣熔化并過(guò)熱，實(shí)現(xiàn)鐵與渣的分離。第60頁(yè)/共84頁(yè)61高爐內(nèi)部爐料分布3.4高爐冶煉原理塊狀帶：t<1100-1200℃，礦石和焦炭呈有規(guī)律的分層分布軟融帶：t在1200-1400℃，由熔融的礦石層和固態(tài)的焦炭層組成滴落帶：液態(tài)渣鐵不斷向下滴落，焦炭起支撐料柱的作用風(fēng)口回旋區(qū)：焦炭燃燒，產(chǎn)生空間使?fàn)t料下降死料柱：填充在爐缸內(nèi)的焦炭，更新緩慢第61頁(yè)/共84頁(yè)623.4.2爐缸燃燒反應(yīng)（1）風(fēng)口前碳的燃燒反應(yīng)爐頂加入的焦炭，其中風(fēng)口前燃燒的碳量約占入爐總碳量的65%～75%，是在風(fēng)口前與鼓風(fēng)中的O2燃燒，17～21％參加直接還原反應(yīng)，10％左右溶解進(jìn)入鐵水。燃燒反應(yīng)的作用：為高爐冶煉過(guò)程提供主要熱源；為還原反應(yīng)提供CO、H2等還原劑；為爐料下降提供必要的空間。3.4高爐冶煉原理第62頁(yè)/共84頁(yè)63焦炭和煤粉中的碳與鼓風(fēng)中的氧燃燒產(chǎn)生CO2

；在高溫下CO2繼續(xù)與碳反應(yīng)產(chǎn)生CO。3.4高爐冶煉原理第63頁(yè)/共84頁(yè)643.4高爐冶煉原理實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，鼓風(fēng)中始終含有一定量的水分，因此，爐缸中還會(huì)發(fā)生如下燃燒反應(yīng)：

若鼓風(fēng)濕份為（體積百分比），則爐缸煤氣成分與鼓風(fēng)濕份的關(guān)系如圖所示。

第64頁(yè)/共84頁(yè)653.4高爐冶煉原理（2）燃燒帶對(duì)高爐冶煉的影響所謂燃燒帶是包括風(fēng)口回旋區(qū)及其外圍100~200mm的焦炭疏松層（稱中間層）。實(shí)踐中常以CO2降至1~2%的位置定為燃燒帶界限。大型高爐的燃燒帶長(zhǎng)度在1000~15000mm左右。燃燒帶是爐內(nèi)焦炭燃燒的主要場(chǎng)所，而焦炭燃燒所騰出來(lái)的空間是促使?fàn)t料下降的主要因素。

第65頁(yè)/共84頁(yè)663.4高爐冶煉原理當(dāng)燃燒帶投影面積占整個(gè)爐缸截面積的比例大時(shí)，爐缸活躍面積大，料柱比較松動(dòng)，有利于高爐順行。風(fēng)口燃燒帶投影第66頁(yè)/共84頁(yè)673.4高爐冶煉原理燃燒帶是爐缸煤氣的發(fā)源地，燃燒帶的大小影響煤氣流的初始分布。燃燒帶伸向中心，則中心氣流發(fā)展，爐缸中心溫度升高；相反，燃燒帶小，邊緣氣流發(fā)展，中心溫度較低，對(duì)各種反應(yīng)進(jìn)行不利。爐缸中心不活躍和熱量不足，對(duì)高爐順行極為不利。

第67頁(yè)/共84頁(yè)683.4高爐冶煉原理（3）鼓風(fēng)動(dòng)能

單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入高爐的鼓風(fēng)質(zhì)量所具有的動(dòng)能稱為鼓風(fēng)動(dòng)能，它是選擇風(fēng)口直徑的主要依據(jù)。鼓風(fēng)動(dòng)能大，燃燒帶加長(zhǎng)，有利于吹透中心。

（4）理論燃燒溫度風(fēng)口前燃燒所能達(dá)到的最高溫度，即假定風(fēng)口前碳素燃燒放出的熱量全部用來(lái)加熱燃燒產(chǎn)物時(shí)所能達(dá)到的最高溫度。風(fēng)口前理論燃燒溫度可達(dá)1800~2400℃，它代表風(fēng)口區(qū)最高溫度，其數(shù)值表示了傳熱推動(dòng)力的大小，但它并不代表爐缸鐵水溫度和生鐵含硅量的高低。第68頁(yè)/共84頁(yè)693.4高爐冶煉原理3.4.3高爐內(nèi)鐵氧化物的還原反應(yīng)高爐冶煉的主要目的是從鐵氧化物中還原出金屬鐵，它是高爐冶煉最基本的化學(xué)反應(yīng)。除鐵以外，高爐冶煉也能將少量的硅、錳、磷還原出來(lái)，并溶解在鐵水中。高爐冶煉的還原劑有固體還原劑焦炭，以及氣體還原劑CO和H2，后者來(lái)自風(fēng)口回旋區(qū)的燃燒反應(yīng)。

第69頁(yè)/共84頁(yè)703.4高爐冶煉原理（1）用CO作還原劑還原鐵氧化物—間接還原反應(yīng)T<570℃的區(qū)域，發(fā)生如下還原反應(yīng)：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2

1/4Fe3O4+CO=3/4Fe+CO2

T>570℃的區(qū)域，發(fā)生如下還原反應(yīng)：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2Fe3O4+CO=3FeO+CO2

FeO+CO=Fe+CO2

Fe2O3Fe3O4FeFeOFeFe3O4Fe2O3第70頁(yè)/共84頁(yè)713.4高爐冶煉原理（2）用H2作還原劑還原氧化鐵T<570℃的區(qū)域，發(fā)生如下還原反應(yīng)：

1/4Fe3O4+H2=3/4Fe+H2OT>570℃的區(qū)域，發(fā)生如下還原反應(yīng)：3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2OFe3O4+H2=3FeO+H2OFeO+H2=Fe+H2O第71頁(yè)/共84頁(yè)723.4高爐冶煉原理T>810℃時(shí)H2還原氧化鐵的能力大于CO；T<810℃時(shí)CO還原氧化鐵的能力大于H2。第72頁(yè)/共84頁(yè)733.4高爐冶煉原理（3）用固體碳還原氧化鐵—直接還原反應(yīng)在高爐內(nèi)溫度高于900~1000℃的區(qū)域，間接還原反應(yīng)產(chǎn)生的CO2不能穩(wěn)定存在，即發(fā)生所謂的焦炭溶損反應(yīng)：

C+CO2=2CO在溫度高于1000℃以上的區(qū)域，煤氣中幾乎不存在CO2。這時(shí)高爐內(nèi)發(fā)生如下還原反應(yīng)：

FeO+C=Fe+CO第73頁(yè)/共84頁(yè)743.4高爐冶煉原理（4）直接還原度

所謂直接還原度，是以直接還原方式得到的金屬鐵量與還原反應(yīng)得到的總鐵量之比。

第74頁(yè)/共84頁(yè)753.4高爐冶煉原理高爐內(nèi)冶煉每噸生鐵需要的總熱量主要消耗于直接還原反應(yīng)的吸熱和熔化渣鐵并使之過(guò)熱所需要的熱量。高爐的熱收入主要來(lái)自風(fēng)口前燃料（焦炭和煤粉）的燃燒和鼓風(fēng)帶入爐缸的物理熱。因此，降低鐵的直接還原度，可降低高爐煉鐵的燃料比（或焦比）。目前高爐煉鐵的直接還原度（rd）在0.4~0.6之間。穩(wěn)定高爐操作，減少爐況波動(dòng)，提高鐵礦石的還原性，富氧噴吹煙煤等措施都能降低鐵的直接還原度。第75頁(yè)/共84頁(yè)76直接還原與間接還原區(qū)域分界線間接劇烈熔損溫度直接開(kāi)始熔損溫度間接+直接

＜1000℃區(qū)域(上部)

只有間接還原1000℃區(qū)域(中部)

直接還原開(kāi)始

熔損及水煤氣反應(yīng)劇烈進(jìn)行的區(qū)域(下部)

間接還原消失Fe2O3Fe3O4