煉鐵培訓(xùn)教材(點檢)

冶金生產(chǎn)知識

——煉鐵局部高爐生產(chǎn)概述第一節(jié)高爐生產(chǎn)工藝流程和產(chǎn)品第二節(jié)高爐煉鐵的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)第三節(jié)承德建龍及我公司煉鐵生產(chǎn)簡介第一節(jié)高爐工藝流程和產(chǎn)品一、冶金的概念

冶金學(xué)是一門研究如何經(jīng)濟(jì)地從礦石或其它原料中提取金屬或金屬化合物，并用各種方法加工制成具有一定性能的金屬材料的科學(xué)。迄今為止發(fā)現(xiàn)的一百多種化學(xué)元素中，有80多種為金屬元素。在這些金屬中，習(xí)慣上將鐵、錳、鉻三種金屬稱為黑色金屬。冶金工業(yè)通常分為黑色冶金工業(yè)和有色冶金工業(yè)。鐵和鋼是含有少量合金元素和雜質(zhì)的鐵碳合金。按含碳量不同可分為：

生鐵－－－－－含碳為2.0～4.5％；鋼－－－－－－含碳為0.05～2.0％；熟鐵－－－－－含碳小于0.05％；二、高爐概述高爐是用于生產(chǎn)生鐵的爐子，它是圓柱和圓臺型的結(jié)合體，是一種“瓶式〞豎爐，它從上到下一共分為五個局部，有爐喉〔圓柱〕、爐身〔圓臺〕、爐腰〔圓柱〕、爐腹〔圓臺〕和爐缸〔圓柱〕,在爐缸開有數(shù)量不等的風(fēng)口、渣口和鐵口。高爐內(nèi)型圖

爐身爐喉爐腹?fàn)t腰爐缸高爐有有效容積〔Vu〕工作容積〔V工〕，他們分別是鐵口中心線到到爐喉有效高度范圍內(nèi)的容積和風(fēng)口中心線到爐喉之間的容積。在爐缸設(shè)有風(fēng)口、渣口和鐵口，風(fēng)口區(qū)是燃料燃燒的地方、煤氣的發(fā)源地和熱量的發(fā)源地。爐缸下部是渣鐵貯存區(qū)，存在著渣鐵反響，是保證生鐵質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。爐腹是其形狀收縮了適應(yīng)礦石熔滴后的體積變化，同時也使燃燒帶產(chǎn)生的煤氣遠(yuǎn)離爐墻，有利于渣皮的形成，延長高爐壽命。

爐腰是高爐直徑最大的部位，其直徑的大小決定著高爐內(nèi)型的高徑比關(guān)系。其高度不起決定性作用，屬高爐的過度段。爐身是圓臺形，爐料在爐身預(yù)熱和預(yù)復(fù)原，爐身直徑自上而下逐漸擴(kuò)大以適應(yīng)爐料受熱膨脹和減少爐料與爐墻之間的摩擦力，所形成的爐身角對下料有明顯的影響，而爐身高度對煤氣利用也有影響。爐喉是爐料進(jìn)高爐的裝入口，也是煤氣的導(dǎo)出口，對爐料和煤氣分布起著控制和調(diào)節(jié)作用。三、高爐工藝流程高爐是煉鐵工藝流程的主體，另外還有上料系統(tǒng)、裝料系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、煤氣回收和除塵系統(tǒng)、渣鐵處理系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)以及為這些系統(tǒng)效勞的動力系統(tǒng)。高爐冶煉用的鐵礦石和燃料、熔劑等就是由爐頂?shù)难b料設(shè)備裝入爐內(nèi)的，并向下運動；從下部鼓入的空氣燃燒燃料，產(chǎn)生大量的高溫復(fù)原性氣體向上運動；爐料經(jīng)過加熱、復(fù)原、熔化、造渣、滲碳、脫硫等一系列化學(xué)物理過程，最終生成液態(tài)爐渣和生鐵。四、高爐的主要設(shè)備及作用

1、高爐的上料系統(tǒng)和裝料設(shè)備

A、高爐貯礦槽以后的供料設(shè)備屬高爐上料系統(tǒng)。包括：貯礦場、貯礦倉、焦倉、倉上運料設(shè)備〔皮帶等〕、礦石與焦碳的槽下篩分設(shè)備、返礦和返焦運輸設(shè)備、入爐礦石和焦碳的稱量設(shè)備、將爐料運送至爐頂?shù)脑O(shè)備〔皮帶或料車與卷揚機(jī)〕等組成。向高爐爐頂供料的方式有料車斜橋上料和皮帶機(jī)上料兩種。中小高爐用料車斜橋上料，大高爐用皮帶機(jī)上料。B、高爐爐頂?shù)难b料設(shè)備職能是把爐料裝入爐內(nèi)并完成布料，密封爐頂以回收煤氣。主要有鐘式爐頂和無鐘爐頂兩種。鐘式裝料設(shè)備包括：爐頂受料斗、大小料斗、大小料鐘、旋轉(zhuǎn)布料器、料鐘平衡桿與液壓傳動裝置或卷揚機(jī)、活動爐喉擋板、探料尺等。無料鐘裝料設(shè)備包括：受料罐、上下密封閥、截流閥、中心喉管、布料溜槽、旋轉(zhuǎn)裝置及液壓傳動設(shè)備等。無鐘爐頂由于布料方便自由現(xiàn)在到達(dá)廣泛應(yīng)用。新建450m3以上高爐一般都采用無鐘爐頂，有串罐式和并罐式兩種無鐘爐頂。2、送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備

設(shè)備包括：鼓風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)管道、放風(fēng)閥、混風(fēng)閥、熱風(fēng)爐、熱風(fēng)總管、環(huán)管、支管、直到風(fēng)口。富氧送風(fēng)時在冷風(fēng)管道上安裝環(huán)形送氧管、在富氧管道上安裝截流閥和逆止閥、流量調(diào)節(jié)閥及流量壓力儀表等。加濕鼓風(fēng)略。3、煤氣回收與除塵系統(tǒng)及設(shè)備

高爐煤氣是鋼鐵廠的珍貴的氣體燃料，但由于它含有10～30g/m3的爐塵，不能直接應(yīng)用，需要凈化處理。高爐煤氣的主要用戶是焦?fàn)t、熱風(fēng)爐、加熱爐以及風(fēng)機(jī)和發(fā)電鍋爐。高爐煤氣凈化處理采用能量消耗低、費用少的三段式除塵，即粗除塵、半精除塵、精除塵。粗除塵采用重力除塵器；半精除塵干式采用離心器，濕式采用洗滌塔或中低能文氏管；精除塵干式采用板式電除塵器、布袋除塵器，濕式采用電除塵器、高能文氏管。工藝流程有：濕式

a重力除塵器－溢流文氏管－高能文氏管；b重力除塵器－洗滌塔－高能文氏管。干式

a重力除塵器－布袋除塵器；b重力除塵器－板式電除塵。設(shè)備一般包括：爐頂煤氣上升、下降管、煤氣截流閥或水封、重力除塵器、洗滌塔與文氏管、電除塵、脫水器。干式除塵包括布袋除塵器或旋風(fēng)除塵器。我廠采用干式除塵：重力除塵器、布袋除塵器、高壓閥組等。4、渣鐵處理系統(tǒng)

設(shè)備包括：出鐵場、泥炮、開口機(jī)、堵渣機(jī)、爐前吊車、渣鐵溝、渣鐵別離器、鐵水罐、鑄鐵機(jī)、水渣池、爐前水力沖渣系統(tǒng)。5、噴吹系統(tǒng)噴吹煤粉高爐設(shè)備一般包括：制粉機(jī)、煤粉倉、煤粉輸送設(shè)備及管道、高爐貯煤粉罐、混合器、分配調(diào)節(jié)器、噴槍、壓縮空氣及平安保護(hù)系統(tǒng)等。五、高爐生產(chǎn)的特點長期連續(xù)生產(chǎn)，高爐從開爐到大修〔現(xiàn)在一代爐齡已達(dá)15年〕停爐這一期間內(nèi)一直不停地連續(xù)運轉(zhuǎn)，僅在設(shè)備檢修或發(fā)生事故時才暫停生產(chǎn)〔即休風(fēng)〕。規(guī)模大型化，目前國內(nèi)已有5000m3的高爐，日產(chǎn)萬噸生鐵。。機(jī)械、自動化程度越來越高。生產(chǎn)的聯(lián)合性，從高爐本身來說，從上料到出鐵、出渣，從送風(fēng)到煤氣回收，各系統(tǒng)都必須有機(jī)的協(xié)調(diào)聯(lián)合工作。在整個鋼鐵聯(lián)合生產(chǎn)中，高爐也是重要的一環(huán)，它的事故或停產(chǎn)都會對整個生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。六、高爐產(chǎn)品1、生鐵生鐵是Fe與C及其他少量元素〔Si、Mn、P、S等〕組成的合金。牌號：以Si含量命名。如：L04：表示Si≤0.45％的煉鋼生鐵,L08:表示0.45%<Si≤0.85％的煉鋼生鐵2、鐵合金鐵合金多用于電爐生產(chǎn)，主要供煉鋼脫氧或作為合金添加劑。主要有：錳鐵、硅鐵稀土硅鐵等。3、爐塵：一般含鐵30-50%，含碳10-20%，經(jīng)煤氣除塵器回收后，可用作燒結(jié)礦原料

4、高爐煤氣

高爐煤氣一般含有20％以上的一氧化碳、少量的氫和甲烷，發(fā)熱值一般為2900～3800kj/m3，是一種很好的低發(fā)熱值氣體燃料，除用來燒熱風(fēng)爐外，還可供煉焦、加熱爐和燒鍋爐。高爐爐塵是隨高爐煤氣帶出爐外的細(xì)粒爐料，主要含鐵和碳，可作燒結(jié)的原料。5、爐渣每噸生鐵的產(chǎn)渣量，隨入爐原料含鐵品位上下、焦比及焦炭含灰份之多寡而差異很大。承德建龍目前渣鐵比在400～450kg/t左右?！?〕、爐渣的主要成分爐渣成分來自以下幾個方面：a礦石中的脈石，b焦炭的灰分，c溶劑氧化物d被侵蝕的爐襯。脈石和灰分的主要成分SiO2和Al2O3，稱酸性氧化物；溶劑的氧化物主要是CaO和MgO，稱堿性氧化物。當(dāng)這些氧化物單獨存在時其熔點都很高，SiO2熔點1713℃，Al2O3熔點2050℃，CaO熔點2570℃，MgO熔點2800℃，高爐條件下不能熔化。只有在它們之間相互作用形成低熔點化合物，才能熔化成具有良好流動性的爐渣。原料中參加溶劑的目的就是為了中和脈石和灰分中的酸性氧化物，形成高爐條件下能溶化并自由流動的低熔點化合物。爐渣的主要成分就是這4種

氧化物。用特殊礦石冶煉時根據(jù)不同的礦石種類還會有其它氧化物，如MnO、TiO2等，另外高爐渣中總是含有少量的FeO和硫化物。爐渣是多種金屬氧化物構(gòu)成的復(fù)雜硅酸鹽系，外加少量硫化物、碳化物等。除去原料條件特殊者外，一般爐渣成份的范圍為：CaO----35~44%；SiO2---32~42%;Al2O3--6~16%;MgO-----4~13%；以及少量的MnO、FeO及CaS等?！?〕高爐內(nèi)爐渣是怎樣生成的。1〕高爐造渣過程是伴隨著爐料的加熱和復(fù)原而產(chǎn)生的重要過程――物態(tài)變化和物理化學(xué)過程。鐵礦石在下降過程中，受到上升氣流的加熱，溫度不斷升高，其物態(tài)也不斷改變，使高爐內(nèi)形成不同的區(qū)域：塊狀帶、軟熔帶、滴落帶和下爐缸的渣鐵貯存區(qū)。2〕爐渣形成過程。塊狀帶內(nèi)固相反響形成低熔點化合物是造渣過程的開始，隨著溫度的升高，低熔點化合物中呈現(xiàn)少量液相，開始軟化黏結(jié)，在軟熔帶內(nèi)形成初渣，其特點是FeO和MnO含量高，堿度偏低，成分不均勻。從軟熔帶滴下后成為中間渣，在穿越滴落帶時中間渣的成分變化很大：FeO、MnO被復(fù)原而降低，溶劑的或高堿度燒結(jié)礦中的CaO的進(jìn)入使堿度升高，甚至超過終渣堿度，直到接近風(fēng)口中心線吸收隨煤氣上升的焦碳灰分，堿度才逐步降低，中間渣穿過焦柱后進(jìn)入爐缸集聚，在下爐缸渣鐵貯存區(qū)內(nèi)完成渣鐵反響，吸收脫硫產(chǎn)生的CaS和Si氧化的SiO2等成為終渣。〔3〕爐渣在高爐冶煉中的作用由于爐渣具有熔點低、密度小和不熔于生鐵的特點，高爐冶煉過程中渣、鐵才能得以別離，獲得純潔的生鐵，這是造渣過程的根本作用。另外還有以下幾方面的作用：1〕渣鐵之間進(jìn)行合金因素的復(fù)原及脫硫反響，起著控制渣鐵成分的作用；2〕爐渣的形成造成了高爐內(nèi)的軟熔帶及滴落帶，對爐內(nèi)的氣流分布及爐料的下降都有很大的影響，因此爐渣的性質(zhì)和數(shù)量對高爐操作直接產(chǎn)生作用；3〕爐渣黏附在爐墻上形成渣皮，起保護(hù)爐襯的作用，另一種情況又可能侵蝕爐襯，起破壞性作用，因此爐渣成分和性質(zhì)直接影響高爐壽命?！?〕爐渣的應(yīng)用液態(tài)爐渣用水急冷成水渣，可做水泥原料；液態(tài)爐渣用高壓蒸汽或高壓空氣吹成棉渣，可做絕熱保溫材料。液態(tài)爐渣用少量高壓水沖到一個旋轉(zhuǎn)的滾筒上急冷而成膨珠〔膨脹渣〕，是良好的保溫材料，也可做輕質(zhì)混凝土骨料。用爐渣可制成礦渣磚，或用干渣塊做鋪路材料。

七、高爐爐內(nèi)主要過程通過國內(nèi)外高爐解剖，按爐料物理狀態(tài)高爐內(nèi)大致分為五個區(qū)域或稱五個帶。1、塊狀帶在該區(qū)域爐料明顯地保持裝料時的分層狀態(tài)〔礦石層與焦炭層〕，沒有液態(tài)渣鐵。隨著爐料下降其層狀逐漸趨于水平，而且厚度逐漸變薄。2、軟熔帶礦石從開始軟化到完全熔化的區(qū)間稱為軟熔帶，它由許多固態(tài)焦炭層和粘接在一起的半融的礦石層組成。焦炭、礦石相間，層次清楚。由于礦石呈軟熔狀，透氣性極差。煤氣主要從焦炭層通過，向窗口一樣，因此稱為“焦窗〞。軟熔帶的上沿是軟化線〔即固相線〕，軟熔帶的下沿是熔化線〔即液相線〕，它與礦石的軟熔溫度區(qū)間是一致的。最高部位稱軟熔帶頂部，其底部與爐墻相聯(lián)，稱軟熔帶的根部。隨著原料與操作條件的變化，軟熔帶的形狀與位置都隨之改變。3、滴落帶軟熔帶以下是已熔化的渣鐵穿過固體焦炭空隙，象雨滴一樣滴落，故稱滴落帶。在滴落帶內(nèi)焦炭長時間處于根本穩(wěn)定狀態(tài)的區(qū)域稱“中心呆滯區(qū)〞〔死料柱〕。焦炭松動下降的區(qū)域稱活動性焦炭區(qū)。4、風(fēng)口帶風(fēng)口前在鼓風(fēng)動能作用下焦炭作盤旋運動的區(qū)域又稱“焦炭盤旋區(qū)〞，這個盤旋區(qū)中心呈半空狀態(tài)。該區(qū)內(nèi)焦炭燃燒，是高爐內(nèi)熱量和氣體復(fù)原劑的主要產(chǎn)地，也是高爐內(nèi)唯一存在的氧化性區(qū)域。5、渣鐵帶風(fēng)口以下即爐缸區(qū)域，主要是液態(tài)渣鐵以及浸入其中的焦炭。在鐵滴穿過渣層以及在渣鐵界面時最終完成必要的渣鐵反響，得到合格生鐵，并間斷地從渣、鐵口排出爐外。第二節(jié)高爐煉鐵的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)一、利用系數(shù)〔η〕利用系數(shù)一般指的是容積利用系數(shù),即高爐一立方米容積每日生產(chǎn)的合格煉鋼生鐵產(chǎn)量〔t/m3.d〕，是高爐一日的產(chǎn)量〔P〕與高爐容積〔V〕的比值。我國的利用系數(shù)按高爐有效容積計算，歐美用工作容積計算，分別稱為有效容積利用系數(shù)和工作容積利用系數(shù)。另外還有爐缸面積利用系數(shù),即單位一平方米爐缸面積每日生產(chǎn)的合格煉鋼生鐵產(chǎn)量，是高爐一日的產(chǎn)量〔P〕與高爐爐缸面積〔A〕的比值。例如:某公司3#高爐Vu=488m3,某天生產(chǎn)合格煉鋼生鐵1560噸，那么：利用系數(shù)＝1560／488＝3.2t/m3.d。

二、冶煉強(qiáng)度冶煉強(qiáng)度是冶煉過程強(qiáng)化的程度。分為焦炭冶煉強(qiáng)度和綜合冶煉強(qiáng)度，焦炭冶煉強(qiáng)度是一日一立方米高爐容積消耗的焦炭量〔t/m3.d〕，即高爐一日入爐的焦炭量〔Qk〕與高爐容積〔V〕的比值。一日一立方米高爐容積消耗的焦炭量和噴吹燃料的總和是綜合冶煉強(qiáng)度〔t/m3.d〕，即高爐一日入爐的焦炭量〔Qk〕與噴吹燃料量〔Q噴〕相加與高爐容積〔V〕的比值。三、

焦炭負(fù)荷指每批爐料中鐵礦石總量〔包括燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、天然塊礦和錳礦等〕〔Q礦〕與每批爐料中焦炭量〔Q焦〕的比值。

四、焦比〔K〕冶煉一噸合格生鐵所需的干焦量〔kg/t〕。

例如：公司1＃高爐某日生鐵總產(chǎn)量為630噸，其中出格鐵25噸，消耗焦炭280噸，焦炭水份W=10%,那么高爐入爐焦比為：280×〔1－10％〕／〔630－25〕＝605／252＝417kg/t五、煤比煤比是冶煉一噸合格生鐵所噴吹的煤粉量〔kg/t〕

六、綜合焦比

指生產(chǎn)每噸生鐵所消耗的干焦數(shù)量以及各種輔助燃料折算為干焦量的總和。綜合焦比＝〔干焦數(shù)量＋∑噴吹燃料×折算系數(shù)/合格生鐵產(chǎn)量。七、休風(fēng)率休風(fēng)率是高爐休風(fēng)停產(chǎn)時間占規(guī)定日歷作業(yè)時間的百分?jǐn)?shù)。所謂規(guī)定日歷作業(yè)時間是指日歷時間減去方案大、中修時間和封爐時間。八、生鐵合格率

指生鐵化學(xué)成份符合國家標(biāo)準(zhǔn)的總量占生鐵總產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)。

九、燃料比它是指冶煉一噸生鐵所消耗的干焦量與煤粉之和。十、高爐壽命

有兩種表示方法：1、一代爐齡，從開爐到大修停爐的時間。一般8年以下為低壽命，8－12年為中等，12年以上為長壽。2、一代爐齡中每立方米有效容積產(chǎn)鐵量。一般5000t/m3以下為低壽命，5000-8000t/m3為中等，8000t/m3以上為長壽。噴吹燃料現(xiàn)在我國主要是煤粉，為了降低焦比，目前世界各國普遍采用從高爐風(fēng)口噴入局部燃料以代替局部焦炭。1、焦炭的作用

焦炭在高爐中主要起四方面的作用

提供高爐冶煉所需的大局部熱量，高爐冶煉所消耗熱量的70％－80％來自燃料燃燒。(發(fā)熱劑)提供高爐冶煉所需的復(fù)原劑，焦炭中的碳及焦炭燃燒產(chǎn)生的一氧化碳是鐵及其它氧化物進(jìn)行復(fù)原的復(fù)原劑。高爐料柱的骨架，由于焦炭在高爐料柱中約占1/3-1/2的體積，而且焦炭在高爐條件下即不熔化也不軟化，它能在高爐中能起支持料柱、維持爐內(nèi)透氣的骨架作用。生