第3章_高炉炼铁设备

冶金概论GeneralDiscussionofMetallurgy3.高炉炼铁ChapterIII：BlastFurnaceIronmaking3.1高炉炼铁基本概念高炉炼铁高炉炼铁是为炼钢提供铁原料的主要方法高炉在钢铁联合企业中的地位高炉炼铁基本概念3.1高炉炼铁高炉原料铁矿石熔剂其他含铁代用品•天然块矿•人造富矿烧结矿球团矿•碱性熔剂—石灰、石灰石、白云石•酸性熔剂—硅石•特殊熔剂—萤石•高炉、转炉炉尘•残铁•轧钢铁皮•硫酸渣高炉炼铁基本概念3.1高炉炼铁高炉燃料固体燃料气体燃料焦炭煤粉焦炉煤气高炉煤气用于高炉本体用于热风炉高炉炼铁基本概念3.1高炉炼铁高炉炼铁基本概念3.1高炉炼铁高炉内型是用耐火材料砌筑而成的，供高炉冶炼的内部空间的轮廓。炉喉Throat炉身Shaft高炉本体炉腰Belly炉腹Bosh炉缸Hearth风口Tuyere铁口Taphole渣口Slagtaphole高炉有效容积代表高炉的大小或生产能力高炉炼铁基本概念3.1高炉炼铁荷兰CorusIjmuiden钢铁公司高炉发展高炉编号1234567大小建成年份1924192619301958196119671972炉缸直径/m5.65.65.98.59.011.013.8工作容积/m35195195981413149223283790初期产量(t/d)2802803601380170030005000当前/最终产量(t/d)10001000110035003700700010500拆除年份19741974199119971997上一次大修20021991高炉炼铁基本概念3.1高炉炼铁高炉生产主要技术经济指标1、有效容积利用系数(ηu)•定义：每立方米高炉有效容积每天生产的铁水量[t/(m3·d)]•大型和超大型高炉ηu=2.5~2.8t/(m3·d)2、焦比(K)•定义：高炉冶炼每吨生铁消耗的焦炭量(kg/t)•我国焦比为250~650kg/t3、煤比(M)•定义：高炉冶炼每吨生铁向高炉喷吹的煤粉量(kg/t)•我国煤比为50~250kg/t4、燃料比(焦比＋煤比)•定义：高炉冶炼每吨生铁所消耗的固体燃料的总和(kg/t)•我国燃料比为450~700kg/t高炉炼铁基本概念3.1高炉炼铁5、综合焦比(K∑)•定义：将喷入高炉的煤粉折算成相应数量的焦炭后计算的焦比(kg/t)•煤粉置换比通常小于1.0，一般在0.75~0.90之间6、冶炼强度(I)•定义：每立方米高炉有效容积每天消耗的(干)焦炭量[t/(m3·d)]•一般为0.8~1.0t/(m3·d)7、综合冶炼强度(I∑)•定义：将喷入高炉的煤粉折算成相应数量的焦炭后计算的冶炼强度[t/(m3·d)]•大型或超大型高炉达到1.2~1.6t/(m3·d)高炉炼铁基本概念3.1高炉炼铁高炉有效容积利用系数=冶炼强度/焦比8、工序能耗•Ci=(燃料消耗+动力消耗-回收二次能源)/产品产量(吨标准煤/t)•1kg标准煤的发热量为7000千卡(29310kJ)2009年1~5月全国重点钢铁企业高炉燃料比为518kg/t，热风温度为1158℃，炼铁工序能耗为413.30kg标准煤/t，入炉焦比为374kg/t，喷煤比为144kg/t。高炉炼铁基本概念3.1例题：某高炉容积2000m3，年产150万吨炼钢生铁，消耗60万吨焦炭，每吨生铁喷吹煤粉150kg，置换比为0.9，计算高炉有效容积利用系数、焦比、燃料比、综合焦比及冶炼强度各为多少？答案：利用系数：2.05t/m3·d焦比：400kg/tFe燃料比：550kg/tFe综合焦比：535kg/tFe冶炼强度：0.822t/m3·d高炉炼铁高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁3.2.1高炉本体(BlastFurnaceBody)钢结构炉衬冷却设备送风装置检测仪器设备高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁由四根支柱和多层横向拉杆组成。上至炉顶平台，下接高炉基础，与高炉中心成对称布置。钢结构：包括炉体支承结构和炉壳高强度钢板焊接而成，起承重、密封煤气和固定冷却器的作用。动画视频高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁炉衬：由耐火砖砌筑而成炉衬寿命将随着冶炼条件而变，但最薄弱的环节应在炉底（含炉缸）和炉身。高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁冷却设备：降低炉衬温度，提高炉衬材料抗机械、化学和热产生的侵蚀能力，使炉衬材料处于良好的服役状态。光面冷却壁镶砖冷却壁用于冷却炉缸和炉底炭砖用于冷却炉腹、炉腰和炉身各部位的炉衬高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁冷却板纯铜制造，安装时水平插入炉衬砖层中，对炉衬具有一定的支托作用。风口Tuyere纯铜制造，由大套、中套和小套组成。鼓风进入炉缸的入口动画视频高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁送风装置热风围管BustlePipe送风支管BlastPipe热风围管与连接热风炉的热风总管相连，在热风围管上均匀分布着数十套送风支管。高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁3.2.2炉顶装料设备(ChargingEquipment)双钟炉顶(DoubleBellCharging)打开小料钟，炉料落入大料斗内。开大钟均压阀，使大料钟上下压力一致。打开大料钟，将炉料布入炉内。动画视频高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁无钟炉顶(Bell-lessTopCharging)采用可任意改变倾角的旋转溜槽完成布料任务。可实现单环、多环、螺旋、定点、扇形布料方式。动画视频高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁3.2.3热风炉(HotStove)任务：向高炉连续不断地输送温度高达1100~1300℃的热风。按结构形式分类内燃式Internalcombustiontype顶燃式Topcombustiontype外燃式Externalcombustiontype高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁蓄热式热风炉的构成(以外燃式为例)燃烧室蓄热室烘顶储存煤气燃烧产生的大量热量煤气燃烧产生热量的空间高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁工作过程：燃烧期换炉送风期3~4座热风炉交替进行燃烧和送风作业，向高炉连续不断地输送高温鼓风。动画视频高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁3.2.4煤气系统(BFGSystem)煤气引导管道除尘设备余压发电顶压调节高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁粗除尘重力除尘器在高炉煤气除尘系统中用的最普遍。重力除尘器可以除去粒径大于30μm的大颗粒灰尘，除尘率可达80%，出口的煤气含尘量为2~10g/m3。重力除尘器动画视频高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁精除尘(湿法)文氏管收缩管喉口扩张管文氏管除尘器除去粉尘的同时，也使煤气流得到冷却。动画视频高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁精除尘(干法)布袋除尘布袋房集尘仓进出气孔反清仓管道动画视频高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁3.2.5渣铁处理(TreatmentofSlagandIron)由高炉炉缸排出的渣铁经出铁场的主沟上的渣铁分离器分开，铁水经摆动流咀装入鱼雷罐车运到炼钢厂炼钢。炉渣则进一步处理变成水渣或干渣。大型高炉每天出铁12次以上高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁渣铁分离器保证渣铁分离的装置。其所以能够将炉渣在大闸前从侧面的渣沟排出，是由于渣沟底面高于大闸后的小坝。动画视频高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁因巴(INBA)设备投资费用大，但技术上最为成熟，实际应用的高炉较多。水渣处理动画视频高炉炼铁工艺设备3.2高炉炼铁练习：请将图中高炉的不同部分放在正确的位置高炉冶炼原理3.3高炉炼铁炼铁生产流程炉顶装料风口鼓风炉内熔炼定期排渣铁煤气溢出高炉冶炼原理3.3高炉炼铁块状带：t1100-1200℃，矿石和焦炭呈有规律的分层分布软融带：t在1200-1400℃，由熔融的矿石层和固态的焦炭层组成滴落带：液态渣铁不断向下滴落，焦炭起支撑料柱的作用风口回旋区：焦炭燃烧，产生空间使炉料下降死料柱：填充在炉缸内的焦炭，更新缓慢高炉内部炉料分布高炉冶炼原理3.3高炉炼铁高炉铁氧化物的还原反应目的：从铁氧化物中还原出金属铁，是高炉冶炼最基本的化学反应。还原剂：固体还原剂焦炭气体还原剂CO和H2还原顺序：t570℃Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fet570℃Fe2O3→Fe3O4→Fet=570℃FeXO→Fe3O4＋α-Fe风口回旋区的燃烧反应用CO、H2作还原剂的还原反应(间接还原)高炉炼铁Fe-O-C和Fe-O-H体系中平衡气相组成高炉炼铁高炉炼铁用固体碳还原氧化铁(直接还原)C的直接还原均为吸热反应高炉炼铁用固体碳直接还原铁氧化物的衡状态图解直接还原与间接还原区域分界线高炉炼铁间接剧烈熔损温度直接开始熔损温度间接+直接＜1000℃区域(上部)只有间接还原1000℃区域(中部)直接还原开始熔损及水煤气反应剧烈进行的区域(下部)间接还原消失Fe2O3Fe3O4FeOFe间接间接间+直