5 高炉炼铁工艺6高炉强化冶炼技术

1第五章高炉冶炼工艺2主要内容5.1高炉炼铁生产原则5.2高炉操作制度35.1高炉炼铁生产原则4各类因素之间关系的分析（1）产量和消耗之间的关系（2）效益与产量、消耗之间的关系（3）产量与高炉寿命、效益之间的关系（4）产量与质量之间的关系5三个技术经济指标间的关系（1）产量和消耗之间的关系高炉有效容积利用系数=冶炼强度/焦比铁焦焦铁ttKdmtIdmtv33)(6提高产量4条途径☆I不变，K↓☆K不变，I↑☆随I↑，K有所↓☆随I↑，K有所↑(一般不采用)对一个实际高炉而言存在与最低焦比相适宜的冶炼强度I适KIv7冶炼强度、焦比与有效容积利用系数之间的关系当I=I适时，K=Kmin;当I稍大于I适时，ηv=ηvmax。8冶炼强度和焦比的关系分析冶炼强度I低＜I适→鼓风量Q↓→鼓风动能E↓→煤气分布不均匀（边缘发展）→煤气热能、化学能利用不充分→焦比K↑。冶炼强度I↑→风量、煤气量↑→大大改善了煤气流分布和煤气与炉料之间的接触→煤气流的热能和化学能利用改善→间接还原↑，下部高温区热量的消耗↓→焦比↓。冶炼强度I＞I适→鼓风量Q↑→鼓风动能E↑→中心过吹或管道行程→炉况恶化、煤气热能、化学能利用不充分→焦比K↑。9适宜冶炼强度和焦比的关系高炉适宜的I适和Kmin取决于冶炼条件，随着高炉冶炼条件的改善，I适不断升高，而Kmin不断下降，使ηv不断增大。10（2）效益与产量、消耗之间的关系生铁最低成本在P0产量下获得，企业最大效益在P(P0)时获得。PP0，单位成本在PP0附近，升高幅度很小;单位生铁利润(C一S)减少的幅度小于产量(P)增加的幅度;A=P（C一S)仍可达到最大。11在钢铁的需求大于供给的情况下I=Imax(I适)时，利润最大。此时产量(P)最高；随P↑，单位成本中不随时间变化部分的费用总和↓；在K=f(I)的最低处，随I增大，K上升幅度不大;这时:多消耗的焦炭费用被节省下来的加工费用。在钢铁的需求小于供给的情况下I=I适(Imax)时，单位成本最低。原因：此时焦比最低；生铁供过于求。12（3）产量与高炉寿命、效益之间的关系产量↑↑，意味着冶炼强I↑↑高炉设备的寿命↓修理费用↑效益↓提高高炉寿命的对策采用高质量炉衬(碳砖、碳化硅砖等)优良的砌筑质量改进高炉冷却设备和采取先进的冷却技术采用钛炉渣护炉技术提高高炉的操作水平——精心操作，炉役后期的维护13（4）产量与质量之间的关系铁水质量的主要指标：铁水含硫量和铁水温度。脱硫反应能力↓加热不充分[s]↑T铁↓I过高时，炉料停留时间↓145.2高炉操作制度高炉四大基本操作制度装料制度送风制度造渣制度热制度高炉操作制度就是对炉况有决定性影响的一系列工艺参数的集合。作业：高炉四大基本操作制度15（1）装料制度炉料装入炉内方式的总称；不同炉料对煤气流的阻力有差异；炉料在高炉横截面上的分布状况影响煤气流的分布;煤气流分布直接影响矿石的下降、还原、软化熔融等。16一般来说炉料分布少的区域，或炉料中透气性好的焦炭分布多的区域，煤气流就大，相对地煤气中CO2含量就较低，煤气温度就较高，煤气流速也较快，反之亦然。因此在生产中只要有上述三个依据之一就可以判断。从煤气利用角度出发，炉料和煤气分布在炉子横断面上分布均匀，煤气对炉料的加热和还原就充分。但是从炉料下降，炉况顺行角度分析，则要求炉子边缘和中心气流适当发展。边缘气流适当发展有利于降低固体料柱与炉墙间的摩擦力，使炉子顺行；适当发展中心是使炉缸中心活跃的重要手段，也是炉况顺行的重要措施。生产者应根据各自的生产条件，选定适合于生产的煤气分布类型，然后应用炉料在炉喉分布规律，采用不同的装料制度来达到具体条件下的炉况顺行，煤气利用好的状态。17高炉炉顶装料设备钟式炉顶无钟炉顶18影响炉顶装料状况的因素固定因素布料设备参数1、布料器形式2、炉喉高度和直径3、大钟与炉喉间隙4、大钟倾角及速度5、无钟炉顶参数炉料特性堆比重、堆角、粒度、外形可变因素布料器工作参数料线高度料批大小装料顺序19控制炉内煤气流分布可变因素炉料装入炉内方式的总称装料制度又称为上部调剂或上部调节20不同炉料粒度的混合料散料堆中的粒度分布情况大块炉料易于滚落到堆角由于堆角处料层薄，相对透气性好；小块炉料则多集中在堆尖由于堆尖处料层厚，相对透气性差。炉料性质对布料的影响不同炉料粒度21大粒度的自然堆角小易于滚落到炉子中心小粒度的自然堆角大易于集中在炉子边缘同一粒度的炉料小粒度大粒度焦炭的实际堆角小，滚落到炉子中心的趋势大，中心气流相对发展。矿石的实际堆角大，集中在炉子边缘的趋势大，边缘气流相对抑制。炉料种类22①料线钟式炉顶——大钟在开启位置时的下沿至料面的垂直距离无钟炉顶——旋转溜槽在最小夹角时其出口至料面的垂直距离（或炉喉钢砖上沿到料面的垂直距离）高炉正常料线一般为1.0～1.5m。正常生产时高炉两尺相差应小于500mm。一般情况上料时应以浅尺为准。定义一般规定23料线高低对布料的影响在碰撞点以上(炉况正常)料线愈高，炉料堆尖离炉墙愈远发展边缘气流，抑制中心气流在碰撞点以下(炉况失常)炉料先与炉墙碰撞，布料混乱正常情况下：高料线压制中心气流；低料线压制边缘气流。24②炉料批重炉料是分批加入高炉的。每批矿石的重量称为矿石批重；每批焦炭的重量称为焦炭批重。25炉料批重对布料的影响大批重小批重矿石比焦炭的堆角大，当边缘堆到一定程度后，才能滑向中心；批重越大，滑向中心的矿石越多，边缘气流发展;大批重时，炉料分布较均匀，煤气利用率提高；批重过大时，煤气量波动大，不利于顺行。一般情况下大矿批压中心；小矿批压边缘。26定义：炉料中矿石和焦炭装入高炉内的先后次序称为装料顺序。一般而言，先入炉的料首先在炉墙边沿较多堆积到一定程度后才滚向中心。③装料顺序27装料顺序对布料的影响图示正装—先装矿石，后装焦炭；倒装—先装焦炭，后装矿石；同装—矿石和焦炭一起装入炉内；分装—矿石和焦炭分别装入炉内。中心气流发展正同装，正分装，倒分装，倒同装边缘气流发展28无料钟布料特征大中型高炉一般设置11个环位，每个环位对应一个倾角（α），由里向外倾角逐渐加大。布料时选择从外环某一个环位开始，逐渐向里环进行，可实现多种形式的布料。无料钟通过旋转溜槽可进行多环布料，易形成一个焦炭平台，即料面由平台和漏斗组成，通过平台形式调节中心焦炭量或矿石量，平台小，漏斗大，料面不稳定，平台大，漏斗小，中心气流受抑制。适宜平台宽度由实践确定。。无料钟通过旋转溜槽采用多环布料，可以形成两个以上的堆尖，小粒度的炉料可以布在较宽的范围内（主要集中在堆尖附近），在中心方向，由于滚动作用，还是大粒度居多。无料钟通过旋转溜槽布料料流小而面宽，布料时间长，矿石对焦炭的推移作用小，平台范围矿焦比稳定，层状比较清晰，利于稳定边缘气流。29无料钟布料方式（1）单环布料。单环布料控制比较简单，旋转溜槽只在一个指定的角度作旋转运动。其作用与钟式布料无太大的区别，但调节手段灵活（大钟布料是固定角度，而旋转溜槽倾角可以根据需要选定）。溜槽倾角越大，炉料越布向边缘。COaaCOaa当时，边缘焦炭增多，有利于发展边缘。当时，边缘矿石增多，加重边缘。30（2）螺旋布料。螺旋布料是无钟高炉最基本的布料方式。螺旋布料从外环某一个环位开始，逐渐向里环进行，炉料以一定形式在α11～1（大高炉）之间进行螺旋式的旋转布料。每批料还可根据批重的大小分成数个等份（大高炉一般为14～16份，中型高炉可分成8～12份），每个倾角上的份数根据气流分布情况确定。如发展边缘煤气流，可增加高倾角位置焦炭份数，或较少高倾角位置矿石份数，否则相反。31（3）扇形布料。这种布料方式为手动操作。布料时可在6个预选水平旋转角度中根据炉况需要在0、60、120、180、240、3600六个水平旋转角（β）中选择其一为中心线，由手动操作形成扇形布料，以处理煤气流分布失常。（4）定点布料。定点布料要同时固定角α和β，炉料落在炉喉断面需要的位置，这是一种调剂特殊炉况堵塞管道的手段，只能短时间选用，选用定点布料时，应适当减轻负荷10%～15%。32装料制度的调节高炉日常生产中，生产条件总有波动，有时甚至变化还很大，从而影响炉况波动和煤气流分布的失常。需要及时调整装料制度，改善炉料和软熔带透气性，保持边缘与中心两股气流，以减少炉况波动与失常。（1）原燃料条件变化原燃料条件变差，特别是粉末增多，出现气流分布和温度失常，应及时改用边缘与中心均较发展的装料制度。原料条件改善，顺行状况好时，可适当扩大批重和加重边缘。（2）冶炼强度变化由于某种原因被迫降低冶炼强度时，除适当缩小风口面积，上部要采用较为发展边缘的装料制度，同时要相应缩小批重。33（3）装料制度与送风制度相适应当风速低、回旋区较小，炉缸煤气分布边缘较多时，不宜采用过分加重边缘的装料制度，应适当加重边缘的同时疏导中心气流。可缩小批重，维持两股气流。若下部风速高，回旋区大，炉缸边缘煤气流较少时，也不宜采用过分加重中心的装料制度，应适当疏导边缘，然后扩大批重相应增加中心负荷。（4）临时改变装料制度的调节炉况难行、休风后送风、低料线下达时，可临时改变若干批强烈发展边缘的装料制度，以防崩料和悬料。34（2）送风制度通过风口向炉内鼓风的各种控制参数的总称。包括：风温、风中含氧量、风压、风口直径、喷吹量等参数。影响炉内原始煤气流的分布。35送风制度控制原始煤气流分布又称之为:下部调剂或下部调节（一般：下部调剂的反应较快）上部和下部调节相配合煤气分布的最佳状态通过改变鼓风动能可实现对原始煤气的分布的调节。36适宜的鼓风动能与高炉炉缸直径的关系37原燃料条件差的应保持较低的E，取表中的低值，而原燃料条件好的则需要较大的E以维持合理的燃烧带，取表中的高值。(式中d—炉缸直径，m；L—循环区的深度,m)。炉缸风口循环区圆环AAdLddn222)2(日本:适宜的燃烧带深度大型高炉的n值应选在0.5左右。中小型高炉n值宜选大些。喷吹燃料以后，喷吹的燃料在离开喷枪后在直吹管至风口端的距离内已部分燃烧，它的体积和温度都比原鼓风的增加较多，鼓风动能增大，为维持合适的鼓风动能，风口而积应相扩大。38调节送风制度应遵循的原则（1）固定适宜的风口面积，在一定冶炼条件下，每座高炉都有适宜的冶炼强度和适宜鼓风动能的对应曲线，一般情况下风口面积不宜经常变动。生产条件变化较大时，可根据变化因素对炉况影响的大小进行适当调整。（2）在原燃料条件波动不大的情况下，操作中应该稳定风量、稳定风压、稳定压差。特别当原、燃料质量变差（强度降低，粉末增加），风压不稳时，不能强行加风。39（3）在喷吹燃料时，风温应充分利用，用喷吹燃料量调节炉温。如果炉温急剧向热并有悬料的征兆时，撤风温时必须一次到位。恢复风温时要视炉温和炉况接受能力逐步地加回到需要水平。如果炉况应变能力较低，原则上每小时不超过50℃，换炉前后控制风温波动不超过30℃。（4）调节的原则是早动、少动，以保持炉况的长期稳定顺行。因此，对炉况的发展趋势和变化幅度要有预见性，避免根据出渣出铁的状态再进行调节，这种滞后调节会造成炉况周期性的波动。40（3）造渣制度★控制炉渣各种理化性能的总称熔化温度、熔化性温度、粘度、炉渣成分、熔化滴落区间、脱硫性、排碱性、表面性能等包括控制造渣过程和终渣性能使炉渣具有良好的热稳定性和化学稳定性以保证良好的炉缸热状态和合理的渣铁温度，以及控制好生铁成分。合理炉料结构就是要将这些性能合理搭配，使软熔带宽度和位置合理，料柱透气性良好，煤气流分布合理。41含氟炉渣的特点熔化温度很低，一般为1170～1250℃，比普通炉渣低100～200℃。易熔易凝的“短渣”，粘度—温度曲线中拐弯处温度区间很小，一般在50℃左右，高炉很容易结瘤。含氟渣粘度很小。炉渣碱度对粘度影响小。含氟渣有利于脱硫。含氟渣对硅铝质耐火材料有强烈的侵蚀作用。2CaF2+SiO2=2CaO+SiF4↑;3CaF2+Al2O3=3CaO+2AlF3↑