钢铁工业全套生产工艺和设备分析3

钢铁工业全套生产工艺和设备分析钢铁企业主要工艺流程：采矿→选矿→烧结/球团→炼铁→炼钢→热轧→冷轧→钢管；辅助生产工艺：焦化、制氧、燃气、自备电、动力。典型工艺流程工艺流程图炼焦主要是生产炼铁所需要的燃烧原料。主要工艺是将原煤碳化。生产工艺为：配煤、捣固、炼焦、湿熄焦及干熄焦、余热发电、回收、煤化工。配煤：配煤前将原煤经过破碎清俗称：洗煤。国内的煤炭有肥煤和瘦煤的说法、配煤是将两种煤按照一定燃烧值要求配比混匀捣固：将配比好的煤加入粘结剂用捣固机捣制成煤饼的形状。炼焦：国内目前的焦炉主要有3米、4米、6米、7米和7.63米焦炉。所谓的米数是指结碳室炉膛的高度。一般一座焦炉的孔数在55空左右。现今主流的焦炉都在6米及以上。焦炉技术最早由德国和日本引进，后为国内消化。熄焦：湿熄焦是在焦炭出炉后由熄焦车运到熄焦塔通过低水分熄焦工艺将红焦迅速熄灭。干熄焦是通过专门的熄焦工艺将红焦装入氮罐自然熄灭。余热发电：为干熄焦的配套设备，通过鼓风机将碳罐中氮气引向蒸汽发电机。回收及煤化工：炼焦过程中会产生大量的有毒气体及物质（硫磺、苯、氢、氖、煤焦油等），但是这些物质又是化工行业所不可缺少的原材料，所以为了环保和创收，回收及煤化工是焦化厂相当重要的一个环节。主要热工设备介绍：炼焦炉焦炉及其基础断面现代焦炉主要由炉顶区、炭化室、燃烧室、斜道区、蓄热室、烟道区（小烟道、分烟道、总烟道）、烟囪、基础平台和抵抗墙等部分组成，蓄热室以下为烟道与基础。炭化室与燃烧室相间布置，蓄热室位于其下方，内放格子砖以回收废热，斜道区位于蓄热室顶和燃烧室底之间，通过斜道使蓄热室与燃烧室相通，炭化室与燃烧室之上为炉顶，整座焦炉砌在坚固平整的钢筋混凝土基础上，烟道一端通过废气开闭器与蓄热室连接，另一端与烟囱连接口根据炉型不同，烟道设在基础内或基础两侧。以下分别加以介绍：1.1炭化室炭化室是煤隔绝空气干馏的地方，是由两侧炉墙、炉顶、炉底和两侧炉门合围起来的。炭化室的有效容积是装煤炼焦的有效空间部分;它等于炭化室有效长度、平均宽度及有效高度的乘积。炭化室的容积、宽度与孔数对焦炉生产能力、单位产品的投资及机械设备的利用率等均有重大影响。炭化室顶部还设有1个或2个上升管口，通过上升管、桥管与集气管相连。炭化室锥度：为了推焦顺利，焦侧宽度大于机侧宽度，两侧宽度之差叫做炭化室锥度。炭化室锥度随炭化室的长度不同而变化，炭化室越长，锥度越大。在长度不变的情况下，其锥度越大越有利于推焦。生产几十年的炉室，由于其墙面产生不同程度的变形，此时锥度大就比锥度小利于推焦，从而可以延长炉体寿命。1.2燃烧室双联式燃烧室每相邻火道连成一对，一个是上升气流，另一个是下降气流。双联火道结构具有加热均匀、气流阻力小、砌体强度高等优点，但异向气流接触面较多，结构较复杂，砖形多，我国大型焦炉均采用这种结构。每个燃烧室有28个或32个立火道。相邻两个为一对，组成双联火道结构。每对火道隔墙上部有跨越孔，下部除炉头一对火道外都有废气循环孔。砖煤气道顶部灯头砖稍高于废气循环孔的位置，使焦炉煤气火焰拉长，以改善焦炉高向加热均匀性和减少废气氮氧化物含量，还可防止产生短路。焦炉斜道区结构图1.3斜道区燃烧室与蓄热室相连接的通道称为斜道。斜道区位于炭化室及燃烧室下面、蓄热室上面，是焦炉加热系统的一个重要部位，进人燃烧室的焦炉煤气、空气及排出的废气均通过斜道，斜道区是连接蓄热室和燃烧室的通道区。由于通道多、压力差大，因此斜道区是焦炉中结构最复杂，异形砖最多，在严密性、尺寸精确性等方而要求最严格的部位。斜道出口处设有火焰调节砖及牛舌砖，更换不同厚度和高度的火焰调节砖，可以调节煤气和空气接触点的位置，以调节火焰高度。移动或更换不同厚度的牛舌砖可以调节进人火道空气。1.4蓄热室蓄热室位子斜道下部，通过斜道与燃烧室相通，是废气与空气进行热交换的部位。蓄热室预热煤气与空气时的气流称为上升气流，废气称为下降气流。在蓄热室里装有格子砖，当由立火道下降的炽热废气经过蓄热室时，其热量大部分被格子砖吸收，每隔一定时间进行换向，上升气流为冷空气，格子砖便将热量传递给冷空气。通过上升与下降气流的换向，不断进行热交换。1.5小烟道小烟道位于蓄热室的底部，是蓄热室连接废气盘的通道，上升气流时进冷空气，下降气流时汇集废气。1.6炉顶区炼焦炉炭化室盖顶砖以上的部位称为炉顶区，在该区有装煤孔、上升管孔、看火孔、烘炉孔、拉条沟等。烘炉孔是设在装煤孔，上升管座等处连接炭化室与燃烧室的通道。烘炉时，燃料在炭化室两封墙外的烘炉炉灶内燃烧后，废气经炭化室，烘炉孔进入燃烧室。烘炉结束后，用塞子砖堵死烘炉孔。焦炉炉顶1.7分烟道、总烟道、烟囱、焦炉基础平台蓄热室下部设有分烟道，来自各下降蓄热室的废气流经废气盘，分别汇集到机侧成焦侧分烟道，进而在炉组端部的总烟道汇合后导向烟囱根部，借烟囱抽力排人大气。烟道用钢筋混凝土浇灌制成，内砌勃土衬砖。分烟道与总烟道连接部位之前设有吸力自动调节翻板，总烟道与烟囱根部连接部位之前设有闸板，用以分别调节吸力。焦炉基础平台位于焦炉地基之上。位于炉体的底部，它支撑整个炉体，炉体设施和机械的重量，并把它传到地基上去。下喷式焦炉的基础结构型式烧结烧结机并不是一个机器，而是由几道工序组成的一个工程，烧结机主要工序组成由下面几部分：生石灰破碎室、煤（焦）粉破碎室、配料库、一次混合机室、二次混合机室、烧结机室、扎料器、热破机、筛分室等。烧结矿：将各种粉状铁，配入适宜的燃料和熔剂，均匀混合，然后放在烧结机点火烧结。在燃料燃烧产生高温和一系列物理化学变化作用下，部分混合料颗粒表面发生软化熔融，产生一定数量的液相，并润湿其它未融化的矿石颗粒。冷却后，液相将矿粉颗粒粘结成块。这一过程就是烧结，所得到的块矿叫烧结矿。球团矿：球团矿是细磨铁精矿或其它含铁粉料造块的又一方法。它是将精矿粉、熔剂（有时还有粘结剂和燃料）的混合物，在造球机中滚成直径8～15mm（用于炼钢则要大些）的生球，然后干燥、焙烧，固结成型，成为具有良好冶金性质的优良含铁原料，供给钢铁冶炼需要。球团矿生产的工艺流程一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序。烧结厂的单位为烧结机炉膛面积：xx平方烧结机，湖北新冶钢最大的烧结机为280平方米烧结机，年产入炉烧结矿3００万吨。小结：利用烧结熟料炼铁对于提高高炉利用系数、降低焦比、提高高炉透气性透液性保证高炉运行均有一定意义。烧结厂工艺简单主要的都是顺序控制加少量的皮带机。PLC居多变频器要少一些。不过作为高污染厂矿，该单位的除尘风机较多而且功率较大，可以应用中压变频器。再就是余热发电。炼铁将金属铁从含铁矿物（主要为铁的氧化物）中提炼出来的工艺过程，主要有高炉法，直接还原法，熔融还原法，等离子法。高炉炼铁是指把铁矿石和焦炭，一氧化碳，氢气等燃料及熔剂，装入高炉中冶炼,去掉杂质而得到金属铁（生铁）。由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大,劳动生产率高,能耗低，这种方法生产的铁占世界铁总产量的95％以上。高炉炼铁是指将烧结矿、球团矿以及焦炭和溶剂加入钟炉内炼制成铁水。高炉炼铁工艺流程图1．高炉炼铁系统主要包括：高炉本体和辅助系统（原料供应系统，送风系统，煤气净化系统，渣铁系统）。1）高炉：横断面为圆形的炼铁竖炉。用钢板作炉壳，壳内砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸5部分。高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂（石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶排出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉冶炼的主要产品是生铁，还有副产高炉渣和高炉煤气。高炉设备3）原料供应系统4）送风系统：高炉送风系统包括高炉鼓风机、冷风管路、热风炉、热风管路、风口以及管路上的各种阀门等。蓄热式热风炉由拱顶、燃烧室和蓄热室等几部分构成。蓄热式热风炉呈周期性工作，一个工作周期有燃烧期、送风期和切炉期三个过程。一般一座高炉有三至四座热风炉。热风围管及风口：由热风炉送出的热风通过热风总管送到高炉，再经热风围管和送风支管，将热风均匀的分配到每个风口，以便炉内焦炭和喷吹燃料进行燃烧。热风围管由钢结构本体、耐火内衬、吊挂装置和下部电葫芦单轨梁组成。风口装置主要由风口大套、风口中套和风口小套组成。热风炉是为高炉加热鼓风的设备，是现代高炉不可缺少的重要组成部分。提高风温可以通过提高煤气热值、优化热风炉及送风管道结构、预热煤气和助燃空气、改善热风炉操作等技术措施来实现。理论研究和生产实践表明，采用优化的热风炉结构、提高热风炉热效率、延长热风炉寿命是提高风温的有效途径。5）煤气净化系统6）渣铁系统2．高炉冶炼配料1）原料主要有铁矿石（天然富矿和人造富矿）、燃料（焦炭和喷吹燃料）、熔剂（石灰石与白云石等）。冶炼1t生铁大约需要1.6～2.0t矿石，0.4～0.6t焦炭，0.2～0.4t熔剂。高炉冶炼是连续生产过程，必须尽可能为其提供数量充足、品味高、强度好、粒度均匀粉末少、有害杂质少及性能稳定的原料。2）燃料焦炭的作用：发热剂、还原剂及料柱骨架。粒度：大型高炉40～60mm；中型高炉25～40mm；小型高炉15～5mm；喷吹燃料：固体（无烟煤与烟煤粉）液体（重油、煤焦油）气体（天然气或焦炉煤气）3）熔剂熔剂主要使用石灰石和白云石熔剂的要求：有效成分含量高（CaO+MgO）；有害杂质S、P低；粒度均匀，强度好，粉末少。熔剂的作用：助熔，改善流动性，使渣铁容易分离；脱硫（焦炭和矿石中S）。3.高炉冶炼过程及特点高炉炼铁的本质：传质过程：矿石中的O2-进入煤气中，实现铁与氧的分离。传热过程：煤气携带的热量传给炉料，使炉料熔化成渣铁，实现渣铁分离。高炉生产工艺流程示意图4.高炉生产主要技术经济指标1）有效容积利用系数：高炉每立方米有效容积每天生产的合格铁水量（t/m3·d）2）入炉焦比（K）：冶炼一吨生铁消耗的焦炭量（kg/t）3）煤比（或油比）：冶炼一吨生铁消耗的煤粉量或重油（kg/t）4）燃料比＝焦比＋煤比（或油比）5）冶炼强度：高炉每立方米有效容积每天消耗的（干）焦炭量（焦比一定的情况下）6）生铁合格率：生铁化学成分符合国家标准的总量占生铁总量的指标。7）休风率：高炉休风时间（不包括计划大、中、小修）占日历工作时间的百分数。规定的日历作业时间=日历时间-计划大中修及封炉时间休风率反映高炉操作及设备维护的水平。8）生铁成本：生产每吨合格生铁所需原料、燃料、材料、动力、人工等一切费用的总和，单位：元/tFe。9）炉龄（高炉一代寿命）：即从高炉点火开始到停炉大修之间实际运行的时间或产铁量。炉龄长，产铁多，经济效益高。转炉炼钢现代炼钢法：转炉炼钢法（空气转炉炼钢法、氧气转炉炼钢法、复合吹炼转炉炼钢）、电弧炉炼钢法、平炉炼钢法。根据炼钢工艺流程，转炉炼钢法可以把炼钢作业分为4部分：冶炼前的铁水预处理工序、铁水冶炼、钢水精炼、钢水浇铸。在铁水进入炼钢炉冶炼前，除去其中的某些有害成分或提取其中某些有益成分的工艺过程。可分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理。前者有铁水预脱硫，铁水预脱硅，铁水预脱磷；后者有铁水提钒，铁水提铌，铁水脱铬等。原理：铁水预处理是在原则上不外加热源的情况下，利用处理剂中活性物质和铁水中待脱除(或富集)元素进行快速反应，形成稳定的渣相而和铁水分离的过程。转炉炉体可转动，用于吹炼钢的冶金炉。1）硅（Si）硅是重要的发热元素，铁水中含Si量高，炉内的化学热增加，铁水中Si量增加0.10%，废钢的加入量可提高1.3%-1.5%。铁水含Si量高，渣量增加，有利于脱磷、脱硫。硅含量过高会使渣料和消耗增加，易引起喷溅，金属收得率降低，同时渣中过量的SiO2，也会加剧对炉衬的侵蚀，影响石灰渣化速度，延长吹炼时间。通常铁水中的硅含量为0.30%-0.60%为宜。2）