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3高炉炼铁工艺3.1高炉炼铁生产的原则3.2高炉操作制度3.3高炉炼铁过程的强化（精料、高压、高风温、喷吹燃料、富氧和综合鼓风、加湿与脱湿鼓风）本章内容铁矿（烧结矿、球团矿及块矿）焦炭熔剂（石灰石、白云石）其他高炉除尘高炉煤气铁水高炉渣热风炉喷吹燃料引言高炉炼铁工艺概述高炉炼铁物料系统炉料：铁矿（块矿，烧结矿，球团矿）熔剂：少焦炭鼓风：热风－热风炉1100－1250℃富氧－O2增湿－水蒸气喷吹料－煤，天然气，重油从炉顶加入从炉下部加入3.1高炉炼铁生产的原则优质，低耗，高产，长寿，高效益焦点问题：如何提高产量及焦比和产量的关系产量、冶炼强度和焦比之间的关系生产原则利用系数、冶炼强度和焦比之间的关系KIV/提高利用系数的途径①冶炼强度保持不变，不断地降低焦比②焦比保持不变，冶炼强度逐步提高③随着冶炼强度的逐步提高，焦比有所降低④随着冶炼强度的提高，焦比也有所上升，但焦比上升的幅度不如冶炼强度增长的幅度大（一般不采用）冶炼强度对焦比的影响是高炉增产的关键冶炼强度与产量(1)和焦比(2)的关系a一美国资料；b一西德资料；c一苏联资料冶炼强度与焦比的关系冶炼强度过低，煤气流速低，煤气热能和化学能利用不充分，直接还原度升高，焦比升高冶炼强度提高，煤气热能和化学能利用改善，间接还原发展，焦比下降冶炼强度超过适宜值，煤气流速过大，导致炉缸中心过吹或管道行程，炉内压差升高，导致炉况恶化，焦比升高生产上焦比与冶炼强度呈最小值特征，产量与冶炼强度呈最大值特征。但产量的峰值位置高于焦比对于实际高炉而言，存在着一个与最低焦比相适应的冶炼强度适宜冶炼强度随冶炼条件的改善不断增大的，对应的最低焦比也将进一步下降不同冶炼条件下的冶炼强度(I)与焦比(K)的关系效益与产量、消耗之间的关系企业最大效益的获取日产量(P)对产品成本(S)和生产盈利性的影响(C-出厂价格)生铁最低成本在产量P0下获得，企业最大效益在P/（＞P0）时获得钢铁市场需求大于供给，应在略高于适宜冶炼强度下（对应产量P/）组织生产钢铁市场需求小于供给，应在单位生铁成本最低的冶炼强度下（对应产量P0）组织生产产量与高炉寿命、效益之间的关系提高高炉寿命的对策采用高质量炉衬改进高炉冷却设备和采取先进冷却技术采用钒钛炉渣护炉技术提高操作水平产量提高冶炼强度提高高炉设备寿命缩短修理费用提高效益下降产量与高炉寿命、效益之间的关系生铁质量指标：[S]，铁水温度提高产量，冶炼强度过高，炉料停留时间减少，脱硫反应能力下降，铁水加热不充分，将导致铁水[S]升高，温度下降3.2高炉操作制度高炉操作制度装料制度上部调节下部调节送风制度造渣及热制度物料平衡及热平衡计算3.2.1装料制度装料制度是指炉料装入炉内方式的总称，它决定着炉料在高炉内的分布状况，直接影响高炉上部煤气流的分布，间接影响炉料下降状况、煤气利用程度和软熔带的位置和形状。炉料的种类、粒度、堆密度和自然堆积角等因素影响其在炉内的分布状况天然矿石堆密度大、滚动性差、堆角大，相对地在炉内边缘堆得多；烧结矿疏松多孔，堆密度小，同等重量的体积大，炉内分布面宽，相对地减少了边缘堆积量；球团矿形状整齐呈球形，堆角小易滚到中心；焦炭与烧结矿类似；熔剂尽量布放到中心，防止边缘生成高粘度初渣，使炉墙结厚。装料制度及其在高炉冶炼过程中的意义炉料在炉内的分布状况对煤气流分布的影响焦炭与矿石比较焦炭集中的地方，透气性好，阻力小，通过的煤气多；大块与小块比较大块集中的地方，透气性好，阻力小，通过的煤气多；料层厚度料层薄的地方，阻力小，通过的煤气多；炉料偏析状况在炉料堆角处，大块多，阻力小，通过的煤气多；在堆尖处，小块和粉末多，阻力大，通过的煤气少。炉料和煤气在炉子横截面上分布均匀，有利于煤气对炉料的加热和还原，有利于提高煤气利用率。从炉料下降角度，边缘煤气流适当发展，有利于降低固体料柱与炉墙的摩擦力，使炉子顺行。从炉况顺行角度，要求适当发展中心煤气流，以活跃炉缸中心。上部调节：通过选择装料制度，以控制煤气流分布的一系列操作措施。上部调节的依据炉喉处煤气中CO2分布煤气温度分布煤气流速分布反映了料柱透气性，煤气与矿石之间接触是否良好，间接还原反应是否进行得充分沿径向理想的气流速度分布及相应的矿/焦层厚度比值分布（日本）装料要求漏斗型圆周上均匀分布堆尖位置可调高炉装料系统典型双钟炉顶装料设备总图1－料面；2－大钟；3－探料尺，4－煤气上升管5－布料器，6－大钟均压阀7－受料漏斗；8－料车；9－均压煤气管；10－料钟吊架；11－绳轮；12－平衡杆；13－放散阀；14－大气阀双钟式系统：传统的高炉装料系统，1907年美国马基公司设计工作制度一般采用60°一站的六点布料法。即－批炉料各车的堆尖位置同布在－个点上，然后旋转60°，再布下一批料，这样可使炉料在炉喉的堆尖呈螺旋式均匀分布。这种布料器由于有定点的功能，可通过选定位置布料以消除管道与偏行。还有－种快速布料器，它－般以20r/min的速度旋转，消除堆尖偏析炉料堆尖位置分布循环图炉料在小料斗中的分布1－料车，2－细料区，3块料区①炉料在小料斗内分布不均匀，这种不均匀性，在炉料下到大料斗内及随后下到炉内时依然存在。②炉料在炉喉内按一定堆角分布随着高炉容积扩大，炉喉直径变大，矿石可能很少或根本布不到高炉中心③在低压高炉上使用时密封性较好；炉顶压力在1.5公斤/厘米2以上时，密封性较差。④大钟寿命较短，更换困难，不能适应现代高炉需要。马基式布料器的不足：大钟与炉喉间隙：在料面高度－定时，间隙越大，入炉料的堆尖与炉墙的距离也越大，促使矿石滚向中心大钟倾角：不同倾角会引起炉料从大钟下降的轨迹变化。当炉料物理性质不变时，角度越小，炉料下降的抛物线轨迹越平坦，原料堆尖越靠近炉墙。一般大钟倾角都固定为53°马基式布料器的影响因素可调炉喉在炉喉部位安装以机械形式调节炉喉直径的挡板，当某种炉料需要更多地布向炉中心时，即将护板向内推进。活动炉喉板是对传统料钟式装料系统的改良，不能从根本上改变其调节范围小、调节手段不够灵活有效的根本缺陷图6－9日本钢管式活动炉喉板示意图1一炉喉板；2一油压缸；3一限位开关；4一炉喉板导轨无料钟装料系统：由卢森堡的P.W.公司发明，1972年投入使用无料钟炉顶1－受料漏斗；2－液压缸；3－上密封阀；4－料仓，5－放散管，6－均压管，7－波纹管弹性密封；8－电子秤；9－节流阀；10－下密封闭；11－气封漏斗；12－波纹管；13－均压煤气或氮气；14－溜槽，15－布料器传动气密箱；16－中心喉管；17－蒸气管溜槽长短是固定的，改变倾角就等于改变钟式布料的大料钟与炉喉间隙和大料钟倾角两个因素的作用，所以，溜槽角度越大，炉料越容易推到边缘，反之则容易推到中心，另外，还可通过边下料边改变倾角来实现多环布料、螺旋布料，达到合理分布炉料的目的工作制度a.环形布料b.螺旋布料或布进式同心圆布料c.定点布料d.扇形布料依靠旋转溜槽倾斜角的变化，及其在水平的炉喉截面上运动方位角的调节，能将炉料分布在炉内任何所希望的部位有利于提高炉顶压力，为高压操作创造条件优点常见的布料方式：装料制度对布料和煤气流分布的影响批重当批重大于临界批重时,矿石布向中心较多，加重中心；过大则中心、边缘均加重；当批重小于临界批重时,矿石布不到中心，此时，随批重增加而加重边缘或作用不明显生产上可供选择的装料制度内容有：批重、装料顺序、料线和高炉装料系统的布料功能变动等高炉喷吹燃料后，保持焦批不动，扩大矿石批重，以保持焦窗面积炉喉直径/d/m2.53.54.75.86.77.38.29.811高炉容积/m3100250600100015002000300040005000矿石批重/t＞4＞7＞11.5＞17＞24＞30＞37＞56＞76.8矿石在炉喉平均厚度/m0.510.460.410.400.430.450.440.460.51焦炭层平均厚度/m0.650.590.440.430.460.480.470.490.54高炉合理批重范围（刘云彩）批重适宜值的确定：前苏联：Y焦＝250＋0.1222Vu我国：W矿=0.43d12+0.02d13日本：W焦=(0.03～0.04)d13Y焦＝450＋(0.088750.125)Vu料线钟式高炉，以大钟最大行程的大钟下沿为零点，无料钟式高炉，以溜槽下端为零点，从零点到炉内料面的距离料线对布料的影响料线的高低，可以改变炉料堆尖位置与炉墙的距离。一般选用料线在碰撞点(面)以上，并保证加完一批料后仍有0.5m以上的余量；以免影响大钟或溜槽的动作，损坏设备。不同料线时炉料堆尖的位置装料顺序是指以皮料中矿石和焦炭进入高炉的顺序按炉料入炉顺序可分为：正装：一批料中矿石在先，焦炭在后；倒装：一批料中焦炭在先，矿石在后；同装：一批料中矿石和焦炭只开一次大钟，同时装入炉内；分装：矿石和焦炭分开两次入炉；混同装：一批料中前后都有焦炭；装料顺序I-正同装(实线)或正分装(虚线)；Ll-倒同装(实线)或倒分装(虚线)在料线高低、批重大小一定的情况下，主要靠炉料装入炉内的先后次序来控制炉料在炉喉内的分布先落入炉的料一般靠近炉墙多，后入炉的料沿已形成的料面斜坡滚向中心较多装料顺序名称料钟式高炉加重中心、边缘程度料罐式高炉正同装PPKK↓边缘PK↓正分装PP↓KK↓P↓K↓混同装KPPK↓PKPK↓KPKP↓PKKP↓倒分装KK↓PP↓K↓P↓倒同装KKPP↓中心KP↓高炉基本装料顺行矿石与焦炭的堆角和粒度：a焦炭的堆角小于矿石的堆角，上述规律适用，焦炭的堆角大于矿石的堆角，则反常b矿石性质：矿石粒度小，滚动好，加重中心一般，无料钟式高炉装料顺序对煤气流分布的调节作用不如料钟式高炉。但批重的影响，无论对何种装料设备的高炉都大问题：1、什么是上部调节？上部调节的依据有哪些？2、高炉装料系统有哪几种？说明其影响因素及工作制度。3、生产上可供选择的装料制度内容有哪些？举其中一例说明其对布料和煤气流分布的影响。3.2.2送风制度送风制度及其在高炉冶炼中的作用上下部调节相配合，是组织最佳的煤气流动状态的关键。下部调节的效果较上部调节快而有效送风制度：是指通过风口向炉内鼓风的各种控制参数的总称下部调节：调节上述诸参数以及随鼓风喷射入炉内的辅助燃料(油、煤粉或天然气等)的种类及数量统称为“下部调节”在高炉冶炼中的作用：送风制度是影响煤气在炉下部分布状态的决定性因素。选择合理的鼓风参数，可使原始煤气气流分布合理、炉缸圆周工作均匀、热量充足、工作活跃，是保证高炉稳定顺行、高产、优质、低耗的重要条件送风制度包括鼓风量、风中含氧及含湿量、风温、风压，风口直径、风口中心线与水平的倾角，风口端伸入炉内的长度等。由此又确定了两个重要的鼓风参数，即风速和鼓风动能送风制度的一般数据：热风温度：1100～1250℃风口数目：15～40个。风鼓入高炉的速度：200－300米/秒；风口内径：15～20cm，风口伸入炉内：30cm；鼓风压力：2～4个大气压，回旋区往炉内延伸：约l一2米；回旋区风速：～10m/s。送风制度的影响因素鼓风动能的确定：200])736760(760273)273([21PtSnQngQE适宜的鼓风动能与炉缸直径、原燃料条件和冶炼强度有关与炉缸直径的关系高炉容积/m3100300600100015002000250030004000炉缸直径/d/m2.94.76.07.28.69.811.011.813.5鼓风动能/E/kN.m.S-114.4-30.024.5-39.534.5-49.039.5-59.049.0-68.559.0-78.568.5-98.088.0-108.0108.0-137.5与原燃料条件的关系原燃料条件差，应保持较低的E值，原燃料条件好，应保持较高的E值。E值增大，燃烧带扩大，边缘气流减少，中心气流增强。日本用系数n来衡量大型高炉适宜的燃烧带深度：喷吹燃料后，精确计算E值困难，我国