炼铁工艺

炼铁工艺汇报2010年11月15日汇报内容•炼铁的一些基础性概念•炼铁工艺流程炼铁的一些基础性概念•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。•高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（1000～1300摄氏度），喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。炼铁概念炼铁原料炼铁过程炼铁产品炼铁的一些基础性概念高炉是一种竖炉型逆流式反应器。高炉冶炼用的铁矿石和燃料、熔剂等由炉顶的装料设备装入炉内的，并向下运动；从下部鼓入的空气燃烧燃料，产生大量的高温还原性气体向上运动；炉料经过加热、还原、熔化、滴落、造渣、渗碳、脱硫等一系列物理化学过程，最终生成液态炉渣和生铁。炉渣和生铁定期通过铁口外排。通过炉前撇渣器进行渣铁分离，铁水通过鱼雷罐运到炼钢或铸铁。炉渣经过水淬后，输送到渣场。炼铁概念炼铁原料炼铁过程炼铁产品炼铁的一些基础性概念铁矿石铁矿石种类:铁矿石分为天然矿和人造富矿。天然矿按铁氧化物的主要矿物形态，分为赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿和菱铁矿等。炼铁常用的天然矿有澳矿、印度矿等。锰矿一般在洗炉、生产锰铁时才使用,在高炉开炉时为改善渣铁流动性，也加入一部分锰矿。烧结矿和球团矿统称人造富矿，人造富矿的出现解决了精矿粉、富粉矿的利用问题,同时用人工手段改变矿石的冶炼性能,所以人造富矿优于天然矿。烧结矿一般为碱性，球团矿为酸性，通过烧结矿和球团矿搭配入炉形成合适的炉渣碱度。铁矿石代用品:高炉炉尘、转炉炉尘、轧钢皮等，这些原料均要加入人造富矿原料中使用。对铁矿石的质量要求:贯彻精料方针，可概括为：“高、熟、净、小、匀、稳”六个字。炼铁工作者经过长期的生产实践总结出“七分原料三分操作”或“四分原料三分设备三分操作”说明精料对高炉生产决定性影响。炼铁概念炼铁原料炼铁过程炼铁产品炼铁的一些基础性概念燃料:主要有焦炭和煤粉，煤粉分无烟煤和烟煤。焦炭在高炉中主要作用◆提供高炉冶炼所需的大部分热量。高炉冶炼所消耗热量的70％－80％来自燃料燃烧。◆提供高炉冶炼所需的还原剂。焦炭中的碳及焦炭燃烧产生的一氧化碳是铁及其它氧化物进行还原的还原剂。◆高炉料柱的骨架。由于焦炭在高炉料柱中约占1/3-1/2的体积，而且焦炭在高炉条件下即不熔化也不软化，它能在高炉中能起支持料柱、维持炉内透气的骨架作用。◆生铁形成过程中渗碳的碳源。由于煤粉不能形成料柱骨架，所以喷煤不能完全替代焦炭使用。对焦炭的质量要求:灰分要低，固定碳含量要高；含硫等有害杂质少；机械强度要高，粒度要均匀、粉末要少；成分稳定，反应性要低，抗碱性要强。对煤的质量要求:灰分要低，固定碳含量要高；含硫等有害杂质少；发热量要高；煤的燃烧性要好；可磨性要好。炼铁概念炼铁原料炼铁过程炼铁产品炼铁的一些基础性概念熔剂由于高炉造渣的需要，入炉中常需配加一定数量的助熔剂，简称熔剂。由于目前高炉采用大部分人造富矿冶炼，熔剂在烧结生产时已添加到烧结矿中，形成碱性烧结矿，高炉一般不需单独吃熔剂。Ⅰ熔剂种类主要有石灰石（CaO3)、白云石[Ca(MgO)CO3]、硅石(SiO2))、萤石(CaF2)。高炉开炉时，为了平衡碱度及增加渣量，吃一部分灰石和硅石。萤石只有需要洗炉时才使用。Ⅱ对熔剂的要求有效成分(CaO+MgO)含量高;熔剂中S、P杂质要少。炼铁概念炼铁原料炼铁过程炼铁产品炼铁的一些基础性概念•干燥和预热（常温～200℃）水分蒸发，吸附在煤的气孔中和表面上的二氧化碳和甲烷等气体逐渐析出，煤质不变。•开始分解（200~350℃）从煤中析出气体，不同变质程度的煤开始分解的温度不同。如在一般炼焦升温速度下，气煤在210℃开始分解，肥煤约260℃，而焦煤、瘦煤开始分解温度更高。此阶段的分解产物，主要是化合水、二氧化碳、一氧化碳、甲烷等气体及少量焦油蒸汽。•生成焦质体（350~450℃）此时煤进一步分解、生成气态、液态和固态产物。由于气态产物不能立即析出，形成气、液、固三相共存的焦体，称胶质体。凡是能生成胶质体的煤都有粘结性。开始出现胶质体的温度，称作煤的“软化”温度，它随变质程度加深而升高，胶质体有一定粘度，其中气体产物不能自由析出，因此出现膨胀现象。不同煤生成的胶质体数量、质量、膨胀情况也不同。炼铁概念炼铁原料炼铁过程炼铁产品炼铁的一些基础性概念高炉内型结构高炉内部工作空间的形状称为高炉内型。炉喉：炉喉是炉料进高炉的入口，也是煤气的出口，对炉料和煤气分布起控制和调节作用。炉身：是截头圆锥体，炉料在炉身预热和还原，炉身直径自上而下逐渐扩大以适应炉料受热膨胀和减少炉料与炉墙之间的磨擦力，所形成炉身角对下料有明显影响。而炉身高度对煤气利用也有影响。炉腰：是高炉直径最大的部位，其直径的大小决定着高炉内型的高径比关系。其高度不起决定性作用，属高炉的过度段。炉腹：是倒置截头圆锥体，其收缩适应了矿石熔滴后的体积变化，同时也使燃烧带产生的高温煤气远离炉墙，有利于渣皮的形成，延长高炉寿命。炉缸：在炉缸上、下部设有风口、铁口，炉缸上部的风口区是燃料燃烧的地方，是煤气的发源地和冶炼过程所需热量的源泉。炉缸下部是渣铁贮存区，进行渣铁反应，是保证生铁质量的重要环节。炼铁概念炼铁原料炼铁过程炼铁产品炼铁的一些基础性概念炼铁概念炼铁原料炼铁过程炼铁产品高炉内炉料的分布按状态不同分为五个区域：块状带、软熔带、滴落带、风口回旋区、渣铁贮存区。高炉内炉料状态分布示意图软熔带示意图炼铁的一些基础性概念炼铁概念炼铁原料炼铁过程炼铁产品炉内各区域的反应及特征块状带：炉料中水分蒸发及受热分解，铁矿石还原，炉料与煤气热交换；焦炭与矿石层状交替分布，呈固体状态；以气固相反应为主。软熔带：炉料在该区域软化，在下部边界开始熔融滴落；主要进行直接还原反应，初渣形成。滴落带：滴落的液态渣铁与煤气及固体碳之间进行多种复杂的化学反应。风口回旋区：焦炭及煤粉与鼓入的热风发生燃烧反应，产生高热煤气，是炉内温度最高的区域。渣铁贮存区：在渣铁层间的交界面及铁滴穿过渣层时发生渣金反应。炼铁的一些基础性概念炼铁概念炼铁原料炼铁过程炼铁产品炉内铁矿石中铁元素的还原反应◆间接还原：用CO、H2为还原剂还原铁的氧化物，产物为CO2、H2O的还原反应。Fe2O3的间接还原反应（不可逆反应）C＋O2=2CO，3Fe2O3＋CO＝2Fe3O4＋CO2C＋H2O＝CO＋H2，3Fe2O3＋H2＝2Fe3O4＋H2OFe3O4和FeO的间接还原反应（可逆反应）＞570℃：3Fe3O4＋CO＝2FeO＋CO23Fe3O4＋H2＝2FeO＋H2OFeO＋CO＝Fe＋CO2FeO＋H2＝Fe＋H2O＜570℃:Fe3O4＋CO＝Fe＋CO2Fe3O4＋H2＝Fe＋H2O◆直接还原：用C作为还原剂，最终气体产物为CO的还原反应。3Fe2O3＋C＝2Fe3O4＋COFe3O4＋C＝3FeO＋COFeO＋C＝Fe＋CO◆直接、间接还原区域划分：取决于炉内温度分布低温区＜800℃基本为间接还原中温区800～1100℃直接还原与间接还原共存高温区＞1100℃全部为直接还原炼铁的一些基础性概念炼铁概念炼铁原料炼铁过程炼铁产品铁矿石中非铁元素的还原◆Mn的还原:MnO2－Mn2O3-Mn3O4-MnO-Mn◆Si的还原:≥1500℃SiO2－SiO-Si≤1500℃SiO2-Si◆P的还原:原料中的P几乎100%被还原，高炉操作无法控制。8、炉料与煤气运动◆炉内煤气流三次分布：ⅰ自风口向上和向中心扩散；ⅱ穿过滴落带并在软熔带焦炭夹层中作横向运动；ⅲ曲折向上通过块状带。◆炉料下降的必要条件：ⅰ风口前燃料的燃烧ⅱ炉料中的碳素参加直接还原的消耗ⅲ固体炉料的熔化，形成液态的渣、铁ⅳ定期放出渣、铁ⅴ炉料的相互填充炼铁概念炼铁原料炼铁过程炼铁产品高炉炼铁的主产品是生铁，副产品是高炉煤气、水渣、炉尘。生铁一般分为三大类：即供炼钢用的炼钢生铁，供铸造机件和工具用的铸造铁，以及特种生铁，如作合金用的高炉锰铁和硅铁等高炉渣：矿石的脉石和熔剂、燃烧灰分等熔化后组成炉渣，其主要成份为CaO、MgO、SiO2、Al2O3及少量的MnO、FeO、S等。每吨生铁的炉渣量约为300-500Kg.液态炉渣用水急冷成水渣，可做水泥原料；液态炉渣还可以用高压蒸汽或高压空气吹成棉渣做绝热保温材料，或是用少量高压水冲到一个旋转的滚筒上急冷而成膨珠（膨胀渣），做保温材料或轻质混凝土骨料炼铁概念炼铁原料炼铁过程炼铁产品高炉煤气一般含有20％以上的一氧化碳、少量的氢和甲烷，发热值一般为2900～3800kJ/m3，是一种很好的低发热值气体燃料，除用来烧热风炉外，还可供炼焦、加热炉和烧锅炉高炉炉尘是随高炉煤气带出炉外的细粒炉料，经除尘处理与分离。主要含铁和碳，可作烧结的原料。一种是粗除尘产生的重力除尘灰，供烧结使用，另一种是精除尘产生的布袋除尘灰，因其细度过细，又含有一定量的K、Na、Zn等有害杂质，目前国家尚无对其再次利用的有效手段，被迫外卖汇报内容•炼铁的基础性概念•炼铁工艺流程业务管理思路--炼铁工艺高炉是炼铁工艺流程的主体，另外还有上料系统、装料系统、送风系统、煤气回收和除尘系统、渣铁处理系统、喷吹系统以及为这些系统服务的动力系统。上料系统：其任务是将高炉冶炼所需的原燃料通过上料设备装入到高炉内。送风系统：其任务是将燃料燃烧需要的冷风、经热风炉预热以后送进高炉。煤气除尘系统：其任务是将高炉冶炼所产生的煤气，经过一系列净化处理后作为气体燃料。渣铁处理系统：其任务是将炉内放出的渣、铁，按要求进行处理。业务管理思路--炼铁生产工艺流程鼓风机铁口风口重力除尘器调压阀组净煤气均压TRT煤气放散塔布袋除尘系统净煤气总管统炉顶装料返粉仓焦矿槽称量小粒矿、焦仓返粉分级(焦、矿)筛分槽前转运站1#转运站主皮带汽车外运喷吹系统制粉系统干煤棚热风炉煤气预热助燃空气预热空压站来至总管网上的介质外送制氧厂锅炉汽轮机鱼雷罐水渣冲制箱干渣坑炼钢铸铁机外运冲渣泵缓冲罐和脱水器炉前渣铁沟渣场外运外运外运炼铁工艺流程炉顶系统炉体系统热风炉风机供上料系统原燃料供应粗煤气系统出铁场铁、渣高炉煤气粉煤喷吹系统风口平台原燃料供应系统•总供应能力–原燃料供应系统向高炉贮矿槽、贮焦槽供应原燃料，系统总供料量一期约为439万t/a•原煤贮运系统–原煤贮运系统日平均用煤量约为3840t/d（3座2500m3高炉）•槽上供料系统–高炉所需的烧结矿、焦炭、球团矿、块矿、杂矿均由槽前第一个转运站通过皮带运输进入高炉贮矿槽和贮焦槽。供、上料系统•矿焦槽及槽下供料系统–高炉贮矿槽及焦槽分二列独立布置。设有4个焦槽、6个烧结矿槽、2个球团矿槽、3个块杂矿槽。•上料系统–高炉采用皮带机上料。上料主皮带运输机带宽B=1600mm、带速V=2m/s，烧结矿运输能力Q=2730t/h，焦炭运输能力Q=780t/h炉顶系统•并罐无料钟炉顶•整个炉顶系统由受料罐至布料溜槽的全套无料钟炉顶装料设备、均压放散设施、探尺、炉顶液压站及润滑站、炉顶检修除尘设施、炉顶刚架等组成。粗煤气系统•高炉煤气经过导出管、上升管、下降管被导入重力除尘器，在重力除尘器内，煤气中的灰因煤气流速降低而自然沉积，然后高炉煤气经除尘器上部的煤气出口被导入煤气清洗系统，而煤气灰则定时经除尘器下部的盘式清灰阀、螺旋清灰机排出，并由汽车运走。高炉煤气导出管重力除尘器炉体系统•炉体系统由炉壳支承结构、炉体冷却设备、炉体水冷系统、内衬及高炉附属设备组成。高炉本体炉壳炉壳