高炉炼铁基本原理及工艺

整理文档很辛苦,赏杯茶钱您下走!

免费阅读已结束,点击下载阅读编辑剩下 ...

阅读已结束,您可以下载文档离线阅读编辑

资源描述

1高炉炼铁基本原理及工艺2主要内容高炉主要技术经济指标高炉冶炼原、燃料及熔剂铁矿烧结的基本原理、工艺高炉冶炼基本原理与能量利用高炉强化冶炼的手段与方法3宝钢高炉全貌4一、高炉主要技术经济指标1、利用系数:η=P(高炉昼夜产铁量)/Vu(高炉有效容积)t/m3.d)2、焦比:K=Q(昼夜焦碳用量)/P(现主要核算综合焦比)3、冶炼强度:I=Q/Vu(反应焦碳的燃烧能力)4、休风率:计划外的检修时间占规定作业时间的百分比(≤2%)5、生铁成本:原料占80%±6、一代炉龄:高炉点火开炉→停炉大修历经时间(与耐材砌筑、I有关)5二、高炉冶炼原、燃料及熔剂1.铁矿石种类及质量评价成分理论含铁量%实际富矿含铁%最低工业品位%冶炼性能磁Fe3O472.445~7020~25P,S↑难还原赤Fe2O37055~6030P,S↓易还原褐nFe2O3.mH2O55.2~66.137~5530P↑易还原菱FeCO348.230~4025P,S↓熔烧后易还原6铁矿全景图鞍矿公司眼前山铁矿鞍矿公司东鞍山铁矿7各类铁矿石图赤铁矿磁铁矿菱铁矿褐铁矿8粗破细破球磨机分级机磁选机输送机9烧结厂的带式烧结机10烧结矿及烧结球团烧结球团烧结矿11⑴品位:含铁量,理论上品位↑1%,焦比↓2%,产量↑3%⑵脉石成分:SiO2、Al2O3↓越好(须重视Al2O3),MgO↑越好⑶有害杂质:S、P、Cu、Pb、Zn、As、K、Na⑷有益元素:Mn、V、Ni、Cr12⑸强度和粒度:强度↓易粉化影响高炉透气性,不同粒度应分级入炉;⑹还原性:被CO、H2还原的难易、影响焦比;⑺化学成分稳定性:TFe波动≤±0.5%,SiO2≤±0.03%混匀的重要性(条件:平铺直取——原料场应足够大);⑻矿石代用品:高炉炉尘、转炉炉尘、轧钢皮、硫酸渣等。132.(助)熔剂(1)作用:形成低熔点易流动的炉渣、脱S(碱性熔剂)(2)种类:使用条件及作用碱性铁矿中脉石为酸性氧化物,包括:石灰石、白云石、石灰酸性铁矿中脉石为碱性氧化物,主要为:SiO2(只在炉况失常时使用——(Al2O3)≥18%或排碱时)中性高Al熔剂,主要为:含Al2O3高的铁矿(只在降低炉渣流动性时使用)14(3)熔剂的质量要求①碱性氧化物含量(CaO+MgO≥52%)概念:石灰石有效熔剂性CaO(有效)=CaO(石灰石)-R×SiO2(石灰石)②S、P↓S(0.01~0.08%),P(0.001~0.03%)③减少CaCO3入炉:原因:a.高温分解吸热b.CO2+C=2COc.CO2会冲淡CO浓度造成焦比K增加。153.高炉用燃料焦碳:①主要作用:作为高炉热量主要来源的60~80%,其它热风提供提供还原剂C、CO料柱骨架,保证透气性、透液性②质量要求:含炭量:C↑灰份↓→→渣量↓、强度↑、反应性↓→→焦比↓含S量:生铁中[S]80%±来源于焦碳强度:M40、M10③粒度组成:焦丁的利用及混装过渡区的问题④成分稳定(特指水分):干熄焦技术(宝钢)⑤焦碳反应性:C+CO2=2CO开始反应的高低快慢→影响间接还原区的范围,从而影响焦比。16焦炉174.精料的含义:“高、稳、熟、小、匀、净”方针高:(1)矿石品位高(天然矿62%,烧结矿57%,球团矿60%)渣量降低300KG/T铁(2)固定炭高,灰份≤10%(3)还原性好:烧结矿中FeO≤10%(4)机械强度高:转鼓指数、高温强度、软熔温度稳:化学成分稳定(TFe、R)熟:增加熟料率↑1%,η↑0.3%,焦比↓1.2kg/tFe小、匀、净:平均粒度差小、杂质少日本称为“整粒”处理18三、铁矿烧结及球团的基本原理、工艺(一)烧结料组成:(1)含铁料:精矿份200目以下(考虑成球性)、富矿粉(5~8MM,烧结中的骨架)、其他(炉尘、轧钢皮等)(2)熔剂:以CaO为主,CaO↑1%,烧结产量↑3%(3)燃料:焦粉、无烟煤3~5%,20%可进行金属化烧结(低品位矿石冶炼——可持续发展问题)(4)返矿:机尾筛下物(未烧透——影响成品率)19烧结的车间的全貌2021烧结流程22(二)烧结料层结构23烧结点火示意图241.烧结矿层:随烧结过程进行不断加厚,抽入空气过冷使烧结矿骤冷将影响烧结矿强度。2.燃烧层:主要反应为:C的燃烧、MCO3分解、FeS2氧化、形成液相、铁氧化物分解还原氧化。(由于液相的产生使该层透气性变差)3.预热层:主要反应为:氧化还原、结晶水分解、部分MCO3分解4.干燥层:主要为烧结料中水分蒸发,易使烧结料球破坏5.过湿层:原始混合料层,水分凝聚,影响料层透气性25(三)烧结过程的特点1.燃料燃烧需空气过剩,过剩系数α=1.4~1.5(燃料分布较稀疏)2.一般情况下烧结保持弱氧化气氛(金属化烧结除外)3.烧结过程存在自动蓄热作用(可以考虑采用上高下低的分层配炭)4.存在传热速度与燃烧速度的同步问题5.存在如何减少“过湿”现象的问题6.存在有害杂质S的去除问题(S由易去除S化物转化为硫酸盐的问题)7.存在选用何种液相体系作为固结成型机理问题8.如何解决还原性与强度矛盾的问题26(四)强化烧结的措施1.改善透气性:适宜的水分、延长混料时间、小球烧结、预热混合料2.提高抽风负压:但需考虑电耗成本增加问题3.高压烧结:增加气体质量流量4.热风烧结:可部分解决还原性与强度之间的矛盾5.加入稳定剂:P类、B类、Mn、V类6.提高R:铁酸钙理论,即控制液相成分,但不利于脱S7.厚料层烧结:充分利用自动蓄热作用(条件:预热混合料、低水原则)8.双层烧结:二次点火,设备复杂9.料面插孔烧结:提高透气性27烧结设备(料仓)28烧结设备(烧嘴)29烧结设备(台车)30烧结设备(主排气管)31烧结设备(烧结布料机构)32烧结设备(除尘设备)33烧结设备(抽风系统)34烧结设备(风机与风箱)35烧结设备(破碎机)36烧结设备(传动装置)37四、高炉冶炼基本原理(一)高炉还原过程(二)造渣与脱S(三)风口前C的燃烧(四)炉料与煤气运动(五)高炉能量利用38高炉炼铁过程39高炉炼铁的流程40高炉炼铁车间全景41高炉的五大系统42高炉的原料系统43原料系统之一——上料皮带44炉顶布料45称量料斗46送风系统47送风系统之——热风炉48高炉本体预览49高炉本体平台构成50高炉炉型51(一)高炉还原过程1.高炉炉内状况52(1)块状带:矿焦保持装料时的分层状态,与布料形式及粒度有关,占BF总体积60%±(200~1100℃)主要反应:水分蒸发结晶水分解除CaCO3外的其它MCO3分解间接还原碳素沉积反应(2CO=C+CO2)(2)软熔带:矿石层开始熔化与焦碳层交互排列,焦碳层也称“焦窗”形状受煤气流分布与布料影响,可分为正V型,倒V型,W型主要反应:Fe的直接还原Fe的渗碳CaCO3分解吸收S(焦碳中的S向渣、金、气三相分布)贝波反应:C+CO2=2CO53(3)滴落带:主要由焦碳床组成,熔融状态的渣铁穿越焦碳床主要反应:Fe、Mn、Si、P、Cr的直接还原,Fe的渗C(4)回旋区:C在鼓风作用下一面做回旋运动一面燃烧,是高炉热量发源地(C的不完全燃烧),高炉唯一的氧化区域。主要反应:C+O2=CO2CO2+C=2CO(5)炉缸区:渣铁分层存在,焦碳浸泡其中主要反应:渣铁间脱S,Si、Mn等元素氧化还原542.铁的间接还原与直接还原(1)间接还原:用CO、H2为还原剂还原铁的氧化物,产物无CO2、H2O的还原反应。特点:放热反应反应可逆(2)直接还原:用C作为还原剂,最终气体产物为CO的还原反应。特点:强吸热反应反应不可逆(3)直接、间接还原区域划分:取决于焦碳的反应性低温区<800℃基本为间接还原中温区800~1100℃共存高温区>1100℃全部为直接还原(4)用直接还原度rd、间接还原度ri来衡量高炉C素利用好坏,评价焦比。55铁矿石的还原示意563.非铁元素的还原(1)Mn的还原:①一般规律:MnO2→(550℃间还)→Mn2O3→(1100℃间还)→Mn3O4→(1000℃间还)→MnO→(1200℃直接还原)→Mn②Mn还原的特点:间接还原放热大,使炉顶温度↑直接还原吸热大,使焦比↑③控制Mn还原的手段:提高炉缸温度,但会使Mn的挥发损失↑提高炉渣R生铁中保持一定[Si]57(2)Si的还原①生铁中[Si]的要求:制钢铁[Si]≤0.6铸造铁1.25≤[Si]≤4.25②Si还原的特点:大量吸热全部直接还原K↑③Si还原的途径:气化还原:SiO2+C=SiO(g)+COSiO(g)+[C]=[Si]+CO渣铁反应:(SiO2)+2[C]=[Si]+2CO④控制Si还原的因素:提高炉缸温度利于Si的还原↓炉渣R利于Si的还原58(3)P的还原P100%还原入铁,只有原料控P(4)含Ti矿的冶炼TiO2→Ti2O3→TiO→Ti→Ti(C,N)固熔体使炉渣粘稠59(二)造渣与脱S1.造渣的概念与作用作用:(1)促进或抑制某些化学反应(2)保护炉墙(高炉长寿)2.造渣过程(1)初渣:由软化前沿至熔化前沿生成生矿:成分不均匀,软熔区间大操作困难酸性烧结矿:成分较均匀,但初渣为酸性碱性烧结矿:成分可预定,存在一定CaO,流动性好60(3)P的还原P100%还原入铁,只有原料控P(4)含Ti矿的冶炼TiO2→Ti2O3→TiO→Ti→Ti(C,N)固熔体使炉渣粘稠61(2)中间渣:初渣向下温度升高,(FeO)被还原,并吸收CaO,R↑(3)终渣:主要成分:(SiO2)+(Al2O3)+(CaO)+(MgO)>95%,(FeO)<1%623.脱S(1)S的来源与分布:焦碳60~80%矿石及喷吹物20~40%↓(S负荷4~6kg/t铁)↓煤气、炉尘5~10%,生铁5%,炉渣90%(2)降低生铁[S]途径:①降低S负荷(降低焦碳S含量)②气化脱S(一定值)③适宜的渣量(3)炉渣脱S基本反应:[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)提高炉渣脱S能力的因素:①↑温度②↑还原气氛③↑R63(三)风口前C的燃烧1.风口前C燃烧的意义占总C量的70%,其它碳用于:直接还原:(FeO)+C=[Fe]+CO(MnO)+C=[Mn]+CO(CaO)+[S]+C=CaS+CO↓使煤气中CO增加CO2、H2O的气化:CO2+C=2COH2O+C=H2+CO↓吸热、使焦碳强度下降意义:(1)提供热量80%(2)提供还原剂(3)影响炉料下降、软熔带形状、煤气利用、冶炼指标642.燃烧带大小的控制—下部调剂(1)影响燃烧带大小的因素:①C的燃烧速度(一般认为影响不大)②布料状态(中心堆积,燃烧带小;中心疏松,燃烧带大)③鼓风动能EK的大小(2)影响EK的因素:①风量↑,EK↑②风温↑,体积膨胀,质量流量↓,EK↓风温↑,速度↑,EK↑总体EK略有变化③风压↑,EK↓④风口截面积S↓,EK↑65风口前碳的燃烧示意66(四)炉料与煤气运动1.炉料下降的条件:(1)自由空间的形成①C的燃烧②渣铁排放③下料中重新排列④炉料软熔(2)炉料下降的力学分析P=P料-P摩-P浮-P气=P有效-P气P>0顺行P≤0悬料,难行P料~品位↑,焦碳负荷↑,P料↑P摩~炉墙与炉料,炉料与炉料,H/D(设计问题)P浮~料柱浸泡在渣铁中产生,勤放渣铁P气~上升煤气对料柱的支撑力672.炉腹区煤气流炉腹区压差(ΔP)较大的原因,存在液态渣铁的动滞留(与冶炼强度I有关)和静滞留(与炉渣的物化性质有关),易形成液泛现象(flood)。为避免液泛现象要求:(1)渣量小→品位高、I小(2)提高焦碳质量(3)煤气流速小(4)初渣粘度小,保证一定(FeO)含量3.炉顶煤气的分布:(1)边缘气流→煤气利用差(2)中心气流→煤气利用一般,考虑大喷煤应以发展中心为主(3)两道气流→中心、边缘都有一定发展,传统型(4)管道气流→煤气分布失常50~60年代双锋为主(低I、原料差,以顺行为主)60~70年代平锋为主(I↑)现代以中心开放为主→VU↑、大喷煤需要684.上部调剂(1)合理布料的意义:①影响料柱的空隙度②不人为调整将产生偏析,煤气自动边缘分布(2)影响因素:①布料

1 / 74
下载文档,编辑使用

©2015-2020 m.777doc.com 三七文档.

备案号:鲁ICP备2024069028号-1 客服联系 QQ:2149211541

×
保存成功