烧结炼铁工艺

2011年公司财务人员工艺知识培训炼铁基本知识涟钢炼铁厂梁南山高级工程师2011年6月内容简介第一部分前言第二部分原料处理工艺及设备第三部分球团工艺及设备第四部分烧结工艺及设备第五部分喷煤工艺及设备第六部分高炉工艺及设备第七部分炼铁的产品要求及主要技术指标第八部分炼铁的主要消耗与成本现状第一部分前言1.人类炼铁发展的几个阶段2.中国钢铁产量快速成为世界第一3.中国钢铁为什么没有成为“夕阳工业”？4.中国钢铁的硬伤：钢铁大国为何不是钢铁强国？5.炼铁在钢铁联合企业中的地位6.涟钢炼铁厂现有的主要工艺设备1、1炼铁发展的几个阶段第一阶段：制得固态海绵铁第二阶段：制得液体生铁第三阶段：炼铁技术的近代化第四阶段：炼铁技术的现代化。1.1.1固态海绵铁制得古代炼铁是人类掌握了火以后，在砌炉灶的岩石中可能混有易于还原的含铁矿物，在自然通风的加热过程中，被气体或固体还原剂在不太高的温度下还原，得到混有很多废渣的铁块，这种渣铁混合物具有良好的塑性，经过敲打锤炼除去废渣，便可加工成具有一定形状和机械强度的工具。这一偶然的发现，意寓着钢铁发明的必然结果。人们开始由无意到有意地制取铁，于是出现了原始的炼铁炉——地窑炉，即挖地成坑，内填矿石和燃料，借助自然通风，进而用人力或畜力鼓风助燃，将铁的氧化物还原成铁，由于温度不高，渣铁不能熔化，最终产物是半熔融状态的熟铁。这种炼铁方法，就其工艺特点而言，是一次炼得熟铁产品，因此叫一步冶炼法，类似于现在的直接还原铁。1.1.2制得液体生铁当社会生产力进一步发展，出现了代替人力畜力的水力鼓风设备以后，单位时间送入炉内的风量和燃烧的燃料增多，炉内温度升高，铁矿石还原得到改善，被还原出来的海绵铁可能渗碳而降低铁的熔点，以致熔化成液态生铁。但生铁的使用受到限制，于是进一步将生铁和矿石一起冶炼，并加工成熟铁和粗钢。这种方法称为二步冶炼法，它和以前的一步冶炼法相比是冶炼技术的一大进步。其巨大成就首先在于生产生铁的连续性，产量大大提高；其次降低了消耗，铁的回收率增加，燃料用量降低，同时产品质量也有提高。1.1.3炼铁技术的近代化随着冶炼技术的发展和欧洲物质文明的进步，出现了近代炼铁炉。1735年英国人亚·德尔比(A．Darby)发明了焦炭(实际比我国晚100年)，由于焦炭强度高于木炭和煤，用于炼铁可增大炼铁炉容积，提高生铁产量。1769年，詹姆斯·瓦特发明了蒸汽机。此后蒸汽鼓风机代替了旧式风箱用于高炉，送风量巨增，产量猛涨，生产规模大大发展。1829年，英国人尼尔逊用换热式热风炉将鼓入高炉的冷风预热，给炼铁生产开创了新的时期，燃料消耗降低了36％；1832年，又开始用炼铁炉本身煤气预热冷风，导致冶炼设备的一系列改进。1857年，考贝式热风炉问世，不仅风温进一步提高，而且近代高炉炼铁的形式基本上确立了。1.1.4炼铁技术的现代化自十九世纪中叶以后，高炉冶炼技术大发展，生产日益强化，指标不断更新，操作愈来愈自动化，主要表现在以下几方面：·入炉原燃料质量不断提高：矿石的破碎、筛分、分级，烧结矿、球团矿的应用和质量的改善，焦炭质量的改进等等，精料入炉。热风炉构造和操作不断改进，热风温度大幅度增加。高炉构造和附属设备不断改进，容积日益增大，操作过程的机械化、自动化程度日益提高，开始应用计算机控制。．强化高炉进程，精料、高温、调湿、富氧、喷吹、高压操作等得到普遍应用并日臻完善。广泛回收利用高炉二次能源，加强生态环境治理，，不断净化、绿化、美化。高炉冶炼过程的理论研究日益深化，高炉解体的最新发现，使高炉操作技术和管理工作愈趋完善，等等。1.2中国钢铁产量快速成为世界第一炼铁是一项古老而又不断发展的技术。中国早在2500年前的春秋、战国时期，就已生产和使用铁器，逐步由青铜时代过渡到铁器时代。1890年，清朝湖广总督张之洞兴建汉阳钢铁厂，拉开了我国近代钢铁工业的帷幕。进入21世纪后，特别是近年来我国钢铁工业飞速发展，不仅钢铁产量已跃居世界首位，而且技术与装备也已突飞猛进。2004年世界粗钢产量首次突破10亿吨，而中国目前的年钢材生产与消耗量均已超过3亿吨。目前中国的钢材消耗量已占到国际总耗量的四分之一以上。涟钢10年前还是一个100万吨左右规模的企业，数年间即已发展到450万吨的规模。15年前涟钢炼铁只有2台24小烧结机3座300级高炉，如今已有6座高炉，而且装备已经实现了大型化与现代化，大的高炉炉容达到了2200m3，大的烧结机已达到280m2。1.3中国钢铁为什么没有成为“夕阳工业”？中国工业化尚处于初始阶段。我国的钢铁人均占有量少。中国固定资产投资率高。钢铁材料制造及加工的经济性。新型材料的研发与应用相对滞后。1.4中国钢铁的硬伤：钢铁大国为何不是钢铁强国？原料上受制于人。缺乏自主创新与核心技术。经济技术指标落后。产业配套及集中度低。能耗与污染水平高。1.4.1原料上受制于人由于我国钢材产量和消耗的增长，不得不从世界各地吸纳原材料，它已对全球铁矿石、焦煤、焦炭、废钢的价格和可用量产生了很大的冲击。而目前世界上的铁矿石拥有权已集中到三家公司：BHPBilliton,RioTintoZinc和CVRD。这些公司现已控制80%以上的海上矿石贸易。他们利用目前的市场地位，最大限度地获得他们的利益回报。1.4.2缺乏自主创新与核心技术近年来，尽管我国是世界最大的钢铁生产国，中国钢铁企业的装备水平也得到了快速提升，但我国钢铁企业的关键技术与装备却通常依赖进口。象我厂大高炉的无料钟炉顶、热风炉、鼓风机、比肖夫煤气洗涤塔、煤粉喷吹系统等。中国企业喜欢奉行拿来主义，缺乏自主创新与核心技术，总是处于“落后-引进-落后-引进”的循环之中，实际上总是落后于人。而我国的钢铁产品中也因此缺乏高端产品，附加值低，企业赢利能力差。1.4.3经济技术指标落后近年来，尽管我国钢铁工业装备水平大大改善，但由于原料水平差、设备维护水平低、操作水平低下等多方面的原因，经济技术指标相对较差，特别在一些关键的经济技术指标上相当落后，如大型高炉的焦比、利用系数、喷煤比、高炉寿命等。比如国外一些高炉的装备水平实际上还不如我们的许多高炉，但其焦比早已达到300kg/t以下，大型高炉的利用系数达到3.0t/m3.d以上。就是我国的宝钢也许多方面技不如人。1.4.4产业配套及集中度低一方面我国钢铁行业产业集中度低，钢铁企业遍地开花，年产量1000万吨以上的企业很少，中小型企业在钢铁产能中占据了相当大的比重。我们湖南200多公里的范围内就有三家年产200万吨以上的钢铁厂。而河北省年产100万吨左右的钢铁企业更是数不胜数。而另一方面我国的钢铁产业配套程度也很差。许多企业既远离原料又远离市场，吃的是百家饭，产的是低端货。而与钢铁企业配套的交通运输、钢铁产品深加工、装备制造业等又严重滞后于钢铁的发展。因此，我们的许多先进装备发挥不出应有的效能。1.4.5能耗与污染水平高欧洲、北美和日本的钢铁工业已经在20世纪就致力于CO2的减排问题并已经取得了很大的减排效果。他们采用广泛的技术如各种余热的回收、余压透平发电、连铸连轧等进行了充分的节能。例如欧洲的CO2吨钢排放量已经达到因子-2（1250kg/tliquidsteel）的水平。而我国的许多企业，特别是为数众多的中小型企业对节能与环保既无认识又无手段更不愿意投资。多数企业的CO2吨钢排放量是国外企业的2倍以上。1.5炼铁在钢铁联合企业中的地位从工序来看，它对后续工序起决定性作用。从能耗来看，它占整个钢铁企业的50%以上。从成本来看，它占整个钢铁企业的60%以上。从占地来看，它往往是其它工序的5倍以上。从投资来看，它往往是其它工序的3倍以上。从运行来看，它比其它工序要求更高的连续性与稳定性。1.6涟钢炼铁厂现有的主要工艺设备烧结：360m2、280m2、180m2、130m2烧结机各一台球团：2X8m2竖炉，200万吨的回转窑筹建中喷煤：8t/h球磨机2台，35t/h及50t/h、65t/h中速磨各一台高炉：在产1#488m3、2#380m3、5#380m3、6#2200m3、7#3200m3，总炉容6648m33#323m3已停炉待拆、4#323m3已拆除。年产生铁能力达700万吨以上。第二部分原料处理原料系统：翻车机卸矿原料系统：中和场堆取料机新原料场堆取料机涟钢新区原料场取料机混匀过程：堆料和取料混匀堆料机混匀堆取料机中和场配送料监控画面第三部分球团工艺与设备球团主要工艺与设备涟钢由2台8m2竖炉生产球团。竖炉单机生产能力小，对原料的选择一般只限于磁铁精矿或混合磁、赤铁精矿，并且要求二价铁含量不低于20%。竖炉设备简单，热效率高，生产费用低。3.2球团工艺流程图圆盘造球机3.2.1竖炉结构示意图第四部分烧结工艺及设备4.1烧结工艺流程图3.3烧结工艺流程图4.1烧结工艺流程目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。烧结生产的工艺流程主要包括烧结料的准备，配料与混合，烧结和产品处理等工序.4.1烧结工艺流程◆烧结原料的准备①含铁原料含铁量较高、粒度5mm的矿粉，铁精矿，高炉炉尘，轧钢皮，钢渣等。一般要求含铁原料品位高，成分稳定，杂质少。②熔剂要求熔剂中有效CaO含量高，杂质少，成分稳定，含水3％左右，粒度小于3mm的占90％以上。在烧结料中加入一定量的白云石，使烧结矿含有适当的MgO，对烧结过程有良好的作用，可以提高烧结矿的质量。③燃料主要为焦粉和无烟煤。对燃料的要求是固定碳含量高，灰分低，挥发分低，含硫低，成分稳定，含水小于10％，粒度小于3mm的占95％以上。4.1烧结工艺流程◆配料与混合①配料配料目的：获得化学成分和物理性质稳定的烧结矿，满足高炉冶炼的要求。常用的配料方法：容积配料法和质量配料法。容积配料法是基于物料堆积密度不变，原料的质量与体积成比例这一条件进行的。准确性较差。质量配料法是按原料的质量配料。比容积法准确，便于实现自动化。4.1烧结工艺流程◆配料与混合②混合混合目的：使烧结料的成分均匀，水分合适，易于造球，从而获得粒度组成良好的烧结混合料，以保证烧结矿的质量和提高产量。混合作业：加水润湿、混匀和造球。根据原料性质不同，可采用一次混合或二次混合两种流程。一次混合的目的：润湿与混匀，当加热返矿时还可使物料预热。二次混合的目的：继续混匀，造球，以改善烧结料层透气性。用粒度10～Omm的富矿粉烧结时，因其粒度已经达到造球需要，采用一次混合，混合时间约50s。使用细磨精矿粉烧结时，因粒度过细，料层透气性差，为改善透气性，必须在混合过程中造球，所以采用二次混合，混合时间一般不少于2．5～3min。我国烧结厂大多采用二次混合。4.1烧结工艺流程◆烧结生产烧结作业是烧结生产的中心环节，它包括布料、点火、烧结等主要工序。4.1烧结工艺流程◆烧结生产①布料将铺底料、混合料铺在烧结机台车上的作业。当采用铺底料工艺时，在布混合料之前，先铺一层粒度为10～25mm，厚度为20～25mm的小块烧结矿作为铺底料，其目的是保护炉箅，降低除尘负荷，延长风机转子寿命，减少或消除炉箅粘料。铺完底料后，随之进行布料。布料时要求混合料的粒度和化学成分等沿台车纵横方向均匀分布，并且有一定的松散性，表面平整。目前采用较多的是圆辊布料机布料。4.1烧结工艺流程◆烧结生产②点火点火操作是对台车上的料层表面进行点燃，并使之燃烧。点火要求有足够的点火温度，适宜的高温保持时间，沿台车宽度点火均匀。点火温度取决于烧结生成物的熔化温度。常控制在1250±50℃。点火时间通常40～60s。点火真空度4～6kPa。点火深度为10～20mm。4.1烧结工艺流程◆烧结生产③烧结准确控制烧结的风量、真空度、料层厚度、机速和烧结终点。烧结风量：平均每吨烧结矿需风量为3200m3，按烧结面积计算为(70～90)m3／(cm2．min)。真空度：决定于风机能力、抽风系统阻力、料层透气性和漏风损失情况。料层厚度：合适的料层厚度应将高产和优质结合起来考虑。国内一般