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第三章高炉炼铁工艺3.1概述3.2高炉冶炼原理3.3高炉本体及附属系统3.4高炉操作3.3高炉炼铁工艺设备高护炼铁设备组成有：①高炉本体；②供料系统；③送风系统；④喷吹系统；⑤煤气净化系统；⑥渣铁处理系统；通常，辅助系统的建设投资是高炉本体的4~5倍。生产中，各个系统互相配合、互相制约，形成一个连续的、大规模的高温生产过程。高炉开炉之后，整个系统必须日以继夜地连续生产，除了计划检修和特殊事故暂时休风外，一般要到一代寿命终了时才停炉。3.3.1高炉本体密闭的高炉本体是冶炼生铁的主体设备。它是由耐火材料砌筑成竖式圆筒形，外有钢板炉壳加固密封，内嵌冷却设备保护。⑴高炉内型——高炉其内部工作空间的形状，即通过高炉中心线的剖面轮廓。高炉内型从下往上分为炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉五个部分，该容积总和为它的有效容积，反映高炉所具备的生产能力。1一炉底耐火材料：2一炉壳；3一炉内砖衬生产后的侵蚀线；4一炉喉钢砖，5一炉顶封盖；6一炉体砖衬；7一带凸台镶砖冷却壁；8一镶砖冷却壁；9一炉底碳砖；10一炉底水冷管；11一光面冷却壁炼铁高炉的结构高炉内型尺寸表示方法h0—死铁层高度α—炉腹角h1—炉缸高度β—炉身角h2—炉腹高度h3—炉腰高度h4—炉身高度h5—炉喉高度d—炉缸直径d1—炉喉直径D—炉腰直径Hu=h1+h2+h3+h4+h5；高炉有效高度Vu=V1+V2+V3+V4+V5；高炉有效容积Vu3000m3，超大型高炉；1500～2500m3，大型高炉；600～1000m3，中型高炉；300m3，小型高炉。包钢高炉1#、3#、4#：2200m3；2#1780m3；5#1500m3；6#2500m3。宝钢1#：4063m3。陶瓷质材料(包括粘土质和高铝质)高炉炉衬组成碳质材料(炭砖、炭捣体、石墨砖等）高炉内耐火材料砌筑的实体称为高炉炉衬，其作用是形成高炉工作空间。炉衬在冶炼过程中将受到侵蚀和破坏。炉衬被侵蚀到一定程度，就需要采取措施修补。⑵高炉炉衬炉身中上部炉衬主要考虑耐磨。上部以碳化硅和优质硅酸盐耐火材料为主，中部以抗碱金属能力强的碳化硅砖或高导热的炭砖为主。炉身下部和炉腰主要考虑抗热震破坏和碱金属的侵蚀，高炉下部以高导热的石墨质炭砖为主。炉腹主要考虑高FeO的初渣侵蚀。炉缸、炉底主要考虑抗铁水机械冲刷和耐火砖的差热膨胀。炉缸、炉底砌筑结构示意图对高炉炉衬的基本要求如下：①各部位内衬与热流强度相适应，以保持在强热流冲击下内衬的稳定性。②炉衬的侵蚀和破坏与冶炼条件密切相关，不同位置的耐火材料受侵蚀破坏机理不同，因此要求各部位内衬与侵蚀破损机理相适应，以延缓内衬破损速度。⑶高炉冷却设备冷却设备的作用是降低炉衬温度；提高炉衬材料抗机械、化学和热产生的侵蚀能力，使炉衬材料处于良好的服投状态。高炉使用的冷却设备主要有冷却壁、冷却板和风口。冷却壁紧贴着炉衬布置，冷却面积大；而冷却板水平插入炉村中，对炉衬的冷却深度大，并对炉衬有一定的支托作用。①冷却壁：冷却壁分光面冷却壁和镶砖冷却壁。光面冷却壁主要用于冷却炉缸和炉底炭砖；镶砖冷却壁主要用于冷却炉腹、炉腰、炉身各部位的炉衬。②冷却板：冷却板用纯铜制造，安装时水平插人炉衬砖层中，对炉衬具有一定支托作用。③风口风口是鼓风进入炉缸的入口。由大套、二套和小套组成，一般将风口小套简称风口。风口由纯铜制造。风口区域是高炉温度最高的区域，鼓风温度本身高达1100～1300℃。为了保证风口得到良好冷却，风口环流水道内流速达到8～14m/s。⑷高炉基础与高炉金属结构高炉基础1—冷却壁；2—风冷管；3—耐火砖；4—炉底砖；5—耐热混凝土基墩；6—钢筋混凝土基座高炉基础是将所承受的静负荷、动负荷和热负荷等均匀的传给地层，并与地层承载应力相适应，由耐热混凝上基墩和钢筋混凝土基座两部分组成。⑸炉顶装料设备按炉顶装料结构分为双钟炉顶装料设备和无钟炉顶装料设备。①双钟式炉顶装料设备双钟式炉顶装料设备目前使用较多的是马基式炉顶。②无料钟炉顶装料设备可实现：定点布料，环形布料，扇形布料，螺旋布料。目前，大型高炉采用的无料钟炉顶有并罐和串罐形式。武钢、包钢主要采用并罐无料钟炉顶；宝钢采用串罐无料钟炉顶。采用了旋转布料溜槽，溜槽上面有两个料仓，轮换装料与卸料，每个料仓的上下各有一个密封阀。当料仓的上阀密封开启，下密封阀关闭时，处在装料状态下，反之则为卸料。7-上罐；8-挡料阀；9-下罐；10-下密封阀；11-旋转溜槽；12-中心喉管；13-节流阀；14-导料器；15-上密封阀；16-导料器；17-上料皮带布料过程：炉料通过上料皮带机将铁矿石或焦炭分批装进上罐，装料过程中上罐旋转以消除集中堆尖。当接到下罐装料信号时，开上密封阀，开档料闸阀，上罐内的铁矿石(或焦炭)卸入下罐。关上密封阀后对下罐充煤气均压，使下密封阀上下压力一致后打开下密封阀。当接到向高炉布料信号后，启动溜槽旋转，同时打开节流阀放料，铁矿石(或焦炭)通过中心喉管和旋转溜槽将铁矿石(或焦炭)布入炉内。⑹探料装置与均压装置探料装置的种类主要有：料面仪、放射性同位素探料和激光探料等。目前应用较多的是机械探料装置。均压采用高压煤气或氮气。3.2.2附属设备⑴原料供应系统用带式运输机的沟下运料系统1—板式给矿机；2—板式运输机(热矿)；3—矿石称量漏斗；4—主矿槽；5—石灰石称量漏斗；6—石灰石皮带机；7—焦炭皮带机；8—焦筛；9，11—焦炭称量漏斗；10—碎焦卷扬；12—矿石称量漏斗斜桥料车式上料机1—斜桥(其上铺轨道)；2—支柱；3—料车卷扬机室；4—料车坑；5—料车；6—卷扬机；7—钢绳；8—导向轮高炉皮带机上料流程示意图⑵送风系统高炉送风系统包括：鼓风机、冷风管路、热风炉、热风管路(热风围管和热风支管)以及管路上的各种阀门等。①鼓风机常用的类型有轴流式和离心式。目前大型高炉采用轴流式。②热风炉现代热风炉是一种蓄热式换热器。目前风温水平为1000℃~1200℃，高的为1250℃~1350℃，最高可达1450℃~1550℃。蓄热式热风炉（按结构形式）内燃式热风炉外燃式热风炉顶燃式热风炉（包括球式热风炉）卡鲁金蓄热式热风炉的工作过程由燃烧期、换炉和送风期组成。其工作过程是：燃气燃烧(热量传递)→蓄热室格子砖(热量传递)→冷风(接受热量)→转化为热风→供给高炉蓄热式热风炉由燃烧室、蓄热室和拱顶组成。燃烧室是煤气燃烧产生热量的空间，蓄热室内填充有耐火材料做成的格子砖，用来储存煤气燃烧产生的大量热量。①燃烧期：将煤气和助然空气通过陶瓷燃烧器混合后在燃烧室内燃烧产生大量热量。高温烟气在通过蓄热室格子砖时将热量储存在格子砖中。当拱顶温度和烟道废气温度达到规定值(比如分别达到1450℃和250℃)时，燃烧期结束，转为送风期。②换护：关闭各燃烧阀和烟道闹，打开冷风阀和热风阀，完成从燃烧期向送风期过渡。③送风期：冷风从蓄热室下部进入，并向上流动通过蓄热室格子转，格于转放出储存的热量将冷风加热，冷风变为热风从热风出口流出，通过热风总管送往高炉，当拱顶温度下降到规定值时，送风期结束。通过换炉操作转为燃烧期。送风期开始阶段的风温高于送风后期的风温，但高炉需要的风温在一段时间内希望是恒定的。因此，在实际操作中通常在送风初期往热风中兑入一部分冷风，随着送风时间的延长，兑入的冷风数量逐渐减少，直至关闭混风阀，这样可以保证在整个送风期内热风炉送出的风温不变。3～4座热风炉交替进行燃烧和送风作业，向高炉内连续不断的输送高温鼓风。⑶喷吹系统高炉喷吹主要有固体燃料、液体燃料、气体燃料，可单独喷吹也可混合喷吹。我国高炉以喷煤为主，其工艺流程一般包括煤粉的制备、煤粉的喷吹。原煤经中速磨干燥细磨后，通过气力输送到煤粉仓，在倒入喷吹罐，然后经过混合器将煤粉输送到高炉炉前的煤粉分配器。每个高炉两个。⑷煤气处理系统高炉煤气的回收除尘系统包括：炉顶煤气上升管、下降管、煤气遮断阀或水封、除尘器、脱水器。高压操作高炉还有高压阀组等。除尘工艺：除尘工艺主要有湿法除尘和干法除尘两种。湿法除尘工艺流程：荒煤气→重力除尘器→洗涤塔(半精除尘)→文氏管(精除尘)→脱水器→高压阀组→净煤气。干法除尘系统工艺流程：荒煤气→重力除尘器→旋风除尘→布袋除尘→压力控制→净煤气。湿法除尘系统重力除尘器1—煤气下降管；2—塔前管；3—中心导入管；4—清灰口高炉煤气干法除尘系统1重力除尘器；2脏煤气管；3一次布袋除尘器；4二次布袋除尘器；5蝶阀；6闸阀；7净热煤气管道⑸渣铁处理系统高炉渣铁处理系统主要包括：炉前工作平台、出铁场、渣及铁沟、开口机、泥炮、堵渣机、铸铁机、炉渣处理设备、铁水罐等。出铁场一般比风口平台低约1.5m。由铁口到砂口(撇渣器或渣铁分离器)的一段为主沟。风口平台及出铁场布置图(2025m3高炉)1—高炉；2—铁口；3—渣口；4—出铁场；5—炉前吊车；6—渣罐；7—铁水罐；8—水力冲渣沟；9—高炉计器室；10—炉前仓库；11一电炮操作室；12—炉前工休息室；13—辅助材料仓；14—放散阀卷扬；15—除尘器3.4高炉操作高炉冶炼是一个伴随着上升热煤气流和下降的冷炉料相向运动贯穿于始终的复杂工艺过程。而高炉操作的主要目的是保证上升的煤气流和下降的炉料顺利进行，力求获得更好的技术经济指标。高炉日常操作主要包括：①开炉、休风、停炉操作;②高炉炉况判断与调节;③炉前操作。3.4.1开炉开炉是高炉一代炉龄的开始。(1)开炉前的准备检查：开炉前必须对高炉全部设备进行仔细检查和试运转。(2)烘炉必须根据一定的烘炉制度对高炉和热风炉逐渐加热，彻底烘干炉衬以免影响一代寿命。(3)装料应选用最好的炉料作为开炉引料，按照计算的配料表进行合理的开炉装料。(4)点火可用700~750℃的热风开炉点火。点火前均应关闭大小料钟，打开炉顶放散阀，并切断与煤气系统的联系。煤气成分接近正常、煤气压力达到要求压力时即可接通除尘系统。第一次铁水出完后就算开炉完毕。3.4.2停炉停炉分为：大修停炉和中修停炉。大修停炉主要是因为炉缸炉底侵蚀严重，无法继续生产。若炉缸炉底良好，而其他部位损坏或炉腹以上砖衬侵蚀严重，则需要停炉中修。停炉方法主要有充填法和空料线喷水停炉法两种。充填法：是在决定高炉停炉时停止上矿石。当料线下降时用其他物质充填所空出的料线空间。用于填充的物质有石灰石、碎焦等。也有的用高炉炉渣填充。此法比较安全但停炉后要清除充填物，浪费人力物力。空料线喷水法：是在停炉开始停止装料，待料面下降上部空间扩大时，从炉顶喷水。当料面到达风口平面或其上1~2m时停止送风，继续喷水。待炉缸内红焦全部熄灭后，开始修理。此法可大大缩短修炉时间，但要注意安全（炉墙坍塌、煤气）。3.4.3休风——高炉生产过程中因临时检修或计划检修，而需要短期或者长时间停止送风。高炉休风和复风操作中最重要的是防止煤气爆炸。无论长期休风还是短期休风都要将高炉本体与煤气管道完全切断。同时在休风期应向高炉炉顶及煤气管道内通入蒸汽，以保持炉顶及管道内的正压，可防止空气渗入并可冲淡煤气中[O]和[H]，减少爆炸的可能性。高炉恢复送风时，也要注意煤气安全。3.4.4高炉基本操作制度高炉操作的基本任务：选择好合理的操作制度，控制煤气流分布合理，充分利用热能和化学能。高炉基本操作制度包括：炉缸热制度、送风制度、造渣制度和装料制度等。⑴炉缸热制度——是根据所炼生铁品种的需要，在争取最低焦比的前提下，选择并控制均匀稳定而热量充沛的炉温。参数有两个方面：铁水温度，一般在1450~1550℃，炉渣温度比铁水高50~100℃，又称物理温度；硅含量的多少可以作为炉温高低的标志，硅含量越高炉温越高，又称化学温度。⑵送风制度——在一定冶炼条件下，确定适宜的鼓风量、鼓风质量和进风状态。送风制度可通过风量、风温、鼓风湿度以及风口面积和长度、富氧率、喷吹燃料量等来调节。合理的送风制度应达到：煤气流分布合理，热量充足，煤气利用好，炉况顺行，炉缸工作均匀，铁水合格;有利于炉型和设备的维护要求。⑶造渣制度——是指按原燃料条件和生铁的成分要求