冶金概论6-高炉设备与技术经济指标

一、高炉本体包括：高炉炉基、炉壳、炉衬、冷却设备及框架等。(1)高炉炉型高炉内部工作空间的形状为高炉炉型，五段式：炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸（参看教材图2-22，P45）。§2.6高炉及附属设备炉喉：圆柱形，炉喉部分由于受炉料下落时的打击，以及煤气流的冲刷，一般不采用耐火材料砌筑，而是用耐磨金属构件组装的炉喉钢砖。炉喉钢砖由厚度为100～150mm的铸钢组成，形状有块状的和条状的。炉身：圆锥台形，上小下大，适应炉料温度逐渐升高后体积膨胀。炉身部分要求炉衬耐磨、抗冲刷能力强，特别是炉身下部要考虑用抗炉渣侵蚀性强的耐火材料。炉身砖衬有薄厚两种，现多采用薄壁炉身。炉腰：圆柱形，炉腹与炉身之间的过渡段。在结构上有厚墙、薄墙及其过渡形式。对炉腰部分的砖衬应与使用的冷却器结合起来考虑，并要求能尽快形成操作炉型。炉腹：倒圆锥台形，上大下小，适应炉料熔化后体积收缩。炉腹部分的砖衬在开炉后不久很快就会被侵蚀掉，这部分主要靠形成的渣皮工作。炉缸：圆柱形，盛装渣铁水，安装风口装置。（2）高炉炉衬作用：减少炉子的热损失、保护冷却设备。高炉常用耐火材料：陶瓷质材料：粘土砖、高铝砖；炭质材料：炭砖、碳捣料、石墨、碳化硅砖等。•现代高炉采用优质耐火材料，例如炉底、炉缸部位用微孔碳砖，炉身下部和炉腰部位用铝碳砖或碳化硅砖，其它部位用优质高铝砖和高致密度的粘土砖等作炉衬。•炉壳用含锰的高强度低合金钢制作，安装有性能好的含铬耐热铸铁、球墨铸铁或铜质立式冷却器，或铜质的卧式冷却器。(3)冷却设备冷却目的：保护炉衬，维护合理的操作炉型，使炉渣凝固形成保护性渣皮代替炉衬工作，保护炉壳及金属结构不被烧坏或变形。冷却形式：水冷、风冷、汽化冷却和软水密闭循环冷却。冷却设备结构：外部喷水冷却装置、冷却壁和冷却水箱、风冷或水冷炉底及风口和渣口。•A、喷水冷却装置：炉身下部和炉腹，高炉炉役后期，当冷却壁被烧坏的情况下，进行外部喷水冷却以维持生产。特点：结构简单，对水质要求不高。•B、冷却壁和冷却水箱（图2-27）冷却壁安装在砖衬和炉壳之间，是内部铸有无缝钢管的铸铁板。分为光面冷却壁和镶砖冷却壁两种。光面冷却壁用于炉底和炉缸部位，镶砖冷却壁用于炉腹、炉腰和炉身下部。•C、汽化冷却和软水密闭循环冷却汽化冷却原理：把接近沸腾温度的软化水送进冷却件内，热水在冷却件内吸热升温变成蒸汽，并吸收大量的热，从而达到冷却的目的。汽化冷却主要用于大中型高炉。软水密闭循环冷却优点：冷却可靠、冷却水量消耗少、动力消耗少等。近年来在大型高炉上广泛使用。•D、风冷和水冷炉底光面冷却壁镶砖冷却壁（4）高炉基础•作用：将高炉的全部重量均匀地传给地层。其结构如图2-23（P46）。•要求：要稳固，均匀下沉量不大于20～30mm，热稳定性好，结构简单、造价低。•组成：基墩：用耐热混凝土浇注，包在炉壳内，基座之上。基座：钢筋混凝土浇注。图2-23高炉基础结构示意图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•1-炉底耐火材料；•2-炉壳；•3-生产后炉内砖衬侵蚀线；•4-炉喉钢砖；•5-煤气导出管；•6-炉体夸衬；•7-带凸台镶砖冷却壁；•8-镶砖冷却壁；•9-炉底碳砖；•10-炉底水冷管；•11-光面冷却壁；•12-耐热基墩；•13-基座高炉设备系统组成示意图3.BF矿槽煤粉仓中速磨煤粉仓料车装料设备煤气除尘设备净煤气渣场炼钢厂3座热风炉风机在高炉炉顶设有装料装置，通过它将冶炼用的炉料（由焦炭和矿石按一定比例组成）按批装入炉内。在高炉下部炉缸的上沿，沿圆周均匀地布置了若干个风口（100m3小高炉有8～10个，4000m3以上的大高炉则有36～42个）。加热到1000℃以上的热风，经铜质水冷风口送入炉内，供焦炭燃烧形成高温煤气。在炉缸的底部设有铁口，可周期性或连续性地排放出液态生铁和炉渣。在风口和铁口之间还设有渣口以排放部分炉渣，减轻铁口负担。二、原料供应系统作用：将原、燃料输送到高炉炉顶。（1）贮矿槽作用：贮存原料，用于解决高炉连续上料和间断供料的矛盾。结构形式：钢筋混凝土结构，混合结构。贮矿槽：保证供给高炉12～18h矿石量；贮焦槽：保证供给高炉6～8h焦炭需求量，总容积为高炉有效容积的0.6～1.1倍。(2)槽下设备称量车或皮带运输机。称量车：带有称量装置的专用车辆，常用于中小高炉，人工操作不利于实现自动化，现已逐步被淘汰。皮带运输机：应用较多。特点：设备轻便，便于实现全面自动控制，从而改善劳动条件。三、上料设备结构形式：（1）传统的斜桥卷扬机上料设备，包括斜桥、卷扬机、料车三部分。（2）近年来在大型高炉上应用的皮带机上料设备。四、炉顶装料设备作用：满足高炉冶炼既能合理布料又能回收煤气的需要。传统高炉炉顶使用最多的结构形式是马基式炉顶，即双钟式炉（图3所示，参看教材图2-31，P52）。20世纪70年代后新建的大型高炉出现了无钟式炉顶（参看教材图2-32，P53）。双钟式炉顶装料设备组成：装料器、布料器及大小料钟传动机构组成，此外还有探料尺和均压设备等。装料器：由大料钟、大料斗、大钟杆及煤气封盖组成。布料器：位于大料钟的上面，它由小料钟、小料斗、受料斗及旋转驱动装置组成。探料尺：作用是准确探测料面下降深度，防止料面过高顶弯大钟杆，或料面过低造成炉顶温度过高，烧坏炉顶设备。目前常用的探尺多为链式软探尺。无钟炉顶：新型炉顶装料设备随着高炉的大型化和炉顶压力的提高，先后出现了各种新型炉顶。主要有双钟双阀式、双钟四阀式、三钟式、四钟式等。而现代大型高炉上多采用摆动-旋转布料溜槽式炉顶。其结构如图2-32（P53）。主要特点：取消了料钟，用既能旋转又能调节倾角的旋转溜槽布料。可进行任意一点布料，寿命长，休风率低，炉顶高度降低1/3，设备重量减少1/2，驱动功率减少了1/5。五、渣铁处理系统渣铁处理系统：风口工作平台与出铁场、炉前设备、铁水处理及炉渣处理设备。（P57）六、送风系统P53(1)高炉用鼓风机高炉冶炼的关键设备。结构形式：离心式风机和轴流式风机，小高炉多用罗茨风机。目前，中型以上高炉均采用前两者。(2)热风炉•结构型式：蓄热式热风炉。•作用：加热空气并连续、稳定地送给高炉。•结构：由炉基、炉壳、拱顶、大墙、燃烧室和蓄热室等部分组成，如图2-33（P54）。•种类：内燃式，外燃式，顶燃式。七、高炉喷吹系统•作用：从风口喷吹燃料，代替部分昂贵的冶金焦，降低成本，改善高炉操作指标。（P57）•喷吹燃料种类：煤粉、重油、天然气，其它还有焦油、沥青、焦炉煤气。目前以喷吹煤粉为主，并提倡喷吹烟煤。•喷煤工艺组成：制粉、输煤、喷吹三部分。八、煤气处理系统•高炉煤气中含有CO、H2、CH4等可燃气体，其发热值为(3000～4000)kJ/Nm3，占燃料平衡的25%～30%。但从高炉引出的煤气（荒煤气）不能直接使用，需经除尘处理。•荒煤气含尘量一般(10～50)g/Nm3，净化后含尘量应小于10mg/Nm3。•常用除尘设备：重力除尘器、洗涤塔、文氏管、静电除尘器、袋式除尘器。•设备流程图：图2-34～2-36（P55～56）。§2.7高炉冶炼技术经济指标•高炉有效容积利用系数()指每1m3有效容积平均每昼夜生产合格生铁的折合产量。计算公式为：高炉有效容积利用系数＝VV)()3()(dmt规定工作昼夜高炉有效容积合格生铁折合产量t/(m3·d)焦比(K）焦比是表示高炉冶炼一吨生铁所消耗的干焦炭量。计算公式为：焦比=kg/t焦比是高炉能量消耗的重要指标。)()(tkg合格生作折合量干焦耗用量冶炼强度(I)•冶炼强度是指每1米3高炉有效容积，在一昼夜内所能燃烧的干焦量。它反映炉料下降及冶炼的速度。计算公式为：式中焦炭冶炼强度昼夜数＝日历昼夜数-全部休风昼夜数。)()3()(dmt实际工作昼夜数高炉有效容积入炉干焦量冶炼强度t/(m3·d)•在休风率为零时，利用系数、冶炼强度与焦比三者有如下关系：冶炼强度表明高炉作业强化程度的高低。它取决于高炉所能接受的风量。鼓风愈多，燃烧焦炭也就愈多，在焦比不变或增加不多的情况下，利用系数也愈高。1000KIV生铁合格率生铁合格率是指化学成分符合国家规定的生铁量占总检验量的比例。这是评价生产质量好坏的指标，—般能达99%以上。焦炭负荷焦炭负荷是一批料中矿石重量与焦炭重量之比。计算公式为：焦炭负荷和炼铁焦比是紧密相关的，焦炭负荷高低直接影响高炉热量的收入。生产中常根据生铁含硅、锰量的变化及对焦比的影响，调整焦炭负荷。)()(tt一批料中焦炭重量一批料中矿石重量焦炭负荷生铁原材料消耗•生铁原村料主要包括铁矿石、碎杂铁等。炼铁辅助材料主要是熔剂。•生铁原材料消耗指标的计算公式为：•某种原材料耗用量＝)()(tkg合格生铁产量某种原材料耗用量富氧率富氧率是指工业氧加入到鼓风中后，鼓风中氧含量增加的百分数。高炉实行富氧鼓风有利于热量集中于高炉下部，强化高炉冶炼。生铁成本•单位生铁成本由原料、燃料、动力消耗费及车间经费等项组成。它是从经济角度衡量高炉作业好坏的重要指标。具体项目有：•原燃料消耗—铁矿石、熔剂、焦炭、煤粉、重油。•动力费—循环水、风、蒸汽、比缩空气、煤气、氧。•车间经费—辅助材料(大型工具、备品备件、耐火材料等)、工资、折旧费、管理费(运费、办公费、旅差费等)。•副产品回收—粗煤气、炉渣、炉尘。•企业管理费—对于单独的炼铁厂，车间成本即为工厂成本。如为联合企业，还应包括企业管理的费用。•在单位生铁成本中，一般情况下，原、燃料费约占车间成本的80%以上，动力消耗费占10%左右。炉龄高炉从开炉到停炉大修之间的时间，为一代高炉的炉龄。延长高炉炉龄是高炉工作者的重要任务。§2.8高炉操作一炉内操作高炉基本操作制度主要有：炉缸热制度、造渣制度、送风制度和装料制度。1炉缸热制度炉缸热制度是指炉缸温度水平的高低。表示热制度的参数有：（1）铁水温度。铁水温度一般为1350~1500℃，又称为铁水物理热；（2）用生铁中[Si]含量高低表示，又叫化学热。通常[Si]高时，铁水温度高；[Si]低，温度则低。但在冶炼低硅铁时，二者并不一致。V2造渣制度造渣制度是指根据原料条件和生铁质量要求，确定渣的化学组成与碱度。3送风制度送风制度是指根据炉内风口状态，确定送风质量、风口伸入风口内的长度及风口面积。送风质量包括风量、风压、风温、富氧量、喷吹量、湿度等。4装料制度装料制度是指高炉装料的方式与方法。二高炉炉况判断正常炉况的主要特征是，炉缸工作全面活跃，沪温充沛、稳定，下料均匀顺畅。煤气流分布合理、生铁质量合格。高炉炉况失常可分为煤气流失常和热制度失常两大类型。思考题：1高炉本体由哪几部分组成？2高炉内型由哪些结构组成？3高炉内衬的构成及作用？4目前高炉炉顶装料设备的主要形式有哪些？作业1一有效容积为2000m3的高炉，其利用系数为2.7t/(m3·d)，其操作实行每天3班倒，问其一班每天产铁量为多少？2什么是焦比？3简述高炉冶炼过程4简述高炉生铁中P、S的来源及如何控制生铁中的S、P含量？