宏发炼铁厂培训教材

宏发炼铁厂培训教材(二)生产技术科江苏沙钢集团炼铁基础知识•第一章高炉炼铁简述•第二章高炉炼铁原料和燃料•第三章高炉冶炼基本原理江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材第一章高炉炼铁简述•1.1高炉炼铁工艺流程•高炉炼铁生产是冶金(钢铁)工业的主要环节，高炉炼铁工艺就是利用焦炭不完全燃烧产生的一氧化碳将铁矿石中的铁以生铁形式还原出来的一种工艺流程。具体概括就是铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按一定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度，焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构，矿石料在下降过程中与风口上升的煤气相遇，逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出，炉顶产生的煤气经除尘系统进入净煤气管网。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。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材•1.2高炉本体及高炉系统•1.2.1高炉本体。•高炉本体由上至下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸构成。•炉喉：高炉本体的最上部分，呈圆筒形。炉喉既是炉料的加入口，也是煤气的导出口。它对炉料和煤气的上部分布起控制和调节作用。炉喉直径应和炉缸直径、炉腰直径及大钟直径比例适当。炉喉高度要允许装一批以上的料，以能起到控制炉料和煤气流分布为限。•炉身：高炉铁矿石间接还原的主要区域，呈圆锥台简称圆台形，由上向下逐渐扩大，用以使炉料在遇热发生体积膨胀后不致形成料拱，并减小炉料下降阻找力。炉身角的大小对炉料下降和煤气流分布有很大影响。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材•炉腰：高炉直径最大的部位。它使炉身和炉腹得以合理过渡。由于在炉腰部位有炉渣形成，并且粘稠的初成渣会使炉料透气性恶化，为减小煤气流的阻力，在渣量大时可适当扩大炉腰直径，但仍要使它和其他部位尺寸保持合适的比例关系，比值以取上限为宜。炉腰高度对高炉冶炼过程影响不很显著，一般只在很小范围内变动。•炉腹：高炉熔化和造渣的主要区段，呈倒锥台形。为适应炉料熔化后体积收缩的特点，其直径自上而下逐渐缩小，形成一定的炉腹角。炉腹的存在，使燃烧带处于合适位置，有利于气流均匀分布。炉腹高度随高炉容积大小而定，但不能过高或过低，一般为3．0～3．6m。炉腹角一般为79～82；过大，不利于煤气流分布；过小，则不利于炉料顺行。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材炉缸：高炉燃料燃烧、渣铁反应和贮存及排放区域，呈圆筒形。出铁口、渣口和风口都设在炉缸部位，因此它也是承受高温煤气及渣铁物理和化学侵蚀最剧烈的部位，对高炉煤气的初始分布、热制度、生铁质量和品种都有极重要的影响。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材•1.2.2高炉系统•高炉系统除了高炉本体外，一般还包括六大系统，即上料系统、装料系统、送风系统、喷吹系统、渣铁系统和煤气处理系统。•1、上料系统。•上料设备系统包括贮矿场。贮矿槽、槽下漏斗、槽下筛分、称量和运料设备、向炉顶供料设备（有皮带上料机和料车上料机之分）。其任务是将高炉所需原燃料，按比例通过上料设备运送到炉顶受料漏斗中。2、装料系统。装料设备一般分为钟式、钟阀式和无钟式三类。比较先进的高炉一般采用无钟式装料设备系统。本系统的任务是均匀地按工艺要求将上料系统运来的炉料装入炉内。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材3、送风系统。包括鼓风机、热风炉、热风总管，送风支管。本系统的任务是把从鼓风机房送出的冷风加热并送入高炉。4、喷吹系统。包括磨煤机、集煤罐、储煤罐、喷煤罐、混合器和喷枪。本系统的任务是磨制、收存和计量后把煤粉从风口喷入高炉。5、渣铁处理系统。包括出铁厂、泥炮、开口机、铁水罐、水渣池等。本系统的任务是定期将炉内的渣铁出净，保证高炉连续生产。6、煤气处理系统。包括煤气上升管、下降管、重力除尘器、布袋除尘器、静电除尘器。本系统的任务是将炉顶引出的含尘很高的荒煤气净化成合乎要求的净煤气。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材•钟式炉顶和无钟式炉顶图6并罐式无钟炉顶装置示意图1—皮带运输机；2—受料漏斗；3—上闸门；4—上密封阀；5—储料仓；6—下闸门；7—下密封阀；8—叉型漏斗；9—中心喉管；10—冷却气体充入管；11—传动齿轮机构；12—探尺；13—旋转溜槽；14—炉喉煤气封盖；；17—料仓支撑轮；18—电子秤压头；19—支撑架；20—下部闸门传动机构；21—波纹管；22—测温热电偶；23—气密箱；24一更换滑槽小车；25一消音器江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材炉顶布料江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材•1.3高炉主要技术经济指标1、有效容积利用系数:每立方米高炉有效容积一昼夜生产的生铁吨数。它是衡量高炉生产强化程度的指标。ηv=P（高炉昼夜产铁量）/Vu（高炉有效容积）t/（m3.d））我国高炉有效容积系数一般为1.8～2.3（t/m3.d），高的达到3.0t/（m3.d）2、焦比、煤比、综合焦比、燃料比:焦比就是冶炼一吨生铁消耗的干焦量。K=Q（每昼夜干焦用量）/P（现主要核算综合焦比）；煤比就是冶炼一吨生铁喷吹的煤粉量；综合焦比是指冶炼一吨生铁所喷吹的煤粉量乘上置换比折算成干焦量再与冶炼一吨生铁消耗的干焦量相加；燃料比就是冶炼一吨生铁消耗的燃料量之和。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材3、冶炼强度、综合冶炼强度:冶炼强度指每昼夜每立方米高炉有效容积消耗的干焦量I=Q/Vu（反应焦碳的燃烧能力）；综合冶炼强度是指每昼夜每立方米高炉有效容积消耗的燃料量（折算成干焦）。4、休风率:高炉休风停产时间占规定日历作业时间（日历时间减去计划大中修时间和封炉时间）的百分比（一般控制在2%以内）。它是衡量高炉设备管理水平、维护水平和操作水平的重要指标。降低休风率是高炉增产节焦的重要途径。5、一代炉龄：高炉点火开炉到停炉大修历经的时间（与耐材砌筑、有关）。延长炉龄是提高高炉总体经济效益的重大课题，大高炉炉龄要求达到10年以上，国外最长寿的达20年以上。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材第二章高炉炼铁原料和燃料•2.1铁矿石•2.1.1铁矿石的分类及主要特性铁矿石可分为天然铁矿石和人造富矿两种。天然铁矿石目前自然界发现的有300多种矿物，最常见的主要是以下四类：（1）磁铁矿。化学式位Fe3O4，具有强磁性，结构致密，晶粒细小，颜色及条痕均为黑色，脉石的主要成分主要是石英和硅酸盐。磁铁矿种含有TiO2及V2O5等组成的复合矿被称为钛磁铁矿或钒钛磁铁矿。自然界中纯磁铁矿很少，由于地表氧化作用部分磁铁矿氧化为赤铁矿，但仍残留着磁铁矿的晶格及外形，故称为假象磁铁矿。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材•（2）赤铁矿。化学式为Fe2O3，颜色为暗红色，具有弱磁性，含硫、磷较少，易碎，易还原，脉石多为硅酸盐。•（3）褐铁矿。化学式为nFe2O3.mH2O（n=1～3,m=1～4)。褐铁矿中绝大部分含铁矿物是以2Fe2O3.3H2O的形式存在的。•（4）菱铁矿。化学式为FeCO3，颜色为灰色带黄褐色。菱铁矿经过焙烧，分解出二氧化碳气体，含铁量即可得到提高，而且变得疏松多孔，易破碎，还原性好。人造富矿有烧结矿和球团矿两种。•常见铁矿石的主要特性如下表2-1江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材各类铁矿石图赤铁矿磁铁矿菱铁矿褐铁矿江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材•2.1.2高炉冶炼对铁矿石的要求•铁矿石是高炉冶炼的主要原料，决定铁矿石质量优劣的主要因素是化学成分、物理性质及其冶金性能。高炉冶炼对铁矿石的要求是：含铁量高，脉石少，有害杂质少，化学成分稳定，粒度均匀，具有良好的还原性及一定的机械强度等性能。•2.1.2.1铁矿石品位•铁矿石的品位即指铁矿石的含铁量，以TFe%表示。品位是评价铁矿石质量的主要指标。经验表明：铁矿石含铁量每增加1%，焦比将降低2%，产量提高3%，因为随着矿石品位的提高，脉石含量越少，溶剂用量和渣量减少，既节省热量消耗，又有利于炉况顺行。一般实际含铁量大于理论含铁量70%～90%时方可直接入炉，成为富矿•。贫矿必须经过选矿和造块才能入炉冶炼。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材•2.1.2.2脉石成分•铁矿石的脉石成分主要是二氧化硅（SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)。以SiO2为主的脉石称为酸性脉石；以CaO和MgO为主的脉石称为碱性脉石。•碱性脉石含碱性氧化物较多，冶炼时可回忆少加或不加石灰石，对降低焦比有利，具有较高的冶炼价值。这种冶炼时不加熔剂的矿石称为自熔性矿石。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材•2.1.2.3有害杂质和有益元素的含量•1.有害杂质。矿石中的有害杂质是指对冶炼有妨碍或使矿石冶炼时不易获得优质产品的元素，主要有硫（S）、磷（P）、铅（Pb）、锌（Zn）、砷（As）、钾（K）、钠（Na）等。•(1)硫。硫在矿物中主要以硫化物状态存在。硫的危害主要表现在：a、钢中的含硫量超过一定量时，会使刚才具有热脆性。这是由于FeS和Fe结合成低熔点（985℃）合金，冷却时最后凝固成薄膜状，并分布于晶粒之间，当钢材被加热到11501120℃时，硫化物首先熔化，使钢材沿晶粒界面形成裂纹。b、对铸造生铁，会降低铁水的流动性，阻止渗碳体（Fe3C）分解，使铸件产生气孔、难于切削并降低其韧性。c、硫会显著降低钢材的焊接性、耐腐蚀性和耐磨性。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材•（2）磷。磷以Fe2P和Fe3P的形态溶于铁水中。因为磷化物是脆性物质，冷凝时聚集于钢的晶界周围，减弱晶粒间的结合力，使刚才在冷却时产生很大的脆性，从而造成钢的冷脆现象。高炉冶炼过程中磷全部还原进入生铁，因此控制生铁含磷的唯一途径就是控制入炉原料的含磷量。•（3）铅和锌。铅在矿石中一般以方铅矿（PbS）形态存在。铅在高炉中是易还原元素，但铅不熔于生铁且密度大于生铁，因此沉入炉底，深入砖缝破坏炉底砌砖，甚至使炉底砌砖浮起，铅又极易挥发，在高炉上部被氧化成PbO粘结于炉墙，易引起结瘤。锌在矿石中多以闪锌矿（ZnS）形式存在。•锌易挥发（905℃），不熔于铁水，但很容易挥发，在炉内又被氧化成ZnO。ZnO部分沉积在炉身上部炉墙上，形成炉瘤，部分渗入炉衬的空隙和砖缝中，引起炉衬膨胀而破坏炉衬，矿石中的含锌量应低于0.1%。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材•（4）砷。砷在矿石中以硫化物形态存在。与磷相似，砷在高炉冶炼过程中全部还原进入生铁，钢中含砷量大于0.1%时会产生“冷脆”现象，并降低钢材的焊接性能，要求矿石中砷含量应低于0.07%。•（5）碱金属。碱金属主要指钾和钠，一般以硅酸盐形式存在与矿石中。冶炼过程中，在高炉下部高温区碱金属被直接还原成大量碱蒸气，随煤气上升到低温区又被氧化成碳酸盐沉积在炉料和炉墙上，部分随炉料下降，从而反复循环积累。其危害主要为：与炉衬作用生成钾霞石（K2O﹒Al2O3﹒2SiO2），体积膨胀40%而破坏炉衬；与炉衬作用生成低熔点化合物，粘接在炉墙上，易导致结瘤；与焦炭作用生成嵌入式化合物（CKCN），体积膨胀很大，破坏焦炭高温强度，从而影响高炉下部料柱的透气性。（6）铜。铜是贵重的有色金属，在钢中的含量不超过0.3%时，能增强金属的抗腐蚀性能，但当含铜量超过0.3%时，钢的焊接性能降低，并产生热脆。江苏沙钢集团江苏沙钢集团宏发炼铁厂培训教材2.有益元素。许多铁矿石中常伴有锰、铬、钒、钛、镍等元素，形成多种共生矿。这些金属能改善钢材的性能，是重要的合金元素，故称之为有益元素。•（1）锰。铁矿石中的锰一般都不超过5%，锰能增加钢材的强度和硬度。它在高炉中的还原率为40%～60%,生铁中含有一定量的锰能降低生铁的含硫量，含锰的矿粉在烧结时可以改善烧结矿的质量。•（