網(wǎng)絡(luò)煉鋼-高爐煉鐵部分

1、武漢科技大學(xué)冶金工程系高爐模擬高爐模擬報告人報告人: 王煒王煒2011.10武漢科技大學(xué)冶金工程系提綱1、高爐煉鐵簡介2、高爐煉鐵成本控制方法3、高爐模擬4、小結(jié)武漢科技大學(xué)冶金工程系1、高爐煉鐵簡介、高爐煉鐵簡介高爐使用鐵礦石作為含鐵原料，焦炭和煤粉作為還原劑以及石灰或石灰石作為熔劑。高爐煉鐵的主要目的是給BOS煉鋼提供質(zhì)量穩(wěn)定的鐵水。通常煉鋼廠要求鐵水的條件為含硅0.30.7%，錳0.20.4%和磷0.060.13%，以及盡可能高的溫度（出鐵溫度為1480-1520C）。一座內(nèi)容積約為4500m3的現(xiàn)代大型高爐的爐缸直徑為14-15m，高度為35m。這樣一座高爐每天能夠生產(chǎn)10000噸鐵水

2、。 武漢科技大學(xué)冶金工程系高爐過程武漢科技大學(xué)冶金工程系武漢科技大學(xué)冶金工程系主要反應(yīng)直接還原直接還原在回旋區(qū)上部的高溫區(qū)，低價鐵氧化物在回旋區(qū)上部的高溫區(qū)，低價鐵氧化物(FeO)直接與焦炭反應(yīng)，生直接與焦炭反應(yīng)，生成金屬鐵和成金屬鐵和CO。實際上連續(xù)發(fā)生了兩個反應(yīng)：。實際上連續(xù)發(fā)生了兩個反應(yīng)：FeO被被CO還原以還原以及及CO2與焦炭接觸快速生成與焦炭接觸快速生成CO：(1)FeO+CO=Fe+CO2(2)CO2+C=2CO總反應(yīng)總反應(yīng)FeO+C=Fe+CO間接還原間接還原間接還原也稱為煤氣還原。煤氣還原發(fā)生在間接還原也稱為煤氣還原。煤氣還原發(fā)生在CO或者或者H2與固態(tài)鐵氧與固態(tài)鐵氧化物爐料

3、之間。煤氣還原去除鐵礦石中大約化物爐料之間。煤氣還原去除鐵礦石中大約2/3的氧。的氧。CO的間接還的間接還原反應(yīng)表示如下：原反應(yīng)表示如下：赤鐵礦赤鐵礦:3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2磁鐵礦磁鐵礦:Fe3O4+CO=3FeO+CO2浮氏體浮氏體:2FeO+CO=2FeO0.5+CO2武漢科技大學(xué)冶金工程系高爐產(chǎn)品為從高爐內(nèi)排出的高爐產(chǎn)品為從高爐內(nèi)排出的1803K(15301803K(1530C)C)的鐵水，約的鐵水，約300300公公斤熔渣斤熔渣/ /噸鐵和爐頂荒煤氣。噸鐵和爐頂荒煤氣。鐵水鐵水被裝入魚雷罐車被裝入魚雷罐車( (如圖如圖) )進行進行鐵水預(yù)處理，然后運往煉鋼廠。鐵水預(yù)處

4、理，然后運往煉鋼廠。 熔渣熔渣冷卻后破碎，作為鋪路和水冷卻后破碎，作為鋪路和水泥材料循環(huán)利用。泥材料循環(huán)利用。 爐頂煤氣爐頂煤氣除塵后，作為熱風(fēng)爐（除塵后，作為熱風(fēng)爐（考伯式）預(yù)熱熱風(fēng)或者加熱爐的燃考伯式）預(yù)熱熱風(fēng)或者加熱爐的燃料。料。 高爐產(chǎn)品高爐產(chǎn)品武漢科技大學(xué)冶金工程系鐵水武漢科技大學(xué)冶金工程系物料平衡和熱平衡物料平衡和熱平衡一般高爐冶煉1噸鐵水的物料平衡圖大型高爐（日產(chǎn)鐵水10000噸）日消耗16,000 20,000 噸鐵礦石 4,000 6,000 噸焦炭（和煤粉） 2,000 4,000 噸熔劑 11,000 kNm3 壓縮空氣 產(chǎn)生:4,000 5,000 噸渣+煙塵 15,0

5、00 kNm3 爐頂煤氣武漢科技大學(xué)冶金工程系粉煤噴吹噴吹煤粉，重油和天然氣等輔助還原劑是為了降低鐵水成本。最常用的是通過噴吹煤粉，重油和天然氣等輔助還原劑是為了降低鐵水成本。最常用的是通過噴煤來降低焦比，從而節(jié)約成本。噴煤可減少昂貴焦炭的用量。噴煤后可允許噴煤來降低焦比，從而節(jié)約成本。噴煤可減少昂貴焦炭的用量。噴煤后可允許使用更高的風(fēng)溫，高風(fēng)溫也能降低焦比。富氧噴煤后可提高產(chǎn)量。使用更高的風(fēng)溫，高風(fēng)溫也能降低焦比。富氧噴煤后可提高產(chǎn)量。煤粉噴入高爐前，需要做以下準(zhǔn)備工作： 磨煤磨煤：為了從風(fēng)口噴入煤粉，要將煤磨細(xì)。一般粒度低于75m的要達(dá)到60%；粒煤較粗，粒度為1-2mm。 干燥干燥：煤粉

6、中含水分8%至10%以上武漢科技大學(xué)冶金工程系高爐操作：裝料，出鐵和鐵水取樣高爐操作：裝料，出鐵和鐵水取樣裝料裝料爐料分布對高爐操作和爐況都有很大的影響。它是由爐料性質(zhì)和裝料設(shè)備所決定的。爐料分布可以控制煤氣流分布。圖中列出了兩種主要的布料設(shè)備。雙鐘布料時，爐料通過上部的小鐘進入下部關(guān)閉的大鐘內(nèi)。然后關(guān)閉小鐘，打開大鐘，使?fàn)t料落入爐內(nèi)。為了更有效地控制爐料分布，高爐可安裝可調(diào)導(dǎo)料板，見下圖。第二種類型是無鐘爐頂，爐料通過旋轉(zhuǎn)溜槽裝入爐內(nèi)，能更好地控制細(xì)粒分布和徑向焦/礦比武漢科技大學(xué)冶金工程系出鐵出鐵高爐爐缸裝滿了鐵水和浮在上面的爐渣。高爐通過出鐵口排出渣鐵，每天8-14次，平均持續(xù)時間為90

7、-180分鐘?，F(xiàn)代高爐最多有4個出鐵口，同時出渣出鐵。大多數(shù)高生產(chǎn)率的高爐輪換出鐵口連續(xù)出鐵，使?fàn)t缸內(nèi)液面保持在低位，從而保證高爐平穩(wěn)操作。用鉆頭或?qū)㈣F棒伸入粘土中打開出鐵口后開始出鐵。出鐵完成后用泥炮往鐵口內(nèi)塞入炮泥關(guān)閉鐵口。液態(tài)渣鐵流入出鐵溝或主溝，通過撇渣器將渣鐵分開，鐵流入鐵溝，渣流入渣溝。鐵水裝入稱為魚雷罐的鐵水罐車內(nèi)，運往堿性氧氣轉(zhuǎn)爐（BOF）煉鋼。通常情況下渣用水沖處理成顆粒狀或倒入渣池。取樣取樣BOF煉鋼之前，要進行鐵水取樣，分析Si、S、Mn、P和O的含量。要將鐵樣成分快速提供給BOF操作者，以便優(yōu)化煉鋼過程。大多鋼鐵廠每次出鐵后還要分析渣樣。武漢科技大學(xué)冶金工程系高爐煉鐵的

8、發(fā)展趨勢高爐煉鐵的發(fā)展趨勢爐煉鐵已經(jīng)有超過500年的歷史。在此期間，高爐已經(jīng)發(fā)展成為一種極高效的反應(yīng)器?，F(xiàn)在，高爐仍然是占絕對優(yōu)勢的生鐵生產(chǎn)設(shè)備，全世界有幾百座高爐正在運行。高爐有悠久的歷史，現(xiàn)代高爐效率高，能量利用好。 然而，高爐需要焦炭，焦炭價格昂貴，而且焦炭生產(chǎn)對環(huán)境污染嚴(yán)重。因此，出現(xiàn)了一些其它煉鐵方法與高爐競爭，如直接還原和熔融還原。 從風(fēng)口噴入含碳還原劑可以明顯減少焦炭消耗量，極大地推動高爐煉鐵生產(chǎn)。從高爐風(fēng)口不僅可以噴煤，還可以噴入天然氣等氣態(tài)還原劑、廢塑料和生物型燃料。而且，鼓風(fēng)富氧可以增加高爐生產(chǎn)率，維持相對高的風(fēng)口溫度。然而，因為焦炭起料柱骨架作用，高爐生產(chǎn)用的焦炭不能完全

9、被取代。高爐煉鐵的最低焦比大約為200kg/t鐵。高爐流程進行煉鋼所面臨的壓力有以下幾個方面： 燒結(jié)廠的環(huán)保問題；燒結(jié)廠的環(huán)保問題；焦?fàn)t廠的環(huán)保和經(jīng)濟問題；焦?fàn)t廠的環(huán)保和經(jīng)濟問題；生鐵生產(chǎn)的相對不靈活性和規(guī)模問題；生鐵生產(chǎn)的相對不靈活性和規(guī)模問題；基于廢鋼和直接還原鐵的電弧爐煉鋼流程的競爭力不斷加強基于廢鋼和直接還原鐵的電弧爐煉鋼流程的競爭力不斷加強。武漢科技大學(xué)冶金工程系2、高爐煉鐵成本控制方法合理配料經(jīng)濟煤比優(yōu)化操作武漢科技大學(xué)冶金工程系高爐模擬操作高爐模擬操作模擬的目標(biāo)模擬的目標(biāo)本模擬的目標(biāo)是為高爐選擇原材料（礦石、燃料和造渣料），并為這些原材料設(shè)定合適的裝入比例，以獲得目標(biāo)鐵水，然后進

10、行質(zhì)量平衡和熱平衡的評價、以及其它工藝指標(biāo)的評價。使鐵水的成本最低也是模擬的目標(biāo)。武漢科技大學(xué)冶金工程系高爐模擬操作高爐模擬操作本模擬提供了 4個界面，用于輸入與高爐生產(chǎn)條件相關(guān)的數(shù)據(jù)。1.原材料的成份原材料的成份2.生產(chǎn)設(shè)定生產(chǎn)設(shè)定3.裝料比例裝料比例4.生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)生產(chǎn)環(huán)境參數(shù)當(dāng)這些已經(jīng)過認(rèn)真檢查和確認(rèn)后，在這個標(biāo)簽旁邊會出現(xiàn)一個綠色的記號，這表示可安全地繼續(xù)進行下一個成份設(shè)定。在完成了所有六個對話框后，可以通過點擊魚雷車來回顧結(jié)果。武漢科技大學(xué)冶金工程系武漢科技大學(xué)冶金工程系原材料成份原材料成份你需要回顧本次模擬中所有輸入的原料成份，原料包括有三類：礦石、燃料和造渣料。為了能夠繼續(xù)進行模

11、擬，你應(yīng)該保證某個原料中所有成份之和為接近100%。所以在繼續(xù)下步模擬之前，你必須檢查一組原材料中的每種料床?？山邮艿目偝煞莘秶鸀?8102%。武漢科技大學(xué)冶金工程系礦石礦石礦石的選擇，如左圖所示團礦團礦：可以選擇兩種類型的燒結(jié)礦和兩種類型的球團礦。這兩種礦通過燒結(jié)或球團工藝生產(chǎn)，在生產(chǎn)的過程中，要加入堿性的造渣料（石灰石或白云石）到礦石中，以獲得高堿度的產(chǎn)品。塊礦塊礦：可以選擇三種類型的塊礦，這些原生礦是酸性的，其含量大于50%，可以直接裝入高爐內(nèi)。加入適當(dāng)配比的人造礦（如燒結(jié)礦、球團礦）和原生礦，高爐的運行會更加平穩(wěn)，能達(dá)到更高的生產(chǎn)效率。錳礦錳礦：為了生產(chǎn)含一定含量的錳鐵和鑄造生鐵，可加

12、入錳礦，在模擬中稱為Mn礦。V-TI 礦：為了保護高爐的爐底和爐壁，加入高爐內(nèi)。武漢科技大學(xué)冶金工程系燃料燃料高爐生產(chǎn)過程中，焦炭和粉煤是常用的燃料。為高爐生產(chǎn)過程中，焦炭和粉煤是常用的燃料。為了降低成本，部分的小塊焦炭或煤塊隨裝料加入高了降低成本，部分的小塊焦炭或煤塊隨裝料加入高爐內(nèi)。粉煤通常從高爐的風(fēng)口噴入，這通常被簡稱爐內(nèi)。粉煤通常從高爐的風(fēng)口噴入，這通常被簡稱為粉煤噴吹。由于焦炭的價格相當(dāng)高，為了降低生為粉煤噴吹。由于焦炭的價格相當(dāng)高，為了降低生產(chǎn)成本，你需要考慮降低高爐的焦比。為此，你可產(chǎn)成本，你需要考慮降低高爐的焦比。為此，你可以提升你的以提升你的PCI比例、改善高爐的溫度，但是你

13、不比例、改善高爐的溫度，但是你不能將焦比降到最低值以下。有三種類型的焦炭可供能將焦比降到最低值以下。有三種類型的焦炭可供選擇，請注意包括灰分在內(nèi)的成份之和也應(yīng)該為選擇，請注意包括灰分在內(nèi)的成份之和也應(yīng)該為100%。武漢科技大學(xué)冶金工程系武漢科技大學(xué)冶金工程系熔劑料熔劑料有四種熔劑可供選擇。石灰石（CaO）和白云石（MgO）是堿性的；硅酸鹽(SiO2)是酸性的螢石CaF2)可以極大地改善爐渣的流動性。應(yīng)該根據(jù)爐渣的目標(biāo)堿度和選擇的礦石種類，決定選擇何種類型的造渣料武漢科技大學(xué)冶金工程系生產(chǎn)參數(shù)的設(shè)定生產(chǎn)參數(shù)的設(shè)定武漢科技大學(xué)冶金工程系武漢科技大學(xué)冶金工程系裝料比例裝料比例裝料比例對話框用來輸入高

14、爐煉鐵需要的所有原材料的重量。裝料比例對話框用來輸入高爐煉鐵需要的所有原材料的重量。在使用在使用“固定重量固定重量”裝料計算的情況下，你只需要輸入所有裝料計算的情況下，你只需要輸入所有原料的重量即可。原料的重量即可。武漢科技大學(xué)冶金工程系生產(chǎn)環(huán)境設(shè)置生產(chǎn)環(huán)境設(shè)置點擊高爐爐體進行對話。溫度溫度氣體增加氣體增加熱風(fēng)性能熱風(fēng)性能用于質(zhì)量和熱量平衡計算的熱損失模型的類型用于質(zhì)量和熱量平衡計算的熱損失模型的類型武漢科技大學(xué)冶金工程系生產(chǎn)環(huán)境設(shè)置生產(chǎn)環(huán)境設(shè)置武漢科技大學(xué)冶金工程系生產(chǎn)環(huán)境設(shè)置生產(chǎn)環(huán)境設(shè)置武漢科技大學(xué)冶金工程系武漢科技大學(xué)冶金工程系生產(chǎn)效率的評價為了比較和評估不同高爐的生產(chǎn)效率和成本，使用了一些鋼鐵行業(yè)常用的指標(biāo)，如容積利用系數(shù)、焦比、噴煤比、熱風(fēng)溫度，以及如上所述的現(xiàn)有能源和碳能源利用系數(shù)。在本模擬中，根據(jù)一些鋼鐵生產(chǎn)商公布的指標(biāo)，上述這些參數(shù)被評估并分為三個層次：正常、良好和很好。武漢科技大學(xué)冶金工程系武漢科技大學(xué)冶金工程系結(jié)果摘要在完成所有必要的對話輸入后，魚雷車將被激活。這表明，點擊它會彈出仿真結(jié)果屏幕。每次點擊魚雷車，結(jié)果就會被計算一次。這將確保任何已經(jīng)做出的變化