煉鐵原理與工藝培訓(xùn)課程課件

煉鐵原理與工藝1?煉鐵原理與工藝1?一、高爐煉鐵簡(jiǎn)介鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的煉鐵生產(chǎn)一種是高爐-氧氣轉(zhuǎn)爐-軋機(jī)流程；一種是直接還原或熔融還原-電爐-軋機(jī)流程。前者被稱(chēng)為長(zhǎng)流程，后者則被稱(chēng)為短流程。目前長(zhǎng)流程是主要流程。但因它必須使用塊狀原料，需要配用質(zhì)量好的煉焦煤在焦?fàn)t內(nèi)煉成性能好的冶金焦，粉礦和精礦粉要制成燒結(jié)礦或球團(tuán)礦。這兩道生產(chǎn)工序不但能耗高，而且生產(chǎn)中產(chǎn)生粉塵，污水和廢氣等對(duì)環(huán)境造成污染。所以長(zhǎng)流程面臨能源和環(huán)保等的挑戰(zhàn)，直接還原和熔融還原是用來(lái)替代高爐煉鐵的兩種工藝。直接還原和熔融還原煉鐵工藝的特點(diǎn)是，用塊煤或氣體還原劑代替高爐煉鐵工藝所必需的焦炭來(lái)還原天然塊礦、粉礦或人造塊礦（燒結(jié)礦或球團(tuán)礦）具有相當(dāng)大的適應(yīng)性，特別適用于某些資源匱乏，環(huán)保要求特別嚴(yán)格的地區(qū)或國(guó)家，但其生產(chǎn)規(guī)模較高爐小而且很多技術(shù)問(wèn)題還有待解決或完善。各種煉鐵法的設(shè)備及生產(chǎn)方式差別很大，但其原理是相同的。2?一、高爐煉鐵簡(jiǎn)介鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的煉鐵生產(chǎn)2?1.1高爐煉鐵生產(chǎn)工藝流程高爐本體上料系統(tǒng)送風(fēng)系統(tǒng)煤氣凈化系統(tǒng)渣鐵處理系統(tǒng)噴吹燃料系統(tǒng)3?1.1高爐煉鐵生產(chǎn)工藝流程高爐本體3?1.2煉鐵原料及評(píng)價(jià)鐵礦石的分類(lèi)對(duì)鐵礦石的評(píng)價(jià):含鐵品位p1=(F/f)(P-Cp2-Cp3-g)式中p1為原料的價(jià)值；F為原料的含鐵品位；f為生鐵中含鐵；p為生鐵的車(chē)間成本；C為焦比；c為單位生鐵消耗的熔劑；p2為焦炭的價(jià)格；p3為熔劑的價(jià)格；g為每噸生鐵的車(chē)間生產(chǎn)費(fèi)用。脈石的成分及分布有害元素的含量.S(0.1-0.3)%,礦最低允許P=([P]鐵-[P焦.熔])/K.K---單位(噸)生鐵礦耗量.K=Fe生/Fe礦(K,Na)＜2-3Kg/t鐵,Zn＜0.15Kg/t鐵有益元素,礦石的還原性礦石的高溫性能礦石的其它性能(強(qiáng)度,粒度,熱爆裂性,化學(xué)成分的穩(wěn)定性)4?1.2煉鐵原料及評(píng)價(jià)鐵礦石的分類(lèi)4?1.2煉鐵原料及評(píng)價(jià)礦石入爐前的處理整粒.8-30mm造塊.分級(jí)和篩分.5?1.2煉鐵原料及評(píng)價(jià)礦石入爐前的處理5?1.3熔劑1.堿性熔劑石灰石,白云石[(Ca,Mg)CO3],2.酸性熔劑硅石(SiO2)3.有效熔劑性有效熔劑性=［w(CaO)+w(MgO)］-w(SiO2)×R26?1.3熔劑1.堿性熔劑6?1.4錳礦錳礦用途質(zhì)量要求(和鐵礦石一樣)w(Fe允)={100-[w(C)+w(Si)+w(P)+w(S)+w(Mn)+…]}/KK=w(Mn)η·w(Mn)礦式中w(Fe允)——錳礦允許的極限Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；K——冶煉單位重量合金時(shí)錳礦消耗量；w(Mn)礦——錳礦含Mn品位，%；η——爐內(nèi)Mn的回收率，冶煉一般生鐵時(shí)此值為50%～60%，煉錳鐵時(shí)此值可達(dá)80%～85%。7?1.4錳礦錳礦用途7?1.6高爐燃料1.焦炭焦炭的作用:在風(fēng)口前燃燒，提供冶煉所需熱量固體C及其氧化產(chǎn)物CO，是氧化物的還原劑高溫區(qū)料柱的骨架，煤氣通路鐵水滲碳8?1.6高爐燃料1.焦炭8?1.6高爐燃料2.高爐對(duì)焦炭質(zhì)量要求:化學(xué)成分,C,A,W,S,冷強(qiáng)度:M40,M10熱強(qiáng)度,CSR反應(yīng)性.CRI9?1.6高爐燃料2.高爐對(duì)焦炭質(zhì)量要求:9?焦炭質(zhì)量要求爐容級(jí)別/m310002000300040005000焦炭灰分/%≤13≤13≤12.5≤12≤12焦炭含硫/%≤0.7≤0.7≤0.7≤0.7≤0.7M40/%≥78≥82≥84≥85≥86M10/%≤8≤7.5≤7≤6.5≤6CSR/%≥58≥60≥62≥65≥66CRI/%≤28≤26≤25≤25≤25粒度范圍/%75-2075-2575-2575-2575-30大于上限/%≤10≤10≤10≤10≤10小于下限/%≤8≤8≤8≤8≤810?焦炭質(zhì)量要求爐容級(jí)別/m3100020003000400051.6高爐燃料3.對(duì)煤粉的質(zhì)量要求①煤的燃燒性能好②煤的灰分越低越好，要求低于12%。③煤的硫分越低越好，一般要求小于0.7%，最高不大于0.8%煤粉的粒度合適④煤的可磨性好，高爐噴煤需要將煤磨到一定細(xì)度，煤的可磨性指數(shù)(哈氏HGI)應(yīng)在60～90之間，低于50的煤很硬，難磨。高于90的煙煤雖然易磨，但往往是粘結(jié)性強(qiáng)的煤，可能給磨煤和輸煤造成困難。11?1.6高爐燃料3.對(duì)煤粉的質(zhì)量要求11?1.6高爐燃料煤的發(fā)熱值越高越好，煙煤的低位發(fā)熱值不小于26000kJ/kg，無(wú)煙煤的低位發(fā)熱值不小于29000kJ/kg。⑥膠質(zhì)層越薄越好，Y＜10rnrn，以免在噴吹過(guò)程中結(jié)焦，堵塞噴槍影響煤粉噴吹和高爐正常生產(chǎn)。⑦煤的灰熔點(diǎn)溫度，要求高一些。因?yàn)榛胰埸c(diǎn)太低時(shí)風(fēng)口容易結(jié)焦和堵塞煤槍。⑧流動(dòng)性和輸送性能高。。12?1.6高爐燃料煤的發(fā)熱值越高越好，煙煤的低位發(fā)熱值不小于261.6高爐燃料氣體燃料氣體燃料在鋼鐵企業(yè)中有重要作用。天然氣、石油氣、高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣等。根據(jù)我國(guó)資源條件，不可能普遍使用天然氣，而焦?fàn)t煤氣主要供民用，只有在特殊條件下高爐才使用少量焦?fàn)t煤氣。故高爐煤氣就成為鋼鐵企業(yè)內(nèi)部的主要?dú)怏w燃料了。13?1.6高爐燃料氣體燃料13?1.7高爐冶煉產(chǎn)品1.生鐵煉鋼生鐵,鑄造生鐵,鐵合金一般不用高爐,用電爐2.煤氣3.爐渣(水渣)14?1.7高爐冶煉產(chǎn)品1.生鐵14?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1.利用系數(shù):ηV=P/V------t/(m3.d)2.焦比K=Q/P------kg/t3.煤比PCI=M/P-----kg/t4.燃料比Kf=QfP式中Kf——冶煉1t生鐵消耗的焦炭和噴吹燃料的數(shù)量之和；Qf——高爐一晝夜消耗的干焦量和噴吹燃料之和。15?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1.利用系數(shù):15?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)5.置換比R=(K0-K1+ΣΔK)/PCI式中R——噴吹的輔助燃料的置換比；K0——未噴吹輔助燃料前的實(shí)際平均焦比；K1——噴吹輔助燃料后的平均入爐焦比；∑ΔK——其他各種因素對(duì)實(shí)際焦比影響的代數(shù)和。16?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)5.置換比16?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)6.冶煉強(qiáng)度。冶煉強(qiáng)度（I）是冶煉過(guò)程強(qiáng)化的程度，即每晝夜（d）每1m3高爐有效容積燃燒的干焦耗用量：冶煉強(qiáng)度=干焦耗用量有效容積×實(shí)際工作日t/(m3·d)利用系數(shù)（ηV）=綜合冶煉強(qiáng)度(If)綜合焦比(Kf)t/(m3·d)17?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)6.冶煉強(qiáng)度。17?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)7.燃燒強(qiáng)度燃燒強(qiáng)度=一晝夜干焦耗用量爐缸截面積t/(m2·d)由于爐型的特點(diǎn)不同，小型高爐可允許較高的冶煉強(qiáng)度因而容易獲得較高的利用系數(shù)。為了對(duì)比不同容積的高爐實(shí)際爐缸工作強(qiáng)化的程度，可對(duì)比其燃燒強(qiáng)度。燃燒強(qiáng)度的定義為每1m2爐缸截面積上每晝夜（d）燃燒的干焦噸數(shù)：18?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)7.燃燒強(qiáng)度18?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)8.爐腹煤氣量指數(shù)爐腹煤氣量指數(shù)=爐腹煤氣量/爐缸面積----m/min9.焦炭負(fù)荷10.休風(fēng)率11.生鐵成本12.爐齡(時(shí)間和單位爐容生鐵產(chǎn)量)13.噸鐵工序能耗.400kg標(biāo)準(zhǔn)煤/t鐵19?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)8.爐腹煤氣量指數(shù)19?2.還原過(guò)程與生鐵形成20?2.還原過(guò)程與生鐵形成20?2.1高爐內(nèi)基本現(xiàn)象和基本規(guī)律1.基本現(xiàn)象:高爐冶煉過(guò)程是個(gè)連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程。高爐是一個(gè)密閉的連續(xù)的逆流反應(yīng)器爐料在高爐內(nèi)的狀態(tài)塊狀帶,軟熔帶,滴落帶,風(fēng)口帶,渣鐵帶21?2.1高爐內(nèi)基本現(xiàn)象和基本規(guī)律1.基本現(xiàn)象:21?高爐內(nèi)狀況描述22?高爐內(nèi)狀況描述22?2.1高爐內(nèi)基本現(xiàn)象和基本規(guī)律2.軟熔帶及其對(duì)高爐行程的作用規(guī)律軟熔帶類(lèi)型：倒V,V,W,影響軟熔帶形狀的因素:送風(fēng)狀況,布料方式軟熔帶對(duì)高爐冶煉的影響鐵礦石預(yù)還原,生鐵脫硫,生鐵含硅,煤氣利用,爐缸中心活躍程度,爐墻維護(hù)對(duì)爐況順行,生鐵產(chǎn)量、質(zhì)量,燃料消耗均有影響。23?2.1高爐內(nèi)基本現(xiàn)象和基本規(guī)律2.軟熔帶及其對(duì)高爐行程的作用2.1高爐內(nèi)基本現(xiàn)象和基本規(guī)律3.軟熔帶控制方法通過(guò)上、下部調(diào)劑規(guī)律，改變?cè)剂辖Y(jié)構(gòu)和性能來(lái)實(shí)現(xiàn)。24?2.1高爐內(nèi)基本現(xiàn)象和基本規(guī)律3.軟熔帶控制方法24?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解1.水分的蒸發(fā)與水化物的分解吸附水一般在105℃時(shí)就迅速蒸發(fā).爐料中的化合水，又稱(chēng)結(jié)晶水，以化合物的狀態(tài)存在。褐鐵礦(nFe2O3·mH2O):200℃左右開(kāi)始分解，400～500℃時(shí)分解速度激增高嶺土(Al2O3·2SiO2·2H2O):高嶺土在400℃時(shí)開(kāi)始分解，但分解速度很慢，到500～600℃時(shí)才迅速(烘爐)25?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解1.水分的蒸發(fā)與水化物的分解22.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解結(jié)晶水分解影響爐料透氣性變壞.焦炭中的碳素反應(yīng)(較高溫度區(qū)域)在500～1000℃時(shí):2H2O+C焦=CO2+2H2-83134kJ(水煤氣置換反應(yīng))在1000℃以上時(shí):H2O+C焦=CO+H2-124450kJ(水煤氣反應(yīng))兩個(gè)反應(yīng)對(duì)鐵礦石還原作用和區(qū)別后面介紹.26?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解結(jié)晶水分解影響26?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解2.揮發(fā)物的揮發(fā)揮發(fā)物:有機(jī)物質(zhì)熱分解的產(chǎn)物.揮發(fā)物主要存在于焦炭和煤粉中.煤粉中揮發(fā)在風(fēng)口區(qū)分解燃燒對(duì)爐缸煤氣成分影響較大.特別是煙煤其它物質(zhì)的揮發(fā):K,Na,Zn,SiO,Mn.27?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解2.揮發(fā)物的揮發(fā)27?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解3.堿金屬的揮發(fā)與危害鉀、鈉等堿金屬大都以各種硅酸鹽的形態(tài)存在于爐料而進(jìn)入高爐.2K2O·SiO2、2Na2O·SiO2、Na2O·SiO2等.在溫度高于1500℃時(shí)，且有碳素存在條件下，它能被C還原.少量K2O、Na2O、K2CO3、Na2CO3等氧化物或碳酸鹽形態(tài)存在于礦石脈石中.能在較低溫度下被CO還原28?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解3.堿金屬的揮發(fā)與危害28?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解堿金屬的還原反應(yīng)在高溫區(qū)域:1500℃左右K2(Na2)SiO3+3C=2K(Na)氣+Si+3COK2(Na2)SiO3+C=2K(Na)氣+SiO2+3CO在較低溫區(qū)域:800℃左右K2(Na2)O+CO=2K(Na)氣+CO2K2(Na2)CO3+CO=2K(Na)氣+CO21200℃:2K(Na)氣+2C＋N2=2K(Na)CN氣(氰化物)29?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解堿金屬的還原反應(yīng)29?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解30?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解30?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解堿金屬(氰化物)的氧化反應(yīng)800℃:2K(Na)氣+2CO2=K2(Na2)CO3+CO2K(Na)CN液+4CO2=K2(Na2)CO3+N2＋5CO堿金屬的存在形態(tài):堿金屬將以氣態(tài)形式隨煤氣上升；而堿金屬的氰化物多以霧狀液體的形態(tài)隨煤氣向上運(yùn)動(dòng)。31?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解堿金屬(氰化物)的氧化反應(yīng)312.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解4.堿金屬的積累(循環(huán))富集現(xiàn)象含有堿金屬元素的化合物隨著爐料下降,在溫度升高的過(guò)程中被爐內(nèi)的C或CO還原,逐步生成氣態(tài)堿金屬或霧狀液體的堿金屬氰化物。它們隨著煤氣上升在較低溫度區(qū)域（低于800℃）被CO2所氧化以碳酸鹽的形式凝結(jié)在爐料（爐襯）表面上。除一部分（小于10%）被煤氣帶走外，大部分又隨爐料下降被還原成堿蒸氣或霧狀液體的堿金屬，如此在爐內(nèi)循環(huán)往復(fù)，這個(gè)現(xiàn)象叫堿金屬的積累(循環(huán))富集現(xiàn)象。32?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解4.堿金屬的積累(循環(huán))富集現(xiàn)2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解堿金屬的分配：由于動(dòng)力學(xué)條件的限制，爐料中原有堿金屬硅酸鹽，及再生的堿金屬碳酸鹽，都將有一部分不能被還原而直接進(jìn)入爐渣，并隨爐渣排出爐外。所以爐料中帶入的堿金屬在爐內(nèi)的分配是：少量被煤氣帶走和爐渣帶走，而多數(shù)在爐內(nèi)往復(fù)，循環(huán)富集，嚴(yán)重時(shí)爐內(nèi)堿金屬量高于入爐量的10倍以上，以致禍及高爐生產(chǎn)。高爐中上部的堿含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于入爐的量。33?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解堿金屬的分配：33?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解5.堿金屬對(duì)高爐冶煉的危害堿金屬是碳?xì)饣磻?yīng)的催化劑。降低焦炭強(qiáng)度（氣化反應(yīng)和不均勻膨脹）。惡化原料冶金性能。（燒結(jié)低溫粉化，球團(tuán)異常膨脹）促使?fàn)t墻結(jié)厚甚至結(jié)瘤。堿蒸氣對(duì)高爐爐襯高鋁磚、黏土磚有侵蝕。34?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解5.堿金屬對(duì)高爐冶煉的危害342.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解6.防止堿金屬對(duì)高爐冶煉的危害的措施減少和控制入爐堿金屬量。借助爐渣排堿是最具有實(shí)際意義和有效的途徑，方法是降低爐渣堿度。適當(dāng)降低燃燒帶溫度，可以減少K、Na的還原數(shù)量。提高冶煉強(qiáng)度，縮短爐料在爐內(nèi)的停留時(shí)間，可以減少爐內(nèi)堿金屬的富集量。對(duì)冶煉堿金屬含量高的高爐，可定期采用酸性渣洗爐，以減少爐內(nèi)堿金屬的積累量。35?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解6.防止堿金屬對(duì)高爐冶煉的危害2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解7.碳酸鹽的分解高爐料中的碳酸鹽常以CaCO3、MgCO3、FeCO3、MnCO3態(tài)存在，以前二者為主。MeCO3=MeO＋CO2-Q石灰石的分解:CaCO3=CaO+CO2-178000kJ36?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解7.碳酸鹽的分解36?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解石灰石的分解開(kāi)始溫度和沸騰溫度:T開(kāi)=A/(lgp'CO2-B)T沸=A/(lgp總-B)A,B能在相關(guān)表中查到,A=-8908,B=7.53p'CO2為分壓,p總為總壓,φ（CO2）為CO2組分含量,p標(biāo)=100KPap'CO2=φ（CO2）×p總／p標(biāo)37?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解石灰石的分解開(kāi)始溫度和沸騰溫度2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解當(dāng)φ（CO2）=0.03,p總=100KPa時(shí),p'CO2=φ（CO2）×p總／p標(biāo)=0.0003T開(kāi)=A/(lgp'CO2-B)=-8908/(lg0.0003-7.53)=806K=533℃T沸=A/(lgp總-B))=-8908/(lg1-7.53)=1183K=910℃.從關(guān)系式可看出:CaCO3的開(kāi)始分解溫度和化學(xué)沸騰溫度與周?chē)h(huán)境的壓力(p總、p‘CO2)有關(guān).CaCO3的結(jié)晶構(gòu)造也影響其分解溫度,分解速度和它的粒度有很大關(guān)系.38?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解當(dāng)φ（CO2）=0.03,p2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解8.石灰石分解對(duì)高爐冶煉造成的影響CaCO3分解是吸熱反應(yīng)，CaCO3在高溫區(qū)分解出的CO2，一般有50％以上與焦炭中的C發(fā)生氣化（熔損）反應(yīng).CaCO3分解放出的CO2，沖淡了高爐內(nèi)煤氣的還原氣氛，降低了還原效果。9.消除石灰石不良影響的措施生產(chǎn)自熔性（特別是熔劑性）燒結(jié)礦或球團(tuán)礦，使高爐少加或不加熔劑.縮小石灰石的粒度.使用生石灰代替石灰石作熔劑，39?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解8.石灰石分解對(duì)高爐冶煉造成的40?40?踏實(shí)，奮斗，堅(jiān)持，專(zhuān)業(yè)，努力成就未來(lái)。12月-2212月-22Thursday,December29,2022弄虛作假要不得，踏實(shí)肯干第一名。09:02:0209:02:0209:0212/29/20229:02:02AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。12月-2209:02:0209:02Dec-2229-Dec-22重于泰山，輕于鴻毛。09:02:0209:02:0209:02Thursday,December29,2022不可麻痹大意，要防微杜漸。12月-2212月-2209:02:0209:02:02December29,2022加強(qiáng)自身建設(shè)，增強(qiáng)個(gè)人的休養(yǎng)。2022年12月29日9:02上午12月-2212月-22追求卓越，讓自己更好，向上而生。29十二月20229:02:02上午09:02:0212月-22嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。十二月229:02上午12月-2209:02December29,2022重規(guī)矩，嚴(yán)要求，少危險(xiǎn)。2022/12/299:02:0209:02:0229December2022好的事情馬上就會(huì)到來(lái)，一切都是最好的安排。9:02:02上午9:02上午09:02:0212月-22每天都是美好的一天，新的一天開(kāi)啟。12月-2212月-2209:0209:02:0209:02:02Dec-22務(wù)實(shí)，奮斗，成就，成功。2022/12/299:02:02Thursday,December29,2022抓住每一次機(jī)會(huì)不能輕易流失，這樣我們才能真正強(qiáng)大。12月-222022/12/299:02:0212月-22謝謝大家！踏實(shí)，奮斗，堅(jiān)持，專(zhuān)業(yè)，努力成就未來(lái)。12月-2212月-2煉鐵原理與工藝42?煉鐵原理與工藝1?一、高爐煉鐵簡(jiǎn)介鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的煉鐵生產(chǎn)一種是高爐-氧氣轉(zhuǎn)爐-軋機(jī)流程；一種是直接還原或熔融還原-電爐-軋機(jī)流程。前者被稱(chēng)為長(zhǎng)流程，后者則被稱(chēng)為短流程。目前長(zhǎng)流程是主要流程。但因它必須使用塊狀原料，需要配用質(zhì)量好的煉焦煤在焦?fàn)t內(nèi)煉成性能好的冶金焦，粉礦和精礦粉要制成燒結(jié)礦或球團(tuán)礦。這兩道生產(chǎn)工序不但能耗高，而且生產(chǎn)中產(chǎn)生粉塵，污水和廢氣等對(duì)環(huán)境造成污染。所以長(zhǎng)流程面臨能源和環(huán)保等的挑戰(zhàn)，直接還原和熔融還原是用來(lái)替代高爐煉鐵的兩種工藝。直接還原和熔融還原煉鐵工藝的特點(diǎn)是，用塊煤或氣體還原劑代替高爐煉鐵工藝所必需的焦炭來(lái)還原天然塊礦、粉礦或人造塊礦（燒結(jié)礦或球團(tuán)礦）具有相當(dāng)大的適應(yīng)性，特別適用于某些資源匱乏，環(huán)保要求特別嚴(yán)格的地區(qū)或國(guó)家，但其生產(chǎn)規(guī)模較高爐小而且很多技術(shù)問(wèn)題還有待解決或完善。各種煉鐵法的設(shè)備及生產(chǎn)方式差別很大，但其原理是相同的。43?一、高爐煉鐵簡(jiǎn)介鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的煉鐵生產(chǎn)2?1.1高爐煉鐵生產(chǎn)工藝流程高爐本體上料系統(tǒng)送風(fēng)系統(tǒng)煤氣凈化系統(tǒng)渣鐵處理系統(tǒng)噴吹燃料系統(tǒng)44?1.1高爐煉鐵生產(chǎn)工藝流程高爐本體3?1.2煉鐵原料及評(píng)價(jià)鐵礦石的分類(lèi)對(duì)鐵礦石的評(píng)價(jià):含鐵品位p1=(F/f)(P-Cp2-Cp3-g)式中p1為原料的價(jià)值；F為原料的含鐵品位；f為生鐵中含鐵；p為生鐵的車(chē)間成本；C為焦比；c為單位生鐵消耗的熔劑；p2為焦炭的價(jià)格；p3為熔劑的價(jià)格；g為每噸生鐵的車(chē)間生產(chǎn)費(fèi)用。脈石的成分及分布有害元素的含量.S(0.1-0.3)%,礦最低允許P=([P]鐵-[P焦.熔])/K.K---單位(噸)生鐵礦耗量.K=Fe生/Fe礦(K,Na)＜2-3Kg/t鐵,Zn＜0.15Kg/t鐵有益元素,礦石的還原性礦石的高溫性能礦石的其它性能(強(qiáng)度,粒度,熱爆裂性,化學(xué)成分的穩(wěn)定性)45?1.2煉鐵原料及評(píng)價(jià)鐵礦石的分類(lèi)4?1.2煉鐵原料及評(píng)價(jià)礦石入爐前的處理整粒.8-30mm造塊.分級(jí)和篩分.46?1.2煉鐵原料及評(píng)價(jià)礦石入爐前的處理5?1.3熔劑1.堿性熔劑石灰石,白云石[(Ca,Mg)CO3],2.酸性熔劑硅石(SiO2)3.有效熔劑性有效熔劑性=［w(CaO)+w(MgO)］-w(SiO2)×R247?1.3熔劑1.堿性熔劑6?1.4錳礦錳礦用途質(zhì)量要求(和鐵礦石一樣)w(Fe允)={100-[w(C)+w(Si)+w(P)+w(S)+w(Mn)+…]}/KK=w(Mn)η·w(Mn)礦式中w(Fe允)——錳礦允許的極限Fe的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；K——冶煉單位重量合金時(shí)錳礦消耗量；w(Mn)礦——錳礦含Mn品位，%；η——爐內(nèi)Mn的回收率，冶煉一般生鐵時(shí)此值為50%～60%，煉錳鐵時(shí)此值可達(dá)80%～85%。48?1.4錳礦錳礦用途7?1.6高爐燃料1.焦炭焦炭的作用:在風(fēng)口前燃燒，提供冶煉所需熱量固體C及其氧化產(chǎn)物CO，是氧化物的還原劑高溫區(qū)料柱的骨架，煤氣通路鐵水滲碳49?1.6高爐燃料1.焦炭8?1.6高爐燃料2.高爐對(duì)焦炭質(zhì)量要求:化學(xué)成分,C,A,W,S,冷強(qiáng)度:M40,M10熱強(qiáng)度,CSR反應(yīng)性.CRI50?1.6高爐燃料2.高爐對(duì)焦炭質(zhì)量要求:9?焦炭質(zhì)量要求爐容級(jí)別/m310002000300040005000焦炭灰分/%≤13≤13≤12.5≤12≤12焦炭含硫/%≤0.7≤0.7≤0.7≤0.7≤0.7M40/%≥78≥82≥84≥85≥86M10/%≤8≤7.5≤7≤6.5≤6CSR/%≥58≥60≥62≥65≥66CRI/%≤28≤26≤25≤25≤25粒度范圍/%75-2075-2575-2575-2575-30大于上限/%≤10≤10≤10≤10≤10小于下限/%≤8≤8≤8≤8≤851?焦炭質(zhì)量要求爐容級(jí)別/m3100020003000400051.6高爐燃料3.對(duì)煤粉的質(zhì)量要求①煤的燃燒性能好②煤的灰分越低越好，要求低于12%。③煤的硫分越低越好，一般要求小于0.7%，最高不大于0.8%煤粉的粒度合適④煤的可磨性好，高爐噴煤需要將煤磨到一定細(xì)度，煤的可磨性指數(shù)(哈氏HGI)應(yīng)在60～90之間，低于50的煤很硬，難磨。高于90的煙煤雖然易磨，但往往是粘結(jié)性強(qiáng)的煤，可能給磨煤和輸煤造成困難。52?1.6高爐燃料3.對(duì)煤粉的質(zhì)量要求11?1.6高爐燃料煤的發(fā)熱值越高越好，煙煤的低位發(fā)熱值不小于26000kJ/kg，無(wú)煙煤的低位發(fā)熱值不小于29000kJ/kg。⑥膠質(zhì)層越薄越好，Y＜10rnrn，以免在噴吹過(guò)程中結(jié)焦，堵塞噴槍影響煤粉噴吹和高爐正常生產(chǎn)。⑦煤的灰熔點(diǎn)溫度，要求高一些。因?yàn)榛胰埸c(diǎn)太低時(shí)風(fēng)口容易結(jié)焦和堵塞煤槍。⑧流動(dòng)性和輸送性能高。。53?1.6高爐燃料煤的發(fā)熱值越高越好，煙煤的低位發(fā)熱值不小于261.6高爐燃料氣體燃料氣體燃料在鋼鐵企業(yè)中有重要作用。天然氣、石油氣、高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣等。根據(jù)我國(guó)資源條件，不可能普遍使用天然氣，而焦?fàn)t煤氣主要供民用，只有在特殊條件下高爐才使用少量焦?fàn)t煤氣。故高爐煤氣就成為鋼鐵企業(yè)內(nèi)部的主要?dú)怏w燃料了。54?1.6高爐燃料氣體燃料13?1.7高爐冶煉產(chǎn)品1.生鐵煉鋼生鐵,鑄造生鐵,鐵合金一般不用高爐,用電爐2.煤氣3.爐渣(水渣)55?1.7高爐冶煉產(chǎn)品1.生鐵14?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1.利用系數(shù):ηV=P/V------t/(m3.d)2.焦比K=Q/P------kg/t3.煤比PCI=M/P-----kg/t4.燃料比Kf=QfP式中Kf——冶煉1t生鐵消耗的焦炭和噴吹燃料的數(shù)量之和；Qf——高爐一晝夜消耗的干焦量和噴吹燃料之和。56?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1.利用系數(shù):15?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)5.置換比R=(K0-K1+ΣΔK)/PCI式中R——噴吹的輔助燃料的置換比；K0——未噴吹輔助燃料前的實(shí)際平均焦比；K1——噴吹輔助燃料后的平均入爐焦比；∑ΔK——其他各種因素對(duì)實(shí)際焦比影響的代數(shù)和。57?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)5.置換比16?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)6.冶煉強(qiáng)度。冶煉強(qiáng)度（I）是冶煉過(guò)程強(qiáng)化的程度，即每晝夜（d）每1m3高爐有效容積燃燒的干焦耗用量：冶煉強(qiáng)度=干焦耗用量有效容積×實(shí)際工作日t/(m3·d)利用系數(shù)（ηV）=綜合冶煉強(qiáng)度(If)綜合焦比(Kf)t/(m3·d)58?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)6.冶煉強(qiáng)度。17?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)7.燃燒強(qiáng)度燃燒強(qiáng)度=一晝夜干焦耗用量爐缸截面積t/(m2·d)由于爐型的特點(diǎn)不同，小型高爐可允許較高的冶煉強(qiáng)度因而容易獲得較高的利用系數(shù)。為了對(duì)比不同容積的高爐實(shí)際爐缸工作強(qiáng)化的程度，可對(duì)比其燃燒強(qiáng)度。燃燒強(qiáng)度的定義為每1m2爐缸截面積上每晝夜（d）燃燒的干焦噸數(shù)：59?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)7.燃燒強(qiáng)度18?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)8.爐腹煤氣量指數(shù)爐腹煤氣量指數(shù)=爐腹煤氣量/爐缸面積----m/min9.焦炭負(fù)荷10.休風(fēng)率11.生鐵成本12.爐齡(時(shí)間和單位爐容生鐵產(chǎn)量)13.噸鐵工序能耗.400kg標(biāo)準(zhǔn)煤/t鐵60?1.8高爐冶煉主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)8.爐腹煤氣量指數(shù)19?2.還原過(guò)程與生鐵形成61?2.還原過(guò)程與生鐵形成20?2.1高爐內(nèi)基本現(xiàn)象和基本規(guī)律1.基本現(xiàn)象:高爐冶煉過(guò)程是個(gè)連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程。高爐是一個(gè)密閉的連續(xù)的逆流反應(yīng)器爐料在高爐內(nèi)的狀態(tài)塊狀帶,軟熔帶,滴落帶,風(fēng)口帶,渣鐵帶62?2.1高爐內(nèi)基本現(xiàn)象和基本規(guī)律1.基本現(xiàn)象:21?高爐內(nèi)狀況描述63?高爐內(nèi)狀況描述22?2.1高爐內(nèi)基本現(xiàn)象和基本規(guī)律2.軟熔帶及其對(duì)高爐行程的作用規(guī)律軟熔帶類(lèi)型：倒V,V,W,影響軟熔帶形狀的因素:送風(fēng)狀況,布料方式軟熔帶對(duì)高爐冶煉的影響鐵礦石預(yù)還原,生鐵脫硫,生鐵含硅,煤氣利用,爐缸中心活躍程度,爐墻維護(hù)對(duì)爐況順行,生鐵產(chǎn)量、質(zhì)量,燃料消耗均有影響。64?2.1高爐內(nèi)基本現(xiàn)象和基本規(guī)律2.軟熔帶及其對(duì)高爐行程的作用2.1高爐內(nèi)基本現(xiàn)象和基本規(guī)律3.軟熔帶控制方法通過(guò)上、下部調(diào)劑規(guī)律，改變?cè)剂辖Y(jié)構(gòu)和性能來(lái)實(shí)現(xiàn)。65?2.1高爐內(nèi)基本現(xiàn)象和基本規(guī)律3.軟熔帶控制方法24?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解1.水分的蒸發(fā)與水化物的分解吸附水一般在105℃時(shí)就迅速蒸發(fā).爐料中的化合水，又稱(chēng)結(jié)晶水，以化合物的狀態(tài)存在。褐鐵礦(nFe2O3·mH2O):200℃左右開(kāi)始分解，400～500℃時(shí)分解速度激增高嶺土(Al2O3·2SiO2·2H2O):高嶺土在400℃時(shí)開(kāi)始分解，但分解速度很慢，到500～600℃時(shí)才迅速(烘爐)66?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解1.水分的蒸發(fā)與水化物的分解22.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解結(jié)晶水分解影響爐料透氣性變壞.焦炭中的碳素反應(yīng)(較高溫度區(qū)域)在500～1000℃時(shí):2H2O+C焦=CO2+2H2-83134kJ(水煤氣置換反應(yīng))在1000℃以上時(shí):H2O+C焦=CO+H2-124450kJ(水煤氣反應(yīng))兩個(gè)反應(yīng)對(duì)鐵礦石還原作用和區(qū)別后面介紹.67?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解結(jié)晶水分解影響26?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解2.揮發(fā)物的揮發(fā)揮發(fā)物:有機(jī)物質(zhì)熱分解的產(chǎn)物.揮發(fā)物主要存在于焦炭和煤粉中.煤粉中揮發(fā)在風(fēng)口區(qū)分解燃燒對(duì)爐缸煤氣成分影響較大.特別是煙煤其它物質(zhì)的揮發(fā):K,Na,Zn,SiO,Mn.68?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解2.揮發(fā)物的揮發(fā)27?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解3.堿金屬的揮發(fā)與危害鉀、鈉等堿金屬大都以各種硅酸鹽的形態(tài)存在于爐料而進(jìn)入高爐.2K2O·SiO2、2Na2O·SiO2、Na2O·SiO2等.在溫度高于1500℃時(shí)，且有碳素存在條件下，它能被C還原.少量K2O、Na2O、K2CO3、Na2CO3等氧化物或碳酸鹽形態(tài)存在于礦石脈石中.能在較低溫度下被CO還原69?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解3.堿金屬的揮發(fā)與危害28?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解堿金屬的還原反應(yīng)在高溫區(qū)域:1500℃左右K2(Na2)SiO3+3C=2K(Na)氣+Si+3COK2(Na2)SiO3+C=2K(Na)氣+SiO2+3CO在較低溫區(qū)域:800℃左右K2(Na2)O+CO=2K(Na)氣+CO2K2(Na2)CO3+CO=2K(Na)氣+CO21200℃:2K(Na)氣+2C＋N2=2K(Na)CN氣(氰化物)70?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解堿金屬的還原反應(yīng)29?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解71?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解30?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解堿金屬(氰化物)的氧化反應(yīng)800℃:2K(Na)氣+2CO2=K2(Na2)CO3+CO2K(Na)CN液+4CO2=K2(Na2)CO3+N2＋5CO堿金屬的存在形態(tài):堿金屬將以氣態(tài)形式隨煤氣上升；而堿金屬的氰化物多以霧狀液體的形態(tài)隨煤氣向上運(yùn)動(dòng)。72?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解堿金屬(氰化物)的氧化反應(yīng)312.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解4.堿金屬的積累(循環(huán))富集現(xiàn)象含有堿金屬元素的化合物隨著爐料下降,在溫度升高的過(guò)程中被爐內(nèi)的C或CO還原,逐步生成氣態(tài)堿金屬或霧狀液體的堿金屬氰化物。它們隨著煤氣上升在較低溫度區(qū)域（低于800℃）被CO2所氧化以碳酸鹽的形式凝結(jié)在爐料（爐襯）表面上。除一部分（小于10%）被煤氣帶走外，大部分又隨爐料下降被還原成堿蒸氣或霧狀液體的堿金屬，如此在爐內(nèi)循環(huán)往復(fù)，這個(gè)現(xiàn)象叫堿金屬的積累(循環(huán))富集現(xiàn)象。73?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解4.堿金屬的積累(循環(huán))富集現(xiàn)2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解堿金屬的分配：由于動(dòng)力學(xué)條件的限制，爐料中原有堿金屬硅酸鹽，及再生的堿金屬碳酸鹽，都將有一部分不能被還原而直接進(jìn)入爐渣，并隨爐渣排出爐外。所以爐料中帶入的堿金屬在爐內(nèi)的分配是：少量被煤氣帶走和爐渣帶走，而多數(shù)在爐內(nèi)往復(fù)，循環(huán)富集，嚴(yán)重時(shí)爐內(nèi)堿金屬量高于入爐量的10倍以上，以致禍及高爐生產(chǎn)。高爐中上部的堿含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于入爐的量。74?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解堿金屬的分配：33?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解5.堿金屬對(duì)高爐冶煉的危害堿金屬是碳?xì)饣磻?yīng)的催化劑。降低焦炭強(qiáng)度（氣化反應(yīng)和不均勻膨脹）。惡化原料冶金性能。（燒結(jié)低溫粉化，球團(tuán)異常膨脹）促使?fàn)t墻結(jié)厚甚至結(jié)瘤。堿蒸氣對(duì)高爐爐襯高鋁磚、黏土磚有侵蝕。75?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解5.堿金屬對(duì)高爐冶煉的危害342.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解6.防止堿金屬對(duì)高爐冶煉的危害的措施減少和控制入爐堿金屬量。借助爐渣排堿是最具有實(shí)際意義和有效的途徑，方法是降低爐渣堿度。適當(dāng)降低燃燒帶溫度，可以減少K、Na的還原數(shù)量。提高冶煉強(qiáng)度，縮短爐料在爐內(nèi)的停留時(shí)間，可以減少爐內(nèi)堿金屬的富集量。對(duì)冶煉堿金屬含量高的高爐，可定期采用酸性渣洗爐，以減少爐內(nèi)堿金屬的積累量。76?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解6.防止堿金屬對(duì)高爐冶煉的危害2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解7.碳酸鹽的分解高爐料中的碳酸鹽常以CaCO3、MgCO3、FeCO3、MnCO3態(tài)存在，以前二者為主。MeCO3=MeO＋CO2-Q石灰石的分解:CaCO3=CaO+CO2-178000kJ77?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解7.碳酸鹽的分解36?2.2爐料中的蒸發(fā)、揮發(fā)及分解石灰石的分解開(kāi)始溫度和沸騰溫度:T開(kāi)=A/(lgp'CO2-B)T沸=A/(lgp總-B)