第3章高炉炼铁.ppt

第三章 高炉炼铁 武汉科技大学冶金工程系 周进东 3.1 概述 现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除高炉本体外，还有供料系统、炉顶装料系统、送风系统、喷吹系统、煤气净化系统、渣铁处理系统。 3.1 概述 3.2 高炉炼铁基本概念 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品 （1）原料 高炉使用的原料包括铁矿石（烧结矿、球团矿和块矿）、焦炭、煤粉、鼓风和少量熔剂。 铁矿石：在大型高炉炉料结构中，高碱度烧结矿一般占70~80%、酸性的球团矿和块矿占20~30%。 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品 熔剂通常为石灰石，用来调节炉渣碱度。 高炉渣的碱度（R=CaO/SiO2）在1.0~1.25之间，当碱性炉料（高碱度烧结矿）与酸性炉料（球团矿和块矿）比例合适时，高炉中可不加或只加少量石灰石。 根据入炉综合品位，冶炼1t生铁需要消耗铁矿石1.5~1.7t。 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品 燃料 焦炭在高炉风口区域燃烧产生大量热量和煤气（CO+N2）。 煤气中的CO将铁矿石中的氧化铁还原成金属铁，燃烧产生的热量将渣铁熔化成铁水和液态炉渣。 焦炭在高炉内始终呈固态，它能够将整个高炉的料柱支撑起来，保持高炉内部具有良好的透气性。 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品 煤粉从高炉风口喷入炉内，在风口区域燃烧产生热量和还原煤气，可代替部分焦炭。 但煤粉无法代替焦炭的另一个重要作用—支撑料柱。 目前，冶炼1吨生铁大约需要消耗焦炭250~350kg，消耗煤粉150~250kg。 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品 鼓风 空气通过高炉鼓风机加压后成为高压空气（鼓风），经过热风炉换热，将温度提高到1100~1300℃，再从高炉风口进入炉缸，与焦炭和煤粉燃烧产生热量和煤气。 鼓风带入高炉的物理热占高炉热量总收入的20%左右。在鼓风中加入氧气可提高鼓风中的氧含量（称为富氧鼓风）。 采用富氧鼓风可提高风口燃烧温度，有利于高炉提高喷煤量和高炉利用系数。 冶炼1吨生铁大约需要鼓风1400~1700Nm3。 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品 （2）产品 铁水 铁水的主要化学成分为Fe、C、Si、Mn、P、S等，温度1450~1550℃。 按照Si含量的不同，将高炉铁水分为炼钢生铁（w [Si]1.25%）和铸造生铁（w [Si]≥1.25%）。 铁水中C呈饱和状态，炼钢生铁中C含量在3.7~4.3%之间。 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品 高炉煤气 高炉煤气主要化学成分（体积百分比）为CO：21~26%、CO2：14~21%、N2：55~57%、H2：1.0~3.0%、CH4：0.2~0.8%。 高炉煤气发热值3200~3800 KJ/m3，属低热值煤气。 冶炼每吨生铁产生高炉煤气1800~2000m3左右。 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品 CO：煤气上升过程中，CO在高炉下部高温区开始增加，煤气中的CO含量会相应减小。 CO2：在炉缸、炉腹部位几乎为零，从中温区开始增加。 H2：来源于风中H2O汽和焦炭中的有机H2和喷吹燃料中的挥发H2，上升过程中由于参加间接还原和生成CH4，含量逐渐减少，但由于炉料中结晶水和碳作用生成部分H2，又可适量增加煤气中H2的含量。 N2：鼓风带入的N2，焦炭中的有机N2和喷吹燃料中的挥发N2，在上升过程中不参加任何反应，绝对量不变。 CH4：高温时少量焦炭与H2作用生成CH4，上升过程中又加入焦炭挥发分中CH4，但数量很少，变化不大 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品 高炉渣 高炉冶炼1t生铁产生300~600kg炉渣。 高炉渣主要成分为: w(SiO2)=32~42%、w(CaO)=35~44%、w(Al2O3)=6~14%、 w(MgO)=4~13%、 w(MnO)=0.3~1.0%、w(FeO)=0.5~0.8%、 w(S)=0.7~1.1%、 R=1.05~1.25。 在这一成分范围内，高炉渣的熔化温度最低（1300~1350℃），在炉缸温度下具有良好的流动性。 高炉渣经高压水淬冷粒化后是生产水泥的良好原材料。 3.2.2 高炉内型 高炉内型是用耐火材料砌筑而成的，供高炉冶炼的内部空间的轮廓。 现代高炉都是五段式炉型，从下至上分别为：炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉。 3.2.2 高炉内型 高炉有效容积代表高炉的大小或生产能力。由高炉出铁口中心线所在水平面到料线零位水平面之间的容积。 一般将＞3000m3的高炉称为超大型高炉，1500~2500m3的高炉称为大型高炉，600~1000m3的高炉称为中型高炉，300m3以下的高炉称为小型高炉。 一座4000m3级高炉日产生铁量达到10000 吨以上。 3.2.3 高炉生产