高炉炼铁工艺流程及主要设备课件

高炉炼铁工艺流程及主要设备高炉炼铁工艺流程及主要设备高炉炼铁工艺流程及主要设备5、富矿：含铁品位>50%的铁矿石赤铁矿：理论含铁量70%磁铁矿：理论含铁量72.4%菱铁矿：理论含铁量48.3%褐铁矿：理论含铁量55.2~66.1%6、贫矿：实际含铁量低于理论含铁量70%的铁矿石称贫矿（必须经过选矿后使用）7、块矿和粉矿2020/12/112武汉科技大学讲义—朱诚意5、富矿：含铁品位>50%的铁矿石赤铁矿：理论含铁量70%

磁铁矿：理论含铁量72.4%

菱铁矿：理论含铁量48.3%

褐铁矿：理论含铁量55.2~66.1%6、贫矿：实际含铁量低于理论含铁量70%的铁矿石称贫矿（必须经过选矿后使用）7、块矿和粉矿扣除CO2和结晶水富矿破碎、筛分块矿(>5~10mm),上限粉矿（<5mm）供烧结厂生产烧结矿大中型高炉<45mm中小型高炉<20~25mm2023/7/222武汉科技大学讲义—朱诚意8、精矿：贫矿经过破碎，细磨，并通过磁选或浮选得到的高品位细粉状矿石赤铁矿细磨

-200目>60~80%浮选磁铁矿细磨

-200目>60~80%磁选褐铁矿先磁化焙烧后细磨磁选菱铁矿细磨

-200目>60~80%浮选2023/7/223武汉科技大学讲义—朱诚意2.1.2高炉炼铁工艺流程及主要设备一、炼铁流程及设备系统高炉炼铁生产流程比较定型，它由高炉本体及若干辅助系统组成。生产时从炉顶分批装入各种炉料，从高炉下部风口不断鼓入热风，在连续熔炼过程中得到液态渣铁，定期从炉缸渣铁口排出炉外，与炉料进行一系列作用的煤气从炉顶溢出。2023/7/224武汉科技大学讲义—朱诚意转炉炼钢厂矿山高炉铸造生铁铸铁机铁水炼钢生铁炉渣高炉煤气水泥厂放散精矿粉矿块矿球团矿烧结矿焦化厂焦炭制粉车间煤粉熔剂鼓风机热风炉热风轧钢厂炼铁工艺流程图2023/7/225武汉科技大学讲义—朱诚意由于高炉的效率高、能耗低，所以高炉生产的铁占世界铁总产量的95%以上。我国最大的高炉是宝钢3号高炉（4350m3）。世界最大高炉达5000m3以上。

2023/7/226武汉科技大学讲义—朱诚意高炉炼铁系统（高炉本体和辅助系统）2023/7/227武汉科技大学讲义—朱诚意2023/7/228武汉科技大学讲义—朱诚意2023/7/229武汉科技大学讲义—朱诚意二、高炉本体1、高炉本体概述包括高炉炉型、炉衬、冷却装置、钢结构及基础。高炉炉型均为五段式，圆形工作空间。炉衬耐火材料围成高炉炉型。炉衬靠冷却装置保护，使一代工作炉龄达10~15年。钢结构是加固炉体和支撑各种附属设备的构件。高炉大小以有效容积的立方米数表示。高炉本体结构仍在不断向高效、长寿方向发展之中。2023/7/2210武汉科技大学讲义—朱诚意2、高炉炉型概述1）、高炉内部及炉墙而形成的工作空间的几何形状称为高炉炉型。炉衬耐火材料围成高炉炉型。2）、高炉炉型为圆断面五段式即：炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸五部分。即高炉内型图所看到的五部分。2023/7/2211武汉科技大学讲义—朱诚意2023/7/2212武汉科技大学讲义—朱诚意Schematicofablastfurnace,illustratingsomeofthedefinedterms.h0h6hu(b)死铁层高度h0(c)高炉有效高度hu(d)炉头高度h6(e)高炉全高h(a)料线零位：是测定料面高度的基础。钟式炉顶：大钟开启时大钟的底边；无钟炉顶：炉喉钢砖的转折点处或钢砖顶部h3）、几个概念：2023/7/2213武汉科技大学讲义—朱诚意Schematicofablastfurnace,illustratingsomeofthedefinedterms.Topring:炉顶钢圈(炉顶法兰)Offtake:排气管Topcone:高炉炉头（炉顶锥形部分）Armour（炉喉）钢砖Stocklinelevel：料线零位Throat：炉喉，Stack：炉身Belly：炉腰Bosh：炉腹Tuyere：鼓风口Tuyerebreast：风口中心Bustlepipe:围管Tuyerestock：风口支管Hearth：炉缸Ironnotch：出铁口Cindernotch/emgencyironnotch;出渣口h0h6hu本体结构中英文对照2023/7/2214武汉科技大学讲义—朱诚意f）高炉有效容积：在有效高度范围内炉型所包括的空间。用Vu表示巨型高炉：Vu>4000m3

大型高炉：Vu>620m3

中型高炉：Vu=255~620m3

小型高炉：Vu<100m3实践表明：炉型设计合理，能促进高炉冶炼指标的改善和延长高炉的使用寿命，故炉型是高炉最基本的工艺参数。现代高炉向大型化发展，合理炉型总的趋势是矮胖化。

为使高炉保持合理炉型，还要靠炉体结构或炉墙的合理设计，并辅以正确的操作制度。2023/7/2215武汉科技大学讲义—朱诚意三、高炉炉衬1、2、2023/7/2216武汉科技大学讲义—朱诚意四、高炉冷却装置1）2023/7/2217武汉科技大学讲义—朱诚意（4）（3）（2）2023/7/2218武汉科技大学讲义—朱诚意五、高炉钢结构1）2023/7/2219武汉科技大学讲义—朱诚意（2）2023/7/2220武汉科技大学讲义—朱诚意六、高炉炉基钢筋混凝土基座2023/7/2221武汉科技大学讲义—朱诚意2.1.3高炉炼铁原料及产品一、高炉炼铁原料1、含铁原料—Iron-BearingMaterials铁矿石：1.6~1.8吨/吨铁，主要成分为Fe3O4，理论含铁量72.4%；Fe2O3，理论含铁量70%2023/7/2222武汉科技大学讲义—朱诚意(1)自然界中主要铁矿石自然界中铁元素主要以化合态存在。主要矿物形式为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿。主要含铁矿物（ChiefIronBearingMinerals）2023/7/2223武汉科技大学讲义—朱诚意赤铁矿（主要成分Fe2O3）磁铁矿（主要成分Fe3O4）

假象“赤铁矿”：磁铁矿在自然界中被氧化，化学成分上已由Fe3O4成为Fe2O3，在结晶结构上保持磁铁矿的特征。通常以矿石中全铁含量与FeO含量的比值判别磁铁矿受氧化的程度。

2023/7/2224武汉科技大学讲义—朱诚意硫铁矿（主要成分FeS2）褐铁矿（主要成分2Fe2O3·3H2O）2023/7/2225武汉科技大学讲义—朱诚意(2)铁矿石的评价指标含铁品位Fe品位高，脉石含量低，冶炼时所需熔剂和形成的渣少，用于分离渣铁所需的能量低。T.Fe>65%，P、S含量低的矿石可直接供直接还原和熔融还原50%<T.Fe<65%,可供高炉使用我国绝大部分矿石T.Fe含量在30%左右，需富集后才能使用特别注意：入炉矿石除成分要求外，还要满足一定的粒度要求。2023/7/2226武汉科技大学讲义—朱诚意冶炼１吨生铁矿石和熔剂消耗量入炉品位矿石消耗量矿石带入的脉石量熔剂消耗量（%）（kg）（kg）（kg）

60153321845450184052510904023009852050

一般的经验数据是：品位提高1%，焦比降低2%，产量增加3%2023/7/2227武汉科技大学讲义—朱诚意脉石成分及分布铁矿石中的脉石主要有SiO2、Al2O3、CaO、MgO等金属氧化物，以酸性氧化物为主。脉石主要参与造渣，几乎不被还原脉石成分总体要求：酸性氧化物和碱性氧化物质量大体相当结构和分布对有用矿物分离的影响：含Fe颗粒结晶粗大，易实现有用元素的分离富集；含Fe颗粒在脉石中呈细晶粒嵌布时，分离富集耗能大。致密矿物强度好，但过于致密影响其加工和还原性能。2023/7/2228武汉科技大学讲义—朱诚意有害元素含量有害元素是除脉石外的其它在高炉中可被还原的化合物。常见的有S、P，少见的有碱金属（K、Na等）及Cu、Pb、Zn、F、As等。S、P、Cu、As易还原为元素进入生铁，对铁及钢材质量产生影响碱金属（K、Na等）、Pb、Zn、F不能入生铁，但对炉衬产生破坏，有的挥发并在炉内循环造成结瘤事故或污染环境高炉生产常需限制有害元素多的矿石的入炉比2023/7/2229武汉科技大学讲义—朱诚意有益元素有些与铁伴生的元素易还原进入生铁，并能改善钢材的性能，如Cr、Ni、V、Nb等。具有单独分离价值的伴生元素如Ti、稀土元素矿石的还原性指矿石在炉内被煤气还原的难易程度。赤铁矿较不如磁铁矿，还原性较好；菱铁矿、褐铁矿因在受热过程中出现分解，呈现疏松多孔结构，易还原。矿石的高温性能矿石在还原过程中和还原后不因强度降低出现破碎，以免矿粉堵塞煤气流通孔造成冶炼困难矿石的软融温度要求高，温度区间不宜过宽2023/7/2230武汉科技大学讲义—朱诚意（3）高炉炼铁的含铁原料烧结矿：高碱度烧结矿和自熔性烧结矿球团矿：酸性球团矿和自熔性球团矿块矿：磁铁矿、赤铁矿碎铁

——高炉生产以人造富矿为主2023/7/2231武汉科技大学讲义—朱诚意铁矿粉烧结过程2023/7/2232武汉科技大学讲义—朱诚意a、烧结的定义将各种粉状铁，配入适宜的燃料和熔剂，均匀混合，然后放在烧结机上点火烧结。在燃料燃烧产生高温和一系列物理化学变化作用下，部分混合料颗粒表面发生软化熔融，产生一定数量的液相，并润湿其它未融化的矿石颗粒。冷却后，液相将矿粉颗粒粘结成块。这一过程叫是烧结，所得到的块矿叫烧结矿。碱度：炉渣中CaO与SiO2的质量百分数之比。2023/7/2233武汉科技大学讲义—朱诚意b、烧结矿种类（1）酸性烧结矿或低碱度（非熔剂性）烧结矿：烧结配料中不加熔剂或只少量加入熔剂，烧结矿的碱度为自然碱度，高炉用酸性烧结矿时需要大量加入石灰石。（2）自熔性烧结矿：烧结混合料中添加一定数量的熔剂，使烧结矿碱度控制在R=1.0~1.3。高炉使用自熔性烧结矿时可不加或只加少量熔剂。（3）高碱度烧结矿：混合料中加入过量熔剂，使烧结矿碱度远高于正常高炉渣碱度（R>1.6）高碱度烧结矿的碱度决定于:a)烧结矿的冶金性能;b)酸性炉料的入炉比例。2023/7/2234武汉科技大学讲义—朱诚意c、抽风烧结原理烧结原理2023/7/2235武汉科技大学讲义—朱诚意d、烧结工艺流程2023/7/2236武汉科技大学讲义—朱诚意e、烧结过程的主要反应

燃烧反应、分解反应、还原与再氧化反应、气化反应固相反应和液相粘结形成一定强度和结构的烧结矿低熔点固相产物是液相形成的前提粘结相主要有铁橄榄石、钙铁橄榄石、硅灰石、硅酸二钙、硅酸三钙、铁酸钙、钙铁灰石及少量反应不全的游离石英和石灰。2023/7/2237武汉科技大学讲义—朱诚意图烧结过程示意图

I—烧结矿层：II—燃烧层：III—预热层：IV—烧结料层：V—垫底料层

1—冷却，再氧化；2—冷却，再结晶；3—固体碳燃烧液相形成；

4—固相反应氧化，还原，分解；5—去水；6—水分凝结2023/7/2238武汉科技大学讲义—朱诚意球团生产过程和球团矿

将准备好的原料(细磨精矿或其他细磨粉状物料、添加剂等)，按一定比例经过配料、混匀制成一定尺寸的小球，然后采用干燥焙烧或其他方法使其发生一系列的物理化学变化而硬化固结．这一过程即为球团生产过程．其产品即为球团矿。球团矿分酸性球团矿和碱性球团矿。由于酸性球团矿生产操作较易控制，且品位高，强度好，同时高炉冶炼也需要酸性球团与高碱度烧结矿配台使用。因此，目前世界各国以生产酸性球团矿为主。球团法于1912年提出。2023/7/2239武汉科技大学讲义—朱诚意球团生产的工艺过程大体可分为配料、混合、造球、焙烧及成品处理等工序，其工艺流程见图1。Fig.Schematicdiagramofthetravelinggratesystemforproducingpellets.2023/7/2240武汉科技大学讲义—朱诚意Fig.Ballingdrummixer.Fig.Induceddraftrotaryorcircularsintercoolersshowninprocessofconstruction.2023/7/2241武汉科技大学讲义—朱诚意Fig.Twodisc-typepelletizingmachines.Orefinesarefedtothediscsbythebeltconveyors(behindtheoperator).Asthediscsrotate,thereisaballingactionthatcausesthefinestoagglomerateintopellet-likemassesthataredischargedfromthediscsovertheirlipatthebottomontotothebeltconveyorshownatfloorlevelthatcarriesthepelletstothebinsofthesintermachine.2023/7/2242武汉科技大学讲义—朱诚意为保证球团矿质量，在焙烧过程中应保证氧化气氛，控制升温速度，达到球团固结的最佳温度并保持足够的高温时间，保证再结晶充分进行。在冷却过程中应控制好冷却速度。Fig.

Fourtypesofironoreagglomerates.Thebriquettesatthelowerrightwereproducedbyhotorebriquetting.2023/7/2243武汉科技大学讲义—朱诚意3、链篦机一回转窑法它是由链篦机、回转窑和冷却机组合成的焙烧工艺（见图）。生球的干燥、脱水和预热过程在链篦机上完成，高温焙烧在回转窑内进行，而冷却则在冷却机上完成。

图链篦机-回转窑焙烧球团示意图

1—布料器；2—链篦机；3—干燥室；4—预热室；5—回转窑；6—冷却机；7—振动给料器；8—冷却风机；9—抽烟机；10—多管除尘器；11—燃烧器2023/7/2244武汉科技大学讲义—朱诚意我国钢铁企业的原料供应一般都十分复杂：有以进口粉矿为主的，也有以国产铁精矿为主的，还有各种各样的地方小铁矿所产的铁矿石。原料品种多，化学成分和冶金性能变化大，稳定性和均匀性差。炉料结构即高炉生产中酸性炉料、碱性炉料及块矿所占的比例。世界上高炉的合理炉料结构不是单一模式,它决定于矿源和炼铁成本。根据我国的现实情况，高炉的合理炉料结构应该是高碱度烧结矿配加酸性球团矿,或高碱度烧结矿配加酸性球团矿和块矿,或高碱度烧结矿配加块矿六、高炉炉料结构2023/7/2245武汉科技大学讲义—朱诚意2燃料——fuels(1)（冶金）焦炭成分固定碳：80~85%灰份（SiO2占45~50%，Al2O3占15~30%）挥发份CO、CO2、CH4、N2、H2作用燃烧产生热量燃烧后产生CO作为还原剂支撑料柱，使料层透气2023/7/2246武汉科技大学讲义—朱诚意高炉冶炼对焦炭质量的要求强度：通过转鼓试验测定固定C和灰分含量：良好的冶金焦应固定C高，灰分低高炉实践证明，灰分升高1%，焦比升高2%，高炉产量下降3%硫：焦炭带入的硫含量占冶炼单位质量生铁所需原料总硫量的80%。焦中的硫的质量分数提高0.1%，高炉焦比增加1.2%~2.0%挥发份：要求挥发分质量适当，主要防止挥发分过高2023/7/2247武汉科技大学讲义—朱诚意成分和性能的稳定性以及粒度焦炭成分和性能的波动对高炉冶炼行程的稳定不利，影响高炉生产效率及燃料消耗对焦炭粒度的要求是在保证高炉顺行的前提下，尽量采用小粒度焦炭。焦炭的粒度比矿石的平均粒度大3~5倍，控制在40~60mm。水分波动会引起焦炭负荷波动反应性和热强度反应性是指焦炭与CO2气体反应而气化的难易程度,热强度是指反应后的强度对高炉用焦来说希望反应性小些，热强度高些我国有专门的冶金焦炭技术指标。2023/7/2248武汉科技大学讲义—朱诚意(2)（喷吹）煤粉代替部分焦炭，降低生产成本高炉冶炼对煤粉的要求固定碳含量高，灰分含量低，硫含量低可磨性好：制备成适合喷吹工艺的细粒煤粉时能耗少，对输送设备磨损小粒度细：保证煤粉在风口前完全气化爆炸性弱：确保在制备和输送过程中人身及设备安全燃烧和反应性好：燃烧不完全会影响喷煤效果并且未燃煤粉会使料柱透气性变差，影响炉况顺行；要求煤粉的反应性好2023/7/2249武汉科技大学讲义—朱诚意通常情况下,生产1吨钢铁须消耗大约0.5吨焦炭,而生产1吨焦炭大致需要1.3吨精煤,其中需肥精煤(工业味精)0.4吨。我国的煤炭储量中，炼焦煤的比例较高，占27%。2023/7/2250武汉科技大学讲义—朱诚意(3)天然气：我国的天然气储量很小，仅占世界总储量的1.2%。我国钢铁工业基本上不考虑使用天然气作为一次能源。产量最高的前3个国家是：前苏联、美国和加拿大。(4)石油：我国的石油储量很小，仅占世界总储量的3%。我国钢铁工业基本上不考虑使用天然气作为一次能源。产量最高的前3个国家是：沙特、前苏联和美国。2023/7/2251武汉科技大学讲义—朱诚意3熔剂—Fluxes熔剂主要包括石灰石：主要成份CaCO3白云石：CaCO3·MgCO3萤石：CaF2硅石：SiO2锰矿：MnO2作用降低脉石和焦炭灰份的熔点，使炉渣具有良好的流动性，使炉渣具有一定的脱硫能力；特殊熔剂在刷洗炉墙粘结物、炉缸堆积、炉况不顺行时短时使用以造成低黏度和低熔点炉渣。在我国蕴藏量很大，各省基本都有质量好的矿山。辽宁省大石桥地区有质量一流的镁沙资源2023/7/2252武汉科技大学讲义—朱诚意4鼓风作用燃烧焦炭和煤粉，产生热量和还原剂风温1100~1300°C，鼓风物理热占高炉热量总收入的20%左右国内吨铁炉料消耗情况：

铁矿石：1.6~1.8t/t熔剂：0~400kg/t

焦炭：250~500kg/t煤粉：100~250kg/t

鼓风：1700~2200Nm3/t2023/7/2253武汉科技大学讲义—朱诚意二、高炉炼铁的产品1、生铁（铁水）高炉铁水温度为1450~1550ºC，主要用来炼钢主要成分为Fe，还有C和少量杂质（Si，Mn，P，S）。(1)炼钢生铁高炉生产的生铁产品中80～90%为炼钢生铁，它是由Fe、C和少量杂质（Si<1.25%，Mn，P，S）组成。炼钢生铁的国家标准2023/7/2254武汉科技大学讲义—朱诚意(2)铸造生铁高炉生产的生铁产品中有10～15%含硅（>1.25%）较高的铸造生铁和少量铁合金，5%左右。铸造生铁的国家标准2023/7/2255武汉科技大学讲义—朱诚意(3)铁合金铁合金多用电炉生产，多用作炼钢脱氧剂和合金添加剂高炉生产的生铁产品中有5%左右的高碳铁合金，其中包括锰铁、硅铁、稀土硅铁铁合金是高能耗产品，我国除了可自给有余外，每年还大量出口到周边国家，如日本等高碳锰铁的国家标准2023/7/2256武汉科技大学讲义—朱诚意2、煤气用途高炉生产的副产品煤气，可以给本厂（70%以上烧热风炉）或其他厂（烧结厂、炼焦厂、炼钢厂或轧钢厂等）作为气体燃料，也可以用来发电或城市取暖。成分CO、CO2、N2、H2、CH4产量2000m3/t左右（2560kg/t）冶炼不同铁种时煤气发热量及成分不尽相同。2023/7/2257武汉科技大学讲义—朱诚意3、炉渣产量：200~500kg/t用途高炉炉渣经高压水急冷后成为水淬渣，是制造水泥的好原料，消耗占高炉渣量的70%。缓冷后破碎后代替天然碎石料铺路，消耗总渣量不到10%液体炉渣经处理后，用作轻质混凝土骨料，在建筑上用作防热、隔音，或作为绝热材料温度比铁水高50~100℃，出炉时温度一般为1400~1550℃，热含量1680~1900kJ/kg，未找到合适的潜热利用方法2023/7/2258武汉科技大学讲义—朱诚意主要成分SiO2(32~42%)、CaO(35~44%)、MgO(4~13%)Al2O3(6~16%)及少量MnO、FeO、SR=1.0~1.25包钢高炉渣含CaF2、K2O、Na2O及RExOy；攀钢高炉渣含V2O5；酒钢高炉渣含BaO4、炉尘产量20~100kg/t用途少量高炉尘送烧结厂使用。作副产品2023/7/2259武汉科技大学讲义—朱诚意2.1.4高炉生产的主要技术经济指标一、有效容积利用系数（ŋu）高炉每立方米有效容积每天生产的合格铁水量（t/m3·d）二、焦比（K）冶炼一吨生铁消耗的干焦或综合焦炭量（kg/t）（1）入炉焦比ηu=高炉每天的合格生铁量P高炉有效容积VuK=每天装入高炉的干焦炭量高炉每天出铁量2023/7/2260武汉科技大学讲义—朱诚意（2）折算入炉焦比生铁折算系数：以生产炼钢生铁为标准（折算系数为1），将其它各种牌号的生铁按冶炼的难易程度折合为炼钢生铁的数值

K折

=每天装入高炉的干焦炭量合格生铁折合产量2023/7/2261武汉科技大学讲义—朱诚意三、煤比（或油比）冶炼一吨生铁消耗的煤粉量或重油（kg/t）四、喷煤率每天喷入高炉的煤粉量与高炉每天消耗的燃料量之比，即煤比与燃料比之比M=每天喷入高炉的煤粉量高炉每天出铁量×100%喷煤率=每天喷入高炉的煤粉量高炉每天消