高炉炼铁概述.ppt

高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁1高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁2高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁3高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁4课课 程程 简简 介介 冶金是一种冶金是一种历历史悠久的工史悠久的工艺艺，我国出土的两三千年前的冶金，我国出土的两三千年前的冶金产产品品如青如青铜铜器具、兵器等，其工器具、兵器等，其工艺艺水平令水平令现现代的冶金学家也代的冶金学家也赞叹赞叹不已；不已；但一直到但一直到19世世纪纪末冶金末冶金还仅仅还仅仅是一种技是一种技艺艺，没有理，没有理论论的指的指导导,任何微任何微小的小的进进步都要靠人步都要靠人们长们长期的摸索。期的摸索。20世世纪纪初期人初期人们们将物理化学理将物理化学理论论用于分析和研究冶金用于分析和研究冶金过过程，揭示冶金程，揭示冶金过过程的内在本程的内在本质质和和规规律性，形律性，形成了新的学科分支成了新的学科分支冶金冶金过过程原理，才使冶金由技程原理，才使冶金由技艺发艺发展成展成为为科科学。在冶金学。在冶金过过程原理的指程原理的指导导下，冶金技下，冶金技术术得到迅速的得到迅速的发发展，同展，同时时在在 国民国民经济经济中形成中形成为为一个一个举举足足轻轻重的重的产业产业部部门门。高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁51.1钢铁钢铁工工业业概况概况1.1.1国民国民经济经济中中钢铁钢铁工工业业的地位的地位评评价一个国家的工价一个国家的工业发业发达程度达程度 工工业业化水平化水平 国民生活水准国民生活水准工工业业生生产产所占比重所占比重 工工业业化水平的化水平的标标志志 需要大量机械需要大量机械设备设备工工业业机械化、机械化、自自动动化程度化程度 需要大量基需要大量基础础材料材料 劳动劳动生生产产率率交交通通工工具具市市政政设设施施民民用用住住宅宅生生活活用用品品 钢铁产钢铁产品品高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁6价格低廉价格低廉有有较较高的高的强强度和度和韧韧性性易于加工制造易于加工制造所需原料所需原料资资源丰富源丰富 冶冶炼炼工工艺艺成熟、效率高成熟、效率高 人均人均钢钢材消耗量材消耗量 反映了一个国家的反映了一个国家的经济发经济发达程度达程度 日本人均日本人均钢钢材消耗量名列世界第一，材消耗量名列世界第一，为为800Kg/人人.年年 我国的人均我国的人均钢钢材消耗量材消耗量为为80Kg/人人.年年 高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁7发发展展钢铁钢铁工工业业的基的基础础 稳稳定可靠的原料来源（定可靠的原料来源（矿矿石、煤、熔石、煤、熔剂剂、耐火材料等）耐火材料等）稳稳定的定的动动力力资资源（水、源（水、电电等）等）庞庞大的运大的运输设输设施（施（铁铁路、水运等）路、水运等）雄厚的雄厚的资资金保金保证证（投（投资资大、建大、建设设周期周期长长、回收效率慢）回收效率慢）钢铁钢铁工工业业的的发发展，展，标标志着志着这这些条件的完善些条件的完善,反映国民反映国民经济经济的的发发达程度。达程度。高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁81.1.2钢铁钢铁工工业业的的发发展概况展概况 二次世界大二次世界大战战后的四十多年中，后的四十多年中，钢铁钢铁工工业获业获得重大得重大发发展展 钢产钢产量：量：50年代初的年代初的2亿亿吨吨90年代的年代的7.4亿亿吨吨 我国我国 古代占古代占领领先地位（公元前六世先地位（公元前六世纪纪已广泛使用已广泛使用铁铁器）；器）；近代落后于欧洲国家；近代落后于欧洲国家；从从1890年（年（汉汉阳阳铁铁厂投厂投产产）1949年年约约半个世半个世纪纪内累内累计计 的的钢产钢产量不到量不到200万吨万吨；新中国成立后，特新中国成立后，特别别是改革开放以来，是改革开放以来，钢铁钢铁生生产产有了重大有了重大 发发展：展：1949年年 1960年年 1976年年 1980年年 15.8万吨万吨 1840万吨万吨 2045万吨万吨 3703万吨万吨 1986年年 1988年年 1995年年 1996年年 5190万吨万吨 5900万吨万吨 9300 万吨万吨 突破突破1亿亿吨吨 名列世界第二名列世界第二 名列世界第一名列世界第一高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁9世界大型世界大型钢铁钢铁企企业业：新日新日铁铁（2500万吨）万吨）蒲蒲项钢铁项钢铁公司（公司（2200万吨）万吨）法国法国钢铁钢铁公司（公司（1500万吨）万吨）英国英国钢铁钢铁公司（公司（1200万吨）万吨）日本日本钢钢管公司（管公司（1100万吨）万吨）宝山宝山钢铁钢铁公司（公司（2300万吨）万吨）高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁101.1.3钢铁钢铁生生产产工工艺艺流程流程 钢铁钢铁冶金的任冶金的任务务把把 铁铁 矿矿 石石 冶冶 炼炼 成成 合合 格格 的的 钢钢铁矿铁矿石石去脉石、去脉石、杂质杂质和氧和氧铁铁铁铁精精炼炼（脱（脱C、Si、P等）等）钢钢 还还原熔化原熔化过过程程 氧化精氧化精炼过炼过程程（炼铁炼铁）（炼钢炼钢）高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁11高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁12高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁13钢铁钢铁企企业业中的中的炼铁炼铁和和炼钢炼钢 三种三种钢铁钢铁工工艺艺流程的概念流程的概念图图高炉高炉炼铁炼铁工工艺艺直接直接还还原原炼铁炼铁工工艺艺熔融熔融还还原原炼铁炼铁工工艺艺矿矿石石焦煤焦煤烧烧 结结矿矿 球球团矿团矿焦焦 炭炭 高高高高 炉炉炉炉液液态态生生铁铁矿矿石石非焦煤非焦煤天然气天然气 粉粉 矿矿或或 球球 团团矿矿 还还 原原气气 直接直接直接直接还还还还原炉原炉原炉原炉固固态态海海 绵绵 铁铁矿矿石石非焦煤非焦煤预还预还原炉原炉熔融熔融熔融熔融还还还还原炉原炉原炉原炉液液态态生生铁铁 转转炉炉炼钢炼钢电电炉炉炼钢炼钢转转炉炉炼钢炼钢高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁14钢钢 铁铁 产产 品品 项项 目目生生 铁铁钢钢含碳量含碳量高高 (2.54.5%)低低 (0.031.2%)杂质杂质(Si、Mn、P、S)多多少少硬度硬度高高低低脆性脆性大大小小韧韧性性小小大大加工性加工性只能只能铸铸造造铸铸造、造、锻锻造均可造均可焊焊接性接性差差好好高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁151 现现代高炉代高炉炼铁炼铁工工艺艺 高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁161 现现代高炉代高炉炼铁炼铁工工艺艺 高炉高炉炼铁炼铁的本的本质质是是铁铁的的还还原原过过程，即使用焦碳做程，即使用焦碳做燃料和燃料和还还原原剂剂，在高温下将，在高温下将铁矿铁矿石或含石或含铁铁原料中的原料中的铁铁从氧化物或从氧化物或矿矿物状物状态还态还原原为为液液态态生生铁铁。高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁17高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁18炉喉炉喉炉身炉身炉腰炉腰炉腹炉腹炉缸炉缸死死铁层铁层原原燃燃料料从从炉炉顶顶加加入入高高炉炉煤煤气气排排出出块块状状带带软软熔熔带带滴落滴落带带死料柱死料柱铁铁水水炉炉渣渣风风口口带带高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁19高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁20C+O2=CO2CO2+C=2CO3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2高炉高炉结结构构图图高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁21块块状区：状区：炉料保持装料炉料保持装料时时的分的分层层状状态态，没有液体。在没有液体。在该该区区发发生水分蒸生水分蒸发发、碳、碳酸酸盐盐分解、分解、铁矿铁矿石被石被CO还还原等气固反原等气固反应应，有固，有固态铁态铁(海海绵铁绵铁)生成生成软软熔区：熔区：由由软软化和部分熔化的脉石、化和部分熔化的脉石、熔熔剂剂、铁铁等半融状等半融状态态的物料与焦炭的物料与焦炭夹层组夹层组成，成，矿矿石从开始到完全熔化，石从开始到完全熔化，主要主要发发生生FeO的直接的直接还还原反原反应应和碳和碳的气化反的气化反应应。倒。倒V形的形的软软熔熔带带起着支起着支撑炉料的作用。其焦炭撑炉料的作用。其焦炭层层促使促使还还原原煤气沿炉子径向分布。煤气沿炉子径向分布。滴落区：滴落区：为为液液态态渣、渣、铁铁的滴落的滴落带带，该该区只有焦区只有焦炭仍是固体，且呈疏松炭仍是固体，且呈疏松状状态态堆堆积积，向下面的回，向下面的回旋区供旋区供给给焦炭。在焦炭。在这这里里主要主要发发生非生非铁铁元素元素(锰锰、硅、磷等硅、磷等)的的还还原，原，铁铁的的渗碳与脱硫，以及碳的渗碳与脱硫，以及碳的气化反气化反应应。焦炭回旋区：焦炭回旋区：热风热风通通过过配置配置在炉缸上部炉壁周在炉缸上部炉壁周围围的的1540个个风风口口进进入高炉，入高炉，热风压热风压力力为为200400 kPa，风风速速200 300m/s，因而在每个，因而在每个风风口口前形成一个煤气与焦炭快速前形成一个煤气与焦炭快速循循环环运运动动的袋形回旋区。回的袋形回旋区。回旋区往炉内延伸旋区往炉内延伸0.52m，周，周围围被焦被焦块块所包所包围围，焦炭回旋，焦炭回旋区是高炉内唯一存在的氧化区是高炉内唯一存在的氧化性区域，也是炉内性区域，也是炉内热热量和气量和气体体还还原原剂剂的主要的主要产产生地。生地。炉缸区：炉缸区：铁铁水和炉渣水和炉渣从静止的焦炭从静止的焦炭缝缝隙中隙中渗出，形成渣渗出，形成渣铁铁分分层层的熔池，并完成最后的熔池，并完成最后的的还还原反原反应应。铁铁中的中的碳达到碳达到饱饱和，和，锰锰、铁铁、磷等元素部分磷等元素部分还还原并原并熔入生熔入生铁铁。高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁22 特特 点点在逆流（炉料下降及煤气上升）在逆流（炉料下降及煤气上升）过过程程中，完成复中，完成复杂杂的物理化学反的物理化学反应应；在投入（装料）及在投入（装料）及产产出（出（铁铁、渣、煤、渣、煤气）之外，无法直接气）之外，无法直接观观察炉内反察炉内反应过应过程；程；维维持高炉持高炉顺顺行（保行（保证证煤气流合理分布煤气流合理分布及炉料均匀下降）是冶及炉料均匀下降）是冶炼过炼过程的关程的关键键。1.1高炉冶高炉冶炼炼的特点及主要的特点及主要过过程程高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁23 过过 程程还还原原过过程程 实实现现矿矿石石中中金金属属元元素素（主主要要是是Fe）和和氧氧元素的化学分离；元素的化学分离；造渣造渣过过程程 实实现现已已还还原原的的金金属属与与脉脉石石的的熔熔融融态态机机械械分离；分离；传热传热及渣及渣铁铁反反应过应过程程 实现实现成分及温度均合格的液成分及温度均合格的液态铁态铁水。水。1.1高炉冶高炉冶炼炼的特点及主要的特点及主要过过程程高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁241.1高炉原料高炉原料铁铁 矿矿 石石 其它含其它含铁铁代用品代用品天然天然块矿块矿人造富人造富矿矿 烧结矿烧结矿 球球团矿团矿碱碱性性熔熔剂剂石石灰灰,石灰石石灰石,白云石白云石酸性熔酸性熔剂剂 硅石硅石特殊熔特殊熔剂剂 萤萤石石 残残铁铁高、高、转转炉炉炉炉尘尘 轧钢铁轧钢铁皮皮 硫酸渣硫酸渣 高高 炉炉 原原 料料熔熔 剂剂高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁251.1.1高炉高炉对对含含铁铁原料的要求原料的要求 我国我国现现代高炉的追求代高炉的追求高高 产产 率率低低 能能 耗耗低低 成成 本本高炉的要求高炉的要求高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁261.1.1高炉高炉对对含含铁铁原料的要求原料的要求 含铁品位高冷态强度高熟料比高粒度适宜化学成分稳定有害元素含量要少低温还原粉化率低还原膨胀率低还 原性好软化温度高软化区间窄熔融滴落温度高,滴落区间窄高炉的要求高炉的要求高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁271.2 高炉燃料高炉燃料高高 炉炉 燃燃 料料固体燃料固体燃料焦炉煤气焦炉煤气气体燃料气体燃料煤煤 粉粉焦焦 炭炭高炉煤气高炉煤气 用于用于 高炉本体高炉本体 用于用于 热风热风炉炉高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁281.3 耐火材料耐火材料耐耐 火火 材材 料料高炉本体用高炉本体用热风热风炉内炉内不定形耐火材料不定形耐火材料 炉身上部粘土炉身上部粘土砖砖 炉身中部高炉身中部高铝砖铝砖 炉身下部碳化硅炉身下部碳化硅砖砖 炉腰、炉腹碳化炉腰、炉腹碳化 硅硅砖砖 炉缸上部碳化硅炉缸上部碳化硅砖砖 炉炉缸缸下下部部外外侧侧和和底底 部部用用碳碳砖砖，内内衬衬高高铝铝砖砖陶瓷杯陶瓷杯 顶顶部部及及格格子子砖砖上上部用硅部用硅砖砖；其其 它它 部部位位 用用高高铝铝砖砖或或粘粘土土砖砖 铁铁口炮泥及炉前沟泥口炮泥及炉前沟泥 一般：焦粉粘土蒽油一般：焦粉粘土蒽油 特殊：特殊：刚刚玉碳化硅玉碳化硅绢绢 云母焦粉焦油云母焦粉焦油 喷补喷补泥泥浆浆 Al2O3SiO2粘粘结结剂剂（磷磷酸酸盐盐、皂土、水玻璃等）、皂土、水玻璃等）高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁291.2高炉高炉产产品品高高 炉炉 产产 品品 主主产产品品铁铁水水Si 0.31.25%C 2.55.0%Mn 0.10.8%P 0.080.4%S 0.020.07%铁铁水温度水温度 14001500少量少量铁铁合金合金 高碳高碳锰铁锰铁 高碳硅高碳硅铁铁 稀土硅稀土硅铁铁高高碳碳硅硅锰锰合金等合金等副副产产品炉渣品炉渣 300600Kg/tCaO 3544SiO2 3242Al2O3 614MgO 413渣温渣温1400-1600 热热含量含量 16801900 KJ/Kg副副产产品煤气品煤气16003500M3/tCO 2126%H2 1.02.0CH4 0.20.8CO2 1421 N2 5557Q低低 32003800 KJ/M3高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁301.3高炉主要技高炉主要技术经济术经济指指标标1、有效容、有效容积积利用系数利用系数 定定义义：每：每M3高炉有效容高炉有效容积积每昼夜生每昼夜生产产的合格的合格铁铁量（量（T/M3.d）。）。我国我国1.62.4 T/M3.d；日本；日本1.82.8 T/M3.d2、焦比、焦比 定定义义：冶：冶炼炼每吨生每吨生铁铁所消耗的焦炭的千克数所消耗的焦炭的千克数（Kg/T）。）。我国焦比我国焦比为为250650Kg/T3、煤比、煤比 定定义义：冶：冶炼炼每吨生每吨生铁铁所消耗的煤粉的千克数所消耗的煤粉的千克数（Kg/T）。）。我国煤比我国煤比为为50220Kg/T高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁314、燃料比（焦比煤比）、燃料比（焦比煤比）定定义义：冶：冶炼炼每吨生每吨生铁铁所消耗的燃料的所消耗的燃料的总总和和（Kg/T）。）。我国燃料比我国燃料比为为450700（Kg/T）5、综综合焦比（焦比煤比合焦比（焦比煤比煤焦置煤焦置换换比）比）6、煤焦置、煤焦置换换比比 定定义义：喷喷吹吹1Kg煤粉所能替代的焦炭的煤粉所能替代的焦炭的Kg数。数。一般一般为为0.8左右左右1.3.1高炉主要技高炉主要技术经济术经济指指标标高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁327、焦炭冶、焦炭冶炼炼强强度度定定义义：每：每M3高炉有效容高炉有效容积积每昼夜燃每昼夜燃烧烧的焦炭吨数（的焦炭吨数（t/M3.d）。）。一般一般为为0.81.0t/M3.d 8、综综合冶合冶炼炼强强度度定定义义：每：每M3高炉有效容高炉有效容积积每昼夜燃每昼夜燃烧烧的的综综合焦炭的吨合焦炭的吨数（数（t/M3.d）。）。一般一般为为0.91.15t/M3.d利用系数、焦比及冶利用系数、焦比及冶炼炼强强度三者关系度三者关系纯纯焦冶焦冶炼时炼时：利用系数焦炭冶：利用系数焦炭冶炼炼强强度度/焦比焦比喷喷吹燃料吹燃料时时：利用系数：利用系数综综合冶合冶炼炼强强度度/综综合焦比合焦比1.3.1高炉主要技高炉主要技术经济术经济指指标标高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁339、燃、燃烧烧强强度度 定定义义：每：每M3炉缸截面炉缸截面积积每昼夜燃每昼夜燃烧烧的焦的焦炭的吨数（炭的吨数（t/M3.d）。）。10、工序能耗、工序能耗 Ci（燃料消耗（燃料消耗动动力消耗回收二次能力消耗回收二次能源）源）/产产品品产产量量（吨（吨标标准煤准煤/T）1Kg标标准煤的准煤的发热发热量量为为7000千卡千卡（29310KJ）炼铁炼铁工序能耗在工序能耗在510Kg标标准煤准煤/吨吨铁铁，占吨占吨钢总钢总能耗能耗50。1.3.1高炉主要技高炉主要技术经济术经济指指标标高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁3411、焦炭、焦炭负负荷荷定定义义：每批炉料中：每批炉料中铁铁、锰矿锰矿石的石的总总重量与焦碳重量之重量与焦碳重量之比，比，用于用于评评估燃料利用水平，估燃料利用水平，调节调节配料的重要参数。配料的重要参数。12、生、生铁铁合格率合格率定定义义：合格生：合格生铁铁量占高炉量占高炉总产总产量的百分数。量的百分数。13、修、修风风率率定定义义：高炉修：高炉修风时间风时间占占规规定作定作业时间业时间的百分数。的百分数。14、炉、炉龄龄 定定义义：从高炉点火开炉到停炉大修，或高炉相：从高炉点火开炉到停炉大修，或高炉相邻邻两次两次的大修之的大修之间间的冶的冶炼时间炼时间。1.3.1高炉主要技高炉主要技术经济术经济指指标标高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁高炉炼铁351、试试述述3种种钢铁钢铁生生产产工工艺艺的特点。的特点。2、简简述高炉冶述高炉冶炼过炼过程的特点及三大主要程的特点及三大主要过过程。程。3、画出高炉本体、画出高炉本体图图，并在其，并在其图图上上标标明四大系明四大系统统。4、归纳归纳高炉高炉炼铁对铁矿炼铁对铁矿石的石的质质量要求。量要求。5、试试述焦炭在高炉述焦炭在高炉炼铁炼铁中的三大作用及其中的三大作用及其质质量要求。量要求。6、试试述高炉述高炉喷喷吹用煤粉的吹用煤粉的质质量要求。量要求。7、熟、熟练练掌握高炉冶掌握高炉冶炼炼主要技主要技术经济术经济指指标标的表达方式。的表达方式。第一章第一章 思考思考题题