烧结及高炉炼铁基本原理及工艺.pptx

1高炉炼铁知识高炉炼铁知识炼铁一厂炼铁一厂“一专多能一专多能”培训课件培训课件20142014年年8 8月月2主要内容高炉冶炼的基本原理高炉冶炼的基本原理 高炉强化冶炼手段和方法高炉强化冶炼手段和方法 高炉基本操作制度高炉基本操作制度 高炉炼铁新技术高炉炼铁新技术 3第一讲第一讲 高炉冶炼基本原理高炉冶炼基本原理一、炉料的蒸发、分解与气化一、炉料的蒸发、分解与气化二、高炉还原过程二、高炉还原过程三、造渣与脱三、造渣与脱S四、风口前四、风口前C的燃烧的燃烧五、炉料与煤气运动五、炉料与煤气运动六、高炉能量利用六、高炉能量利用4一、炉料的蒸发、分解与气化 1.高炉炉内状况高炉炉内状况5（1）块状带：矿焦保持装料时的分层状态，与布料）块状带：矿焦保持装料时的分层状态，与布料形式及粒度有关，占形式及粒度有关，占BF总体积总体积60%左右左右（2001100）主要反应：水分蒸发主要反应：水分蒸发 结晶水分解结晶水分解 除除CaCO3外的其它外的其它MCO3分解分解 间接还原间接还原（还原度可达（还原度可达30-40）碳素沉积反应（碳素沉积反应（2CO=C+CO2）1.高炉炉内状况高炉炉内状况6（2）软熔带：矿石层开始熔化与焦碳层交互排列，焦碳层也）软熔带：矿石层开始熔化与焦碳层交互排列，焦碳层也称称“焦窗焦窗”，形状受煤气流分布与布料影响，可分为正，形状受煤气流分布与布料影响，可分为正V型，型，倒倒V型，型，W型，型，一般软熔带的上边界温度在一般软熔带的上边界温度在1100左右，而左右，而下边界温度在下边界温度在1400-1500。主要反应：主要反应：Fe的直接还原的直接还原 Fe的渗碳的渗碳 CaCO3分解分解 吸收吸收S（焦碳中的（焦碳中的S向渣、金、气三相分布）向渣、金、气三相分布）贝波反应：贝波反应：C+CO2=2CO脉石与低价铁氧化物和锰氧化物等形成脉石与低价铁氧化物和锰氧化物等形成液态初渣液态初渣。1.高炉炉内状况高炉炉内状况7（3）滴落带：主要由焦碳床组成，熔融状态的渣铁）滴落带：主要由焦碳床组成，熔融状态的渣铁穿越焦碳床穿越焦碳床 主要反应：主要反应：Fe的渗的渗C Mn、Si、P、Cr的直接还原的直接还原 溶入直接还原元素溶入直接还原元素Si、Mn、P、S炉渣由中间渣转向终渣。炉渣由中间渣转向终渣。1.高炉炉内状况高炉炉内状况8（4 4）回旋区：）回旋区：C C在鼓风作用下一面做回旋运动一面在鼓风作用下一面做回旋运动一面燃烧，是高炉热量发源地（燃烧，是高炉热量发源地（C C的不完全燃烧），高的不完全燃烧），高炉唯一的氧化区域。炉唯一的氧化区域。主要反应：主要反应：C+OC+O2 2=CO=CO2 2 COCO2 2+C=2CO+C=2CO（5 5）炉缸区：渣铁分层存在，焦碳浸泡其中）炉缸区：渣铁分层存在，焦碳浸泡其中 主要反应：渣铁间脱主要反应：渣铁间脱S S，SiSi、MnMn等元素氧化还原等元素氧化还原1.高炉炉内状况高炉炉内状况92、炉料的蒸发、挥发与分解炉料的蒸发、挥发与分解装入炉内的炉料，除热烧结矿外，都含有一定装入炉内的炉料，除热烧结矿外，都含有一定水分，以吸附水和结晶水两种形式存在水分，以吸附水和结晶水两种形式存在 吸附水：依靠微弱的表面能力吸附在炉料颗吸附水：依靠微弱的表面能力吸附在炉料颗粒表面及其孔隙表面的水粒表面及其孔隙表面的水,也叫物理水也叫物理水 结晶水：与炉料中的氧化物化合成为化合物结晶水：与炉料中的氧化物化合成为化合物的水的水,也叫化合水也叫化合水10吸附水的蒸发吸附水的蒸发吸附水在炉料加热到吸附水在炉料加热到105时，激烈蒸发吸附时，激烈蒸发吸附水在高炉上部就能全部蒸发完毕水在高炉上部就能全部蒸发完毕吸附水蒸发吸收的是炉顶煤气的余热，不会引起吸附水蒸发吸收的是炉顶煤气的余热，不会引起焦比升高焦比升高吸附水蒸发的益处吸附水蒸发的益处n降低煤气温度，对炉顶设备及金属结构的破损作用减降低煤气温度，对炉顶设备及金属结构的破损作用减弱弱n煤气体积缩小，煤气流速降低，炉尘吹出量减少煤气体积缩小，煤气流速降低，炉尘吹出量减少n但吸附水含量的波动会影响配料称量的准确。但吸附水含量的波动会影响配料称量的准确。11结晶水的分解结晶水的分解存在于褐铁矿存在于褐铁矿(2Fe2O3.3H2O)和高岭土和高岭土(Al2O3.2H2O)中中结晶水分解：结晶水分解：n结晶水从结晶水从200开始分解，到开始分解，到400500激烈分解激烈分解n结晶水分解完毕需要的时间与炉料颗粒大小有关小料块结晶水分解完毕需要的时间与炉料颗粒大小有关小料块比大料块的结晶水分解完毕的早比大料块的结晶水分解完毕的早结晶水分解对冶炼影响结晶水分解对冶炼影响n 结晶水激烈分解，矿石易碎裂，产生大量粉末，使料结晶水激烈分解，矿石易碎裂，产生大量粉末，使料柱透气性变坏，不利于高炉顺行柱透气性变坏，不利于高炉顺行n若若1000时，结晶水尚未分解完，则分解出来的水汽时，结晶水尚未分解完，则分解出来的水汽与焦炭中的碳发生反应碳水反应与焦炭中的碳发生反应碳水反应 H2O+C焦焦=H2+CO-Q 是吸热反应，而且直接消耗碳，使焦比升高是吸热反应，而且直接消耗碳，使焦比升高12挥发分挥发挥发分挥发焦炭中挥发物的挥发：焦炭中挥发物的挥发：n焦炭中挥发分高低是评价焦炭质量的指标之一焦炭中挥发分高低是评价焦炭质量的指标之一其它物质的挥发：其它物质的挥发：n碱金属：碱金属：循环富集，恶化透气，造成炉瘤nZn:循环富集，胀裂炉衬造成炉瘤nMn:挥发Mn3O4，进入煤气，增加煤气清洗的困难nSiO:挥发，恶化料柱的透气性13碳酸盐的分解碳酸盐的分解碳酸盐主要由熔剂带入：碳酸盐主要由熔剂带入：CaCO3，MgCO3矿石带入少量碳酸盐：矿石带入少量碳酸盐：FeCO3，MnCO3,MnCO3,FeCO3,MgCO3 分解温度较低，对高分解温度较低，对高炉冶炼影响不大炉冶炼影响不大CaCO3分解温度较高，对冶分解温度较高，对冶炼影响较大炼影响较大14CaCO3的分解对高炉冶炼的影响的分解对高炉冶炼的影响CaCO3分解是吸热反应，消耗高炉热量分解是吸热反应，消耗高炉热量n1KgCaCO3分解消耗1785KJ热量降低了煤气还原能力，影响还原速度降低了煤气还原能力，影响还原速度nCaCO3在低温区分解放出CO2进入煤气，降低了CO的浓度，冲淡了还原气氛在高温区分解出的在高温区分解出的CO2与焦炭发生反应，与焦炭发生反应，CO2+C焦=2CO 是吸热反应，而且直接消耗焦是吸热反应，而且直接消耗焦炭，使焦比升高炭，使焦比升高15二、高炉还原过程二、高炉还原过程高炉冶炼用高炉冶炼用CO,HCO,H2 2和固体碳作还原剂和固体碳作还原剂氧化物的还原顺序：氧化物的还原顺序：高高炉炉冶冶炼炼条条件件下下，各各种种氧氧化化物物由由易易到到难难的的还还原原顺序顺序CuOPbOFeOMnOSiOCuOPbOFeOMnOSiO2 2 Al Al2 2O O3 3MgOCaOMgOCaO 能被还原能被还原 部分被还原部分被还原 不能被还原不能被还原16直接还原与间接还原直接还原与间接还原（1）间接还原）间接还原：用CO、H2为还原剂还原铁的氧化物，产物为CO2、H2O的还原反应。特点：放热反应、反应可逆（2）直接还原：）直接还原：用C作为还原剂，最终气体产物为CO的还原反应。特点：强吸热反应、反应不可逆（3）直接、间接还原区域划分）直接、间接还原区域划分：取决于焦碳的反应性 低温区 800基本为间接还原 中温区 8001100共存 高温区 1100全部为直接还原（4）用直接还原度rd、间接还原度ri来衡量高炉C素利用好坏，评价焦比。铁氧化物还原铁氧化物还原（一）铁氧化物的还原顺序：（一）铁氧化物的还原顺序：1、还原顺序、还原顺序 铁铁的的氧氧化化物物在在还还原原时时，是是从从高高价价铁铁氧氧化化物物逐逐级级还还原成低价氧化物，最后还原成金属铁原成低价氧化物，最后还原成金属铁 570时：时：Fe2O3Fe3O4 FeOFe 570时，Fe2O3Fe3O4FeO分解压从大到小，还原性由易到难570：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 +Q Fe3O4+CO=3FeO+CO2 -Q FeO+CO=Fe+CO2 +Q 570：3Fe2O3+C=2Fe3O4+CO Q Fe3O4+C3FeO+CO Q FeO+C=Fe+CO Q 685时，CO2+C=2CO 反应向右进行，间接还原全部转换为两步式的直接还原，CO只起输氧的作用本身不消耗 B.温度570 3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O Q Fe3O4+H2 3FeO+H2O Q FeO+H2=Fe+H2O Q 都是间接还原反应，不增加也不减少煤气的体积。2此反应有的放热，有的是吸热，但热效应值都不大。2.不同点：不同点：1以H2作还原剂的反应是吸热反应，因此提高温度有利于还原进行，而CO的还原是以放热为主 2低于810,CO比H2的还原能力强 高于810，H2比CO的还原能力强。29非铁元素的还原非铁元素的还原（1）Mn的还原：的还原：一般规律：一般规律：MnO2（550间还）间还）Mn2O3（1100 间还）间还）Mn3O4（1000 间还）间还）MnO（1200 直接还原直接还原）Mn Mn还原的特点：间接还原放热大，使炉顶温度还原的特点：间接还原放热大，使炉顶温度 直接还原吸热大，使焦比直接还原吸热大，使焦比控制控制Mn还原的手段：提高炉缸温度，会使还原的手段：提高炉缸温度，会使Mn的挥发损失的挥发损失 提高炉渣提高炉渣R 生铁中保持一定生铁中保持一定Si 30（2）Si的还原的还原生铁中生铁中Si的要求的要求：制钢铁 Si0.6 铸造铁 1.25Si4.25 Si 还原的特点：还原的特点：大量吸热 全部直接还原 K Si 还原的途径：还原的途径：气化还原：气化还原：SiO2+C=SiO（g）+CO SiO（g）+C=Si+CO 渣铁反应渣铁反应：（SiO2）+2C=Si+2CO控制控制Si 还原的因素：还原的因素：提高炉缸温度利于Si 的还原 炉渣R利于Si的还原非铁元素的还原非铁元素的还原31（3）P的还原的还原 P100%还原入铁，只有原料控P（4）含）含Ti矿的冶炼矿的冶炼 TiO2Ti2O3TiOTiTi（C，N）固熔体使炉渣粘稠非铁元素的还原非铁元素的还原三、造渣与脱硫三、造渣与脱硫u 炉渣的来源炉渣的来源u矿石中的脉石：SiO2,Al2O3u燃料中的灰分：SiO2,Al2O3u熔剂中的氧化物：CaO.MgOu被侵蚀的炉衬 Al2O3 u炉渣的主要成分：炉渣的主要成分：SiO2,Al2O3,CaO,MgO炉渣碱度炉渣碱度u 碱碱度度：炉渣中的碱性氧化物和酸性氧化物的比值n二二元元碱碱度度：R2CaOSiO2，一般为1.01.2之间n三三元元碱碱度度：R3(CaOMgO)SiO2，一般为1.3左右n四元碱度：四元碱度：R4(CaOMgO)(SiO2Al2O3)炉渣的作用炉渣的作用炉渣具有熔点低，比重小，不熔于铁的特点，使渣铁分离渣铁分离，得到纯净的生铁，得到纯净的生铁。去去除除生生铁铁中中的的硫硫，并有利于选选择择或或抑抑制制SiSi，MnMn的的还原还原，起控制生铁成分控制生铁成分的作用。炉炉渣渣的的生生成成形形成成了高炉内的软软熔熔带带和和滴滴落落带带，影影响煤气流分布及炉料的下降响煤气流分布及炉料的下降。炉渣附在炉墙上，形成渣皮，形成渣皮，起保护炉衬保护炉衬的作用。35u初渣：初渣：u由软化前沿至熔化前沿生成，初渣内含FeO较多（一般10以下）u生矿：生矿：成分不均匀，软熔区间大操作困难u酸性烧结矿：酸性烧结矿：成分较均匀，但初渣为酸性u碱性烧结矿：碱性烧结矿：成分可预定，存在一定CaO，流动性好u中间渣：中间渣：u初渣向下温度升高，（FeO）被还原，并吸收CaO，Ru终渣：终渣：u主要成分：主要成分：（SiO2）+（Al2O3）+（CaO）+（MgO）95%，（FeO）1%成渣过程成渣过程炉渣性能炉渣性能u炉渣的熔化性：炉渣的熔化性：u熔化性表示炉渣熔化的难易程度u炉渣熔化性常用熔化温度和熔化性温度来表示。u熔化温度：熔化温度：u定定义义：指过热的液体炉渣开始凝固的温度或炉渣加热时固体完全消失的温度u熔化温度是炉渣熔化性的标志之一熔化温度是炉渣熔化性的标志之一u熔化温度只表明炉渣加热时固体完全消失的温度，不等于炉渣自由流动温度37CaO-FeO-SiO2熔渣三元状态图熔渣三元状态图 38四元炉渣相图四元炉渣相图(CaO-MgO-SiO2-Al2O3)39三元相图三元相图纵坐标：温度底面：等边三角形 （成分）40三元相图实物图41等边浓度三角形等边浓度三角形三元相图成分表示法三元相图成分表示法B BCA A A%B%C%n n 三个顶点：三个顶点：三个顶点：三个顶点：代表三个纯组元代表三个纯组元n n 三个边上的点：三个边上的点：三个边上的点：三个边上的点：二元二元组分组分的的 成分点成分点n 内部任意一点：内部任意一点：三元组三元组分的成分点分的成分点O42B BCA A A%B%C%确定确定确定确定O O O O点的成分点的成分点的成分点的成分1）过O作A角对边的平行线2）求平行线与A坐标的截距 得组元A的含量O3）同理求组元B、C的含量三元相图成分表示法三元相图成分表示法43 课堂练习1.1.确定确定I点的成分的成分A AB BC C908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%IA%=60%B%=30%C%=10%44A AB BC C908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%2 2.标出标出A=75%A=75%B=10%B=10%C=15%C=15%的组元点的组元点课堂练习45思考思考三元相图空间任意一点的成三元相图空间任意一点的成分及温度如何确定？分及温度如何确定？在空间图上不容易准确画出、读在空间图上不容易准确画出、读出三元状态图中点、线、面的位出三元状态图中点、线、面的位置，采用平面投影图代替置，采用平面投影图代替46等温截面图等温截面等温截面：水平方向与温度轴相垂直等温截面图等温截面图：一系列等温截面在平面上的投影，标出温度线47等温截面图特点同一等温线上熔点相同离顶点越近，熔点越高两等温线间可通过插入法求出疏密程度与相图液相曲线的陡缓有关弯曲方向与相图液相曲线的凹凸有关 48CaO-FeO-SiO2熔渣三元状态图熔渣三元状态图 偏偏CaO顶角处熔点最高；顶角处熔点最高；SiO2角温角温度线较密，说明有大范围的硅酸盐度线较密，说明有大范围的硅酸盐分熔区；在两者之间是炼钢温度分熔区；在两者之间是炼钢温度1600以下的两个液相区，一个以下的两个液相区，一个是从组成点开始伸向是从组成点开始伸向FeO角方向，角方向，熔点随熔点随FeO含量的升高而降低；另含量的升高而降低；另一个是从组成点开始，熔点也随一个是从组成点开始，熔点也随FeO含量的升高而降低，但最低温含量的升高而降低，但最低温度仍在度仍在1300以上，转炉炼钢熔以上，转炉炼钢熔渣成分就在此区域内变化。渣成分就在此区域内变化。这个相图中共晶点是一个三元化合这个相图中共晶点是一个三元化合物，熔点约物，熔点约1200。FeO含量较含量较高是炉渣容易渣化的主要原因。高是炉渣容易渣化的主要原因。49CaO-SiO2-Al2O3三元炉渣相图501.0CaO-SiO2-Al2O3三元炉渣相图1.20.8相图分析：相图分析：10%Al2O330%炉渣熔化温度1 碱性渣（脱硫）R10%时，炉渣的熔化性温度和粘度升高。w 含量适当Al2O3 可改善炉渣的稳定性。nFeO FeO 的影响的影响wFeO 能显著降低炉渣粘度。wFeO 过多，会造成初渣和中间渣的不稳定性。nMnOMnO的影响的影响w MnO 能显著降低炉渣的熔化性温度和粘度，改善炉渣的流动性。w 炉渣中加入23%的MnO，就可显著降低炉渣的粘度。59影响炉渣粘度的因素影响炉渣粘度的因素化学成分的影响化学成分的影响nCaSCaS的影响的影响w CaS 在渣中小于7%时能降低炉渣的粘度。w 在碱性渣中增加CaS 数量，可降低炉渣粘度。w 在酸性渣中增加CaS 数量，会提高炉渣粘度。nCaFCaF2 2的影响的影响wCaFCaF2 2可显著降低炉渣的熔化温度和粘度可显著降低炉渣的熔化温度和粘度，对炉渣有强烈的稀释作用。n TiOTiO2 2的影响的影响w 碱度一定时，炉渣的熔化性温度随TiO2的增加而升高，粘度随TiO2的增加而降低。炉渣的稳定性炉渣的稳定性定定义义：是是指指炉炉渣渣的的化化学学成成分分和和温温度度变变化化时时，炉炉渣渣的的粘粘度度和和熔熔化化性性温温度度能能否否保保持持稳稳定定.即即对对炉炉渣渣物物理理性性能影响的程度。能影响的程度。分类：炉渣稳定性分为热稳定性和化学稳定性。分类：炉渣稳定性分为热稳定性和化学稳定性。n热稳定性：若炉渣的温度变化对炉渣的物理性能影响不大，此渣具有良好的热稳定性w可通过炉渣粘度-温度曲线转折点温度高低和转折的缓急程度来判断.n化学稳定性：若炉渣的化学成分变化对炉渣的物理性能影响不大，此渣具有良好的化学稳定性w可根据等粘度、等熔化温度曲线随成分变化的梯度来判断。炉渣去硫炉渣去硫硫的来源硫的来源n焦炭带入：6080%n矿石及喷吹物带入：2040%熔剂。硫负荷硫负荷：n冶炼单位生铁，炉料中带入的总硫量称为硫负荷。46kg/t铁硫的存在形态硫的存在形态n硫化物：FeS,FeS2 (焦炭,烧结矿)n硫酸盐：CaSO4,BaSO4 （熔剂）n有机硫：S （煤，焦炭）62硫的危害 钢材产生热脆性，在轧钢和锻造钢材时出现裂纹含硫高的铸造铁，使铸件热脆，降低铁水铸造时的填充性能规定：制钢铁含硫0.07%；铸造铁含硫0.05%。煤气、炉尘煤气、炉尘510%510%，生铁，生铁5%5%，炉渣，炉渣90%90%料料挥挥渣渣铁铁nKgKg生铁：生铁：料料挥挥n n（）（）n硫的分配系数：渣中硫量与铁中硫量之比硫的分配系数：渣中硫量与铁中硫量之比 Ls=(S)/SLs=(S)/Sn则：则：料料挥挥nLnLs s n S=S=硫在煤气、渣、铁中的分配硫在煤气、渣、铁中的分配减少生铁含硫量的途径减少生铁含硫量的途径减少冶炼单位生铁的炉料带入的总硫量：减少冶炼单位生铁的炉料带入的总硫量：增加随煤气挥发的硫增加随煤气挥发的硫增大渣量，有利于去硫，但一般不用此法。增大渣量，有利于去硫，但一般不用此法。增大硫的分配系数增大硫的分配系数L Ls s，可提高脱硫效果。，可提高脱硫效果。炉渣脱硫炉渣脱硫炉渣的脱硫能力炉渣的脱硫能力生铁脱硫主要通过提高硫的分配系数生铁脱硫主要通过提高硫的分配系数S S炉渣脱炉渣脱S基本反应：基本反应：FeS+（CaO）=（CaS）+（FeO）n硫经反应后变为硫经反应后变为CaSCaS和和FeSFeS，CaSCaS进入渣中，进入渣中，FeSFeS进入铁中。进入铁中。脱硫位置脱硫位置n铁水滴穿过渣层时。铁水滴穿过渣层时。n炉缸中渣铁界面。炉缸中渣铁界面。影响炉渣脱硫能力的因素影响炉渣脱硫能力的因素炉渣化学成分炉渣化学成分n炉渣碱度 炉渣碱度提高，脱硫能力提高，但不是越高越好。nMgO MgO脱硫能力不及CaOnAl2O3 不利于脱硫nFeO 极不利于脱硫，还原性气氛去硫。渣铁温度：渣铁温度：提高温度对脱硫反应有利炉渣粘度：炉渣粘度：粘度低，有利于脱硫。高炉操作：高炉操作：高炉操作稳定，保证高炉顺行，有利于脱硫。有利于脱硫的炉渣条件：适当高的碱度、适当高的温度、适当的渣量、流动性好或粘度低、（FeO)含量低、操作稳定67四、风口前四、风口前C的燃烧的燃烧u风口前风口前C燃烧的意义燃烧的意义（占总（占总C量的量的70%）u提供热量提供热量7080%u提供还原剂提供还原剂u影响炉料下降、软影响炉料下降、软熔带形状、煤气利用、熔带形状、煤气利用、冶炼指标冶炼指标 直接还原直接还原：（FeO）+C=Fe+CO （MnO）+C=Mn+CO （CaO）+S+C=CaS+CO使煤气中CO增加 CO2、H2O的气化：的气化：CO2+C=2CO H2O+C=H2+CO 吸热、使焦碳强度下降 68风口前碳的燃烧示意69理论燃烧温度定义定义:风口前焦炭燃烧放出的热量全部用于加热燃风口前焦炭燃烧放出的热量全部用于加热燃烧产物时烧产物时,所能达到的最高温度所能达到的最高温度.计算式：计算式：Q碳碳+Q风风+Q燃燃-Q水水-Q喷喷 T理理=CON2(CO+N2)+H2H2理论燃烧温度是燃烧带在理论上能达到的最高温度理论燃烧温度是燃烧带在理论上能达到的最高温度.一般可达一般可达180018002400240070鼓风温度鼓风温度:升高,理论燃烧温度升高.鼓风富氧度鼓风富氧度:鼓风含氧量高，理论燃烧温度显著升高.喷吹燃料喷吹燃料:分解吸热和炉缸煤气中H2量增加,理论燃烧温度降低.鼓风湿度鼓风湿度:水分分解吸热,理论燃烧温度降低.影响理论燃烧温度的因素71燃烧带及风口回旋区燃烧带：炉缸内燃料燃烧成燃烧带：炉缸内燃料燃烧成COCO的区域称为燃烧带的区域称为燃烧带,包括氧化区和还原区包括氧化区和还原区.n氧化区氧化区:风口前自由氧存在的区域风口前自由氧存在的区域.C.C焦焦+O+O2 2=CO=CO2 2 n还原区还原区:自由氧消失到自由氧消失到CO2CO2消失的区域消失的区域.CO.CO2 2+C+C焦焦=2CO=2CO 风口回旋区风口回旋区:煤气流夹着焦炭作回旋运动的球形空煤气流夹着焦炭作回旋运动的球形空间间.（氧化区）（氧化区）中间层中间层:回旋区外围厚约回旋区外围厚约200200300mm300mm的料层（还原的料层（还原区）区）燃烧带包括回旋区和中间层燃烧带包括回旋区和中间层 72燃烧带对高炉冶炼过程的影响 燃烧带面积大燃烧带面积大,炉缸活跃面积大炉缸活跃面积大,料柱比较料柱比较松动松动,有利于高炉顺行有利于高炉顺行.燃烧带大小影响煤气流的初始分布燃烧带大小影响煤气流的初始分布.n 燃烧带大燃烧带大,中心气流发展中心气流发展,炉缸中心温度升高炉缸中心温度升高 n 燃烧带小燃烧带小,边缘气流发展边缘气流发展,炉缸中心温度较低炉缸中心温度较低73（1 1）影响燃烧带大小的因素：）影响燃烧带大小的因素：C C的燃烧速度（一般认为影响不大）的燃烧速度（一般认为影响不大）布料状态（中心堆积，燃烧带小；中心疏松，燃烧带大）布料状态（中心堆积，燃烧带小；中心疏松，燃烧带大）鼓风动能鼓风动能E E的大小的大小（2 2）影响）影响E E的因素：的因素：风量风量，E E 风温风温，体积膨胀，质量流量，体积膨胀，质量流量 ，E E 风温风温 ，速度，速度 ，E E 总体总体E E 略有变化略有变化 风压风压 ，E E 风口截面积风口截面积S S，E E 燃烧带大小的控制燃烧带大小的控制下部调剂下部调剂74炉料下降的条件炉料下降的条件u自由空间的形成（前提条件）自由空间的形成（前提条件）uC的燃烧u渣铁排放u下料中重新排列u炉料软熔u炉料下降的力学分析炉料下降的力学分析u P=P料料-P摩摩-P浮浮-P气气 =P有效有效-P气气uP料品位，焦碳负荷，P料uP摩炉墙与炉料，炉料与炉料，H/D（设计问题）uP浮料柱浸泡在渣铁中产生，勤放渣铁uP气上升煤气对料柱的支撑力u P0 顺行顺行u P0 悬料，难行悬料，难行 五、炉料与煤气运动五、炉料与煤气运动75u炉腹区煤气流炉腹区煤气流u炉腹区存在液态渣铁的动滞留（与冶炼强度炉腹区存在液态渣铁的动滞留（与冶炼强度I I有关）有关）和静滞留（与炉渣的物化性质有关），压差（和静滞留（与炉渣的物化性质有关），压差（PP）较大，易形成液泛现象较大，易形成液泛现象。u为避免液泛现象要求为避免液泛现象要求：u 渣量小渣量小品位高、品位高、I I小小u 提高焦碳质量提高焦碳质量u 煤气流速小煤气流速小u 初渣粘度小，保证一定（初渣粘度小，保证一定（FeOFeO）含量）含量煤气流分布煤气流分布76u炉顶煤气的分布：炉顶煤气的分布：u边缘气流边缘气流软熔带的形状为软熔带的形状为“”型，型，煤气利用煤气利用差差u中心气流中心气流软熔带的形状为倒软熔带的形状为倒“”型，型，煤气利煤气利用一般，考虑大喷煤应以发展中心为主用一般，考虑大喷煤应以发展中心为主u两道气流两道气流软熔带的形状为软熔带的形状为“”型，型，中心、边中心、边缘都有一定发展，传统型缘都有一定发展，传统型u管道气流管道气流煤气分布失常煤气分布失常 煤气流分布煤气流分布77u合理布料的意义：合理布料的意义：u影响料柱的空隙度影响料柱的空隙度u不人为调整将产生偏析，煤气自动边缘分布不人为调整将产生偏析，煤气自动边缘分布u影响因素：影响因素：u布料设备：布料设备：园周方向的分布园周方向的分布 u装料制度装料制度u料线：提高料线加重中心料线：提高料线加重中心u批重：批重大，能加重中心批重：批重大，能加重中心u 装料次序：正装先入炉的是矿石，堆角大，落在装料次序：正装先入炉的是矿石，堆角大，落在边缘料多，所以，加重边沿。边缘料多，所以，加重边沿。上部调剂上部调剂78u燃料燃料u焦炭作用：发热剂、还原剂、料柱骨架焦炭作用：发热剂、还原剂、料柱骨架u节约燃料：节约焦炭消耗、改善燃料的能量利用节约燃料：节约焦炭消耗、改善燃料的能量利用u鼓风：压力能、热能鼓风：压力能、热能u高炉冶炼能量利用评价方法：高炉冶炼能量利用评价方法：（1）燃料比：冶炼单位生铁消耗的焦炭和喷吹燃料量，）燃料比：冶炼单位生铁消耗的焦炭和喷吹燃料量，kg/t;（2）焦比）焦比 （3）直接还原度）直接还原度rd:六、高炉能量利用六、高炉能量利用79铁的直接还原度铁的直接还原度n概念：高炉内还原生成的铁量中以直接还原方式概念：高炉内还原生成的铁量中以直接还原方式还原出来的铁所占的比例。还原出来的铁所占的比例。n表示方法：表示方法：w假定铁的高级氧化物还原到低级氧化物全部是间接还假定铁的高级氧化物还原到低级氧化物全部是间接还原，则原，则FeO中以直接还原的方式还原出来的铁量与铁中以直接还原的方式还原出来的铁量与铁的氧化物中还原出来的总铁量之比，的氧化物中还原出来的总铁量之比，w rd=Fe直直/（Fe生铁生铁-Fe料料）n吨铁直接还原耗碳量：吨铁直接还原耗碳量：Cd=0.214 rd Fe 80铁的间接还原铁的间接还原度 表示：表示：n铁氧化物被铁氧化物被CO、H2夺取的氧量与铁的氧化物转夺取的氧量与铁的氧化物转入煤气中全部氧量之比，即入煤气中全部氧量之比，即ri=Fe间间/（Fe生铁生铁-Fe料料）nrd+ri=100%=1 rd=1-ri 吨铁间接还原耗碳量：吨铁间接还原耗碳量：Ci=0.4993(1-rd)Fe81直接还原与间接还原对高炉冶炼的影响u高炉中碳的消耗：直接还原、间接还原、发热剂高炉中碳的消耗：直接还原、间接还原、发热剂u间接还原消耗热量少，但需要过量还原剂保证，作间接还原消耗热量少，但需要过量还原剂保证，作为还原剂消耗的碳多；为还原剂消耗的碳多；u直接还原消耗热量多而消耗还原剂少。直接还原消耗热量多而消耗还原剂少。要达到炉内最低碳消耗，两者都要有一个适当的发要达到炉内最低碳消耗，两者都要有一个适当的发展程度，展程度，100%100%直接还原或直接还原或100%100%间接还原都达不到最间接还原都达不到最低碳消耗。低碳消耗。82u高炉内碳的消耗（也就是燃料消耗）高炉内碳的消耗（也就是燃料消耗）既要保证既要保证还原剂的需要，也要保证热量的需求。还原剂的需要，也要保证热量的需求。而碳在而碳在氧化成氧化成COCO时，既放出热量供冶炼需要，也成为时，既放出热量供冶炼需要，也成为间接还原的还原剂。间接还原的还原剂。直接还原与间接还原对高炉冶炼的影响直接还原与间接还原对高炉冶炼的影响83A D还原耗碳量还原耗碳量 ADAD：SiSi、MnMn、P P还原；渗碳；还原；渗碳；溶剂中溶剂中COCO2 2还原耗碳还原耗碳ABAB：直接还原耗碳量；：直接还原耗碳量；CDCD：间接还原耗碳量；：间接还原耗碳量；CR1 Cri2 Cri1 O B r rd1 d1 r rd d r rd2 d2 O2 CR2 rd rd=1 C Cri=1C还原耗碳与还原度关系还原耗碳与还原度关系O O点直接还原与间接还点直接还原与间接还原耗碳量相等。原耗碳量相等。COBCOB为还原总耗碳量变为还原总耗碳量变化曲线化曲线84热量耗碳高炉焦比取决于热量消耗的碳高炉焦比取决于热量消耗的碳素与直接还原的碳素之和，而素与直接还原的碳素之和，而不取决于间接还原的碳素消耗不取决于间接还原的碳素消耗量（高炉焦比由热平衡来计算量（高炉焦比由热平衡来计算的依据）的依据）一切降低热量消耗的措施均能一切降低热量消耗的措施均能降低焦比降低焦比Rd2的焦比就是某冶炼条件下的焦比就是某冶炼条件下的理论最低焦比，的理论最低焦比，Rd2即为理即为理想的直接还原度，一般在想的直接还原度，一般在0.20.3左右。左右。A D CR Cri O B rd2 rd rd1 O2 rd rd=1 C Cri=1CEFOCd、Ci与与Q三者与三者与rd间间的关系的关系EF：热量耗碳线：热量耗碳线85第二讲第二讲 高炉强化冶炼的方法和手段高炉强化冶炼的方法和手段86一、精料及炉料结构一、精料及炉料结构精料技术的内涵精料技术的内涵“高高”n入炉矿品位要高入炉矿品位要高w是精料技术的核心。是精料技术的核心。w矿品位提高矿品位提高1%，焦比下降，焦比下降1.5%，产量提高，产量提高2.5%，吨铁渣量减少，吨铁渣量减少30Kg/t，允许多喷吹，允许多喷吹15Kg/t煤粉。煤粉。n烧结、球团、焦炭的转鼓强度要高。烧结、球团、焦炭的转鼓强度要高。n烧结矿碱度要高。烧结矿碱度要高。87精料技术的内涵精料技术的内涵“熟”n是孰料比要高。n宝钢熟料比在83.12%，首钢为84.74%，武钢为88.53%。“均”n燃料粒度要求均匀n515mm粒级占总量要小于30%。“净”n小于5mm粒度占总比例要小于5%。88精料技术的内涵精料技术的内涵“稳”n成分和质量要稳定。“少”n含有害杂质Pb,Zn,S,P,Cu,F等要少n焦炭灰份中K+Na总含量要小于3%。“好”n铁矿石冶金性能要好n软熔温度高，软熔区间窄n还原性要大于60%n低温还原粉化率低 89炉料结构炉料结构n炉料结构概念炉料结构概念n炉料结构是指高炉原料构成中，烧结矿、球团矿和天炉料结构是指高炉原料构成中，烧结矿、球团矿和天然块矿的配比组合，再加上对这种配比产生的综合炉然块矿的配比组合，再加上对这种配比产生的综合炉料性能的评价。料性能的评价。n炉料结构重要性炉料结构重要性n高炉炉料结构的合理化是高炉精料方针的发展和完善，高炉炉料结构的合理化是高炉精料方针的发展和完善，是高炉生产取得优质、高产、低耗、长寿的基础。寻是高炉生产取得优质、高产、低耗、长寿的基础。寻求合理的炉料结构是高炉强化冶炼和降低成本的主攻求合理的炉料结构是高炉强化冶炼和降低成本的主攻方向。方向。90n合理炉料结构应满足条件合理炉料结构应满足条件n资源性：根据矿源和矿石特性，采用技术和经济相统资源性：根据矿源和矿石特性，采用技术和经济相统一的原则寻求适宜的高炉炉料结构。一的原则寻求适宜的高炉炉料结构。n先进性：炉料冶金性能优良，适应高炉生产需要。炉先进性：炉料冶金性能优良，适应高炉生产需要。炉料成分应满足炉况顺行，节焦、优质和造渣需要，不料成分应满足炉况顺行，节焦、优质和造渣需要，不需要另加熔剂。需要另加熔剂。n经济性：适应国情、厂情、经济上合理、合算。经济性：适应国情、厂情、经济上合理、合算。n可行性：具备生产手段，技术上和运输物流可靠、可可行性：具备生产手段，技术上和运输物流可靠、可行。行。炉料结构的合理性只能是相对的、暂时的，不存在理想的、一劳永逸的炉料结构的合理性只能是相对的、暂时的，不存在理想的、一劳永逸的精料和炉料结构。研究炉料结构的目的在于合理地利用本国和世界的铁精料和炉料结构。研究炉料结构的目的在于合理地利用本国和世界的铁矿资源，使高炉的冶炼技术达到最佳状态，以求最大限度地降低生铁成本。矿资源，使高炉的冶炼技术达到最佳状态，以求最大限度地降低生铁成本。炉料结构炉料结构9192国国内内炼炼铁铁原原料料模模式式的的发发展展93国国外外炼炼铁铁原原料料模模式式的的发发展展94 国外炉料结构现状国外炉料结构现状 1.1.亚洲主要钢铁大国（如日本）亚洲主要钢铁大国（如日本）由于其铁矿资源不足或几乎没有，以进口矿为由于其铁矿资源不足或几乎没有，以进口矿为主要原料，促成亚洲以烧结矿为主体的炉料结主要原料，促成亚洲以烧结矿为主体的炉料结构占统治地位。多数高炉的炉料结构中，构占统治地位。多数高炉的炉料结构中，高碱高碱度烧结矿约占度烧结矿约占70%70%，其余为天然矿和球团矿。，其余为天然矿和球团矿。95 国外炉料结构现状国外炉料结构现状 2.2.北美北美 北美铁矿资源为低品位铁燧岩，为使铁矿物与脉北美铁矿资源为低品位铁燧岩，为使铁矿物与脉石单体分离，需要细磨至石单体分离，需要细磨至0.036mm0.036mm以下。精矿粉粒以下。精矿粉粒度适合造球，所以度适合造球，所以高炉炉料结构以球团矿为主，高炉炉料结构以球团矿为主，高碱度烧结矿为辅。高碱度烧结矿为辅。96 国外炉料结构现状国外炉料结构现状 3.3.欧洲和南美洲欧洲和南美洲 以自熔性烧结矿（以自熔性烧结矿（R=1.3R=1.3）为主，配以酸性球团）为主，配以酸性球团矿（矿（R=0.60.7R=0.60.7）和块矿）和块矿，欧洲有几个厂家的高，欧洲有几个厂家的高炉用炉用烧结矿和球团矿各烧结矿和球团矿各50%50%左右左右，为了平衡高炉，为了平衡高炉渣的碱度，烧结矿的碱度要在渣的碱度，烧结矿的碱度要在2.02.0以上。球团矿以上。球团矿中配加镁橄榄石或白云石，以改善球团矿的冶中配加镁橄榄石或白云石，以改善球团矿的冶金性质。金性质。97目前，我国重点企业的炉料结构大致有以目前，我国重点企业的炉料结构大致有以下三种类型：下三种类型：高碱度烧结矿搭配酸性球团矿高碱度烧结矿搭配酸性球团矿高碱度烧结矿搭配酸性球团矿和块矿高碱度烧结矿搭配酸性球团矿和块矿高碱度烧结矿搭配低碱度烧结矿的形式高碱度烧结矿搭配低碱度烧结矿的形式 我国炉料结构我国炉料结构98高炉对高炉炉料结构的要求高炉对高炉炉料结构的要求 1）精料的原则精料的原则 2）烧结矿必须优质）烧结矿必须优质 3）优质的球团矿）优质的球团矿99烧结矿优质烧结矿优质 u 烧结矿的碱度烧结矿的碱度(CaO/SiO2)1.8。u碱度低于1.8烧结矿的质量会受到较大的影响,不利于铁酸钙系固结相的形成。u烧结矿的铁品位高烧结矿的铁品位高,TFe58%(最好最好60%)，SiO2低低,4.5%。u为高炉炼铁实现低渣比、高喷煤和大幅度降低入炉焦比创造条件。100烧结矿优质烧结矿优质 u降低降低FeO含量含量(FeO17%,CaO/SiO2过高时过高时,会使炉渣变粘会使炉渣变粘,破坏顺行破坏顺行.应适当增加应适当增加MgO含量含量,降低降低CaO/SiO2。135五五.基本制度间的关系基本制度间的关系 热制度和造渣制度热制度和造渣制度:n 对炉缸工作和煤气流分布、产品质量有一定影响。n 但热制度和造渣制度较固定,不合理程度也易发现和调节。送风制度和装料制度送风制度和装料制度n二者对煤气与炉料相对运动影响较大,并影响炉缸工作与顺行状况。也影响热制度和造渣制度的稳定。136上部调剂和下部调剂上部调剂和下部调剂 下部调剂的送风制度下部调剂的送风制度：对炉缸工作起决定性作用，：对炉缸工作起决定性作用，是保证炉内煤气流合理分布的关键。是保证炉内煤气流合理分布的关键。上部调剂的装料制度上部调剂的装料制度：控制炉料在炉喉的分布：控制炉料在炉喉的分布状态与上升煤气流达到有机的配合，是完成冶炼状态与上升煤气流达到有机的配合，是完成冶炼过程的重要手段。过程的重要手段。以上部调剂为基础以上