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這是煉鐵儀表工ppt，包括了概述，高爐冶煉原理，高爐本體及附屬系統(tǒng)，高爐操作，高爐作業(yè)流程，高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品，高爐渣，高爐煤氣等內(nèi)容，歡迎點(diǎn)擊下載。

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高爐煉鐵工藝AVW紅軟基地

3.1 概述

3.2 高爐冶煉原理

3.3 高爐本體及附屬系統(tǒng)

3.4 高爐操作

3.1.1 高爐冶煉過(guò)程及其特點(diǎn)

高爐煉鐵的本質(zhì)是鐵的還原過(guò)程，即焦炭做燃料和還原劑，在高溫下將鐵礦石或含鐵原料的鐵，從氧化物或礦物狀態(tài)（如Fe2O3、Fe3O4、Fe2SiO4、Fe3O4·TiO2等）還原為液態(tài)生鐵。

冶煉過(guò)程中，爐料（礦石、熔劑、焦炭）按照確定的比例通過(guò)裝料設(shè)備分批地從爐頂裝入爐內(nèi)。從下部風(fēng)口鼓入的高溫?zé)犸L(fēng)與焦炭發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的高溫還原性煤氣上升，并使?fàn)t料加熱、還原、熔化、造渣，產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)變化，最后生成液態(tài)渣、鐵聚集于爐缸，周期地從高爐排出。上升過(guò)程中，煤氣流溫度不斷降低，成分逐漸變化，最后形成高爐煤氣從爐頂排出。

高爐冶煉特點(diǎn)

(1)高爐冶煉是在爐料與煤氣流逆向運(yùn)動(dòng)過(guò)程中完成各種錯(cuò)

綜復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和物理變化的，爐內(nèi)主要是還原性氣氛。

(2)高爐是密閉的容器，除裝料、出鐵、出渣及煤氣外，操

作人員無(wú)法直接觀察到反應(yīng)過(guò)程的狀況。只能憑借儀器儀表間

接觀察爐內(nèi)狀況。

(3)高爐是連續(xù)的、大規(guī)模的高溫生產(chǎn)過(guò)程，機(jī)械化和自動(dòng)

化水平較高。

3.1.2 高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品

高爐冶煉的主要原料是鐵礦石、燃料、熔劑。

高爐冶煉的主要產(chǎn)品是生鐵、高爐渣和高爐煤氣。高爐渣和高爐煤氣為副產(chǎn)品。

⑴ 生鐵

生鐵可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵。煉鋼生鐵供轉(zhuǎn)爐、電爐煉鋼使用。鑄造生鐵則主要用于生產(chǎn)耐壓鑄件。

生鐵是Fe與C及其它一些元素的合金。通常，生鐵含F(xiàn)e 94%左右，C 4%左右。其余為Si、Mn、P、S等少量元素。

一般來(lái)說(shuō)，生鐵和鋼的化學(xué)成分主要差別是含碳量。鋼中含碳量最高不超過(guò)2.11%。高爐生鐵含碳量在2.5~4.5%范圍，鑄鐵中不超過(guò)5.0%（此時(shí)Fe3C含量約占75%，當(dāng)鑄鐵中Fe3C達(dá)100%時(shí)，其含碳量為6.67%）。當(dāng)鑄鐵中C>5.0%時(shí)，鑄鐵甚脆，沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。而含碳量在1.6~2.5%之間的鋼鐵材料，由于缺乏實(shí)用性，一般不進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。

煉鋼生鐵作為轉(zhuǎn)爐熱裝煉鋼的原料，約占生鐵產(chǎn)量的80~90%。鑄造生鐵，又稱為翻砂鐵或灰口鐵，用于鑄件生產(chǎn)。其主要特點(diǎn)是含硅較高，在1.25~4.25%之間。硅在生鐵中能促進(jìn)石墨化，即使化合碳游離成石墨碳，增強(qiáng)鑄件的韌性和耐沖擊性并易于切削加工。鑄造生鐵約占生鐵產(chǎn)量的10%左右。

高爐還可生產(chǎn)特殊生鐵，如錳鐵、硅鐵、鏡鐵（含10~25%Mn）、硅鏡鐵（含9~13%Si，18~24%Mn）等，主要用作煉鋼脫氧劑和合金化劑。

此外，生鐵中還可能含有部分微量元素。生鐵中微量元素含量常以ΣT為指標(biāo)：

ΣT= Pb +Sn +Sb +As +Ti +V +Cr +Zn

含微量元素很低的“高純生鐵”ΣT<0.1%。國(guó)內(nèi)外適宜生產(chǎn)高純生鐵的礦源稀少。我國(guó)本鋼生鐵素有“人參鐵”之稱。它除P、S極低外，微量元素亦很低。其ΣT<0.08%，屬國(guó)際高純生鐵范疇。

⑵ 高爐渣

由于冶煉礦石品位、焦比及焦炭灰分的不同，我國(guó)大中型高爐的單位生鐵渣量在0.3~0.5t之間。高爐渣主要成分是Ca、Mg、Si、Al的氧化物，其工業(yè)用途廣泛。如在爐前急冷�；伤鞒伤嗪徒ㄖ牧�；酸性渣還可在爐前用蒸汽吹成渣棉，作絕熱材料。

冶煉多元素共生的復(fù)合礦時(shí)，爐渣中常富集有多種元素（如稀土、鈦等）。這類爐渣可進(jìn)一步利用。

⑶ 高爐煤氣

冶煉每噸生鐵可產(chǎn)生1600~3000m3的高爐煤氣，其中含有約20%~25%的CO，1~3%的H2，還有少量甲烷（CH4）等可燃?xì)怏w。從高爐排出的煤氣中含有大量的爐料粉塵，經(jīng)過(guò)除塵處理可使含塵量降到10~20mg/m3。除塵處理后的高爐煤氣發(fā)熱值約為3350~3770kJ/m3，是良好的氣體燃料。但高爐冶煉產(chǎn)生的煤氣量、成分及發(fā)熱值與高爐操作參數(shù)及產(chǎn)品種類有關(guān)。如高爐冶煉鐵合金時(shí)煤氣中幾乎沒(méi)有CO2。

高爐煤氣是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的重要二次能源，主要用作熱風(fēng)爐燃料，還可供動(dòng)力、煉焦、燒結(jié)、煉鋼、軋鋼等部門(mén)使用。

3.1.3 高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

高爐生產(chǎn)的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效果可用如下技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)衡量：

⑴ 有效容積利用系數(shù)(ημ)

是指每立方米高爐有效容積、每晝夜生產(chǎn)的合格生鐵量。

式中：P－生鐵日產(chǎn)量；Vμ－高爐有效容積，m3

⑵ 焦比（K）

是生產(chǎn)1噸生鐵所消耗的干焦炭重量。顯然，焦比愈低愈好。

式中：Q－每日消耗焦炭量，kg/d。

在噴吹燃料時(shí)，高爐的的能耗情況用燃料比（K燃）表示，即每噸生鐵耗用各種入爐燃料之總和。

K燃＝（焦炭+煤粉+重油+…） kg/t

噴吹燃料按對(duì)置換比折算為相應(yīng)的干焦（K`）與實(shí)際耗用的焦炭量（焦比K）之和稱為綜合焦比（K綜）。

K綜＝（K + K`） kg/t

⑶ 冶煉強(qiáng)度（I）

每m3高爐有效容積每天消耗焦炭的重量。

利用系數(shù)、焦比和冶煉強(qiáng)度三者之間的關(guān)系為：

⑷ 生鐵合格率

合格生鐵量占高爐總產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)。此外，優(yōu)質(zhì)生鐵占生鐵總量的百分?jǐn)?shù)稱為優(yōu)質(zhì)率。合格率和優(yōu)質(zhì)率都是生鐵質(zhì)量指標(biāo)。對(duì)生鐵質(zhì)量的考查主要看其化學(xué)成分（如S和Si）是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

⑸ 休風(fēng)率

高爐休風(fēng)時(shí)間占規(guī)定作業(yè)時(shí)間的百分?jǐn)?shù)。

⑹ 生鐵成本

生產(chǎn)1噸生鐵所需的費(fèi)用。

⑺ 高爐一代壽命（爐齡）

從高爐點(diǎn)火開(kāi)爐到停爐大修之間的歷程，或高爐相鄰兩次大修之間的冶煉時(shí)間叫做高爐一代壽命。

3.2高爐冶煉原理3.2.1 高爐內(nèi)各區(qū)域進(jìn)行的主要反應(yīng)

為了弄清高爐內(nèi)各部分的反應(yīng)及變化規(guī)律，人們?cè)啻螌?duì)正在運(yùn)行中的高爐突然停爐，并用水或氮?dú)膺M(jìn)行急冷，使?fàn)t內(nèi)物料保持生產(chǎn)時(shí)的原狀，然后對(duì)其解剖分析，以揭示高爐內(nèi)部的奧秘。大量解剖研究表明，爐料常降過(guò)程分布是呈層狀的，直至下部熔化區(qū)域，但爐料中焦炭在燃燒前始終處于固體狀態(tài)而不軟化熔化。由下圖可知，高爐冶煉過(guò)程大致可分為塊狀、軟熔、滴落、焦炭回旋和爐缸五帶。

高爐冶煉過(guò)程中爐內(nèi)爐料下降過(guò)程狀態(tài)的變化

高爐內(nèi)各區(qū)域主要反應(yīng)及特征

3.2.2燃燒反應(yīng)

高爐內(nèi)然料燃燒的意義

高爐冶煉的燃料主要是焦炭，焦炭所含的碳素。除少數(shù)消耗

于直接還原和溶入生鐵外，絕大部分下降至風(fēng)口與熱風(fēng)中的

氧進(jìn)行燃燒反應(yīng)。從風(fēng)口噴吹的燃料也在風(fēng)口前燃燒。燃

料燃燒放出大量的熱，并產(chǎn)生高溫還原性氣體(CO，H2)，保

證了爐料的加熱、分解、還原、熔化、造渣等爐缸內(nèi)渣鐵反

應(yīng)的進(jìn)行。

高爐冶煉的主要燃料焦炭中的碳除小部分在下降過(guò)程中參加直接還原和滲人生鐵外，約70%進(jìn)行燃燒反應(yīng)。此外還有從風(fēng)口噴入的燃料(重油、天然氣、煤粉)中的碳等均在風(fēng)口前發(fā)生燃燒反應(yīng)。

完全燃燒：

不完全然燒：

高爐內(nèi)燃燒反應(yīng)在焦炭過(guò)剩條件下進(jìn)行，即使在氧充足處產(chǎn)生的CO2也會(huì)與固體碳進(jìn)行氣化反應(yīng)，如下式：

熱風(fēng)帶入的氮在整個(gè)過(guò)程中不參與反應(yīng)、帶入的水分在高溫下與碳發(fā)生反應(yīng)：

理論燃燒溫度

理論燃燒溫度，即風(fēng)口前焦炭燃燒所能達(dá)到的最高平均溫

度，也即爐缸煤氣尚未與爐料參與熱交換前的原始溫度。

理論燃燒溫度是高爐操作中重要的參考指標(biāo)。通常為提高理

論燃燒溫度可采取的主要措施，包括：

(1)提高鼓風(fēng)溫度；

(2)提高鼓風(fēng)中氧氣含量；

(3)降低鼓風(fēng)濕度；

(4)減少噴吹量；

(5)減少爐缸煤氣體積。

回旋區(qū)和燃燒帶

隨著高爐冶煉強(qiáng)度的提高和風(fēng)速

增大(I00～200 m/s) 焦炭在風(fēng)口

前隨氣流一起運(yùn)動(dòng)，形成一個(gè)非

靜止的、疏散的、近似球形的自

由空間，稱為風(fēng)口回旋區(qū)。

在回旋區(qū)外圍有一層厚100~300 mm

的中間層，此層焦炭既受高速煤氣流

的沖擊作用，又受阻于外圍包裹的緊

密焦炭，比較疏松，但又不能和煤氣

流一起運(yùn)動(dòng)�；匦齾^(qū)和中間層組成焦

炭在爐缸內(nèi)進(jìn)行碳燃燒反應(yīng)的區(qū)域稱

為燃燒帶。

影響燃燒帶大小的因素主要有：

① 鼓風(fēng)動(dòng)能

指鼓風(fēng)克服風(fēng)口前料層阻力向爐缸中心擴(kuò)大和穿透的能

力。應(yīng)控制合理。

② 燃燒反應(yīng)速度

燃燒反應(yīng)速度提高，燃燒帶縮小。一般情況下，風(fēng)溫提

高。燃燒反應(yīng)速度加快，燃燒反應(yīng)時(shí)間減少，燃燒帶長(zhǎng)度減

��；鼓風(fēng)中氧增加，燃燒反應(yīng)速度加快，燃燒反應(yīng)時(shí)間減少，

燃燒帶長(zhǎng)度減小。

③ 爐缸料柱壓力

爐缸內(nèi)料柱疏松，燃燒帶延長(zhǎng)；反之，燃燒帶縮小。

④ 焦炭性質(zhì)焦炭粒度、氣孔度、反應(yīng)性等對(duì)燃燒帶大小也

有一定的影響。

爐渣對(duì)高爐的爐況和生鐵的質(zhì)量有著決定性的影響。要想煉好鐵，必須造好渣

⑴ 爐渣的形成

爐渣的形成要經(jīng)歷由初成渣→中間渣→終渣過(guò)程，簡(jiǎn)述如下：

① 初成渣的生成

包括固相反應(yīng)、軟化、熔融、滴落幾個(gè)階段。軟熔帶中形成液

態(tài)初渣。初渣中(FeO) ， ( MnO)含量較高。

② 中間渣的變化

——處于滴落過(guò)程中成分、溫度不斷變化的爐渣。

處于軟熔帶以下、風(fēng)口平面以上部位。中間渣中(FeO) ， ( MnO)

含量逐漸減小，( CaO)， ( MgO)含量逐漸增大，爐渣黏度增

大。

⑵ 爐渣的成分

冶煉1t生鐵大致產(chǎn)生400~1000kg爐渣，國(guó)外先進(jìn)水平巳達(dá)300kg左右。爐渣的主要來(lái)源是鐵礦石中的脈石以及燃料燃燒后剩余的灰分。用焦炭冶煉，高爐爐渣成分大致范圍如下:

其中，爐渣的性質(zhì)主要取決于CaO和SiO2。生產(chǎn)中常用的堿度一般為二元堿度：

一般根據(jù)高爐原料和冶煉產(chǎn)品有所不同，冶煉中二元堿度一般在1.0~1.3之間。

⑶ 高爐渣的作用和要求

高爐冶煉過(guò)程，除在化學(xué)反應(yīng)上實(shí)現(xiàn)Fe-O分離外，還要實(shí)現(xiàn)金屬與氧化物等的機(jī)械或物理分離，而這要靠性能良好的液態(tài)爐渣，并利用渣鐵密度的不同達(dá)到渣鐵分離的目的。為此。要求高爐渣應(yīng)具有以下作用:

① 爐渣與生鐵互不溶解，且密度不同，因而，使渣鐵得以分離，得到純凈的生鐵。

② 具有充分的脫硫能力，保證生鐵合格。

③ 調(diào)整生鐵成分，保證生鐵質(zhì)量。爐渣成分有利于有益元素的還原，抑制有害元素的還原，即爐渣應(yīng)具有選擇還原性。

④ 有利于爐況順行，獲得良好的冶煉技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；同時(shí)應(yīng)有利于保護(hù)爐襯，延長(zhǎng)爐襯壽命。

3.2.8 爐渣去硫

高爐中的硫主要來(lái)源于爐料中的焦炭、礦石、熔劑和噴吹燃料

等。其中焦炭帶入的硫量占60%~80%。冶煉每噸生鐵由爐料

帶入的總硫量稱為硫負(fù)荷。一般硫負(fù)荷為4~5kg/t。

高爐內(nèi)的去硫主要是含有FeS的鐵水在滴過(guò)渣層時(shí)以及在渣鐵

相界面處進(jìn)行：

總的脫硫反應(yīng)為

產(chǎn)物CO氣體起攪拌作用，可加速去硫反應(yīng)。

硫在一般結(jié)構(gòu)鋼中是有害元素。鋼液凝固時(shí)S在技晶間偏析，γ—Fe晶界上富集，形成熔點(diǎn)1100 ℃的FeS，F(xiàn)eS與Fe的共晶點(diǎn)只有988 ℃ ，熱軋時(shí)在晶界上產(chǎn)生熱裂現(xiàn)象，造成內(nèi)部裂紋，即硫的熱脆性。因此鋼鐵產(chǎn)品硫含量應(yīng)盡可能降低。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：煉鋼生鐵含W[S] ≤0．07％。優(yōu)質(zhì)煉鋼生鐵含W[S] ％ ≤0．03％。

高爐強(qiáng)化冶煉的目的是提高產(chǎn)量，即提高高爐冶煉強(qiáng)度(I)，提

高高爐有效容積利用系數(shù)(η0)和降低焦比(K)。主要措施包

括：

(1) 精料具體概括為:“高、熟、凈、勻、小、穩(wěn)、少、好”。

“高”指入爐礦石含鐵品位要高，焦炭、燒結(jié)礦和球團(tuán)礦強(qiáng)度要高，燒結(jié)礦的堿度要高。

“熟”指熟料，即將鐵礦粉制成具有高溫強(qiáng)度，又符合各項(xiàng)冶金性能要求的塊狀料。

“凈’是指入爐原料中小于5 mm的粉末要篩除。

“勻”是指高爐煉鐵的爐料粒度要均勻。

“小”是指入爐料的粒度要小、均勻，上限所規(guī)定的范圍要窄，并控制住爐料中的大塊。

“穩(wěn)”是指入爐料的化學(xué)成分和物理性能要穩(wěn)定，波動(dòng)范圍要小。

“少”是指爐料中有害雜質(zhì)要少。

“好”是指爐料的冶金性能要好。

(2)高壓操作

——人為地將高爐內(nèi)煤氣壓力提高，超過(guò)30kPa的稱為高壓

操作。

通過(guò)系統(tǒng)中高壓閥組控制閥門(mén)的開(kāi)閉度來(lái)完成。高壓操作可有

效地提高冶煉強(qiáng)度，有利于爐況順行，減少管道行程，降低爐

塵吹出量以及降低焦比等。當(dāng)前的高壓水平一般為140~250

kPa，3000m3以上的高爐大多采用250~300 kPa。

(3)高風(fēng)溫

高爐爐內(nèi)的熱量主要源自于燃料燃燒的化學(xué)熱和熱風(fēng)帶入的物

理熱。熱風(fēng)帶入的熱量大約占1/4左右。提高風(fēng)溫是降低焦比

和強(qiáng)化冶煉的有效措施。風(fēng)溫每提高l00℃可降低焦比

8~12kg/t，產(chǎn)量增加2%~3%。

(4)富氧鼓風(fēng)

富氧鼓風(fēng)是指通過(guò)鼓入工業(yè)氧氣，提高鼓風(fēng)中的氧氣含量，相對(duì)于降低N2的含量的強(qiáng)化冶煉途徑。富氧鼓風(fēng)可提高冶煉強(qiáng)度，爐缸煤氣量增加，促進(jìn)還原，提高爐缸溫度，降低焦比，有利于順行。富氧率一般為3%~4%。

(5)加濕和脫濕鼓風(fēng)

加濕鼓風(fēng)——在冷風(fēng)總管上加一定量的水蒸氣，經(jīng)熱風(fēng)爐送往高爐。加濕鼓風(fēng)風(fēng)中的水分在風(fēng)口前燃燒發(fā)生以下反應(yīng):

脫濕鼓風(fēng)——將鼓風(fēng)中的濕分降低到較低水平。有利于提高風(fēng)口前理論燃燒溫度，有利于降低焦比、增加噴吹量和穩(wěn)定爐況。

(6) 噴吹燃料

高爐噴吹燃料主要指通過(guò)風(fēng)口向爐內(nèi)噴入固體燃料、氣體燃料和液體燃料等，以代替部分的焦炭，降低焦比，同時(shí)有利于改善煤氣分布和煤氣還原能力，提高生鐵產(chǎn)量，促進(jìn)順行的效果。

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