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1、第三章 高炉炼铁工艺,3.1 概述3.2 高炉冶炼原理3.3 高炉本体及附属系统3.4 高炉操作,3.3 高炉炼铁工艺设备,高护炼铁设备组成有：高炉本体；供料系统；送风系统；喷吹系统；煤气净化系统；渣铁处理系统；,通常，辅助系统的建设投资是高炉本体的45倍。生产中，各个系统互相配合、互相制约，形成一个连续的、大规模的高温生产过程。高炉开炉之后，整个系统必须日以继夜地连续生产，除了计划检修和特殊事故暂时休风外，一般要到一代寿命终了时才停炉。,3.3.1 高炉本体,密闭的高炉本体是冶炼生铁的主体设备。它是由耐火材料砌筑成竖式圆筒形，外有钢板炉壳加固密封，内嵌冷却设备保护。 高炉内型 高炉其内部工作
2、空间的形状，即通过高炉中心线的剖面轮廓。高炉内型从下往上分为炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉五个部分，该容积总和为它的有效容积，反映高炉所具备的生产能力。,炼铁高炉的结构,高炉内型尺寸表示方法,h0 死铁层高度 炉腹角h1 炉缸高度 炉身角h2 炉腹高度h3 炉腰高度h4 炉身高度h5 炉喉高度d 炉缸直径d1 炉喉直径D炉腰直径,Hu=h1+h2+h3+h4+h5；高炉有效高度Vu=V1+V2+V3+V4+V5；高炉有效容积,Vu3000m3，超大型高炉；15002500m3，大型高炉；6001000m3，中型高炉；300m3，小型高炉。包钢高炉1#、3#、4#：2200m3；2#1780m3；
3、5#1500m3；6#2500m3。宝钢1#：4063m3。,陶瓷质材料(包括粘土质和高铝质)高炉炉衬组成 碳质材料(炭砖、炭捣体、石墨砖等）,高炉内耐火材料砌筑的实体称为高炉炉衬，其作用是形成高炉工作空间。炉衬在冶炼过程中将受到侵蚀和破坏。炉衬被侵蚀到一定程度，就需要采取措施修补。, 高炉炉衬,炉身中上部炉衬主要考虑耐磨。上部以碳化硅和优质硅酸盐耐火材料为主，中部以抗碱金属能力强的碳化硅砖或高导热的炭砖为主。,炉身下部和炉腰主要考虑抗热震破坏和碱金属的侵蚀，高炉下部以高导热的石墨质炭砖为主。 炉腹主要考虑高FeO的初渣侵蚀。炉缸、炉底主要考虑抗铁水机械冲刷和耐火砖的差热膨胀。,炉缸、炉底砌筑
4、结构示意图,对高炉炉衬的基本要求如下： 各部位内衬与热流强度相适应，以保持在强热流冲击下内衬的稳定性。 炉衬的侵蚀和破坏与冶炼条件密切相关，不同位置的耐火材料受侵蚀破坏机理不同，因此要求各部位内衬与侵蚀破损机理相适应，以延缓内衬破损速度。, 高炉冷却设备,冷却设备的作用是降低炉衬温度；提高炉衬材料抗机械、化学和热产生的侵蚀能力，使炉衬材料处于良好的服投状态。,高炉使用的冷却设备主要有冷却壁、冷却板和风口。 冷却壁紧贴着炉衬布置，冷却面积大；而冷却板水平插入炉村中，对炉衬的冷却深度大，并对炉衬有一定的支托作用。, 冷却壁：冷却壁分光面冷却壁和镶砖冷却壁。光面冷却壁主要用于冷却炉缸和炉底炭砖；镶砖
5、冷却壁主要用于冷却炉腹、炉腰、炉身各部位的炉衬。, 冷却板：冷却板用纯铜制造，安装时水平插人炉衬砖层中，对炉衬具有一定支托作用。, 风口风口是鼓风进入炉缸的入口。由大套、二套和小套组成，一般将风口小套简称风口。风口由纯铜制造。风口区域是高炉温度最高的区域，鼓风温度本身高达11001300。为了保证风口得到良好冷却，风口环流水道内流速达到814m/s。, 高炉基础与高炉金属结构,高炉基础1冷却壁；2风冷管；3耐火砖；4炉底砖；5耐热混凝土基墩；6钢筋混凝土基座,高炉基础是将所承受的静负荷、动负荷和热负荷等均匀的传给地层，并与地层承载应力相适应，由耐热混凝上基墩和钢筋混凝土基座两部分组成。, 炉顶
6、装料设备 按炉顶装料结构分为双钟炉顶装料设备和无钟炉顶装料设备。 双钟式炉顶装料设备 双钟式炉顶装料设备目前使用较多的是马基式炉顶。, 无料钟炉顶装料设备可实现：定点布料，环形布料，扇形布料，螺旋布料。目前，大型高炉采用的无料钟炉顶有并罐和串罐形式。武钢、包钢主要采用并罐无料钟炉顶；宝钢采用串罐无料钟炉顶。,采用了旋转布料溜槽，溜槽上面有两个料仓，轮换装料与卸料，每个料仓的上下各有一个密封阀。当料仓的上阀密封开启，下密封阀关闭时，处在装料状态下，反之则为卸料。,7-上罐；8-挡料阀；9-下罐；10-下密封阀；11-旋转溜槽；12-中心喉管；13-节流阀；14-导料器；15-上密封阀；16-导料
7、器；17-上料皮带,布料过程：炉料通过上料皮带机将铁矿石或焦炭分批装进上罐，装料过程中上罐旋转以消除集中堆尖。当接到下罐装料信号时，开上密封阀，开档料闸阀，上罐内的铁矿石(或焦炭)卸入下罐。关上密封阀后对下罐充煤气均压，使下密封阀上下压力一致后打开下密封阀。当接到向高炉布料信号后，启动溜槽旋转，同时打开节流阀放料，铁矿石(或焦炭)通过中心喉管和旋转溜槽将铁矿石(或焦炭)布入炉内。, 探料装置与均压装置 探料装置的种类主要有：料面仪、放射性同位素探料和激光探料等。 目前应用较多的是机械探料装置。 均压采用高压煤气或氮气。,3.2.2 附属设备, 原料供应系统,用带式运输机的沟下运料系统1板式给矿
8、机；2板式运输机(热矿)；3矿石称量漏斗；4主矿槽；5石灰石称量漏斗；6石灰石皮带机；7焦炭皮带机；8焦筛；9，11焦炭称量漏斗；10碎焦卷扬；12矿石称量漏斗,斜桥料车式上料机1斜桥(其上铺轨道)；2支柱；3料车卷扬机室；4料车坑；5料车；6卷扬机；7钢绳；8导向轮,高炉皮带机上料流程示意图, 送风系统 高炉送风系统包括：鼓风机、冷风管路、热风炉、热风管路(热风围管和热风支管)以及管路上的各种阀门等。 鼓风机 常用的类型有轴流式和离心式。 目前大型高炉采用轴流式。, 热风炉现代热风炉是一种蓄热式换热器。目前风温水平为10001200 ，高的为1250 1350 ，最高可达1450 1550
9、。蓄热式热风炉（按结构形式）,内燃式热风炉,外燃式热风炉,顶燃式热风炉（包括球式热风炉）,卡鲁金,蓄热式热风炉的工作过程由燃烧期、换炉和送风期组成。其工作过程是：燃气燃烧(热量传递) 蓄热室格子砖(热量传递) 冷风(接受热量) 转化为热风供给高炉,蓄热式热风炉由燃烧室、蓄热室和拱顶组成。燃烧室是煤气燃烧产生热量的空间，蓄热室内填充有耐火材料做成的格子砖，用来储存煤气燃烧产生的大量热量。, 燃烧期：将煤气和助然空气通过陶瓷燃烧器混合后在燃烧室内燃烧产生大量热量。高温烟气在通过蓄热室格子砖时将热量储存在格子砖中。当拱顶温度和烟道废气温度达到规定值(比如分别达到1450和250 )时，燃烧期结束，转
10、为送风期。 换护：关闭各燃烧阀和烟道闹，打开冷风阀和热风阀，完成从燃烧期向送风期过渡。, 送风期：冷风从蓄热室下部进入，并向上流动通过蓄热室格子转，格于转放出储存的热量将冷风加热，冷风变为热风从热风出口流出，通过热风总管送往高炉，当拱顶温度下降到规定值时，送风期结束。通过换炉操作转为燃烧期。 送风期开始阶段的风温高于送风后期的风温，但高炉需要的风温在一段时间内希望是恒定的。因此，在实际操作中通常在送风初期往热风中兑入一部分冷风，随着送风时间的延长，兑入的冷风数量逐渐减少，直至关闭混风阀，这样可以保证在整个送风期内热风炉送出的风温不变。 34座热风炉交替进行燃烧和送风作业，向高炉内连续不断的输送
11、高温鼓风。, 喷吹系统 高炉喷吹主要有固体燃料、液体燃料、气体燃料，可单独喷吹也可混合喷吹。 我国高炉以喷煤为主，其工艺流程一般包括煤粉的制备、煤粉的喷吹。,原煤经中速磨干燥细磨后，通过气力输送到煤粉仓，在倒入喷吹罐，然后经过混合器将煤粉输送到高炉炉前的煤粉分配器。每个高炉两个。, 煤气处理系统 高炉煤气的回收除尘系统包括：炉顶煤气上升管、下降管、煤气遮断阀或水封、除尘器、脱水器。高压操作高炉还有高压阀组等。,除尘工艺：除尘工艺主要有湿法除尘和干法除尘两种。 湿法除尘工艺流程：荒煤气重力除尘器洗涤塔(半精除尘) 文氏管(精除尘) 脱水器高压阀组净煤气。 干法除尘系统工艺流程：荒煤气重力除尘器旋
12、风除尘布袋除尘压力控制净煤气。,湿法除尘系统,重力除尘器1煤气下降管；2塔前管；3中心导入管；4清灰口,高炉煤气干法除尘系统1重力除尘器；2脏煤气管；3 一次布袋除尘器；4二次布袋除尘器；5蝶阀；6闸阀；7净热煤气管道, 渣铁处理系统高炉渣铁处理系统主要包括：炉前工作平台、出铁场、渣及铁沟、开口机、泥炮、堵渣机、铸铁机、炉渣处理设备、铁水罐等。出铁场一般比风口平台低约1.5m。由铁口到砂口(撇渣器或渣铁分离器)的一段为主沟。,风口平台及出铁场布置图(2025m3高炉)1高炉；2铁口；3渣口；4出铁场； 5炉前吊车；6渣罐；7铁水罐；8水力冲渣沟；9高炉计器室；10炉前仓库；11一电炮操作室；1
13、2炉前工休息室；13辅助材料仓；14放散阀卷扬；15除尘器,3.4 高炉操作,高炉冶炼是一个伴随着上升热煤气流和下降的冷炉料相向运动贯穿于始终的复杂工艺过程。而高炉操作的主要目的是保证上升的煤气流和下降的炉料顺利进行，力求获得更好的技术经济指标。高炉日常操作主要包括： 开炉、休风、停炉操作; 高炉炉况判断与调节; 炉前操作。,3.4.1 开炉,开炉是高炉一代炉龄的开始。(1) 开炉前的准备检查：开炉前必须对高炉全部设备进行仔细检查和试运转。(2) 烘炉必须根据一定的烘炉制度对高炉和热风炉逐渐加热，彻底烘干炉衬以免影响一代寿命。(3) 装料应选用最好的炉料作为开炉引料，按照计算的配料表进行合理的
14、开炉装料。,(4) 点火可用700750的热风开炉点火。点火前均应关闭大小料钟，打开炉顶放散阀，并切断与煤气系统的联系。煤气成分接近正常、煤气压力达到要求压力时即可接通除尘系统。第一次铁水出完后就算开炉完毕。,3.4.2 停炉,停炉分为：大修停炉和中修停炉。大修停炉主要是因为炉缸炉底侵蚀严重，无法继续生产。若炉缸炉底良好，而其他部位损坏或炉腹以上砖衬侵蚀严重，则需要停炉中修。 停炉方法主要有充填法和空料线喷水停炉法两种。,充填法：是在决定高炉停炉时停止上矿石。当料线下降时用其他物质充填所空出的料线空间。用于填充的物质有石灰石、碎焦等。也有的用高炉炉渣填充。此法比较安全但停炉后要清除充填物，浪费
15、人力物力。 空料线喷水法：是在停炉开始停止装料，待料面下降上部空间扩大时，从炉顶喷水。当料面到达风口平面或其上12 m时停止送风，继续喷水。待炉缸内红焦全部熄灭后，开始修理。此法可大大缩短修炉时间，但要注意安全（炉墙坍塌、煤气）。,3.4.3 休风,高炉生产过程中因临时检修或计划检修，而需要短期或者长时间停止送风。 高炉休风和复风操作中最重要的是防止煤气爆炸。无论长期休风还是短期休风都要将高炉本体与煤气管道完全切断。同时在休风期应向高炉炉顶及煤气管道内通入蒸汽，以保持炉顶及管道内的正压，可防止空气渗入并可冲淡煤气中O和H ，减少爆炸的可能性。 高炉恢复送风时，也要注意煤气安全。,3.4.4 高
16、炉基本操作制度,高炉操作的基本任务：选择好合理的操作制度，控制煤气流分布合理，充分利用热能和化学能。 高炉基本操作制度包括：炉缸热制度、送风制度、造渣制度和装料制度等。, 炉缸热制度是根据所炼生铁品种的需要，在争取最低焦比的前提下，选择并控制均匀稳定而热量充沛的炉温。 参数有两个方面：铁水温度，一般在14501550，炉渣温度比铁水高50100 ，又称物理温度；硅含量的多少可以作为炉温高低的标志，硅含量越高炉温越高，又称化学温度。, 送风制度在一定冶炼条件下，确定适宜的鼓风量、鼓风质量和进风状态。 送风制度可通过风量、风温、鼓风湿度以及风口面积和长度、富氧率、喷吹燃料量等来调节。 合理的送风制
17、度应达到：煤气流分布合理，热量充足，煤气利用好，炉况顺行，炉缸工作均匀，铁水合格;有利于炉型和设备的维护要求。, 造渣制度是指按原燃料条件和生铁的成分要求，选择适宜的炉渣成分和碱度范围。 造渣制度要根据原燃料条件(主要是含硫量)和生铁成分的要求(主要是Mn,Si和S)，选择合理的炉渣成分和碱度。 选定造渣制度应力求使炉渣具有良好的冶炼性能，即流动性良好，脱硫能力强，有利于稳定炉温和形成稳定渣皮以保护炉衬。, 装料制度炉料的装入方法。包括批重大小、料线高低、装料顺序和布料制度，对无钟炉顶还包括溜槽倾角等。 批重：装入高炉的每批料的重量。矿石和焦炭的重量比称为焦炭负荷，也即单位重量的焦炭所负担的矿
18、石量。 料线：从大料钟打开位置的下沿到料面的距离。高料线即这段距离短；低料线则指这段距离长。 装料顺序：矿石和炉料的装入顺序。先矿石后焦炭的装人顺序称为正装。先焦炭后矿石的装人顺序称为倒装。,以上四种基本操作制度相互联系相互制约。上部调剂：通过调节装料制度来调节煤气流的合理分布，充分利用煤气能量；下部调剂：通过调节送风制度来改变煤气流的原始分布，达到活跃炉缸、顺行的目的。生产中应执行以下部调剂为基础，上下部调剂相结合的操作方针。,3.4.5 炉况判断,直接观察法和间接观察法。 直接观察法：是指通过看风口，看渣、看铁和看料速和料尺工作状态来判断炉况。(1) 看风口 高炉顺行：风口明亮、活跃，各风
19、口亮度一样； 炉热：风口耀眼夺目； 炉凉：风口红暗，风口发黑并有挂渣现象； 悬料：风口前焦炭停滞不动。,(2) 看出渣 炉热：渣温高，流动性好表面光亮有火焰。 炉温低：渣流动性差，发红，渣样呈玻璃状或黑色。,(3) 看出铁火花低、小、多硅低；火花高、大、疏硅高。,(4) 看下料料速均匀下料顺畅，料批稳定，两料尺速度一致(相差不超过0.2 m)。料尺停止不动悬料。料尺突然塌陷很深崩料。两料尺下降速度不均匀偏料。,间接观察法(1) 热风压力表热风压力表能反应料柱透气性好坏。炉况正常风压波动范围小；悬料风压大增；崩料、管道行程风压大降。(2) 炉顶煤气压力表炉况正常煤气压力波动不大。悬料煤气压力大大
20、降低。,(3) 冷风流量计炉况正常风量波动范围不大。悬料风量自动减少。管道行程风量自动增加。(4) 炉顶煤气温度计炉顶煤气温度高炉内热能利用不良。(5) 炉顶煤气成分CO2分布多的地方矿石分布较多，煤气流量较少。,3.3.6 炉况处理,正常炉况的特征是:(1) 热制度稳定；(2) 造渣制度稳定；(3) 炉缸工作均匀活跃；(4) 煤气分布合理，分压稳定；(5) 下料速度均匀；(6) 冷却水温差符合规定。,特殊炉况 (1) 煤气流分布失常煤气流分布失常表现为边缘气流过分发展和中心气流过分发展，炉料偏行，管道行程等。,(2) 热制度失常表现为炉热、炉凉等。炉热时易引起炉料不能顺利下降、悬料的结果；（
21、炉缸煤气充分）炉凉时会导致恶性悬料甚至使炉缸冻结等。,(3) 炉缸冻结炉缸温度降到渣铁不能从渣口、铁口自由流出的程度。(4) 高炉结瘤炉瘤由已熔化物质再度凝结，并粘附于炉墙上，逐渐长大而成。高炉结瘤的特征是炉况经常不顺，难行、崩料、悬料频繁、经常偏料、不能维持正常风量，煤气分布不稳定，生铁含硫高，焦比上升。处理措施主要有两种：洗瘤法；炸瘤法。(5) 其他炉况：低料线、偏料、崩料、悬料等。,3.4.7炉前操作与热风炉操作,炉前操作的主要任务：是通过渣口和铁口及时将生成的渣铁出净；维护好铁口、渣口和砂口及炉前机械设备(开口机、泥炮、堵渣机和炉前吊车)，保证高炉生产正常进行。,热风炉操作的任务：稳定的向高炉提供热风，为高炉降低焦比、强化冶炼创造条件。热风炉工作分为燃烧期和送风期。每座高炉至少配置两座热风炉，一般配置三座，大型高炉以四座为宜。,课后思考题,1）高炉主要设备？（提示：6大组成设备）2）简述高炉的基本操作制度。3）按照燃烧室的位置不同，热风炉可分为哪几类？（3类）4）画出“五段式”高炉内形图，并指出各段的名称5）何为高炉上部调剂，下部调剂？,