第3章 高炉炼铁

7.94
0.70
0.23
南非块矿 62.89 2.11
6.49
0.59
0.03
0.76 0.20 1.11 0.09 2.36 0.09
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3.2.1 高炉炼铁的原料和产品
➢ 熔剂通常为石灰石，用来调节炉渣碱度。 ❖ 高 炉 渣 的 碱 度 （ R=CaO/SiO2 ） 在 1.0~1.25 之 间 ，
目前，大型和超大型高炉冶炼1t生铁的燃料比在470~520 kg/t之间，喷煤量可达到150~250 kg/t。
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3.2.3 高炉生产主要技术经济指标
（5）综合焦比(K∑) • 定义：将喷入高炉的煤粉折算成相应数量的焦炭后计算的
焦 比(kg/t)。 • 煤粉置换比通常小于1.0，一般在0.75~0.90之间。
当碱性炉料（高碱度烧结矿）与酸性炉料（球团 矿和块矿）比例合适时，高炉中可不加或只加少 量石灰石。 ❖ 根 据 入 炉 综 合 品 位 ， 冶 炼 1t 生 铁 需 要 消 耗 铁 矿 石 1.5~1.7t。
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3.2.1 高炉炼铁的原料和产品
高炉原料
铁矿石
熔剂
其他含铁代用品
• 天然块矿 • 人造富矿
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3.2.2 高炉内型
高炉编号 大小
123456
7
建成年份 炉缸直径 / m 工作容积 / m3 初期产量 (t/d) 当前/最终产量(t/d)
拆除年份 上一次大修
1924 5.6 519 280 1000 1974
1926 5.6 519 280 1000 1974
1930 5.9 598 360 1100 1991
❖高炉煤气发热值3200~3800 KJ/m3，属低热值煤气。 ❖ 冶炼每吨生铁产生高炉煤气1800~2000m3左右。
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3.2.1 高炉炼铁的原料和产品
❖ CO：煤气上升过程中，CO在高炉下部高温区开始增加， 煤气中的CO含量会相应减小。
❖ CO2：在炉缸、炉腹部位几乎为零，从中温区开始增加。 ❖ H2：来源于风中H2O汽和焦炭中的有机H2和喷吹燃料中的
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3.3 高炉炼铁工艺设备
宝钢1号高炉炉体框架
高炉炉壳
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3.3 高炉炼铁工艺设备
钢结构的作用与优点 • 高炉炉壳用高强度钢板焊接而成，起承重、密封煤气和固 定冷却器的作用。 • 对无料钟炉顶，旋转溜槽、中心喉管等重量由炉壳支承。 • 料罐、受料漏斗、密封阀、上升管等设备重量通过炉顶框 架支承在炉顶平台上，炉顶平台的所有重量再由大框架传 递给基础。 • 大框架自立式结构的优点是风口平台宽敞，炉前操作方便， 利于风口平台机械化作业。
现代高炉都是五段式炉型，从 下至上分别为：炉缸、炉腹、 炉腰、炉身、炉喉。
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高炉内型
3.2.2 高炉内型
高炉有效容积代 表高炉的大小或 生产能力
炉 缸 Hearth
炉喉 Throat
炉身 Shaft
高 炉 本 体
炉腰 Belly
炉腹 Bosh
风口Tuyere 渣口 Slag taphole 铁口 Taphole
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3.2.1 高炉炼铁的原料和产品
高炉燃料
固体燃料
气体燃料
焦炭
煤 粉 焦炉煤气
高炉煤气
用于高炉本体
用于热风炉
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3.2.1 高炉炼铁的原料和产品
➢ 鼓风
❖ 空气通过高炉鼓风机加压后成为高压空气（鼓风），经过 热风炉换热，将温度提高到1100~1300℃，再从高炉风口 进入炉缸，与焦炭和煤粉燃烧产生热量和煤气。
第三章 高炉炼铁
武汉科技大学冶金工程系 周进东
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3.1 概述
➢ 现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除高 炉本体外，还有供料系统、炉顶装料系统、送风 系统、喷吹系统、煤气净化系统、渣铁处理系统。
武钢6号高炉
宝钢3号高炉
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3.1 概述
3
3.2 高炉炼铁基本概念
3.2.1 高炉炼铁的原料和产品 （1）原料
❖在 这 一 成 分 范 围 内 ， 高 炉 渣 的 熔 化 温 度 最 低 （1300~1350℃），在炉缸温度下具有良好的流动性。
❖ 高炉渣经高压水淬冷粒化后是生产水泥的良好原材料。
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3.2.1 高炉炼铁的原料和产品
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3.2.2 高炉内型
高炉内型是用耐火材料砌筑而 成的，供高炉冶炼的内部空间 的轮廓。
烧结矿 球团矿
• 碱性熔剂— 石灰、 石灰石、白云石
• 酸性熔剂— 硅石 • 特殊熔剂— 萤石
• 高炉、转炉炉尘 • 残铁 • 轧钢铁皮 • 硫酸渣
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3.2.1 高炉炼铁的原料和产品
➢ 燃料
❖ 焦炭在高炉风口区域燃烧产生大量热量和煤气（CO+N2）。 ❖ 煤气中的CO将铁矿石中的氧化铁还原成金属铁，燃烧产
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3.2.3 高炉生产主要技术经济指标
（9）休风率 • 高炉休风时间占规定日历作业时间的百分比（%）。 • 规定日历作业时间=日历时间-计划大中修时间和临时休风
时间。 （10）生铁合格率 • 合格生铁产量占高炉生铁总产量的百分比（%）。
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3.2.3 高炉生产主要技术经济指标
例题：某高炉容积2000m3，年产150万吨炼钢生铁，消
（6）冶炼强度（I） • 定义：每立方米高炉有效容积每天消耗的(干)焦炭量
[t/(m3·d)]。 • 一般为0.8 ~ 1.0 t/(m3·d)。 （7）综合冶炼强度(I∑) • 定义：将喷入高炉的煤粉折算成相应数量的焦炭后计算的
冶炼强度[t/(m3·d)]。 • 大型或超大型高炉达到1.2 ~ 1.6 t/(m3·d)。
➢ 高炉使用的原料包括铁矿石（烧结矿、球团矿和块矿）、 焦炭、煤粉、鼓风和少量熔剂。
➢ 铁矿石：在大型高炉炉料结构中，高碱度烧结矿一般占 70~80%、酸性的球团矿和块矿占20~30%。
4Hale Waihona Puke 3.2.1 高炉炼铁的原料和产品
品种
w(TFe) w(FeO) w(SiO2) w(CaO) w(MgO) w(Al2O3) （%） （%） （%） （%） （%） （%）
1958 8.5 1413 1380 3500 1997
1961 9.0 1492 1700 3700 1997
1967 11.0 2328 3000 7000
2002
1972 13.8 3790 5000 10500
1991
荷兰Corus Ijmuiden钢铁公司高炉发展
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3.2.3 高炉生产主要技术经济指标
❖ 按 照 Si 含 量 的 不 同 ， 将 高 炉 铁 水 分 为 炼 钢 生 铁 （ w [Si]<1.25%）和铸造生铁（w [Si]≥1.25%）。
❖ 铁水中C呈饱和状态，炼钢生铁中C含量在3.7~4.3%之间。
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3.2.1 高炉炼铁的原料和产品
➢ 高炉煤气
❖ 高 炉 煤 气 主 要 化 学 成 分 （ 体 积 百 分 比 ） 为 CO ： 21~26% 、 CO2 ： 14~21% 、 N2 ： 55~57% 、 H2 ： 1.0~3.0%、CH4：0.2~0.8%。
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3.3 高炉炼铁工艺设备
• 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，镶砖冷却壁主
挥发H2，上升过程中由于参加间接还原和生成CH4，含量 逐渐减少，但由于炉料中结晶水和碳作用生成部分H2，又 可适量增加煤气中H2的含量。 ❖ N2：鼓风带入的N2，焦炭中的有机N2和喷吹燃料中的挥发 N2，在上升过程中不参加任何反应，绝对量不变。 ❖ CH4：高温时少量焦炭与H2作用生成CH4，上升过程中又 加入焦炭挥发分中CH4，但数量很少，变化不大
生的热量将渣铁熔化成铁水和液态炉渣。 ❖ 焦炭在高炉内始终呈固态，它能够将整个高炉的料柱支撑
起来，保持高炉内部具有良好的透气性。
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3.2.1 高炉炼铁的原料和产品
❖煤粉从高炉风口喷入炉内，在风口区域燃烧产生 热量和还原煤气，可代替部分焦炭。
❖但煤粉无法代替焦炭的另一个重要作用—支撑料 柱。
❖ 目前，冶炼1吨生铁大约需要消耗焦炭 250~350kg， 消耗煤粉150~250kg。
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3.3 高炉炼铁工艺设备
（2）炉衬 • 高炉炉衬由耐火砖砌筑而成，由于各部分内衬工作条件不
同，采用的耐火砖材质和性能也不同。 • 炉身中上部炉衬主要考虑耐磨，炉身下部和炉腰主要考虑
抗热震破坏和碱金属的侵蚀，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。 • 目前，大型高炉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， 高炉下部以高导热的石墨质炭砖为主。
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3.2.1 高炉炼铁的原料和产品
➢ 高炉渣
❖ 高炉冶炼1t生铁产生300~600kg炉渣。 ❖ 高炉渣主要成分为:
w(SiO2)=32~42%、w(CaO)=35~44%、w(Al2O3)=6~14%、 w(MgO)=4~13%、 w(MnO)=0.3~1.0%、w(FeO)=0.5~0.8%、 w(S)=0.7~1.1%、 R=1.05~1.25。
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3.2.3 高炉生产主要技术经济指标
高炉有效容积利用系数=冶炼强度/焦比
（8）工序能耗 • Ci=(燃料消耗+动力消耗-回收二次能源)/产品产量(吨标准煤/t) • 1kg标准煤的发热量为7000千卡(29310kJ)
2009年1~5月全国重点钢铁企业高炉燃料比为518kg/t，热风温 度为1158℃，炼铁工序能耗为413.30kg标准煤/t，入炉焦比为 374kg/t，喷煤比为144kg/t。