炼铁专业基础知识

炼铁专业基础知识讲座

（提纲）

1前言

自然界的铁是以铁氧化物的形态存在于各种铁矿石之中，如赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4）、菱铁矿（FeCO3）、褐铁矿（nFe2O3mH2O）等，炼铁就是用还原的方法从上述矿石中提取铁。

高炉炼铁已有三千多年的历史，是传统的炼铁方法。随着科学技术的发展，直接还原法炼铁、熔融还原法炼铁以及粒铁法等非高炉法炼铁也已经相继出现。直接还原法是一种在相对较低温度下，固态还原金属铁的方法，根据还原剂的形态又可分为气基直接还原和煤基直接还原；Midrex工艺就是气基直接还原法中较成熟的一种工艺。熔融还原法则是在熔融状态下，液态还原金属铁的方法，根据反应器的数量又可分为一步还原法和二步还原法；COREX工艺是二步还原法中较成熟的一种工艺。粒铁法是介于直接还原法与熔融还原法之间的炼铁法，其典型工艺是回转窑炼铁法。由于直接还原法、熔融还原法及粒铁法的生产历史较短，至今只有三、四十年的时间，尚未形成一套完整的体系，因此本文介绍的内容主要是讲高炉炼铁法的内容。

2基础知识

2.1生铁的化学组成及用途

在中国民间，人们对具有良好韧性和强度的钢称之为“熟铁”，而对硬且脆又无法压制成型的铁则叫作“生铁”。其实钢和铁都是铁元素（Fe）与碳、硅及其它元素构成的合金，只是含量不同而已；但钢是铁通过氧化的方法冶炼而成，铁则是矿石还原得到的。

生铁主要用于炼钢，但高硅生铁铸造性能极佳，所以有少部分生铁也用于制作铸件。铁和钢的化学组成如下（％）。

C Si Mn P S 其它元素

制钢铁 4.0-4.5 0.3-0.8 ～0.4 ≤0.12 ≤0.04 微量

铸造铁 2.5-4.5 1.0-6.0 0.4-1.3 0.08-1.0 0.03-0.06 微量普碳钢0.05-0.5 0.01-0.4 0.2-1.0 ≤0.06≤0.04 另行添加

2.2高炉炼铁

2.2.1原料主料：烧结矿、球团矿、精块矿、（钛添加料）；

辅料：白云石、石灰石、硅石、锰矿、萤石；

燃料：焦炭、（煤粉、重油、天然气、焦炉煤气）。

2.2.2产品主产品：铁水（铁块）；

副产品：水渣、干渣、高炉灰、高炉煤气、电。

2.2.3 炼铁工艺流程

参见工艺流程图

2.3 几项主要指标

2.3.1高炉容积

表示高炉大小的指标，是一个空间概念，计量单位为m3。根据各个国家的不同习惯，同一座高炉可以有3种不同的容积表达方式，即有效容积、内容积和工作容积。前苏联采用的是有效容积（大钟开启下沿至铁口中心线之间的空间），我国的一些老厂如鞍钢、本钢等，最初都是由苏联援建的，因此就延用了有效容积的概念；日本人则愿意使用内容积（炉喉上沿至铁口中心线之间的空间），宝钢是新日铁帮助建设的，所以跟着使用了内容积的概念；但是欧洲人更习惯使用工作容积（炉喉上沿至风口中心线之间的空间）这一概念。以宝钢1高炉为例：其内容积为4063m3，有效容积就是4134m3,工作容积则为3461m3，虽然三组数据不尽相同，但都是指同一座高炉。俄罗斯切列伯维茨钢厂5高炉，有效容积为5500m3，曾经是世界上最大的高炉，有“高炉王”之称。但不久前新日铁君津4高炉大修时以创记录的5555m3成为新一代“高炉王”。宝钢3高炉（内容积为4350m3）在世界上可以排入前二十位之内。到2000年年底止，我国的高炉结构组

2.3.2利用系数

表示高炉产铁能力的指标，计量单位为t/m3.d，即每昼夜，每立方米炉容所冶炼的铁水量。该值与高炉容积、原燃料质量、操业水平有关，在我国有效容积利用系数值通常为1.5－2.5，个别炉容较小、原燃料质量好、操业水平高的炉子高炉利用系数可达3.0以上。一般讲，当炉容差异不大且原燃料质量和操业水平相同时，利用系数对产能的影响要大于炉容对产能的影响。如前文所提5500m3的“高炉王”，设计年产量为400万吨；而比其略小的君津4高炉（5151m3）和大分2高炉（5245m3）的设计年产量却可达432万吨和450万吨。新设计的宝钢4高炉（4350m3）年产量为350万吨，年均利用系数2.2t/m3.d。

2.3.3燃料比

每冶炼1吨铁水所用燃料（焦炭、煤粉、重油、天然气等〕的数量，是表示燃料消耗的指标，计量单位为kg/t-p。其中焦炭是基本燃料，其余为喷吹燃料，可以单独喷吹，也可以多种燃料同时喷吹。燃料比自然是越低越好，目前我国重点企业高炉焦比的平均指标（不包括宝钢）约为380－420kg，煤比约为100－140kg；世界平均指标则分别为300－360kg和120－180kg，两者有60－80kg的差距。宝钢高炉2002年平均焦比283kg，平均煤比203kg；指标最好的1高炉该两项指标分别为262kg和234kg，燃料比仅496kg，是名副其实的世界一流水平。

3高炉生产系统组成

3.1原料处理系统

系统主要功能是对高炉所用的原燃料进行预处理，包括与原燃料的装卸、输入、堆放、储存、混匀、筛分、破碎及输出等工艺有关的一系列设施和设备；储运专业是原料系统的主体专业。

3.2储矿槽及上料系统

系统主要功能是对即将入炉的原燃料进行短期（数小时）储存、入炉前的再筛分、计量和搬运；包括矿槽、闸门、振动筛、给料器、称量漏斗、胶带运输机、料坑、斜桥、卷扬机、主皮带等；储运专业

是该系统的主体专业。

3.3炉顶装料设施

系统主要作用是将炉料按规定的顺序和投放位置装入炉内；包括固定受料斗、旋转布料器、摆动流嘴、大小钟（仅限传统的有钟炉顶）、可调炉喉保护板、探尺、均压设施、放散阀、润滑站、炉顶框架、检修吊车等；设备专业是主体专业。

3.4高炉本体

是矿石中铁及其它元素进行高温还原的空间；包括炉型、炉壳、框架、砖衬、冷却器、取样器、点火器、喉钢砖、风铁口装置等设备；炼铁及设备专业是该系统的主体专业。

3.5风口及出铁场平台

这是更换风口、更换支吹管、观察炉内工作状况和进行开、堵铁口，进行出铁出渣作业的平台；包括铁口泥炮、开口机、移盖机、换钎机、换风口机、主沟渣铁沟、各类起重设备；设备专业是主体专业。

3.6热风炉系统

主要作用是将来自鼓风机的冷风（100-120℃）通过换热或蓄热式装置加热成1000-1250℃的热风；主要设备包括热风炉燃烧室、蓄热室、混风室、耐材砌体、大烟道、各类阀门、燃烧器、助燃风机、炉蓖支柱、管道、余热回收装置、炉壳、支架等；炼铁、热力专业是主体专业。

3.7煤气清洗系统

顾名思义，该系统的功能即是通过导出管、上升管、下降管、重力除尘器、文氏管、灰泥扑集器、调压阀组、消音器、水封、（余压透平）等设施对高炉荒煤气进行清洗。

3.8渣铁处理系统

包括水渣冲制设施、混铁罐车等。

3.9喷吹系统

凡从高炉风口吹入焦油、沥青、重油、煤粉、塑料、矿粉、天然气等物料，以降低燃料消耗、改善还原性能的装置和设施均可组成喷