年生产250万吨炼钢生铁高炉车间设计说明书

年产250万吨炼钢生铁高炉车间设计说明书第一章文献综述钢铁是重要的金属材料之一，广泛应用于各个领域，因此钢铁生产水平是一个国家工业发展程度的标志之一。

工农业生产要大量的机械设备，这些都需要大量的工业材料。

钢铁工业为机械制造和工程建设提供最基本的材料，在国民经济中占有重要地位。

1.1 概述钢铁作为基础工业材料自身价格相对低廉同时具有以下优点：（1）具有较高的强度及韧性。

（2）容易用于铸、锻、切削以及焊接等多种加工方式，可以得到任何结构、任何形态的工件。

（3）生产所需资源（铁矿石、煤炭、石灰石等）储量丰富，易于开采，生产成本较低。

（4）钢铁生产历史悠久，积累了大量成熟的生产技术，与其他材料工业相比，钢铁工业规模大、产量高、成本低。

所以在一定意义上说，一个国家的钢铁工业发展状况也反映其国民经济发展程度。

到目前为止，没有任何材料能够代替钢铁的地位。

1.1.1 高炉炼铁简史人类炼铁历史悠久，原始的炼铁炉是由石堆炼铁法改造而成的。

在土中挖一坑洞，周围用石块堆砌，称为地炉。

以木炭为燃料，利用自然风力进行燃烧、加热和还原铁矿石，产品为类似块状的海绵铁。

随着人力、畜力和水力鼓风方法的出现，产量提高，渣和铁也比较容易分离，产品质量有所提高。

随着科学技术的进步，炼铁工艺逐步得到改进和发展，到近现代工艺技术基本成熟。

1709年欧洲开始用焦炭炼铁，1776年高炉应用了蒸汽机带动的鼓风机，1832年回收炉顶煤气，1857年应用了考贝式热风炉，逐步形成了近代高炉雏形。

19世纪下半叶，高炉容积逐步扩大，设备结构趋向完善。

20世纪初至50年代，美用了人造富矿以及高压炉顶、综合鼓风技术，为高炉发展奠定了基础。

70年代卢森堡研制无料钟装料设备成功，为进一步扩大炉容和提高炉顶压力创造了条件。

60年代初，高炉最大炉容达2000m3 ，日产生铁4000t。

随着精料、超高压炉顶、高风温热风炉、燃料喷吹、富氧、脱湿和计算机控制等技术的发展，70年代初炉容增大至4000～5500m3 ，日产生铁10000t 以上。

90年代初，世界4000～5500m3 的大型高炉已有约30座，高炉最长寿命达16年，一代炉役的单位炉容出铁量达10000t／m3 。

1.1.2 我国高炉炼铁发展历程我国近代工业水平低下，钢铁冶炼基本处在较原始的状态。

直到晚清洋务运动时于1894年，在中国汉阳钢铁厂建成第一座近代高炉，炉容248m3 。

此后我国炼铁工业发展缓慢，无论生产技术还是产量都与世界平均水平差距巨大。

20世纪50年代，中国先后在、、、等钢铁公司设计建成了容积为800～1500m3的高炉，建成了年产300万t 生铁规模的炼铁厂，设计采用了自熔性烧结矿、筛分整粒、高压炉顶技术。

60年代采用了燃料喷吹技术。

同期，成功地设计了冶炼钒钛磁铁矿(渣中含TiO达25％)的大型高炉，年产含钒生铁170万t 规模的2炼铁厂，至80年代末已发展为280～300万t 的生产规模。

70年代以来，中国先后采用了无料钟炉顶、高风温热风炉、计算机控制、余压回收和余热利用等技术。

1985年，中国宝山钢铁总厂建成第一座4000m3 级大型现代化高炉，至90年代初，又设计建成了两座更加先进的4000m3级高炉，形成了年产1000万t 生铁规模的大型炼铁厂。

目前中国生铁产量已经跃居世界第一。

1.1.3 原料和燃料高炉炼铁是将铁矿石(含天然矿和人造富矿)冶炼成生铁的工序。

高炉炼铁厂是钢铁联合企业的主要组成部分，也可作为生产生铁的独立工厂。

主产品为炼钢生铁和铸造生铁。

钢铁联合企业中的高炉炼铁厂以生产炼钢生铁为主，而独立铁厂一般生产铸造生铁，均根据实际需要确定。

例如，1980年日本的铸造生铁占生铁总产量的1.75％，而美国则为1.46％。

高炉炼铁厂一般包括：高炉主体设备，高炉鼓风系统，高炉贮矿槽系统、上料系统、炉顶系统、炉体系统、风口平台出铁场系统、热风炉系统、粗煤气系统、炉渣处理系统、燃料喷吹系统铁水等。

高炉炼铁的主要原料包括人造富矿(如烧结矿、球团矿等)和天然铁矿石。

设计常以熔剂性烧结矿为主，必要时配入少量球团矿，烧结矿和球团矿用量占含铁原料量的85％(即熟料率)以上，直接入炉的天然矿石一般采用富块矿。

辅助原料主要包括熔剂(石灰石、白云石)、锰矿、萤石和废铁。

熔剂应尽量配入烧结矿中，直接入炉部分只作调剂炉渣成分用。

高炉炼铁的主要燃料是焦炭，要求灰分≥76％)。

辅助燃料有煤粉、重油、低(≤13％)、含硫低(≤0.6％)、强度好(M40天然气等(见高炉燃料喷吹系统设计)，可用以取代部分焦炭，也是调节炉况和增产的手段。

1.1.4主要技术经济指标高炉主要技术经济指标是反映炼铁厂综合水平的标志，主要有：（1）高炉有效容积利用系数（ηv）。

高炉有效容积系数是指每昼夜、每1m3 高炉有效容积的生铁产量，即高炉每昼夜的生铁产量P与高炉有效容积V有之比。

η是高炉炼铁的重要指标，ηv愈大，高炉生产率愈高。

目前，一般大型高炉超v过2.0t/（m3d）。

（2）焦比（K）。

焦比是指冶炼每吨生铁所消耗的焦炭量，即每昼夜焦炭消耗量Q与每昼夜的生铁产量P之比。

焦炭的消耗量约占生产成本的30％～40％，k焦炭价格昂贵，降低焦比可降低生铁成本。

（3）燃料比。

高炉采用喷吹煤粉、重油或天然气后，折合每炼一吨生铁所消耗的燃料总量。

每吨生铁的喷煤量和喷油量分别称为煤比和油比。

此时燃料比等于焦比加煤比加油比。

根据喷吹的煤和油置换比的不同，分别折合成焦炭(kg)，再和焦比相加称为综合焦比。

燃料比和综合焦比是判别冶炼一吨生铁总燃料消耗量的一个重要指标。

（5）高炉炼铁强度。

冶炼强度是指高炉每昼夜高炉燃烧的焦炭量Q k与高炉容积V有的比值，是表示高炉强化程度的指标，单位为t/(m·d)。

（6）休风率。

休风率是指休风时间占全年日历时间的百分数。

降低休风率是高炉增产的重要途径一般高炉休风率低于2％。

（7）生铁合格率。

生铁合格率是指化学成分符合规定要求的生铁量占全部生铁产量的百分数，是评价高炉优质生产的主要指标。

（8）高炉一代寿命。

高炉一代寿命是指从点火开炉到停炉大修之间的冶炼时间，或是指高炉相邻两次大修之间的冶炼时间。

大型高炉一代寿命为10～15年。

1.2 近代高炉炼铁技术发展自19世纪中叶起高炉炼铁发展速度加快，新技术不断涌现。

主要有：（1）采用精料。

19世纪40年代开始生产人造富矿(烧结矿、方团矿和球团矿等)。

起初烧结配料中不加熔剂，烧结矿是自然碱度的，到20世纪中叶发展为自熔性烧结矿，进而发展成熔剂性烧结矿，其冶金性能大为改善，高碱度烧结矿和球团矿成为高炉的主要原料，高炉基本上不再加石灰石。

此外，矿石混匀、整粒、筛分等技术也有很大发展。

与此同时焦炭质量也不断提高。

这些，使高炉冶炼指标明显改善。

（2）高炉大型化。

1860年以前高炉最大容积为100～300m³，产量30～50t/d；到19世纪末容积增大到500～700 m³，产量400～500t/d；进入20世纪炉容不断扩大到1000～3000 m³，到20世纪后期容积增大到4000～5000 m³，最大的达5500 m³，日产铁万吨以上。

（3）上部和下部调剂技术。

其涵是对高炉上部调整装料制度(包括批重、装料顺序、料线、溜槽角位或活动炉喉挡位等)与下部调整送风制度(包括风口风速、鼓风动能及其他鼓风参数)相结合来获得高炉合理的炉料分布和煤气分布，以达到炉子稳定顺行，煤气利用率高，焦比低的效果。

为便于灵活布料，1970年卢森堡保尔渥斯公司(Paul Wurth)发明了无钟炉顶，于1972年首次在德国汉博恩厂应用后迅速推广，这是炉顶设备的又一次革命。

（4）高压操作。

以前高炉炉顶压力为0.01～0.02MPa，20世纪中期出现了高压(炉顶)操作，初期炉顶压力提高到0.07MPa左右，随着鼓风机能力加大，和设备制造水平提高，到20世纪后期炉顶压力已达到0.15～0.25MPa。

由于炉压力提高，煤气速度减慢，使高炉的冶炼强度和利用系数提高了一大步。

（5）富氧鼓风。

为减少煤气体积，利于炉况顺行，提高冶炼强度和产量，20世纪中叶出现了富氧鼓风技术，即在高炉鼓风中兑入一部分工业氧气。

但由于风口前火焰温度的限制，这项技术在20世纪60年代高炉喷吹燃料技术发展起来以后，才得到广泛应用。

（6）加湿鼓风与脱湿鼓风。

为避免大气湿度波动对高炉冶炼产生不良影响和防止提高风温时风口前火焰温度过高导致炉况不稳定，50年代一度广泛应用加湿鼓风技术，即在鼓风中加入部分水蒸气，通过调整加入蒸汽的量来控制鼓风湿度。

60年代起高炉大量喷吹燃料以后，风口前的火焰温度已不是过高而是常常不足，于是加湿鼓风逐渐用得少了，反而又出现了脱湿鼓风技术，即将鼓风中的自然水分脱除到适当水平以保持风口前适当的火焰温度，同时又使鼓风湿度保持稳定。

（7）高风温技术。

随着原料的改善，喷吹燃料技术的发展，操作水平的提高，以及热风炉构造和耐火材料的改进，高炉风温水平从20世纪中期的500～600℃提高到20世纪后期的1100～1350℃。

由于风温水平大幅度提高，焦比显著降低了。

（8）喷吹燃料技术。

为大量降低高炉焦比，60年代起普遍采用了从高炉风口喷吹燃料的技术。

喷吹燃料的种类主要有重油、天然气和煤粉。

由于喷重油和天然气比喷煤粉设备相对简单，60～70年代多数高炉都喷重油和天然气，只有美国和联的少数几座高炉喷煤粉。

中国根据自己的资源特点重点发展了喷煤粉，到70年代末全国重点钢铁企业已有40座高炉喷煤粉，占当时重点钢铁企业高炉总数的54.8％。

1966年首都钢铁公司的高炉平均喷煤量达到159kg/t，焦比降到476kg/t，其中1号高炉年平均喷煤225kg/t，最好的月份喷煤量达279kg/t，焦比为336kg/t，创世界喷煤最高纪录。

当时中国喷煤高炉之广，喷煤量之多，引起世界瞩目。

80年代起，由于油价高涨，焦炉老化，炼焦煤和焦炭短缺，以及环保对焦炉的限制等因素，世界高炉迅速转向喷煤，到90年代喷煤量多的已达到200kg/t以上，焦比降到300kg/t以下。

（9）低硅生铁冶炼技术。

由于降低生铁含硅量高炉可以降低焦比和提高产量，同时对转炉炼钢也有好处；也由于原料改善，风温提高和操作水平提高，为降硅创造了条件，20世纪后期炼钢生铁含硅量逐步降低，到20世纪末，许多高炉的生铁含硅量已降到0.2％～0.3％的水平。

（10）高炉长寿技术。

随着原料质量和操作水平的提高，以及高炉耐火材料质量的改进(包括碳砖和碳化硅砖等优质耐火材料的应用)和冷却方法的进步，70年代以后，高炉寿命显著延长，到90年代已达到10～15年，最高达到20年。

一代炉役单位炉容产铁量达到7000～9000t/m³，高的达到12000t/m³。