冶金工程概论第03章高炉炼铁工艺(设备)

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1~2 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）。
α—炉腹角 β—炉身角
Hu=h1+h2+h3+h4+h5；高炉有效高度
Vu=V1+V2+V3+V4+V5；高炉有效容积
Vu>3000m3，超大型高炉； 1500～2500m3，大型高炉； 600～1000m3，中型高炉； <300m3，小型高炉。 包钢高炉1#、3#、4#：2200m3；2#1780m3；5#1500m3；6#2500m3。 宝钢1#：4063m3。
② 热风炉
▪ 现代热风炉是一种蓄热式换热器。目前风温水平为 1000℃~1200 ℃ ，高的为1250 ℃~1350 ℃ ，最高可达 1450 ℃~1550 ℃。
▪ 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。
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。 ⑴ 高炉内型
——高炉其内部工作空间的形状，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。
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
湿法除尘系统
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
⑸ 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。
⑶ 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。
① 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；镶砖冷却壁主要用于冷却 炉腹、炉腰、炉身各部位的炉衬。
▪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
① 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，转为送风期。 ② 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。
3.4.4 高炉基本操作制度
▪ 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。
② 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。
③ 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1100～1300℃。为了保 证风口得到良好冷却，风 口环流水道内流速达到8～ 14m/s。
⑹ 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
⑴ 原料供应系统
用带式运输机的沟下运料系统 1—板式给矿机；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；
② 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。
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；12—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： ① 开炉、休风、停炉操作; ② 高炉炉况判断与调节; ③ 炉前操作。
⑷ 高炉基础与高炉金属结构
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。
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
⑸ 炉顶装料设备
▪ 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。 ① 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。
▪ 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、炉底砌筑结构示意图
对高炉炉衬的基本要求如下： ① 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。 ② 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。
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。
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 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。 ▪ 3～4座热风炉交替进行燃烧和送风作业，向高炉内连续不 断的输送高温鼓风。
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： ①高炉本体； ②供料系统； ③送风系统； ④喷吹系统； ⑤煤气净化系统； ⑥渣铁处理系统；
▪ 通常，辅助系统的建设投资是高炉本体的4~5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。
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
⑵ 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。 ① 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。
⑶ 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பைடு நூலகம்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。
⑷ 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→旋风除尘→布袋除尘→压力控制 →净煤气。
1一炉底耐火材料： 2一炉壳； 3一炉内砖衬生产后的侵蚀线； 4一炉喉钢砖， 5一炉顶封盖； 6一炉体砖衬； 7一带凸台镶砖冷却壁； 8一镶砖冷却壁； 9一炉底碳砖； 10一炉底水冷管； 11一光面冷却壁
炼铁高炉的结构
▪ 高炉内型尺寸表示方法
h0 —死铁层高度 h1 —炉缸高度 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
⑵ 高炉炉衬
▪ 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。
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）
▪ 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。
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 进行合理的开炉装料。
(4) 点火可用700~750℃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。