炼铁厂工艺介绍

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高炉炼铁基本原理
1、高炉炼铁概述 高炉是一种竖炉型逆流式反应器。 高炉冶炼用的铁矿石和燃料、熔剂等 由炉顶的装料设备装入炉内的,并向 下运动;从下部鼓入的空气燃烧燃料, 产生大量的高温还原性气体向上运动; 炉料经过加热、还原、熔化、滴落、 造渣、渗碳、脱硫等一系列物理化学 过程,最终生成液态炉渣和生铁。 炉渣和生铁定期通过铁口外排。 通过炉前撇渣器进行渣铁分离,铁水 通过鱼雷罐运到炼钢或铸铁。炉渣经 过水淬后,输送到渣场。 高炉炼铁的主产品是生铁,副产 品是高炉煤气、水渣、炉尘。
焦化
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炼铁
将金属铁从含铁矿物 (主要为铁的氧化物)中 提炼出来的工艺过程, 主要有高炉法,直接还 原法,熔融还原法,等 离子法。 高炉炼铁是指把铁矿石 和焦炭,一氧化碳,氢气 等燃料及熔剂(从理论上 说把活动性比铁的金属和 矿石混合后高温也可炼出 铁来)装入高炉中冶炼,去 掉杂质而得到金属铁(生 铁)。
高炉设备介绍
[高炉设备]高炉热风炉介绍 : 热风炉是为高炉加热鼓风 的设备,是现代高炉不可缺少 的重要组成部分。提高风温可 以通过提高煤气热值、优化热 风炉及送风管道结构、预热煤 气和助燃空气、改善热风炉操 作等技术措施来实现。理论研 究和生产实践表明,采用优化 的热风炉结构、提高热风炉热 效率、延长热风炉寿命是提高 风温的有效途径。
炼钢 预处理
原理 铁水预处理是在原则上不外加热源的情 况下,利用处理剂中活性物质和铁水中待脱除 (或富集)元素进行快速反应,形成稳定的渣相 而和铁水分离的过程。 工艺 铁水沟连续处理法,铁水罐喷吹法, 机械搅拌法,专用炉法,摇包法,转鼓法,钟 罩法以及喷雾法等。
炼钢 预处理
重要的工艺节点: 兑铁(如果不是专用的预处理罐则没有) 前扒渣 预处理(脱硫、脱磷等) 后扒渣 出铁
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球团
球团矿是细磨铁精矿或 其它含铁粉料造块的又 一方法。它是将精矿粉、 熔剂(有时还有粘结剂源自文库和燃料)的混合物,在 造球机中滚成直径8~ 15mm(用于炼钢则要 大些)的生球,然后干 燥、焙烧,固结成型, 成为具有良好冶金性质 的优良含铁原料,供给 钢铁冶炼需要。
炼钢 现代炼钢法:
转炉炼钢法
1.空气转炉炼钢法 2.氧气转炉炼钢法 3.复合吹炼转炉炼钢 电弧炉炼钢法 平炉炼钢法
炼钢
炼钢
根据炼钢工艺流程, 可以把炼钢作业分为4部分:
1、冶炼前的铁水预处理工序 2、铁水冶炼 3、钢水精炼 4、钢水浇铸
炼钢 预处理
在铁水进入炼钢炉冶炼 前,除去其中的某些有 害成分或提取其中某些 有益成分的工艺过程。 可分为普通铁水预处理 和特殊铁水预处理。前 者有铁水预脱硫,铁水 预脱硅,铁水预脱磷; 后者有铁水提钒,铁水 提铌,铁水脱铬等。
炉 喉
炉 身
高炉有效高度 炉 腰
炉腹
炉缸 死铁层 13
一、高炉炼铁基本原理
4、高炉内炉料的分布 按状态不同分为五个区域: 块状带、软熔带、滴落带、风口回旋区、渣铁贮存区。

高炉内炉料状态分布示意图
软熔带示意图
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一、高炉炼铁基本原理
5、炉内各区域的反应及特征
块状带:炉料中水分蒸发及受 热分解,铁矿石还原,炉料与 煤气热交换;焦炭与矿石层状 交替分布,呈固体状态;以气 固相反应为主。 软熔带:炉料在该区域软化, 在下部边界开始熔融滴落;主 要进行直接还原反应,初渣形 成。 滴落带:滴落的液态渣铁与煤 气及固体碳之间进行多种复杂 的化学反应。 风口回旋区:焦炭及煤粉与鼓 入的热风发生燃烧反应,产生 高热煤气,是炉内温度最高的 区域。 渣铁贮存区:在渣铁层间的交 界面及铁滴穿过渣层时发生渣 金反应。
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高炉炼铁基本原理
3、高炉内型结构
高炉内部工作空间的形状称为高炉内型。 ①炉喉:炉喉是炉料进高炉的入口,也是 煤气的出口,对炉料和煤气分布起控制和 调节作用。 ②炉身:是截头圆锥体,炉料在炉身预热 和还原,炉身直径自上而下逐渐扩大以适 应炉料受热膨胀和减少炉料与炉墙之间的 磨擦力,所形成炉身角对下料有明显影响。 而炉身高度对煤气利用也有影响。 ③炉腰:是高炉直径最大的部位,其直径 的大小决定着高炉内型的高径比关系。其 高度不起决定性作用,属高炉的过度段。 ④炉腹:是倒置截头圆锥体,其收缩适应 了矿石熔滴后的体积变化,同时也使燃烧 带产生的高温煤气远离炉墙,有利于渣皮 的形成,延长高炉寿命。 ⑤炉缸:在炉缸上、下部设有风口、铁口, 炉缸上部的风口区是燃料燃烧的地方,是 风口中心线 煤气的发源地和冶炼过程所需热量的源泉。 铁口中心线 炉缸下部是渣铁贮存区,进行渣铁反应, 是保证生铁质量的重要环节。
转炉:对铁水进行冶炼操作 电炉:对不锈钢废钢块、生铁块等进行冶炼操作 平炉:基本已经不再使用
炼钢 转炉
炉体可转动,用于吹炼 钢的冶金炉。 转炉按炉衬的耐火材料 性质分为碱性(用镁砂 或白云石为内衬)和酸 性(用硅质材料为内衬) 转炉;按气体吹入炉内 的部位分为底吹、顶吹 和侧吹转炉;按吹炼采 用的气体,分为空气转 炉和氧气转炉。
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球团
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焦化
装炉煤经过高温干馏 转化为焦炭、焦炉煤 气和化学产品的工艺 过程。即煤炭焦化。 指主要从硬煤和褐煤 中生产焦炭、煤气、 干馏炭及煤焦油或沥 青等副产品的炼焦炉 的操作活动。 焦炭是高炉冶炼的主 要燃料。
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炼钢 转炉
转炉炼钢主要是以液态生铁为原料 的炼钢方法。 其主要特点是:靠转炉内液态生铁 的物理热和生铁内各组分(如碳、 锰、硅、磷等)与送入炉内的氧进 行化学反应所产生的热量,使金属 达到出钢要求的成分和温度。
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高炉炼铁基本原理
③ 熔剂 由于高炉造渣的需要,入炉中常需配加一定数量的助熔剂,简称熔剂。 由于目前高炉采用大部分人造富矿冶炼,熔剂在烧结生产时已添加到 烧结矿中,形成碱性烧结矿,高炉一般不需单独吃熔剂。 Ⅰ 熔剂种类 主要有石灰石(CaO3)、白云石[Ca(MgO)CO3]、硅石(SiO2))、萤石 (CaF2)。 高炉开炉时,为了平衡碱度及增加渣量,吃一部分灰石和硅石。 萤石只有需要洗炉时才使用。 Ⅱ 对熔剂的要求 有效成分(CaO+MgO)含量高;熔剂中S、P杂质要少。
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高炉炼铁基本原理
② 燃料 主要有焦炭和煤粉,煤粉分无烟煤和烟煤。 Ⅰ 焦炭在高炉中主要作用
◆提供高炉冶炼所需的大部分热量。高炉冶炼所消耗热量的70%-80% 来自燃料燃烧。
◆提供高炉冶炼所需的还原剂。焦炭中的碳及焦炭燃烧产生的一氧化碳 是铁及其它氧化物进行还原的还原剂。
◆高炉料柱的骨架。由于焦炭在高炉料柱中约占1/3-1/2的体积,而且焦 炭在高炉条件下即不熔化也不软化,它能在高炉中能起支持料柱、维 持炉内透气的骨架作用。
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高炉炼铁基本原理
2、高炉炼铁原、燃料 高炉炼铁主要原、燃料为铁矿石、燃料、熔剂。 ① 铁矿石 ◆ 铁矿石种类 铁矿石分为天然矿和人造富矿。 天然矿按铁氧化物的主要矿物形态,分为赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿和菱 铁矿 等。炼铁常用的天然矿有澳矿、印度矿等。锰矿一般在洗炉、生产锰铁时才使 用,在高炉开炉时为改善渣铁流动性,也加入一部分锰矿。 烧结矿和球团矿统称人造富矿,人造富矿的出现解决了精矿粉、富粉矿的利用 问题,同时用人工手段改变矿石的冶炼性能,所以人造富矿优于天然矿。烧结矿 一般为碱性,球团矿为酸性,通过烧结矿和球团矿搭配入炉形成合适的炉渣碱 度。 ◆ 铁矿石代用品 高炉炉尘、转炉炉尘、轧钢皮等,这些原料均要加入人造富矿原料中使用。 ◆ 对铁矿石的质量要求 贯彻精料方针,可概括为:“高、熟、净、小、匀、稳”六个字。 炼铁工作者经过长期的生产实践总结出“七分原料三分操作”或“四分原料三 分设备三分操作”说明精料对高炉生产决定性影响。
炼铁 高炉设备介绍
[高炉设备]高炉 : 横断面为圆形的炼铁竖炉。用钢板作炉壳, 壳内砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下分为炉喉、 炉身、炉腰、炉腹 、炉缸5部分。由于高炉炼铁 技 术经济指标良好,工艺 简单 ,生产量大,劳 动生产效率高,能耗低等优点,故这种方法生产 的铁占世界铁总产量的绝大部分。高炉生产时从 炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石), 从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。 在高温下焦炭(有的高炉也喷吹煤粉、重油、天 然气等辅助燃料)中的碳同鼓入空气中的氧燃烧 生成的一氧化碳和氢气,在炉内上升过程中除去 铁矿石中的氧,从而还原得到铁。炼出的铁水从 铁口放出。铁矿石中未还原的杂质和石灰石等熔 剂结合生成炉渣,从渣口排出。产生的煤气从炉 顶排出,经除尘后,作为热风炉、加热炉、焦炉、 锅炉等的燃料。高炉冶炼的主要产品是生铁 , 还有副产高炉渣和高炉煤气。
炼钢 预处理
炼钢 预处理
炼钢 混铁炉
高炉和转炉之间的 炼钢辅助设备。 主要用于调节和均 衡高炉和转炉之间 铁水供求的设备, 保证不间断地供给 转炉需要的铁水, 铁水在混铁炉中储 存和混匀铁水成份 及均匀温度,对转 炉炼钢非常有利。
炼钢 混铁炉
炼钢 混铁炉
炼钢 混铁炉
炼钢 铁水冶炼
炼钢铁水冶炼设备: 转炉,电炉,平炉
炼铁工艺及工厂介绍
中冶建筑研究总院有限公司 国家工业建构筑物质量安全鉴定检验中心
炼钢基本工艺流程
烧结
烧结是钢铁生产工艺中的 一个重要环节,它是将铁 矿粉、粉(无烟煤)和石 灰按一定配比混匀,经烧 结而成的有足够强度和粒 度的烧结矿可作为炼铁的 熟料。 利用烧结熟料炼铁对于提 高高炉利用系数、降低焦 比、提高高炉透气性保证 高炉运行均有一定意义。
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一、高炉炼铁基本原理
7、铁矿石中非铁元素的还原 ◆ Mn的还原 MnO2-Mn2O3-Mn3O4-MnO-Mn ◆ Si的还原 ≥1500℃ SiO2-SiO-Si ≤1500℃ SiO2-Si ◆ P的还原 原料中的P几乎100%被还原,高炉操作无法控 制。 8、炉料与煤气运动 ◆炉内煤气流三次分布: ⅰ自风口向上和向中心扩散; ⅱ穿过滴落带并在软熔带焦炭夹层中作横向运动; ⅲ曲折向上通过块状带。 ◆炉料下降的必要条件: ⅰ风口前燃料的燃烧 ⅱ炉料中的碳素参加直接还原的消耗 ⅲ固体炉料的熔化,形成液态的渣、铁 ⅳ定期放出渣、铁 17 ⅴ炉料的相互填充
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一、高炉炼铁基本原理
6、炉内铁矿石中铁元素的还原反应 ◆间接还原:用CO、H2为还原剂还原铁的氧化物,产物为CO2、H2O的还原反应。
Fe2O3的间接还原反应(不可逆反应) C+O2=2CO,3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 C+H2O=CO+H2,3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2O Fe3O4和FeO的间接还原反应(可逆反应) >570℃ :3Fe3O4+CO=2 FeO+CO2 3Fe3O4+H2=2 FeO+H2O FeO+CO=Fe+CO2 FeO+H2=Fe+H2O <570℃ :Fe3O4+CO=Fe+CO2 Fe3O4+H2=Fe+H2O ◆直接还原:用C作为还原剂,最终气体产物为CO的还原反应。 3Fe2O3+C=2Fe3O4+CO Fe3O4+C=3FeO+CO FeO+C=Fe+CO ◆直接、间接还原区域划分:取决于炉内温度分布 低温区 <800℃基本为间接还原 中温区 800~1100℃直接还原与间接还原共存 高温区 > 1100℃全部为直接还原
高炉设备介绍
[高炉设备]铁水罐 车: 铁水罐车用于 运送铁水,实现铁 水在脱硫跨与加料 跨之间的转移或放 置在混铁炉下,用 于高炉或混铁炉等 出铁。
高炉炼铁工艺流程图
炼钢
炼钢: 生铁 → 钢 ①降:降低含碳量 ②除:除去硫、磷等杂质 ③调:调节合金元素的含量 需要做到:
基本反应原理:
利用氧化还原反应,在高温下,用氧化剂(用 纯氧气) 把生铁中过多的碳和其它杂质氧化除去。
◆生铁形成过程中渗碳的碳源。
由于煤粉不能形成料柱骨架,所以喷煤不能完全替代焦炭使用。
Ⅱ 对焦炭的质量要求 灰分要低,固定碳含量要高;含硫等有害杂质少;机械强度要高,粒度 要均匀、粉末要少;成分稳定,反应性要低,抗碱性要强。
Ⅲ 对煤的质量要求
灰分要低,固定碳含量要高;含硫等有害杂质少;发热量要高;煤的燃 烧性要好;可磨性要好。
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