高炉炼铁技术研究.docx

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高炉炼铁技术研究

目录

引言...............................................................6

1高炉炼铁技术设备现状...............................................7

1.1中国高炉结构.....................................................7

1.2中国高炉炼铁生产技术水平..........................................8

1.3高炉操作技术水平.............................................8

1.4炼铁系统节能降耗......................................9

2高炉炼铁工艺对资源和环境的负荷......................................10

2.1高炉炼铁对煤资源负荷......................................11

2.2高炉炼铁工艺对环境资源负荷...................................11

2.2技术方案.........................................................12

3炼铁工艺..........................................................13

3.1铁矿石..........................................................13

3.2燃料.............................................................13

3.3熔剂..........................................................14

4高炉炼铁生产工艺流程.................................................15

4.1高炉冶炼原理简介..............................................15

4.2烧结的工艺.........................................................16

4.2.2烧结生产的流程..................................................17

4.3高炉冶炼工艺--炉前操作.............................................17

4.4高炉的主要设备.......................................................17

4.4.1设备.............................................................18

4.4.2高炉解体........................................................20

4.4.3高炉冷却装置......................................................20

4.4.4高炉灰............................................................21

4.4.6高炉鼓风机........................................................22

5降低高炉炼铁成本的探讨...............................................22

5.1高炉生产分析......................................................23

5.1.1炉料结构........................................................23

5.1.2高炉燃料（焦炭、喷吹煤粉）......................................24

5.1.3高炉操作...................................................24

5.2降低高炉生产成本的解决方案......................................24

5.2.1系统分析......................................................24

5.2.2科学决策......................................................25

5.2.3创新突破.......................................................25

5.3小结............................................................25

总结与体会.........................................................26

致谢..............................................................27

参考文献.........................................................28

高炉炼铁技术研究

摘要：

本文作者通过对现有的高炉炼铁技术分析，统计归纳缺陷类型，分析出影响高炉炼铁的因素及主要因素是：

原、燃料理化性能和成分波动、原、燃料配料称量误差超过允许规定范围、设备原因影响、自然条件变化、操作经验不足等，合理的改进影响因素，是研究的主要方向。

关键词：

高炉炼铁原料燃料设备原因炼铁工艺误差

引言

1999年10月,中国金属学会组织并召开了《1999中国钢铁年会》。

会上部分国内外专家学者探讨了下一世纪初高炉炼铁技术的发展趋势。

会议期间,《冶金科技发展指南（2000～2005年）》（中国金属学会编写）、《欧洲钢铁工业技术发展指南》（欧洲钢铁工业联盟编写）和《钢铁工业技术开发指南》（美国钢铁学会编写）等资料出版发行。

这些资料中均有相当篇幅涉及高炉炼铁技术下一世纪初的发展趋势。

目前,世界上主要的炼铁工艺有3种,即高炉、直接还原和熔融还原。

从生产规模和效率成本以及同大型钢厂流程的匹配来看,迄今为止没有任何一种非高炉流程能达到或接近大型高炉目前已达到的生产水平。

可以认为,在进入新世纪相当长的一段时间内,无论是我国还是工业发达国家,高炉流程都将占绝对优势。

“十五”期间,我国炼铁系统将从主要依靠新建高炉、扩大生铁产量为主的增长方式,转变为挖潜改造,以质量、效益为中心的增长方式。

炼铁系统的科技发展要在铁水质量满足后续工序和钢材品种质量要求的前提下,以高炉长寿低耗为中心,追求炼铁系统的整体优化;推进设备的大型化;推广成熟适用的先进技术（如精料、喷煤、高风温、高顶压、富氧、低硅生铁冶炼等）;在炼焦、烧结球团和炼铁各专业领域开发一批新技术;加强应用技术的基础研究。

通过采取以上措施,使我国部分高炉的技术经济指标达到国际先进水平。

1高炉炼铁技术设备现状

1.1中国高炉结构

目前中国有1300多座高炉，大于1000立方米容积高炉有150座，300-1000立方的高炉500多座，小于300立方的高炉有600多座。

全国有980多家炼铁企业。

这说明，中国炼铁产业集中度低，高炉平均炉容偏小，正处于不同层次，不同结构，多种生产技术水平共同发展阶段，且处于高速发展阶段。

从2007和2008年的生产数据表明，地方炼铁厂的发展势头仍高于全国大中型钢铁企业。

目前沙钢和京唐公司在建5500立方和6000立方级的高炉。

一批大于5000立方级高炉在建设，大大推动了中国高炉大型化进程。

但是一批小于1000立方米级高炉也在建设。

1.2中国高炉炼铁生产技术水平

随着中国生铁产量的高速增长，高炉炼铁生产技术水平也得到快速的进步。

表1为近年来中国重点钢铁企业高炉炼铁技术经济指标。

进入2008年因原燃料涨价、质量波动，高炉炼铁生产指标有所下滑。

目前，中国高炉炼铁技术处于世界先进水平，高炉操作技术进入成熟发展阶段。

以宝钢、武钢、首钢、鞍钢为代表的一批大型高炉已实现高效化生产。

中国中小高炉的生产技术已多年在高技术水平上运行，一批300-500M3高炉利用系数在3.0以上，最高的达4.3，入炉焦比低于400kg、t，喷煤比在150kg、t以上。

但是，企业之间技术发展不平衡，尚有一批落后指标存在。

表1-1高炉炼铁技术经济指标

时间产量焦比喷煤比系数休风率品位风温熟料率炼铁工序耗能

2005344734121202.6401.46058.08107291.59440.60

2006413643971343.7101.77058.10103792.21438.59

2007469443921372.6771.52457.71112592.49426.84

1.3高炉操作技术水平

中国高炉炼铁技术从总体上已经达到了国际水平，部分指标已是先进水平。

近年来，中国炼铁生产技术进入成熟发展阶段，主要表现是在外界条件不断变化（特别是原燃料质量的波动）情况下，高炉生产仍能够实现稳定顺行，不出现较大的失常现象，高炉生产技术经济指标仍处于良好状态。

近年来，中国高炉高效化不断取得新进展。

全国重点钢铁企业的入炉焦比、休风率呈下降趋势，而高炉利用系数、热风温度得到不断提高，高炉寿命也在提高。

不少企业高炉操作在贯彻“四稳一治”的方针，即稳定送风、装料、热制度、造渣制度，活跃炉缸，促进了中国高炉技术的发展。

1.4炼铁系统节能降耗

炼铁系统占钢铁联合企业总能耗的78.87%，污染物排放占三分之二，高炉工序能耗占59%，生产1t钢要排放2.0二氧化碳、1.95KG二氧化硫、320kg炉渣、30~50kg粉尘所以说炼铁系统要承担钢铁企业的节能降耗、降成本、实现环境友好的重要任务。

这是钢铁工业节能降耗的工作重点工序，要下大力气做好各方面的工作，为企业节能做贡献。

在国家大力推进节能工作的大好形势下，目前中国炼铁企业积极采用各项先进节能技术、工艺设备，加大节能工作力度，在节能技术创新方面取得了可喜的成果。

近年来中国炼铁系统能耗不断下降，创除了中国历史最好水平.

2高炉炼铁工艺对资源和环境的负荷

2.1高炉炼铁对煤资源的负荷

高炉炼铁消耗大量铁矿石和煤炭。

高炉不能直接使用粉状原料，需要将铁矿石造块，虽然适合造块的铁矿石资源日益减少，但通过改进配矿和造块工艺，可以生产出满足高炉要求的烧结矿和球团矿。

因此，高炉炼铁工艺的主要问题是对优质煤炭资源的依赖。

焦炭发挥的发热剂、还原剂的作用可以部分地被煤份等喷吹物替代，但其支撑料柱的作用却无法替代，因此高炉仍然需要相当数量的焦炭才能维持正常生产。

据1997年世界能源会议统计，至1996年底世界煤炭探明的可采储量共计1043864000000t,炼焦煤比例不到10%。

中国煤炭的可开采储量是145000000000T，其中肥煤和主焦煤共占9.34%，储量约13500000000t。

中国炼焦煤一般是中灰、中硫品种，低灰、低硫的优质炼焦煤比较少,而且中国炼焦煤在地里分布上极不平衡，一半以上储量集中在山西省，更加快了中国炼焦煤资源的消耗速度。

以2013年（全世界高炉炼铁消耗炼焦煤原煤量1100000000t的消耗速度，估计中国的主焦煤和肥煤资源在70年内将耗尽，全世界的主焦煤和肥煤资源也将在90年耗尽。

2.2高炉炼铁工艺对环境的负荷

高炉本身对环境造成的负荷主要表现在温室气体的排放方面，而粉尘、酸雨气体等主要来自铁矿石造块和冶金焦的生产如表3所示。

由表3可知，铁矿石烧结是主要污染源。

表2-1炼铁污染物的排放

工序烟尘粉尘二氧化硫

比例总量比例总量比例总量

烧结61.810.1138.970.44091.051.073

焦化14.360.02614.810.1675.090.095

炼铁23.830.04346.220.5233.860.072

铁前100.00.18100.01.130100.01.870

除粉尘和二氧化硫以外，烧结和炼焦还排放很多种污染物，有些至今没有在国内引起重视，但对人体和自然环境造成严重伤害，如烧结过程中排放的碱金属、重金属的氯化物等，炼焦煤过程排放的BaP、BSO、COD、挥发酚、氰化物、油类、氨氮等。

和其他炼铁工艺相比，高炉技术最成熟、燃料比最低，排放的二氧化碳也最少。

虽然高炉本身在能耗、生产率方面具有不可超越的优势，但其对优质焦炭的依赖和原料准备工序严重的污染物排放，极大的限制了高炉炼铁工艺的发展，必须对高炉炼铁工艺进行生态化改造。

3炼铁工艺

高炉炼铁的原料：

铁矿石、燃料、熔剂

3.1铁矿石

铁都是以化合物的状态存在于自然界中，尤其是以氧化铁的状态存在的量特别多。

现在将几种比较重要的铁矿石提出来说明：

（1）磁铁矿（Magnetite）是一种氧化铁的矿石，主要成份为Fe3O4，是Fe2O3和FeO的复合物，呈黑灰色，比重大约5.15左右，含Fe72.4％，O27.6％，具有磁性。

在选矿（Beneficiation）时可利用磁选法，处理非常方便；但是由于其结构细密，故被还原性较差。

经过长期风化作用后即变成赤铁矿。

（2）赤铁矿（Hematite）也是一种氧化铁的矿石，主要成份为Fe2O3，呈暗红色，比重大约为5.26，含Fe70％，O30％，是最主要的铁矿石。

由其本身结构状况的不同又可分成很多类别，如赤色赤铁矿（Redhematite）、镜铁矿（Specularhematite）、云母铁矿（Micaceoushematite）、粘土质赤铁（RedOcher）等。

（3）褐铁矿（Limonite）这是含有氢氧化铁的矿石。

它是针铁矿（Goethite）HFeO2和鳞铁矿（Lepidocrocite）FeO（OH）两种不同结构矿石的统称，也有人把它主要成份的化学式写成mFe2O3．nH2O，呈现土黄或棕色，含有Fe约62％，O27％，H2O11％，比重约为3.6～4.0，多半是附存在其它铁矿石之中。

（4）菱铁矿（Siderite）是含有碳酸铁的矿石，主要成份为FeCO3，呈现青灰色，比重在3.8左右。

这种矿石多半含有相当多数量的钙盐和镁盐。

由于碳酸根在高温约800～900℃时会吸收大量的热而放出二氧化碳，所以我们多半先把这一类矿石加以焙烧之后再加入鼓风炉。

另外还有铁的硅酸盐矿（SilicateIron）硫化铁矿（Sulphideiron）

3.2燃料

炼铁的主要燃料是焦炭。

烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦（高温干馏）。

其作用是熔化炉料并使铁水过热，支撑料柱保持其良好的透气性。

因此，铸造焦应具备块度大、反应性低、气孔率小、具有足够的抗冲击破碎强度、灰分和硫分低等特点。

（1）焦炭分布从我国焦炭产量分布情况看，我国炼焦企业地域分布不平衡，主要分布于华北、华东和东北地区。

（2）焦炭主要用于高炉炼铁和用于铜、铅、锌、钛、锑、汞等有色金属的鼓风炉冶炼，起还原剂、发热剂和料柱骨架作用。

（3）焦炭的物理性质

焦炭物理性质包括焦炭筛分组成、焦炭散密度、焦炭真相对密度、焦炭视相对密度、焦炭气孔率、焦炭比热容、焦炭热导率、焦炭热应力、焦炭着火温度、焦炭热膨胀系数、焦炭收缩率、焦炭电阻率和焦炭透气性等。

焦炭的物理性质与其常温机械强度和热强度及化学性质密切相关。

焦炭的主要物理性质如下：

真密度为1.8-1.95g/cm3；

视密度为0.88-1.08g/cm3；

气孔率为35-55%；

散密度为400-500kg/m3；

平均比热容为0.808kj/（kgk）（100℃），1.465kj/（kgk）（1000℃）；

热导率为2.64kj/（mhk）（常温），6.91kg/（mhk）（900℃）；

着火温度（空气中）为450-650℃；

干燥无灰基低热值为30-32KJ/g；

比表面积为0.6-0.8m2/g。

（4）焦炭的质量指标

焦炭是高温干馏的固体产物，主要成分是碳，是具有裂纹和不规则的孔孢结构体（或孔孢多孔体）。

裂纹的多少直接影响到焦炭的力度和抗碎强度，其指标一般以裂纹度（指单位体积焦炭内的裂纹长度的多少）来衡量。

衡量孔孢结构的指标主要用气孔率（只焦炭气孔体积占总体积的百分数）来表示，它影响到焦炭的反应性和强度。

不同用途的焦炭，对气孔率指标要求不同，一般冶金焦气孔率要求在40～45%，铸造焦要求在35～40%，出口焦要求在30%左右。

焦炭裂纹度与气孔率的高低，与炼焦所用煤种有直接关系，如以气煤为主炼得的焦炭，裂纹多，气孔率高，强度低；而以焦煤作为基础煤炼得的焦炭裂纹少、气孔率低、强度高。

焦炭强度通常用抗碎强度和耐磨强度两个指标来表示。

焦炭的抗碎强度是指焦炭能抵抗受外来冲击力而不沿结构的裂纹或缺陷处破碎的能力，用M40值表示；焦炭的耐磨强度是指焦炭能抵抗外来摩檫力而不产生表面玻璃形成碎屑或粉末的能力，用M10值表示。

焦炭的裂纹度影响其抗碎强度M40值，焦炭的孔孢结构影响耐磨强度M10值。

M40和M10值的测定方法很多，我国多采用德国米贡转鼓试验的方法。

（5）焦炭质量的评价

①焦炭中的硫分：

硫是生铁冶炼的有害杂质之一，它使生铁质量降低。

在炼钢生铁中硫含量大于0.07%即为废品。

由高炉炉料带入炉内的硫有11%来自矿石；3.5%来自石灰石；82.5%来自焦炭，所以焦炭是炉料中硫的主要来源。

焦炭硫分的高低直接影响到高炉炼铁生产。

当焦炭硫分大于1.6%，硫份每增加0.1%，焦炭使用量增加1.8%，石灰石加入量增加3.7%,矿石加入量增加0.3%高炉产量降低1.5—2.0%.冶金焦的含硫量规定不大于1%，大中型高炉使用的冶金焦含硫量小于0.4—0.7%。

②焦炭中的磷分：

炼铁用的冶金焦含磷量应在0.02—0.03%以下。

③焦炭中的灰分：

焦炭的灰分对高炉冶炼的影响是十分显著的。

焦炭灰分增加1%，焦炭用量增加2—2.5%因此，焦炭灰分的降低是十分必要的。

④焦炭中的挥发分：

根据焦炭的挥发分含量可判断焦炭成熟度。

如挥发分大于1.5%，则表示生焦；挥发分小于0.5—0.7%,则表示过火，一般成熟的冶金焦挥发分为1%左右。

⑤焦炭中的水分：

水分波动会使焦炭计量不准，从而引起炉况波动。

此外，焦炭水分提高会使M04偏高，M10偏低，给转鼓指标带来误差。

⑥焦炭的筛分组成：

在高炉冶炼中焦炭的粒度也是很重要的。

我国过去对焦炭粒度要求为：

对大焦炉（1300—2000平方米）焦炭粒度大于40毫米；中、小高炉焦炭粒度大于25毫米。

但目前一些钢厂的试验表明，焦炭粒度在40—25毫米为好。

大于80毫米的焦炭要整粒，使其粒度范围变化不大。

这样焦炭块度均一，空隙大，阻力小，炉况运行良好。

3.3熔剂

（1）熔剂的作用

熔剂在冶炼过程中的主要作用有：

①使还原出来的铁与脉石和灰分实现良好分离，并顺利从炉缸流出，即渣铁分离。

②生成一定数量和一定物理、化学性能的炉渣，去除有害杂质硫，确保生铁质量。

（2）熔剂的种类

  根据矿石中脉石成分的不同，高炉冶炼使用的熔剂，按其性质可分为碱性、酸性和中性三类。

①碱性熔剂

常用的碱性熔剂有石灰石（CaC03）和白云石（CaC03·MgC03）。

 ②酸性熔剂

作为酸性熔剂使用的有石英石（Si02）、均热炉渣（主要成分为2FeO、Si02）及含酸性脉石的贫铁矿等。

 ③中性熔剂

高铝原料。

如铁钒土和粘土页岩。

（2）对碱性熔剂的质量要求

1碱性氧化物（CaO+MgO）含量高，酸性氧化物（Si02+A1203）愈少愈好。

或熔剂的有效熔剂性愈高愈好。

一般要求石灰石中Ca0的质量分数不低于50％，Si02+A1203的质量分数不超过3．5％。

 熔剂的有效熔剂性是指熔剂按炉渣碱度的要求，除去本身酸性氧化物含量所消耗的碱性氧化物外，剩余部分的碱性氧化物含量有害杂质硫、磷含量要少。

石灰石中一般硫的质量分数只有0．01％～0．08％，磷的质量分数为0．001％～0．03％。

2较高的机械强度，粒度要均匀，大小适中。

适宜的石灰石入炉粒度范围是：

大中型高炉为20～50mm，小型高炉为l0～30mm。

当炉渣黏稠引起炉况失常时，还可短期适量加入萤石（CaF2），以稀释炉渣和洗掉炉衬上的堆积物。

4高炉炼铁生产工艺流程

高炉炼铁生产是冶金（钢铁）工业最主要的环节。

高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。

铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。

焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。

矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出。

高炉生产是连续进行的。

一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。

4.1高炉冶炼原理简介

高炉生产是连续进行的。

一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。

生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（1000～1300摄氏度），喷入油、煤或天然气等燃料。

装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。

在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。

铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。

铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。

煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。

现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。

4.2烧结的工艺

为了保证供给高炉的铁矿石中铁含量均匀，并且保证高炉的透气性，需要把选矿工艺产出的铁精矿制成10-25mm的块状原料。

铁矿粉造块目前主要有两种方法：

烧结法和球团法。

两种方法所获得的块矿分别为烧结矿和球团矿。

4.2.1铁矿粉造块的目的

（1）综合利用资源，扩大炼铁用的原料种类。

（2）去除有害杂质，回收有益元素，保护环境。

（3）改善矿石的冶金性能，适应高炉冶炼对铁矿石的质量要求。

4.2.2烧结生产的流程

目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。

烧结生产的工艺流程如图下所示。

主要包括烧结料的准备，配料与混合，烧结和产品处理等工序。

（1）烧结的原材料准备:

含铁原料：

含铁量较高、粒度<5mm的矿粉，铁精矿，高炉炉尘，轧钢皮，钢渣等。

一般要求含铁原料品位高，成分稳定，杂质少。

熔剂：

要求熔剂中有效CaO含量高，杂质少，成分稳定，含水3％左右，粒度小于3mm的占90％以上。

在烧结料中加入一定量的白云石，使烧结矿含有适当的MgO，对烧结过程有良好的作用，可以提高烧结矿的质量。

燃料：

主要为焦粉和无烟煤。

对燃料的要求是固定碳含量高，灰分低，