【文章內(nèi)容簡介】 還原鐵礦石需要的 還 原 劑和熱量由燃料燃燒產(chǎn)生 ， 煉鐵的主要燃料是焦炭 ， 為了節(jié)省焦炭而使用了噴吹煤粉 、 重油等輔助燃料 。 為了使高爐生產(chǎn)獲得較好的生產(chǎn)效益 ， 現(xiàn)代高爐幾乎全部采用了人造富礦 (燒結(jié)礦 、 球團(tuán)礦 )作為含鐵原料 ， 因爐料的特性不同 ，有的高爐 在 冶 煉時(shí)還需要加入適量的熔劑 (石灰石 、 白云石等 )。 鐵礦石是高爐冶煉的主要原料 ， 其質(zhì)量的優(yōu)劣與冶煉進(jìn)程及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有極為密切的關(guān)系 。 決定鐵礦石質(zhì)量優(yōu)劣的主要因素是 ： 化學(xué)成分 、 物理性質(zhì)及其冶金性能 。 高爐冶煉對鐵礦石的要求是 ： 含鐵量高 、 脈石少 、 有害雜質(zhì)少 、 化學(xué)成分穩(wěn)定 、 粒度均勻 、具有良好的還原性及一定的機(jī)械強(qiáng)度等性能 。 高爐煉鐵所需的鐵礦石分為天然礦石和人造富礦兩種 。 天然鐵礦石種類較多 ,在自然界中已發(fā)現(xiàn)的有 300 余種含鐵礦物 ， 目前世界常見的天然鐵礦石主要是 4 大類 ： 磁鐵礦 (Fe3O4)， 赤鐵礦 (Fe2O3)， 褐鐵礦 (nFe2O3﹒ mH2O(n=1～ 3,m=1～ 4))， 菱鐵礦 (Fe2CO3)。 鐵的還原過程 [2] 高爐中的鐵氧化物還原為金屬鐵 ,是高爐內(nèi)主要的化學(xué)反應(yīng)之一 ， 除鐵的還原外 ，還有 Si、 Mn、 P、 Ti、 V、 Cr、 Cu、 Pb、 Zn 等非鐵元素的還原 ， 在高爐冶煉中 Fe、 P、Zn 幾乎能全部被還原 。 高爐中鐵的氧化物存在形態(tài)有 Fe2O Fe3O FeO 等 ， 但最后都是經(jīng)過 FeO 的形 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (畢業(yè)論文 ) 5 態(tài)被還原成金屬鐵 。 高爐內(nèi)的還原劑是固定碳 、 CO 及 H2。 ① 固定碳還原鐵氧化物 爐料中的焦炭從爐頂裝入后直到風(fēng)口區(qū)域 ， 它始終以固體 狀態(tài)存在 ，到 達(dá) 風(fēng)口區(qū)才 被鼓入的熱風(fēng)燃燒 ， 生成煤氣并產(chǎn)生大量的熱 ， 提供高爐冶煉所需要的熱量 ， 所以焦炭既是還原劑又是發(fā)熱劑 。 當(dāng) 溫度大于 570℃ 3Fe2O3 + C=2Fe3O4 + CO 128636 kJ （ ） Fe3O4 + C=3FeO + CO 186654 kJ （ ） FeO + C=Fe + CO 152161 kJ （ ） 當(dāng) 溫度小于 570℃ 3Fe2O3 + C=2Fe3O4 + CO 128636 kJ （ ） Fe3O4 + 4C=3Fe + 4CO 64590 kJ （ ） ② CO 還原鐵氧化物 高爐煤氣中含有大量 CO， 礦石入爐后 ， 在加熱溫度未超過 900～ 1000℃的高爐中上部 ， 鐵氧化物中的氧是被煤氣中的 CO 奪取而產(chǎn)生 CO2 的 。 當(dāng) 溫度大于 570℃ 3Fe2O3 + CO=2Fe3O4 + CO2 +37130 kJ （ ） Fe3O4 + CO=3FeO + CO2 20888 kJ （ ） FeO + CO=Fe + CO2 +13604 kJ （ ） 當(dāng) 溫度小于 570℃ 3Fe2O3 + CO=2Fe3O4 + CO2 +37130 kJ （ ） Fe3O4 + 4CO=3Fe + 4CO2 +4290 kJ （ ） ③ H2 還原鐵氧化物 在不噴吹燃料的高爐中 ， 煤氣 中 的含 H2 量為 %～ %。 它主要由鼓風(fēng)中的水分在風(fēng)口前高 溫分解產(chǎn)生 。 在噴吹燃料 (特別是重油 ,天然氣 )的高爐 中 ， 煤氣含 H2 量顯著增加 ， 可達(dá) 5%～ 8%。 氫和氧的親和力很強(qiáng) ， 所以氫亦是高爐冶煉中的還原劑 。 當(dāng)溫度大于 570℃ 3Fe2O3 + H2=2Fe3O4 + H2O +21809 kJ （ ） Fe3O4 + H2=3FeO + H2O 63585 kJ （ ） FeO + H2=Fe + H2O 27711 kJ （ ） 當(dāng)溫度小于 570℃ 3Fe2O3 + H2=2Fe3O4 + H2O +21809 kJ （ ） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (畢業(yè)論文 ) 6 Fe3O4 + 4 H2=3Fe + 4 H2O 148100 kJ （ ） 高爐生產(chǎn)的主要技術(shù)指標(biāo) [1] 衡量高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效果的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要有 ： (1) 高爐有 效容積利用系數(shù) （ ?? ） 。 高爐有效 容 積利用系數(shù)是指每晝夜每立方米高爐有效容積的生鐵產(chǎn)量，即高爐每晝夜的生鐵產(chǎn)量 P 與高爐有 效容積 V有 之比 ： v PV?? 有 (2) 焦比（ K ）。焦比是指冶煉每噸生鐵消耗的焦炭量，即每晝夜的焦炭消耗量 KQ與 每晝夜生鐵產(chǎn)量 P 之比： KQK P? (3) 煤比（ Y ）。冶 煉每噸生鐵消耗的煤粉稱為煤比。當(dāng)每晝夜煤粉的消耗量為 YQ 時(shí)，則： YQY P? (4) 冶煉強(qiáng)度（ I ）。冶煉強(qiáng)度是每晝夜每立方米高 爐 有效容積燃燒的焦炭量，即高爐一晝夜的焦炭消 耗量 KQ 與有效容積 V有 的比值： KQI V?有 (5) 生鐵合格率。化學(xué)成分符合國家標(biāo)準(zhǔn)的生鐵稱為 合 格生鐵，合格生鐵占總產(chǎn)生鐵量的百分?jǐn)?shù)為生鐵合格率。它是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的指標(biāo)。 (6) 生鐵成本。生產(chǎn)一噸合格生鐵所消耗的所有原料、燃料、材料、水電、人工等一切費(fèi)用的總和。 (7) 休風(fēng)率。休風(fēng)率是指高爐休風(fēng)時(shí)間占高爐規(guī)定作業(yè)時(shí)間的百分?jǐn)?shù)。休風(fēng)率反映高爐設(shè)備維護(hù)和操作水平，先進(jìn)高爐休風(fēng)率小于 1%，實(shí)踐證明，休風(fēng)率降低 1%，產(chǎn)量可提高 2%。 (8) 高爐一代壽命。高爐一代壽命是指從點(diǎn)火開始到停爐大修之間的冶煉時(shí)間，或是指高爐相鄰兩次大修之間的冶煉時(shí)間。大型高爐一代壽命 為 10 至 15 年。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (畢業(yè)論文 ) 7 第三章 高爐煉鐵工藝 高爐煉鐵生產(chǎn)是借助高爐本體和其輔助設(shè)備來完成的。高爐本體是冶煉生鐵的主體設(shè)備，它是由耐火材料砌筑的豎立式圓筒形爐體，最外層是由鋼板制成的爐殼，在爐殼和耐火材料之間有冷卻設(shè)備。要完成高爐煉鐵生產(chǎn)，除高爐本體外，還必須有其他附屬系統(tǒng)的配合，其生產(chǎn)工藝流程如 圖 所示 。 [3] 圖 高爐生產(chǎn)工藝流程 1— 高爐； 2— 熱風(fēng)爐； 3— 除塵器； 4— 鼓風(fēng)機(jī)； 5— 渣罐； 6— 鐵水罐 ； 7— 布袋除塵器； 8— 貯油罐； 9— 貯煤罐； 10— 煙囪 高爐生產(chǎn)系統(tǒng)工藝流程包括以下幾個(gè)系統(tǒng)： 高 爐本體、上料設(shè)備系統(tǒng)、裝料設(shè)備系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、煤氣凈化系統(tǒng)、渣鐵處理系統(tǒng)、燃料噴吹系統(tǒng)。 高爐本體 高爐本體是煉鐵生產(chǎn)的核心部分，它是 一個(gè)近似于豎直的圓筒形設(shè)備。它包括高爐的基礎(chǔ)、爐殼（鋼板焊接而成 ）、爐襯（耐火磚砌筑而成）、爐型（內(nèi)型）、冷卻設(shè)備、立柱和 爐 體框架等。高爐的內(nèi)部空間叫爐型，它從上到下分為 5 段，即爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸。整個(gè)冶煉過程是逐步 在 高爐內(nèi)完成的。 高爐的大小以高爐有效容積表示，高爐有效 容積 和高爐 座 數(shù)表明高 爐 車間的規(guī)模， 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (畢業(yè)論文 ) 8 高爐爐型設(shè)計(jì)是高爐本體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。高爐本體結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)的先進(jìn)、合理是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低耗、高產(chǎn)、長壽的先決條件，也是高爐輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)和選型的依據(jù)。 上料設(shè)備系統(tǒng) 上料設(shè)備系統(tǒng)包括 貯 礦場、貯礦槽、槽下漏斗、槽下篩分、稱量和運(yùn)料設(shè)備、向爐頂供料設(shè)備 （有皮帶運(yùn)輸上料機(jī)和料車上料機(jī)之分） ， 其任務(wù)是將高爐所需原燃料，按比例通過上料設(shè)備運(yùn)送到爐頂?shù)氖芰下┒分小? 現(xiàn)代鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，煉鐵原 、 燃料的供應(yīng)系統(tǒng)以高爐貯礦槽為界分為兩部分。從原燃料進(jìn)廠到高爐貯礦槽頂屬于原料廠管轄范圍，它完成原燃料的卸、堆、取、運(yùn)作業(yè)，根據(jù)要求還需進(jìn)行破碎、篩分和混勻作業(yè)，起到貯存、處理并供應(yīng) 原燃料的作用。從高爐貯礦槽頂?shù)礁郀t爐頂裝料設(shè)備屬于煉鐵廠管轄范圍，它負(fù)責(zé)向高爐按規(guī)定的原燃料品種、數(shù)量、分批地及時(shí)供應(yīng)。 現(xiàn)代高爐對原燃料供應(yīng)系統(tǒng)的要求是： (1) 保證連續(xù)地、均衡地供應(yīng)高爐冶煉所需的原燃料，并為進(jìn)一步強(qiáng)化冶煉留有余地； (2) 在貯運(yùn)過程中應(yīng)考慮為改善高爐冶煉所必需的處理環(huán)節(jié)，如混勻、破碎、篩分等 ， 焦炭在運(yùn)輸過程中應(yīng)盡量降低破碎率； (3) 由于原燃料的貯運(yùn)數(shù)量大，對大、中型高爐應(yīng)該盡可能實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，提高配料、稱量的準(zhǔn)確度； (4) 原燃料系統(tǒng)各轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)和落料點(diǎn)都有灰塵產(chǎn)生，應(yīng)有 通風(fēng)除塵設(shè)施。 裝料設(shè)備系統(tǒng) 裝料設(shè)備系統(tǒng)一般分為鐘式、鐘閥式、無鐘式三類，我國多數(shù)高爐采用鐘式裝料設(shè)備系統(tǒng)，技術(shù)先進(jìn)的高爐多采用無鐘式裝料設(shè)備系統(tǒng)。鐘式裝料設(shè)備系統(tǒng)包括受料漏斗、料鐘、料斗等。它的任務(wù)是將上料系統(tǒng)運(yùn)來的爐料，均勻地裝入爐內(nèi)，并使其在爐內(nèi)合理分布，同時(shí)又起 到 密封爐頂、回收煤氣的作用。 無論何種爐頂裝料設(shè)備均應(yīng)滿足以下基本要求： (1) 要適應(yīng)高爐生產(chǎn)能力； (2) 能滿足爐喉合理布料的要求，并能按生產(chǎn)要求進(jìn)行爐頂調(diào)劑； (3) 保證爐頂可靠密封，使高壓操作順利進(jìn)行； (4) 爐頂設(shè)備 結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單和堅(jiān)固，制造、運(yùn)輸、安裝方便，能抵抗急劇的溫度 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (畢業(yè)論文 ) 9 變化及高溫作用； (5) 易于實(shí)現(xiàn)自動化操作。 送風(fēng)設(shè)備系統(tǒng) 送風(fēng)設(shè)備系統(tǒng)包括鼓風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)爐、冷風(fēng)管道、熱風(fēng)管道、熱風(fēng)圍管等。其任務(wù)是將鼓風(fēng)機(jī)送來的冷風(fēng)經(jīng)熱風(fēng)爐預(yù)熱之后送入高爐。 熱風(fēng)帶入高爐的熱量約占總熱量的四分之一，目前鼓風(fēng)溫度一般為 1000～ 1200℃，最高可達(dá) 1400℃，提高風(fēng)溫是降低焦比的重要手段，也有 的用 增大噴煤量 來提高鼓風(fēng)溫度 。 準(zhǔn)確選擇送風(fēng)系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)，合理布置管路系統(tǒng)，閥門工作可靠，熱風(fēng)爐工作效率高，是保證高爐優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗 的重要因素之一。 煤氣凈化設(shè)備系統(tǒng) 煤氣 凈 化系統(tǒng)包括煤氣導(dǎo)出管、上升管、下降管、重力除塵器、布袋除塵 系統(tǒng) 等，其任務(wù)是將高爐冶煉產(chǎn)生的含塵量很高的荒煤氣進(jìn)行凈化處理，以獲得合格的氣體燃料。 重力除塵器是高爐煤氣除塵系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一種粗除塵設(shè)備，其除塵原理是煤氣經(jīng)中心導(dǎo)入管后，由于氣流突然轉(zhuǎn)向，流速突然降低，煤氣中的灰塵顆粒在慣性力和重力作用下沉降到除 塵 器底部。欲達(dá)到除塵的目的，煤氣在除塵器內(nèi)的流速必須小于灰塵的沉降速度，而灰塵的沉降速度與灰塵的粒度有關(guān)?；拿簹庵谢覊m的粒度與原料狀況及爐頂壓力有關(guān)。 除塵器中心導(dǎo)入管可以是直圓筒狀，也可以做成喇叭狀，中心導(dǎo)入管以下高度取決于貯灰體積，一般應(yīng)滿足 3 天的貯灰量。除塵器內(nèi)的灰塵顆粒干燥而細(xì)小，排灰時(shí)極易飛揚(yáng)，嚴(yán)重影響勞動條件并污染周圍環(huán)境，目前多采用螺旋清灰器排灰，改善了清灰條件。 通常，重力除塵器可以除去粒度大于 30 m? 的灰塵顆粒，除塵效率可以達(dá)到 80%，出口煤氣含塵 量 可降低到 2～ 10g/m3,壓力 損失較小，一般為 50～ 200Pa。 布袋除塵是 屬 過濾除塵，是精細(xì)除塵，含塵煤氣流通過布袋時(shí)，灰塵被截留在纖維體上 ，而氣體通過布袋繼續(xù)運(yùn)動，從而得到凈化 ， 它屬于干法除塵，其優(yōu)點(diǎn)是不用水洗滌，沒有水的污染及污水的處理問題，投資較低，但對煤氣溫度及含水量有較嚴(yán)格的要求。 布袋除塵器主要由箱體、布袋、清灰設(shè)備及反吹設(shè)備等構(gòu)成，布袋除塵器箱體由鋼板焊制而成，箱體截面為圓筒形或矩形，箱體下部為錐形集灰斗，水平傾斜角應(yīng)該大于 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 (畢業(yè)論文 ) 10 60176。，以便于工作于清灰 狀態(tài) 時(shí)灰塵下滑排出。集灰斗下部設(shè)置清灰器，定期將 積 灰排出。布袋除塵器的濾袋一般采用玻璃纖維。目前對布袋除塵器來說，需要解決的主要問題是進(jìn)一步改進(jìn)布袋材質(zhì)，延長布袋使用壽命，準(zhǔn)確監(jiān)測布袋破 損，以及控制進(jìn)入布袋除塵器的 煤氣 溫度及濕度 。 [4] 渣鐵處理系統(tǒng) 渣鐵處理系統(tǒng)包括出鐵 場 、泥炮、開口機(jī)、爐前吊車、鐵水罐、鑄鐵機(jī)、堵渣機(jī)、水渣池及爐前水力沖渣設(shè)施。其任務(wù)是將爐內(nèi)放出的渣、鐵，按要求進(jìn)行處理。 及時(shí)合理地處理好生鐵和爐渣是保證高爐按時(shí)正常出鐵、出渣，確保高爐順 利運(yùn) 行，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗和改善環(huán)境的重要手段。 高爐生產(chǎn)的鐵水主要是供給煉鋼，同時(shí)還要考慮煉鋼設(shè)備檢修等暫時(shí)性生產(chǎn)能力配合不上時(shí)，將部分鐵水鑄成鐵塊。生產(chǎn)的鑄造生鐵一般要鑄成鐵塊，因此鐵水處理設(shè)備有運(yùn)送鐵水的鐵水罐車和鑄鐵 機(jī)兩種。 高爐爐渣可以作為水泥原料、隔熱材料以及建筑材料等。高爐爐渣處理方法有爐渣水淬、放干渣及沖渣棉。目前，國內(nèi)高爐普遍采用水沖渣處理方法，特殊的情況時(shí)采用干渣生產(chǎn)，在爐前直接進(jìn)行沖渣棉的高爐很少。 噴吹 燃料 系統(tǒng) 噴吹燃料系統(tǒng)包括噴吹物的制備、運(yùn)輸和噴入設(shè)備等。其任務(wù)是將按一定要求準(zhǔn)備好的燃料噴入爐內(nèi)。目前，我國高爐以噴煤為主。噴煤的噴吹燃料系統(tǒng)有磨煤機(jī)、收集罐、貯存罐、噴吹罐、混合器和噴槍。本系統(tǒng)的任務(wù)是將煤進(jìn)行磨制、收集和計(jì)量后從風(fēng)口均勻穩(wěn)定地噴入高爐內(nèi)。 高爐經(jīng)