现代冶金工艺学现代冶金工艺学
冶金工程专业课
钢铁冶金—炼铁主讲:魏国
http://faculty.neu.edu.cn/smm/weig E-mail:[email protected]:83687718 四号实验楼 229A
东北大学钢铁冶金研究所2018-03
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教学用书
教材:
1.朱苗勇等,现代冶金工艺学(钢铁冶金卷),冶金工业出版社
参考书:
1.周传典,高炉炼铁生产技术手册,冶金工业出版社
2.王筱留,钢铁冶金学(炼铁部分),冶金工业出版社
3.比斯瓦斯,高炉炼铁理论与实践,冶金工业出版社
4.方觉,非高炉炼铁,冶金工业出版社
3
西周西周
春秋春秋
战国战国
西汉西汉
东汉东汉
晋晋
南北朝南北朝
秦秦
三国三国
8
5
2
公元
2
4
6
块炼铁
块炼钢
块炼钢
生铁
炒钢 熟铁
灌钢
反复锤锻,去除杂质,部分渗碳
炒钢 灌钢
坩锅铁
坩锅铁
脱碳钢
脱碳钢
退火
炒
第一章 炼铁概述
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一、高炉炼铁过程
高炉是炼铁生产工艺的主体;
从高炉上部装入的铁矿石、燃料和
熔剂向下运动;
下部鼓入空气燃烧燃料,产生大量
还原性气体向上运动;
炉料经过加热、还原、熔化、造渣、
渗碳、脱硫等一系列物理化学过程,
最后生成液态炉渣和生铁。
1.1 高炉生产流程
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1. 长期连续生产。高炉从开炉到大修停炉一直连续运转,仅在设备
检修或发生事故时才暂停生产(休风)。高炉运行时,炉料不断
地装入高炉,下部鼓风,煤气从炉顶排出并回收利用,生铁、炉
渣聚集在炉缸定时排出。
2. 规模越来越大型化。最大高炉容积5800m3以上,日产生铁万吨以
上,日消耗矿石近2万t,焦炭等燃料5kt。
1.1 高炉生产流程
二、高炉炼铁生产特点
世界上5500m³特大高炉:沙钢5860m³, 日本新日铁大分厂1、2高炉(5775m³),俄罗斯北方钢铁(Severstal)切列波维茨厂5高炉(5580m³),日本新日铁君津厂4高炉(5555m³),德国蒂森钢铁斯韦尔根厂2高炉(5513m³),日本JFE福山厂5高炉(5500m³),韩国浦项光阳钢厂4高炉(5500m³),中国京唐钢铁1、2高炉(5500m³)。
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3. 机械化、自动化程度越来越高。准确连续地完成每日成千上万吨原料及产品的装入和排放。为了改善劳动条件、保证安全、提高劳动生产率,要求有较高的机械化和自动化水平。
4. 生产联合性。从上料到排放渣铁,从送风到煤气回收,各系统有机地协调联合工作。
1.1 高炉生产流程
二、高炉炼铁生产特点
在钢铁联合企业中,炼铁是非常重要的环节。高炉休风或减产会严重影响整个企业的生产,因此,高炉工作者要努力防止各种事故,保证生产顺利进行。
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冷却设备:炉壳、冷却壁、冷却板、水管等。
维持高炉炉衬在一定温度下工作,使其保
持炉型;在高炉的某些部位还可形成渣皮,
保护炉衬。
根据各部位热负荷不同,可采取多种形式
和方法。有冷却器冷却、外部喷水冷却、
水冷炉底等多种形式。
1.2 高炉生产设备
一、高炉本体
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1.2 高炉生产设备高 炉部 位
炉 腹风 口
炉 身上 部
炉 身中 部
炉 身下 部
炉 腰
炉 底炉 缸
冷 却 壁 形 式本体系
强化系
J Г
镶 砖 强 化 冷 却 壁 S J光 面 冷 却 壁
光 面 冷 却 壁 Z
镶 砖 强 化 冷 却 壁
Z
J
镶 砖 带 凸 台 强化 冷 却 壁 S J Г
光 面 水 冷 壁 T H
光 面 横 行 水 冷 壁 Z
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1.上料及布料系统
包括:贮矿场、贮矿仓、焦仓、仓
上运料设备(火车与矿车或皮带)、
矿石与焦炭的筛分设备、返矿和返
焦运输设备、入炉矿石和焦炭的称
量设备、将炉料运送至炉顶的设备
(皮带或料车与卷扬机)等。
1.2 高炉生产设备
二、高炉附属系统
注:图片资料来自互联网,作者与设备厂商无任何经济关系。
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1.2 高炉生产设备
钟式布料:炉顶受料斗、布料器、大小
料钟或三套料钟、大小料斗、料钟平衡
杆与液压传动装置或卷扬机、活动炉喉
挡板、探料尺等。
无料钟布料:受料罐、上下密封阀、截
流阀、中心喉管、布料溜槽、旋转装置
及液压传动设备等。
高压操作:均压阀、放散阀。
1.上料及布料系统
二、高炉附属系统
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鼓风机、冷风管道、放风阀、混风阀、热风炉、热风总管、环管、支管、直到风口。
富氧送风:冷风管道上环形送氧管、富氧管道上截断阀和逆止阀,流量调节阀及流量与压力仪表。加湿鼓风:冷风管道上环形蒸汽喷入管,蒸汽管道上安装截断阀、蒸汽流量调节阀、湿度计与蒸汽压力表等。
1.2 高炉生产设备
2.送风系统
二、高炉附属系统
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喷吹煤粉:制粉机、煤粉仓、煤粉输送设备及管道、高炉贮煤粉罐、混合器,分配调节器、喷枪、压缩空气及安全保护系统等。
喷吹重油:卸油泵、贮油罐、过滤器、送油泵、调压稳压装置、喷枪及蒸汽保温与吹扫装置。
喷吹天然气:天然气管道、自动截断阀、压力表、流量表,安全阀、放散阀、吹扫阀、流量调节阀等。
1.2 高炉生产设备
5.燃料喷吹系统
二、高炉附属系统
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电:各系统设备运转与控制、照明等电源。
水:包括高炉本体(包括风渣口)、热风炉阀门冷却用的工业水、
软化水的给排水系统,铸铁机、煤气清洗系统、水力冲渣用水的
给排水系统,以及事故备用水源设备。
气体:输送煤粉和动力用压缩空气,防火防爆、驱赶休风时管道
与设备中残留煤气的氮气和蒸汽,保温用蒸汽等。
1.2 高炉生产设备
6.动力系统:包括水、电、压缩空气、氮气、蒸汽等系统。
二、高炉附属系统
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概念:生铁与熟铁、钢。
熟铁(工业纯铁)含碳小于0.2%;
钢:含碳0.2~2.1%;
生铁:含碳2.1%。
高炉生铁:Fe、C、Si、Mn、S、P
1.3 高炉冶炼产品
一、高炉产品:生铁1538℃
1200℃
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1.3 高炉冶炼产品
高炉生铁一般分三类:
1. 供炼钢用的炼钢生铁;
2. 供铸造机件和工具用的铸造铁
(包括球墨铸铁)
3. 铁合金用的高炉锰铁和硅铁。
不同类型的产品有不同标准。
一、高炉产品:生铁
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1.3 高炉冶炼产品
二、高炉副产品
高炉煤气:含20%以上的CO、少量的氢和
CH4,发热值2900~3800kJ/m3,是
一种低发热值气体燃料,用于热风炉,
均热炉和锅炉,炼焦。
炉尘:煤气中的细颗粒炉料。一般含铁
30 ~ 50%,含碳10 ~ 20%。经煤
气除尘器回收后,可用作烧结原料。
10~15kg/tHM
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1.3 高炉冶炼产品
二、高炉副产品高炉渣:
1)液态炉渣用水急冷成水渣,可作水
泥原料。
2)液态炉渣用高压蒸汽或高压空气吹
成渣棉,可作绝热保温材料。
3)液态炉渣用少量高压水冲到旋转滚
筒上急冷而成膨珠(膨胀渣),是良好
的保温材料。
4)矿渣砖、干渣块可作铺路材料。
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对高炉生产的总要求是高产、优质、低耗、长寿。
主要指标有:
1.4 高炉技术经济指标
l)高炉有效容积利用系数η
每立方米高炉有效容积一昼夜生产生铁的吨数,即高炉每昼夜生产
铁量(P)折合为炼钢铁后与有效容积(V)的比值:
某些国家以每昼夜冶炼It炼钢铁所占的有效容积表示:
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(焦炭)冶炼强度:每昼夜每立方米高炉有效容积消耗的焦炭量,即一昼夜装入高炉的干焦炭量(Qk)与有效容积 (Vu)的比值:
综合冶炼强度:对于喷吹燃料的高炉,将一昼夜喷吹的燃料量与焦炭量相加后与有效容积之比:
1.4 高炉技术经济指标
2)冶炼强度
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高炉休风停产时间占规定日历作业时间的百分数。
规定日历作业时间是指日历时间减去计划大、中修时间和封炉时间。
1.4 高炉技术经济指标
3)休风率
以上三个指标反映高炉生产率、作业率。高炉有效容积利用系数和
冶炼强度越高,休风率越低,表示高炉越高产。
4)生铁合格率
化学成分符合国家标准的合格生铁量占高炉总产铁量的百分数。
常用:一级品率,%。
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1.4 高炉技术经济指标
9)高炉寿命
a. 一代炉龄:从开炉到大修停炉的时间。一般10年以上为长寿。
b. 一代炉龄中每立方米有效容积产铁量。一般5000~8000t/m3为中等,
8000t/m3以上为长寿。
高炉名称 容积,m3 开停炉时间 寿命,年单位炉容铁量
t·m-3
仓敷厂2号 2857 1979.3.2-2003.8.29 24.5
日本千叶6号 4500 1977.6.17-1998.3.24 20.9 13386
仓敷厂4号 4826 1982.1.29-2001.10.15 19.9
福山厂2号 4664 1986.2.19-2005.1.31 19
宝钢3号 4350 1994.9.20至2013.8.29
19
国内外部分长寿高炉
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1.4 高炉技术经济指标
10)工序能耗
某一段时间内,高炉生产每吨生铁消耗能源的实物消耗量,扣除回收
利用能源,折算成标准煤(29330kJ/t)的量。
生产系统:原料供给、高炉本体、渣铁处理、鼓风、热风炉、喷吹燃
料、碾泥、给排水);
辅助生产系统:机修、化验、计量、环保;生产管理和调度指挥等。
能耗 烧结 焦化 高炉 转炉
重点企业 51.81 108.47 406.52 -2.80
最高值 73.62 166.75 477.21 25.39
某阶段全国重点钢铁企业能耗情况 单位: kgce/t
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