炼铁基本理论
炼铁基本理论
一、高炉内的基本知识
1、高炉内的分区
按照炉料在高炉内的状态可分为五个区域，依次为：
(1) 、块状带：固体料软熔前所分布的区域。
(2) 、软熔带：炉料从开始软化到熔化所占的区域。软熔带通常有倒V型、V型、W型三种，该区域为间接还原区。
(3) 、滴落带：渣、铁全部熔化滴落，穿过焦炭层下到炉缸的区域，是高温物理化学反应的主要区域。
(4) 、风口带风口前燃料燃烧的区域，是高炉热能和气体还原剂的发源地，也是初始煤气流分布的起点。
(5) 、渣铁贮存区是形成最终渣、铁的区域。
2、炉内还原过程
高炉内铁氧化物的还原可分为三类：用气体CO还原，生成产物CO2，称间接还原；用固体碳还原，生成产物CO,称直接还原；一部分氢在低温代替CO还原, 另部分氢在高温代替碳进行直接还原，统称氢的还原。根据温度不同，高炉内还
原过程划分三个区，低于800C的块状带是间接还原区；800C?1100C是间接还原和直接还原共存区；高于1100C的是直接还原区。高炉内的主要化学反应为：
(1) 、用CO还原
高于570 C时：
3 Fe2O3+CO=2 Fe3O4+CO2
Fe3O4+CO=3FeO+CO2
低于570 C时:
3 Fe2O3+CO=2 Fe3O4+ CO2
Fe3O4+4CO=3Fe+4 CO2
(2) 、用固体碳还原
高于570 C时：
3 Fe2O3+C=2 Fe3O4+CO
Fe3O4+C=3FeO+CO
FeO+C=Fe+CO
低于570 C时由于FeO不能稳定存在，进行下列反应：Fe3O4+4C=3Fe+4CO
FeO+C=Fe+CO
(3) 、用H2 还原
高于570 C时：
3 Fe2O3+ H2=2 Fe3O4+ H2O
Fe3O4+ H2=3FeO+ H2O
FeO+ H2=Fe+ H2O
小于570 C时：
3 Fe2O3+ H2=2 Fe3O4+ H2O
Fe3O4+4 H2=3Fe+4 H2O
3、高炉对原燃料质量的要求
(1) 、对原燃料的整体要求精料是高炉操作稳定顺行的必要条件，精料的内容可概括为：高品位、强度、冶金性能指标等都高。
稳成分稳定，波动范围小。
小粒度小而匀(上、下限范围窄) 。
净粉末筛除干净。
熟熟料率高。
(2) 、对原燃料的具体要求
烧结矿成分稳定，品位、转鼓指数高，还原性好、软化温度高，小于5mm 的比例不大于5%。
球团矿成分稳定，品位高，低温还原粉化率低，落下强度好。焦炭灰份低，固定碳高，M40 高，M10 低，硫、磷低，粒度均匀。
(3) 、合理的炉料结构
目前国内通用的炉料结构为：高碱度烧结矿配加酸性球团，熟料率100%。高碱度烧结矿配加高品位块矿和球团矿。
4、高炉最终产品及质量要求
(1) 、生铁
生铁是铁和碳、硅、锰等元素的合金，并含有少量的磷和硫，一般把此类生铁称为普通生铁。普通生铁按用途分，有炼钢生铁和铸造生铁两类，两种生铁的成分要求分别为：
炼钢生铁：硅含量在1.25%以下，硫含量在0.07%以内，按照硫含量的不同又分为
一类铁、二类铁、三类铁，一类铁硫含量在0.03%以下，二类铁硫含量在0.03~ 0.05%之间，三类铁硫含量在0.05?0.07%之间。
铸造生铁：硅含量在1.25%以上，硫含量在0.05%以内。按照硅含量的不同，铸造生铁又划分为不同标号。
(2) 、炉渣炉渣是高炉的副产品，其主要成分为CaO、SiO2、MgO、Al2O3 ，渣中MgO 含量在8?12%时炉渣流动性好、脱硫能力强，超过12%时则炉渣流动性变差，AI2O3 一般要求小于15%，超过15%后炉渣流动性变差、脱硫能力降低。衡量炉渣质量的主要标准是炉渣中玻璃体含量的高低，含量越高质量越好。
炉渣在工业上的用途主要有：
a、液体炉渣用水急冷，粒化成水渣，作为水泥原料。
b、用蒸汽或压缩空气将液体炉渣吹成渣棉，作绝热材料。
c、经过处理，可作为建筑或铺路材料。
(3) 、高炉煤气
高炉煤气的化学成分一般为CO214?19%，C O21?27%，H21?4%，CH40.6?1.05, N256%左右。每吨生铁可产煤气2000?3000m3煤气，煤气的发热值为
850kcal/m3,可作燃料用。除供热风炉外，还可供炼钢、焦炉、烧结点火、焙烧球团等。(4) 、炉尘
炉尘是煤气上升时带出的细颗粒固体炉料, 含碳5?15%,含铁30?50%,炉尘回收后可作烧结矿的原料使用。
5、高炉技术经济指标主要技术经济指标有：
(1)、利用系数每立方米高炉有效容积一昼夜生产的生铁吨数。
nv =日产量/有效容积(t/m3d)
(2)、焦比
每炼一吨生铁所需的焦炭量
K=每日燃烧焦炭量/日产铁量(kg/t)
⑶、煤比
每炼一吨生铁所用的煤粉量。
M=日燃烧煤粉量/日产铁量(kg/t)
(4) 、冶炼强度
每昼夜工作时间内，在一立方米高炉有效容积内燃烧的焦炭量。
1=每日燃烧的焦炭量/有效容积(t/m 3d)
(5) 、焦炭负荷：每批料中矿批重与焦炭批重之比值。
负荷=矿石批重/焦炭批重
(6) 、休风率：高炉休风时间占全部日历时间的百分数。
(7) 、生铁合格率：生铁的化学成分符合国家规定要求的数量占全部产量的百分比。
二、炼铁工艺流程
高炉冶炼就是从铁矿石中将铁还原出来，并熔化成生铁。还原铁矿石需还原剂，
为了熔融脉石还需加入石灰石，并提供足够的热量以熔化渣铁。高炉内的还原剂和燃料主要是焦炭，为了节省焦炭，还从风口喷入重油、天然气、煤粉等其它燃料，以代替焦炭。为了提高矿石品位及利用贫矿资源，矿石要经过选矿、烧结，作成烧结矿和球团矿供高炉使用。
高炉是一个竖式的圆筒形炉子，其本体包括炉基、炉壳、炉衬及冷却设备和高炉框架或支柱。高炉的内部工作空间叫炉型，一般可分为五段，即炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉。炉缸部分有风口、渣口和铁口，在高炉上部还有装料设备。
高炉生产除本体外，还有以下几个系统：
1、上料系统包括原料的贮存、中和、贮矿槽、称量与筛分，最后通过斜桥或皮
带方式把炉料运至炉顶，经装料设备装入炉内。其中装料设备有钟式和无钟式两种，目前大型高炉采用无钟炉顶较多，中小型高炉采用钟式炉顶较多。
2、送风系统包括鼓风机、热风炉、热风总管、围管等。其中鼓风机有离心式、轴流式两种，通常小型高炉采用离心式风机、大型高炉采用轴流式风机；风机的驱动方式有电动和汽动两种，电动一次性投资省，但运行费用高，汽动一次性投资高，但运行费用低。热风炉有外燃式、顶燃式、内燃式等，其中中小高炉采用顶燃式较多，1000?2000 m3级高炉采用霍戈文内燃式较多，大于2000 m3级高炉采用外燃式较多；近年来，3000 m3 级高炉逐步采用霍戈文内燃式，使用效果良好。
3、煤气除尘系统湿法除尘包括煤气管线、重力除尘器、洗涤塔、文氏管、脱水器等，干法除尘包括重力除尘器、布袋除尘、电除尘等。其中湿法除尘有洗涤塔加文氏管、双文氏管、蒸喷塔文、卢森堡PW 公司的专利技术比肖夫等，几种湿法除尘工艺中洗涤塔加文氏管、双文氏管使用较多，近年新建的高炉开始采用蒸喷塔文和比肖夫，目前大型高炉绝大多数采用湿法除尘，极个别大型高炉采用干法除尘的同时也配有湿法除尘备用。干法除尘工艺主要有布袋除尘和电除尘，目前国内中小型高炉普遍采用布袋除尘工艺，使用效果良好。
4、渣铁处理系统包括出铁场、泥炮、开口机、堵渣机、炉前吊车、铁水罐、铸铁机、冲水渣设备等。其中水渣处理方法有辐流沉淀法、INBA 法、图拉法、底滤法、轮法、泡渣法等。目前国内大型高炉采用INBA 法、图拉法较多，也有部分高炉采用底滤法；中小型高炉采用辐流沉淀法较多，部分高炉也有采用底滤法；泡渣法由于处理过的水渣质量次、环境污染严重，现已很少采用。
5、喷煤系统喷煤有煤粉的制取、运输、收集、喷吹罐及喷枪等；喷油有油的卸入、储存、加热、油泵及喷枪等。由于原油价格高，目前国内高炉基本全部喷吹煤粉，只有极个别高炉喷吹重油。
三、操作制度
1、装料制度是高炉上部调剂的基本手段，运用装料制度的目的，在于通过对炉喉径向矿、焦比的的控制，以实现煤气流的合理分布。一般情况强化程度高的高炉煤气曲线呈中心型，强化程度低的高炉煤气曲线呈双峰型。装料制度包含的主要内容有：
批重大小小批重加重边缘，大批重加重中心，如批重过大，不仅加重中心，而且也有加重边缘的作用。
装料次序焦炭和矿石一起入炉为同装，焦炭和矿石分开入炉为分装，矿石在前焦炭在后入炉为正装，焦炭在前矿石在后入炉为倒装。在批重和料线不变的情况下，由加重边缘走向加重中心的一般顺序为：正同装——正分装——倒分装——倒同装。
料线高低在碰撞区以上，料面堆尖位置随着料线降低而靠近炉墙。
2、送风制度是指在一定的冶炼条件下，选择并调剂风口进风的数量、质量和状态，以达到炉缸工作均匀活跃、煤气流初始分布合理。送风制度的中心环节在于选择风口面积，以获得基本合适的风口风速和鼓风动能。送风制度包含的主要内容有：风量调剂、风温调节、富氧鼓风、喷吹煤粉。
3、造渣制度和炉缸热制度
造渣制度是根据铁种要求，从脱硫和顺行出发，控制合适的炉渣碱度和流动性。炉渣的成分中碱度是首位参数，MgO含量的高低用于调整炉渣流动性和稳定性。一般情况下，炉渣碱度在1.10?1.15之间、MgO含量在8?12%之间炉渣脱硫和流动性较好。
炉缸热制度是根据冶炼条件和铁种要求，在争取最低燃料消耗的前提下，选择并保持稳定而充沛的炉温。炉温的表示方式有两种，一为生铁硅含量，为生铁的化学热；一为铁水温度，为生铁的物理热。炉缸热制度包含的主要内容有：风量调剂、风温调节、喷吹量调节、焦炭负荷调节等，其中焦炭负荷调节是热制度调节的主要内容。