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2023
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02
高爐煉鐵基本知識(shí)
一、 高爐冶煉的基本原理
高爐煉鐵仍然是目前最佳的煉鐵方法，是其它煉鐵方法不可比擬的。煉鐵最基本的功能是把鐵礦石變成鐵。鐵礦石的主要成分是鐵氧化物。
用一氧化碳作還原劑 Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2
用碳作還原劑 Fe2O3+3C=2Fe+3CO
用氫氣作還原劑 Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O
礦石中的脈石生成低熔點(diǎn)的化合物，形成爐渣，與鐵水分離。
純SiO2熔點(diǎn)1728℃，純Al2O3熔點(diǎn)2050℃，加入CaO使形成的化合物熔點(diǎn)降低。
SiO2+CaO=CaSiO3
CaO由石灰石分解得到：CaCO3=CaO+CO2
石灰石稱作熔劑。
由于上述反應(yīng)是在高溫下進(jìn)行的，需要焦炭燃燒來提供高溫并同時(shí)產(chǎn)生還原劑。
2C+O2=2CO
焦炭還起到爐料骨架和滲碳劑的作用。
為了節(jié)約冶金焦炭，降低成本，噴吹煤粉代替部分焦炭。
為了提供焦炭燃燒所需的氧氣，需要向高爐內(nèi)鼓入空氣，為了降低焦炭消耗，往往要把鼓入高爐的空氣預(yù)先加熱到1000℃以上，叫作熱風(fēng)。現(xiàn)在多數(shù)高爐熱風(fēng)溫度都能達(dá)到1150℃以上。比較先進(jìn)的在1200℃以上。
二、 高爐生產(chǎn)的工藝流程
實(shí)際的煉鐵高爐首先包括高爐本體，除此以外，還包括六大系統(tǒng)：
送風(fēng)系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、渣鐵處理系統(tǒng)、煤氣凈化系統(tǒng)、噴吹燃料系統(tǒng)。
1 、高爐本體：高爐本體是由金屬爐殼、冷卻設(shè)備和耐火砌體等構(gòu)成的豎立的圓筒，它的內(nèi)型由五段構(gòu)成。自上而下即爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸 。該內(nèi)型的尺寸變化適應(yīng)了爐內(nèi)的物理化學(xué)變化。
頂部有裝料設(shè)備，分鐘式和無(wú)鐘式兩種；下部爐缸有出鐵口和出渣口(多鐵口高爐沒有出渣口，爐渣在出鐵過程中從鐵口排出)，爐缸上沿有風(fēng)口。
2、上料系統(tǒng)：主要有料倉(cāng)(用以接納從燒結(jié)或球團(tuán)廠、煉焦廠和貯料場(chǎng)運(yùn)來的原料和焦炭)、篩分設(shè)備、稱量裝置、爐頂裝料設(shè)備、皮帶運(yùn)輸機(jī)和有關(guān)閘門等。各設(shè)備之間主要靠皮帶運(yùn)輸機(jī)連接。往爐頂上料的方式小爐子一般用料車卷?yè)P(yáng)機(jī)經(jīng)過斜橋運(yùn)輸，大爐子多用皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸。
3、送風(fēng)系統(tǒng)：包括鼓風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)爐及相關(guān)的各種閥門。送風(fēng)系統(tǒng)和高爐之間用管道連接。鼓風(fēng)機(jī)有蒸汽驅(qū)動(dòng)和電力驅(qū)動(dòng)兩類。通常一座高爐需3或4座熱風(fēng)爐輪流加熱和送風(fēng)，其形狀為立式圓筒狀，外殼用鋼板制成，內(nèi)砌耐火磚。根據(jù)燃燒室的設(shè)置不同，熱風(fēng)爐分為內(nèi)燃式、外燃式和頂燃式三種。
4、冷卻系統(tǒng)：為了降低爐襯溫度、延長(zhǎng)高爐壽命、保持合理的爐型，需要有冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)主要由水泵、循環(huán)水管道、閥門、冷卻壁等冷卻設(shè)備構(gòu)成。
5、渣、鐵處理系統(tǒng)：為了按時(shí)排除爐內(nèi)的渣鐵，需要渣鐵處理系統(tǒng)。在爐前有開鐵口用的開口機(jī)、堵鐵口用的泥炮和堵渣口用的堵渣機(jī)；出鐵場(chǎng)上有鐵水流槽、沖水渣設(shè)備和出鐵場(chǎng)用的吊車；還有運(yùn)輸鐵水用的鐵水罐、魚雷車以及鑄鐵機(jī)等。
6、煤氣除塵設(shè)備：高爐產(chǎn)生的煤氣含有大量的粉塵，必須經(jīng)過除塵處理才能供用戶使用。包括重力除塵器、洗滌塔、文氏管、脫水器(如采用干法除塵，則在重力除塵器后接布袋除塵器或電除塵器)；此外，還有爐頂壓力調(diào)節(jié)裝置、余壓發(fā)電設(shè)備以及有關(guān)閥類。爐頂與各除塵設(shè)備之間用管道連接。
7、噴吹燃料系統(tǒng)：現(xiàn)在主要是噴吹煤粉。由制粉設(shè)備、干燥設(shè)備、收粉設(shè)備、噴吹設(shè)備等構(gòu)成。
三、 高爐用主要原燃料
1、含鐵原料：燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、天然塊礦
2、燃料：焦炭、煤粉
3、熔劑：石灰石、白云石、硅石（現(xiàn)在熔劑一般不再單獨(dú)加入，而是加入燒結(jié)礦或球團(tuán)礦中，以減少在爐內(nèi)吸熱、降低焦比）
4、洗爐劑：螢石、錳礦（也有時(shí)作為冶煉鑄造鐵的原料）
高爐對(duì)原燃料的基本要求：有效成分含量高、磷、硫等有害雜質(zhì)少、機(jī)械強(qiáng)度高、粒度適當(dāng)而且均勻、熟料比高、冶金性能好。
四、 高爐主要產(chǎn)品和副產(chǎn)品
1、生鐵（鐵水）鐵水的溫度為1450-1530℃，煉鋼鐵水成分：碳4.0%、硅0.45%、錳0.20%、硫0.030%、磷0.070%；鑄造生鐵硅1.25%以上。
2、副產(chǎn)品：
爐渣：可作建筑材料，主要成分CaO 36%、SiO2 33%、Al2O3 15%、MgO10%
高爐煤氣：可作燃料，主要用途：加熱熱風(fēng)爐、鍋爐、焦?fàn)t、加熱爐，CCPP發(fā)電、汽輪機(jī)發(fā)電，煤氣的余壓可供TRT發(fā)電。主要成分：CO 21%、CO2 20%、H2 2.5%、N2 56%
爐塵（瓦斯灰）：由含鐵料、燃料粉末構(gòu)成。可作為生產(chǎn)燒結(jié)礦的原料，循環(huán)利用。
五、 高爐主要生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)
利用系數(shù)：?jiǎn)挝桓郀t有效容積每晝夜的出鐵量。單位，噸/（米3·日）。例如2000米3高爐如果每天產(chǎn)量5000噸，則利用系數(shù)為2.5噸/（米3·日）。利用系數(shù)越高說明高爐生產(chǎn)水平越高。
焦比：生產(chǎn)一噸生鐵所消耗的焦炭數(shù)量，單位千克/噸。焦比越低，說明消耗越低，成本就越低。先進(jìn)的高爐焦比300千克/噸左右。
燃料比：生產(chǎn)一噸生鐵所消耗的焦炭、煤粉等燃料的總和，單位同焦比。
綜合焦比：把不同燃料按一定折合系數(shù)折合成焦炭，叫綜合焦炭，冶煉一噸生鐵消耗的綜合焦炭的數(shù)量，即為綜合焦比。一般煤粉按0.8折合。
六、 高爐生產(chǎn)的特點(diǎn)
1、連續(xù)性。從開爐到停爐一代壽命可達(dá)10年以上，生產(chǎn)是連續(xù)進(jìn)行的。
2、規(guī)模大。4000m3級(jí)以上的高爐，每天產(chǎn)量可達(dá)10000噸以上。目前沙鋼新投產(chǎn)的高爐爐容已達(dá)5800m3。
3、機(jī)械化、自動(dòng)化程度高。除了出渣鐵操作，其它操作幾乎都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。
4、復(fù)雜性。高爐生產(chǎn)工藝和技術(shù)涉及物理化學(xué)、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)等多門學(xué)科，內(nèi)部情況目前無(wú)法準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，還主要靠經(jīng)驗(yàn)判斷，目前世界上還沒有可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的專家系統(tǒng)和數(shù)學(xué)模型。另外在鋼鐵廠，煉鐵生產(chǎn)涉及的點(diǎn)多面廣，是一個(gè)系統(tǒng)工程。
5、對(duì)焦炭的依賴性。目前高爐還必須依賴焦炭，隨著煉焦煤資源的日趨緊張，高爐必將受到其它煉鐵方法的挑戰(zhàn)！
高爐煉鐵,唐山嘉恒實(shí)業(yè)有限公司
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