煉鐵工藝(高爐煉鐵工藝介紹)
高爐煉鐵工藝分為以下幾個部分:高爐煉鐵工藝詳解、高爐煉鐵原理、主要工藝設(shè)備簡介、高爐煉鐵原料、高爐爐體主要部件介紹、高爐操作知識。
一、高爐煉鐵工藝詳解
高爐工藝流程詳情如下圖所示:
二、高爐煉鐵的原理
煉鐵過程實質(zhì)上是將鐵從其自然形態(tài)-含鐵化合物如礦石中還原出來的過程。
煉鐵方法主要有高爐法、直接還原法、熔融還原法等。其原理是礦石處于特定的氣氛中(還原性物質(zhì)CO、H2、C；合適的溫度等。)通過物理化學(xué)反應(yīng)得到還原生鐵。生鐵除少部分用于鑄造外，大部分用作煉鋼原料。
高爐是現(xiàn)代煉鐵的主要方法，也是鋼鐵生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。這種方法是古代豎爐煉鐵發(fā)展和改進的。盡管世界各地開發(fā)了許多新的煉鐵方法，但高爐煉鐵因其技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)好、工藝簡單、產(chǎn)量大、勞動生產(chǎn)率高、能耗低，生產(chǎn)的鐵仍占世界鐵總產(chǎn)量的95%以上。
煉鐵過程是含鐵原料(燒結(jié)礦、球團礦或鐵礦石)、燃料(焦炭、煤粉等)。)和其他輔助原料(石灰石、白云石、錳礦等。)按一定比例從高爐頂部裝入高爐，在高爐下部沿爐周風(fēng)口吹入熱風(fēng)，幫助焦炭燃燒(有些高爐還噴入煤粉、重油、天然氣等輔助燃料。)，焦炭中的碳被吹入/高溫。原料和燃料隨著熔爐中的熔煉過程而減少。當(dāng)爐料下降和上升的氣體相遇時，傳熱、還原、熔化和脫碳相繼發(fā)生，生成生鐵。鐵礦石原料中的雜質(zhì)與加入爐內(nèi)的熔劑結(jié)合形成熔渣，爐底的鐵水被間歇地排入鐵水罐，送往煉鋼廠。同時產(chǎn)生高爐煤氣和爐渣兩種副產(chǎn)品。高爐礦渣鐵主礦石中未還原的雜質(zhì)與助熔劑如石灰石結(jié)合。從出渣口排出后，經(jīng)水淬后全部用作水泥生產(chǎn)的原料。產(chǎn)生的煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)除塵后用作熱風(fēng)爐、加熱爐、焦?fàn)t、鍋爐等的燃料。煉鐵工藝及主要排污節(jié)點見上圖。
三。高爐冶煉主要工藝設(shè)備簡介
煉鐵設(shè)備包括:①高爐爐體；②飼養(yǎng)設(shè)備；③供氣設(shè)備；④注射設(shè)備；⑤氣體處理設(shè)備；⑥渣鐵處理設(shè)備。
通常輔助系統(tǒng)的建設(shè)投資是高爐的4~5倍。在生產(chǎn)中，各系統(tǒng)相互配合、相互制約，形成了連續(xù)的、大規(guī)模的高溫生產(chǎn)過程。高爐啟動后，整個系統(tǒng)必須日夜連續(xù)生產(chǎn)。除了有計劃的維護和特殊事故的臨時休風(fēng)，爐子通常會一直停到一代人的生命結(jié)束。
簡要介紹了高爐系統(tǒng)的主要設(shè)備(爐體系統(tǒng)、渣處理系統(tǒng)、加料系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和送風(fēng)系統(tǒng))。
1.鼓風(fēng)爐
高爐爐體復(fù)雜，文末附有專門介紹。
圓形斷面煉鐵豎爐。爐殼采用鋼板，內(nèi)襯耐火磚。高爐爐體從上到下分為五個部分:爐喉、爐身、爐腰、爐腹和爐缸。由于高爐煉鐵技術(shù)具有經(jīng)濟指標(biāo)好、工藝簡單、產(chǎn)量大、勞動生產(chǎn)效率高、能耗低等優(yōu)點，該方法生產(chǎn)的鐵占世界鐵總產(chǎn)量的絕大部分。在高爐生產(chǎn)過程中，鐵礦石、焦炭和造渣劑(石灰石)從高爐頂部裝入，預(yù)熱空氣體從位于高爐下部的風(fēng)口沿高爐圓周吹入。高溫下焦炭中碳(有些高爐還噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料。)與空氣體中的氧氣燃燒生成一氧化碳和氫氣，鐵礦石中的氧氣在爐內(nèi)上升的過程中被除去，使鐵得以還原。鐵水從出鐵口排出。鐵礦石中未被還原的雜質(zhì)與熔劑如石灰石結(jié)合產(chǎn)生爐渣，從出渣口排出。產(chǎn)生的氣體從爐頂排出，經(jīng)除塵后作為熱風(fēng)爐、加熱爐、焦?fàn)t、鍋爐等的燃料。高爐冶煉的主要產(chǎn)品是生鐵，還有副產(chǎn)品高爐渣和高爐煤氣。
2.高爐除塵器
用于收集高爐煤氣中粉塵的設(shè)備。高爐用除塵器包括重力除塵器、離心除塵器、旋風(fēng)除塵器、洗滌塔、文丘里管、空氣洗滌器、靜電除塵器、袋式除塵器等。粗粉塵(> 60 ~ 90um)可用重力除塵器、離心除塵器、旋風(fēng)除塵器去除。細(xì)粉塵需要空氣洗滌器、靜電除塵器等除塵設(shè)備。
3.高爐鼓風(fēng)機
高爐最重要的動力設(shè)備。它不僅直接為高爐冶煉提供氧氣，還為克服高爐料柱阻力提供氣體動力。在現(xiàn)代和中型高爐中使用的大多數(shù)鼓風(fēng)機是離心式鼓風(fēng)機和由汽輪機驅(qū)動的軸流式鼓風(fēng)機。近年來，使用了大容量同步電動鼓風(fēng)機。這種鼓風(fēng)機耗電量大，但容易啟動和維護，投資少。高爐冶煉要求鼓風(fēng)機能供應(yīng)一定量的空氣體，以保證一定量碳的燃燒；所需風(fēng)量不僅與爐容量成正比，還與高爐強化程度有關(guān)。一般配有單位爐容量2.1 ~ 2.5m3/min的風(fēng)量。但實際上，考慮到生產(chǎn)的發(fā)展，很多高爐都配備了容量大于這個比例的風(fēng)機。
5.鐵水罐車
罐車用于運輸鐵水，實現(xiàn)鐵水在脫硫跨和加料跨之間的轉(zhuǎn)移，或放在混鐵爐下，用于高爐或混鐵爐出鐵。
四。高爐煉鐵原料
高爐冶煉的原料主要由鐵礦石、燃料(焦炭)和熔劑(石灰石)組成。
通常冶煉1噸生鐵需要1.5-2.0噸鐵礦石、0.4-0.6噸焦炭和0.2-0.4噸熔劑，總共需要2-3噸原料。為了保證高爐生產(chǎn)的連續(xù)性，需要足夠數(shù)量的原料。
因此，無論是生鐵生產(chǎn)企業(yè)還是鋼廠，采購原材料都顯得尤為重要。
雖然生鐵冶煉的原理是一樣的，但是因為方法和冶煉設(shè)備的不同，工藝流程也不一樣。下面簡單介紹一下。
高爐生產(chǎn)是連續(xù)的。第一代高爐(從開爐到大修停爐)可以連續(xù)生產(chǎn)幾年到十幾年。生產(chǎn)時，鐵礦石、焦炭和熔劑從爐頂連續(xù)加入(一般爐頂由物料和料斗組成；現(xiàn)代高爐是鐘形閥爐頂和無鐘爐頂)，熱空氣(1000 ~ 1300攝氏度)從高爐下部的風(fēng)口吹出，噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐的鐵礦石主要是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭和噴吹中的碳以及碳燃燒產(chǎn)生的一氧化碳會把鐵礦石中的氧帶出來，得到鐵。這個過程叫做還原。鐵礦石被還原成生鐵，鐵水從出鐵口排出。鐵礦石中的脈石、焦炭中的灰分和噴吹料與加入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，分別從出鐵口和出渣口排出。煤氣從爐頂導(dǎo)出，除塵后用作工業(yè)煤氣?，F(xiàn)代高爐也可以利用爐頂?shù)母邏海⒗貌糠州敵鰵怏w發(fā)電。
生鐵是高爐產(chǎn)品(指高爐冶煉生鐵)，高爐的產(chǎn)品除了生鐵，還有錳鐵等。，屬于鐵合金產(chǎn)品。錳鐵高爐不參與煉鐵高爐各項指標(biāo)的計算。煉鐵過程中還會產(chǎn)生水渣、渣毛、高爐煤氣等副產(chǎn)品。
煉鐵的特點:規(guī)模大。無論在世界其他國家還是在中國，高爐的容積都在不斷擴大。比如中國寶鋼的高爐4063立方米，日產(chǎn)生鐵1萬多噸，渣4000多噸，日耗焦炭4000多噸。
目前國內(nèi)單個生鐵廠家的高爐容積已經(jīng)達到500立方米左右，但大部分還在100-300立方米之間，甚至還有100立方米以下的高能耗、高污染的小高爐。他們的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，比較分散，沒有它的規(guī)模，和國際鋼廠沒法比。
附件:高爐爐體主要部件
高爐爐殼:現(xiàn)代高爐普遍采用焊接鋼板爐殼，只有少數(shù)最小的土高爐用鋼箍加固。爐殼的作用是固定冷卻設(shè)備，保證高爐砌筑牢固，密封爐體，部分還承受頂部負(fù)荷。除了巨大的重力，爐殼還承受熱應(yīng)力和內(nèi)部氣體壓力。有時還要抵抗突然發(fā)生的物料崩塌、物料坐實甚至氣體爆炸的沖擊，所以要有足夠的強度。爐殼的外部尺寸應(yīng)與高爐的內(nèi)部形狀、爐體各部分的厚度和冷卻設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式相適應(yīng)。
爐喉:鼓風(fēng)爐主體的最高部分，呈圓柱形。爐喉不僅是爐料的入口，也是氣體的出口。它控制和調(diào)節(jié)爐料和氣體的上部分布。喉部直徑應(yīng)與爐膛直徑、腰部直徑和大鐘直徑成比例。喉部高度應(yīng)允許裝載一批以上的物料，以便控制爐料和氣流的分布。
爐體:高爐鐵礦石間接還原的主要區(qū)域，簡稱圓臺，自上而下逐漸擴大，以防止?fàn)t料受熱時體積膨脹后形成料拱，減少爐料下落的阻力。爐膛角度對爐料下降和氣流分布有很大影響。
爐腰:高爐直徑最大的部分。它在爐體和爐腹之間形成了合理的過渡。由于爐渣是在爐腰處形成的，粘稠的初渣會惡化爐料的透氣性，為了減少氣流的阻力，爐渣量大時可以適當(dāng)加大爐腰的直徑，但仍要與其他部位的大小保持適當(dāng)?shù)谋壤P(guān)系，比例要在上限。腰高對高爐冶煉過程影響不大，一般只在小范圍內(nèi)變化。
爐腹:高爐熔化造渣的主要部位，呈倒圓錐形。為適應(yīng)爐料熔化后體積收縮的特點，其直徑自上而下逐漸減小，形成一定的爐腹角。爐腹的存在使燃燒區(qū)處于合適的位置，有利于氣流的均勻分布。爐腹高度視高爐容積而定，但不能過高或過低，一般為3.0 ~ 3.6m .爐腹角度一般為79° ~ 82°；過大，不利于氣流分布；如果太小，不利于收費的順利進行。
爐缸:鼓風(fēng)爐燃料燃燒、渣鐵反應(yīng)、儲存和排放的圓柱形區(qū)域。鐵口、渣口和風(fēng)口都位于爐缸內(nèi)，因此也是承受高溫煤氣和渣鐵物理化學(xué)侵蝕最嚴(yán)重的部位，對高爐煤氣的初次分配、熱制度、生鐵的質(zhì)量和品種都有非常重要的影響。
爐底:高爐爐底砌體不僅承受爐料、渣液和鐵水的靜壓，還要承受1400 ~ 4600℃的高溫、機械和化學(xué)侵蝕，其侵蝕程度決定了高爐的壽命。只有當(dāng)砌體表面溫度降低到其接觸的渣鐵凝固溫度，表面形成渣皮(或鐵殼)時，才能防止其被進一步侵蝕，所以需要對爐底進行冷卻。通常采用風(fēng)冷或水冷。目前我國大中型高爐大多采用全碳磚爐底或碳磚加高鋁磚爐底，大大提高了爐底的散熱能力。
爐基:其作用是根據(jù)地層的承載能力，將集中的重量均勻地轉(zhuǎn)移到地層上，所以其形狀向下擴展。而高爐和爐底的總重量往往是高爐容積的10-18倍(噸)。不存在不均勻的爐底下沉。一般情況下，爐底的傾斜值不大于0.1% ~ 0.5%。高爐基礎(chǔ)應(yīng)有足夠的強度和耐熱性，以防止在各種應(yīng)力下產(chǎn)生裂紋。爐底通常為圓形或多邊形，以減少熱應(yīng)力的不均勻分布。
爐襯:高爐的爐襯構(gòu)成了高爐的工作室空，起著減少高爐熱損失和保護爐殼及其他金屬結(jié)構(gòu)免受熱應(yīng)力和化學(xué)侵蝕的作用。襯里是由耐高溫的耐火材料制成的。爐襯的損壞受多種因素的影響，不同部位的工作條件不同，必須根據(jù)部位、冷卻和高爐操作選擇不同的耐火材料。
爐喉護板:在爐料的頻繁沖擊和高溫氣流的沖刷下，爐喉的工作條件非常惡劣。保持其圓筒形狀不被損壞是高爐上部調(diào)整的先決條件。因此，在爐喉處設(shè)置了保護板(鋼磚)。小高爐的護喉板可以用鑄鐵制成，形狀為開口的盒子；大型高爐爐喉護板由100 ~ 150 mm厚的鑄鋼制成。護喉器主要有塊狀、條狀和變徑狀。變徑爐的爐喉護板還起到調(diào)節(jié)爐料和氣流分布的作用。
高爐解體
為了在操作技術(shù)上正確處理高爐冶煉中經(jīng)常出現(xiàn)的復(fù)雜現(xiàn)象，有必要了解爐內(nèi)情況。在盡可能保持高爐原有生產(chǎn)狀態(tài)的情況下，高爐停爐、注水冷卻或充氮冷卻后，對爐喉至爐底的積鐵進行詳細(xì)的解體調(diào)查，稱為高爐解體調(diào)查。雖然不能全面了解高爐生產(chǎn)的動態(tài)情況，但對了解高爐過程和加強高爐冶煉有很大的參考價值。
高爐冷卻裝置
高爐爐襯內(nèi)部溫度高達1400℃，耐火磚通常會軟化變形。高爐冷卻裝置是為延長磚襯壽命而設(shè)置的，它用于傳遞磚襯內(nèi)的熱量，將爐渣凝結(jié)成高爐下部磚襯上的保護渣層。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，高爐的冷卻裝置大致可分為外部噴水冷卻、風(fēng)口渣口冷卻、冷卻壁和冷卻水箱、風(fēng)冷(水冷)爐底。
高爐灰
又稱爐灰，是高爐煤氣帶出的爐料粉末。其數(shù)量不僅與高爐冶煉強度和爐頂壓力有關(guān)，而且與爐料性質(zhì)有很大關(guān)系。爐料粉末越多，爐塵量越大。目前每噸煉鐵約有10 ~ 10~100kg高爐灰。高灰分通常含有約40%的鐵，并含有更多的碳和堿性氧化物。它的主要成分是焦粉和礦粉。在燒結(jié)原料中添加一定量的高爐渣可以節(jié)約熔劑，降低燃料消耗。
高爐基本操作系統(tǒng)
1、爐前操作的任務(wù)
①使用專用設(shè)備和工具，如開孔機、泥炮、堵渣機等。按規(guī)定時間分別開渣和出鐵口，放出渣和鐵，然后通過渣和出鐵口分別流入渣和出鐵口，渣和鐵排出后堵住渣和出鐵口，保證高爐連續(xù)生產(chǎn)。
②完成爐渣、鐵口及爐前各種專用設(shè)備的維護。
③制造和修理撇渣器、主流道、渣道和流道。
④更換空氣、渣口等冷卻設(shè)備，清理渣鐵運輸線等一系列與出渣有關(guān)的工作。
2.穩(wěn)定順行高爐爐況:一般是指爐內(nèi)爐料下降均勻，煤氣流量上升均勻，爐溫穩(wěn)定充足，生鐵合格，產(chǎn)量高，消耗低。
3.操作制度:根據(jù)高爐具體情況(如高爐類型、裝備水平、原料條件、生產(chǎn)計劃、品種指標(biāo)要求等)制定的高爐操作規(guī)程。
4.高爐基本操作系統(tǒng):裝料系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、爐缸加熱系統(tǒng)和出渣系統(tǒng)。