炼铁厂工艺介绍课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,炼铁工艺及工厂介绍,中冶建筑研究总院有限公司,国家工业建构筑物质量安全鉴定检验中心,炼钢基本工艺流程,烧结,烧结是钢铁生产工艺中的一个重要环节，它是将铁矿粉、粉（无烟煤）和石灰按一定配比混匀，经烧结而成的有足够强度和粒度的烧结矿可作为炼铁的熟料。,利用烧结熟料炼铁对于提高高炉利用系数、降低焦比、提高高炉透气性保证高炉运行均有一定意义。,球团,球团矿是细磨铁精矿或,其它含铁粉料造块的又,一方法。它是将精矿粉、,熔剂（有时还有粘结剂,和燃料）的混合物，在,造球机中滚成直径,8,15mm,（用于炼钢则要,大些）的生球，然后干,燥、焙烧，固结成型，成为具有良好冶金性质的优良含铁原料，供给钢铁冶炼需要。,球团,焦化,装炉煤经过高温干馏转化为焦炭、焦炉煤气和化学产品的工艺过程。即煤炭焦化。,指主要从硬煤和褐煤中生产焦炭、煤气、干馏炭及煤焦油或沥青等副产品的炼焦炉的操作活动。,焦炭是高炉冶炼的主要燃料。,焦化,炼铁,将金属铁从含铁矿物,（主要为铁的氧化物）中,提炼出来的工艺过程，,主要有高炉法，直接还,原法，熔融还原法，等,离子法。,高炉炼铁是指把铁矿石,和焦炭，一氧化碳，氢气等燃料及熔剂（从理论上说把活动性比铁的金属和矿石混合后高温也可炼出铁来）装入高炉中冶炼,去掉杂质而得到金属铁（生铁）。,高炉炼铁基本原理,1,、高炉炼铁概述,高炉是一种竖炉型逆流式反应器。高炉冶炼用的铁矿石和燃料、熔剂等由炉顶的装料设备装入炉内的，并向下运动；从下部鼓入的空气燃烧燃料，产生大量的高温还原性气体向上运动；炉料经过加热、还原、熔化、滴落、造渣、渗碳、脱硫等一系列物理化学过程，最终生成液态炉渣和生铁。,炉渣和生铁定期通过铁口外排。通过炉前撇渣器进行渣铁分离，铁水通过鱼雷罐运到炼钢或铸铁。炉渣经过水淬后，输送到渣场。,高炉炼铁的主产品是生铁，副产品是高炉煤气、水渣、炉尘。,9,2,、高炉炼铁原、燃料,高炉炼铁主要原、燃料为铁矿石、燃料、熔剂。,铁矿石,铁矿石种类,铁矿石分为天然矿和人造富矿。,天然矿按铁氧化物的主要矿物形态，分为赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿和菱 铁矿等。炼铁常用的天然矿有澳矿、印度矿等。锰矿一般在洗炉、生产锰铁时才使用,在高炉开炉时为改善渣铁流动性，也加入一部分锰矿。,烧结矿和球团矿统称人造富矿，人造富矿的出现解决了精矿粉、富粉矿的利用问题,同时用人工手段改变矿石的冶炼性能,所以人造富矿优于天然矿。烧结矿一般为碱性，球团矿为酸性，通过烧结矿和球团矿搭配入炉形成合适的炉渣碱度。,铁矿石代用品,高炉炉尘、转炉炉尘、轧钢皮等，这些原料均要加入人造富矿原料中使用。,对铁矿石的质量要求,贯彻精料方针，可概括为：“高、熟、净、小、匀、稳”六个字。,炼铁工作者经过长期的生产实践总结出“七分原料三分操作”或“四分原料三分设备三分操作”说明精料对高炉生产决定性影响。,高炉炼铁基本原理,10,燃料,主要有焦炭和煤粉，煤粉分无烟煤和烟煤。,焦炭在高炉中主要作用,提供高炉冶炼所需的大部分热量。高炉冶炼所消耗热量的,70,80,来自燃料燃烧。,提供高炉冶炼所需的还原剂。焦炭中的碳及焦炭燃烧产生的一氧化碳是铁及其它氧化物进行还原的还原剂。,高炉料柱的骨架。由于焦炭在高炉料柱中约占,1/3-1/2,的体积，而且焦炭在高炉条件下即不熔化也不软化，它能在高炉中能起支持料柱、维持炉内透气的骨架作用。,生铁形成过程中渗碳的碳源。,由于煤粉不能形成料柱骨架，所以喷煤不能完全替代焦炭使用。,对焦炭的质量要求,灰分要低，固定碳含量要高；含硫等有害杂质少；机械强度要高，粒度要均匀、粉末要少；成分稳定，反应性要低，抗碱性要强。,对煤的质量要求,灰分要低，固定碳含量要高；含硫等有害杂质少；发热量要高；煤的燃,烧性要好；可磨性要好。,高炉炼铁基本原理,11,熔剂,由于高炉造渣的需要，入炉中常需配加一定数量的助熔剂，简称熔剂。由于目前高炉采用大部分人造富矿冶炼，熔剂在烧结生产时已添加到烧结矿中，形成碱性烧结矿，高炉一般不需单独吃熔剂。,熔剂种类,主要有石灰石（,CaO,3,),、白云石,Ca(MgO)CO,3,、硅石,(SiO,2,),、萤石,(CaF,2,),。,高炉开炉时，为了平衡碱度及增加渣量，吃一部分灰石和硅石。,萤石只有需要洗炉时才使用。,对熔剂的要求,有效成分,(CaO+MgO),含量高,;,熔剂中,S,、,P,杂质要少。,高炉炼铁基本原理,12,3,、高炉内型结构,炉 腰,铁口中心线,风口中心线,炉 喉,炉 缸,高炉有效高度,炉 身,炉 腹,高炉内部工作空间的形状称为高炉内型。,炉喉：,炉喉是炉料进高炉的入口，也是煤气的出口，对炉料和煤气分布起控制和调节作用。,炉身：,是截头圆锥体，炉料在炉身预热和还原，炉身直径自上而下逐渐扩大以适应炉料受热膨胀和减少炉料与炉墙之间的磨擦力，所形成炉身角对下料有明显影响。而炉身高度对煤气利用也有影响。,炉腰：,是高炉直径最大的部位，其直径的大小决定着高炉内型的高径比关系。其高度不起决定性作用，属高炉的过度段。,炉腹：,是倒置截头圆锥体，其收缩适应了矿石熔滴后的体积变化，同时也使燃烧带产生的高温煤气远离炉墙，有利于渣皮的形成，延长高炉寿命。,炉缸：,在炉缸上、下部设有风口、铁口，炉缸上部的风口区是燃料燃烧的地方，是煤气的发源地和冶炼过程所需热量的源泉。炉缸下部是渣铁贮存区，进行渣铁反应，是保证生铁质量的重要环节。,死铁层,高炉炼铁基本原理,13,4,、高炉内炉料的分布,按状态不同分为五个区域：,块状带、软熔带、滴落带、风口回旋区、渣铁贮存区。,高炉内炉料状态分布示意图 软熔带示意图,一、高炉炼铁基本原理,14,5,、炉内各区域的反应及特征,块状带,：炉料中水分蒸发及受热分解，铁矿石还原，炉料与煤气热交换；焦炭与矿石层状交替分布，呈固体状态；以气固相反应为主。,软熔带,：炉料在该区域软化，在下部边界开始熔融滴落；主要进行直接还原反应，初渣形成。,滴落带,：滴落的液态渣铁与煤气及固体碳之间进行多种复杂的化学反应。,风口回旋区,：焦炭及煤粉与鼓入的热风发生燃烧反应，产生高热煤气，是炉内温度最高的区域。,渣铁贮存区,：在渣铁层间的交界面及铁滴穿过渣层时发生渣金反应。,一、高炉炼铁基本原理,15,6,、炉内铁矿石中铁元素的还原反应,间接还原：,用,CO,、,H,2,为还原剂还原铁的氧化物，产物为,CO,2,、,H,2,O,的还原反应。,Fe,2,O,3,的间接还原反应（不可逆反应）,C,O,2,=2CO,，,3Fe,2,O,3,CO,2Fe,3,O,4,CO,2,C,H,2,O,CO,H,2,，,3Fe,2,O,3,H,2,2Fe,3,O,4,H,2,O,Fe,3,O,4,和,FeO,的间接还原反应（可逆反应）,570,：,3Fe,3,O,4,CO,2 FeO,CO,2,3Fe,3,O,4,H2,2 FeO,H,2,O,FeO,CO,Fe,CO,2,FeO,H,2,Fe,H,2,O,570,：,Fe,3,O,4,CO,Fe,CO,2,Fe,3,O,4,H,2,Fe,H,2,O,直接还原：,用,C,作为还原剂，最终气体产物为,CO,的还原反应。,3Fe,2,O,3,C,2Fe,3,O,4,CO,Fe,3,O,4,C,3FeO,CO,FeO,C,Fe,CO,直接、间接还原区域划分：,取决于炉内温度分布,低温区 ,800,基本为间接还原,中温区,800,1100,直接还原与间接还原共存,高温区 ,1100,全部为直接还原,一、高炉炼铁基本原理,16,7,、铁矿石中非铁元素的还原,Mn,的还原,MnO,2,Mn,2,O,3,-Mn,3,O,4,-MnO-Mn,Si,的还原,1500,SiO,2,SiO-Si,1500,SiO,2,-Si,P,的还原,原料中的,P,几乎,100%,被还原，高炉操作无法控制。,8,、炉料与煤气运动,炉内煤气流三次分布：,自风口向上和向中心扩散；,穿过滴落带并在软熔带焦炭夹层中作横向运动；,曲折向上通过块状带。,炉料下降的必要条件：,风口前燃料的燃烧,炉料中的碳素参加直接还原的消耗,固体炉料的熔化，形成液态的渣、铁,定期放出渣、铁,炉料的相互填充,一、高炉炼铁基本原理,17,炼铁 高炉设备介绍,高炉设备,高炉 ：,横断面为圆形的炼铁竖炉。用钢板作炉壳，壳内砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹 、炉缸,5,部分。由于高炉炼铁技 术经济指标良好，工艺 简单 ，生产量大，劳动生产效率高，能耗低等优点，故这种方法生产的铁占世界铁总产量的绝大部分。高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂（石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶排出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉冶炼的主要产品是生铁 ，还有副产高炉渣和高炉煤气。,高炉设备介绍,高炉设备,高炉热风炉介绍,:,热风炉是为高炉加热鼓风,的设备，是现代高炉不可缺少,的重要组成部分。提高风温可,以通过提高煤气热值、优化热,风炉及送风管道结构、预热煤,气和助燃空气、改善热风炉操,作等技术措施来实现。理论研,究和生产实践表明，采用优化,的热风炉结构、提高热风炉热,效率、延长热风炉寿命是提高,风温的有效途径。,高炉设备介绍,高炉设备,铁水罐车,:,铁水罐车用于运送铁水，实现铁水在脱硫跨与加料跨之间的转移或放置在混铁炉下，用于高炉或混铁炉等出铁。,高炉炼铁工艺流程图,炼钢,炼钢： 生铁,钢,需要做到：,降：降低含碳量,除：除去硫、磷等杂质,调：调节合金元素的含量,基本反应原理：,利用氧化还原反应，在高温下，用氧化剂（用纯氧气）,把生铁中过多的碳和其它杂质氧化除去。,炼钢,现代炼钢法：,转炉炼钢法,1.,空气转炉炼钢法,2.,氧气转炉炼钢法,3.,复合吹炼转炉炼钢,电弧炉炼钢法,平炉炼钢法,炼钢,炼钢,根据炼钢工艺流程，,可以把炼钢作业分为,4,部分：,1,、冶炼前的铁水预处理工序,2,、铁水冶炼,3,、钢水精炼,4,、钢水浇铸,炼钢 预处理,在铁水进入炼钢炉冶炼前，除去其中的某些有害成分或提取其中某些有益成分的工艺过程。,可分为普通铁水预处理和特殊铁水预处理。前者有铁水预脱硫，铁水预脱硅，铁水预脱磷；后者有铁水提钒，铁水提铌，铁水脱铬等。,炼钢 预处理,原理 铁水预处理是在原则上不外加热源的情况下，利用处理剂中活性物质和铁水中待脱除,(,或富集,),元素进行快速反应，形成稳定的渣相而和铁水分离的过程。,工艺 铁水沟连续处理法，铁水罐喷吹法，机械搅拌法，专用炉法，摇包法，转鼓法，钟罩法以及喷雾法等。,炼钢 预处理,重要的工艺节点：,兑铁（如果不是专用的预处理罐则没有）,前扒渣,预处理（脱硫、脱磷等）,后扒渣,出铁,炼钢 预处理,炼钢 预处理,炼钢 混铁炉,高炉和转炉之间的炼钢辅助设备。,主要用于调节和均衡高炉和转炉之间铁水供求的设备，保证不间断地供给转炉需要的铁水，铁水在混铁炉中储存和混匀铁水成份及均匀温度，对转炉炼钢非常有利。,炼钢 混铁炉,炼钢 混铁炉,炼钢 混铁炉,炼钢 铁水冶炼,炼钢铁水冶炼设备：,转炉，电炉，平炉,转炉：对铁水进行冶炼操作,电炉：对不锈钢废钢块、生铁块等进行冶炼操作,平炉：基本已经不再使用,炼钢 转炉,炉体可转动，用于吹炼钢的冶金炉。,转炉按炉衬的耐火材料性质分为碱性（用镁砂或白云石为内衬）和酸性（用硅质材料为内衬）转炉；按气体吹入炉内的部位分为底吹、顶吹和侧吹转炉；按吹炼采用的气体，分为空气转炉和氧气转炉。,炼钢 转炉,转炉炼钢主要是以液态生铁为原料的炼钢方法。,其主要特点是：靠转炉内液态生铁的物理热和生铁内各组分（如碳、锰、硅、磷等）与送入炉内的氧进行化学反应所产生的热量，使金属达到出钢要求的成分和温度。,炼钢 转炉,转炉冶炼的炉料主要为铁水、造渣料（如石灰、石英、萤石等）、铁合金（如硅铁、锰铁等）、脱氧剂（如硅化铁等）以及增碳剂（如碳粉等），为调整温度，可加入废钢及少量的冷生铁块和矿石等。,炼钢 转炉,重要的工艺节点：,兑铁,投料,吹氧,出钢,扒渣,炼钢 转炉,废钢投料,炼钢 转炉,转炉吹炼,炼钢 转炉,转炉出钢,炼钢 转炉,氧枪,氧气转炉炼钢中的主要工艺设备之一,炼钢 电炉,电炉以电为热源，可以迅速熔化废钢和合金，而且可以基本密闭，排除大气的作用。,电炉一般容量较小（同转炉和平炉比），操作成本较高。由于这些特点，电炉炼钢法曾主要用来生产特殊钢或合金钢。,电炉冶炼的原料一般为废钢，特别是不锈钢废钢，根据工艺需求，可能还会有一部分海面铁,炼钢 电炉,电炉结构图,炼钢 电炉,直流超高功率电炉,炼钢 电炉,电炉出钢,炼钢 精炼,钢水炉外精炼是将原来在转炉、电炉完成的部分精炼任务，移到炉外的钢包或专用容器中进行，以便更有效地获得优质、低耗和多品种的钢水。转炉、电炉中只承担溶化、去磷、脱硫和升温的任务，减轻了负担，技术经济指标显著改善。,常用的炉外精炼方法,钢水炉外精炼的方法很多，大约有近,30,种。为实现炉外精炼任务，可采用钢包吹氩、真空处理、吹氧、加热和喷粉、喂丝等手段。根据不同的精炼目的，选择一种或几种精炼手段组合的精炼方法。,在常压下精炼钢水的方法,带浸入罩吹氩微调成分与化学升温（,CAS,或,CAS-OB,）,炼钢 精炼,喂丝法（,WF,法）,喷粉法（,TN,法和,SL,法）,钢包吹,Ar,埋弧精炼法（,LF,法）,氩氧脱碳精炼法（,AOD,）,以钢液真空脱气为主的精炼方法,钢水循环真空脱气法（,RH,法）,钢包提升真空脱气法（,DH,法）,钢包真空吹氩法（,VD,）,以真空吹氧脱碳、脱气为主的精炼方法,真空吹氧脱碳法（,VOD,）,真空循环脱气吹氧法,(RH-KTB,法,),炼钢 精炼,炼钢 钢水浇铸,钢水浇铸有模铸和连续浇铸（简称“连铸”）二种方法。,模铸是传统的铸造方法，虽然存在很多缺陷和问题，但不少钢厂仍然采用模铸作为浇铸的手段。同时，由于它具有某些特殊的优点，仍然是某些钢种从钢水变成钢锭的主要浇铸方法。,连铸是在经过几十年的发展得到广泛应用的新技术新工艺。由于它的明显优点，如产品成本低、金属收得率高、基建投资少、质量好、劳动条件好等，已正在取代模铸成为铸造方法的主体。,炼钢 模铸,模铸是传统的浇注方法。模铸必须要有钢锭模。钢锭模有不同的形状及不同型号。模铸又有上铸和下铸之分，上铸由于固有的缺陷大多数情况下已被下铸法所代替。模铸坯的断面形状有方形、圆形、矩形、多角形等。,钢水,模铸,开坯,成材工艺路线的收得率低。而钢水连铸成材工艺路线的收得率高，产品质量高。,模铸一般用于浇铸一些高碳高合金钢以及一些特殊规格要求的坯锭。,炼钢 模铸,炼钢 模铸,炼钢 模铸,炼钢 连铸,连铸工段就是将精炼后的钢水连续铸造成钢坯的生产工序，主要设备包括回转台、中间包，结晶器、拉矫机等。,连铸的目的,将钢水铸造成钢坯,连铸自动化控制 连铸机拉坯辊速度控制、结晶器振动频率的控制、定长切割控制等控制技术,连铸工艺的重要工艺名词,浇次,炼钢 连铸,炼钢 连铸,将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的板坯。,炼钢 连铸,连铸的主要工艺设备介绍,:,钢包回转台：设在连铸机浇铸位置上方用于运载钢包过跨和支承钢包进行浇铸的设备。由底座、回转臂、驱动装置、回转支撑、事故驱动控制系统、润滑系统和锚固件,6,部分组成。,中间包：短流程炼钢中用到的一个耐火材料容器，首先接受从钢包浇下来的钢水，然后再由中间包水口分配到各个结晶器中去。,结晶器：在连续铸造、真空吸铸、单向结晶等铸造方法中，使铸件成形并迅速凝固结晶的特种金属铸型。结晶器是连铸机的核心设备之一，直接关系到连铸坯的质量。,炼钢 连铸,拉矫机：在连铸工艺中，连铸机拉坯辊速度控制是连铸机的三大关键技术之一，拉坯速度控制水平直接影响连铸坯的产量和质量，而拉坯辊电机驱动装置的性能又在其中发挥着重要作用。,电磁搅拌器（,Electromagnetic stirring: EMS,） 的实质是借助在铸坯液相穴中感生的电磁力，强化钢水的运动。具体地说，搅拌器激发的交变磁场渗透到铸坯的钢水内，就在其中感应起电流，该感应电流与当地磁场相互作用产生电磁力，电磁力是体积力，作用在钢水体积元上，从而能推动钢水运动。,炼钢 连铸,钢包回转台 中间包,炼钢 连铸,炼钢 连铸,