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这是炼铁仪表工ppt，包括了概述，高炉冶炼原理，高炉本体及附属系统，高炉操作，高炉作业流程，高炉炼铁的原料和产品，高炉渣，高炉煤气等内容，欢迎点击下载。

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高炉炼铁工艺AVW红软基地

3.1 概述

3.2 高炉冶炼原理

3.3 高炉本体及附属系统

3.4 高炉操作

3.1.1 高炉冶炼过程及其特点

高炉炼铁的本质是铁的还原过程，即焦炭做燃料和还原剂，在高温下将铁矿石或含铁原料的铁，从氧化物或矿物状态（如Fe2O3、Fe3O4、Fe2SiO4、Fe3O4·TiO2等）还原为液态生铁。

冶炼过程中，炉料（矿石、熔剂、焦炭）按照确定的比例通过装料设备分批地从炉顶装入炉内。从下部风口鼓入的高温热风与焦炭发生反应，产生的高温还原性煤气上升，并使炉料加热、还原、熔化、造渣，产生一系列的物理化学变化，最后生成液态渣、铁聚集于炉缸，周期地从高炉排出。上升过程中，煤气流温度不断降低，成分逐渐变化，最后形成高炉煤气从炉顶排出。

高炉冶炼特点

(1)高炉冶炼是在炉料与煤气流逆向运动过程中完成各种错

综复杂的化学反应和物理变化的，炉内主要是还原性气氛。

(2)高炉是密闭的容器，除装料、出铁、出渣及煤气外，操

作人员无法直接观察到反应过程的状况。只能凭借仪器仪表间

接观察炉内状况。

(3)高炉是连续的、大规模的高温生产过程，机械化和自动

化水平较高。

3.1.2 高炉炼铁的原料和产品

高炉冶炼的主要原料是铁矿石、燃料、熔剂。

高炉冶炼的主要产品是生铁、高炉渣和高炉煤气。高炉渣和高炉煤气为副产品。

⑴ 生铁

生铁可分为炼钢生铁、铸造生铁。炼钢生铁供转炉、电炉炼钢使用。铸造生铁则主要用于生产耐压铸件。

生铁是Fe与C及其它一些元素的合金。通常，生铁含Fe 94%左右，C 4%左右。其余为Si、Mn、P、S等少量元素。

一般来说，生铁和钢的化学成分主要差别是含碳量。钢中含碳量最高不超过2.11%。高炉生铁含碳量在2.5~4.5%范围，铸铁中不超过5.0%（此时Fe3C含量约占75%，当铸铁中Fe3C达100%时，其含碳量为6.67%）。当铸铁中C>5.0%时，铸铁甚脆，没有实用价值。而含碳量在1.6~2.5%之间的钢铁材料，由于缺乏实用性，一般不进行工业生产。

炼钢生铁作为转炉热装炼钢的原料，约占生铁产量的80~90%。铸造生铁，又称为翻砂铁或灰口铁，用于铸件生产。其主要特点是含硅较高，在1.25~4.25%之间。硅在生铁中能促进石墨化，即使化合碳游离成石墨碳，增强铸件的韧性和耐冲击性并易于切削加工。铸造生铁约占生铁产量的10%左右。

高炉还可生产特殊生铁，如锰铁、硅铁、镜铁（含10~25%Mn）、硅镜铁（含9~13%Si，18~24%Mn）等，主要用作炼钢脱氧剂和合金化剂。

此外，生铁中还可能含有部分微量元素。生铁中微量元素含量常以ΣT为指标：

ΣT= Pb +Sn +Sb +As +Ti +V +Cr +Zn

含微量元素很低的“高纯生铁”ΣT<0.1%。国内外适宜生产高纯生铁的矿源稀少。我国本钢生铁素有“人参铁”之称。它除P、S极低外，微量元素亦很低。其ΣT<0.08%，属国际高纯生铁范畴。

⑵ 高炉渣

由于冶炼矿石品位、焦比及焦炭灰分的不同，我国大中型高炉的单位生铁渣量在0.3~0.5t之间。高炉渣主要成分是Ca、Mg、Si、Al的氧化物，其工业用途广泛。如在炉前急冷粒化成水渣，作成水泥和建筑材料；酸性渣还可在炉前用蒸汽吹成渣棉，作绝热材料。

冶炼多元素共生的复合矿时，炉渣中常富集有多种元素（如稀土、钛等）。这类炉渣可进一步利用。

⑶ 高炉煤气

冶炼每吨生铁可产生1600~3000m3的高炉煤气，其中含有约20%~25%的CO，1~3%的H2，还有少量甲烷（CH4）等可燃气体。从高炉排出的煤气中含有大量的炉料粉尘，经过除尘处理可使含尘量降到10~20mg/m3。除尘处理后的高炉煤气发热值约为3350~3770kJ/m3，是良好的气体燃料。但高炉冶炼产生的煤气量、成分及发热值与高炉操作参数及产品种类有关。如高炉冶炼铁合金时煤气中几乎没有CO2。

高炉煤气是钢铁联合企业的重要二次能源，主要用作热风炉燃料，还可供动力、炼焦、烧结、炼钢、轧钢等部门使用。

3.1.3 高炉生产主要技术经济指标

高炉生产的技术水平和经济效果可用如下技术经济指标来衡量：

⑴ 有效容积利用系数(ημ)

是指每立方米高炉有效容积、每昼夜生产的合格生铁量。

式中：P－生铁日产量；Vμ－高炉有效容积，m3

⑵ 焦比（K）

是生产1吨生铁所消耗的干焦炭重量。显然，焦比愈低愈好。

式中：Q－每日消耗焦炭量，kg/d。

在喷吹燃料时，高炉的的能耗情况用燃料比（K燃）表示，即每吨生铁耗用各种入炉燃料之总和。

K燃＝（焦炭+煤粉+重油+…） kg/t

喷吹燃料按对置换比折算为相应的干焦（K`）与实际耗用的焦炭量（焦比K）之和称为综合焦比（K综）。

K综＝（K + K`） kg/t

⑶ 冶炼强度（I）

每m3高炉有效容积每天消耗焦炭的重量。

利用系数、焦比和冶炼强度三者之间的关系为：

⑷ 生铁合格率

合格生铁量占高炉总产量的百分数。此外，优质生铁占生铁总量的百分数称为优质率。合格率和优质率都是生铁质量指标。对生铁质量的考查主要看其化学成分（如S和Si）是否符合国家标准。

⑸ 休风率

高炉休风时间占规定作业时间的百分数。

⑹ 生铁成本

生产1吨生铁所需的费用。

⑺ 高炉一代寿命（炉龄）

从高炉点火开炉到停炉大修之间的历程，或高炉相邻两次大修之间的冶炼时间叫做高炉一代寿命。

3.2高炉冶炼原理3.2.1 高炉内各区域进行的主要反应

为了弄清高炉内各部分的反应及变化规律，人们曾多次对正在运行中的高炉突然停炉，并用水或氮气进行急冷，使炉内物料保持生产时的原状，然后对其解剖分析，以揭示高炉内部的奥秘。大量解剖研究表明，炉料常降过程分布是呈层状的，直至下部熔化区域，但炉料中焦炭在燃烧前始终处于固体状态而不软化熔化。由下图可知，高炉冶炼过程大致可分为块状、软熔、滴落、焦炭回旋和炉缸五带。

高炉冶炼过程中炉内炉料下降过程状态的变化

高炉内各区域主要反应及特征

3.2.2燃烧反应

高炉内然料燃烧的意义

高炉冶炼的燃料主要是焦炭，焦炭所含的碳素。除少数消耗

于直接还原和溶入生铁外，绝大部分下降至风口与热风中的

氧进行燃烧反应。从风口喷吹的燃料也在风口前燃烧。燃

料燃烧放出大量的热，并产生高温还原性气体(CO，H2)，保

证了炉料的加热、分解、还原、熔化、造渣等炉缸内渣铁反

应的进行。

高炉冶炼的主要燃料焦炭中的碳除小部分在下降过程中参加直接还原和渗人生铁外，约70%进行燃烧反应。此外还有从风口喷入的燃料(重油、天然气、煤粉)中的碳等均在风口前发生燃烧反应。

完全燃烧：

不完全然烧：

高炉内燃烧反应在焦炭过剩条件下进行，即使在氧充足处产生的CO2也会与固体碳进行气化反应，如下式：

热风带入的氮在整个过程中不参与反应、带入的水分在高温下与碳发生反应：

理论燃烧温度

理论燃烧温度，即风口前焦炭燃烧所能达到的最高平均温

度，也即炉缸煤气尚未与炉料参与热交换前的原始温度。

理论燃烧温度是高炉操作中重要的参考指标。通常为提高理

论燃烧温度可采取的主要措施，包括：

(1)提高鼓风温度；

(2)提高鼓风中氧气含量；

(3)降低鼓风湿度；

(4)减少喷吹量；

(5)减少炉缸煤气体积。

回旋区和燃烧带

随着高炉冶炼强度的提高和风速

增大(I00～200 m/s) 焦炭在风口

前随气流一起运动，形成一个非

静止的、疏散的、近似球形的自

由空间，称为风口回旋区。

在回旋区外围有一层厚100~300 mm

的中间层，此层焦炭既受高速煤气流

的冲击作用，又受阻于外围包裹的紧

密焦炭，比较疏松，但又不能和煤气

流一起运动。回旋区和中间层组成焦

炭在炉缸内进行碳燃烧反应的区域称

为燃烧带。

影响燃烧带大小的因素主要有：

① 鼓风动能

指鼓风克服风口前料层阻力向炉缸中心扩大和穿透的能

力。应控制合理。

② 燃烧反应速度

燃烧反应速度提高，燃烧带缩小。一般情况下，风温提

高。燃烧反应速度加快，燃烧反应时间减少，燃烧带长度减

小；鼓风中氧增加，燃烧反应速度加快，燃烧反应时间减少，

燃烧带长度减小。

③ 炉缸料柱压力

炉缸内料柱疏松，燃烧带延长；反之，燃烧带缩小。

④ 焦炭性质焦炭粒度、气孔度、反应性等对燃烧带大小也

有一定的影响。

炉渣对高炉的炉况和生铁的质量有着决定性的影响。要想炼好铁，必须造好渣

⑴ 炉渣的形成

炉渣的形成要经历由初成渣→中间渣→终渣过程，简述如下：

① 初成渣的生成

包括固相反应、软化、熔融、滴落几个阶段。软熔带中形成液

态初渣。初渣中(FeO) ， ( MnO)含量较高。

② 中间渣的变化

——处于滴落过程中成分、温度不断变化的炉渣。

处于软熔带以下、风口平面以上部位。中间渣中(FeO) ， ( MnO)

含量逐渐减小，( CaO)， ( MgO)含量逐渐增大，炉渣黏度增

大。

⑵ 炉渣的成分

冶炼1t生铁大致产生400~1000kg炉渣，国外先进水平巳达300kg左右。炉渣的主要来源是铁矿石中的脉石以及燃料燃烧后剩余的灰分。用焦炭冶炼，高炉炉渣成分大致范围如下:

其中，炉渣的性质主要取决于CaO和SiO2。生产中常用的碱度一般为二元碱度：

一般根据高炉原料和冶炼产品有所不同，冶炼中二元碱度一般在1.0~1.3之间。

⑶ 高炉渣的作用和要求

高炉冶炼过程，除在化学反应上实现Fe-O分离外，还要实现金属与氧化物等的机械或物理分离，而这要靠性能良好的液态炉渣，并利用渣铁密度的不同达到渣铁分离的目的。为此。要求高炉渣应具有以下作用:

① 炉渣与生铁互不溶解，且密度不同，因而，使渣铁得以分离，得到纯净的生铁。

② 具有充分的脱硫能力，保证生铁合格。

③ 调整生铁成分，保证生铁质量。炉渣成分有利于有益元素的还原，抑制有害元素的还原，即炉渣应具有选择还原性。

④ 有利于炉况顺行，获得良好的冶炼技术经济指标；同时应有利于保护炉衬，延长炉衬寿命。

3.2.8 炉渣去硫

高炉中的硫主要来源于炉料中的焦炭、矿石、熔剂和喷吹燃料

等。其中焦炭带入的硫量占60%~80%。冶炼每吨生铁由炉料

带入的总硫量称为硫负荷。一般硫负荷为4~5kg/t。

高炉内的去硫主要是含有FeS的铁水在滴过渣层时以及在渣铁

相界面处进行：

总的脱硫反应为

产物CO气体起搅拌作用，可加速去硫反应。

硫在一般结构钢中是有害元素。钢液凝固时S在技晶间偏析，γ—Fe晶界上富集，形成熔点1100 ℃的FeS，FeS与Fe的共晶点只有988 ℃ ，热轧时在晶界上产生热裂现象，造成内部裂纹，即硫的热脆性。因此钢铁产品硫含量应尽可能降低。我国国家标准规定：炼钢生铁含W[S] ≤0．07％。优质炼钢生铁含W[S] ％ ≤0．03％。

高炉强化冶炼的目的是提高产量，即提高高炉冶炼强度(I)，提

高高炉有效容积利用系数(η0)和降低焦比(K)。主要措施包

括：

(1) 精料具体概括为:“高、熟、净、匀、小、稳、少、好”。

“高”指入炉矿石含铁品位要高，焦炭、烧结矿和球团矿强度要高，烧结矿的碱度要高。

“熟”指熟料，即将铁矿粉制成具有高温强度，又符合各项冶金性能要求的块状料。

“净’是指入炉原料中小于5 mm的粉末要筛除。

“匀”是指高炉炼铁的炉料粒度要均匀。

“小”是指入炉料的粒度要小、均匀，上限所规定的范围要窄，并控制住炉料中的大块。

“稳”是指入炉料的化学成分和物理性能要稳定，波动范围要小。

“少”是指炉料中有害杂质要少。

“好”是指炉料的冶金性能要好。

(2)高压操作

——人为地将高炉内煤气压力提高，超过30kPa的称为高压

操作。

通过系统中高压阀组控制阀门的开闭度来完成。高压操作可有

效地提高冶炼强度，有利于炉况顺行，减少管道行程，降低炉

尘吹出量以及降低焦比等。当前的高压水平一般为140~250

kPa，3000m3以上的高炉大多采用250~300 kPa。

(3)高风温

高炉炉内的热量主要源自于燃料燃烧的化学热和热风带入的物

理热。热风带入的热量大约占1/4左右。提高风温是降低焦比

和强化冶炼的有效措施。风温每提高l00℃可降低焦比

8~12kg/t，产量增加2%~3%。

(4)富氧鼓风

富氧鼓风是指通过鼓入工业氧气，提高鼓风中的氧气含量，相对于降低N2的含量的强化冶炼途径。富氧鼓风可提高冶炼强度，炉缸煤气量增加，促进还原，提高炉缸温度，降低焦比，有利于顺行。富氧率一般为3%~4%。

(5)加湿和脱湿鼓风

加湿鼓风——在冷风总管上加一定量的水蒸气，经热风炉送往高炉。加湿鼓风风中的水分在风口前燃烧发生以下反应:

脱湿鼓风——将鼓风中的湿分降低到较低水平。有利于提高风口前理论燃烧温度，有利于降低焦比、增加喷吹量和稳定炉况。

(6) 喷吹燃料

高炉喷吹燃料主要指通过风口向炉内喷入固体燃料、气体燃料和液体燃料等，以代替部分的焦炭，降低焦比，同时有利于改善煤气分布和煤气还原能力，提高生铁产量，促进顺行的效果。

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