兰州理工大学钢铁冶金学第一章炼铁部分.ppt

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1、钢铁冶金学兰州理工大学材料学院中国冶金的辉煌历史 发展与人文 千锤钢、百炼钢-千锤百炼 炼、锻 -锻炼 模、范 -模范 龙泉宝剑（欧冶子）-千锤百炼 灌 钢 原理及工艺比较 钢-铁 碳-氧化 锻造-轧制 能源 环保 木-煤-焦-电 电（煤、水、风、太阳能、核、核聚变）流程铁矿石石灰石铁矿粉原料堆场铁矿粉原料堆场原料原料炼铁原料堆场取料机在作业烧结机在生产烧结矿烧结机在生产烧结矿焦炉焦炉焦炭焦炭高炉系统高炉系统高炉系统高炉系统宝钢高炉全貌宝钢高炉全貌莱钢1880立高炉工程夜本钢高炉宝钢集团有限公司参考书1.1.曲英主编，曲英主编，炼钢学原理炼钢学原理，冶金工业出版社。，冶金工业出版社。2.2.徐

2、文派主编，徐文派主编，转炉炼钢学转炉炼钢学，冶金工业出版社。，冶金工业出版社。3.3.章天华等编，章天华等编，炼铁炼铁，冶金工业出版社。，冶金工业出版社。4.4.成兰伯成兰伯.高炉炼铁工艺及计算，冶金工业出版社，高炉炼铁工艺及计算，冶金工业出版社，199119915.5.陈新民主编，陈新民主编，火法冶金过程物理化学火法冶金过程物理化学，冶金工业出版社。，冶金工业出版社。6.6.王筱留，钢铁冶金学（炼铁部分王筱留，钢铁冶金学（炼铁部分)（第二版），冶金工业出版（第二版），冶金工业出版 社，社，200020007.7.陈家祥，钢铁冶金学（炼钢部分），冶金工业出版社，陈家祥，钢铁冶金学（炼钢部分），

3、冶金工业出版社，200420048.8.炼铁炼铁章天华章天华冶金工业出版社冶金工业出版社198619869.9.铁冶金学铁冶金学文光远文光远重庆大学出版重庆大学出版1993199310.10.炼钢工艺学炼钢工艺学高泽平高泽平冶金工业出版社冶金工业出版社2006200611.11.电弧炉炼钢工艺与设备电弧炉炼钢工艺与设备沈才芳沈才芳冶金工业出版社冶金工业出版社2002200212.12.炼钢学、炼铁学炼钢学、炼铁学 北京科技大学北京科技大学参考网站冶金技术网，冶金技术网，http:/http:/ 第四章：高炉炉料和煤气运动第五章：高炉强化冶炼第六章：非高炉炼铁第一章 现代高炉炼铁工艺1.1 我国

4、钢铁生产情况1.2 炼铁生产流程1.3 高炉本体1.4 高炉炼铁原料及产品1.5 高炉生产主要技术经济指标1.1 1.1 我国钢铁生产情况我国钢铁生产情况7878年年年年1 1亿吨，亿吨，亿吨，亿吨，0707年钢产量年钢产量年钢产量年钢产量4.894.89亿吨，日本钢铁产量为亿吨，日本钢铁产量为亿吨，日本钢铁产量为亿吨，日本钢铁产量为1.21.2亿吨。亿吨。亿吨。亿吨。0909年年年年 年产年产年产年产6 6亿吨，亿吨，亿吨，亿吨，1010年年年年7.4 7.4 亿吨（世界亿吨（世界亿吨（世界亿吨（世界14.1414.14亿吨亿吨亿吨亿吨 ），），），），1111年年年年6.836.83亿吨亿

5、吨亿吨亿吨,12,12年年年年8 8亿吨亿吨亿吨亿吨,2013,2013年钢材产量达年钢材产量达年钢材产量达年钢材产量达10.676210.6762亿吨，同比增长亿吨，同比增长亿吨，同比增长亿吨，同比增长11.4%11.4%；20142014预计预计预计预计8 8亿吨亿吨亿吨亿吨钢厂钢厂2013年年2012年年变化（变化（%）名次名次 产量产量名次名次产量产量安赛乐米塔尔安赛乐米塔尔191.2188.23.4新日铁住金新日铁住金248.2247.90.7河北钢铁河北钢铁345.8342.87.0宝钢宝钢集团集团443.9442.72.8武钢武钢集团集团539.3636.47.9浦项浦项636.

6、4537.9-4.0江苏江苏沙钢沙钢735.1732.38.7鞍钢集团鞍钢集团833.71030.211.6首钢首钢931.5831.40.3JFE1031.2930.42.5 2013年世界前年世界前10大钢厂粗钢产量和排名（单位：百万吨）大钢厂粗钢产量和排名（单位：百万吨）2001-20112001-2011年中国铁矿石消耗量年中国铁矿石消耗量(万吨万吨)2001-20112001-2011年中国粗钢表观消费量（万吨）年中国粗钢表观消费量（万吨）20081996199820002002200420060.00.51.01.52.02.53.03.54.04.5矿石进口量钢产量钢产量和矿石进

7、口量，亿吨2007年铁矿石原矿总量8.05亿吨左右，进口铁矿石总量为3.7亿吨左右10年铁矿石原矿总量10亿吨左右，进口铁矿石总量为6.2亿吨左右，铁矿石对外依存63%左右。项目项目20082008年年1-101-10月月进口量进口量比重比重20072007年全年全年量年量比重比重全部进口量：全部进口量：3766937669 3830938309 其中：其中：1 1、澳大利亚、澳大利亚1553515535 41.2%41.2%1456014560 38.0%38.0%2 2、巴西、巴西85268526 22.6%22.6%97639763 25.5%25.5%3 3、印度、印度76767676

8、 20.4%20.4%79377937 20.7%20.7%4 4、南非、南非12171217 3.2%3.2%12231223 3.2%3.2%5 5、乌克兰、乌克兰627627 1.7%1.7%228228 0.6%0.6%6 6、印度尼西亚、印度尼西亚598598 1.6%1.6%442442 1.2%1.2%7 7、伊朗、伊朗489489 1.3%1.3%504504 1.3%1.3%进口铁矿石国家及量（万吨）进口铁矿石国家及量（万吨）2013铁矿石进口8.19亿吨，较2012年的7.44亿吨增长10.2%；进口总额1057.28亿美元，同比增长10.4%。1.2 炼铁生产流程矿山精矿

9、粉矿块矿球团矿烧结矿焦化厂 焦 炭制粉车间 煤 粉热风炉鼓风机高炉铁水铁水炉渣炉渣高炉煤气高炉煤气铸造生铁铸铁机炼钢生铁水泥厂转炉轧钢炼钢厂发电厂喷吹燃料熔剂高炉的五大系统高炉的原料系统称量料斗送风系统送风系统之热风炉原料系统之一上料皮带炉顶布料1.3 1.3 高炉本体高炉本体:炉顶法兰标高；炉顶法兰标高；：风口中心线标高；风口中心线标高；：铁口中心线标高；：铁口中心线标高；：炉底水冷管中心线标高；：炉底水冷管中心线标高；：铁口中心线至料线零：铁口中心线至料线零位之间的高度，称为有位之间的高度，称为有效高度；效高度；：铁口中心线至炉顶钢：铁口中心线至炉顶钢圈（炉顶法兰）之间的圈（炉顶法兰）之间

10、的高度，称为高炉全高；高度，称为高炉全高；料线零位料线零位：是测定料面高度的基：是测定料面高度的基 准点。钟式炉顶：大钟准点。钟式炉顶：大钟 开启时大钟的底边；无开启时大钟的底边；无 钟炉顶：炉喉钢砖的转钟炉顶：炉喉钢砖的转 折点处或钢砖顶部。折点处或钢砖顶部。矿石矿石 焦炭焦炭块状带块状带焦炭天窗焦炭天窗软熔带软熔带滴落带滴落带风口带及回旋区风口带及回旋区渣铁贮存区（渣铁贮存区（炉缸区炉缸区）炉身炉身炉喉炉喉炉腰炉腰炉腹炉腹炉缸炉缸高炉内型及各区域分布示意图高炉内型及各区域分布示意图 焦炭疏松区焦炭疏松区死料柱死料柱高炉区域划分高炉区域划分高炉区域划分高炉区域划分铁矿石铁矿石焦焦 炭炭熔熔

11、剂剂高炉煤气高炉煤气炉炉 尘尘上渣上渣铁水、下渣铁水、下渣鼓风、煤粉鼓风、煤粉炉腹炉腹炉缸炉缸炉腰炉腰炉身炉身炉喉炉喉原料：原料：1 1）铁矿石）铁矿石 烧结矿烧结矿 球团矿球团矿 块矿块矿2 2）焦炭）焦炭3 3）熔剂：萤石）熔剂：萤石 石灰石石灰石 白云石白云石 硅石硅石 锰矿锰矿4 4）煤粉）煤粉5 5）鼓风：）鼓风：吨铁原料消耗：吨铁原料消耗：铁矿石：铁矿石：1.6-1.8t/tFe 1.6-1.8t/tFe 焦炭：焦炭：250-500kg/tFe250-500kg/tFe 煤粉：煤粉：100-250kg/tFe 100-250kg/tFe 熔剂：熔剂：0-400kg/tFe0-400

12、kg/tFe 鼓风：鼓风：1700-2200Nm3/tFe1700-2200Nm3/tFe（1）块状带：矿焦保持装料时的分层状态，与布料形式）块状带：矿焦保持装料时的分层状态，与布料形式及粒度有关，占及粒度有关，占BF总体积总体积60%（2001100）主要反应：主要反应：水分蒸发水分蒸发 结晶水分解结晶水分解 除除CaCO3外的其它外的其它MCO3分解分解 间接还原间接还原 碳素沉积反应（碳素沉积反应（2CO=C+CO2）（2）软熔带：矿石层开始熔化与焦炭层交互排列，焦炭）软熔带：矿石层开始熔化与焦炭层交互排列，焦炭层也称层也称“焦窗焦窗”形状受煤气流分布与布料影响，可分为正形状受煤气流分布

13、与布料影响，可分为正V型，倒型，倒V 型型 ，W型型 主要反应：主要反应：Fe的直接还原的直接还原 Fe的渗碳的渗碳 CaCO3分解分解 收收S（焦炭中的（焦炭中的S向渣、金、气三相分布）向渣、金、气三相分布）碳的气化反应：碳的气化反应：C+CO2=2CO区域划分区域划分（3）滴落带：主要由焦炭床组成，熔融状态的渣铁穿）滴落带：主要由焦炭床组成，熔融状态的渣铁穿越焦炭床。越焦炭床。主要反应：主要反应：Fe、Mn、Si、P、Cr的的直接还原直接还原，Fe的的渗渗C（4）回旋区：焦炭在鼓风作用下一面做回旋运动一面）回旋区：焦炭在鼓风作用下一面做回旋运动一面燃烧，是高炉热量发源地（燃烧，是高炉热量发

14、源地（C的不完全燃烧），的不完全燃烧），高炉唯高炉唯一的氧化区域。一的氧化区域。主要反应：主要反应：C+O2=CO2 CO2+C=2CO Fe及合金元素的氧化及合金元素的氧化（5）渣铁贮存区（炉缸区）：渣铁分层存在，焦炭浸）渣铁贮存区（炉缸区）：渣铁分层存在，焦炭浸泡其中。泡其中。主要反应：主要反应：渣铁间脱渣铁间脱S，Si、Mn等元素等元素氧化还原氧化还原（特点（特点3个、主要冶炼过程个、主要冶炼过程3个）个）1.4 1.4 高炉高炉产品及副产品产品及副产品1)铁水：铁水：C、Si、Mn、P、S，14501550。生铁规格：炼钢生铁生铁规格：炼钢生铁Si0.450.850.851.253.2

15、3.62.83.22.42.82.02.41.62.01.251.6Mn一组一组二组二组三组三组0.30.30.50.50.50.50.90.91.3P一级一级二级二级三级三级四级四级 五级五级0.150.150.250.250.40.060.060.10.10.20.20.40.40.9S特类特类一类一类二类二类三类三类0.020.020.030.030.050.050.070.030.040.050.040.050.062)高炉煤气高炉煤气 CO、CO2、N2、H2、CH4 2000m3/tFe左右（左右（2560kg/tFe），），70%以上烧热风炉。以上烧热风炉。3)炉渣炉渣 SiO2

16、、CaO、Al2O3、MgO、MnO、FeO、S （R=1.01.3）,200500kg/tFe，温度比铁水高，温度比铁水高 50 100。4)炉尘炉尘 20100kg/tFe。1.5 高炉生产主要技术经济指标高炉生产主要技术经济指标1）有效容积利用系数：每米）有效容积利用系数：每米3高炉有效容积每天生产的铁高炉有效容积每天生产的铁 水量（水量（t/m3.d）（）（1.8-4.0）。）。有效容积利用系数有效容积利用系数=日产量日产量/高炉有效容积高炉有效容积2）焦比）焦比K：冶炼一吨生铁消耗的焦炭量（：冶炼一吨生铁消耗的焦炭量（kg/t）（）（250-550）焦比焦比K=每天装入高炉的焦炭量（

17、每天装入高炉的焦炭量（kg)/高炉每天出铁量高炉每天出铁量(t)3）煤比）煤比M：冶炼每吨生铁消耗的煤粉量（：冶炼每吨生铁消耗的煤粉量（kg/t）（）（80-230）煤比煤比K=每天装入高炉的煤量（每天装入高炉的煤量（kg)/高炉每天出铁量高炉每天出铁量(t)4）喷煤率）喷煤率=5）综合焦比：）综合焦比：6)折算综合焦比：折算综合焦比：生铁牌号生铁牌号 折算系数折算系数生铁牌号生铁牌号 折算系数折算系数 炼钢生铁炼钢生铁 1.0 Z14 1.14 Z18 1.18 Z22 1.22 Z26 1.26 Z30 1.30 Z34 1.34 硅铁硅铁 2.0 锰铁锰铁 2.5 镜铁镜铁 1.5各种生

18、铁的折算系数各种生铁的折算系数7)7)冶炼强度冶炼强度I I(0.8-1.0)(0.8-1.0)每米每米3 3高炉有效容积每天消耗的（干）焦炭量高炉有效容积每天消耗的（干）焦炭量 ：8 8）综合冶炼强度综合冶炼强度(0.9-1.15)(0.9-1.15)或或9 9）炉缸燃烧强度：炉缸燃烧强度：每米每米2 2炉缸截面积每天消耗的焦炭量：炉缸截面积每天消耗的焦炭量：1010）焦炭负荷：焦炭负荷：一批炉料一批炉料=批矿批矿+批焦批焦 焦炭负荷焦炭负荷=批矿批矿/批焦批焦=11）休风率）休风率=规定的日历作业时间规定的日历作业时间=日历时间日历时间-计划大中修时间和封计划大中修时间和封炉时间炉时间12

19、）生铁合格率）生铁合格率13）炼铁工序能耗：每月、年或季度内）炼铁工序能耗：每月、年或季度内 （1）高炉生产系统：原料供给、高炉本体、渣铁处理、）高炉生产系统：原料供给、高炉本体、渣铁处理、鼓风、热风炉、喷吹燃料、给排水、碾泥等；鼓风、热风炉、喷吹燃料、给排水、碾泥等；（2）辅助生产系统：机修、化验、计量、环保等；）辅助生产系统：机修、化验、计量、环保等；（3）直接为炼铁生产服务的附属系统（厂内食堂、浴）直接为炼铁生产服务的附属系统（厂内食堂、浴室、保健站、休息室、生产管理和调度指挥系统等）室、保健站、休息室、生产管理和调度指挥系统等）所消耗的各种能源的实物消耗量，扣除回收利用的能所消耗的各种能源的实物消耗量，扣除回收利用的能源，并折算成标准煤（源，并折算成标准煤（7000kcal/t或或29300kJ/t）后与该段）后与该段时间内生铁产量之比。我国重点企业的炼铁工序能耗约时间内生铁产量之比。我国重点企业的炼铁工序能耗约500kg标准煤标准煤/吨铁，吨钢综合能耗吨铁，吨钢综合能耗8001000kg标准煤标准煤/吨钢。吨钢。