绪论 1高炉冶炼概况 高炉冶炼是获得生铁的主要手段,它以铁矿石(天然富矿、烧结矿、球团矿)为原料,焦炭、煤粉、重 油、天然气等为燃料和还原剂,以石灰石等为熔剂,在高炉内通过然料憾烧、氧化物中铁元素的还原以及非铁 氧化物造渣等一系列复杂的物理化学过程,获得生铁。其主要副产品有髙炉炉渣和高炉煤气。 阳三 律血数懒到 Irh#wa ￠置 也热护制Ⅻ案 43「 热又阅顷欹黑 不鸦t 决 SAN 一[性 母[点 t []|[b r丸 吗/經 图1连代尚炉1艺流晷 图1近代高炉工艺流程 高炉是竖炉。为了实现优质、低耗、高产和延长炉龄,高炉本体结构及辅助系统必须满足冾炼过程的要求, 并在生产实践中木断发展和完善。现代化高炉已成为高度机械化、自动化和大型化的一种综合生产装置。它的 产品、副产品的产量和原燃料及水电等的消耗量都相当大。 一座有效容积为400m3的高炉,日产生铁可达00ot,炉渣3000~5000,煤气16~18Mm3,要消耗约 16500t铁矿石,450O~5500t焦炭和13~14Mm’鼓风。因此,高炉治炼不仅要有一个结构复杂而巨大的由 近代技术装备的高炉本体,而且还要配备有完善而庞大的辅助系统,主要包括原料的备料、供料和上料系统, 鼓风的输送和加热系统,喷吹橪料的制备和喷吹系统,生铁液和炉渣的处理系统,以及煤气清洗、回收和余压 发电系统等,见图1和图2。 高炉本体和辅助系统设备的生产能力,必须满足高炉生产率的要求,并为强化冶炼留有余地。高炉冶炼的工 艺条件是高温、高压、高速的气流和料流以及粉尘等,因此,机械设备的结构必须满足这些工艺条件的要求。 整个高炉系统都是单机工作的连续系统,故设备工作必须可靠,任何一-台设备岀故障,都会影响高炉生产。高
绪论 1.高炉冶炼概况 高炉冶炼是获得生铁的主要手段，它以铁矿石（天然富矿、烧结矿、球团矿）为原料，焦炭、煤粉、重 油、天然气等为燃料和还原剂，以石灰石等为熔剂，在高炉内通过燃料憾烧、氧化物中铁元素的还原以及非铁 氧化物造渣等一系列复杂的物理化学过程，获得生铁。其主要副产品有高炉炉渣和高炉煤气。 图1近代高炉工艺流程 高炉是竖炉。为了实现优质、低耗、高产和延长炉龄，高炉本体结构及辅助系统必须满足冶炼过程的要求， 并在生产实践中木断发展和完善。现代化高炉已成为高度机械化、自动化和大型化的一种综合生产装置。它的 产品、副产品的产量和原燃料及水电等的消耗量都相当大。 一座有效容积为4000m3的高炉，日产生铁可达I0000t，炉渣3000～5000t，煤气16～18Mm3，要消耗约 16500t铁矿石，450O～5500t焦炭和13～14Mm’鼓风。因此，高炉冶炼不仅要有一个结构复杂而巨大的由 近代技术装备的高炉本体，而且还要配备有完善而庞大的辅助系统，主要包括原料的备料、供料和上料系统， 鼓风的输送和加热系统，喷吹燃料的制备和喷吹系统，生铁液和炉渣的处理系统，以及煤气清洗、回收和余压 发电系统等，见图1和图2。 高炉本体和辅助系统设备的生产能力，必须满足高炉生产率的要求，并为强化冶炼留有余地。高炉冶炼的工 艺条件是高温、高压、高速的气流和料流以及粉尘等，因此，机械设备的结构必须满足这些工艺条件的要求。 整个高炉系统都是单机工作的连续系统，故设备工作必须可靠，任何一台设备出故障，都会影响高炉生产。高
炉冶炼对设备的基本要求是耐高温、耐高压、耐磨、耐侵蚀,密封性好,工作可靠,寿命长,而且具有足够的 生产能力。 52-Q34 刻2高炉生产倒 1-贮矿:2一角仓3一那量车4一就:5-焦授称丝斗;5一斜:?斜:8一高 护1一族水藏:10一唐:11-设數例:12一切断;13一欧尘器14-清东塔:15-文曾:1s 高匹节:17一灰泥律来器《水暑),18一净煤气总管;19-热凤炉,2-断,21-甚 重:22-几冲烟道3一烟即2-汽透平;25-教风机;8一放习闷127-设园调节;28 混风大剂;29一吹集灌:3一储煤煤;31-吹罐:32-油罐:3-过滤器;31-油加压巢 图2高炉生产流程 一贮矿增;2一焦仓;3—称量车;4—焦炭筛;5一焦炭称量漏斗;6-料车;7-斜桥;8-高炉9-铁水 罐;10—渣罐;11-放散间;12—切断问,13-除尘器;14-洗涤塔;15-文氏管,16-髙压调节间组,1 一灰泥捕集器(脱水器);18-净煤气总管,19-热风炉;20—基墩;z—基座;22—热风炉烟道;23-烟 囱,24一—蒸汽透平,25一鼓风机;26-放风问,27一混风调节问;28-混风大闸;29—收集络;30—储煤 罐;31—喷吹罐;32-储油罐;33-过滤器;34油加压泵 2高炉生产主要经济技术指标 高炉生产效果以其技术经济指标衡量,主要技术经济指标如下: (1)高炉有效容积利用系数(n):高炉有效容积利用系数即每昼夜生铁的产量P(t)与高炉有效容积V 有(m3)之比;即每昼夜Im3有效容积的生铁产量 h=P/有 t/(md ηγ是高炉冾炼的一个重要指标,η愈大,其高炉生产率愈高。我国目前一般高炉超过2.0,一些先进高炉 可达到2.2~2.3,个别的更高 (2)焦比(K):焦比即每昼夜焦炭消耗量αk(t或kg)与每昼夜生铁产量P(t)之比,即冶炼每吨生铁 消耗焦炭量(t或kg) K=Qk/P kg/t生铁
炉冶炼对设备的基本要求是耐高温、耐高压、耐磨、耐侵蚀，密封性好，工作可靠，寿命长，而且具有足够的 生产能力。 图2高炉生产流程 1一贮矿增；2一焦仓；3一称量车；4一焦炭筛；5一焦炭称量漏斗；6一料车；7一斜桥；8一高炉9一铁水 罐；10一渣罐；11一放散间；12一切断问，13一除尘器；14一洗涤塔；15一文氏管，16一高压调节间组，17 一灰泥捕集器（脱水器）；18一净煤气总管，19一热风炉；20一基墩；ZI一基座；22一热风炉烟道；23一烟 囱，24一蒸汽透平，25一鼓风机；26一放风问，27一混风调节问；28一混风大闸；29一收集络；30一储煤 罐；31一喷吹罐；32一储油罐；33一过滤器；34一油加压泵 2.高炉生产主要经济技术指标 高炉生产效果以其技术经济指标衡量，主要技术经济指标如下： （1）高炉有效容积利用系数（ην）：高炉有效容积利用系数即每昼夜生铁的产量P（t）与高炉有效容积V 有（m3）之比；即每昼夜lm3有效容积的生铁产量： ην = P/V有 t／（m3 .d） ην是高炉冶炼的一个重要指标，ην愈大，其高炉生产率愈高。我国目前一般高炉超过2．0，一些先进高炉 可达到2．2～2．3，个别的更高 （2）焦比（K）：焦比即每昼夜焦炭消耗量Qk（t或kg）与每昼夜生铁产量P（t）之比，即冶炼每吨生铁 消耗焦炭量（t或kg）； K=Qk /P kg／t生铁
焦炭消耗量约占生铁成本的30~40%,欲降低生铁成本必须力求降低焦比。焦比大小与冶炼条件密切相 关,例如鼓风温度、原料条件等,一般情况下焦比为450~500kg/t铁,喷吹燃料可以有效地降低焦比。 3)煤比(Y)、油比(M)、燃气比(G):为了降低焦炭的消耗量,近代高炉大多由风口向炉内喷吹煤 粉、重油以及天然气、焦炉煤气等燃料。每吨生铁消耗的煤粉比(kg)或油量(kg)或然气量(m3)分别为 煤比、油比或燃气比。当每昼夜煤粉消耗量为Q(kg)或油量为Qn(kg)或燃气量Q(m3)时则 Y=Q/P kg/t生铁 M=Om/P kg/t铁 G=Qc/P kg/t生铁 喷吹单位质量或体积的燃料所能代替焦炭的质量称为置换比,它表示喷吹然料利用率的大小,一般煤粉的 置换比为07~09gkg/kg煤粉,重油为1.0~135kg/kg重油,天然气为0.5~07km/m3天然气,焦炉煤 气为04~0.5kg/m3煤气。我国高炉大都以喷吹煤粉为主,可以喷吹无烟煤、烟煤、或混合喷吹,当前-般水 平为70~100kg/t铁。由于重油是很有用处的物质,现已很少用于高炉喷吹 (4)冶炼强度():高炉冶炼强度是毎昼夜1m3有效容积燃烧的焦炭量,即髙炉-昼夜焦炭消耗量 (Qk)与有效容积(V有)的比值 Qk/V有 t/(md) 冶炼强度表示髙炉的作业强度,它与鼓λ高炉的风量成正比,在焦比不变的情况下,冶炼强度愈髙,高炉产 量愈大,当前国内外大型高炉一般为1.0左右。 (5)休风率:日历时间减去计划大、中修时间为高炉的作业时间。凡其他因故体风,其体风时间占作业 时间的百分数叫你风率。休风率表明日常设备维护是否良好,我国先进高炉休风率小于1%;实践证明,体风率 降低1%,产量可提高2%。 (6)生铁合格率:高炉生产的生铁其化学成分符合国家的规定为合格生铁,合格生铁占总产生铁量的百 分数为生铁合格率。由于炉窑的大型化,原料处理的精细化,以及操作条件的稳定,生铁合格率则髙。 3高炉冶炼现状及其发展 (1)炉窑大型化及其空间尺寸的横向发展:大功率轴流式定叶可谓鼓风机的产生和密封性良好的无料钟 炉顶的使用,为高炉炉容向大型化发展创造了条件,当前世界最大高炉炉窑为前苏联的V有5580m3,日本最 大炉容为大分2号高炉Ⅴ有5070m3,而V有4000m3较为普遍
焦炭消耗量约占生铁成本的30～40％，欲降低生铁成本必须力求降低焦比。焦比大小与冶炼条件密切相 关，例如鼓风温度、原料条件等，一般情况下焦比为45O～500kg／t铁，喷吹燃料可以有效地降低焦比。 （3）煤比（Y）、油比（M）、燃气比（G）：为了降低焦炭的消耗量，近代高炉大多由风口向炉内喷吹煤 粉、重油以及天然气、焦炉煤气等燃料。每吨生铁消耗的煤粉比（kg）或油量（kg）或燃气量（m3）分别为 煤比、油比或燃气比。当每昼夜煤粉消耗量为Qy（kg）或油量为Qm（kg）或燃气量Qg。（m3）时则： Y = Qy /P kg／t生铁 M =Qm / P kg／t生铁 G = Qc / P kg／t生铁 喷吹单位质量或体积的燃料所能代替焦炭的质量称为置换比，它表示喷吹燃料利用率的大小，一般煤粉的 置换比为0.7～0.9gkg／kg煤粉，重油为1.0～1.35kg／kg重油，天然气为0．5～07km／m3天然气，焦炉煤 气为0.4～0.5kg／m3煤气。我国高炉大都以喷吹煤粉为主，可以喷吹无烟煤、烟煤、或混合喷吹，当前一般水 平为70～100kg／t铁。由于重油是很有用处的物质，现已很少用于高炉喷吹。 （4）冶炼强度（I）：高炉冶炼强度是每昼夜1m3有效容积燃烧的焦炭量，即高炉一昼夜焦炭消耗量 （Qk）与有效容积（V有）的比值： I = Qk / V有 t／（m3 · d） 冶炼强度表示高炉的作业强度，它与鼓入高炉的风量成正比，在焦比不变的情况下，冶炼强度愈高，高炉产 量愈大，当前国内外大型高炉一般为1.0左右。 （5）休风率：日历时间减去计划大、中修时间为高炉的作业时间。凡其他因故体风，其体风时间占作业 时间的百分数叫你风率。休风率表明日常设备维护是否良好，我国先进高炉休风率小于1％；实践证明，体风率 降低1%，产量可提高2%。 （6）生铁合格率：高炉生产的生铁其化学成分符合国家的规定为合格生铁，合格生铁占总产生铁量的百 分数为生铁合格率。由于炉窑的大型化，原料处理的精细化，以及操作条件的稳定，生铁合格率则高。 3.高炉冶炼现状及其发展 （1）炉窑大型化及其空间尺寸的横向发展：大功率轴流式定叶可谓鼓风机的产生和密封性良好的无料钟 炉顶的使用，为高炉炉容向大型化发展创造了条件，当前世界最大高炉炉窑为前苏联的 V有 5580m3，日本最 大炉容为大分 2号高炉 V有5070m3，而V有 4000m3较为普遍
(2)精料:精料是改善高炉冶炼的基础,近代髙炉冾炼必须将精料列为头等重要的措施。精料包括提髙 火炉矿石品位,改善入炉原料的还原性能,提髙熟料率,稳定入炉原料成分和整粒。生产实践证明毎提高全铁 含量1%,焦比可降低2%,产量可提高近3%。提髙熟料率同样可以起到增产节焦的效果。据生产经验,每提 高熟料率1%,约可增产O.3%,降焦1.2kg/t生铁 3)提高鼓风温度:提高鼓风温度可以大幅度降低焦比,特别是在鼓风温度较低时效果更为显著。一般认 为,在1000C以下每提高风温100℃C,可节焦10~20kg/t铁,在1100℃上,每提高风温100°C,可降焦8 10kg/τ铁。近年来,喷吹然料量逐渐增加,提髙风温更是迫切的措施。当前先进髙炉年平均风温达到 1300℃;而设计风温有的高达1350°或1400℃C。提高风温的途径有诸多方面。 (4)高压操作;高压操作可以延长煤气在炉内的停留时间,改善煤气热能及化学能利用,有利于稳定操 作,为强化冶台炼创造条件。 (5)富氧大喷吹:从60年代起,世界各国都在发展向炉内喷吹燃料的技术,取代部分焦炭。喷吹的燃料有 重油、天然气和煤粉等,燃料种类的选择与囯家和地区的资源条件有关。初期,曾以喷吹重油为主,石油危机 以来,喷吹量逐渐下降。目前囯内外大多以喷吹煤粉(无烟煤和烟煤)为主,正常喷吹量可以稳定在80~ o0kg/t铁。喷吹燃料时,由于燃料的分解,炉缸的理论燃烧温度有所降低,煤气量增加,块状区热流比下 降,煤气利用变差。富氧鼓风可以克服这些不足,合适的富氧率与喷吹的燃料成分有关,富氧大喷吹可达到优 质、低耗、高产、长寿的冶炼效果。 (6)电子计算机的应用:60年代起高炉开始应用计算机,目前已可以控制配料、装料和热风炉操作。 在高炉上计算机的配置有两种形式。一种是整个高炉设一台控制机控制全部变量;另-种是几台计算机分 别控制原料和热风炉等,由一台热工用计算机集中控制各现场小型计算机,组成计算机网络。前者计算机台数 少,但要求容量大,可靠性好;后者分机工作,有~台出现故障其余仍可照常工作。 高炉冶炼计算机控制的最终目标是实现总体全部自动控制,但由于目前的综合技术水平,还难于实现这一目 标。冶炼数学模型的准确性和完善性昰计算机控制的核心。髙精度的测量仪表是计算机控制的关键。原料性质 稳定,执行机构灵敏则是计算机控制的必要条件。 由于以上这些问题尚未达到完美的状态,所以目前高炉冶炼尚未实现闭环控制
（2）精料：精料是改善高炉冶炼的基础，近代高炉冶炼必须将精料列为头等重要的措施。精料包括提高 火炉矿石品位，改善入炉原料的还原性能，提高熟料率，稳定入炉原料成分和整粒。生产实践证明每提高全铁 含量1％，焦比可降低2％，产量可提高近3％。提高熟料率同样可以起到增产节焦的效果。据生产经验，每提 高熟料率1％，约可增产O．3％，降焦1．2kg／t生铁。 （3）提高鼓风温度：提高鼓风温度可以大幅度降低焦比，特别是在鼓风温度较低时效果更为显著。一般认 为，在1000℃以下每提高风温100℃，可节焦10～20kg／t铁，在1100℃上，每提高风温100℃，可降焦8～ 10kg／t铁。近年来，喷吹燃料量逐渐增加，提高风温更是迫切的措施。当前先进高炉年平均风温达到 1300℃；而设计风温有的高达1350℃或1400℃。提高风温的途径有诸多方面。 （4）高压操作；高压操作可以延长煤气在炉内的停留时间，改善煤气热能及化学能利用，有利于稳定操 作，为强化冶炼创造条件。 （5）富氧大喷吹：从60年代起，世界各国都在发展向炉内喷吹燃料的技术，取代部分焦炭。喷吹的燃料有 重油、天然气和煤粉等，燃料种类的选择与国家和地区的资源条件有关。初期，曾以喷吹重油为主，石油危机 以来，喷吹量逐渐下降。目前国内外大多以喷吹煤粉（无烟煤和烟煤）为主，正常喷吹量可以稳定在80～ I00kg／t铁。喷吹燃料时，由于燃料的分解，炉缸的理论燃烧温度有所降低，煤气量增加，块状区热流比下 降，煤气利用变差。富氧鼓风可以克服这些不足，合适的富氧率与喷吹的燃料成分有关，富氧大喷吹可达到优 质、低耗、高产、长寿的冶炼效果。 （6）电子计算机的应用：60年代起高炉开始应用计算机，目前已可以控制配料、装料和热风炉操作。 在高炉上计算机的配置有两种形式。一种是整个高炉设一台控制机控制全部变量；另一种是几台计算机分 别控制原料和热风炉等，由一台热工用计算机集中控制各现场小型计算机，组成计算机网络。前者计算机台数 少，但要求容量大，可靠性好；后者分机工作，有～台出现故障其余仍可照常工作。 高炉冶炼计算机控制的最终目标是实现总体全部自动控制，但由于目前的综合技术水平，还难于实现这一目 标。冶炼数学模型的准确性和完善性是计算机控制的核心。高精度的测量仪表是计算机控制的关键。原料性质 稳定，执行机构灵敏则是计算机控制的必要条件。 由于以上这些问题尚未达到完美的状态，所以目前高炉冶炼尚未实现闭环控制