高炉炼铁实习总结

2019-03-11 19:03:00 zixun
高炉炼铁实习总结 全球钢材几乎都是由氧气转炉炼钢、 电弧炉炼钢两种方法生产, 其中氧气转炉法生产了全球 64%的钢材,其主要原料高炉铁水则是由高炉生产。高炉使用铁矿石作为含铁原料,焦炭和 煤粉作为还原剂以及石灰或石灰石作为熔剂, 生产生铁即高炉铁水, 以提供氧气转炉作为原 料。 最早发现的铁制工具来自公元前 4000 年左右的古埃及, 这些铁制工具可能是用陨铁制成的。 我国也是较早使用铁制品的国家之一, 春秋晚期铁器已较为广泛的得到应用。 在当代一个国 家的钢铁工业的发展情况反映其国民经济的发达的程度, 而高炉则是是现代炼铁生产的重要 组成部分。 高炉具有庞大的主体和辅助系统,包括高炉本体、原燃烧系统、上料系统、送风系统、渣铁 处理系统和煤气清洗处理系统等。 其中主要部分炉体包括: 炉喉、 炉身、 炉腰、 炉腹和炉缸。 其他要辅助设施:皮带传送机、临时储存原料的料斗、煤粉制备、压力输送的喷煤装置、热 风炉、送风机、高炉炉顶余压回收透平机、除尘和回收装置、鱼雷罐车等。 高炉生产的目的是用铁矿石经济高效地得到符合工艺要求的高炉铁水。 为此一方面要实现矿 石中铁元素与氧元素的化学分离: 另一方面要实现已被还原的金属与脉石的机械分离。 高炉 冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。 铁矿石、 焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比 由炉顶装料装置分批送入高炉, 并使炉喉料面保持一定的高度。 焦炭和矿石在炉内形成交替 分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣,聚集在炉缸中,定期从铁口、 渣口放出。煤气从炉顶导出,经除尘后,作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高 压,用导出的部分煤气发电。 高炉内的化学反应 高炉生产铁水的本质就是铁元素与氧元素的还原反应, 其中在炉内主要发生直接还原反应与 间接还原反应。 “直接还原”主要指直接消耗固体碳素。低价铁氧化物(FeO)直接与焦炭反应,生成金属铁 和 CO。实际上连续发生了两个反应:FeO 被 CO 还原以及 CO2 与焦炭接触快速生成 CO:是 1)FeO + CO = Fe + CO2; 2)CO2 + C = 2CO; 总反应 FeO + C = Fe + CO。此反映特点一是直接消耗碳素,二是强烈吸热,熱效高达 2717kj/ (kgFe) 。同时还有间接还原反应的发生,间接还原也称为煤气还原,主要是发生还原反应 的是在 CO 或者 H2 与固体铁的氧化物之间。其中与 co 反应: 赤铁矿: 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 磁铁矿: Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 浮氏体: 2FeO + CO = 2FeO0.5 + CO2 焦炭与热风(空气)发生燃烧反应,生成参与间接还原的 CO 气体:C + 0.5O2 = CO 直接还原 生成的 CO 也能参与到间接还原中去。 氢气来源于风中的水分和回旋区内的喷吹物。 氢气还原铁氧化物与 CO 类似。 温度高于 900°C 时氢气的还原能力更强。通过分析炉顶煤气可知氢气的利用率约为 40%,而 CO 的利用率约 为 50%。氢与 co 还可来自水煤气反应及 H2O+C=H2+CO,反应会消耗大量的热,实际中要避 免此反映。 气固相的反应是一个相当复杂的反应在大多数情况下铁矿石以赤铁矿的形式存在, 还原从赤 铁矿开始并且按下面的顺序进行:赤铁矿(Fe2O3) >磁铁矿 (Fe3O4) >浮氏体 (FeO) >金属铁 (Fe). 铁氧化物脱氧一般分为三个步骤, 1 还原气体的扩散——co、h2 通过气—固边界层向内部疏松的铁、浮氏体和磁铁矿层扩散。 2 气体发生界面反应——氧离子扩散并在界面发生反应。 所有氧化物按照上述三个反应式以 类似的方式在所有界面同时发生还原反应。 3 气体产物扩散——CO2、H2O 通过多孔产物层向外扩散。 高炉生产的原料主要有铁矿石、焦炭、煤粉、溶剂等 可以提取铁的矿石都可叫做铁矿石,加入高炉的一般是烧结矿、球团矿及块矿。块矿从生产 块矿和铁矿粉的矿山运来直接使用。块矿比球团矿便宜,使用范围广,但是通常性能较差。 与球团矿相比, 块矿具有以下特点: 运输和处理过程中容易破碎还原粉化性较差软化温度低。 对块矿的质量要求与烧结矿类似。 高炉生产中为了保证供给高炉的铁矿石中铁含量均匀, 并且保证高炉的透气性, 需要把选矿 工艺产出的铁精矿制成 10-25mm 的块状原料。铁矿粉造块目前主要有两种方法:烧结法和 球团法。铁矿粉造块烧结及球团是重要的制块作业。其目的:综合利用资源,扩大炼铁用的 原料种类。去除有害杂质,回收有益元素,保护环境。改善矿石的冶金性能,适应高炉冶炼 对铁矿石的质量要求。 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、高炉炉尘、 轧钢皮、 钢渣按一定配比混匀。 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。 球团矿一般是把细磨铁精矿粉或其他含铁粉料添加少量添加剂混合后, 在加水润湿的条件下, 通过造球机滚动成球, 再经过干燥焙烧, 固结成为具有一定强度和冶金性能的球型含铁原料。 焦炭在高炉冶炼中有着重要作用: 1、 焦炭是 CO 气体的来源, CO 使铁氧化物还原成金属铁。 焦炭燃烧产生热量,使炉料熔化。2、矿石和焦炭呈层状交替分布,还原气体通过焦炭层进 入到矿石层中。矿石熔化后仅存在焦炭,焦炭既是料柱的支撑骨架,也是渣铁流入炉缸的通 道。3、焦炭提供铁水渗碳的碳源。 铁矿石和焦炭是生产过程的主要原料,生产 1 吨铁水总共需要大约 1600 公斤含铁矿物,如 烧结矿、块矿和球团矿,并且需要消耗大约 380 公斤焦炭作为还原剂。矿石和焦炭从炉顶装 入高炉,呈交替层状分布。 喷吹煤粉, 重油和天然气等辅助还原剂是为了降低铁水成本。 最常用的是通过喷煤来降低焦 比,从而节约成本。喷煤可减少昂贵焦炭的用量。喷煤后可允许使用更高的风温,高风温也 能降低焦比。富氧喷煤后可提高产量。 高炉的操作 准备好高炉所需原料后要进行高炉生产 高炉投入生产时的操作称为开炉,由以下几个步骤组成: 1 烘炉: 高炉内存在水分,是砌砖使用泥浆并被砖体吸收。水产生的热震对炉衬砖有害,而 且使炉缸不能达到要求的温度, 引起铁水和渣炉凝固。 通常将热风炉产生的热风吹入高炉使 之干燥,开始温度大约为 200°C,然后逐渐升高到 425°C 左右。 2 装料炉料分布对高炉操作和炉况都有很大的影响。它是由炉料性质和装料设备所决定的。 炉料分布可以控制煤气流分布。列举两种主要的布料设备:双钟装料、无料钟炉顶装料。双 钟布料时,炉料通过上部的小钟进入下部关闭的大钟内。然后关闭小钟,打开大钟,使炉料 落入炉内。为了更有效地控制炉料分布,高炉可安装可调导料板。第二种类型是无钟炉顶, 炉料通过旋转溜槽装入炉内,能更好地控制细粒分布和径向焦/矿比。 3 点火: 最常用的办法是用热风点火,将少量 550-650°C 的热风送入高炉点燃风口前端的焦 炭。每隔数小时增加一些风量,大约 24 小时后的风量为正常风量的 40-50%。接下来的几天 逐渐增加风量直到正常风量 高炉生产出铁水后就要出铁跟取样 出铁炉炉缸装满了铁水和浮在上面的炉渣。高炉通过出铁口排出渣铁,每天 8-14 次,平均 持续时间为 90-180 分钟。现代高炉最多有 4 个出铁口,同时出渣出铁。大多数高生产率的 高炉轮换出铁口连续出铁,使炉缸内液面保持在低位,从而保证高炉平稳操作。用钻头或将 铁棒伸入粘土中打开出铁口后开始出铁。 出铁完成后用泥炮往铁口内塞入炮泥关闭铁口。 液 态渣铁流入出铁沟或主沟,通过撇渣器将渣铁分开,铁流入铁沟,渣流入渣沟。铁水装入称 为鱼雷罐的铁水罐车内,运往碱性氧气转炉(BOF)炼钢。 取样取样炼钢之前,要进行铁水取样,分析 Si、S、Mn、P 和 O 的含量。要将铁样成分快速 提供给 BOF 操作者,以便优化炼钢过程。大多钢铁厂每次出铁后还要分析渣样
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