高炉炼铁工艺生产现状及其技术性研究

发表时间:2019/6/10   来源:《防护工程》2019年第5期   作者:薄岩
[导读] 虽然近代技术研究了直接还原、熔融技术还原等冶炼工艺,但它们都不能取代高炉,高炉生产是目前获得大量生铁的主要手段。

华北理工大学  河北唐山  263000
  摘要:相对于直接还原和熔融还原工艺,高炉工艺生产规模大,且与转炉结合的高炉-转炉流程净能耗最低,成本最具竞争力,仍是最适应可预见未来的炼铁生产工艺。高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。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。高炉生产是连续进行的。一代高炉(从开炉到大修停炉为一代)能连续生产几年到十几年。本文针对高炉炼铁工艺的生产现状进行了其技术性研究,使高炉炼铁具有规模大、效率高、成本低等诸多优势,随着技术的发展,高炉正朝着大型化、高效化和自动化迈进。
  关键词:高炉 炼铁 固态焦炭
  
  
  高炉是炼铁的专用设备。虽然近代技术研究了直接还原、熔融技术还原等冶炼工艺,但它们都不能取代高炉,高炉生产是目前获得大量生铁的主要手段。
  1 高炉炼铁工艺技术参数研究
  高炉冶炼过程是在一个密闭的竖炉内进行的。高炉冶炼过程的特点是,在炉料与煤气逆流运动的过程中完成了多种错综复杂地交织在一起的化学反应和物理变化,且由于高炉是密封的容器,除去投入(装料)及产出(铁、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。为了弄清楚这些反应和变化的规律,首先应对冶炼的全过程有个总体和概括的了解,这体现在能正确地描绘出运行中的高炉的纵剖面和不同高度上横截面的图像。这将有助于正确地理解和把握各种单一过程和因素间的相互关系。高炉冶炼过程的主要目的是用铁矿石经济而高效率地得到温度和成分合乎要求的液态生铁。为此,一方面要实现矿石中金属元素(主要为Fe)和氧元素的化学分离――即还原过程;另一方面还要实现已被还原的金属与脉石的机械分离――即熔化与造渣过程。最后控制温度和液态渣铁之间的交互作用得到温度和化学成分合格的铁液。


全过程是在炉料自上而下、煤气自下而上的相互紧密接触过程中完成的。低温的矿石在下降的过程中被煤气由外向内逐渐夺去氧而还原,同时又自高温煤气得到热量。矿石升到一定的温度界限时先软化,后熔融滴落,实现渣铁分离。已熔化的渣铁之间及与固态焦炭接触过程中,发生诸多反应,最后调整铁液的成分和温度达到终点。故保证炉料均匀稳定的下降,控制煤气流均匀合理分布是高质量完成冶炼过程的关键。
  2 高炉炼铁上料系统
  高炉供上料系统由贮矿槽、贮焦槽、槽下筛分、称量运输和向炉顶上料装置等组成。其作用是将来自原料场,烧结厂及焦化厂的原燃料和冶金辅料,经由贮矿槽、槽下筛分、称量和运输、炉料装入料车或皮带机,最后装入高炉炉顶。随着炼铁技术的发展,中小型高炉的强化、大型高炉和无钟顶的出现,对上料系统设备的作业连续性、自动化控制等提出来更高的要求,以此来保证高炉的正常生产。
  3 高炉炼铁燃料
  炼铁的主要燃料是焦炭。烟煤在隔绝空气的条件下,加热到950-1050℃,经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭,这一过程叫高温炼焦(高温干馏)。其作用是熔化炉料并使铁水过热,支撑料柱保持其良好的透气性。因此,铸造焦应具备块度大、反应性低、气孔率小、具有足够的抗冲击破碎强度、灰分和硫分低等特点。
  焦炭是高温干馏的固体产物,主要成分是碳,是具有裂纹和不规则的孔孢结构体(或孔孢多孔体)。裂纹的多少直接影响到焦炭的力度和抗碎强度,其指标一般以裂纹度(指单位体积焦炭内的裂纹长度的多少)来衡量。衡量孔孢结构的指标主要用气孔率(只焦炭气孔体积占总体积的百分数)来表示,它影响到焦炭的反应性和强度。不同用途的焦炭,对气孔率指标要求不同,一般冶金焦气孔率要求在40~45%,铸造焦要求在35~40%,出口焦要求在30%左右。焦炭裂纹度与气孔率的高低,与炼焦所用煤种有直接关系,如以气煤为主炼得的焦炭,裂纹多,气孔率高,强度低;而以焦煤作为基础煤炼得的焦炭裂纹少、气孔率低、强度高。焦炭强度通常用抗碎强度和耐磨强度两个指标来表示。焦炭的抗碎强度是指焦炭能抵抗受外来冲击力而不沿结构的裂纹或缺陷处破碎的能力,用M40值表示;焦炭的耐磨强度是指焦炭能抵抗外来摩檫力而不产生表面玻璃形成碎屑或粉末的能力,用M10值表示。焦炭的裂纹度影响其抗碎强度M40值,焦炭的孔孢结构影响耐磨强度M10值。M40和M10值的测定方法很多,我国多采用德国米贡转鼓试验的方法。
  4 高炉炼铁原理
  炼铁过程实质上是将铁从其自然形态――矿石等含铁化合物中还原出来的过程。
  炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等,其原理是矿石在特定的气氛中(还原物质CO、H2、C;适宜温度等)通过物化反应获取还原后的生铁。生铁除了少部分用于铸造外,绝大部分是作为炼钢原料。
  高炉炼铁是现代炼铁的主要方法,钢铁生产中的重要环节。这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法,但由于高炉炼铁技术经济指标良好,工艺简单,生产量大,劳动生产率高,能耗低,这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的95%以上。
  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。铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣,从渣口排出。产生的煤气从炉顶导出,经除尘后,作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。
  高炉工作者应努力防止各种事故的发生,保证联合企业的生产进行。目前上料系统多采用皮带上料,电子计算机,工业电视等,但必须保证其可持续作业。高炉从开炉投产到停炉中,此期间连续不间断生产,仅在设备检修或发生时候是才停产。那么我们必须保证各个环节都步步到位,要不必然会影响整个高炉冶炼过程,甚至停产,给企业造成巨大损失。
  参考文献:
  [1]关于高炉炼铁工艺和熔融还原炼铁工艺的评述[J]. 张寿荣.  炼铁. 2016(01)
  [2]1580M~3高炉炼铁工艺设计特点[J]. 李丽娜.  现代商贸工业. 2017(05)
  [3]高炉炼铁工艺综合计算软件的开发[J]. 戴江之.  贵州工学院学报. 2018(01)
  [4]非高炉炼铁工艺的现状及其发展[J]. 周渝生.  冶金信息工作. 2017(04)
  [5]FINEX与高炉炼铁工艺对比[J]. 张龙强,周翔.  中国钢铁业. 2018(04)

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