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现代冶金工艺学现代冶金工艺学
冶金工程专业课
钢铁冶金—炼铁主讲：魏国
http://faculty.neu.edu.cn/smm/weig E-mail：[email protected]:83687718 四号实验楼 229A
东北大学钢铁冶金研究所2018-03
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教学用书
教材：
1.朱苗勇等，现代冶金工艺学（钢铁冶金卷），冶金工业出版社
参考书：
1.周传典，高炉炼铁生产技术手册，冶金工业出版社
2.王筱留，钢铁冶金学(炼铁部分)，冶金工业出版社
3.比斯瓦斯，高炉炼铁理论与实践，冶金工业出版社
4.方觉，非高炉炼铁，冶金工业出版社
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炼铁部分－主要内容
第一章 炼铁概述
第二章 高炉炼铁原料
第三章 高炉冶炼基础理论 （物理化学原理）
第四章 高炉调剂原理 （传输现象）
第五章 高炉操作制度与强化冶炼
第六章 非高炉炼铁
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西周西周
春秋春秋
战国战国
西汉西汉
东汉东汉
晋晋
南北朝南北朝
秦秦
三国三国
8
5
2
公元
2
4
6
块炼铁
块炼钢
块炼钢
生铁
炒钢 熟铁
灌钢
反复锤锻，去除杂质，部分渗碳
炒钢 灌钢
坩锅铁
坩锅铁
脱碳钢
脱碳钢
退火
炒
第一章 炼铁概述
4
5
1. 原料准备
2. 炼铁（高炉）
3. 炼钢（转炉或电炉）
4. 连铸
5. 轧制
a. 铁水预处理
b. 精炼
现代炼铁高炉流程
第一章 炼铁概述
6
1. 原料准备
2. 炼铁：
3. 炼钢（转炉或电炉）
4. 连铸
5. 轧制
b. 精炼
直接还原
熔融还原
现代炼铁非高炉流程
第一章 炼铁概述
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一、高炉炼铁过程
高炉是炼铁生产工艺的主体；
从高炉上部装入的铁矿石、燃料和
熔剂向下运动；
下部鼓入空气燃烧燃料，产生大量
还原性气体向上运动；
炉料经过加热、还原、熔化、造渣、
渗碳、脱硫等一系列物理化学过程，
最后生成液态炉渣和生铁。
1.1 高炉生产流程
8
1.1 高炉生产流程
一、高炉炼铁过程
除高炉本体外，还有上料与装料系统、
送风系统、回收煤气与除尘系统、渣铁处
理系统、喷吹系统以及动力系统等。
特点：连续反应器，开炉后连续生产。
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1. 长期连续生产。高炉从开炉到大修停炉一直连续运转，仅在设备
检修或发生事故时才暂停生产（休风）。高炉运行时，炉料不断
地装入高炉，下部鼓风，煤气从炉顶排出并回收利用，生铁、炉
渣聚集在炉缸定时排出。
2. 规模越来越大型化。最大高炉容积5800m3以上，日产生铁万吨以
上，日消耗矿石近2万t，焦炭等燃料5kt。
1.1 高炉生产流程
二、高炉炼铁生产特点
世界上5500m³特大高炉：沙钢5860m³， 日本新日铁大分厂1、2高炉（5775m³），俄罗斯北方钢铁（Severstal）切列波维茨厂5高炉（5580m³），日本新日铁君津厂4高炉（5555m³），德国蒂森钢铁斯韦尔根厂2高炉（5513m³），日本JFE福山厂5高炉（5500m³），韩国浦项光阳钢厂4高炉（5500m³），中国京唐钢铁1、2高炉（5500m³）。
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1.1 高炉生产流程
11
3. 机械化、自动化程度越来越高。准确连续地完成每日成千上万吨原料及产品的装入和排放。为了改善劳动条件、保证安全、提高劳动生产率，要求有较高的机械化和自动化水平。
4. 生产联合性。从上料到排放渣铁，从送风到煤气回收，各系统有机地协调联合工作。
1.1 高炉生产流程
二、高炉炼铁生产特点
在钢铁联合企业中，炼铁是非常重要的环节。高炉休风或减产会严重影响整个企业的生产，因此，高炉工作者要努力防止各种事故，保证生产顺利进行。
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高炉炼铁车间外景
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1.1 高炉生产流程
15
1.2 高炉生产设备
一、高炉本体
组成及作用：
炉壳；
耐火材料；
冷却设备。
高炉内型：
炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸。
高炉容积：
有效容积、工作容积。
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冷却设备：炉壳、冷却壁、冷却板、水管等。
维持高炉炉衬在一定温度下工作，使其保
持炉型；在高炉的某些部位还可形成渣皮，
保护炉衬。
根据各部位热负荷不同，可采取多种形式
和方法。有冷却器冷却、外部喷水冷却、
水冷炉底等多种形式。
1.2 高炉生产设备
一、高炉本体
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1.2 高炉生产设备
c-铜冷却壁
a-卧式冷却板
b-镶砖冷却壁
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1.2 高炉生产设备高 炉部 位
炉 腹风 口
炉 身上 部
炉 身中 部
炉 身下 部
炉 腰
炉 底炉 缸
冷 却 壁 形 式本体系
强化系
J Г
镶 砖 强 化 冷 却 壁 S J光 面 冷 却 壁
光 面 冷 却 壁 Z
镶 砖 强 化 冷 却 壁
Z
J
镶 砖 带 凸 台 强化 冷 却 壁 S J Г
光 面 水 冷 壁 T H
光 面 横 行 水 冷 壁 Z
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1.2 高炉生产设备
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1.上料及布料系统
包括：贮矿场、贮矿仓、焦仓、仓
上运料设备（火车与矿车或皮带）、
矿石与焦炭的筛分设备、返矿和返
焦运输设备、入炉矿石和焦炭的称
量设备、将炉料运送至炉顶的设备
（皮带或料车与卷扬机）等。
1.2 高炉生产设备
二、高炉附属系统
注：图片资料来自互联网，作者与设备厂商无任何经济关系。
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1.2 高炉生产设备
钟式布料：炉顶受料斗、布料器、大小
料钟或三套料钟、大小料斗、料钟平衡
杆与液压传动装置或卷扬机、活动炉喉
挡板、探料尺等。
无料钟布料：受料罐、上下密封阀、截
流阀、中心喉管、布料溜槽、旋转装置
及液压传动设备等。
高压操作：均压阀、放散阀。
1.上料及布料系统
二、高炉附属系统
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1.2 高炉生产设备
2.送风系统
二、高炉附属系统
稳 定 提 供 1200 ℃～
1250℃的高温热风。
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鼓风机、冷风管道、放风阀、混风阀、热风炉、热风总管、环管、支管、直到风口。
富氧送风：冷风管道上环形送氧管、富氧管道上截断阀和逆止阀，流量调节阀及流量与压力仪表。加湿鼓风：冷风管道上环形蒸汽喷入管，蒸汽管道上安装截断阀、蒸汽流量调节阀、湿度计与蒸汽压力表等。
1.2 高炉生产设备
2.送风系统
二、高炉附属系统
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1.2 高炉生产设备
2.送风系统
二、高炉附属系统
注：图片资料来自互联网，作者与设备厂商无任何经济关系。
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1.2 高炉生产设备
3.除尘系统
二、高炉附属系统
炉顶煤气上升管、下降管、煤气截断阀或水封、重力除尘
器、洗涤塔与文氏管（或双文氏管）、电除尘、脱水器。
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1.2 高炉生产设备
3.除尘系统
二、高炉附属系统
干式除尘的高炉有布袋除尘箱，有的旋风除尘器。高压操
作还有高压阀组等。
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出铁场：泥炮、开口机、堵渣机、
炉前吊车、渣铁沟、渣铁分离器；
其他：铁水罐、铸铁机、修罐库、
渣罐、水渣池、以及炉前水力冲
渣系统。
1.2 高炉生产设备
4.渣铁处理系统
二、高炉附属系统
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4.渣铁处理系统
二、高炉附属系统
1.2 高炉生产设备
注：图片资料来自互联网，作者与设备厂商无任何经济关系。
29典型环形出铁场布置图
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喷吹煤粉：制粉机、煤粉仓、煤粉输送设备及管道、高炉贮煤粉罐、混合器，分配调节器、喷枪、压缩空气及安全保护系统等。
喷吹重油：卸油泵、贮油罐、过滤器、送油泵、调压稳压装置、喷枪及蒸汽保温与吹扫装置。
喷吹天然气：天然气管道、自动截断阀、压力表、流量表，安全阀、放散阀、吹扫阀、流量调节阀等。
1.2 高炉生产设备
5.燃料喷吹系统
二、高炉附属系统
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电：各系统设备运转与控制、照明等电源。
水：包括高炉本体（包括风渣口）、热风炉阀门冷却用的工业水、
软化水的给排水系统，铸铁机、煤气清洗系统、水力冲渣用水的
给排水系统，以及事故备用水源设备。
气体：输送煤粉和动力用压缩空气，防火防爆、驱赶休风时管道
与设备中残留煤气的氮气和蒸汽，保温用蒸汽等。
1.2 高炉生产设备
6.动力系统：包括水、电、压缩空气、氮气、蒸汽等系统。
二、高炉附属系统
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1.3 高炉冶炼产品
钢铁生产工艺－高炉流程
炉料形态
五个区域
块状带
软熔带
滴落带
渣铁盛聚带
燃烧带
焦炭烧结矿块矿球团矿
热风煤粉
富氧
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概念：生铁与熟铁、钢。
熟铁（工业纯铁）含碳小于0.2％；
钢：含碳0.2～2.1％；
生铁：含碳2.1％。
高炉生铁：Fe、C、Si、Mn、S、P
1.3 高炉冶炼产品
一、高炉产品：生铁1538℃
1200℃
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1.3 高炉冶炼产品
高炉生铁一般分三类：
1. 供炼钢用的炼钢生铁；
2. 供铸造机件和工具用的铸造铁
（包括球墨铸铁）
3. 铁合金用的高炉锰铁和硅铁。
不同类型的产品有不同标准。
一、高炉产品：生铁
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1.3 高炉冶炼产品
二、高炉副产品
高炉煤气：含20％以上的CO、少量的氢和
CH4，发热值2900～3800kJ/m3，是
一种低发热值气体燃料，用于热风炉，
均热炉和锅炉，炼焦。
炉尘：煤气中的细颗粒炉料。一般含铁
30 ～ 50％，含碳10 ～ 20％。经煤
气除尘器回收后，可用作烧结原料。
10~15kg/tHM
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1.3 高炉冶炼产品
二、高炉副产品高炉渣：
1）液态炉渣用水急冷成水渣，可作水
泥原料。
2）液态炉渣用高压蒸汽或高压空气吹
成渣棉，可作绝热保温材料。
3）液态炉渣用少量高压水冲到旋转滚
筒上急冷而成膨珠（膨胀渣），是良好
的保温材料。
4）矿渣砖、干渣块可作铺路材料。
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对高炉生产的总要求是高产、优质、低耗、长寿。
主要指标有：
1.4 高炉技术经济指标
l）高炉有效容积利用系数η
每立方米高炉有效容积一昼夜生产生铁的吨数，即高炉每昼夜生产
铁量（P）折合为炼钢铁后与有效容积（V）的比值：
某些国家以每昼夜冶炼It炼钢铁所占的有效容积表示：
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（焦炭）冶炼强度：每昼夜每立方米高炉有效容积消耗的焦炭量，即一昼夜装入高炉的干焦炭量（Qk）与有效容积 （Vu）的比值：
综合冶炼强度：对于喷吹燃料的高炉，将一昼夜喷吹的燃料量与焦炭量相加后与有效容积之比：
1.4 高炉技术经济指标
2）冶炼强度
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高炉休风停产时间占规定日历作业时间的百分数。
规定日历作业时间是指日历时间减去计划大、中修时间和封炉时间。
1.4 高炉技术经济指标
3）休风率
以上三个指标反映高炉生产率、作业率。高炉有效容积利用系数和
冶炼强度越高，休风率越低，表示高炉越高产。
4）生铁合格率
化学成分符合国家标准的合格生铁量占高炉总产铁量的百分数。
常用：一级品率，%。
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1.4 高炉技术经济指标
5）焦比K
冶炼It生铁所需要的干焦量：
6）煤比Y和油比M
煤（油）比是每炼It生铁所喷吹的粉煤（重油）量。
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1.4 高炉技术经济指标
7）综合燃料比
冶炼It生铁所消耗的干焦炭量与煤粉、重油量之和。
8）综合焦比
冶炼It生铁所消耗的干焦炭量与煤粉、重油折算为焦炭量之和。
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1.4 高炉技术经济指标
9）高炉寿命
a. 一代炉龄：从开炉到大修停炉的时间。一般10年以上为长寿。
b. 一代炉龄中每立方米有效容积产铁量。一般5000～8000t/m3为中等，
8000t/m3以上为长寿。
高炉名称 容积，m3 开停炉时间 寿命，年单位炉容铁量
t·m-3
仓敷厂2号 2857 1979.3.2-2003.8.29 24.5
日本千叶6号 4500 1977.6.17-1998.3.24 20.9 13386
仓敷厂4号 4826 1982.1.29-2001.10.15 19.9
福山厂2号 4664 1986.2.19-2005.1.31 19
宝钢3号 4350 1994.9.20至2013.8.29
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国内外部分长寿高炉
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1.4 高炉技术经济指标
10）工序能耗
某一段时间内，高炉生产每吨生铁消耗能源的实物消耗量，扣除回收
利用能源，折算成标准煤（29330kJ/t）的量。
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、碾泥、给排水）；
辅助生产系统：机修、化验、计量、环保；生产管理和调度指挥等。
能耗 烧结 焦化 高炉 转炉
重点企业 51.81 108.47 406.52 -2.80
最高值 73.62 166.75 477.21 25.39
某阶段全国重点钢铁企业能耗情况 单位: kgce/t
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1923-2018
