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主讲：魏国主讲：魏国 副教授副教授
EE--mailmail：：[email protected]@smm.neu.edu.cnTel:83683974Tel:83683974
东北大学钢铁冶金研究所东北大学钢铁冶金研究所20092009--1111
钢铁冶金学－炼铁钢铁冶金学－炼铁
冶金工程专业课
Ferrous Metallurgy
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主要内容
第一章 高炉炼铁概述
第二章 高炉炼铁原料
第三章 高炉冶炼原理
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
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第一章 高炉炼铁概述
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第一章 高炉炼铁概述
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第一章 高炉炼铁概述
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1.1 高炉生产流程
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1.1 高炉生产流程
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
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在高炉炼铁生产中，高炉是工艺流程的主体；
从其上部装入的铁矿石、燃料和熔剂向下运动；
下部鼓入空气燃烧燃料，产生大量的还原性气体向上运
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。
除高炉本体外，还有上料系统、装料系统、送风系统、
回收煤气与除尘系统、渣铁处理系统、喷吹系统以及为
这些系统服务的动力系统等。
特点：连续反应器，开炉之后日以继夜生产。
1.1 高炉生产流程
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1.2 高炉生产设备
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1.2 高炉生产设备
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上料系统
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
的槽下筛分设备、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）等等。
1.2 高炉生产设备
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1.2 高炉生产设备
钟式布料高炉：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。
无料钟布料高炉：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。
高压操作高炉：均压阀、放散阀。
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送风系统：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。
富氧送风时在冷风管道上安装环形送氧管、在富氧管道上安装截断阀和逆止阀，流量调节阀及流量与压力仪表。
加湿鼓风时在冷风管道上安装环形蒸汽喷入管，在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
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煤气回收与除尘系统
一般包括炉顶煤气上升管、
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。
干式除尘的高炉有布袋除尘
箱，有的有旋风除尘器。高
压操作还有高压阀组等。
1.2 高炉生产设备
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喷吹煤粉时有制粉机、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。喷吹重油时有卸油泵、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。喷吹天然气时有天然气管道、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
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动力系统包括水、电、压缩空气、氮气、蒸汽等系统。电：包括高炉各系统的设备运转与控制、照明等双电源。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、水力冲渣用水的循环分级利用给排水系统，以及事故备用水源与清洗水箱和水温升高时用的高压水设备。此外，还有输送煤粉和动力用压缩空气，防火防爆、驱赶体风时管道与设备中残留煤气的氮气和蒸汽以及保温用的蒸汽等。
1.2 高炉生产设备
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渣铁处理系统：
出铁场、泥炮、开口机、堵
渣机、炉前吊车、渣铁沟、
渣铁分离器、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
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高炉生产特点
一是长期连续生产。高炉从开炉到大修停炉一直不停地连
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，下部不断地
鼓风，煤气不断地从炉顶排出并回收利用，生铁、炉渣
不断地聚集在炉缸定时排出。
二是规模越来越大型化。现在已有5000m3以上容积的高炉，日产生铁万吨以上，日消耗矿石近2万t，焦炭等燃料5kt。
1.2 高炉生产设备
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三是机械化、自动化程度越来越高。为了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。
四是生产的联合性。从高炉炼铁本身来说，从上料到排放渣铁，从送风到煤气回收，各系统必须有机地协调联合工作。从钢铁联合企业中炼铁的地位来说，炼铁也是非常重要的一环，高炉体风或减产会给整个联合企业的生产带来严重影响。因此，高炉工作者要努力防止各种事故，保证联合生产的顺利进行。
1.2 高炉生产设备
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铁与钢：生铁与熟铁、钢都是铁碳合金，区别是含碳量的多少不同。一般把含碳量小于0.2％的叫熟铁（工业纯铁）；含碳0.2～2.1％的叫钢，含碳2.1％以上的叫生铁。
1.3 高炉冶炼产品
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高炉生产的产品是生铁。
副产品是炉渣、高炉煤气和炉尘（瓦斯灰）。
生铁一般分三类：即供炼钢用的炼钢铁，
供铸造机件和工具用的铸造铁（包括球墨铸铁用
的生铁），
作铁合金用的高炉锰铁和硅铁。
1.3 高炉冶炼产品
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高炉渣的用途很广，主要有以下几方面。l）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一个旋转的滚筒上急冷而成
膨珠（膨胀渣），是良好的保温材料。4）用炉渣制成的矿渣砖、干渣块可作铺路材料。
1.3 高炉冶炼产品
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高炉煤气一般含有20％以上的一氧化碳、少量的氢和甲烷，发热值一般为2900～
3800kJ/m3，是一种很好的低发热值气体燃料，除用来烧热
风炉以外，还可供炼焦、均热炉和烧锅炉用。
1.3 高炉冶炼产品
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炉尘是被高速上升的煤气带离高炉的细颗粒炉料。
一股含铁30 ～ 50％，含碳10 ～ 20％。经煤气除尘器回收后，可用作烧结矿原料。
1.3 高炉冶炼产品
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对高炉生产技术水平和经济效益的总要求是高产、
优质、低耗、长寿。
其主要指标有：
1.4 高炉技术经济指标
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它是指每立方米高炉有效容积一昼夜生产炼钢铁的吨
数，即高炉每昼夜生产某品种的铁量（P）乘以该品种折合为炼钢铁的折算系数（A）后与有效容积（A）的比值：
国外某些国家的表示方法正好相反，它是指每昼夜冶炼It炼钢铁所占的有效容积：
l）高炉有效容积利用系数η
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现已分为焦炭冶炼强度和综合冶炼强度两个指标。焦炭冶炼强度是指每昼夜、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于焦炭量（Qk）与有效容积
（Vu）的比值：
由于采取喷吹燃料技术，将一昼夜喷吹的燃料量与焦炭量相加后与有效容积之比就叫做综合冶炼强度：
2）冶炼强度I
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3）休风率
休风率是高炉休风停产时间占规定日历作业时间
的百分数。所谓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。
以上三个指标都是反映高炉生产率、作业率方面
的指标。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。
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4）生铁合格率
这是反映质量的指标。生铁的化学成分符合国家
标准时叫合格生铁。生产的合格铁量占高炉总
产铁量的百分数叫生铁合格率。
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5）焦比K它是冶炼It生铁所需要的干焦量：
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6）折算焦比K折它是将所炼某品种的生铁折算成炼钢铁以后，计
算冶炼It炼钢铁所需要的干焦炭量：
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7）煤比Y和油比M煤比是每炼It生铁所喷吹的粉煤量。
油比是每炼It生铁所喷吹的重油量。
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8）综合燃料比它是指冶炼It生铁所消耗的干焦炭量与煤粉、重油量之和。
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9）综合焦比
在此先要了解煤或油与焦炭的置换比。
高炉采用喷吹煤粉或重油以后，喷吹单位重量（或体积）的燃料所能替代焦炭的数量叫燃料的置换比。置换比愈高，表示喷吹燃料的质量和利用率越好。
综合焦比是将冶炼1t生铁所喷吹的煤粉或重油量乘上置换比折算成干焦炭量，再与冶炼It生铁所消耗的干焦炭量相加即为综合焦比。
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10）综合折算焦比
它是在计算综合焦比的基础上，再把各种品种的
生铁折算为炼钢铁后计算而得的。
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11）工序能耗
炼铁工序能耗是指某一段时间（月、季、年）内，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、碾泥、给排水）、辅助生产系统（机修、
化验、计量、环保等）以及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）所消耗的各种能源的实物消耗量，扣
除回收利用能源，并折算成标准煤（29330kJ/t）与该段时间内生铁产量之比值。
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为了将冶炼炼钢铁和铸造铁两个品种和不同冶炼条件的高炉炼铁工序能耗统一评定等级，按着鼓励先进、合理折算的原则，对两个主观上很难解决的因素（矿石品位和冶炼铁种）对工序能耗的影响规定了折算指标。一是规定入炉矿石品位为55％，实际入炉矿石品位与55％的差值每降低1％，工序能耗增加0.8％，超过55％的部分不折算。二是以炼钢铁为基数，铸l4与炼钢铁的工序能耗折算系数为1.08，铸18为1.11，铸22为1.14……即铸造铁以1.08为起点，每增加一个牌号，增加折算系数0.03。另外规定入炉废铁在20kg/t铁以内时，按厂内自循环废铁考虑，不进行折算。超过20kg/t铁的部分，以废铁含铁量75％计算入炉品位，即按考虑废铁后的含铁量与55％比较，增减1％含铁量都要按减增0.8％的工序能耗计算评定指标，即：
式中 ηFe——入炉品位与55％差值的影响系数。
12）工序能耗等级评定指标
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13）高炉寿命
有两种表示方法：
一是一代炉龄，即从开炉到大修停炉的时间。一
般5年以下为低寿命，5 ～ 10年为中等，10年以上为长寿。
二是一代炉龄中每立方米有效容积产铁量。一般
3000t/m3以下为低寿命，3000～5000t/m3为中等，5000t/m3以上为长寿。
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