高炉冶炼工艺

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第一章概述

课时：2学时

授课内容：

一、钢铁工业发展简史二、高炉冶炼产品

三、高炉生产主要技术经济指标

目的要求：

1．了解炼铁、炼钢工业的发展简史； 2．掌握炼铁产品及炼铁技术经济指标。

重、难点：

1.炼铁产品及炼铁技术经济指标。

教学方法：

利用多媒体以课堂讲授为主，结合实际范例进行课堂讨论。

讲授重点内容提要

一、钢铁工业发展简史

1、我国炼铁工业的发展简史

◆早在2500年前的春秋、战国时期，就已生产和使用铁器，逐步由青铜时代过渡到铁器时代。

◆公元前513年，赵国铸的“刑鼎”。 ◆1891年，清末洋务派首领张之洞首次在汉阳建造了两座日产lOOt生铁的高炉，迈出了我国近代炼铁的第一步。

◆之后，先后在鞍山、本溪、石景山、太原、马鞍山、唐山等地修建了高炉。

◆l943年是我国解放前钢铁产量最高的一年(包括东三省在内)，生铁产量180万t，钢产量90万t，居世界第十六位。

◆1949年，生铁年产量仅为25万t，钢年产量l5.8万t。

◆新中国成立后，我国于l953年生铁产量就达到了190万t，当时超过了历史最高水平。

◆1957年生铁产量达到了597万t，高炉利用系数达到了l．321，我国在这一指标上跨入世界先进行列(美国当时高炉利用系数为1.0)。

◆1958年生铁产量为l364万t。 ◆1978年生铁产量突破了3000万t。 ◆1988年生铁产量达到了6000万t。

◆1993年生铁产量为8000万t，跃居世界第二位。 ◆1995年生铁产量为1亿t，居世界第一位。 ◆1998年生铁产量为l．2亿t。 2、现代炼钢方法及其发展趋势

◆1855年英国冶金学家亨利2贝塞麦发明酸性空气底吹转炉炼钢方法。 ◆平炉炼钢法由于用重油、成本高、冶炼周期长、热效率低等致命弱点，已基本上被淘汰。

◆氧气转炉炼钢法以氧气顶吹转炉炼钢法为主，同时还有底吹氧气转炉炼钢法、顶底复合吹炼氧气转炉炼钢法。

◆l996年我国钢产量已达到一亿多吨，其中氧气转炉炼钢法所炼钢约占70％。 ◆2005年我国粗钢产量已达到3.49亿吨，其中氧气转炉炼钢法所炼钢约占75％。 ◆电炉炼钢法以交流电弧炉炼钢为主，同时也有少部分直流电弧炉炼钢、感应炉炼钢及电渣重熔等。

◆纵观国内外炼钢方法的发展，主要炼钢方法的总发展趋势是：转炉炼钢法大力发展，成为最主要的炼钢方法；电炉炼钢法稳步发展、长兴不衰；平炉炼钢法则被淘汰。

◆目前炼钢的生产流程主要有以下两种：

铁水→铁水预处理→氧气转炉→初炼钢水→炉外精炼→连铸机→连铸坯废钢→电弧炉→初炼钢水→炉外精炼→连铸机→连铸坯二、高炉冶炼产品

高炉冶炼的主要产品是生铁，副产品是炉渣、煤气和一定量的炉尘(瓦斯灰)。 1．生铁

◆生铁组成以铁为主，此外含碳质量分数为2．5％～4．5％，并有少量的硅、锰、磷、硫等元素。

◆生铁质硬而脆，缺乏韧性，不能延压成型，机械加工性能及焊接性能不好，但含硅高的生铁(灰口铁)的铸造及切削性能良好。

◆生铁按用途又可分为普通生铁和合金生铁。 ◆普通生铁包括炼钢生铁和铸造生铁。 ◆后者合金生铁主要是锰铁和硅铁。 ◆我国现行生铁标准如下表所示。

表1-1 炼钢生铁国家标准(GB 717—82)

表1-2铸造生铁国家标准(GB 718—82)

2．炉渣

◆矿石的脉石和熔剂、燃料灰分等熔化后组成炉渣，其主要成分为Ca0、Mg0、Si02、Al203

及少量的Mn0、Fe0、S等。

◆炉渣有许多用途，常用做水泥原料及隔热、建材、铺路等材料。 ◆每吨生铁的炉渣量l50-300kg。 3．煤气

◆高炉煤气的化学成分为C0、C02、H2、N2及少量的CH4。

◆高炉煤气的发热值约(800～900)34.18168kJ／m。

◆每吨铁可产煤气2000～3000m。

◆高炉煤气是无色、无味的气体，有毒易爆炸。 4．炉尘

◆炉尘是随高炉煤气逸出的细粒炉料，经除尘处理与煤气分离。 ◆炉尘含铁、碳、Ca0等有用物质，可作为烧结的原料。 ◆每吨铁产炉尘为l0～100kg。三、高炉生产主要技术经济指标 1．高炉有效容积利用系数（

）

式中 ——每立方米高炉有效容积在一昼夜内生产铁的吨数； P——高炉一昼夜生产的合格生铁；

——高炉有效容积，指炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉五段之和。

是衡量高炉生产强化程度的指标。

◆高炉有效容积利用系数

◆越高，高炉生产率越高，每天所产生铁越多。

◆目前我国高炉有效容积利用系数为(1．8～2．3)t／(m2d)，高的可达3．0t／(m2d)以上。

2．焦比(K)和燃料比(Kf)

式中 K— 一吨生铁消耗的焦炭量； Q—高炉一昼夜消耗的干焦量。

式中

——冶炼一吨生铁消耗的焦炭和喷吹燃料的数量之和；

——高炉一昼夜消耗的干焦量和喷吹燃料之和。

◆煤比M是每吨生铁消耗的煤粉量。 ◆油比Y是每吨生铁消耗的重油量)。

◆焦比和燃料比是衡量高炉物资消耗，特别是能耗的重要指标。 ◆目前我国喷吹高炉的焦比一般低于450kg／t，燃料比小于550kg／t。先进高炉焦比已小于400kg／t，燃料比约450kg／t。

◆将燃料也折合成焦炭计算出的总焦炭量为综合焦比。 3：冶炼强度(Ｉ)

式中Ｉ一每昼夜每立方米高炉有效容积燃烧的焦炭量。

◆ 每昼夜每立方米高炉有效容积消耗的燃料总量，称为综合冶炼强度。综合冶炼强度(

)

◆计算冶炼强度要扣除休风时间。

◆冶炼强度是表示高炉生产强化程度的指标。

◆冶炼强度取决于高炉所能接受的风量。鼓入高炉的风量越多，冶炼强度越高。利用系数、焦比和冶炼强度之间的关系(当休风时间为零、不喷吹燃料时)：

4．生铁合格率

合格生铁占高炉总产量的百分数为生铁合格率，即：

◆化学成分符合国家标准的生铁为合格生铁。

◆生铁合格率是评价高炉产品质量好坏的重要指标。 5．休风率

休风率是指休风时间占规定作业时间(日历时间扣除计划检修时间)的百分数，即：

◆休风率反映设备管理维护和高炉的操作水平。 ◆降低休风率是高炉增产节焦的重要途径。 6．生铁成本

生铁成本是指冶炼一吨生铁所需的费用，包括原料、燃料、动力、工资、车间经费等。 ◆原燃料成本费占80％左右。 ◆冶炼成本费占20％左右。

◆降低焦炭消耗是降低成本的重要内容。 7．炉龄

高炉从开炉到停炉大修之间的时间，为一代高炉的炉龄。 ◆延长炉龄是高炉工作者的重要课题。

◆大高炉炉龄要求达到10年以上，国外大型高炉炉龄最长已达20年。

第二章炼铁原燃料

课时：2学时

授课内容：

第一节铁矿石及其分类

第二节高炉冶炼对铁矿石的要求第三节铁矿石冶炼前的准备和处理

目的要求：

1．知道常用的铁矿石的分类及主要特性； 2.掌握高炉冶炼对铁矿石的要求； 3.了解铁矿石冶炼前的准备和处理。

重、难点：

1.铁矿石的分类和主要特性； 2.高炉冶炼对铁矿石的要求。

教学方法：

利用多媒体以课堂讲授为主，结合实际范例进行课堂讨论。

讲授重点内容提要

第一节铁矿石及其分类

一、矿物、矿石和岩石 1. 矿物的概念及特点

地壳中的化学元素经过各种地质作用，形成的天然元素和天然化合物称为矿物。它具有较均一的化学成分和内部结晶构造，具有一定的物理性质和化学性质。

2.矿石和岩石的概念

◆矿石和岩石均由矿物所组成，是矿物的集合体。

◆矿石是在目前的技术条件下能经济合理地从中提取金属、金属化合物或有用矿物的物质。

◆矿石由有用矿物和脉石矿物所组成。能够被利用的矿物为有用矿物，目前尚不能利用的矿物为脉石矿物。

二、铁矿石的分类及主要特性根据含铁矿物的主要性质和矿物组成，铁矿石分为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿四种类型。

1．磁铁矿

磁铁矿化学式为Fe3O4，结构致密，晶粒细小，黑色条痕。具有强磁性，含S、P较高，还原性差。 2．赤铁矿

赤铁矿化学式为Fe2O3，条痕为樱红色，具有弱磁性。含S、P较低，易破碎、易还原。

3．褐铁矿

褐铁矿是含结晶水的氧化铁，呈褐色条痕，还原性好，化学式为nFe2O32mH2O(n= 1～3，m=1～4)。褐铁矿中绝大部分含铁矿物是以2Fe2O323H2O的形式存在的。 4．菱铁矿

菱铁矿化学式为FeC03，颜色为灰色带黄褐色。菱铁矿经过焙烧，分解出C02气体，含铁量即提高，矿石也变得疏松多孔，易破碎，还原性好。其含S低，含P较高。

各种铁矿石的分类及其主要特性列于表2-1。

表2—1 铁矿石的分类及其特性

第二节高炉冶炼对铁矿石的要求

一、铁矿石品位高

铁矿石品位是指铁矿石的含铁量，以TFe％表示。铁矿石品位高有利于降低焦比和提高产量。根据生产经验，矿石品位提高1％，焦比降低2％，产量提高3％。

从矿山开采出来的矿石，含铁量一般在30％～60％之间。

品位较高，经破碎筛分后可直接入炉冶炼的称为富矿。一般当含铁量大于70％～90％时方可直接入炉。

品位较低，不能直接入炉的叫贫矿。贫矿必须经过选矿和造块后才能入炉冶炼。二、脉石成分愈低愈好

铁矿石的脉石成分绝大多数为酸性的，SiO2含量较高。铁矿石中si02含量愈高，需加入的石灰石也愈多，生成的渣量也愈多，这样，将使焦比升高，产量下降。

脉石中含碱性氧化物(Ca0、MgO)较多的矿石，冶炼时可少加或不加石灰石，对降低焦比有利，具有较高的冶炼价值。

三、有害杂质少和有益元素的含量 1．有害杂质

矿石中的有害杂质是指那些对冶炼有妨碍或使矿石冶炼时不易获得优质产品的元素。主要有S、P、Pb、Zn、As、K、Na等。 ◆硫

硫在矿石中主要以硫化物状态存在。硫的危害主要表现在： ①当钢中的含硫量超过一定量时，会使钢材具有热脆性。

②对铸造生铁，会降低铁水的流动性，阻止Fe3C分解，使铸件产生气孔、难于切削并降低其韧性。

③硫会显著地降低钢材的焊接性，抗腐蚀性和耐磨性。矿石中的含硫质量分数必须小于0.3％。 ◆磷

磷以Fe2P、Fe3P形态溶于铁水。磷会造成钢的冷脆现象。由于磷在选矿和烧结过程中不易除去，在高炉冶炼中又几乎全部还原进入生铁。所以控制生铁含磷的惟一途径就是控制原料的含磷量。

◆铅和锌

铅和锌常以方铅矿(PbS)和闪锌矿(ZnS)的形式存在于矿石中。

铅易渗入砖缝破坏炉底砌砖，甚至使炉底砌砖浮起。铅又极易挥发，在高炉上部被氧化成PbO，粘附于炉墙上，易引起结瘤。

一般要求矿石中的含铅质量分数低于0.1％。

锌在炉内被氧化成ZnO，部分ZnO沉积在炉身上部炉墙上，形成炉瘤，部分渗入炉衬的孔隙和砖缝中，引起炉衬膨胀而破坏炉衬。

矿石中的含锌质量分数应小于0．1％。 ◆砷

砷会使钢材产生“冷脆”现象，并降低钢材焊接性能。要求矿石中的含砷质量分数小于0．07％。 ◆碱金属

碱金属主要指钾和钠。一般以硅酸盐形式存在于矿石中。其危害主要为：①与炉衬

作用生成钾霞石(K2O2A12O322SiO2)，体积膨胀40％而损坏炉衬。 ②与炉衬作用生成低熔点化合物，粘结在炉墙上，易导致结瘤。

③与焦炭中的碳作用生成插入式化合物(CK8、CNa8)体积膨胀很大，破坏焦炭高温强度，从而影响高炉下部料柱透气性。 ◆铜

铜在钢材中具有两重性。当钢中含铜质量分数小于0.3％时能改善钢材抗腐蚀性。当超过0.3％时又会降低钢材的焊接性，并引起钢的“热脆”现象，使轧制时产生裂纹。

一般铁矿石允许含铜质量分数不超过0.2％。 2．有益元素

矿石中有益元素主要指对钢铁性能有改善作用或可提取的元素。如锰(Mn)、铬(Cr)、钴(Co)、镍(Ni)、钒(V)、钛(Ti)等。当这些元素达到一定含量时，可显著改善钢的可加工性，强度和耐磨、耐热、耐腐蚀等性能。同时这些元素的经济价值很大，当矿石中这些元素含量达到一定数量时，可视为复合矿石，加以综合利用。四、铁矿石的还原性好

1.铁矿石的还原性概念

铁矿石的还原性是指铁矿石被还原性气体C0或H2还原的难易程度。 2. 影响铁矿石还原性的因素

影响铁矿石还原的因素主要有矿物组成、矿物结构的致密程度、粒度和气孔率等。磁铁矿结构致密，最难还原。

赤铁矿有中等的气孔率，比较容易还原。褐铁矿和菱铁矿容易还原。

烧结矿和球团矿的气孔率高，其还原性一般比天然富矿的还要好。五、矿石的粒度适当、机械强度高和软化性好

矿石的粒度是指矿石颗粒的直径。通常，入炉矿石粒度在5～35mm之间，小于5mm的粉末是不能直接人炉的。

铁矿石的机械强度是指矿石耐冲击、抗摩擦、抗挤压的能力。

铁矿石的软化性包括铁矿石的软化温度和软化温度区间两个方面。软化温度是指铁矿石在一定的荷重下受热开始变形的温度；软化温度区间是指矿石开始软化到软化终了的温度范围。高炉冶炼要求铁矿石的软化温度要高，软化温度区间要窄。六、铁矿石各项指标相对稳定

铁矿石的各项理化指标保持相对稳定，才能最大限度地发挥生产效率。高炉冶炼要求成分波动范围:含铁原料TFe<±0．5％～l．0％；ω(SiO2)<±0．2％～0．3％；烧结矿的碱度为±0．03～0．1。

第三节铁矿石冶炼前的准备和处理

从矿山开采出来的铁矿石，一般要经过破碎、筛分、混匀、焙烧、选矿和造块等加工处理过程。一、破碎

1.破碎的分类

根据破碎的粒度，可分为粗碎、中碎、细碎和粉碎。 ◆粗碎：从l300～500mm破碎到400～125mm； ◆中碎：从400～125mm破碎到100～25mm； ◆细碎：从l00～25mm破碎到25～5mm；

◆粉碎：从<5mm破碎到

对于天然铁矿石的粗、中、细碎作业，目前采用的主要破碎设备有颚式破碎机和圆锥式破碎机两大类，其工作原理如图2—1所示。

图2—1 破碎机的工作原理示意图

(a)颚式破碎机；(b)圆锥式破碎机；(c)短锥式破碎机

二、筛分 1.筛分的概念

通过单层或多层筛面，将颗粒大小不同的混合料分成若干不同粒度级别的过程。

2.筛分的目的 ◆筛除粉末。

◆将大于规定粒度上限的大块筛除进行再破碎。 ◆对合格块度进行分级。 3.矿石的筛分设备

多采用振动筛。其筛分原理是利用筛网的上下垂直振动进行的。筛网的振动可达每分钟l500次左右，振幅达0．5～12mm，筛面与水平面成l0°～40°的倾角。

4.振动筛的特点

筛分效率高，单位面积产量大，筛孔不易堵塞，调整方便，适用粒度范围广。通常，矿石在破碎、筛分过程中通过皮带运输机将破碎机械与筛分机械联系起来，构成破碎筛分流程。三、混匀

混匀又称为中和。 1. 混匀的目的

稳定铁矿石的化学成分，从而稳定高炉操作，保持炉况顺行，改善冶炼指标。 2.矿石的混匀方法

按“平铺直取”的原则进行。所谓平铺，是根据料场的大小将每一批来料沿水平方向依次平铺，一般每层厚度为200-300mm，把料铺到一定高度。所谓直取，即取矿时，沿料堆垂直断面截取矿石。四、铁矿石的焙烧

1.铁矿石焙烧的概念

将铁矿石加热到低于软化温度200～300℃的一种处理过程。 2.焙烧的目的

◆改变矿石的矿物组成和内部结构。 ◆去除部分有害杂质。 ◆回收有用元素。

◆使矿石变得疏松，提高矿石的还原性。 3.焙烧的方法

氧化焙烧、还原磁化焙烧和氯化焙烧等。 ◆氧化焙烧是铁矿石在氧化气氛条件下焙烧，主要用于去除褐铁矿中的结晶水，菱铁矿中的C02，并提高品位，改善还原性。

◆还原磁化焙烧是在还原气氛中进行，其作用是将弱磁性的赤铁矿及非磁性的黄铁矿转化为具有强磁性的磁铁矿，以便磁选。

五、铁矿石的选矿 1.选矿的目的提高矿石品位。 2.选矿方法

◆重力选矿法。根据矿物密度的不同，在选矿介质中具有不同的沉降速度而进行选矿。 ◆磁力选矿法。磁力选矿法是利用矿物的磁性差别，在不均匀的磁场中，磁性矿物被磁选机的磁极吸引，而非磁性矿物则被磁极排斥，从而达到选别的目的。

◆浮游选矿法。浮游选矿法是利用矿物表面不同的亲水性，选择性地将疏水性强的矿物用泡沫浮到矿浆表面，而亲水性矿物则留在矿浆中，从而实现不同矿物彼此分离。

3.选矿后的产品精矿、中矿和尾矿。

◆精矿是指选矿后得到的含有用矿物含量较高的产品。 ◆中矿为选矿过程中间产品，需进一步选矿处理。 ◆尾矿是经选矿后留下的废弃物。

课时：2学时

授课内容：

第四节熔剂

第五节高炉用燃料

目的要求：

1.掌握熔剂的作用及对熔剂的性质要求；

2.掌握焦炭在高炉炼铁中的作用和对焦炭的质量要求； 3.熟悉炼焦生产过程。

重、难点：

1.焦炭在高炉炼铁中的作用和对焦炭的质量要求。

教学方法：

利用多媒体以课堂讲授为主，结合实际范例进行课堂讨论。

讲授重点内容提要

第四节熔剂

一、熔剂的作用

熔剂在冶炼过程中的主要作用有：

1.使还原出来的铁与脉石和灰分实现良好分离，并顺利从炉缸流出，即渣铁分离。 2.生成一定数量和一定物理、化学性能的炉渣，去除有害杂质硫，确保生铁质量。二、熔剂的种类

根据矿石中脉石成分的不同，高炉冶炼使用的熔剂，按其性质可分为碱性、酸性和中性三类。

1．碱性熔剂

常用的碱性熔剂有石灰石(CaC03)和白云石(CaC032MgC03)。 2．酸性熔剂

作为酸性熔剂使用的有石英石(Si02)、均热炉渣(主要成分为2FeO、Si02)及含酸性脉石的贫铁矿等。 3．中性熔剂

高铝原料。如铁钒土和粘土页岩。三、对碱性熔剂的质量要求

对碱性熔剂的质量有如下要求：

1.碱性氧化物(CaO+MgO)含量高，酸性氧化物(Si02+A1203)愈少愈好。或熔剂的有效熔剂性愈高愈好。

一般要求石灰石中Ca0的质量分数不低于50％，Si02+A1203的质量分数不超过3．5％。熔剂的有效熔剂性是指熔剂按炉渣碱度的要求，除去本身酸性氧化物含量所消耗的碱性氧化物外，剩余部分的碱性氧化物含量。可用下式表示：

当熔剂中与炉渣中Mg0含量很少时，计算式可简化为：

2.有害杂质硫、磷含量要少。

石灰石中一般硫的质量分数只有0．01％～0．08％，磷的质量分数为0．001％～0．03％。 3.较高的机械强度，粒度要均匀，大小适中。

适宜的石灰石入炉粒度范围是：大中型高炉为20～50mm，小型高炉为l0～30mm。

当炉渣黏稠引起炉况失常时，还可短期适量加入萤石(CaF2)，以稀释炉渣和洗掉炉衬上的堆积物。

第五节高炉用燃料

焦炭是高炉冶炼的主要燃料。一、焦炭在高炉冶炼中的作用

1.发热剂。焦炭在风口前燃烧放出大量热量并产生煤气，煤气在上升过程中将热量传给炉料，使高炉内的各种物理化学反应得以进行。

2.还原剂。焦炭燃烧产生的C0及焦炭中的固定碳是铁矿石的还原剂。

3.料柱骨架。焦炭在料柱中占1/3～1/2的体积，尤其是在高炉下部高温区只有焦炭是以固体状态存在，它对料柱起骨架作用，高炉下部料柱的透气性完全由焦炭来维持。

4.渗碳剂。

5.炉料下降提供自由空间。二、高炉冶炼对焦炭质量的要求 1．焦炭的化学成分

焦炭的化学成分常以焦炭的工业分析来表示。工业分析项目包括固定碳、灰分、硫分、挥发分和水分的含量。

◆固定碳含量尽量高，灰分尽量低。我国冶金焦炭灰分一般为11％～l4％。 ◆硫含量低。

◆挥发分一般在0．7％～l．2％。

焦炭中的挥发分是指在炼焦过程中未分解挥发完的H2、CH4、N2等物质。

挥发分含量过高，说明焦炭的结焦程度差，生焦多，强度差；含量过低，则说明结焦程度过高，易碎。

◆水分含量稳定。

焦炭中的水分是湿法熄焦时渗入的，通常为2％～6％。 2．焦炭的物理性质

◆机械强度高。

焦炭的机械强度是指焦炭的耐磨性和抗撞击能力。

机械强度不好的焦炭，在转运过程中和高炉内下降过程中破裂产生大量的粉末，进入初渣，使炉渣的黏度增加，增加煤气阻力，造成炉况不顺。

目前我国一般用小转鼓测定焦炭强度。

小转鼓是用钢板焊成的无穿心轴的密封圆筒，鼓内径和宽均为1000mm，内壁每隔90°焊角钢一块，共计4块。试验时，取粒度大于60mm 的焦炭30kg，放人转鼓内，转鼓以25r／min的速度旋转100转，即4min，倒出试样，用φ40mm和φl0mm的圆孔筛筛分，以大于40mm的焦炭占试样总量的百分比(以M40表示) 作为破碎强度指标，以小于l0mm的焦炭占试样总量的百分比(以M10表示)作为耐磨强度指标。

M40愈大，Ml0愈小，表明焦炭的强度愈高。一般要求M40≥72％，Ml0≤10％。 ◆粒度均匀、粉末少。

大型高炉焦炭粒度范围为20～60mm，中小高炉用焦炭，其粒度分别以20～40mm和大于15mm 为宜。

3．焦炭的化学性质

焦炭的化学性质包括焦炭的燃烧性和反应性两方面。

◆ 燃烧性好。

燃烧性是指焦炭在一定温度下与氧反应生成C02的速度，即燃烧速度。其反应式为：

C+02=C02

◆ 反应性好。

反应性是指焦炭在一定温度下和C02作用生成C0的速度。反应式为：

C+C02=2CO

为了提高炉顶煤气中的CO2含量，改善煤气利用程度，希望焦炭的反应性差些为好。为了扩大燃烧带，使炉缸温度及煤气流分布更为合理，使炉料顺利下降，希望焦炭的燃烧性差些为好。

三、炼焦生产工艺流程

炼焦生产工艺流程如图2-2所示。

图2-2 炼焦生产工艺流程

现代焦炭生产过程分为洗煤、配煤、炼焦和产品处理等工序。 1.洗煤

◆原煤在炼焦之前，先进行洗选。

◆目的是降低煤中所含的灰分和去除其他杂质。 2.配煤

◆将各种结焦性能不同的煤按一定比例配合炼焦。

◆目的是在保证焦炭质量的前提下，扩大炼焦用煤的使用范围，合理地利用国家资源，并尽可能地多得到一些化工产品。 3.炼焦

◆将配合好的煤装入炼焦炉的炭化室，在隔绝空气的条件下通过两侧燃烧室加热干馏，经过一定时间，最后形成焦炭。

◆炭化室内成焦过程如图2—3所示。

图2-3 结焦过程示意图 4.炼焦的产品处理

◆将炉内推出的红热焦炭送去熄焦塔熄火，然后进行破碎、筛分、分级、获得不同粒度的焦炭产品，分别送往高炉及烧结等用户。

◆熄焦方法有干法和湿法两种。

湿法熄焦是把红热焦炭运至熄焦塔，用高压水喷淋60～90s。

干法熄焦是将红热的焦炭放入熄焦室内，用惰性气体循环回收焦炭的物理热，时间为2～4h。

◆在炼焦过程中还会产生炼焦煤气及多种化学产品。焦炉煤气是烧结、炼焦、炼铁、炼钢和轧钢生产的主要燃料。

课时：2学时

授课内容：

第六节铁矿粉造块

目的要求：

1.知道对烧结原料的要求；

2.掌握烧结生产原料准备和烧结生产过程； 3.了解球团矿生产。

重、难点：

1.烧结生产原料准备和烧结生产过程。

教学方法：

利用多媒体以课堂讲授为主，结合实际范例进行课堂讨论。

讲授重点内容提要

第五节铁矿粉造块

铁矿粉造块目前主要有两种方法：烧结法和球团法。两种方法所获得的块矿分别为烧结矿和球团矿。

铁矿粉造块的目的： ◆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。一、铁矿粉烧结生产 1.烧结的概念

将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化，将矿粉颗粒黏结成块的过程。

2. 烧结生产的工艺流程

目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。烧结生产的工艺流程如图2—4所示。主要包括烧结料的准备，配料与混合，烧结和产品处理等工序。

图2-4 抽风烧结工艺流程

◆烧结原料的准备 ①含铁原料

含铁量较高、粒度<5mm的矿粉，铁精矿，高炉炉尘，轧钢皮，钢渣等。一般要求含铁原料品位高，成分稳定，杂质少。 ②熔剂

要求熔剂中有效CaO含量高，杂质少，成分稳定，含水3％左右，粒度小于3mm的占90％以上。

在烧结料中加入一定量的白云石，使烧结矿含有适当的MgO，对烧结过程有良好的作用，可以提高烧结矿的质量。

③燃料

主要为焦粉和无烟煤。

对燃料的要求是固定碳含量高，灰分低，挥发分低，含硫低，成分稳定，含水小于10％，粒度小于3mm的占95％以上。

对入厂烧结原料的一般要求见表2—2。

表2-2 入厂烧结原料一般要求

◆配料与混合 ①配料

配料目的：获得化学成分和物理性质稳定的烧结矿，满足高炉冶炼的要求。常用的配料方法：容积配料法和质量配料法。容积配料法是基于物料堆积密度不变，原料的质量与体积成比例这一条件进行的。准确性较差。

质量配料法是按原料的质量配料。比容积法准确，便于实现自动化。 ②混合

混合目的：使烧结料的成分均匀，水分合适，易于造球，从而获得粒度组成良好的烧结混合料，以保证烧结矿的质量和提高产量。

混合作业：加水润湿、混匀和造球。根据原料性质不同，可采用一次混合或二次混合两种流程。一次混合的目的：润湿与混匀，当加热返矿时还可使物料预热。二次混合的目的：继续混匀，造球，以改善烧结料层透气性。

用粒度10～Omm的富矿粉烧结时，因其粒度已经达到造球需要，采用一次混合，混合时间约50s。

使用细磨精矿粉烧结时，因粒度过细，料层透气性差，为改善透气性，必须在混合过程中造球，所以采用二次混合，混合时间一般不少于2．5～3min。

我国烧结厂大多采用二次混合。 ◆烧结生产

烧结作业是烧结生产的中心环节，它包括布料、点火、烧结等主要工序。 ①布料

将铺底料、混合料铺在烧结机台车上的作业。

当采用铺底料工艺时，在布混合料之前，先铺一层粒度为10～25mm，厚度为20～25mm的小块烧结矿作为铺底料，其目的是保护炉箅，降低除尘负荷，延长风机转子寿命，减少或消除炉箅粘料。

铺完底料后，随之进行布料。布料时要求混合料的粒度和化学成分等沿台车纵横方向均匀分布，并且有一定的松散性，表面平整。

目前采用较多的是圆辊布料机布料。 ②点火

点火操作是对台车上的料层表面进行点燃，并使之燃烧。

点火要求有足够的点火温度，适宜的高温保持时间，沿台车宽度点火均匀。

点火温度取决于烧结生成物的熔化温度。常控制在1250±50℃。点火时间通常40～60s。

点火真空度4～6kPa。点火深度为10～20mm。 ③烧结

准确控制烧结的风量、真空度、料层厚度、机速和烧结终点。

烧结风量：平均每吨烧结矿需风量为3200m，按烧结面积计算为(70～90)m／2

(cm．min)。

真空度：决定于风机能力、抽风系统阻力、料层透气性和漏风损失情况。

料层厚度：合适的料层厚度应将高产和优质结合起来考虑。国内一般采用料层厚度为250～500mm。

机速：合适的机速应保证烧结料在预定的烧结终点烧透烧好。实际生产中，机速一般控制在1.5～4m／min为宜。

烧结终点的判断与控制：控制烧结终点，即控制烧结过程全部完成时台车所处的位置。中小型烧结机终点一般控制在倒数第二个风箱处，大型烧结机控制在倒数第三个风箱处。带式烧结机抽风烧结过程是自上而下进行的，沿其料层高度温度变化的情况一般可分为5层，各层中的反应变化情况如图2—5所示。点火开始以后，依次出现烧结矿层，燃烧层，预热层，干燥层和过湿层。然后后四层又相继消失，最终只剩烧结矿层。

图2-5烧结过程各层反应示意图

①烧结矿层

经高温点火后，烧结料中燃料燃烧放出大量热量，使料层中矿物产生熔融，随着燃烧层下移和冷空气的通过，生成的熔融液相被冷却而再结晶(1000—1100℃)凝固成网孔结构的烧结矿。

这层的主要变化是熔融物的凝固，伴随着结晶和析出新矿物，还有吸入的冷空气被预热，同时烧结矿被冷却，和空气接触时低价氧化物可能被再氧化。

②燃烧层

燃料在该层燃烧，温度高达1350～1600℃，使矿物软化熔融黏结成块。该层除燃烧反应外，还发生固体物料的熔化、还原、氧化以及石灰石和硫化物的分解等反应。

③预热层

由燃烧层下来的高温废气，把下部混合料很快预热到着火温度，一般为400～800℃。此层内开始进行固相反应，结晶水及部分碳酸盐、硫酸盐分解，磁铁矿局部被氧化。 ④干燥层

干燥层受预热层下来的废气加热，温度很快上升到100℃以上，混合料中的游离水大量蒸发，此层厚度一般为l0～30mm。

实际上干燥层与预热层难以截然分开，可以统称为干燥预热层。该层中料球被急剧加热，迅速干燥，易被破坏，恶化料层透气性。

⑤过湿层

从干燥层下来的热废气含有大量水分，料温低于水蒸气的露点温度时，废气中的水蒸气会重新凝结，使混合料中水分大量增加而形成过湿层。

此层水分过多，使料层透气性变坏，降低烧结速度。烧结过程中的基本化学反应 ①固体碳的燃烧反应

固体碳燃烧反应为：

反应后生成C0和C02，还有部分剩余氧气，为其他反应提供了氧化还原气体和热量。燃烧产生的废气成分取决于烧结的原料条件、燃料用量、还原和氧化反应的发展程度、以及抽过燃烧层的气体成分等因素。

②碳酸盐的分解和矿化作用

烧结料中的碳酸盐有CaC03、MgC03、FeC03、MnC03等，其中以CaC03为主。在烧结条件下，CaC03在720℃左右开始分解，880℃时开始化学沸腾，其他碳酸盐相应的分解温度较低些。

碳酸钙分解产物Ca0能与烧结料中的其他矿物发生反应，生成新的化合物，这就是矿化作用。反应式为：

CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2

CaCO3+Fe2O3=CaO 2Fe2O3+ CO2

如果矿化作用不完全，将有残留的自由Ca0存在，在存放过程中，它将同大气中的水分进行消化作用：

CaO+H2O=Ca(OH)2

使烧结矿的体积膨胀而粉化。

③铁和锰氧化物的分解、还原和氧化铁的氧化物在烧结条件下，温度高于l300℃时，Fe203可以分解：

Fe304在烧结条件下分解压很小，但在有Si02存在、温度大于1300℃时，也可能分解：二、球团矿生产 1.球团矿的概念

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。 2.球团矿生产迅速发展的原因：

◆天然富矿日趋减少，大量贫矿被采用。

铁矿石经细磨、选矿后的精矿粉，品位易于提高。

过细精矿粉用于烧结生产会影响透气性，降低产量和质量。细磨精矿粉易于造球，粒度越细，成球率越高，球团矿强度也越高。 ◆球团法生产工艺的成熟。

从单一处理铁精矿粉扩展到多种含铁原料。生产规模和操作也向大型化、机械化、自动化方向发展。技术经济指标显著提高。

球团产品也已用于炼钢和直接还原炼铁等。 ◆球团矿具有良好的冶金性能：粒度均匀、微气孔多、还原性好、强度高，有利于强化高炉冶炼。

3.球团矿生产的工艺流程一般包括原料准备、配料、混合、造球、干燥和焙烧、冷却、成品和返矿处理等工序，如图2-6所示。

图2-6 球团矿生产的工艺流程

高炉冶炼原理

课时：2学时

授课内容：

第一节炉料在炉内的物理化学变化第二节还原过程和生铁的形成

目的要求：

1.知道高炉炉内的状况和炉料在高炉内的物理化学变化； 2.掌握高炉内铁氧化物的还原反应； 3.掌握直接还原和间接还原； 4.掌握高炉内非铁元素的还原； 5.明白生铁的生成与渗碳过程。

重、难点：

1.高炉内铁氧化物的还原反应、直接还原和间接还原； 2.高炉内非铁元素的还原。

教学方法：

利用多媒体以课堂讲授为主，结合实际范例进行课堂讨论。

讲授重点内容提要

第一节炉料在炉内的物理化学变化

一、高炉炉内的状况

如图3—1所示，高炉炉内的状况可分为五个区域或称五个带： 1.炉料仍保持装料前块状状态的块状带； 2.矿石从开始软化到完全软化的软熔带；

3.已熔化的铁水和炉渣沿焦炭之间的缝隙下降的滴落带； 4.由于鼓风动能的作用，焦炭作回旋运动的风口带； 5.风口以下，贮存渣铁完成必要渣铁反应的渣铁带。

图3-1 炉内的状况

二、水分的蒸发与结晶水的分解

在高炉炉料中，水以吸附水与结晶水两种形式存在。 1．吸附水

◆吸附水也称物理水，以游离状态存在于炉料中。 ◆吸附水蒸发吸热，一方面减少了炉尘的吹出量，另一方面对装料设备和炉顶金属结构的维护还带来好处。 2．结晶水

◆结晶水也称化合水，以化合物形态存在于炉料中。

◆炉料中的结晶水一般存在于褐铁矿(nFe2032mH20)和高岭土(A120322Si0222H20)中。 ◆结晶水在高炉内大量分解的温度在400～600℃，分解反应如下：

这些反应都是吸热反应，消耗高炉内的热量。三、挥发物的挥发

挥发物的挥发，包括燃料挥发物的挥发和高炉内其他物质的挥发。 1.燃料挥发物的挥发

挥发分存在于焦炭及煤粉中。

◆焦炭中挥发分质量分数为0.7％～l.3％。焦炭在高炉内到达风口前已被加热到l400～1600℃，挥发分全部挥发。由于挥发分数量少，对煤气成分和冶炼过程影响不大。

◆煤粉中挥发分含量高，引起炉缸煤气成分的变化，对还原反应有一定的影响。 2.高炉内其他物质的挥发

◆高炉内化合物，如Si0、Pb0、K20、Na20等和元素，如S、P、As、K、Na、Zn、Pb、Mn等进行少量挥发(也称气化)。

◆这些元素和化合物的挥发对高炉炉况和炉衬都有影响。四、碳酸盐的分解

炉料中的碳酸盐主要来自石灰石(CaC03)和白云石(CaC032MgC03)，有时也来自碳酸铁(FeC03)和碳酸锰(MnC03)。

1.MnC03、FeC03和MgC03的分解温度较低，一般在高炉上部分解完毕，对高炉冶炼影响不大。

2.CaC03的分解温度较高约910℃，且是吸热反应，对高炉冶炼影响较大。 ◆CaC03的分解反应式为：

CaC03=CaO+C02 —178000kJ

◆部分石灰石来不及分解而进入高温区则分解生成的C02在高温区与焦炭作用：

C02+C=2C0 一165800kJ

此反应既消耗热量又消耗碳素，使焦比升高。

◆使用自熔性或熔剂性烧结矿，减少石灰石用量，缩小石灰石的粒度等措施可降低焦比。

第二节还原过程和生铁的形成

一、基本概念 1．还原反应

◆还原剂夺取金属氧化物中的氧，使之变为金属或该金属低价氧化物的反应。 ◆高炉炼铁常用的还原剂主要有C0、H2和固体碳。 2．铁氧化物的还原顺序 ◆遵循逐级还原的原则。

◆当温度小于570℃时，按Fe203→Fe304→Fe的顺序还原。

◆当温度大于570℃时，按Fe203→Fe304→Fe0→Fe的顺序还原。二、高炉内铁氧化物的还原 1．用C0和H2还原铁氧化物

◆用C0和H2还原铁氧化物，生成C02和H2O还原反应叫间接还原。

◆用C0作还原剂的还原反应主要在高炉内小于800℃的区域进行。 ◆用H2作还原剂的还原反应主要在高炉内800～1100℃的区域进行。 2．用固体碳还原铁氧化物

◆用固体碳还原铁氧化物，生成C0的还原反应叫直接还原。 ◆在高炉内具有实际意义的只有FeO+C=Fe+C0的反应。 ◆直接还原要通过气相进行反应，其反应过程如下：

直接还原一般在大于ll00℃的区域进行，800～1100℃区域为直接还原与间接还原同时存在区，低于800℃的区域是间接还原区。三、直接还原与间接还原的比较 1．铁的直接还原度

直接还原的形式还原的铁量与还原出来的总铁量之比，称为铁的直接还原度，记作γd。

2．间接还原与直接还原的比较

◆从还原剂需要量角度看，直接还原比间接还原更能有利于降低焦比。

◆从热量的需要角度看，间接还原比直接还原更能有利于降低焦比。

只有直接还原与间接还原在适宜的比例范围内，维持适宜的γd（0.2～0.3），才能降低焦比，取得最佳效果。

3.发展间接还原，降低γd的基本途径：

改善矿石的还原性，控制高炉煤气的合理分布，采用氧煤强化冶炼新工艺。4.降低单位生铁的热量消耗的措施：

提高风温，提高矿石品位，使用自熔性或熔剂性烧结矿，减小外部热损失，降低焦炭灰分等。

四、高炉内非铁元素的还原 1．锰的还原

◆高炉内锰氧化物的还原由高级向低级逐级还原直到金属锰，顺序为：

◆从Mn02到Mn0可通过间接还原进行还原反应。 ◆Mn0还原成Mn只能靠直接还原取得。

◆Mn0的直接还原是吸热反应。高炉炉温是锰还原的重要条件，其次适当提高炉渣碱度，增加Mn0的活度，也有利于锰的直接还原。

◆还原出来的锰可溶于生铁或生成Mn3C溶于生铁。

◆冶炼普通生铁时，有40％～60％的锰进入生铁，5％～l0％的锰挥发进入煤气，其余进入炉渣。

2．硅的还原

◆硅的还原只能在高炉下部高温区(1300℃以上)以直接还原的形式进行：

◆Si02在还原时要吸收大量热量，硅在高炉内只有少量被还原。 ◆还原出来的硅可溶于生铁或生成FeSi再溶于生铁。 ◆较高的炉温和较低的炉渣碱度有利于硅的还原。 ◆铁水中的含硅量可作为衡量炉温水平的标志。 3．磷的还原

◆磷酸铁[(FeO)32P20528H20]又称蓝铁矿，蓝铁矿的结晶水分解后，形成多微孔的结构较易还原，反应式为：

◆磷酸钙在高炉内首先进入炉渣，在1100～1300℃时用碳作还原剂还原磷，其还原率能达60％；当有Si02存在时，可以加速磷的还原：

◆磷在高炉冶炼条件下，全部被还原以Fe2P形态溶于生铁。

4．铅、锌、砷的还原

◆还原出来的铅易沉积于炉底，渗入砖缝，破坏炉底；部分铅在高炉内易挥发上升，遇到C02和H20将被氧化，随炉料一起下降时又被还原，在炉内循环。

◆还原出来的锌，在炉内挥发、氧化、体积增大使炉墙破坏，或凝附于炉墙形成炉瘤。 ◆还原出来的砷，与铁化合影响钢铁性能，使钢冷脆，焊接性能大大降低。五、还原反应动力学 1. 反应过程模型

铁矿石的还原反应是由矿石颗粒表面向中心进行的，如图3—3所示。

图3-3 矿球反应过程模型

2. 加快还原反应速度的措施

◆提高还原气体的浓度和还原温度。

◆使用粒度较小，气孔率较大的人造矿石。六、生铁的生成与渗碳过程

1.生铁的生成

渗碳和已还原的元素进入生铁中，得到含Fe、C、Si、Mn、P、S等元素的生铁。 2.渗碳过程

◆固体海绵铁发生如下渗碳过程：

◆在1400℃左右时，与炽热的焦炭继续进行固相渗碳。 ◆熔化后的金属铁与焦炭发生渗碳反应：3Fe液+C焦=Fe3C液。

生铁的最终含碳量与生铁中合金元素的含量有着密切关系。能与碳生成碳化物的元素，有助于增加生铁中的含碳量；能与铁生成化合物的元素，促使生铁的含碳量降低

课时：2学时

授课内容：

第四节高炉风口区碳素的燃烧第五节炉料和煤气的运动

目的要求：

1.掌握高炉内燃烧反应的作用； 2.知道影响燃烧带大小的因素； 3.掌握炉料和煤气运动情况； 4.了解影响煤气压力损失的因素。

重、难点：

1.高炉内燃烧反应的作用及影响燃烧带大小的因素； 2.炉料和煤气运动是难点。

教学方法：

利用多媒体以课堂讲授为主，结合实际范例进行课堂讨论。

讲授重点内容提要

第四节高炉风口区碳素的燃烧

一、燃料燃烧 1．燃烧反应

◆燃烧反应的机理一般认为分两步进行：

C?O2?CO2　　　?400660kJ?)　CO2?C?2CO　　?165686kJ　　　　2C?O2?2CO　　　?294974kJ　　　

◆风口前碳素的燃烧只能是不完全燃烧，生成C0并放出热量。

◆由于鼓风中总含有一定的水蒸气，灼热的C与H20发生下列反应：

C+H20=CO+H2 —124390kJ

◆实际生产中的条件下，风口前碳素燃烧的最终产物由C0、H2、N2组成。 2．燃烧反应的作用

燃烧反应有以下几方面作用：

◆为高炉冶炼过程提供主要热源； ◆为还原反应提供C0、H2等还原剂；

◆为炉料下降提供必要的空间。二、回旋区及燃烧带 1. 回旋区的概念

风口前产生焦炭和煤气流回旋运动的区域称为回旋区。

在回旋区外围，有一层厚约l00～300mm的中间层，此层的焦炭既受高速煤气流的冲击作用，又受阻于外围包裹着的紧密焦炭，因此比较疏松，但又不能和煤气流一起运动。

2.燃烧带的概念

回旋区和中间层组成焦炭在炉缸内进行燃烧反应的区域称为燃烧带。如图3-4所示。

图3-4风口前焦炭循环运动示意图

(a)风口区域的垂直平面；(b)风口区域的水平截面

1─气流中心线；2─焦炭的中间层

三、影响燃烧带大小的因素 1.燃烧带大小的作用

决定着煤气在炉内的初始分布，对炉内煤气温度和炉缸温度分布，及高炉顺行都有影响。当燃烧带沿水平方向上截面积越大，相邻两燃烧带之间的不活跃区越小时，炉缸工作越均匀。

2.影响燃烧带大小的因素 ◆鼓风动能与下部调剂

下部调剂的作用是通过改变进风状态控制煤气流的初始分布，使整个炉缸温度分布均匀稳定，热量充沛，工作活跃。也就是控制适宜的燃烧带与煤气流的合理分布。

通过日常鼓风参数的调剂实现合适的鼓风动能，可达到控制燃烧带大小的目的。调剂的鼓风参数有风温、风量、喷吹量、鼓风湿度、风口数目、风口直径。 ◆燃烧反应速度一般情况下，燃烧反应速度快，燃烧反应可在较小的区域进行，使燃烧带缩小；反之，则燃烧带大。

◆炉缸料柱阻力

炉缸内料柱疏松，燃烧带则延长；反之，燃烧带则缩小。 ◆焦炭的性质

焦炭的粒度、气孔度、反应性等对燃烧大小也有一定的影响。

第五节炉料和煤气的运动

一、炉料运动

1.炉料在炉内下降的基本条件

高炉内不断形成促使炉料下降的自由空间。 2.形成炉料下降的自由空间的因素 ◆焦炭在风口前燃烧生成煤气。 ◆炉料中的碳素参加直接还原。 ◆炉料在下降过程中重新排列、压紧并熔化成液相，体积缩小。 ◆定时放出渣铁。

二、煤气运动

1．煤气的体积与成分的变化

煤气量取决于冶炼强度、鼓风成分、焦比等因素。炉缸煤气在高炉内上升过程中体积与成分如图3—5。由图可以看出，煤气的体积总量在上升过程中是增加的。

图3-5 高炉煤气上升过程中体积、成分的变化

◆C0

煤气上升过程中，CO在高炉下部高温区开始增加，煤气中的C0含量会相应减小。 ①吸收Fe、Si、Mn、P等元素直接还原生成的C0。

②部分碳酸盐在高温区分解生成的C02与C作用生成C0。 ③中温区，C0开始参加间接还原生成同体积的C02。 ◆C02

C02在炉缸、炉腹部位几乎为零，从中温区开始增加。 ①高温区C02是不稳定的。 ②间接还原生成C02。 ③碳酸盐分解生成C02。 ◆H2

高温区的H2来源于风中H20汽和焦炭中的有机H2和喷吹燃料中的挥发H2，上升过程中由于参加间接还原和生成CH4，含量逐渐减少，但由于炉料中结晶水和碳作用生成部分H2，又可适量增加煤气中H2的含量。

◆N2

鼓风带入的N2，焦炭中的有机N2和喷吹燃料中的挥发N2，在上升过程中不参加任何反应，绝对量不变。

◆CH4

高温时少量焦炭与H2作用生成CH4，上升过程中又加入焦炭挥发分中的CH4，但数量很少，变化不大。

2．煤气温度的变化

◆炉内热交换现象

炉缸煤气在上升过程中把热量传递给炉料，温度逐渐降低；而炉料在下降过程吸收煤气的热量，温度逐渐上升。

◆高炉内热交换区域

高炉内热交换时，将高炉分为三个区域(如图3—6所示)：

图3-6 理想高炉的竖向温度分布图

1─煤气；2─炉料

①在高炉上部区域，炉顶温度即煤气离开高炉时的温度是评价高炉热交换的重要指标。降低炉顶温度的措施有：煤气在炉内分布合理，煤气与炉料充分接触；提高风温、降低焦比；富氧鼓风等方面。此外，炉顶温度的高低还与炉料的性质有关。 ②在高炉下部区域，炉缸所具有的温度水平是反映炉缸热制度的重要参数。提高炉缸温度的措施有：提高风温，富氧鼓风等方面。

③在高炉上部和下部热交换区之间存在一个热交换达到平衡的空区，此区的特点是炉料与煤气的温差很小，该区煤气的温度对大量使用石灰石的高炉约为900℃，对大量使用烧结矿的高炉约为1000℃。

3．煤气压力的变化

◆压头损失(△p)的表示式 △p =P炉缸-P炉喉。

◆压头损失△p的作用

增加到一定程度时，将妨碍高炉顺行。三、影响△p的因素 1．煤气流的影响 ◆煤气流速

随着煤气流速的增加，△p 迅速增加。降低煤气流速能明显降低△p。

提高风量，煤气量增加，△p增加，不利于高炉顺行。 ◆煤气温度

炉内温度升高，煤气体积膨胀，煤气流速增加，△p增大。 ◆煤气压力

炉内煤气压力升高，煤气体积缩小，煤气流速降低，△p减少，有利于炉况顺行。 ◆煤气的密度和黏度

降低煤气的密度和黏度能降低△p。 2．原料的影响

◆粒度

从降低△p以有利于高炉顺行的角度看，增加原料的粒度是有利的，但是对矿石的还原反应不利。

◆孔隙度

入炉原料的孔隙度大，透气性好，△p将降低，有利于炉况的顺行。 3．其他方面

◆装料制度：一切疏松边缘的装料制度，均能促进△p的下降，有利于顺行。 ◆造渣制度：渣量少，成渣带薄，初渣黏度小都会使△p下降，有利于顺行。

第四章高炉冶炼工艺

课时：2学时

授课内容：

第一节高炉基本操作制度

目的要求：

1.知道高炉装料制度的概念；

2.掌握影响炉料分布的因素，钟式炉顶布料和无料钟布料方式； 3.掌握造渣制度的要求；

4.知道高炉炉渣的基本特点及调整方法； 5.清楚高炉基本操作制度之间的关系。

重、难点：

1.钟式炉顶布料和无料钟布料方式； 2.高炉炉渣的基本特点及调整方法。

教学方法：

利用多媒体以课堂讲授为主，结合实际范例进行课堂讨论。

讲授重点内容提要第一节高炉基本操作制度三．装料制度 1.装料制度的概念

炉料装入炉内的方式方法的有关规定，包括装入顺序、装入方法、旋转溜槽倾角、料线和批重等。

2.炉料装入炉内的设备

钟式炉顶装料设备和无钟炉顶装料设备。

3.影响炉料分布的因素

◆装料设备类型(主要分钟式炉顶和布料器，无钟炉顶)和结构尺寸(如大钟倾角、下降速度、边缘伸出料斗外长度，旋转溜槽长度等)。

大钟倾角愈大，炉料愈布向中心。现在高炉大钟倾角多为50°～53°。

大钟下降速度和炉料滑落速度相等时，大钟行程大，布料有疏松边缘的趋势。大钟下降进度大于炉料滑落速度时，大钟行程的大小对布料无明显影响。大钟下降速度小于炉料滑落速度时，大钟行程大有加重边缘的趋势。

大钟边缘伸出料斗外的长度愈大，炉料愈易布向炉墙。 ◆炉喉间隙。

炉喉间隙愈大，炉料堆尖距炉墙越远；反之则愈近。批重较大，炉喉间隙小的高炉，总是形成“V”形料面。

只有炉喉间隙较大，或采用可调炉喉板，方能形成“倒W”形料面。 ◆炉料自身特性(粒度、堆角、堆密度、形状等)。 ◆旋转溜槽倾角、转速、旋转角。 ◆活动炉喉位置。 ◆料线高度。 ◆炉料装入顺序。 ◆批重。 ◆煤气流速。 4.钟式炉顶布料的特征 ◆矿石对焦炭的推挤作用。

矿石落入炉内时，对其下的焦炭层产生推挤作用，使焦炭产生径向迁移。

矿石落点附近的焦炭层厚度减薄，矿石层自身厚度则增厚；但炉喉中心区焦炭层却增厚，矿石层厚度随之减薄。

大型高炉炉喉直径大，推向中心的焦炭阻挡矿石布向中心的现象更为严重，以致中心出现无矿区。

◆不同装入顺序对气流分布的影响。

炉料落入炉内，从堆尖两侧按一定角度形成斜面。

堆尖位置与料线、批重、炉料粒度、密度和堆角以及煤气速度有关。先装入矿石加重边缘，先加入焦炭则发展边缘。 5.无料钟布料无料钟布料特征

◆焦炭平台：高炉通过旋转溜槽进行多环布料，易形成一个焦炭平台，即料面由平台和漏斗组成，通过平台形式调整中心焦炭和矿石量。

平台小，漏斗深，料面不稳定。平台大，漏斗浅，中心气流受抑制。

◆采用多环布料，形成数个堆尖，小粒度炉料有较宽的范围，主要集中在堆尖附近。在中心方向，由于滚动作用，大粒度居多。

◆无料钟高炉旋转滑槽布料时，料流小而面宽，布料时间长，矿石对焦炭的推移作用小，焦炭料面被改动的程度轻，平台范围内的O／C比稳定，层状比较清晰，有利于稳定边缘气流。

布料方式

◆单环布料。溜槽只在一个预定角度做旋转运动。其控制较为简单，调节手段相当灵活，大钟布料是固定的角度，旋转溜槽倾角可任意选定，溜槽倾角α越大炉料越布向边缘。当αC>αO时边缘焦炭增多，发展边缘。当αO>αC时边缘矿石增多，加重边缘。 ◆螺旋布料。从一个固定角位出发，炉料以定中形式在进行螺旋式的旋转布料。每批料分成一定份数，每个倾角上份数根据气流分布情况决定。如发展边缘气流，可增加高倾角位置焦炭分数，或减少高倾角位置矿石份数，否则相反。每环布料份数可任意调整，使煤气流合理分布。

◆扇形布料。可在6个预选水平旋转角度中选择任意两个角度，重复进行布料。可预选的角度有0°、60°、l20°、l80°、240°、300°。这种布料方式为手动操作，只适用于处理煤气流分布失常，且时间不宜太长。

◆定点布料。可在11个倾角位置中任意角度进行布料。这种布料方式手动进行，其作用是堵塞煤气管道行程。

无钟炉顶的运用运用要求：

◆焦炭平台是根本性的，一般情况下不作调节对象； ◆高炉中间和中心的矿石在焦炭平台边缘附近落下为好； ◆漏斗内用少量的焦炭来稳定中心气流。运用要求的控制：

正确地选择布料的环位和每个环位上的布料份数。环位和份数变更对气流的影响如表4—3所示。表4—3环位和份数对气流分布影响

表中可知，从l～6对布料的影响程度逐渐减小，1、2变动幅度太大，一般不宜采用。3、4、5、6变动幅度较小，可作为日常调节使用。

无钟炉顶和钟式炉顶布料的区别

无钟炉顶和钟式炉顶布料的区别如表4—4所示。表4—4无钟炉顶和钟式炉顶布料的区别

6.批重

批重对炉喉炉料分布的影响

批重变化时，炉料在炉喉的分布变化如图4—3所示。

图4—3 批重对炉喉分布的影响

◆当y0=0，即批重刚好使中心无矿区的半径为0，令此时的批重W=W0，称为临界批重。

◆如批重W>W0，随着批重增加，中心y0增厚，边缘yB也增厚，炉料分布趋向均匀，边缘和中心都加重。

◆如批重W

◆当n=d／2时，即堆尖移至炉墙，W减小则中心减轻；若W

给批重W0和△W以一定值，可算出yB、y0和yG，即边缘、中心和堆尖处的料层厚度。yB／y0、yG／y0和W0+N△W的关系构成的炉料批重特征曲线图4—4。

W0+N△W

图4—4 炉料批重的特征曲线

曲线有3个区间：激变区、缓变区和微变区，其意义如下：

◆批重值在激变区时，批重波动对布料影响较大，边缘和中心的负荷变化剧烈，正常生产不宜选用此种批重。

◆原料好，设备和操作水平高时，批重可选在微变区，此区炉料分布和气流分布都稳定，顺行和煤气利用较好；但增减批重来调剂气流的作用减弱。

◆若炉料粉末较多，料柱透气性较差，为防止微变区批重，宜选用缓变区批重，其增减对布料的影响介于上述两者之间。少许波动不致引起气流较大变化，适当改变批重又可调节气流分布。

批重决定炉内料层的厚度。批重越大，料层越厚，软熔带焦层厚度越大；此外料柱的层数减少，界面效应减小，利于改善透气性。但批重扩大不仅增大中心气流阻力，也增大边缘气流的阻力，所以一般随批重扩大压差有所升高。

批重的选择

确定微变区批重值应注意炉料含粉末(<5mm)量，粉末含量越少批重可以越大。粉末含量多时，可在缓变区靠近微变区侧选择操作批重。

大中型高炉适宜焦批厚度0．45～0．50m，矿批厚度0．4～0．45m，随着喷吹物的增加焦批与矿批已互相接近。

影响批重的因素

◆炉容。炉容越大，炉喉直径也越大，批重应相应增加。

◆原燃料。原燃料品位越高，粉末越少，则炉料透气性越好，批重可适当扩大。 ◆冶炼强度。随冶炼强度提高，风量增加，中心气流加大，需适当扩大批重，以抑制中心气流。

◆喷吹量。当冶炼强度不变，高炉喷吹燃料时，由于喷吹物在风口内燃烧，炉缸煤气体积和炉腹煤气速度增加，促使中心气流发展，需适当扩大批重，抑制中心气流。随着冶炼条件的变化，喷吹量增加，中心气流不易发展，边缘气流反而发展，这时则不能加大批重。

7.炉喉煤气速度对布料的影响

煤气对炉料的浮力的增长与煤气速度的平方成正比。

煤气浮力对不同粒度炉料的影响不同，在一般冶炼条件下，煤气浮力只相当于直径19mm粒度矿石重量的5％～8％，相当于10mm焦炭重量的1％～2％，但煤气浮力P与炉料重量Q的比值(P／Q)因粒度缩小而迅速升高，对于小于5mm炉料的影响不容忽视。如果块状带中炉料的孔隙度在0.3～0.4mm，一般冶炼强度的煤气速度很容易达到4～8m／s，可把0.3～2mm的矿粉和l～3mm的焦粉吹出料层。煤气离开料层进入空区后速度骤降，携带的粉料又落至料面，如果边缘气流较强，则粉末落向中心，若中心气流较强则落向边缘。

由于气流浮力将产生炉料在炉喉落下时出现分级的现象；冶炼强度较大时，小于5mm炉料的落点较大于5mm炉料的落点向边缘外移。

使用含粉较多的炉料，以较高冶炼强度操作时，必须保持使粉末集中于既不靠近炉墙，也不靠近中心的中间环形带内，以保持两条煤气通路和高炉顺行；否则无论是只发展中心或只发展边缘，都避免不了粉末形成局部堵塞现象，导致炉况失常。

由于煤气速度对布料的影响，日常操作中使炉喉煤气体积发生变化的原因(如改变冶炼强度、富氧鼓风、改变炉顶压力等)，都会影响炉料分布。

8.料线 ◆料线深度

钟式高炉大钟全开时，大钟下沿为料线的零位。无料钟高炉料线零位在炉喉钢砖上沿。零位到料面间距离为料线深度。一般高炉正常料线深度为1．5～2．0m。

◆料线对气流分布的影响

大钟开启时炉料堆尖靠近炉墙的位置，称为碰点，此处边缘最重。在碰点之上，提高料线，布料堆尖远离墙，则发展边缘；降低料线，堆尖接近边缘，则加重边缘。料线在碰点以下时，炉料先撞击炉墙。然后反弹落下，矿石对焦炭的冲击作用增大，强度差的炉料撞碎，使布料层紊乱，气流分布失去控制。

碰点的位置与炉料性质、炉喉问隙及大钟边缘伸出漏斗的长度有关。 ◆料面堆角

炉内实测的堆角变化规律：

①炉容越大，炉料的堆角越大，但都小于其自然堆角。 ②在碰点以上，料线越深，堆角越小。 ③焦炭堆角大于矿石堆角。

④生产中的炉料堆角远小于送风前的堆角。

为减少低料线对布料的影响，无料钟按料线小于2m，2～4m，4～6m3个区间，以料流轨迹落点相同，求出对应的溜槽角。输入上料微机，在低料线时控制落点不变，以避免炉料分布变坏。溜槽倾角如表4—5所示。

表4—5溜槽倾角与位置

注：落点指距中心距离。

8.控制合理的气流分布和装料制度的调节 ◆高炉合理气流分布规律

首先要保持炉况稳定顺行，控制边缘与中心两股气流；其次是最大限度地改善煤气利用，降低焦炭消耗。

①原料粉末多，无筛分整粒设备，必须控制边缘与中心CO2相近的“双峰”式煤气分布。 ②原燃料改善，高压、高风温和喷吹技术的应用，形成了边缘CO2略高于中心的“平峰”式曲线，综合煤气CO2达到l6％～l8％。

③烧结矿整粒技术和炉料品位的提高及炉料结构的改善，出现了控制边缘煤气CO2高于中心，而且差距较大的“展翅”形煤气曲线，综合CO2达到l9％～20％，最高达21％～22％。

◆合理气流分布的温度特征

炉子中心温度值(CCT)约为500～600℃，边缘至中间的温度呈平缓的状态。

CCT值的波动反映了中心气流的稳定程度，高炉进人良好状态时，波动值小于±50℃。控制边缘气流稳定非常必要，在达到200℃时，将呈现不稳定现象。 ◆边缘与中心两股气流和装料制度的关系

①原燃料条件变化。原燃料条件变差，特别是粉末增多，出现气流分布和温度失常时，应及早改用边缘与中心均较发展的装料制度。原料条件改善，顺行状况好时，为提高煤气利用，可适当扩大批重和加重边缘。

②冶炼强度变化。由于某种原因被迫降低冶炼强度时，除适当地缩小风口面积外，上部要采取较为发展边缘的装料制度，同时要相应缩小批重。

③与送风制度相适宜。当风速低、回旋区较小，炉缸初始气流分布边缘较多时，不宜采用过分加重边缘的装料制度，应在适当加重边缘的同时强调疏导中心气流，防止边缘突然加重而破坏顺行。可缩小批重，维持两股气流分布。若下部风速高回旋区大，炉缸初始气流边缘较少时，也不宜采用过分加重中心的装料制度，应先适当疏导边缘，然后再扩大批重相应增加负荷。

④临时改变装料制度调节炉况。

炉子难行、休风后送风、低料线下达时，可临时改若干批强烈发展边缘的装料制度，以防崩料和悬料。

改若干批双装、扇形布料和定点布料时，可消除煤气管道行程。

连续崩料或大凉时，可集中加若干批净焦，可提高炉温，改善透气性，减少事故，加速恢复。

炉墙结厚时，可采取强烈发展边缘的装料制度，提高边缘气流温度，消除结厚。为保持炉温稳定，改倒装或强烈发展边缘装料制度时，要相应减轻焦炭负荷。全倒装时应减轻负荷20％～25％。

四．造渣制度 1.造渣制度的要求造渣有如下要求：

◆要求炉渣有良好的流动性和稳定性，熔化温度在1300～1400℃，在1400℃左右黏度小于lPa·S，可操作的温度范围大于150℃。 ◆有足够的脱硫能力，在炉温和碱度适宜的条件下，当硫负荷小于5 kg／t时，硫分配系数Ls为25～30，当硫负荷大于5kg／t时，Ls为30～50。

◆对高炉砖衬侵蚀能力较弱。

◆在炉温和炉渣碱度正常条件下，应能炼出优质生铁。 2.对原燃料的基本要求

为满足造渣制度要求，对原燃料必须有如下基本要求： ◆原燃料含硫低，硫负荷不大于5．0kg／t。 ◆原料难熔和易熔组分低。 ◆易挥发的钾、钠成分越低越好。 ◆原料含有少量的氧化锰、氧化镁。

3.炉渣的基本特点

◆根据不同的生铁品种规格，选择不同的造渣制度。生铁品种与炉渣碱度的关系见表4—6。

表4—6生铁品种与炉渣碱度的关系

碱度高的炉渣熔点高而且流动性差，稳定性不好，不利于顺行。但为了获得低硅生铁，在原燃料粉末少、波动小、料柱透气性好的条件下，可以适当提高碱度。

◆根据不同的原燃料条件，选择不同的造渣制度。渣中适宜MgO含量与碱度有关，CaO／SiO，愈高，适宜的MgO应愈低。若Al2O3含量在17％以上，CaO／SiO2含量过高时，将使炉渣的黏度增加，导致炉况顺行破坏。因此，适当增加MgO含量，降低CaO／SiO2，便可获得稳定性好的炉渣。

◆我国高炉几种有代表的炉渣成分见表4—7。表4—7不同高炉炉渣化学成分(质量分数) (％)

4.炉渣碱度的调整

◆因炉渣碱度过高而产生炉缸堆积时，可用比正常碱度低的酸性渣去清洗。若高炉下部有黏结物或炉缸堆积严重时，可以加入萤石(CaF2)，以降低炉渣黏度和熔化温度，清洗下部黏结物。

◆根据不同铁种的需要利用炉渣成分促进或抑制硅、锰还原。冶炼硅铁、铸造铁时，应选择较低的炉渣碱度。冶炼炼钢生铁时，应选择较高的炉渣碱度。冶炼锰铁时需要较高的碱度。 ◆利用炉渣成分脱除有害杂质。

当矿石含碱金属(钾、钠)较高时，需要选用熔化温度较低的酸性炉渣。若炉料含硫较高时，需提高炉渣碱度。 5.炉渣中的氧化物对炉渣的影响 ◆碱金属

碱金属对高炉冶炼有如下危害

①铁矿石含有较多碱金属时，炉料透气性恶化，易形成低熔点化合物而降低软化温度，使软熔带上移。

②碱金属会引起球团矿“异常膨胀”而严重粉化。

③碱金属对焦炭气化反应起催化作用，使焦炭粉化增加，强度和粒度减小。 ④高炉中、上部生成的液态或固态粉末状碱金属化合物能黏附在炉衬上，促使炉墙结厚或结瘤，或破坏炉衬。

防止碱金属危害的主要措施

除了减少入炉料的碱金属含量，降低碱负荷以外，提高炉渣排碱能力是主要措施。高炉排碱的主要措施有：

①降低炉渣碱度。自由碱度±0.1，影响渣中碱金属氧化物干0.30％。

②降低炉渣碱度或炉渣碱度不变，降低生铁含硅量。[Si]±0.1％，影响渣中碱金属氧化物干0.045％。

③降低渣中MgO含量。渣中MgO±1％，影响渣中碱金属氧化物干0.21％。 ④提高渣中氟化物。渣中含氟±1％，影响渣中碱金属氧化物±0.16％。 ⑤提高(MnO／Mn)比。 ◆MgO

①MgO可改善原料的高温特性。MgO为高熔点化合物，增加MgO使矿石熔点升高，促使软熔带的下移。

②渣中含适量MgO时，有利于脱硫。

③MgO抑制炉内[Si]的还原。MgO提高初渣熔点，使软熔带下移，滴落带高度降低；MgO增加，三元碱度提高，抑制了硅的还原。

五．基本制度间的关系

1.四大基本制度相互依存，相互影响。

热制度和造渣制度对炉缸工作和煤气流的分布，尤其是对产品质量有一定的影响；送风制度和装料制度对煤气与炉料相对运动影响最大，直接影响炉缸工作和顺行状况，同时也影响热制度和造渣制度的稳定。

2.下部调节的送风制度，对炉缸工作起决定性的作用，是保证高炉内整个煤气流合理分布的基础。

3.上部调节的装料制度，是利用炉料的物理性质、装料顺序、批重、料线及布料器工作制度等来改变炉料在炉喉的分布状态与上升煤气流达到有机的配合，是维持高炉顺行的重要手段。

4.选择合理的操作制度，应以下部调节为基础，上下部调节相结合。下部调节是选择合适的风口面积和长度，保持适当的鼓风动能，使初始煤气流分布合理，使炉缸工作均匀活跃；上部调节，炉料在炉喉处达到合理分布，使整个高炉煤气流分布合理，高炉冶炼才能稳定顺利进行。

5.正常冶炼情况下，提高冶炼强度，下部调节一般用扩大风口面积，上部调节一般用扩大批重及调整装料顺序或角度。

6.在上下部的调节过程中，还要考虑炉容、炉型、冶炼条件及炉料等因素，各基本操作制度只有做到有机配合，高炉冶炼才能顺利进行。

六．冶炼制度的调整

1.正常操作时冶炼制度各参数应在灵敏可调的范围内选择，不得处于极限状态。 2.在调节方法上，一般先进行下部调节，其后为上部调节。特殊情况可同时采用上下部调节手段。

3.恢复炉况，首先恢复风量，控制风量与风压对应关系，相应恢复风温和喷吹燃料，最后再调整装料制度。

4.长期不顺的高炉，风量与风压不对应，采用上部调节无效时，应果断采取缩小风口面积，或临时堵部分风口。

5.炉墙侵蚀严重、冷却设备大量破损的高炉，不宜采取任何强化措施，应适当降低炉顶压力和冶炼强度。

6.炉缸周边温度或水温差高的高炉，应及早采用含TiO2炉料护炉，并适当缩小风口面积，或临时堵部分风口，必要时可改炼铸造生铁。

7.矮胖多风口的高炉，适于提高冶炼强度，维持较高的风速或鼓风动能和加重边缘的装料制度。

8.原燃料条件好的高炉，适宜强化冶炼，可维持较高的冶炼强度。反之则相反。

课时：2学时

授课内容：

第二节高炉炉前操作

目的要求：

1.知道撇渣器的构造，掌握撇渣器的操作； 2.掌握放渣操作，理解渣口维护、渣口事故及处理。

重、难点：

1.撇渣器的操作、放渣操作。。

教学方法：

利用多媒体以课堂讲授为主，结合实际范例进行课堂讨论。

讲授重点内容提要第二节高炉炉前操作六．撇渣器的操作 1．撇渣器的构造

撇渣器由前沟槽、大闸、过道眼、小井、砂坝、砂闸和残铁眼组成。 2．撇渣器的种类

活动式可整体更换的撇渣器、双撇渣器和水冷式撇渣器。 3．撇渣器的要求

◆撇渣器的尺寸要合适，孔道过大，渣铁分离不好，导致撇渣器过渣，孔道过小对铁流阻力大，易发生憋流，造成铁水流人渣罐的事故。

◆渣沟不过铁，铁沟不过渣。 4．撇渣器的工作原理

利用渣铁密度的不同，使熔渣浮在铁水面上，撇渣器的铁水出口处(小井)有一定的高度，使大闸前后保持一定的铁水深度，过道眼连通着前沟槽和小井，仅让铁水通过，达到渣铁分离的目的。浮在铁水面上的熔渣，被大闸挡住，当前沟槽中的铁水面上积聚了一定量的熔渣后，推开砂坝使熔渣流入下渣沟内。

5．撇渣器的操作及注意事项撇渣器的操作及注意事项包括：

◆钻铁口前必须把撇渣器铁水面上(挡渣板前后)的残渣凝结盖打开，残渣凝铁从主沟两侧清除。

◆出铁过程中见少量下渣时，可适当往大闸前的渣面上撒一层覆盖剂保温。

◆当主沟中铁水表面被熔渣覆盖后，熔渣将要外溢出主沟时，打开砂坝，使熔渣流入下渣沟(此时冲渣系统处于待工作状态)。

◆出铁作业结束并确认铁口堵塞后，将砂闸推开，用推耙推出撇渣器内铁水面上剩余的熔渣。

◆主沟撇渣器的表面(包括小井的铁水面)撒覆盖剂进行保温。七．放渣操作 1．渣口装置

一般小型高炉的渣口装置均由4个套(大套、二套、三套和小套)组成，目前部分大型高炉已取消了渣口。如图4—8所示。

图4－8 渣口装置

l－渣口小套；2－渣口三套；3－渣口二套；4－渣口大套； 5－冷却水管；6－挡杆；7－固定楔；8－炉皮；9－大套法兰；l0－石棉绳

大套和二套由于有砖衬保护，不直接与铁水接触，热负荷较低，因而采用中间嵌有循环冷却水管的铸铁结构。

三套和渣口直接与渣铁接触，热负荷大，采用导热性好的铜质空腔式结构。渣口大套安装在固定于炉壳上的大套法兰内，各套之间的接触面均加工成圆锥面，使彼此接触严密，又便于拆卸更换。大套和法兰接触面的间隙，必须用粘有耐火泥加玻璃水的石棉绳塞紧，以免漏煤气。

2．放渣时间的确定

确切的放渣时间应该是熔渣面已达到或超过渣口中心线时开始打开渣口放渣。实际生产中放渣时间的确定通常根据上次出铁堵口后至打开渣口出渣的间隔时间依据铁渣量、上次出铁情况和上料批数来确定。

渣口打开后，如果从渣口往外喷煤气或火星，渣流很小或没有渣流，说明炉缸内积存的熔渣还没有达到渣口水平面，此时应堵上渣口稍后再放。

3．放渣操作

放好上渣的意义：

◆可减轻炉渣对炉墙壁的侵蚀。

◆及时放出上渣可减少炉缸中的存渣，改善炉内料柱的透气性，为炉况顺行创造条件。

◆多放上渣，下渣量必定减少，可减轻熔渣对铁口的冲刷侵蚀，有利于铁口的维护。放渣前的准备工作：

◆放渣前要清理好并垫好渣沟，检查渣口泥套、水槽及沟嘴是否完好，叠好各道拨流闸板。

◆检查堵渣机是否正常好用，冷却水、压缩空气是否已开启，堵渣机头与渣口小套是否对好，防止到时堵不上渣口。

◆检查渣罐是否对正沟嘴，罐内有无积水和潮湿杂物，防止发生渣罐爆炸。如冲水渣，按冲水渣要求办。

◆检查渣口各套有无漏水，固定装置是否坚固，冷却水是否正常。

◆准备好放渣用的工具，如长短钢钎、大锤、瓦套、楔子、铁锹、通渣口用的长铁棍、人工堵渣口用的堵耙等。

放渣操作：

◆采用带风堵渣机时，堵渣机头拔出，炉渣会自动流出，一般应用铁钎子打开渣口。如渣口眼内有铁打不动时，可用氧气烧开渣口。正常情况下是不需要的。

◆放渣过程中应随时观察放渣情况，渣口破损或带铁严重时应立即堵上；如发现渣罐将满(要求罐内液面距罐的上沿300 mm)或机车来拉渣罐时，也应立即堵口。

◆放渣过程中应做到勤放、勤捅、勤堵，渣口两侧如有积渣要随时清理，防止积渣影响堵口工作。

4．渣口的维护

◆按高炉规定的料批及时打开渣口放渣，要求上下渣比的合格率达到70％以上，渣中带铁多时，应勤透、勤堵、勤放。

◆渣口泥套必须完整无缺，保持完整适宜的渣口泥套，发现破损应在放渣前及时修补，做新泥套时一定要把残渣抠净，泥套要与渣口严密接触，与渣口眼下沿平齐，不得偏高或偏低，新泥套应烤干后使用。

◆保持渣口大套和二套表面的砌砖完好，三套的顶辊和小套的固定销子要牢固，做到定时检查。

◆长期休风和中修开炉，在铁口角度尚未达到正常及炉温未达正常水平时，不允许渣口放渣。

◆渣铁连续出不净，铁面上升到渣口水平面时，严禁放渣。

◆正确使用堵渣机，拔堵渣机时应先轻拔，拔不动时应用大锤敲打堵渣机后再放。防止渣口松动带活，造成渣口冒渣的事故。对于新换的渣口放第一次渣时，原则上用耧耙堵渣口。

◆发现渣口损坏应及时堵上并更换，严禁用坏渣口放渣。 5．渣口带铁的判断方法

◆炉温偏低时，渣流中有许多细密的小火星跳跃，类似低炉温出铁时铁沟中的“牛毛”火花。

◆炉温充足，放渣时从渣口往外喷火花，从流嘴处也可看到渣流下面有铁滴细流和火花。

◆在不易做出判断时，可堵上渣口，观察渣沟内有无沉在沟底的铁水细流。 6．渣口事故及处理 ◆渣口冒渣

冒渣的原因：因新换的渣口没上严或堵渣口时，堵渣机冲力过大；堵渣机头与渣口的接触过紧，拔堵渣机时又没事先打松堵渣机头，硬拔时把渣口带出，使渣口和中套间产生缝隙，熔渣从缝隙中流出。

处理方法：发现渣口冒渣，高炉应先降压减风，缓解熔渣对接触面的冲刷侵蚀，同时减慢料速，防止铁水面上升到冒渣部位。第二步立即组织出铁，使渣面快速回落而终止冒渣。出完铁后即可休风处理，如渣口已坏应立即更换。

预防措施：新换渣口一定要上到位并打紧固定楔，如渣口的保护性渣皮层上有突出的残铁或残渣阻挡着上不严时，可用钎子打掉，若打不掉，可用氧气烧，确保渣口上到位。

◆渣口爆炸渣口爆炸的原因：

①渣铁连续出不净，使炉缸的铁水超过安全容铁量； ②炉缸工作不活跃，有堆积现象；

③长期休风后开炉或炉缸冻结，炉底结厚，使炉内铁水面升高； ④小套破损未及时发现，放渣时带铁多。避免渣口爆炸事故发生采取的措施： ①严禁坏渣口放渣；

②发现渣中带铁严重时，应立即堵上渣口，渣流小时应勤透； ③不能正点出铁时，应适当减风控制炉缸内渣铁的数量； ④炉缸冻结时，可采用特制的炭砖套制成的渣口放渣； ⑤中修开炉时可不放上渣，大修开炉放上渣以疏通为主； ⑥发生爆炸要立即减风或休风，尽快出铁，组织抢修。

◆渣口连续破损

渣口在短时间内连续烧坏，这种现象称为渣口连续破损。

造成渣口连续破损的主要原因是：炉缸堆积，渣口区域有铁水聚积，或者因边缘太重，煤气流分布失调，渣铁分离不好，放渣时渣流不正常，渣口带铁多。

防止渣口连续破损的措施：在高炉操作中采用使炉缸工作均匀活跃的调剂手段。 ◆渣口自动流渣

渣口自动流渣的处理：立即堵上渣口或用原渣口堵上打紧。渣口自动流渣的防止方法：渣铁未出净前不得更换渣口。 ◆渣口有凝铁堵不上事故产生原因：

(①堵渣机塞头运行轨迹偏斜；

②泥套破损或不正，塞头不能正常入内； ③渣口小套与泥套接合处有凝铁； ④塞头老化、不规则，上面粘有渣铁。采取的措施：

①加强设备的检查，接班后应试堵；

②保持泥套的完好，不用泥套损坏的渣口放渣； ③塞头应完好；

④对用氧气烧开的渣口，放渣时应勤透，堵口前适当喷射后再堵； ⑤渣口堵不上时应酌情减风或用耧耙堵；

⑥当炉况失常时，无论用堵渣机还是用人工堵耙都堵不住，熔渣继续外流，可将渣口捅大一些或拉风降压用人工堵上渣口，渣口堵上后即可恢复风量，待出完铁后再更换渣口。

课时：2学时

授课内容：

第三节热风炉操作

目的要求：

1.了解热风炉燃料； 2.知道影响热风的因素；

3.掌握热风炉的操作特点、燃烧制度； 4.掌握送风制度和换炉操作。

重、难点：

1.影响热风的因素、热风炉的燃烧制度、送风制度和换炉操作。

教学方法：

利用多媒体以课堂讲授为主，结合实际范例进行课堂讨论。

讲授重点内容提要

第三节热风炉操作

一．热风炉燃料

1．燃料品种及其化学成分、发热量

热风炉的燃料为煤气。

表4—15分别列出几种热风炉常用煤气的成分和发热值。表4—15 热风炉常用煤气成分及发热值

2．煤气及助燃空气的质量

含尘量：煤气含尘量低于10mg／m。助燃空气含尘量尽量减少。煤气含水量：在热风炉附近的净煤气管道上设置脱水器或，使用干法除尘。净煤气压力：净煤气支管处的煤气应有一定的压力，见表4—16。

表4—16 热风炉净煤气吉管处的煤气压力

3．气体燃料可燃成分的热效应

气体燃料可燃成分的热效应(见表4—17)

表4—17 1 m气体燃料中各可燃成分l％体积的热效应

二．影响热风温度的因素 1．拱顶温度

◆限制拱顶温度的因素：

①耐火材料理化性能。实际拱顶温度控制在比拱顶耐火砖平均荷重软化点低l00℃左右(也有按拱顶耐火材料最低荷重软化温度低40～50℃控制)。

②煤气含尘量。不同含尘量允许的拱顶温度不同(见表4—18)。表4—18 不同含尘量允许的拱顶温度

③燃烧产物中腐蚀性介质。为避免发生拱顶钢板的晶间应力腐蚀，必须将拱顶温度控制在不超过l400℃或采取防止晶间应力腐蚀的措施。 ◆热风炉实际拱顶温度低于理论燃烧温度70～90℃。

◆大、中型高炉热风炉拱顶温度比平均风温高120～220℃。小型高炉拱顶温度比平均风温高l50～300℃。

2．废气温度

允许的废气温度范围：大型高炉废气温度不超过350～400℃，小型高炉不得超过400～450℃。

废气温度与热风温度的关系：提高废气温度可以增加热风温度。在废气温度为200～400℃范围内，每提高废气温度100℃约可提高风温40℃。

影响废气温度的因素：单位时间燃烧煤气量、燃烧时间、蓄热面积。

3．热风炉工作周期热风炉一个工作周期：燃烧、送风、换炉三个过程自始至终所需的时间。送风时间与热风温度的关系：随着送风时间的延长，风温逐渐降低。合适的工作周期：合适的送风时间最终取决于保证热风炉获得足够的温度水平(表现为拱顶温度)和蓄热量(表现为废气温度)所必要的燃烧时间。 4．蓄热面积与格子砖重量

当格子砖重量相同并采用相同工作制度时，蓄热面积大的供热能力大。格子砖重量大，周期风温降小，利于保持较高风温。

单位风量的格子砖重量增大时，热风炉送风期拱顶温度降减少，即能提高风温水平。单位风量的格子砖重量相同时，蓄热面积大的拱顶温度降小。 5．其他因素

◆燃烧器形式和能力

陶瓷燃烧器的煤气和空气、混合较好，燃烧能力大，完全可以满足要求。 ◆煤气量(煤气压力)

煤气量不足或煤气压力波动，拱顶温度不能迅速稳定地升高，热风炉蓄热量减少。

◆高炉操作

高炉顺行、热风炉工作稳定，能最大限度地保持较高风温水平。

三．热风炉的操作

1．蓄热式热风炉的传热特点

热风炉内的传热主要是指蓄热室格子砖的热交换。

高炉热风温度的高低，取决于蓄热室贮藏的热量及拱顶温度。 2．热风炉的操作特点 ◆热风炉操作是在高温、高压、煤气的环境中进行。 ◆热风炉的工艺流程：

①送风通路：热风炉除冷风阀、热风阀保持开启状态外，其他阀门一律关闭； ②燃烧通路：热风炉冷风阀和热风阀关闭外，其他阀门全部打开； ③休风：所有热风炉的全部阀门都关闭。 ◆蓄热式热风炉要储备足够的热量。

◆热风炉各阀门的开启和关闭必须在均压下进行。

◆高炉热风炉燃烧可以使用低热值煤气，提供较高的风温。 ◆高炉生产不允许有断风现象发生，换炉操作必须“先送后撤”。

3．热风炉的燃烧制度

热风炉的燃烧制度的种类：固定煤气量，调节空气量；固定空气量，调节煤气量；空气量、煤气量都不固定。

各种燃烧制度的操作特点和各种燃烧制度的比较见表4—l9和表4—20。表4—19 各种燃烧制度的特点

表4—20 各种燃烧制度比较

燃烧制度的选择的原则：

◆结合热风炉设备的具体情况，充分发挥助燃风机、煤气管网的能力； ◆在允许范围内最大限度地增加热风炉的蓄热量； ◆燃烧完全、热损少，效率高，降低能耗。

较优的燃烧制度：固定煤气量调节空气量的快速烧炉法。合理燃烧的判断方法：

◆废气分析法。根据分析结果，判断成分是否合理(见表4—21)。表4—21合理的烟道废气成分

热风炉操作主要以废气分析法进行控制燃烧。

◆火焰观察法。采用金属套筒燃烧器时，操作人员可观察燃烧器火焰颜色来判断燃烧情况。

过剩空气量的调整：

过剩空气量主要是依据废气中的残氧量(通过氧化锆实测)来调节，通过调节助燃空气量获得最佳的空煤比，获得更高的拱顶温度和热效率。一般认为废气成分中O2保持在0.2％～0.8％、CO保持在0.2％～0.4％的范围比较合理。

4．送风制度送风制度有：

◆单炉送风。单炉送风是在热风炉组中只有一座热风炉处于送风状态的操作制度。 ◆并联送风。并联送风操作是热风炉组中经常有两座热风炉同时送风的操作制度。交错并联送风操作是两座热风炉，其送风时间错开半个周期。对于4座热风炉的高炉来说，各个热风炉的内部状态均错开整个周期的l／4。交错并联送风操作时，在两座送风的热风炉中，其中一座“后行炉”处于高温送风期，另一座“先行炉”处于低温送风期。

交错并联送风又分为冷并联送风和热并联送风。冷并联送风时的热风温度主要依靠“先行炉”的低温热风与“后行炉”的高温热风在热风主管内混合，由于混合后的温度仍高于规定的热风温度，需要通过混风阀混入少量的冷风，才能达到规定的风温。冷并联送风操作的特点是：送风热风炉的冷风调节阀始终保持全开状态，不必调节通过热风炉的风量；风温主要依靠混风调节阀调节混入的冷风量来控制；热并联送风操作时，热风温度的控制主要是依靠各送风炉的冷风调节阀调节进入“先行炉”和“后行炉”的风量，使“先行炉”的低温热风与“后行炉”的高温热风在热风主管中混合后的热风温度符合规定的风温。

5．热风炉换炉操作

基本换炉程序见表4—22：

表4—22 热风炉的基本换炉程序

换炉操作的注意事项： ◆换炉应先送后撤。

◆尽量减少换炉时高炉风温、风压的波动。 ◆使用混合煤气的热风炉，应严格按照规定混入高发热量煤气量，控制好拱顶和废气温度。

◆热风炉停止燃烧时先关高发热量煤气后关高炉煤气；热风炉点炉时先给高炉煤气，后给高发热量煤气。

◆使用引射器混入高发热量煤气时，全热风炉组停止燃烧时，应事先切断高发热量煤气。

6．高炉休风、送风时的热风炉操作倒流休风及送风：高炉休风(短期、长期、特殊)时，用专设的倒流休风管来抽除高炉炉缸内的残余煤气，谓之倒流休风，其热风炉的操作程序见表4—23。

表4—23 倒流休风、送风热风炉操作程序

不倒流的休风及送风：高炉休风不需要倒流时，将倒流休风、透风程序中的开、关倒流阀的程序取消即可。

7．热风炉全自动闭环控制操作热风炉的工作制度：

◆基本工作制度：“两烧两送交叉并联”工作制。

◆辅助工作制：“两烧一送”工作制，有一座热风炉检修时用。热风炉闭环控制指令：

◆时间指令：根据先行热风炉的送风时间指挥换炉，对热风炉进行闭环控制。 ◆温度指令：根据送风温度指挥换炉，对热风炉进行闭环控制。

热风炉的基本操作方式：

连锁自动操作和连锁半自动操作。操作系统还需要备有单炉自动、半自动操作、手动操作和机旁操作等方式。

连锁自动控制操作：按预先选定的送风制度和时间进行热风炉状态的转换，换炉过程全自动控制。

连锁半自动控制操作：按预先选定的送风制度，由操作人员指令进行热风炉状态的转换，换炉由人工指令。

单炉自动控制操作：根据换炉工艺顺序，一座热风炉单独自动控制完成状态转换的操作。

手动非常控制操作：通过热风炉集中控制台上的操作按钮进行单独操作，用于热风炉从停炉转换成正常操作状态时或检修时的操作。

机旁操作：在设备现场，可以单独操作一切设备，用于设备的维护和调试。自动控制要点： ◆燃烧控制：根据高炉使用的风量、需要的风温、煤气的热值、冷风温度，热风炉废气温度，经热平衡计算，计算出设定煤气量和空气量。燃烧过程中随煤气量的变化来调节助燃空气量，采用最佳空燃比，尽快使炉顶温度达到设定值，并保持稳定，以逐步地增加蓄热室的储热量，当废温度达到规定值时(350℃)热风炉准备换炉。采用废气含氧量分析作为系统的反馈环节，参加闭环控制，随时校正空燃比。 ◆高炉热风温度的控制：当热风炉采用“两烧两送交叉并联”送风制度时，靠调节两座送风炉的冷风调节阀的开度，来控制先行(凉)炉、后行(热)炉的冷风流量，保持高炉热风温度的稳定。当热风炉采用“两烧一送”的送风制度时，需靠调节风温调节阀的开度，兑入冷风量的多少来稳定高炉的热风温度。

◆换炉控制：按时间指令进行换炉的自动控制；按温度指令进行换炉的自动控制。 ◆休风控制：一般休风控制为半自动操作，分为倒流休风和正常休风。

课时：2学时

授课内容：

第四节高炉喷吹操作

目的要求：

1.了解煤的组成与分类；

2.掌握高炉喷吹用煤的性能要求； 3.知道喷吹系统的组成；

4.了解喷吹工艺流程的分类与特点。

重、难点：

1.高炉喷吹用煤的性能要求； 2.喷吹系统的组成。

教学方法：

利用多媒体以课堂讲授为主，结合实际范例进行课堂讨论。

讲授重点内容提要

第四节高炉喷吹操作

喷煤技术发展的主要趋势：

◆喷煤量大幅度提高，焦比大幅度降低。

◆高炉喷吹烟煤，或烟煤、无烟煤甚至褐煤进行混配喷吹。 ◆在大量喷煤的同时采用高风温、富氧操作。

一．煤的化学组成与分类 1．煤的化学组成

◆各种化合形式的有机物质。

这些有机物的组成元素有C、H、O、N和一部分S。 ◆灰分。

煤中不能燃烧的矿物质统称为灰分，由SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Fe2O3、Na2O等矿物质组成。

根据灰分的来源，煤中的灰分分为原生灰分和再生灰分。

◆水分。

煤中的水分是有害成分。

煤中的水分以外部水分、吸附水分和结晶水三种形式存在。 2．煤的化学成分表示方法

煤的成分通常用各组成物的质量百分含量来表示。通常要用下述几种表示方法： ◆应用成分。将碳、氢、氧、氮、硫、灰分和水分在应用基中的质量百分含量定义为煤的应用成分，表示方法为在对应组成的右上角加标y，即：

yyyyyy+y

C+H+O+N+S+AW=100％

◆干燥成分。用不含水分的干燥基中的各组分百分含量来表示煤的化学组成，用这种方法表示的成分称为煤的干燥成分，表示方法为在相应组成的右上角加标g，即：

gggggg

C+H+O+N+S+A=100％

◆可燃成分。用C、H、O、N、S在可燃基中的百分含量来表示，称为可燃成分，表示方法为在对应组成的右上角加标r，即：

rrrrr

C+H+ O +N+S=100％

上述用各种方法表示的成分之间是可以进行换算的，换算系数列于表4—25。

表4—25 煤的各种成分换算系数

◆煤的工业分析成分。将一定重量的煤加热到110℃，使其水分蒸发以测出水分的百分含量w，，再在隔绝空气的条件下，将煤样加热到850℃，并测出挥发分的百分含量V，，然后再将煤样通以空气，使固定碳全部燃烧，以便测出灰分的百分含量A，最后可确定出煤的固定碳百分含量为：

yyy

Cy=(100－(W+A+V))3100％ 3．煤的分类

煤的分类主要是按使用上的要求、煤的质量特性、煤的变质特性等划分。

◆按挥发分固定碳含量要求分类(见表4—26)。

表4—26 按挥发分(V)固定碳(c)含量要求分类

◆按煤的挥发分、胶质厚度分类(见表4—27)。

表4—27 按挥发分(V)胶质层厚度(Y)分类

◆按煤的质量特性分类

按煤中灰分(A)含量分类：A≤15％，为低灰分煤；A=15％～25％，为中灰分煤；A= 25％～40％，为高灰分煤。

按煤中硫(S)含量分类：S≤l％，为低硫煤；S=1％～l．5％，为中硫煤；S>1．5％，为高硫煤。

◆按煤的发热量来分类

l kg煤完全燃烧后所放出的热量称为煤的发热量，单位为kJ／kg。

发热量有高发热量和低发热量两种表示方法。高发热量是在实验室条件下评价煤质的一个指标，而低发热量则主要用于燃烧计算和热工计算。所谓高发热量QG，是指煤完全燃烧，并且燃烧产物冷却到使其中的水蒸气凝结成0℃的水时所放出的热量。所谓低发热量QD，是指煤完全燃烧，并且燃烧产物中水蒸气冷却到20℃的蒸汽时所放出的热量。

QD>29300 kJ／kg，为高发热量煤；QD>25100～29300 kJ／kg，为中高发热量煤；QD >18800～25100 kJ／kg，为中发热量；QD>12500～18800 kJ／kg，为低发热量。

二．高炉喷吹用煤的性能要求高炉喷煤对煤的性能要求：

1.煤的灰分越低越好，一般要求小于15％。

2.硫的质量分数越低越好，一般要求小于1．0％。

3.胶质层越薄越好，Y值应小于10mm，以免在喷吹过程中结焦堵塞喷枪和风口。 4.煤的可磨性要好，HGI值应大于50。

5.燃烧性和反应性要好。燃烧性和反应性好的煤允许大量喷吹，并允许适当放粗煤粉粒度，降低制粉能耗。

6.发热值越高越好。三．喷煤工艺的基本流程 1.喷煤系统的组成 ◆原煤贮运系统

该系统应包括综合煤场、煤棚、贮运方式。综合煤场的设计，一般要充分考虑能分别堆放两种或两种以上原煤及其他喷吹物，并方便存取或按工艺需要进行配煤作业。

煤棚主要用于原煤的风干，以便于制粉，其设置应尽可能靠近制粉车间。

煤场与煤棚间的运输方式可以采用火车、汽车或皮带，而煤棚至制粉间通常采用皮带运输。

为控制原煤粒度和除去原煤中的杂物，在原煤贮运过程中还须设置筛分破碎装置和除铁器。

◆制粉系统

煤粉制备是通过磨煤机将原煤加工成粒度和含水量均符合高炉喷吹需要的煤粉。制粉系统主要由给料、干燥与研磨、收粉与除尘几部分组成。在烟煤制粉中，还必须设置相应的惰化、防爆、抑爆及监测控制装置。

◆煤粉的输送

煤粉的输送有两种方式可供选择，即采用煤粉罐装专用卡车或采用管道气力输送。依据粉气比的不同，管道气力输送又分为浓相输送(μ>50 kg／kg)和稀相输送(μ=10～30 kg／kg)。

◆喷吹系统

喷吹系统由不同形式的喷吹罐组和相应的钟阀、流化装置等组成。煤粉喷吹通常是在喷吹罐组内充以压缩空气，再自混合器引入二次压缩空气将煤粉经管道和喷枪喷入高炉风口。

喷吹罐组可以采用并列式布置或采用重叠式布置，底罐只做喷煤罐。 ◆供气系统

高炉喷煤工艺系统中主要涉及压缩空气、氮气、氧气和少量的蒸汽。压缩空气主要用于煤的输送和喷吹，同时也为一些气动设备提供动力。氮气和蒸汽主要用于维持系统的安全正常运行。氧气则用于富氧鼓风或氧煤喷吹。 ◆煤粉计量

目前煤粉计量主要有喷吹罐计量和单支管计量两大类。

喷吹罐计量，尤其是重叠罐的计量，是高炉实现喷煤自动化的前提。

单支管计量技术则是实现风口均匀喷吹或根据炉况变化实施自动调节的重要保证。 ◆控制系统

高炉喷煤系统广泛采用了计算机控制和自动化操作。控制系统可以将制粉与喷吹分开，形成两个相对独立的控制站，再经高炉中央控制中心用计算机加以分类控制；也可以将制粉和喷吹设计为一个操作控制站，集中在高炉中央控制中心，与高炉采用同一方式控制。

2.喷煤工艺流程的分类及特点 ◆按喷吹方式分：

直接喷吹和间接喷吹。

直接喷吹方式是将喷吹罐设置在制粉系统的煤仓下面，直接将煤粉喷入高炉风口，高炉附近无需喷吹站。其特点是节省喷吹站的投资及相应的操作维护费用。间接喷吹则是将制备好的煤粉，经专用输煤管道或罐车送入高炉附近的喷吹站，再由喷吹站将煤粉喷入高炉。其特点是投资较大，设备配置复杂，除喷吹罐组外，还必须配制相应的收粉、除尘装置。

◆按喷吹罐布置形式分：并列式喷吹和串罐式喷吹。为便于处理喷吹事故，通常并列罐数最好为3个。并列式喷吹若采用顺序倒罐，则对喷吹的稳定性会产生一定的影响；而采用交叉倒罐则可改善喷吹的稳定性，但必须配备精确的测量和控制手段。另外，并列式喷吹占地面积大，但喷吹罐称量简单，投资较重叠式的要小。因此，常用于小高炉直接喷吹流程系统。

串罐式喷吹是指将两个主体罐重叠设置而形成的喷吹系统。其中，下罐也称为喷吹罐，它总是处于向高炉喷煤的高压工作状态。而上罐也称为加料罐，它仅当向下罐装粉时才处于与下罐相连通的高压状态，而其本身在装粉称量时，则处于常压状态。装卸煤粉的倒罐操作须通过连接上下罐的均排压装置来实现。根据实际需要，串罐可以采用单系列，也可采用多系列，以满足大型高炉多风口喷煤的需要。串罐式喷吹装置占地小，喷吹距离短，喷吹稳定性好，但称量复杂，投资也较大。这种喷吹装置是目前国内外大型高炉采用较多的一种喷吹装置。

◆按喷吹管路形式分：

多管式喷吹和单管路加分配器方式喷吹。

多管方式喷吹，是指喷吹罐直接与同风口数目相等的支管相连接而形成的喷吹系统。一般一根支管连接一个风口。其主要特点有：

①每根支管均可装煤粉流量计，用以自动测量和调节每个风口的喷煤量。其调节手段灵活，误差小，有利于实现高炉均匀喷吹和大喷煤量的操作调节。

②喷吹距离受到限制，一般要求不超过200～300 m。这是因为在喷吹距离相同的条件下，多管方式的管道管径小，阻力损失大，过长的喷吹距离将导致系统压力的增加，从而使压力超过喷吹罐的允许罐压极限。

③单支管流量计数目多，仪表和控制系统复杂，因此投资亦较大。

④支管数目多，需要转向的阀门太多，因此多管喷吹仅适用于串罐方式，而不适用于并列式。

单管加分配器方式，是指每个喷吹罐内接出一根总管，总管经设在高炉附近的煤粉分配器分成若干根支管，每根支管分别接到每个风口上。其主要特点有： ①一般在分配器后的支管上不装流量计，通过各风口的煤粉分配关系在安装试车时一次调整完毕，因此不能进行生产过程中的自动调节。此外，通过分配器对各支管煤粉量的控制精度不仅取决于分配器的结构设计，而且还受运行过程中分配器的各个喷嘴不等量磨损的影响。因此，需要经常加以检查和调整。

②系统的阻力损失较少，喷吹距离可达600 m。

③支管不必安装流量计，控制系统相对简化，投资较少。

④对喷吹罐的安装形式无特殊要求，既适用于并列式，又可用于串罐式。

课时：2学时

授课内容：

第四节高炉喷吹操作

目的要求：

1.掌握喷吹系统的运行操作； 2.了解喷吹系统的故障及处理； 3.掌握喷吹烟煤的操作； 4.熟悉喷煤生产安全措施。

重、难点：

1. 喷吹系统的运行操作； 2.喷吹烟煤的操作。

教学方法：

利用多媒体以课堂讲授为主，结合实际范例进行课堂讨论。