【中联学苑】高炉炼铁工艺的10大系统,让你更了解高炉!

发布时间:2019-02-23 02:34              

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高炉炼铁工艺的系统组成:原料系统、上料系统、炉顶系统、炉体系统、粗煤气及煤气清洗系统、风口平台及出铁场系统、渣处理系统、热风炉系统、煤粉制备及喷吹系统、辅助系统(铸铁机室及铁水罐修理库和碾泥机室)。高炉炼铁主要工艺流程如图1-1所示。

一.原料系统

(1)原料系统的主要任务。负责高炉冶炼所需的各种矿石及焦炭的贮存、配料、筛分、称量,并把矿石和焦炭送至料车和主皮带。

(2)矿槽和焦槽的形状及结构。一般上部为正方体或长方体钢筋混凝土结构,下部为平截锥体钢筋混凝土结构或钢结构。也有的厂矿槽和焦槽为全钢结构。

(3)原料来源及槽上运输方式。烧结矿、球团矿、焦炭分别来自烧结厂、球团厂、焦化厂,块矿、熔剂等来自原料厂,运输方式有胶带运输机、汽车、火车和吊车等,后两者已很少见了,用胶带运输机的高炉最多。

(4)原料系统的工艺流程。焦炭、烧结矿等原料应根据高炉炉料的配比及贮存时间的要求由皮带机等输送到焦、矿槽,焦、矿槽槽下根据高炉料批按程序组织供料,供料时,槽下给料机将炉料输送至振动筛进行筛分,合格粒度的炉料进入称量漏斗称量,返矿、返焦,由皮带或小车输送到返矿槽或返焦槽,再由皮带机或汽车运至烧结厂或焦化厂。炉料在称量斗按料批大小进行称量后,由主供矿、供焦皮带输送至料车或主皮带,再输送至炉内。为了节约焦炭资源,返焦一般还进行二次筛分,将5mm以上的焦丁回收利用,随烧结矿一起进入炉内,代替部分焦炭。

(5)焦、矿槽的布置形式。焦、矿槽的布置形式多种多样,采用斜桥料车上料的高炉其焦槽与矿槽一般采用一列式布置,也可以是并列式布置。采用皮带上料的高炉,其焦槽、矿槽之间一般采用并列式布置,各自形成独立系统。就焦槽、矿槽本身而言,可以是一列式,也可以是共柱并列式,实际情况以一列式布置为主。

二、上料系统

上料系统的作用是把贮存在矿槽和焦槽中的各种原料、燃料运至高炉炉顶装料设备中。高炉的上料方式主要有用斜桥料车和胶带运输机两种:

(1)斜桥料车上料方式。目前,我国几乎所有中、小型高炉和部分大型高炉仍采用斜桥料车上料方式。斜桥料车上料方式又分单料车上料和双料车上料两种,单料车上料只适用于小高炉使用,已逐步趋于淘汰。300m

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以上高炉以采用双料车上料为主。


(2)胶带运输机上料工艺。新建大中型高炉多采用胶带运输机上料工艺。

三、炉顶装料设备

炉顶装料设备的作用是根据高炉的炉况把炉料合理地分布在高炉内恰当的位置。炉顶装料设备的类型有钟式炉顶装料设备和无钟炉顶装料设备两大类。大多数750m

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以下的小型高炉使用钟式炉顶装料设备,大多数750m

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以上的大中型高炉使用无料钟炉顶装料设备。

A  钟式炉顶装料设备

(1)钟式炉顶装料设备主要有大、小料钟和大、小料斗及大、小料钟卷扬机及布料器等。

(2)钟式炉顶工作原理,上料时,关闭大钟,料车(钟式炉顶一般采用料车上料)将炉料斜入大料斗,然后开启大钟,炉料卸入小料斗,然后再关闭大钟,均压完毕后再开启小钟,通过布料器,炉料布入炉内,然后再关闭小钟,进行下个循环。

(3)钟式炉顶装料设备的优点是,结构较为简单、制造容易、造价低。其缺点是,设备笨重,布料效果差,炉顶压力低,煤气利用差,新建高炉已几乎不再采用钟式炉顶,300m

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级以上的高炉也逐步在大修时改造成无钟炉顶形式。

B  无料钟炉顶装料设备

(1)无料钟炉顶装料设备形式,分并罐无料钟炉顶装料设备和串罐无料钟炉顶装料设备。这两种形式的装料设备各有其优缺点,应根据其具体情况确定选用何种无料钟炉顶装料设备。

(2)无料钟炉顶装料设备主要有上料罐、下料罐、上密封阀、下密封阀、料流调节阀、气密箱、布料溜槽、均压设备等。

(3)无料钟炉顶装料设备工作原理,料车或主皮带将炉料输送至上料罐,打开上密封阀后,炉料进入下料罐,关闭上密封阀,进行均压,再打开下密封阀和料流调节阀,炉料经过旋转布料器布入炉内,然后关闭下密封阀和料流调节阀,下料罐排压,再进入下个装料循环。

无料钟炉顶装料设备具有良好的高压密封性能,灵活的布料手段,能使高炉充分利用煤气能,保持高炉顺行;同时运行可靠,易损部件少,检修方便快捷,因此,无料钟炉顶装料设备在现代高炉得到了越来越普遍的应用。

四、炉体系统

炉体系统是整个高炉炼铁系统的心脏部位,其他所有系统最终都是为炉体系统服务的,高炉炼铁几乎所有的化学反应都在炉体完成,炉体系统的好坏直接决定了整个高炉炼铁系统的成功与否,高炉一代炉役寿命实际上就是炉体系统的一代寿命,所以说炉体系统是整个高炉炼铁最为重要的系统。

炉体系统除了最为重要的炉型外,还包括炉壳、内衬、冷却元件、冷却介质、外部管网以及风口、送风支管等附属设备。

(1)高炉炉型。高炉炉型指的是高炉工作空间的形状。现代高炉的炉型为五段式炉型,自上而下由以下五部分组成:炉喉、炉身、炉腰、炉腹和炉缸。在炉喉上部还有炉顶锥台和炉顶钢圈。

五段式的炉型既满足了炉料下降时受热膨胀和还原熔化以及造渣过程的需要,也适应了煤气上升过程中冷却收缩的情况。实践已经证明,五段式作为一个现代炉型结构满足了炼铁生产的需要,并已取得明显效果

(2)内衬。内衬系指高炉内砌筑的耐火材料。高炉炉内不同部位的耐火材料所接触的物质和温度是不同的,在设计高炉时,应根据高炉的部位破损及蚀损机理,合理选择砌筑内衬的耐火材料。

高炉常用的耐火材料主要有黏土质类、高铝质类、铝碳质类、碳化硅质类、刚玉质类、炭质和石墨质类。

随着对高炉炉体寿命要求越来越高,人们对炉腹及其以上区域和炉缸区域的内衬要求有了更深的认识。在炉腹及其以上区域,再好的内衬对延长炉体寿命的作用也是有限的,提高寿命主要靠可靠的冷却元件和有效的冷却系统,因此,现代高炉对在炉腹及其以上区域的内衬材质不作过分高的要求,且内衬厚度趋势是越来越薄。在炉缸区域,内衬材质和结构对炉体寿命有极大影响,所以炉缸部位的内衬材质越来越高档,陶瓷杯、各种高品质炭砖、石墨质砖已普遍在现代高炉炉缸中应用。

(3)冷却设备。由于高炉内的工况非常恶劣,仅靠内衬是不能保证高炉长期正常工作的,必须设置合理的冷却设备,方能达到此目的。

高炉使用的冷却设备有冷却壁、冷却板和冷却箱。冷却箱现已被淘汰。根据高炉炉腹及以上区域冷却元件使用方式的不同,高炉冷却设备主要有三大类别:冷却壁形式、冷却板形式、板壁结合形式。其中冷却壁使用最广泛,冷却板次之,只有很少的高炉使用板壁结合形式。冷却壁、冷却板的材质一般为铸铁、铸钢和铜。

(4)冷却介质。高炉的冷却设备还需使用好的冷却介质才能保证高炉长期正常工作,冷却水是影响高炉长寿的一个重要因素。冷却元件的破损原因多为冷却水通道产生水垢和汽膜,使冷却元件过热而烧损。

高炉冷却设备常用的冷却水有工业水及工业净化水、蒸汽、空气、纯水、软水等。使用工业水及工业净化水不能保证高炉长期正常工作,蒸汽冷却及空气冷却目前已基本不再采用。为了能保证高炉长期正常工作,一般使用软水或纯水。

(5)外部管网。高炉冷却设备均配置有复杂而庞大的外部管网,对于采用工业水冷却的高炉,由于采用开路循环,冷却水具有可观性,相对而言对外部管网的要求不是特别高。对于采用软水冷却的高炉而言,外部管网配置形式、布管走向、控制设备、检测设备、检漏设施设置等对高炉冷却具有重大的影响。为了便于检漏和水量均匀分配,软水一般采用分区形式,以冷却壁供水为例,沿圆周方向一般采用4个分区,每区又分4个小区,对应于冷却壁的4根水管,总共形成16个小区。为了便于控制、检测、检漏,整个管网还需设置大量的压力、温度、流量、检漏设施。另外,软水管网还必须遵循“步步高”的原则,不允许向下折返,以利于系统排气。在总回水管还设置有脱气罐、膨胀罐,对整个系统进行脱气和压力控制。

(6)炉体附属设备。炉体附属设备包括炉喉十字测温装置、炉喉洒水装置、料面监测装置、煤气取样分析仪、送风装置、风口装置、炉喉钢砖等。

炉体一般设有完善的检测系统,加强对高炉各系统的监测。软水冷却系统设有温度、流量、压力、水位检测元件,以确保冷却系统的正常运行。

五、粗煤气系统

粗煤气系统由煤气导出管、上升管、下降管、放散阀、除尘器、排灰及清灰加湿装置等组成。

高炉产生的高炉煤气含有大量灰尘,必须把高炉煤气中的灰尘除去后成净化煤气方可使用。

(1)设置粗煤气系统,对粗煤气进行粗除尘,经粗除尘后的高炉煤气成半净煤气;半净煤气通过煤气管进入煤气净化系统中进行精除尘,成为净化煤气。净化煤气通过净化煤气管进入各用户。

(2)除尘器排出的高炉煤气灰由火车、汽车运往烧结工序作烧结原料。

(3)上升管、下降管有3种结构形式:双“辫”式、单“辫”式、单“辫”球式。

1)双“辫”式,此种形式在我国传统高炉使用最为普遍。其特点是4个煤气导出管在上升过程中二合一,形成两根上升管,再与两根下降管相接,两根下降管在下降过程中合二为一,形成一根下降管,再与除尘器连接。采用此种结构形式时除尘器布置不够灵活,新建高炉已很少采用。

2)单“辫”式,4个煤气导出管在上升过程中二合一,形成两根上升管,两根上升管再进行二合一,形成一根上升管,再与一根下降管相接。采用此种结构形式时除尘器布置灵活,新建高炉大部分采用此种结构。

3)单“辫”球式,4个煤气导出管连接4根上升管,4根上升管在顶部与一个圆球形结构相接,采用一根下降管上部与球形结构相接,下部与除尘器连接。采用此种结构形式,降低炉顶总高度节省材料,降低投资,便于炉顶结构及均排压设备的布置,同时除尘器布置灵活,但球形结构加工制作及安装均较困难,新建高炉已有采用此种结构形式的。

(4)粗煤气系统的除尘器目前主要有两种形式:重力除尘器和旋风除尘器。

1)重力除尘器中部为直桶形,上下为锥形,除尘器中心有一喇叭口,喇叭口上部与下降管相连,高炉煤气通过喇叭管进入重力除尘器突然减速,大颗粒灰尘在重力作用下下落,进入除尘器下部锥体,定期排出。煤气沿喇叭口和除尘器壳体间的环缝上行,进上部出口进入下道煤气清洗工艺。重力除尘器简单可靠,维护方便,是我国大部分高炉所采用的粗煤气除尘方式,其缺点是除尘效率较低。

2)旋风除尘器形状为一痩长直桶形,下部为锥形,在除尘器直桶上部设置有许多旋流板,高炉煤气经过旋流板产生旋流,煤气灰尘在向心力的作用下流向壳体边缘,最后落入下部锥体。旋风除尘器投资较大,但除尘效果好,稳定可靠,目前在新建大高炉中有较多采用。

六、风口平台及出铁场系统

(1)风口平台。风口平台的作用在于提供更换风口、观察炉况和检修的场所。

风口平台一般为钢结构,也可以混凝土结构或钢结构与混凝土结构的组合。风口平台面层一般敷设一层耐火砖,平台与炉壳之间的间隙用钢盖板盖住。

(2)出铁场。出铁场的作用在于处理高炉产生的铁水和炉渣。

1)出铁场的主要设备,炉前吊车、泥炮、开口机、堵渣机,现代大高炉一般还设有摆动流嘴和揭盖机。铁水盛装设备主要有铁水罐及罐车、混铁车及罐车。

2)出铁场的形式,有矩形出铁场和环形出铁场两种形式:

①矩形出铁场,此种出铁场适应几乎所有高炉,我国绝大多数高炉均采用矩形出铁场。矩形出铁场形式多样,布置灵活,出铁场宽敞、作业面大、通风透气效果好。不足之处是吊车不能互为备用,并存在作业盲区。

②环形出铁场,此种出铁场适应3个以上多铁口的大高炉,优点是吊车能360°回转工作,作业面大,两台吊车可互为备用,再加主吊和副吊的相互配合,吊车在整个出铁场不存在作业盲区。缺点是吊车需进口,国产吊车不能满足全部工艺要求。另外,出铁场面积受吊车跨距限制,不能做得很大,不如矩形出铁场宽敞。另外,其内部通风透气效果不如矩形出铁场好。此种出铁场在我国部分大高炉有所采用。

3)出铁场的发展趋势:①出铁场平坦化。整个出铁场坡度很小或没有坡度,出铁场显得宽敞整洁,便于生产维护和管理。②设置出铁场栈桥,汽车等多种车辆可直接上出铁场平台,方便各种物料的运输和炉前设备的检修。③全面的通风除尘。

七、渣处理系统

渣处理系统的作用在于把高炉产生的液态炉渣制成干渣和水渣。干渣一般用作建筑骨料,有的干渣还有一些特殊用途。水渣可出售给水泥厂作生产水泥的原料。

(1)干渣的生产方法。干渣有两种生产方法:渣罐车法和干渣坑法。

1)渣罐车法,渣罐车把液态炉渣从出铁场下运至弃渣场,把盛有液态炉渣的渣罐倾翻,使液态炉渣倒在弃渣场上,让其自然冷却成干渣后,铲起破碎与筛分。

2)干渣坑法,液态炉渣从出铁场的渣沟流入出铁场旁的干渣坑内,用水冷却成干渣后,铲起破碎与筛分。

(2)水渣的生产方法。水渣有两种生产方法:泡渣法和炉前冲渣法。

1)泡渣法,渣罐车把液态炉渣从出铁场下运至泡渣池旁,把盛有液态炉渣的渣罐倾翻,使液态炉渣倒在泡渣池内形成水渣,用抓斗把水渣抓出装车运出厂外。

2)炉前冲渣法,液态炉渣在出铁场用高压水冲制成水渣后,把水渣和水的混合物中的大部分水脱除,用抓斗把水渣抓出装车运出厂外。

(3)水渣和水的混合物脱水的方法按渣水分离的方式分为“过滤法”和“沉淀法”。

1)“沉淀法”,水渣和水的混合物经水渣沟流入沉淀池,渣和水的混合物在沉淀池中利用重力分离,水渣沉入池底,用抓斗把水渣抓出装车运出厂外。

2)“过滤法”,水渣和水的混合物流入过滤设施或设备内脱水后,把水渣装车运出厂外。“过滤法”中又有“底滤法”、“侧滤法”、“图拉法”(轮法)和“INBA法”等。

①“底滤法”、“侧滤法”,属于传统的水冲渣工艺,工艺落后,水量消耗大,环保效果差,新建大中型现代高炉已很少采用。

②INBA法,炉前的红渣通过粒化槽粒化,粒化后的水渣进入脱水转鼓脱水,脱水后的水渣由水渣皮带运送至水渣场。由于INBA法的可靠性高、水渣质量好及工作业绩多,因此,大多数新建大中型高炉采用INBA法。INBA法又分热INBA和冷INBA,其主要区别是粒化槽产生的蒸汽是否回收,不回收的称热INBA,冷凝回收的称冷热INBA或者环保热INBA。

③“图拉法”(轮法),“图拉法”最早应用于乌克兰,国内企业对其进行深度改造而重新申请专利的称之为“轮法”,其工作原理是在脱水转鼓前设置一快速转动的粒化轮,红渣经粒化轮粒化后,紧接着经多组喷头喷水快速深度冷却,再经脱水转鼓脱水,水渣经皮带运往水渣场。“图拉法”或“轮法”相对较便宜,国内大中小高炉均有所采用。

另外,还有许多其他的炉渣处理方法。

八、热风炉系统

(1)热风炉在炼铁工序中的作用。把鼓风机送出的冷风,加热成高风温的热风后送入高炉,可节省大量焦炭,因此,热风炉是炼铁工序中的一个重要的节能降耗、降低成本的最有效设施。

(2)热风炉使用燃料。以高炉煤气为主,可掺焦炉煤气、转炉煤气和天然气提高煤气的发热值。

(3)按热风炉传热方式,热风炉可分为换热式和蓄热式两种形式,现代高炉已完全淘汰了换热式热风炉,仅使用蓄热式热风炉。

1)蓄热式热风炉的主要组成部分,热风炉本体主要由燃烧室、蓄热室和炉顶等部分组成。

2)蓄热式热风炉的形式,按照燃烧室、蓄热室设置方式的不同,热风炉有外燃式、内燃式和顶燃式。

(4)热风炉工作程序。热风炉是一种周期工作的设施。它有两种工作状态:“燃烧”和“送风”,这两种工作状态周期地轮换。

(5)热风炉系统主要设备。助燃风机、能源介质管道用阀门和补偿器、检修设备、回收热风炉废气余热的换热器、支撑格子砖的炉箅子及支柱等。热风炉基本尺寸见表1-2。


九、煤粉制备及喷吹系统

(1)系统的功能作用。把煤块磨成细粉并且烘干煤中的水分,把干燥的煤粉输送至高炉风口处,然后,从高炉风口喷入高炉内,代替部分焦炭。高炉喷煤是以煤代焦、节约焦炭资源、降低生铁的生产成本、减少环境污染的一项重要措施。

(2)系统组成。由煤粉制备系列和喷吹系列组成。

1)煤粉制备系列,选用磨煤机一台或多台,煤种可以是烟煤或无烟煤。磨煤机将其磨成细粉,再进行干燥,干燥剂由高炉热风炉废气与高温烟气混合而成。每个制粉系列配置1台引风机,1座高温烟气发生炉,采用布袋除尘器作为制粉系统收粉设备,制备好的煤粉进入煤粉仓。为了防止意外,煤粉制备系列一般设有完善的安全措施。

2)喷吹系列,该系列设有称量罐、喷吹罐、煤粉输送管道、阀门和炉前煤粉分配器等。喷吹时,称量过的煤粉经过喷吹罐输送到喷吹总管,再经分配器进入支管,由风口喷入炉内。喷吹系列一般也设有完善的安全措施。

3)煤粉喷吹有直接喷吹和间接喷吹两种形式,煤粉制备系列及喷吹系列合建在一起时,称为直接喷吹。煤粉制备系列及喷吹系列相互独立,存在一定距离时,称为间接喷吹。实际生产中,两种形式均有利用。

十、辅助设施辅助系统

(1)铸铁机室。为处理高炉点火开炉初期生产的不适宜炼钢的铁水及炼钢工序定期检修时生产的铁水,采用铸铁与用铁水罐作为临时贮存工具的工艺。

根据所需铸铁量,在铸铁机室内设置若干条铸铁机,此外,还要设置倾翻卷扬机和吊车等设备。

(2)碾泥机室。现代大型高炉炉顶压力高,高炉出铁后需用高质量无水炮泥来堵铁口。此外,高炉休风时堵风口用的堵口泥、修补渣铁沟用的泥料和铁口套泥等,均需由碾泥机室生产出来。

碾泥机室内设有贮料、称量、配料设备,并设置若干台碾泥机和一台成型机,各种泥料碾制出后,由成型机成型并打包,送往高炉出铁场。

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