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炼铁工艺与设备电子教案








炼铁工艺与设备概述
一、 学习本门课程的意义: 1、 2、 3、 对炼铁工艺有一个大致的了解; 熟知各部分主要设备的基本结构; 学会对设备的管理方法和维护方法;

其目的是:降低因设备故障导致的停产时间;延长设备的寿命;降低生 产成本。 二、 视频(宝钢生产工艺流程蝶片)<

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三、 钢铁生产工艺流程讨论总结: 1.钢铁工业在同民经济中的作用: 钢铁工业在人类社会的活动中占具着极其重要的地位,无论是现代工 业、农业、国防、科研、交通、建筑等都离不开钢铁,一个国家的钢铁生产 水平,直接反映了这个国家的科学技术发展程度和人民的生活水平。 2.钢铁的生产过程: 矿石 → 高炉 → 生铁 → 炼钢炉 → 钢 → 轧机 → 材

四、 炼铁生产工艺流程与特点: 1、高炉生产工艺过程 高炉炼铁是用还原剂(焦炭、煤等)在高温下将铁矿石或含铁原料还原成 安徽冶金科技职业学院 第 页 液态生铁的过程。高炉生产工艺过程由一个高炉本体本体和六个附属系 统







统组成,其生产工艺流程如图所示。

㈠高炉生产工艺流程的组成与任务: 高炉生产工艺流程包括下列几部分: ①. 高炉本体:(见下图) 组成:高炉本体由圆筒形炉体(炉壳、炉衬、冷却设备) 、炉基、内 型和高炉框架等组成。 本体中高炉的内部工作空间我们叫内型,它一般分为五段:炉喉、 炉身、炉腰、炉腹和炉缸(如图)。其中炉缸部位分布着风口、铁口和渣 口。 安徽冶金科技职业学院 第 页







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任务: 装入炉内的铁矿石, 在炉内通过加热还原等一系列物理化学 反应后,被还原成生铁。 ②.供上料系统: 组成:该系统由贮矿槽、称量、筛分、槽下运输设备、向炉顶运料 的设备(上料机)等组成; 任务:该系统的任务是:按照高炉冶炼的要求将炉料准确地进行称 量并及时的运送至高炉炉顶。 3.炉顶装料设备: 组成:该设备由装料器、布料器和煤气密封设备等组成; 任务:该系统的任务是:完成向炉内装料、布料和煤气密封。 4.送风系统: 组成:该系统由鼓风机、热风炉、热风管道、冷风管道、混风管道 及各种阀门等组成。 任务:该系统的任务是:加热空气并鼓入高炉内。 5.渣铁处理系统: 组成:由出铁场、泥炮、开口机、炉前吊车、铁水罐、铸铁机、渣 罐或冲渣设备等组成; 任务:将高炉内的炉渣和生铁及时地排放出来并运送走。

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6.煤气除尘系统:





组成:该系统由重力除尘器、洗涤塔、文氏管、脱水器、煤气管道、 高压阀组等组成; 任务:该系统的任务是:收集和清洗煤气,使煤气的质量达到用户 的要求。 7.喷吹系统: 组成:该系统由煤粉的制取、运输、收集、喷吹罐及喷枪等组成; 任务:向高炉提供含碳量高且质量合乎要求的焦炭代用品。 ㈡高炉生产工艺流程中各系统之间的相互关系: 供上料系统 → 炉顶装料设备 ↓ 送风系统→ 高炉本体 ↓ 煤气除尘系统 喷吹系统 ↓ → 渣铁处理系统

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炼铁工艺与设备概述
四.高炉冶炼的产品: 1.钢与生铁及熟铁的区别: 钢与生铁及熟铁都是铁与碳的合金, 但它们的含碳量不同。 其区别 如下: 熟铁:C< 0.20%; 钢:C 0.2 ~1.7%; 生铁:C > 1.7%

高炉冶炼出来的生铁其含碳量在 4.0%左右。 2.高炉冶炼的产品: ①主产品:高炉冶炼的主产品为生铁,它是铁和碳、硅、锰等元素 的合金,并含有少量的硫和磷。根据其用途可分为两大类。它们分别为: A:炼钢生铁:作为炼钢的原料; B:铸造生铁:供铸造使用。 ②副产品:高炉冶炼的副产品有炉渣、煤气和炉尘。 A:炉渣:它是铁矿石在高炉中还原出生铁后,剩余的脉石成份, 根据其处理方法的不同,又有水渣、干渣、渣棉等之分。 B:煤气:它是焦炭及其他燃料在炉内燃烧后的产物。其主要成份 是 CO、CO2、H2、CH4 和 N2,因含有可燃成份,故可作燃料使用。 C:炉尘:它是煤气在上升过程中带出的细颗粒固体炉料。 五.高炉冶炼技术经济指标

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高炉冶炼技术经济指标的作用是: 用来衡量高炉生产的技术水平和 经济效果的。其内容、定义、作用及其表达式如下: 1.利用系数(高炉有效容积利用系数)η u: ①定义:每立方米高炉有效容积一昼夜生产的生铁吨数; ②作用:它是衡量高炉生产效率的一个重要指标; ③表达式: η
u

= Ρ /ν

u

(t/m3?d)。

2.焦比: 焦比有干焦比(K)、 综合焦比(K 综)和综合燃料比(K 燃)之分, 另外还有煤比(Y)。分别阐述如下: ①定义: A:煤比(Y):每冶炼一吨生铁所消耗的煤粉量; B:干焦比(K):每冶炼一吨生铁所消耗的干焦量; ②作用:它是衡量高炉能量消耗高低的一个重要指标。 ③表达式:A:煤比: B: 干焦比: Y = QY/P K = Q/P (kg/tFe) ; (kg/tFe) 或 (t/tFe) ;

3.冶炼强度:冶炼强度有干焦冶强(I)和综合冶强(I 综)之分。 ①定义:A:干焦冶强:是指每昼夜每立方米高炉有效容积所消耗的 焦炭量; ②作用:它是衡量高炉强化程度的重要指标。 ③表达式:A:干焦冶强:I = Q/ Vu ; (t/m3?d)

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4.休风率:





①定义:它是指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。 ②作用:它是衡量高炉设备维护好坏的一个重要指标; 5.生铁合格率: ①定义:它是指生铁的化学成分符合国家标准时称为合格生铁,生 铁合格率则是指生产的合格生铁占高炉总产量的百分数; ②作用:它是衡量高炉生铁质量的一个重要指标; ③表达式:生铁合格率 =(合格的生铁产量/全部生铁产量 )? 100%。 6.生铁成本: ①定义:它是指每冶炼一吨生铁所需要的全部费用; ②作用:它是评价高炉经济效益好坏的一个重要指标; ③表达式: 一吨生铁所消耗的费用 = 所消耗的全部费用/生铁产量 (元/ tFe) 。 7.高炉炉龄: 高炉从开炉到停炉大修之间的时间, 延长一代炉龄是高炉工作者的 重要任务,也是提高高炉总体效益的重要课题。

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炼铁使用原料和燃料
几个名词: 1、矿物: 矿物是地壳中天然产出天然元素或天然化合物, 它们具有均一的化 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.有用矿物: 能从中提取金属和金属化合物的矿物。 3.矿石和岩石: 矿石和岩石都是矿物的集合体,它由单一矿物或多种矿物所组成。 但是,矿石是在现有的经济技术条件下能从中提取金属、金属化合 物或有用矿物的物质的总称。因此,矿石的的概念是相对的。 例如:铁元素在地壳中约有 5%的数量,并广泛地程度不同地分布 在岩石和土壤中,但并不是所有的含铁岩石都是矿石,因为有相当部分 的含铁岩石含铁量极低,从中提取金属铁是很不合算的。但随着科学技 术的发展,有许多过去被认为不能冶炼的矿石,今天也已成为炼铁的重 要原料。对于复合矿石还能从中同时提取多种有用的成分,如钒钛磁矿 石就能从中同时提取钒、钛和铁等。 4.铁矿石:

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在现有经济条件下能从中提取铁元素的矿石。 5、脉石: 那些在工业上没有经济价值的不能利用的矿物。 一、炼铁使用的原料: 1、原料种类; 主要原料:铁矿石 熔 剂:石灰石和白云石

辅助原料:废铁、轧钢皮、工业回收物等。 2、铁矿石分类: 1) 、按加工方式分: 天然矿;初步加工处理后的铁矿石。 人造富矿:经人工加工处理后生产出来的铁矿石。 2) 、按矿物组成分为四大类:它们是: ①.磁铁矿: 主要含铁矿物为磁铁矿,其化学式为 Fe3O4,其中 FeO = 31%,Fe2O3 = 69%,理论含铁量为 72.4%。这种矿石为复合矿石,它除了含有铁的氧 化物以外,还含有 TiO2 和 V2O5 等,所以被分别称为钛磁铁矿或钒钛磁铁 矿。

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这种矿石具有很强的磁性,且组织致密,因此还原性较差。 它的颜色及条痕均为铁黑色, 半金属光泽,它含的脉石成分主要是 石英和硅酸盐。 ②.赤铁矿: 它是一种无水氧化铁矿石,其化学式为 Fe2O3,理论含铁量为 70%, 由于它在自然界中经常形成巨大的矿床,所以是工业生产的主要矿石。 由于这种矿石的含铁量较高,一般为 50~60%,含有害杂质硫、磷 较少,还原性较磁铁矿好,所以它是炼铁生产的比较理想的优质原料。 这种矿石的颜色均为红色或暗红色, 其条痕则为砖红色,故而称之 为赤铁矿。它具有半金属光泽,脉石多为硅酸盐。 ③.褐铁矿: 它是一种含水氧化铁矿石,其化学式为 nFe2O3mH2O(n = 1~3;m = 1~4)它的含铁量一般为 37~55%,有时含磷较高,且吸水性较强,直接 入炉冶炼,会消耗掉炉内大量的热量,因此,这种矿石一般都要经过焙 烧加工后再入炉冶炼。通过焙烧后既去掉了水分,也增加了矿石的气孔 率,使其还原性改善,同时因去掉了水分其含铁量出相应提高。 ④.菱铁矿: 它是一种碳酸盐铁矿石,其化学式为 FeCO3,理论含铁量为 48.2%。

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由于这种矿石在自然界中的量较少,且很易被分解氧化成褐铁矿,所以 炼铁生产中使用也较少。 3、质量要求: 1).矿石的含铁量(铁矿石的品位) : 矿石的含铁量我们也称之为矿石的品位, 它是衡量铁矿石质量的一 个主要指标。高炉冶炼使用的铁矿石含铁量范围大致在 23~70%,含铁 量愈高炼铁成本愈低,反之愈高。因为我们炼铁的目的之一是产量,若 铁矿石的含铁量高,吨铁所消耗的原材料就少,成本就低,反之就高。 所以要求铁矿石的含铁量愈高愈好。 铁矿石有生矿和熟矿之分,按品位分还有贫矿和富矿之分: ①生矿:从矿山开采出来经初步处理的铁矿石; ②熟矿:经人工加工处理而生产出来的铁矿石; ③贫矿:理论品位在 70%以下不能直接进入高炉冶炼的铁矿石; ④富矿:理论品位在 70%以上能直接进入高炉冶炼的铁矿石。 2).脉石: 脉石成分和数量: 铁矿石中除含有铁的氧化物外,还含有大量的脉 石,它们绝大多数为酸性,脉石成分主要是 SiO2 和少量的 Al2O3,由于它 们的熔点很高,分别为 1713℃和 2050℃,在高炉内不能熔化而分离,因

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此就要加其它的物质,使其生成低熔点的化合物而去除,高炉冶炼通常 是加熔剂,也即加石灰石。脉石含量愈高,加的愈多,它们熔化后都进 入炉渣中,也导致渣量增加,这必然要增加燃料的消耗量,最终使焦比 升高,产量下降。所以要求铁矿石的脉石含量要低。 3). 伴生元素: 矿石的伴生元素很多,有有益元素,有有害元素,有害元素中,有 影响生铁质量的元素,还有影响高炉冶炼的元素。简述如下: ①有益元素:有益元素是指对金属质量有改善作用或可提取的元 素。如:锰、铬、铜、钴、镍、钒、钛等; ②有害元素:A:影响生铁质量的元素:如:硫、磷等; B:影响高炉冶炼的元素:如:铅、锌、砷、钠和钾等 4)矿石的还原性: 铁矿石还原性的好坏是指矿石被还原性气体 CO 或 H2 还原的难易程 度。它也是评价铁矿石质量的一个重要指标。 影响铁矿石还原性的因素主要有:矿物的组成、 矿石本身结构的致 密程度、粒度和气孔率等。为了使铁矿石更适合于高炉冶炼,现在绝大 部分高炉都不在使用生矿,而改用熟悉矿。 5).矿石的软化性:

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矿石的软化性包括两个方面: ①矿石的软化温度: 它是指矿石在一定的荷重下加热开始变形的温 度; ②矿石的软化温度区间: 它是指矿石从开始软化到软化终了的温度 范围。 矿石的软化性对高炉冶炼的影响是: 软化温度高,软化温度区间窄时,高炉的成渣带窄且位置低,这有 利于改善高炉料柱的透气性,对高炉冶炼有利,反之,则不利。因此高 炉冶炼总是希望矿石的软化温度高些,软化区间窄些。 6).矿石的粒度和气孔度: ①矿石的粒度: 粒度太小,易导致炉内料柱的透气性差,煤气上升阻力大; 粒度太大,则影响炉料的加热和还原。 所以:要求矿石的粒度应尽量保持均匀,筛除粉末,分级入炉。 ②矿石的气孔度: 矿石的气孔度愈大, 透气性愈好, 矿石愈易还原。 7).矿石的强度: ①定义: 矿石的强度是指矿石耐冲击、 耐磨擦、 抗挤压的强弱程度。 ②矿石强度的高低对高炉冶炼的影响:

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强度较差的矿石, 在炉内下降过程中易产生粉末, 导致料柱透气性 差,不利于高炉顺行。因此,要求矿石的强度要高。 8).各项指标的稳定性: 高炉生产的目的是:高产、优质、低耗、安全、长寿。要达到此目 的,就必须有一个相对稳定的冶炼条件来保证。其冶炼条件就是: “有足 够数量的原料,有相对稳定的理化性能。 ”如果矿石的理化性能不稳,则 易引起炉温、炉渣成分、碱度、生铁质量等的波动,破坏高炉顺行。 四、燃料 1、种类: 1) 、主要燃料:焦炭 2) 、辅助燃料:气体燃料、固体燃料和液体燃料。 2、燃料的作用: 焦炭在高炉冶炼中起着重要的作用,概括起来可分为三个方面: 1).发热剂:高炉冶炼所需热量的 70%来自焦炭; 2).还原剂:燃料燃烧后产生的煤气中含有还原剂 CO 和 H2,它是还 原铁的氧化物的还原剂。 它和焦炭中的 C 与铁矿石中的各级铁的氧化 物作用,将铁还原出来。 3.)料柱骨架:焦炭在料柱中大约占 1/3 至 1/2 的体积,它对料柱的 安徽冶金科技职业学院 第 页







透气性影响很大,由于焦炭既不熔化也不软化,所以它在高炉内起骨 架作用,支撑料柱,维持炉内的透气性。 辅助燃料为煤粉,它仅为高炉提供热量。 3、质量要求; 1).焦炭的化学性质: 它常以工业分析来表示,其内容包括:固定碳、灰分、硫分、挥发 分和水分的含量。 ①固定碳和灰分: 焦炭中固定碳含量应尽量高些,灰分含量应尽量 低些,焦炭中的固定碳愈高,焦炭的发热量愈大,还原剂也愈多,这有 利于降低焦比。 焦炭中的灰分不仅影响固定碳含量,还会促使焦炭的耐磨强度降 低,粉末增加。由于灰分的主要成分是酸性的 SiO2 和 Al2O3,它们约占灰 分的 80%以上,目前降低灰分的主要途径是减少炼焦用煤的灰分。 ②硫和磷:在炼铁生产中,有 80%的硫是由焦炭带入的,因此降低 焦炭中的含硫量对降低生铁含硫有很大作用。要降低焦炭的含硫量必须 从降低炼焦煤的含硫量着手,控制煤的含硫量和合适的配煤比是控制焦 炭含硫的基本途径。 ③挥发分: 挥发分是炼焦过程中未分解挥发完的有机物质,主要是 安徽冶金科技职业学院 第 页







碳、氢、氧及少量的硫和氮。它是一个衡量焦炭成熟程度的指标。正常 情况下,挥发分含量在 0.7~1.2%。含量过高,焦炭未烧透有夹生,焦 炭强度差;过低则表示结焦过大,也就是烧过了头,这种焦炭裂纹多, 极脆,对高炉冶炼有利。 ④水分:焦炭中的水分是在打水熄焦时渗入的,通常为 2~6%,进 入高炉后在上部就能蒸发完毕,对高炉冶炼没有影响,但要求含量要稳 定,以保证入炉焦炭量的准确性。进而保证炉温的稳定。 2).焦炭的物理性质: 它包括机械强度、筛分组成和气孔度等。 ①机械强度:它主要是指焦炭的耐磨性和抗冲击的能力,它对高炉 冶炼极为重要:机械强度差,在运转和炉内下降过程中,都会使焦炭破 裂而产生大量粉末,对高炉冶炼极为不利。它又分为两个指标:A:破碎 强度:用 M40 表示;B:耐磨强度:用 M10 表示。 ②筛分组成:用筛子试验测定焦炭的粒度组成,计算各级粒度焦炭 重量与焦炭总量的百分比; ③气孔度:它表示在全部焦炭体积中气孔所占的体积百分数,高炉 冶炼用焦炭的气孔度大约在 45~53%之间。 3).焦炭的物理化学性质:

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它包括焦炭的燃烧性和反应性两个方面。 燃烧性是指焦炭与氧在一 定的温度条件下反应生成 CO2 的速度,即燃烧速度;反应性是指焦炭在 一定温度下和 CO2 作用,生成 CO 的反应速度。这两个速度愈快愈好, 但它们对高炉冶炼的影响还有待于进一步的研究。

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铁矿石入炉前加工处理与主要设备
一、 流程: 采矿 → 破碎 → 二、粉矿造块: 1、作用:1) 、利用资源,2)生产优质矿石;3)高炉使用优质矿石 可获得较好的指标。 2、方法:烧结法和球团法。 三、烧结法: 1、使用原燃料: 1) .铁矿粉;2) .燃料;3) .熔剂粉;4) .辅助原料 2、定义: 所谓烧结就是将各种粉状含铁原料,配入一定数量的燃料和熔剂, 均匀混合,然后放在烧结设备上点火烧结,在燃料燃烧产生高温和 一系列物理化学反应的作用下, 混合料中部分易熔物质发生软化和 熔化,产生一定数量的液相,并润湿其它未熔化的矿石颗粒,当冷 却后, 凝固的液相将矿粉身碎骨颗粒粘结成块, 这个过程称为烧结, 得到的块矿称为烧结矿。 3、烧结工艺流程: 筛分 → 选矿 → 块矿或粉矿

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烧结作业流程

各种烧结料根据高炉冶炼的要求(品位和碱度) ,按一定比例配合, 经二次混合(一次为混匀和调水分,二次预热和造球) ,然后将料 铺在台车上(其上有铺底料) ,厚度为 300~600mm,台车边铺料边 运转,当运行到点火器下时,用煤气点火,同时下面抽风,空气由 料层表面吸入,遇混合料中的燃料进行燃烧,产生高温,使混合料

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局熔化,生成熔融体。空气不断从料层表面吸入,不断由上向下逐 渐燃烧,高温熔体又不断被抽入的冷风冷却,在凝固过程中散料颗 粒互相粘结成多孔的块状烧结矿。当台车运行到机尾弯道而倾翻, 将烧结矿倒下,经破碎和筛分而成为成品烧结矿。 4、烧结矿种类: 根据烧结矿碱度的高低,我们把烧结矿分为: ①普通烧结矿或非自熔性烧结矿:这种烧结矿的碱度低于 1.0,它 强度好,但还原性差,高炉冶炼要加较多的熔剂,对高炉提高产量和降 低焦比不利; ②自熔性烧结矿:碱度在 1.0~1.5 之间,它还原性好,高炉冶炼 加少量的熔剂即可,对提高产量和降低焦比有利,但强度差,不利于高 炉顺行; ③高碱度烧结矿: 碱度在 1.5~3.5 之间,它强度和还原性都较好, 在炼铁时可不加熔剂,对降低焦比、提高产量和高炉顺行都有利; ④超高碱度烧结矿:碱度大于 3.5,它的强度和还原性都较好,但 由于碱度过高,在冶炼时要加大量的酸性天然矿石,所以目前采用的不 多。高炉冶炼普遍采用的是自熔性烧结矿和高碱度烧结矿。目前马钢用 的烧结矿为高碱度烧结矿,碱度在 2.0 左右。

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四、球团法:





1、定义: 球团矿就是把润湿的精矿粉和少量添加剂(熔剂粉和固结 剂)及燃料粉等混合,在造球机中滚动成直径 10~25mm 的圆球,再经过 干燥和焙烧,使生球固结,成为适合高炉使用的含铁原料。 2、使用原料: 球团原料有铁精粉、附加含铁原料、熔剂(肖石灰、石灰石粉和生 石灰等粉剂)和燃料(煤粉和焦粉)。 2、 球团工艺:

球团矿的生产工艺流程一般包括原料的准备、配料、混合、造球、 干燥和焙烧、成品和返矿处理等步骤。

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球团生产作业流程

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高炉内的还原过程
一、炼铁生产过程 炼铁→概述→设备→工艺(东工) 二、高炉解剖 炼铁原理(东工) 1、块状带 2、软熔带 3、滴下带 4、风口带 5、渣铁贮存带 三、铁的还原顺序 <570℃时: 3Fe2O3→2Fe3O4→6Fe

失氧量 →1/9 →8/9 >570℃时: 失氧量 3Fe2O3→2Fe3O4→6FeO→6Fe →1/9 → 2/9 → 6/9

由上面的还原顺序看出: Fe 不是从 Fe2O3 一步还原成金属铁的。 而 是铁氧化物从高价到低价逐步还原成金属铁的过程, 它是一个由量 变到质变的过程。

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四、炼铁使用的还原剂 1、气体还原剂: 2、固体还原剂:





CO,H2; C。

为什么还原铁的氧化物只能使用这几种物质作还原剂呢: 这取决于各种物质与氧的亲和力,亲和力大的可作还原剂,亲和力 小的则不能用作还原剂。 3、还原剂的来源: CO,C 来源于固体燃料 H2;来源于气体燃料和鼓入炉内的空气。 五、铁氧化物的还原反应 1.用 CO 还原铁的氧化物 根据铁氧化物还原的顺序,用 CO 作还原剂的还原反应如下: >570℃时:3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 FeO + CO = Fe + CO2 +37130KJ① -20888KJ② +13605KJ③ +37130KJ① +17163KJ④

<570℃时:3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO = 3Fe + CO2 上述反应有以下几个特点:

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(1)上述反应中,除反应式②为吸热反应外,但吸热量不是太多, 其余的反应均为放热反应。 (2)反应物有气体,生成物也有气体,还原反应均为可逆反应。 (3)上述反应都属间接还原反应。 2、.用 H2 还原铁氧化物 用 H2 还原铁氧化物的反应式有: >570℃时 3Fe2O3+H2 = 2Fe3O4+H2O Fe3O4+H2 = 3FeO+H2O FeO+H2 = Fe+H2O <570℃时: 3Fe2O3+H2 = 2Fe3O4+H2O Fe3O4+4 H2 = 3Fe+4 H2O 上述反应的特点: (1)反应物里有气体是气相产物也有气体,,反应都是可逆反应; (2)反应都是吸热反应,但吸热量也不太多; (3)上述反应都属间接还原反应。 间接还原的定义: -21813KJ① -27717KJ④ -21813KJ① -63597KJ② -27717KJ③

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用气体 CO 或 H2 作还原剂还原铁的氧化物,反应生成的气相产物为 CO2 或 H2O 的反应我们称之为间接还原。 3.用固定碳还原铁的氧化物 炉料中的焦炭从炉顶装入后直到风口区域, 它始终以固体状态存在。 到达风口区才被鼓入的热风燃烧,生成煤气并产生大量的热,提供高炉 冶炼所需要的热量。所以焦炭既是还原剂,又是发热剂。矿石中的铁氧 化物不可能在高炉上部全部还原,总有一部分下到高温区进行最后的还 原。 .根据铁氧化物还原的顺序,用固体碳作还原剂的还原反应有: >570℃时: 3Fe2O3+C = 4Fe3O4+CO Fe3O4+C = 3FeO+CO FeO+C = Fe+CO <570℃时: 3Fe2O3+C = 4Fe3O4+CO Fe3O4+4C = 3Fe+4CO 上述反应有以下几个特点: ⑴上述反应都是强吸热反应,并且直接消耗焦炭中的固定碳; -108982KJ① -164309KJ④ -108982KJ① -194393KJ② -152190KJ③

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⑵反应物没有气相成分,反应的产物有气相成分,所以反应都是不 可逆反应。 (3)以上反应都是直接还原反应 直接还原: 用固体碳作还原剂还原铁的氧化物, 生成的气相产物为 CO 的还原反 应统称为直接还原。 六、直接还原和间接还原的比较: 由前面的分析知:直接还原与间接还原有许多不同之处。现比较如 下: 两种还原方式的简要对比
还原 方式 直接 还原 炉内温 度范围 > 1050~ 1100℃ 还原 剂 C 产物 热效 应 大量 吸热 放热 或微 吸热 氧化物状态及变化 (FeO)→Fe (SiO2)→Si 炉渣液相还原为主, (MnO)→Mn 一个 C 夺取一个 O。 (P2O5)→P (Fe2O3)→Fe3O4 (Fe3O4)→FeO 矿石固相还原为主, (FeO)→Fe 需要过量的 CO 或 H2

CO

< 间 接 1050 ~ 还原 1100℃

CO H2

CO2 H2O

铁氧化物由 Fe2O3 还原到 FeO 是比较容易的,正常情况下在高炉上 部就可完成,即全部为间接还原。由于高炉冶炼中的特殊性,总有一部 分 FeO 进入渣中,液体炉渣下降较快,也必然会有一部分 FeO 进入高温 安徽冶金科技职业学院 第 页


区发生直接还原反应。





高炉操作人员的中心任务就在于力求控制高温区不使其上移,以减 少直接还原的发生,而发展间接还原。 七.影响铁氧化物还原反应速度的因素 1、矿石的性质: 矿石的还原性、矿石的粒度和矿石的气孔度 2、煤气的性质: 煤气的温度、煤气的压力、煤气的流速、煤气中还原剂的浓度。 八、降低焦比的基本途径 高炉冶炼的目标是:高产、优质、低耗、安全和长寿。其中降低焦 比是高炉操作者所要完成的主要任务。降低焦比的途径如下: 1、减少热量消耗: 高炉内的热量消耗主要有下列几个方面: ①.直接还原(包括 Fe、Mn、Si、P 等); 减少直接还原反应所消耗的热量是降低焦比的有效途径之一,为此 应尽量减少直接还原反应的进行,尽量使炉料中的氧化物在块状带中进 行还原。 ②.碳酸盐分解吸热;

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由于碳酸盐分解吸热要消耗大量的热量,导致焦比升高,所以要尽 量减少入炉料中的碳酸盐,为此应多用熟矿,少用生矿和熔剂。 ③.水分蒸发、水化物的分解,H2O 在高温区与 C 发生反应吸热; 炉料中所带入炉内的游离水在炉喉部位即可蒸发,但炉料中所带的 水化物要到高炉的中部才能分解完毕,要吸收大量的热量,势必要导致 焦比升高。水化物通常是由生矿所带入,为此也应减少生矿的入炉量, 尽量将含水化物的生矿经过焙烧再进入高炉冶炼。而 H2O 在高温区与 C 发生反应要吸收大量热量,也应减少该反应的进行。 ④.脱硫吸热; ⑤.炉渣、生铁、煤气带出炉外的热量; ④⑤两项是不可缺少的,但应提高铁矿石的品位,以减少渣量也可 减少热损失。煤气带走的热量在煤气量少和热交换好,炉顶温度低时, 煤气带出炉外的热量就少。反之,炉顶温度高,煤气带出炉外的热量就 多。所以,要降低煤气带出炉外的热量,就要降低煤气量和改善炉内的 热交换。 ⑥.冷却水和高炉炉体散热。 冷却水带走和炉体散热是一项热损失,一般来说,它的数值是一定 的。当产量提高时,单位生铁的热损失就降低,反之则升高,

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2.降低直接还原度





降低直接还原度, 包括改善 CO 的间接还原和 H2 的还原, 主要措施有: 改善矿石的还原性;控制高炉内煤气流的合理分布,改善煤气能量利用; 高炉综合喷吹(喷吹燃料配合富氧鼓风等)以及喷吹高温还原性气体等。 3.增加非焦炭的热量收入和非焦炭的碳素的收入 增加非焦炭的热量收入和非焦炭的碳素收入的措施主要有提高风温 和喷吹燃料等。 九、生铁的形成: 铁矿石在炉身部位部分被还原成固态的铁, 这种铁我们叫做海绵铁。 据高炉解剖取样分析,炉身上部出现的海绵铁中已经开始了渗碳过程。 不过低温下出现的固体海绵铁是以α —Fe 的形态存在,这种海绵铁溶解 碳的能力很小,所以海绵铁含碳量很少,最多只能达到 0.02%。随着温 度的不断升高,当温度超过 723℃时,α —Fe 转变为γ —Fe,这种铁溶 解碳的能力大大提高。 炉身中下部取样分析表明,海绵铁中的碳量最多只有 1%。大量的渗 碳过程是在高炉下部的高温区液体状态下进行的: 3Fe 液+C = Fe3C 液 由于液体状态的铁与焦炭的接触条件改善,加快了渗碳的进程,生

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铁中的含碳量立即增加到 2%以上,到炉腹处的金属铁已含碳 4%左右了, 与最终生铁中的含碳量已相差无几。总之,生铁的渗碳过程从炉身上部 的海绵铁开始,大部分的渗碳是在炉腰和炉腹部分进行的,在炉缸部分 只进行少量的渗碳。 另外生铁中含有的 Si、Mn、S、P、V 等元素都是在炉腰、炉腹部位 的通过直接还原的方式还原出来后进入生铁中,滴入炉缸形成生铁。 同时其它未被还原的所有的氧化物进入炉渣中,炉渣和生铁最后从 位于炉缸底部的铁口中排放出来。

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炉渣(造渣)和燃料的燃烧
一、炉渣(造渣) 高炉冶炼使用的铁矿石中除铁氧化物外,还含有大量的脉石成分, 它 们在冶炼过程中不能被还原, 这些不能被还原的矿物则共同组成了炉渣, 为保证高炉冶炼的正常进行就必须让炉渣的成分组成合理。也就是说: 造渣就是对炉渣的成分进行控制的过程。实践证明:炉内造渣的好坏不 仅影响着高炉生产的稳定,而且对生铁的产量、质量和高炉寿命都有极 其重要的影响。 1、炉渣的来源 炉渣的主要来源是:①矿石中的脉石;②燃料中的灰分;③熔剂中的 氧化物;④被侵蚀的炉衬;⑤矿石中的其它氧化物(FeO、MnO) 。 2.炉渣的主要成分 在炼铁过程中,铁矿石中含有的非铁氧化物(如 SiO2、Al2O3? ? ? ? ? ) 等组成的脉石,焦炭中含有的非碳氧化物(如 CaO、SiO2、Al2O3? ? ? ? ? ) 等组成的灰分,成分组成了炉渣,它们的主要组成是 SiO2、CaO、Al2O3、 MgO、MnO、CaS 和少量的 FeO。脉石、灰分及其它的熔点都较高,为 了降低其熔点,使其形成在高炉条件下能自由流动的低熔点化合物,而 在原料中加入了石灰石和白云石,使炉渣中碱性氧化物(主要是 CaO 和 MgO)和酸性氧化物(主要是 SiO2、Al2O3)之比达到要求, 。 3、炉渣的碱度: 炉渣中碱性氧化物 (主要是 CaO 和 MgO) 和酸性氧化物 (主要是 SiO2、 Al2O3)之比达到要求,此比值叫做碱度。常用 R 表示 常用炉渣碱度表示式是 R=CaO/SiO2。当 MgO、Al2O3 含量高时,亦 采用 R3=(CaO+MgO)/SiO2(三元碱度)或 R4=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3) (四元碱度)来表示的,现场常用的为二元碱度(R=CaO/SiO2) 。 炉渣从软熔带开始形成到最后排出炉外,经历了一段相当长的过程。 4、炉渣的作用 炉渣是高炉冶炼的副产品,它在高炉冶炼过程中起着如下主要作用: 安徽冶金科技职业学院 第 页







1).由于炉渣具有熔点低、比重小(熔渣比重一般为 2.2~2.5t/m3,铁 水比重为 7.0 t/m3)和不溶于生铁的特点,使渣、铁得以分离。 2)炉渣具有调整和控制生铁成分和质量的作用,这是因为炉渣.能去 除生铁中的硫并有利于选择或抑制 Si、Mn 等元素的还原。 3.)炉渣的性质和数量,生成的位置对炉料顺行和炉内温度起着直接 作用。 4.)炉渣粘在炉墙内壁上形成“渣皮” ,对炉衬起保护作用,但另一 方面也可能对炉衬产生一定的侵蚀作用,因此,炉渣的成分和性质直接 影响着高炉的寿命。 所以,在控制和调整炉渣成分和性质时,应兼顾上述几个方面。 5、炉渣粘度和碱度 为了充分发挥炉渣在高炉冶炼中的作用,生产中就要对炉渣成分进行 合理的控制,确保炉渣有一个合适的粘度和合适的碱度 1.)炉渣粘度 粘度是指流动速度不同的两个液层间的内磨擦系数。粘度愈低,流动 性愈好。高炉上用 Pa?S(帕?秒)来表示粘度。一般高炉渣的粘度为 0.2~0.6Pa?S。 2.)影响炉渣粘度的因素 ①温度的影响 影响炉渣粘度的主要因素是炉温。炉渣粘度随温度升高而降低,流动 性变好。 ②炉渣成分的影响 CaO 与 SiO2 是炉渣的主要成份,二者之和常高达 70~80%以上。从实 际和实验得知:炉渣 CaO/ SiO2=0.8~1.2 之间时的粘度最低,之后继续增 加碱度,随碱度的升高,粘度急剧升高。当碱度(CaO/ SiO2)<0.8 时, 随碱度的降低,粘度升高。 MgO 对炉渣粘度的影响,在一定范围内随着 MgO 的增加粘度下降。 当 MgO 含量不超过 10~15%时,能降低粘度。炉渣中含 6~8%的 MgO 是 非常必要的。这种渣有利于高炉顺行,并能充分发挥炉渣的去硫作用。 安徽冶金科技职业学院 第 页







Al2O3 有助熔作用,加入到碱度高的渣中能降低粘度。当 Al2O3>15% 时,随着 Al2O3 含量的增加,炉温、粘度升高。 FeO 对酸性渣粘度影响较强烈, MnO 对碱性渣影响较大。 FeO 能显著 降低炉渣粘度。一般终渣含 FeO 很少,约 0.5%左右,影响不大。FeO 的 影响主要表现在初渣及其在下降过程中,初渣中过高的 FeO,会使渣的 粘度上升,影响高炉顺行。 CaF2 能显著降低渣的熔化温度和粘度。既能促进 CaO 的熔化,同时 还能与 CaO 形成低熔点(1386℃)的共熔体,消除渣中难熔的组成。因 此,高炉生产中常用萤石作洗炉剂。但要避免经常使用大量萤石洗炉, 以减少对炉衬的侵蚀。 3.)粘度对高炉冶炼的影响 渣粘度对高炉冶炼的影响有以下几个方面: 影响着高炉顺行、生铁质量、高炉寿命(炉墙侵蚀) 、炉前放渣出铁 操作等。所以炉渣粘度是高炉工作者十分关心的一个指标。 6、生铁去硫 1) 硫的来源与危害 高炉中的硫全部是由炉料带入的,炉内的硫大约有 70~80%来自燃料 (它包括焦碳和煤粉),其余为矿石、熔剂等所带入。硫是影响钢铁质量的 重要因素。 2) 硫的去向 炉料带入的硫在冶炼过程中一部分进入炉渣,一部分随煤气逸出,少 量进入生铁。 3) 、生铁去硫 生铁脱硫反应发生在高炉炉缸中的渣铁界面上, 生铁脱硫反应式: (FeS)+(CaO) + C = Fe + (CaS) + CO ↑ + Q 根据生铁脱硫反应式知: 生铁去硫就是采用各种措施和方法使反应向右进行,生产中采用哪些 措施和方法呢? 安徽冶金科技职业学院 第 页







①炉渣中要有数量足够的自由的 CaO; ②尽快使 CaS 和 CO 离开反应界面,也就是炉渣粘度要低; ③炉缸温度要控制的高一些; ④高炉的生产要保持稳定。 二、燃料燃烧 1.炉缸内燃料燃烧的作用: 高炉内的焦炭其碳素少部分用于直接还原和渗碳,而大部分是在风口 前与鼓风中的氧发生反应产生燃烧。其作用有: 1) .提供主要热量: 焦炭在风口前燃烧放出热量,为高炉冶炼过程中提供主要热量。它包 括炉料的预热、水分的蒸发与分解、碳酸盐的分解、直接还原吸热、渣 铁熔化和过热,炉体散热和煤气带走的热量、渣铁带走的热理等。 2) .提供还原剂和传热介质: 炉缸燃料燃烧后产生气体还原剂——CO 和煤气; 3) .为高炉冶炼提供空间:由于燃烧反应,固体焦炭不断变为气体离 开高炉,为高炉冶炼提供 40%左右的自由空间,保证了炉料的不断下降。 4) .影响煤气流分布和高炉顺行: 风口前焦炭的燃烧状态影响煤气流的初始分布,进而影响整个炉内煤 气流分布和高炉顺行。 5) .影响生铁的质量:炉缸燃烧反应决定炉缸温度水平和分布,进而 影响造渣、脱硫,最终影响生铁质量。 2.燃烧反应: 炉缸内进行的燃烧反应一般的燃烧反应不同,它是在充满焦炭的环境 中进行的。只有风口前的风口带内具有氧化性气氛,有大量的氧存在, 此时焦炭中的碳素才能激烈燃烧,产生 CO2 并释放出大量的热量。其反 应式为: C + O2 = CO2 + 400928 KJ 燃烧产物离开氧化区后遇到大量赤热的焦炭便发生碳的气化反应: C +CO2 =2CO - 165797 KJ 安徽冶金科技职业学院 第 页







3.燃烧产物: 最初的燃烧产物只有 CO 和 N2,它们的比例大约为 34.7%和 65.3%若 使用的空气中带有水分,则水在高温下发生分解反应: H2O = H2 + O2 此时初始煤气中的成分由 H2、CO 和 N2 组成,若煤气中含有 2%的 水分,则它们的比例大约为 CO35.21%、N265.16%和 H21.63%。 4.燃烧带: 鼓风以一定的压力吹入炉内,在风口前形成一个近似于球形的空间 球形空间的内部,气流夹带着焦炭做回旋运动,此区域叫回旋区,在其 外围还有一层厚约 100~200mm 的焦炭疏松层,叫中间层,通常把回旋 区和中间层合称为燃烧带。其位置在风口的前端。 由于回旋区的存在,进入回旋区的炉料大部分是从风口前上方卷吸 进来,再随风口喷射进的气流进入回旋区,中间层也补充供给少量焦炭, 更小一部分焦炭是通过炉中心的下回旋气流而供给的。燃烧带以上的炉 料下降,是以回旋区为漏斗口,漏斗状下料,以风口回旋区正上方炉料 下降最快。 燃烧带决定了煤气流的初始分布,燃烧带的水平方向上截面积越大, 相邻燃烧带间的不活跃区越少,炉缸工作越均匀,所以风口有加多的趋 势;而燃烧带越伸向高炉中心,炉子中心气流越发展,所以调节燃烧带 长度能调节半径方向上煤气流分布,它对强化高炉冶炼有很大影响。 4.燃烧带对冶炼过程的影响 燃烧带对高炉冶炼过程的影响,主要表现在以下两方面: 1).对炉料下降的影响 燃烧带是炉内焦炭燃烧的主要场所,而焦炭燃烧所腾出来的空间, 是促进炉料下降的主要因素。生产中燃烧带上方的炉料松动且下料快。 当燃烧带占整个炉缸面积的比例大时,炉缸活跃面积大,料柱比较松动, 有利于高炉顺行。 2).对煤气流初始分布的影响 燃烧带的大小影响煤气流的初始分布。燃烧带伸向高炉中心,则中 安徽冶金科技职业学院 第 页







心气流发展,炉缸中心温度升高;反之,燃烧带缩短,则边缘气流发展, 炉缸中心温度降低,对各种反应进行不利。 由此可见,维持适宜的燃烧带尺寸,尽可能增加风口数目,对于保 证炉缸工作均匀、活跃和高炉的顺行是非常重要的。 5.影响燃烧带大小的因素 燃烧带的大小是指燃烧带所占空间的体积,它包括长度、宽度和高 度。但对冶炼过程影响最大的是燃烧带的长度。因此,通常以燃烧带的 长度表示燃烧带的大小。其影响因素有: ① 风量:风动能正比于风量的三次方,因此增加风量鼓风动能显著 增大,燃烧带也相应扩大。但是,在一定的原燃料等冶炼条件下,高炉 有一适宜的冶炼强度,即有一适宜的风量。 ② 风温:一般说来,风温升高,燃烧带扩大。在高炉实际操作中, 风温不作调节燃烧带的手段,而是作为处理炉况的一种手段。 ③ 风速:风速是指热风离开风口时的流速。风速是通过改变风口断 面积即改变风口直径来调节的。缩小风口直径,风速增加,鼓风动能增 加,燃烧带向高炉中心伸长;扩大风口直径,风速降低,鼓风动能减小, 燃烧带缩短。在高炉操作中,改变风速是高炉操作中调节燃烧带尺寸常 用的有力手段。 ④风口长度:调节风口长度也是调整炉缸工作的一种措施。当边缘 气流过分发展或中心堆积时,才应用此手段。 ⑤. 炉料分布的影响 炉料在炉缸内的分布也影响燃烧带的大小。当中心料柱疏松,透气 性良好时,气流通过的阻力小,因而燃烧带向中心延伸;反之亦然。

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炉料和煤气的运动
一.炉料的运动 1、炉料下降的条件: 炉料均匀稳定的下降,是高炉顺行的具体表现,炉料下降的动力是 自重,但仅靠自重是不能保证炉料在炉内均匀下降的,炉料在炉内的下 降主要取决于两个条件:外因(必要条件)和内因(决定性条件) 1) .外因(必要条件) : 炉料下降的必要条件是:炉内要有促使炉料不断下降的空间。所以 凡是能使炉料在炉内所占体积减小和消失的因素,都能为炉料的下降创 造必要条件。而炉内形成空间的因素有: ①风口前焦炭燃烧腾出约 35~40%空间; ②生成 液体渣铁,定期放出炉外,腾出约 30%左右的空间; ③焦炭在下降过程中,因直接还原消耗碳腾出空间(约 15%) ; ④炉料在下降过程中,小颗粒进入大颗粒间与矿石由固体变为液体 时体积收缩,两部分腾出空间合在一起,可提供 15~20%的空间。 2) .内因(定性条件) : 炉料下降的决定性条件是:在炉内不断腾出空间的前提下,炉料能 否顺利下降则取决于它的受力情况,即: F = (W 料 - P 墙 - P 料)- Δ P ①当 F>0 时,炉料才能下降,F 值越大,炉料下降越快; ②当 F = 0 时,炉料停止不动; ③当 F < 0 时,炉料不仅不能下降,反而出现向上吹出的现象。 近年来,大量试验和生产实践说明,炉料下降的速度还与炉型、炉 料的性质、风口前回旋区的大小与形状、炉墙墙壁的光滑程度、炉渣的 性质等因素有关。 2. 炉料的合理分布 1) .炉料分布的定义: 所谓炉料的分布,是指炉料沿炉喉横截面的分布。 安徽冶金科技职业学院 第 页







2) .炉料合理分布: 炉料合理分布是指炉料在与煤气流分布相适应的基础上达到以下要 求的分布 ①在炉喉径向上,分布合理; (即边缘和中心大块料应多些;而边缘 和中心之间的环形区小块料与粉状料可多些。 ②在炉喉圆周方向上,炉料的分布应均匀。 3.炉料在炉喉的分布对炉内煤气分布的影响 炉料在炉喉的分布决定了炉料在炉内的分布,而炉料在炉内的分布 又对炉内的煤气分布产生决定性的影响。其影响如下: 1) 、焦炭集中的地方透气性好,煤气分布多; 2) 、大块分布多的地方透气性好,煤气分布多; 3) 、料层薄的地方透气性好,煤气分布多, ; 4.影响炉料分布的因素: 1).炉料物理性质: 散料从一个不太高的高空落到一个平面上时会形成一个自然的圆 锥,其锥面与水平面之间形成一个夹角,我们叫做“自然堆角” ,这一堆 角影响着炉料在炉内的分布,而且它与炉料的种类有关,不同的物料会 形成不同的自然堆角。 2)装料制度的影响: 装料制度是指炉料装入炉内时方式方法的合理规定。 a 装料顺序:每批炉料在装入炉内时,矿石和焦炭落入炉内的先后的 顺序。正装,压边缘,倒装,压中心; b 料 线:大钟开启位置的下缘线(或摆动溜槽处于垂直位置时的下 缘线)到炉喉料面之间的距离。提高料线,压边缘;降低料线,压中心; c 批 重:炉料装入炉内时,一批炉料的重量。其中:矿石的重量 叫矿批,焦炭的重量叫焦批。小矿批,压边缘,大矿批,压中心。 3)炉顶装料设备的影响: a 双钟炉顶装料设备: b 无钟炉顶装料设备: 安徽冶金科技职业学院 第 页







双钟炉顶装料设备示意图
1-大料斗;2-大钟;3-大钟杆;4-煤气封罩; 7-小钟;9-小料斗;14-小钟杆;23-受料漏斗

串罐式无钟炉顶装置示意图
3-受料漏斗;4-上料闸;5-上密封阀; 6-称量料罐;8-下密封阀;9-中心喉管; 10-旋转溜槽;11-中心导料器

二、煤气运动 鼓风在风口区域燃烧焦炭而形成原始煤气流,由于鼓风机所产生的 压力,原始煤气流各中心穿透和向上运动。煤气只能穿过炉料与炉料之 间和炉料与炉墙之间的空隙向上运动。因这些空隙自下而上在不断变化, 且没有规律,因而煤气向上运动的轨迹也在不断变化而无规则,它无孔 不入,在向上运动的过程中总是沿阻力小,透气性好的地方穿透。因而 安徽冶金科技职业学院 第 页







炉内料柱中大块集中、粒度均匀、粉末含量少的地方煤气分布多。热量 和还原剂多,炉料得到的加热和还原的机会就多。反之则少。 1、煤气分布: 炉内煤气流的分布实际上是指煤气沿高炉横截面各点通过的量的多 少。 炉内煤气流的分布状况又很难准确的测定,所以冶金工作者就用沿 炉喉横截面煤气的分布来判断整个炉内煤气流的分布。 2、煤气流分布类型: 通过炉喉煤气取样后进行成分分析结果作出相应的煤气曲线,其形 状如下: 1)边缘发展型: 2)中心发展型: 3)双峰型: 4)展翅型(中心开放型) : 3、合理煤气流分布: 在一定的冶炼条件下,能够保证高炉顺行,煤气能量利用好,高炉 能获得最好指标的煤气分布,就是该条件下的合理煤气流分布。 一定的冶炼条件是指:设备的好坏(高炉生产的前期、中期、后期) 、 原料的好坏、天气条件等。 符合一定条件的煤气曲线就是合理的煤气曲线,否则生产就会出事 故。 如:操作方面的事故: 边缘过分发展型、中心过分发展型、管道、崩料、悬料等; 设备方面的事故:亏料、偏料等。

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高炉强化冶炼
一.高炉强化冶炼的含义: 所谓高炉强化冶炼是指在保证高炉稳定顺行的前提下,对高炉冶炼 采取的强化性措施。它包括:富氧大喷吹,高风温,高压操作等。 二.高炉强化冶炼的目的: 高炉强化冶炼的目的是提高产量,实现高产、优质、低耗和长寿的 强化操作方针。 三.高炉强化冶炼的措施: 实现高炉强化冶炼所采取的主要措施有:精料、高风温、高压操作、 富氧鼓风、喷吹燃料、低硅生铁冶炼等。这些措施的使用大大强化了高 炉冶炼,促进了炼铁生产工艺的进步。下面仅介绍其中的一部分。 1.精料: 精料是指通过改善炉料的某些理化性能,使其达到“高、熟、净、 小、匀、稳”的质量要求,从而提高炉内料柱透气性,保持高炉顺行的 强化冶炼措施之一。为了达到精料的目的,所采取的措施有: ①提高矿石品位 有资料表明:入炉矿石的品位每提高 1%,约可降 低焦比 1.5~2%,产量提高 2.5~3%。目前宝钢入炉矿石品位高达 58%, 一般大中型高炉入炉矿石品位也达到 55%左右。 ②增加熟料比 高炉使用熟矿时,由于还原性的造渣过程的改善, 使炉缸热制度稳定, 炉况顺行, 降低焦比, 。 资料表明: 熟料率提高警惕%, 约可降低焦比 2~3kg/tFe。目前,大中型高炉的熟料率已达 95%以上。 ③稳定炉料成分 入炉料成分的稳定是稳定炉温,保证生铁质量的 前提,为此有条件的厂家都应设现代化混匀料场,搞好炉料的中和混匀。 ④加强炉料整粒 炉料小能缩短铁矿石的还原时间,改善还原进程, 降低焦比。 ⑤改善人造富的质量 改善人造富矿的质量包括改善其冷态性能和 热态性能两个方面,但更重要的是改善其高温冶金性能,这包括高温下 安徽冶金科技职业学院 第 页







的还原强度,高温软化性等。 ⑥采用合理炉料结构 合理的炉料结构就是炉料组成的合理搭配。 ⑦提高焦炭质量 焦炭在高炉冶炼中的三大作用是发热剂、还原剂 和料柱骨架的作用,因而其质量的优劣对高炉强化冶炼至关重要。为满 足这几个方面的要求,就要求焦炭的强度要高,固定碳含量要高及焦炭 的反应性要好。 2.高风温:\ 1)定义: 高风温就是提高鼓风的温度,根据资料统计:风温每提高 100℃,可 降低焦比 15~20kg/tFe,相应提高产量 3%左右。 2) .高风温对冶炼的影响 a.影响燃烧带 b.炉缸温度升高 c.高炉上部温度降低 d.对顺行的影响 e.提高产量和改善生铁质量 3).提高风温降低焦比的原因: ①鼓风带入的物理热增加,代替了一部分由焦炭燃烧所产生的热量, 因而能降低焦比; ②因风温提高后焦比降低,使单位生铁生成的煤气量减少,t 顶下降, 煤气带走热损失减少和渣量减少,热损失减少。可进一步降焦。 ③风温提高,焦比降低产量增加,单位热损失减少,促进焦比降低。 ④风温提高,使炉内高温区下移,中温区扩大,间接还原发展。 ⑤风温提高后,鼓风动能增大,有利于活跃炉缸,改善煤气能量利 用,可降低焦比。 4).高炉接受高风温的条件 ①搞好精料,②喷吹燃料,③加湿鼓风,④精心操作。 5).提高风温的途径: ①采用新式热风炉和改造旧式热风炉 安徽冶金科技职业学院 第 页







②预热助燃空气; ③提高煤气发热值 ④采用干式除尘 3.喷吹燃料: 1)定义: 高炉喷吹燃料是指从风口直接把辅助燃料喷入炉缸,代替部分风口 前燃烧的焦炭,以降低焦比的一种强化冶炼的手段。 2)喷吹燃料的效果 ①.焦比降低 焦比降低的主要原因: a 喷吹燃料中的碳代替了焦炭中的固定碳; b 喷吹燃料中的 H2 约有 30~50%参加还原,而且在一定程度上提高 了 CO 的利用率,从而使直接还原度大大降低; c 炉缸热状态和生铁成分稳定,生铁硫含量低,因而生铁中[Si]可以 控制在下限水平; d 渣量减少(对于喷吹重油和天然气而言) ; e 为高炉接受高风温创造了条件。 ②.产量提高 ③.生铁质量改善 ④.生铁成本降低 3).喷吹燃料的种类: ①固体燃料 ②气体燃料 ③液体燃料 4)对固体燃料的要求: 含碳量国高;含 S、P 、灰分等有害杂质要低;粒度要细;可燃性 要好等, 4).喷吹燃料应注意问题: 一是计量要准确,二是操作者应掌握本炉的热滞后时间。调剂方法 安徽冶金科技职业学院 第 页







是:向凉增加喷吹量,向热减少喷吹量,用调剂喷吹量保持料速的恒定。 4.富氧: 1) 、定义:将鼓风中的含氧量提高到 21%以上的技术措施。 2) 、加入方式:从鼓风机进风口加入、在冷风管道上加入、 3) 、富氧鼓风的效果: a、产量提高:氧浓度提高 1%,产量提高 3~4%; b、降低焦比:在高炉允许范围内氧浓度提高 1%,约降低焦比 1%; c、提高吹喷燃料的效果:煤气量减少,煤气热损失减少间接还原区 扩大,直接还原区减小,有利于上部能量的利用,下部变热,上部变冷, 有利于下部热量的利用和反应的进行,同时的喷吹燃料结合起来能互相 取长补短,使喷吹燃料和富氧鼓风同时达到最佳效果。 5.高压操作: 1)定义:将炉顶煤气压力提高到 30Kpa 以上的操作。 2)高压操作的效果: 提高产量,据统计炉顶压力每提高 100Kpa 产量可提高 2~3%。 3)改善生铁质量: 4) 焦比降低

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案 高炉本体



高炉本体包括高炉基础、钢结构、炉衬、冷却设备以及高炉炉型设 计等。高炉的大小以高炉有效容积表示,高炉有效容积和高炉座数表明 高炉车间的规模,高炉炉型设计是高炉本体设计的基础。近代高炉炉型 向着大型横向发展,目前,世界高炉有效容积最大的是 5580m3,高径比 2.0 左右。高炉本体结构设计以及是否先进、合理是实现优质、低耗、 高产、长寿的先决条件,也是高炉辅助系统设计和选型的依据。 1. 结构: 高炉本体由高炉内型、炉衬、炉壳、冷却设备和高炉基础组成。 A、高炉炉型 高炉是竖炉,高炉内部工作空间剖面的形状称为高炉炉型或高炉内 型。高炉冶炼的实质是上升的煤气流和下降的炉料之间进行传热传质的 过程,因此必须提供燃料燃烧的空间,提供高温煤气流与炉料进行传热 传质的空间。 现代高炉炉型由炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉五段组成,其名称 和符号如图所示,其中炉缸、炉腰和炉喉呈园筒形,炉腹呈倒锥台形, 炉身呈截锥台形。

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β

α

图 2-1 高炉内型尺寸表示法
d―炉缸直径;D―炉腰直径;d1―炉喉直径; ;Vu―高炉有效容积;Hu―高炉有效高度; h1―炉缸高度;h2―炉腹高度;h3―炉腰高度;h4―炉身高度;h5―炉喉高度;h0―死铁层高 α―炉腹角;β ―炉身角; L1―铁口中心线;L2―渣口中心线;L3-风口中心线;

2、高炉各部分尺寸的确定 (1)高炉的有效高度(Hu) 有效高度与炉腰直径的比值称为高径比 (Hu/D),是表示高炉“矮 胖”或“细长”的一个重要设计指标。随着高炉有效容积的增加,Hu/D 在逐渐降低,如表
小型高炉 3.7~4.5

不同炉容的 Hu/D 取值
中型高炉 2.9~3.5 大型高炉 2.5~3.1 巨型高炉 约 2.0

(2)炉缸 安徽冶金科技职业学院 第 页







高炉炉型下部的圆筒部分为炉缸,炉缸的上、中、下部位分别设有 风口、渣口与铁口,现代大型高炉多不设渣口。炉缸下部容积盛装液态 渣铁,上部空间为风口的燃烧带。 炉缸直径大小和炉缸高度直接影响高炉生产。 炉缸直径用 D 表示,选择直径时要符合高炉冶炼规律,不仅要保证 高炉正常生产的需要,还要保证高炉强化冶炼的需求。 炉缸高度用 h1,炉缸高度的确定要考虑渣口高度、风口高度以及 风口安装尺寸的确定。 铁口、渣口数目: 铁口位于炉缸下水平面,铁口数目根据高炉炉容或高炉产量而定, 一般 1000m3 以下高炉设一个铁口, 1500~3000m3 高炉设 2~3 个铁口, 3000 m3 以上高炉设 3~4 个铁口,或以每个铁口日出铁量 1500~3000t 设铁口 数目。原则上出铁口数目取上限,有利于强化高炉冶炼。 小型高炉设一个渣口,大中型高炉设两个渣口,两个渣口高度差为 100~200mm,也可在同一水平面上。由于高炉向大型化发展,采用精料 方针,渣铁比在 350~380kg/t 铁以下,采用多铁口交替连续出铁,故大 型高炉不设置渣口。 风口高度(hz)与风口结构尺寸(a)的确定:

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风口中心线与铁口中心线间距离称为风口高度(hf),风口高度应能 容纳渣铁量和提供一定的燃烧空间。 风口结构尺寸 a,根据经验直接选定,一般为 0.35~0.50m,见表 不同容积高炉的风口结构尺寸 a 高炉容积, m3 风口结构尺 寸 a,mm 炉缸高度 h1
h1 ? h f ? a (2 ? 4)

250 350

600 350

1000 1500 2000 400 400 500

2560 500

风口数目 n:主要取决于炉容大小,与炉缸直径成正比,还与预定 的冶炼强度有关。风口数目多有利于减小风口间的“死料区”,有利于 煤气圆周均匀分布,能增加燃料喷吹量。在结构允许的情况下,应多设 风口。
(3)炉腹

炉腹在炉缸上部,呈倒截圆锥形。炉腹的形状适应了炉料熔化滴落 后体积的收缩,稳定了下料速度。同时,可使高温煤气流离开炉墙,既 不烧坏炉墙又有利于渣皮的稳定,对上部料柱而言,使燃烧带处于炉喉 边缘的下方,有利于炉料松动,促进冶炼顺行。 安徽冶金科技职业学院 第 页







炉腹角一般为 79~83°,过大不利于煤气分布并破坏稳定的渣皮 保护层,过小使得炉腹部位对下降炉料阻力增加,不利于顺行。 (4)炉腰 炉腹上部的圆柱形空间为炉腰,是高炉炉型中直径最大的部位。炉 腰处恰是冶炼的软熔带,透气性变差,炉腰的存在扩大了该部位的横向 空间,改善了透气条件。在炉型结构上,炉腰起着承上启下的作用,使 炉腹向炉身的过渡变得平缓,减小死角。 (5)炉身 炉身呈正截锥台形, 其形状适应炉料受热后体积的膨胀和煤气流冷 却后体积的收缩,利于减小炉料下降的摩擦阻力,避免形成料拱。炉身 角对高炉煤气流的合理分布和炉料顺行影响较大。炉身角小,有利于炉 料下降,但易发展边缘煤气流,过小时会导致边缘煤气流过分发展,使 焦比升高。炉身角大有利于抑制边缘煤气流,但不利于炉料下降,对高 炉顺行不利。设计炉身角时要考虑原燃料条件,原燃料条件好,炉身角 可取大值,相反,原料粉末多,燃料强度差,炉身角取小值; (6)炉喉 炉喉呈圆柱形,它的作用是承接炉料,稳定料面,保证炉料合理分 布。

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(7)死铁层





死铁层高度(h0)是铁口中心线到炉底砌砖表面之间的距离。死铁 层是不可缺少的,其内残留的铁水可隔绝铁水和煤气对炉底的侵蚀,其 铁水的热容也有利于炉底温度的均匀稳定,消除热应力的影响。由于高 炉冶炼不断强化,故死铁层高度关系到炉底寿命的长短,趋向于加深。 B、炉衬: 由耐火砖砌筑而成;起隔热、构成高炉的内型、减少热损失、保护 炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用。 炉衬破损机理与抗破损对策 炉衬破损因素概括起来主要有:热力作用、化学侵蚀、物理作用和 操作因素。但是高炉各部位受到的破损机理是不同。 (1)炉底和炉缸 1)炉底部位内衬破损主要原因 ①1400~1600℃液态渣铁的高温热力作用,由于炉底砌体温度分布 不均,导致砌体开裂,特别是采用不同材质的耐火砖时,由于膨胀系数 不同,更会导致砌体开裂。由于炉缸铁水温度不同,造成铁水对流,冲 刷炉底。 ②高温下渣铁、碱金属对砖衬的化学侵蚀。铁水在冷却到 1150℃的 过程中,析出石墨碳,炭砖与铁水作用可生成碳化铁,炭砖与碱金属反 应生成碱性碳化物,引起体积膨胀,砖缝扩大,强度降低,损坏炭砖。 炉底如采用黏土砖、高铝砖时砌体中 SiO2 被铁水中的碳还原成 Si,并被 铁水吸收。 ③炉料重量 10~20%和液态渣铁、煤气的静压力作用。高温铁水和 其他液态金属(如 Pb)在压力的作用下渗入砌砖砖缝和裂缝,铁水可以 渗入很深,造成砌体上浮。 ④铁水和炉渣在出铁时流动对炉底的冲刷。在铁口中心线以下炉底 安徽冶金科技职业学院 第 页







周壁越往下受侵蚀越严重,形成大蒜头形状,这个部位是炉底最薄弱环 节,与高温铁水沿炉底周壁环流流向铁口有关。 ⑤开炉初期铁水与炉渣中氧化物、煤气中 CO2、H2O 对碳砖的氧化。
炉底也有自我保护作用,如黏土砖、高铝砖炉底在后期被侵蚀的速度减慢了,就是砖衬长期

处在高温高压下,部分软化重新熔结,形成紫灰色熔结层,气孔串显著 降低,体积密度显著提高,能抵抗铁水的渗入,同时由于炉底变薄,使 铁水凝固等温线上移。 2)炉缸部位内衬破损主要原因 ①炉缸下部是盛渣铁液的地方,周期地进行聚积和排出,所以渣铁 的流动、炉内渣铁液面的升降,大量的煤气流等高温流体对炉衬的冲刷 是主要的破坏因素,特别是渣口、铁口附近的炉衬是冲刷最厉害的部位。 而且在开铁口和赌铁口时,承受开口机和泥炮的作用力,易使耐火砖松 动,砖缝裂开,造成煤气泄漏。使用有水炮泥,含有水分 13~17%,水 分蒸发时如系炭砖则会被氧化。另外堵口前后温度剧变,也会造成耐火 砖的剥落。特别当炉缸冻结时用氧气烧铁口,更会使炭砖氧化。喷吹高 压高速煤气夹带碎焦等固体粒子,对铁口的损坏也很严重。 ②高炉炉渣偏碱性而常用的耐火砖偏酸性,故在高温下化学性渣化, 对炉缸砖衬是一个重要的破坏因素。 ③风口带是炉内最高温度区域, 炉衬经常承受 1800~2400℃的高温作 用,发生蠕变,加上碱金属、 锌侵蚀和渣铁冲刷,砖衬很易 损坏,砖缝增大。从热风炉来 的高温高压气体,由此送入高 炉,当此处砌体不稳定时,会 使风口设备变形和漏风。 3)炉底炉缸部位炉衬抗破 损对策 炉缸部位砖衬比炉底薄, 故在强烈冷却条件下,可能生 安徽冶金科技职业学院 第 页







成渣皮和由铁水中析出的并不很厚的石墨保护层。 采用抗铁水渗入和导热性好的耐火砖,优化炉底炉缸炉衬结构,改 善炉底炉缸冷却。 (2)炉腹 1)炉腹部位内衬破损主要原因 ①炉腹距风口最近,故此部位受强烈的热力作用,不仅炉衬内表温 度高,而且由温度波动引起的热冲击或热震破坏力很大。 ②由于炉腹倾斜故受着料柱压力和崩料、坐料时冲击力的影响。 ③承受由上部落入炉缸的渣铁水和高速向上运动的高温煤气流的冲 刷、化学侵蚀和氧化作用。由于初渣中 FeO、MnO 以及自由 CaO 含量较 高,故渣中 FeO、MnO、CaO 与炉衬中的 SiO2 反应,生产低熔点化合物, 使砖衬表面软熔,在液态渣铁和煤气流的冲刷下而脱落。 在实际生产中,往往开炉几个月后这部分炉衬便被完全侵蚀掉,增 加炉衬厚度也无济于事,而是靠冷却壁上的渣皮(熔铁、熔渣、焦炭混 合物)维持生产。即使碳质内衬,在开炉后 1~1.5 年也被消耗了。 2)炉腹部位炉衬抗破损对策 该部位炉衬抗破损对策,就是容易挂渣皮和稳得住渣皮。一般砌一 层高铝砖或黏土砖,厚度为 345mm。 ①稳定造渣制度,减小炉腹角,抑制边缘气流过分发展。 ②加大冷却,现代大高炉有采用镶砖铜质冷却壁或插入式铜冷却板 趋势。 (3)炉腰、炉身中下部 1)炉腰、炉身下部内衬破损主要原因 ①高温煤气流冲刷和热冲击。 ②碱金属、锌蒸气和沉积碳的侵蚀。 ③初渣 FeO、MnO 侵蚀,炉腰部位比炉腹初渣中 FeO、MnO 更高。 化学侵蚀和高温热力作用 2)炉腰、炉身下部炉衬抗破损对策 ①选用导热性好,高温时耐磨性好,抗渣铁熔蚀能力强,特别是要 安徽冶金科技职业学院 第 页







有抗碱金属侵蚀能力强的耐火砖,如半石墨化碳—碳化硅砖、氮结合的 碳化硅砖或烧成铝碳砖。 ②加强冷却,使砖衬中的反应温度向热端移动,越靠近内表面越好。 (4)炉身上部 1)炉身上部部位内衬破损主要原因 ①炉料在下降过程中对内衬的冲击和磨损。 ②带有大量粉尘高速煤气流在上升过程中的冲刷。 ③碱金属、锌蒸气和沉积碳的侵蚀等。碳素沉积反应(2CO=CO2 十 C)在 400~700℃之间进行最快,炉身上部正好处于这一温度范围。炉身 中下部炉墙内表面温度虽然高于 700℃, 但在炉衬内部却有着碳素沉积的 适当温度点。 2)炉身上部部位炉衬抗破损对策 由于此部分温度较低,一般采用黏土砖是可以的,但要求机械强度 好,气孔串低,能防止外来物侵入。可选择高致密度的黏土砖或浸磷酸 黏土砖或高铝砖。 (5)炉喉 炉喉受到炉料落下时的撞击作用,故用金属保护板加以保护,又称 炉喉钢砖,一般以铸铁、铸钢件制成,见图。

炉喉钢砖
1-炉喉钢砖;2-钢轨形吊挂;3-炉壳

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炉喉保护板在高温下会失去强度和由于温度分布不均匀而产生变 形,炉内煤气流频繁变化时损坏更为严重。 高炉用耐火材料 高炉常用的耐火材料有陶瓷质耐火材料和炭质耐火材料两大类。 陶瓷质材料包括黏土砖、高铝砖、刚玉砖和不定形耐火材料等; 炭质质材料包括炭砖、 石墨炭砖、 石墨碳化硅砖、 氮结合碳化硅砖。 B、炉壳 炉壳是高炉的外壳,里面有冷却设备和炉衬,顶部有装料设备和煤 气上升管,下部坐落在高炉基础上,是不等截面的圆筒体。 炉壳的主要作用 固定冷却设备;保证高炉砌砖的牢固性;承受炉内压力和起到炉体 密封作用;有的还要承受炉顶荷载和起到冷却内衬作用 (外部喷水冷却 时)。因此,炉壳必须具有一定强度。 炉壳外形与炉衬和冷却设备配置要相适应。存在着转折点,转折点 减弱炉壳的强度。由于固定冷却设备,炉壳需要开孔。炉壳折点和开孔 应避开在同一个截面。炉缸下部折点应在铁口框以下大于 100mm 处,炉 腹折点应在风口大套法兰边缘以上大于 100mm 处,炉壳开口处需补焊加 强板。

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C、炉型尺寸:





β

α

高炉内型尺寸表示法

D、冷却设备:下章介绍 E、高炉基础: 高炉基础是高炉下部的承重结构, 它的作用是将高炉全部荷载均匀 地传递到地基。高炉基础由埋在地下的基座部分和地面上的基墩部分组 成,见图。

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高炉基础
1-冷却壁;2-水冷管或风冷;3-耐火砖;4-炉底砖; 5-耐热混凝土基墩;6-钢筋混凝土基座

对高炉基础的要求: (1)高炉基础应把高炉全部荷载均匀地传给地基,不允许发生沉陷 和不均匀的沉陷。高炉基础下沉会引起高炉钢结构变形,管路破裂。不 均匀下沉将引起高炉倾斜,破坏炉顶正常布料,严重时不能正常生产。 (2)具有一定的耐热能力。一般混凝土只能在 150 ℃以下工作, 250℃便有开裂,400℃时失去强度,钢筋混凝土 700 ℃时失去强度。过 去由于没有耐热混凝土基墩和炉底冷却设施,炉底破损到一定程度后, 常引起基础破坏,甚至爆炸。采用水冷炉底及耐热基墩后,可以保证高 炉基础很好工作。

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2、炉体维护:





目前国内外采用炉体监测、控制边缘气流,喷补炉衬、灌浆和维护 等手段,加强炉体维护,实现长寿目标。 A、炉体监测:冷却水温差监测、炉喉煤气 CO2 曲线、风口观察、炉 体测温等; B、控制边缘煤气流:上部装料制度、下部送风制度选择要合适; C、冷却设备维护和清洗(下章) D、维护与处理: 当高炉生产一段时间后会出现一定程度的破损,日常工作中通过控 制边缘煤气流可以控制炉身下部、炉腰和炉腹部位的渣皮的生成,来代 替炉衬进行工作,但当发现渣皮无法维持时可通过下列方法来对炉体进 行维护。其措施有: (1)灌浆和压入泥料 高炉投产一段时间后,炉身下部、炉腰和炉腹侵蚀较严重,炉墙热 负荷增加,冷却设备破损,炉壳产生红点或者鼓包破裂,这时需采用灌 浆的方法或压入泥料延长炉体寿命。 炉体灌浆是从高炉外通过灌浆孔灌入泥浆造衬,炉体灌浆的方法 是:在休风时从炉壳外面钻孔插入喷嘴,用泥浆泵压入膏状耐火泥料。

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灌浆前在炉壳外部测定应该灌浆的范围、确定喷嘴数及其位置,在喷嘴 数目多时应考虑钻孔引起的炉壳应力问题。 柳州钢铁厂于 1989 年 3~11 月在 318m3 高炉上灌浆 6 次,灌入高 铝耐火材料 125t, 通过灌浆护炉产铁 96532t。 马钢 2500m3 高炉, 对炉腰、 炉腹部位进行了多次灌浆造衬,根据该部位对耐火材料性能的要求,开 发了碳化硅为主骨料、以树脂为结合剂(无水结合剂)的压入料,压入造 衬还与安装圆柱形小冷却器配合以恢复炉腹等部位破损冷却壁的功能。 (2)喷补 喷补是修理炉身内衬的另一项工艺, 是在炉内向炉衬损坏处喷补不 定型耐火材料。 喷补一般是在残存的炉衬上进行,首先必须仔细清理炉衬表面,打 掉渣皮、黏附的炉料,然后安装锚固件,锚固件长度应占喷补厚度的一 半(喷补厚度为 200~300mm) 。喷补料是专门用于喷补的不定型耐火材 料,按规定要求使用。喷补时将喷补料用搅拌机搅拌好,用喷补机通过 压缩空气将喷补料喷涂在受喷面上。 为了提高喷补效率,近年来开发了各种喷补机,其中日本新日铁公 司研制的一种热喷补机具有代表性,它是从炉顶伸入炉内向炉衬喷补的 热喷补机,可在短时间内安装或拆除,在计划休风时将料面降下,不等

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炉衬冷却而进行喷补,并且在休风时间不太长的条件下,完成炉身内衬 的修补工作。 (3)含钛矿护炉(炉底修补) 在炉料中加入适量的含钛矿物,可使侵蚀严重的炉底、炉缸转危为 安。 生产实践表明,在含钛炉料中起护炉作用的是炉料中的 TiO2 的还 原生成物 Ti 在炉内高温还原气氛条件下,可生成 TiC、TiN 及其连接固 熔体 Ti(CN),这些钛的氮化物和碳化物在炉缸炉底生成发育和集结,与 铁水及铁水中析出的石墨等凝结在离冷却壁较近的被侵蚀严重的炉缸、 炉底的砖缝和内衬表面。由于 Ti 的碳、氮化物的熔化温度很高,纯 TiC 为 3150℃,TiN 为 2950℃,Ti(CN)是固溶体,熔点也很高,从而对炉缸、 炉底内衬起到保护作用。 高炉内衬侵蚀情况不同其钒铁矿加入量也不同,根据日本君津 4 号高炉经验,平常每吨铁 TiO2 量维持在 5kg,炉底侵蚀较严重时每吨铁 TiO2 增加到 9~10kg。 TiO2 护炉底作用比较明显,护炉缸侧壁效果较差,维护炉缸还是采 用加长风口或堵风口,提高炉温,减小冶强较好。

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高炉冷却设备
一、冷却设备作用 高炉冷却设备是高炉炉体结构的重要组成部分,是炉体维护的重要 手段之一。它对炉体寿命可起到如下作用: (1)保护炉壳:在正常生产时,高炉炉壳只能在低于 80℃的温度下 长期工作,炉内传出的高温热量由冷却设备带走 85%以上,只有约 15% 的热量通过炉壳散失。 (2)对耐火材料的冷却和支承: 在高炉内耐火材料的表面工作温度高 达 1500℃左右,如果没有冷却设备,在很短的时间内耐火材料就会被侵 蚀或磨损。 通过冷却设备的冷却可提高耐火材料的抗侵蚀和抗磨损能力。 冷却设备还可对高炉内衬起支承作用,增加砌体的稳定性。 (3)维持合理的操作炉型。使耐火材料的侵蚀内型线接近操作炉型, 对高炉内煤气流的合理分布、炉料的顺行起到良好的作用。 (4)可在其内壁上粘结上渣皮:当耐火材料大部分或全部被侵蚀后, 能靠冷却设备上的渣皮继续维持高炉生产。 二、冷却介质 高炉常用的冷却介质有:水、空气和蒸汽与水的混合物,

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对冷却介质的要求是:有较大的热容量及导热能力;来源广、容易 获得、价格低廉;介质本身不会引起冷却设备及高炉的破坏。 目前高炉冷却用的较多的冷却介质是水。因为水热容量大、热导率 大、便于输送,成本低廉。工业用水的来源是江河湖泊水也称地表水, 也有井水称地下水。一般来说,地表水的硬度、碱度、氯根及含盐量都 比地下水低些,但是悬浮物及有机物的含量则往往比地下水高些。以每 1m3 水中钙、镁离子的摩尔数表示水的硬度。根据硬度不同,水可分为软 水(小于 3mol/m3),硬水(3~9 mol/m3),极硬水(大于 9 mol/m3)。水的 硬度高,冷却器易结水垢,水垢的导热系数很小,易造成局部过热烧坏 冷却器,故要定期或不定期地进行清洗。 冷却用水根据不同处理方法分为普通工业净化水、软水。
(1)普通工业净化水是天然水经过沉淀及过滤处理后,去掉了水中大

部分悬浮物杂质,而溶解杂质并未发生变化的净化水。 (2)软水是指将水中硬度(主要指水中 Ca2+、Mg2+阳离子)去除或降 低到一定程度,而水中其他的阴离子没有改变的净化水。 冷却方法:即水冷、风冷和汽化冷却。 三、高炉冷却设备 由于高炉各部位热负荷不同,采用的冷却方式也不同。现代高炉冷

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却方式有外部冷却和内部冷却两种。 1、外部喷水冷却设备 在炉身和炉腹部位装设有环形冷却水管,水管直径φ 50~150mm,距 炉壳约 100mm,水管上朝炉壳的斜上方钻有若干φ 5~8mm 小孔,小孔间 距 100mm。冷却管水经小孔喷射到炉壳上进行冷却。为了防止喷溅,在 炉壳上装有防溅板,防溅板与炉壳间留有 8~10mm 缝隙,冷却水沿炉壳 流下至集水槽再返回水池。外部喷水冷却装置结构简单,检修方便,造 价低廉。如图。这种冷却深度浅,效果差,仅限于高炉后期内部冷却设 备损坏严重时的备用手段。

喷水环管与喷水嘴布置
1-集水坑;2-水槽;3-炉壳;4-炭砖炉衬; 5-基础混凝土;6-喷水嘴;7-喷水环管

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2、内部冷却设备





内部冷却设备按结构又分为冷却壁、冷却板、板壁结合冷却结构及 炉底冷却。 1) 、冷却壁 冷却壁设置于炉壳与炉衬之间,它是内部铸有无缝钢管的铸铁板, 有镶砖冷却壁和光面冷却壁两种,前者用于炉腹以上(炉身中下部、炉 腰和炉腹部位) ,后者用于炉缸炉底周围。采用冷却壁的优点是炉壳开孔 少而小,不损坏炉壳钢板强度,有良好的密封性,特别是在采用高压操 作的高炉上,更显出它的独特的优越性,还有冷却均匀、炉衬内壁光滑 等优点,是其它冷却设备无法比拟的。缺点是冷却壁损坏后不能更换 , 影响冷却面积较大,故需辅以喷水冷却。 (1)光面冷却壁 光面冷却壁基本结构见下图。铸入蛇形的无缝钢管,壁厚 80 ~ 120mm ,宽度一般为 700 ~ 1500mm ,高度视炉壳折点而定,一般小于 3000mm,用方头螺栓固定在炉壳上,每块 3~4 个螺栓。同段冷却壁间垂 直缝为 20mm,上下段间水平缝为 30mm,上下两段冷却壁间垂直缝应相互 错开,缝间用铁质锈接料锈接严密。光面冷却壁与炉壳留 20mm 缝隙,并 用稀泥浆灌满,与砖衬间留缝 100~150mm,填以碳素料。

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a 光面冷却壁

b
a-光面冷却壁;b-风渣口光面冷却壁

用于炉缸和炉底。 (2)镶砖冷却壁 所谓镶砖冷却壁就是在冷却壁的内表面侧 (高炉炉体内侧)的铸肋 板内铸入或砌入耐火材料,耐火材料的材质一般为黏土质、高铝质、炭 质或碳化硅质。

a

b 镶砖冷却壁基本结构

c

a-镶砖冷却壁;c-上部带凸台镶砖冷却壁;d-中部带凸台镶砖冷却壁

镶砖冷却壁与光面冷却壁相比,更耐磨、耐冲刷、易黏结炉渣生成 安徽冶金科技职业学院 第 页







渣皮保护层,代替炉衬工作。镶砖冷却壁厚度为 250~350mm,主要用于 炉腹、炉腰和炉身下部冷却。 2) 、冷却板 冷却板如图,材质有铸铜、铸钢、铸铁和钢板等

铜冷却板

此种冷却板结构的特点: ①适用于高炉高热负荷区的冷却,采用密集式的布置形式,如宝钢 1 号和 2 号高炉冷却板层距为 312mm。 ②冷却板前端冷却强度大,不易产生局部沸腾现象; ③当冷却板前端损坏后可继续维持生产; ④双通道的冷却水量可根据高炉生产状况分别进行调整。 3) 、板壁结合冷却结构 安徽冶金科技职业学院 第 页







冷却板的冷却原理是通过分散的冷却元件伸进炉内来冷却周围的耐 火材料,并通过耐火材料的热传导作用来冷却炉壳。从而起到延长耐火 材料使用寿命和保护炉壳的作用。冷却壁的冷却原理是通过冷却壁形成 一个密闭的围绕高炉炉壳内部的冷却结构、实现对耐火材料的冷却和对 炉壳的直接冷却,从而起到延长耐火材料使用寿命和保护炉壳的作用。 对于全部使用冷却板设备进行冷却的高炉,冷却板设置在风口部位 以上一直到炉身中上部。炉身中上部到炉喉钢砖采用喷水冷却,风口以 下采用光面冷却壁冷却。 全部使用冷却壁设备冷却的高炉,一般在风口以上一直到炉喉钢砖 采用镶砖冷却壁,风口以下采用光面冷却壁。在实际使用中,大多数高 炉根据冶炼的需要,在不同部位采用各种不同的冷却设备。近年来,随 着炼铁技术的发展和耐火材料质量的提高,高炉寿命的薄弱环节由炉底 部位转移到炉身下部。因此,为了缓解炉身下部耐火材料的损坏和保护 炉壳,国内外一些高炉在炉身部位采用了冷却板和冷却壁交错布置的结 构形式,这种冷却结构形式对整个炉体冷却来说,称为板壁结合冷却结 构,它起到了加强耐火材料的冷却和支托作用,又使炉壳得到了全面的 保护。如图。

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板壁交错布置结构

4) 、铜冷却壁 铸铁冷却壁主要存在着两个问题,一是冷却壁的材质问题,二是水 冷管的铸入问题。为了解决这两个问题,人们开始研究轧制铜冷却壁。 铜冷却壁是在轧制好的壁体上加工冷却水通道和在热面上设置耐火砖。 如图

铜冷却壁结构



首钢高炉铜冷却壁结构

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铜冷却壁的特点有:





(1)铜冷却壁具有热导率高,热损失低的特点。目前,国内外铜冷却 壁大多以轧制纯铜(cu≥99.5%)为材质,经钻孔加工而成的。 (2)利于渣皮的形成与重建。 较低的冷却壁热面温度是冷却壁表面渣 皮形成和脱落后快速重建的必要条件。 由于铜冷却壁具有良好的导热性, 因而能形成一个相对较冷的表面,从而为渣皮的形成和重建创造条件。 由于渣皮的导热性极低,渣皮形成后就形成了由炉内向铜冷却壁传热的 一道隔热屏障,从而减少了炉内热损失。研究表明,在渣皮脱落后,铜 冷却壁能在 15min 内完成渣皮的重建,而双排水管球墨铸铁冷却壁则至 少需要 4h。 (3)铜冷却壁的投资成本。使用铜冷却壁的高炉投资成本有所增加, 但从生产事故减少、高炉寿命延长(延长至 15~20 年) 、指标改善等几 点考虑:总成本反而大大下降。 3、水冷炉底 大型高炉炉底直径大,单靠炉底周围冷却不能使中心热量释放出去, 故必须进行炉底冷却。水冷炉底采用最广泛,一般是在炉底砌砖与耐热 混凝土之间排列水管冷却,靠中心密些,靠边缘疏些。下图为高炉常见 的一种水冷炉底结构示意图。水冷管中心线以下埋置在炉基耐火混凝土

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基墩上表面中,中心线以上为碳素捣固层,水冷管为Φ 40mm?10mm,炉 底中心部位水冷管间距 200~300mm,边缘水冷管间距为 350~500mm,水 冷管两端伸出炉壳外 50~100mm。炉壳开孔后加垫板加固,开孔处应避 开炉壳折点 150mm 以上。 水冷炉底结构应保证切断给水后,可排出管内积水,工作时排水口 要高于水冷管水平面,保证管内充满水。

水冷炉底结构图

四、冷却设备工作制度 安徽冶金科技职业学院 第 页







冷却设备的工作制度,是指对高炉各部位的冷却水的流量、流速、 水压和进出水的温度差的合理控制范围。该冷却制度制定和控制的合理 与否关系着高炉冷却设备和炉体的寿命。 五、高炉送风管路 高炉送风管路由热风总管、热风围管、与各风口相连的送风支管(包 括直吹管)及风口(包括风口中套、风口大套)等组成。 1) 、热风围管 热风围管是吊挂在炉腰圆周横梁上管道,它的作用是将热风总管送 来的热风均匀地分配到各送风支管中去。都由钢板焊成,管中有耐火材 料筑成的内衬。 2) 、送风支管 送风支管设置在各风口前的管道,它的作用是将热风围管送来的热 风通过风口送入高炉炉缸,还可通过它向高炉喷吹燃料。送风支管长期 处于高温、多尘的环境中,工作条件很恶劣,如宝钢 1 号、2 号高炉的 送风条件为:送风温度最高 1310℃,送风压力 0.42~0.47MPa;36 个送 风支管的送风总量为 7900m3/min。所以要求送风支管密封性好,压损小, 热量损失小。在热胀冷缩的条件下有自动调节位移的功能。 送风支管由鹅颈管(流量测定管、伸缩管、异径管锥形管) 、弯管、

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直吹管等组成。鹅颈管起对空气导向作用,弯管起转变送风支管方向和 连接直吹管作用,弯管上面设有观察孔和紧固装置。

图 3-16 送风支管机构
1-横梁;2-A-1 管;3-A-2 管;4-伸缩管;5-拉杆;6-环梁;7-直吹管; 8-风口;9-松紧法兰螺栓;10-窥视孔;11-弯管;12-异径管

送风支管张紧装置是一套起支承、固定、压紧送风支管和平衡送风 反力的杆系装置。包括吊挂装置、拉紧螺丝和紧固装置三部分。吊挂装 置是支承和固定送风支管平衡送风反力的二套可调螺杆。拉紧螺丝(又 称中部拉杆)它是支承和固定送风支管的二根可调螺丝,安装在异径管

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两侧(5) ,一端与异径接头(12)相连,另一端与炉体环梁(6)相连, 其作用是和紧固装置一起,用以调节直吹管与风口球面间的压紧力,防 止漏风。紧固装置(又称下部拉杆)是安装于弯管下方两侧,将直吹管 紧压风口球面的一对弹簧拉杆。其拉力可通过手柄调整,两根拉杆用来 调整直吹管端头与风口球面部的压紧力,以防止接口漏风。 如发生风口球面漏风,根据漏风部位按下表原则调整。 球面调整方法 漏风部位 球面上部 球面下部 调整方法 拧松紧固装置或拧紧拉紧螺丝 拧紧紧固装置或拧松拉紧螺丝

送风支管附件有托座、 起吊链钩、 观察孔等。 托座固定在炉壳上, 用来固定拉紧螺丝。 起吊链钩用于更换风口时使弯管和直吹管成振摆 状运动,便于更换风口。观察孔用来观察风口区燃烧情况。
3) 、直吹管

直吹管是高炉送风支管的一部分,尾部与弯管相连,端头与风口紧 密相连。热风经热风围管、弯管传到直吹管,通过风口进入高炉炉缸。 现代大型高炉的直吹管—般由端头、管体、喷吹管、尾部法兰和端 头水冷管路五部分组成,如图。 安徽冶金科技职业学院 第 页







图 3-17 直吹管结构图
1-端头;2-管体;3-喷吹管;4-冷却水管;5-法兰

直吹管管体内浇注了耐火材料内衬,以抵抗灼热的热风对管体的破 坏和减少散热。 直吹管在高温高压下工作,管中还有煤粉通过,苛刻的工作条件对 直吹管提出较高的技术要求。直吹管的主要技术要求为: (1)要求直吹管端头与风口面接触的球面表面粗糙度要低, 球面上不 准有任何缺陷和焊补。 (2)为防止在高压工作条件下被破坏或泄漏, 必须按设计要求进行水 压和气密试验。如宝钢 2 号高炉的直吹管要求在 0.88MPa 压力下做水压 试验,保持 30min 不泄漏;在 0.74MPa 压力下做气密试验,保证 15min 无泄漏。 (3)为避免喷入的煤粉冲刷风口内壁, 要求喷吹管中心线与直吹管本 体中心线的夹角符合设计要求,一般夹角为 12~14°左右。
4) 、风口装置

(1) 风口 安徽冶金科技职业学院 第 页







风口由风口大套、中套和小套三部分构成,是送风管路中最前端的 一个部件。它位于高炉炉缸上部成一定角度探出炉壁。风口小套与风口 中套、风口大套装配在一起,加上冷却水管等其它部件,形成高炉的风 口设备,其结构如图。

风口装置结构示意图
1-风口中套冷水管; 3-炉壳; 5-风口大套; 7-风口小套冷水管;8-风口小套;9-风口小套压紧装置; 11-风口法兰;12-风口中套压紧装置;13-风口中套

送风支管的直吹管端头与风口密合装配在一起,热风炉中的热风经 热风管路到送风支管中的直吹管再通过风口吹入高炉炉缸,向高炉中喷 吹的煤粉及其气体载体也通过风口进入高炉炉内。风口前端炉缸回旋区 温度约 2000℃左右,风口的工作条件十分恶劣,在使用一段时间后会损

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坏,从而迫使高炉休风,更换风口,风口是影响高炉生产效率的重要因 素之一。风口损坏的原因较多,最突出的是:铁水熔损(主要因素) 、磨 损、开裂。 螺旋铜管风口, 用矩形截面 44?33mm2、 管壁厚 7.5mm 的青铜管围成, 它由螺旋盘管和后水箱两部分组成。铜管由后水箱起,先到最前端,经 螺旋管后返回后水箱,并与后水箱焊接固定在一起。管内水速提高到 10.63m/s,寿命提高 2.8 倍,平均为 210 天。

包钢使用 螺旋铜管风口
1-高压水进水管;2-排水管;3-备用常压水管;4-球面

宝钢使用 贯流式风口
1-前段;2-后座;3-热电偶

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②磨损。它有两个方面,即风口小套内侧被喷吹煤粉射流磨坏和外 侧被炉缸内炉料特别是循环运动的焦炭磨坏。 ③开裂。主要是材质和制造工艺缺陷所致。其次是温差和压力差给 风口造成热疲劳和机械疲劳等。 风口小套的材质为纯铜,风口中套和风口大套为铸钢件。 6、冷却设备的检查、维护和清洗 冷却设备在使用一段时间后,如使用不当就会形成水垢,水垢实质 相当于在冷却水管内表面砌一薄层黏土砖,使冷却设备过热甚至烧坏。 故要经常或定期检查、维护,定期或不定期进行清洗掉水垢是很重要的。 一般清洗要 3 个月进行一次。不定期清洗是指临时进行的清洗。清洗方 法有: 1) 、用高压水冲洗; 2) 、酸洗: 使用设备:为电动或手动酸洗泵和一个酸洗槽; 酸洗液:用 20~25%的 70~80℃盐酸,加入缓蚀剂(1%废机油) , 用耐酸泵送入冷却设备中,循环清洗 10~15min,然后再用压缩空气顶 回酸液,再通冷却水冲洗(酸液有较强的腐蚀能力) 。 酸洗注意事项:见相关的操作规程。

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3)砂洗: 使用设备:空压机; 材料:米石;





原理:用空压机将米石送入冷却设备,米石在空压机压力的作用下, 在冷却设备内高速滚动,将冷却设备内的水垢磨擦掉,同时用水冲洗掉。 使冷却水管进水面积增大,提高冷却效果。 注意事项:见相关的操作规程。

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高炉车间原料系统
高炉炼铁原料系统由两部分组成:以贮矿槽为界,贮矿槽下面的是 原料的准备部分,即供料部分。贮矿槽以上到炉顶为高炉的上料部分 一、供料部分: 1、要求: 2、任务:按照高炉冶炼的要求给高炉准备好质量(品种、数量、粒 度、运输等)符合要求的炉料。 3、设备:贮矿槽、取料设备、筛分设备、运输机、称量设备。 1)贮矿槽 贮矿槽位于高炉一侧,起原料的贮存作用,解决高炉连续上料和车 间间断供料的矛盾,贮矿槽贮存 12~18h 的矿石量,6~8h 的焦炭量。 它的数量和容积与高炉的容积有关。其关系见下表:
贮矿糟、贮焦槽容积与高炉容积的关系
项目 贮矿槽容积与高炉容积之比 贮焦槽容积与高炉容积之比 焦槽个数 高炉有效容积,m3 255 >3.0 >1.1 2 600 2.5 0.8 2 1000 2.5 0.7 2 1500 1.8 0.7~0.5 ≥2 2000 1.6 0.7~0.5 ≥2 2500 1.6 0.7~0.5 ≥2

宝钢 4063m3 高炉设计的贮存时间为:烧结矿 10h,球团矿 12h,块 矿 12h,辅助原料 12h,焦炭 6h。矿槽容积为:烧结矿 566?6m3,球团 矿和块矿 140?6m3,辅助原料(170?2 十 60?2)m3,焦槽 450?6 m3。矿 安徽冶金科技职业学院 第 页







槽容积与高炉容积之比为 1.16,焦槽容积与高炉容积之比为 0.66,可满 足日产 1 万 t 生铁的需要。 2)槽下运输称量 在贮矿槽下将原料按品种和数量称量并运到上料皮带机 (或料车)的。 皮带上料工艺流程如图。

高炉供料系统图
1-闸门;2-电动振动给料机;3-烧结矿振动筛;4-称量漏斗;5-矿石胶带输送机; 6-矿石转换溜槽;7-矿石称量漏斗;8-粉矿胶带输送机;9-粉矿料斗; 10-上料胶带输送机;11-焦炭振动筛;12-焦炭胶带输送机;13-焦炭转换溜槽; 14-焦炭中间称量漏斗;15-粉焦胶带输送机;16-粉焦漏斗

料车上料工艺流程如图。

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1000m3 高炉料车坑剖面图

3)给料机 为控制物料从料仓排出,并调节料流量,必须在料仓排料口安装 给料机。对它的要求是: 关闭可靠。料流向外排出时均匀、稳定而连续,从而也保证了称 量精度,炉料摔碎少。目前广泛用于现代高炉生产中的是电磁振动给 料机。这种给料器由槽体、激振器、减振器三部分组成,减振器与槽 体之间通过弹簧连接在一起,如图。 安徽冶金科技职业学院











电磁振动给料机结构
1-给料槽;2-连接叉;3-衍铁;4-弹簧组;5-铁芯; 6-激振器壳体;7-减震器

电磁振动给料机给料能力与槽体前方向下倾斜角度有关。一般从 0°加至 10°,给料能力提高 40%,但加至 15°时,虽然给料能力 增加 100%,但对流槽磨损增加了。故一般不宜大于 12°,多数取 10°。矿石最大给料能力可达 400~700t/h。 电磁振动给料机主要优点是:停车准确,闭锁可靠,给料均匀, 易于实现自动控制;物料在给料槽上作跳跃式前进,磨损小;结构筒 单,机械加工量少,占用空间位置小。 4)振动筛 为改善高炉料柱透气性,大、中型高炉要求对入炉料的粉末筛除。 对槽下筛子要求:应有较高的筛分效率,余振量要小,以减少称量 安徽冶金科技职业学院 第 页







误差,结构简单易维修,耐磨性好,噪音小,对原料的破碎尽可能小。 筛子的能力应按高炉的装料周期顺序中供料的时间要求,并考虑设 备能力富余率 20%选择设备。 目前常用的振动筛类型主要有辊筛、振动筛两种。辊筛过去常用于 焦炭的筛分,由于辊筛结构复杂,消耗电能多,而且焦炭破碎率大,焦 末量大,所以,近年我国新建的多数高炉已不采用辊筛而改用振动筛。 现有的振动筛种类比较多,目前用的较多的是自定中心振动筛。它 的优点是:它的转轴是偏心的,平衡重与偏心轴是对应的,在振动时, 皮带轮的空间位置基本不变,它只作单一的旋转运动,皮带不会时紧时 松而疲劳断裂。其缺点是筛箱运动没有给物料向前运动的推力,要依靠 筛箱的倾斜角度使物料向前运动。 自定中心振动筛由框架、筛体和传动部分组成,框架是钢结构件, 内设衬板, 筛底选用高锰合金板设在底脚弹簧上。 筛面倾斜角度多为 15~ 20°。在烧结矿过筛时由电气控制先启动振动筛,后启动振动给料机, 烧结矿则从给料机均匀地卸到已经启动的振动筛上。通过调整振动结料 机的安装角度以改变卸料流量,从而控制筛上料层厚度。在保证上料速 度的前提下,把料层控制在最薄的程度,筛分效率高。

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自定中心振动筛
1-料仓;2-漏斗闸门;3-振动给料器;4-自定中心振动筛; 5-上料皮带;6-振动筛支架;7-返矿皮带;8-返矿漏斗

5) 、称量漏斗 根据称量传杆器原理,可分为机械秤、电子秤(电子式称量漏斗) 和机械电子秤称量漏斗。机械秤应用杠杆原理;电子秤应用电阻应变原 理。电子秤具有体积小、结构简单和易于自动控制等优点,得到普遍采 用。它的称量精度要求小于 5/1000。 电子式称量漏斗由传感器 1、 固定支座 2、 称量漏斗本体 3 以及启闭 闸门组成。在称量漏斗外面设有三个互成 120°角的三个传感器 1 构成 的稳定受力平面,如图。当采用电子秤时,传感器的安装位置尽量设在 称量斗(满料)重心以上,并考虑物料的冲击和受力不均。

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二、上料设备 将炉料直接送到高炉炉顶的设备称为上料机。对上料机的要求是; 要有足够的上料能力,不仅能满足日常生产的需要,还能在低料线的情 况下很快赶上料线。为满足这一要求,在正常情况下上料机的作业率一 般不应超过 70%,工作稳定可靠;最大程度的机械化和自动化。 上料机主要有料车式和皮带机上料 2 种方式。 1、斜桥料车式上料机 斜桥料车式上料机一般由料车、斜桥和卷扬机三部分组成。 1)料车 每座高炉均设两个料车,互相平衡。料车容积大小则随高炉容积的 增大而增大,一般为高炉容积的 0.7~1.0%。 料车的构造:它由车体、车轮、辕架三部分组成。见图。 安徽冶金科技职业学院 第 页







料车构造示意图

车体由 10~12mm 钢板焊成, 底部和侧壁的内表面都镶有铸钢或锰钢 衬板加以保护,以免磨损,后部做成圆角以防矿粉粘接,在尾部上方开 有一个方孔,供装入料车坑内散碎料。前后两对车轮构造不同,因为前 轮只能沿主轨滚动,而后轮不仅要沿主轨滚动,在炉顶曲轨段还要沿辅 助轨道---分歧轨滚动,以便倾翻卸料,所以后轮做成具有不同轨距的两 个轮面的形状。辕架是一个门形钢框,活动地连接在车体上,车体前部 还焊有防止料车仰翻的挡板。一般用两根钢绳牵引料车,这样既安全又 可以减小钢绳的刚度,允计工作在较小的曲率半径下,可以减小绳轮和 卷筒的直径。在牵引装置中还有调节两根钢绳延伸率的三角调节器,其 调整量在 300mm 左右,以保证两根钢绳上所受的张力相等。 安徽冶金科技职业学院 第 页


2)斜桥





斜桥大都采用衍架结构,其倾角一般为 55~65°。设两个支点,下 端支撑在料车坑的墙壁上,上端支撑在从地面单设的门型架子上,顶端 呈悬臂状,如图。有的把上支点放在炉顶框架上或炉体大框架上,在相 接处设置滚动支座,允许斜桥在温度变化时自由位移,消除了对框架产 生的斜向推力。

为了使料车能自动卸料,料车的走行轨道在斜桥顶端设有轨距较宽 的分歧轨,常用的卸料曲轨形式见图。当料车的前轮沿主轨道前进时, 后轮则靠外轮面沿分歧轨上升使料车自动倾翻卸料,料车的倾角达到 60°时停车。在设计曲轨时,应考虑翻倒过程平滑,钢绳张力没有急剧 变化,卸料偏析小,卸料后料车能在自重作用下,以较大的加速度返回。 安徽冶金科技职业学院 第 页







图 c 结构简单,制作方便,但工艺性能稍差,常用在小高炉上;图 b 和 图 a 用于中型高炉,图 a 的工艺性能最好。

卸料曲轨形式 (3)卷扬机

卷扬机是牵引料车在斜桥上行走的设备。在高炉设备中是仅次于鼓 风机的关键设备。要求它运行安全可靠,调速性能良好,终点位置停车 准确,能够自动运行。 料车卷扬机系统,主要由驱动电机、减速箱、卷筒、钢绳、安全装 置及控制系统等组成。具有以下特点: 对于 255m3 以上的高炉采用双电机传动, 要求两台电机的型号和特性 相同,并同时工作,以提高卷扬机工作的可靠性。 对于 255m3 以下的高炉,可以采用单电动机传动。 由于每座高炉只有一台卷扬机来索引料车,为了确保生产安全,在 这一部分还设有速度控制、防止过载、防止料车超越极限位置和钢绳松 弛等安全保护装置。 安徽冶金科技职业学院 第 页







速度控制器:控制料车地运行速度,一次加速、二次加速、正常运 行(最大运行速度) 、一次减速、等速运行、二次减速到停止。 过载保护:过电压、过电流、短路等各种状态下的保护。 料车超越极限位置保护:它是指料车在炉顶或料车坑超越极限位置, 顶部造成翻车、下部料车坑撞坏坑底的事故。 钢绳松弛: 料车的容积和卷扬机的能力与高炉容积有关,不同容积高炉所用的 料车特性和卷扬机能力见表
料车卷扬机的技术特性
项目 255 料车有效容积,m 内轨距,mm 轮子直径,mm 轮轴中心距,mm 车厢外侧尺寸,mm (长、宽、高) 钢绳正常拉力,t 钢绳最大拉力,t 钢绳速度,m/s 卷筒直径,mm 1200 (按钢绳中心) 钢绳直径,mm 电机型号 电机台数 电机功率,kw 28.5 JZR72 36.5-6B 1 80 2 160 34-4 2 190 29-6 2 260 32.5 ZD242.3/ 39 ZJD56/ 43.5 ZJD74/ 1850 2000 2000
3

高炉容积,m3 620~750 4.5 1454 500 2000 3900? 1220?1600 7 11 2.5 1000~1200 6.5 1454 500 2400 4312? 1281?2614 15 19 2.5~3.0 1500 10 1660 500 2400 4312? 1424?2364 22.5 25 3.5

2.0 1190 400 1400 2850? 1000?1200 4.8 7.5 约 1.24

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2、皮带机上料系统





近年来,由于高炉的大型化,料车式上料机已不能满足高炉生产的 要求,如一座 3000m3 高炉,料车坑会深达 5 层楼以上,钢丝绳会加粗到 难于卷曲的程度,不论是增大每次上料量,还是增加上料次数,只要是 间断上料,都将是很不经济的,故新建的大型高炉和部分中小型高炉都 采用了皮带机上料系统,因为它连续上料,可以很容易地通过增大皮带 速度和宽度,满足高炉要求。与料车式相比皮带机上料系统的优点是: ①高炉附近场地较大,可设两个以上出铁口和出铁场。 ②上料能力大,效率高且灵活,炉料破损率低,能连续上料。 ③节省投资,节省钢材。又简化了控制系统。 主要技术参数见厂设备维护规程 (1) 胶带上料流程

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(2)料位检测 为了准确检测原料位置,在胶带机长度方向上设有原料位置检测装 置,共有 4 个检测点,4 个检测点分别是: ①原料到达炉顶检测点;②炉顶设备准备检测点; ③矿石终点检测点; 四个检测点功能如下: ①原料到达炉顶检测点:原料到达炉顶的检测点给出炉料确实已到 达炉顶的信号。 ②炉顶设备准备检测点:炉顶准备检测点给出的信号是为了检查在 炉料从主胶带卸下时,炉顶各有关设备是否处于受料的准备状态。 ④焦炭终点检测点。

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③矿石终点检测点:矿石料尾检测点发出信号是允许下批料中的矿 石开始排放到主胶带上的信号。 ④焦炭终点检测点:焦炭料尾检测点发出信号是允许下批料中的焦 炭开始排放到主胶带上的信号。 (3)胶带上料机的传动 总体布置是胶带机的头轮设在炉顶上,尾轮设在矿槽下,机械传动 装置和电控室设在偏于尾轮一侧的中部, (如下图) ,便于炉顶装料设备 和矿槽设备的布置。由于胶带上有炉料及其自身的荷重,再加上张紧装 置的作用,皮带与中间摩擦驱动机之间产生摩擦力而被驱动。为了减小 胶带张力,上料胶带机驱动装置一般采用双卷筒有备用机组的串联驱动 方式,四台电动机其中一台备用,正常使用三台。

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(4)胶带的种类 由于炉料提升高度比较大,倾角又不能太大,所以胶带要拉的很长, 因此多采用夹钢丝绳芯高强度胶带,它抗拉强度高,寿命长,伸长率低, 抗冲击能力强,成槽性较好。 (5)安全措施 为了确保上料胶带机在安全状态下运行,上料胶带机设有保护和检 测装置。 ①在沿上料胶带机的两侧布置四对双向拉线开关,当设备出现故障 或其他危险情况时,用于紧急停机; 安徽冶金科技职业学院 第 页







②在沿上料胶带机的两侧布置两级跑偏开关, 胶带一级跑偏时报警, 二级跑偏时自动停机; ③布置打滑检测装置,用于检测胶带打滑,胶带严重打滑时自动停 止设备运转; ④布置断带保护装置,当发生胶带断裂时,摩擦轮将胶带锁紧不至 于下滑,并报警; ⑤为了防止划伤皮带,在上料胶带机前或其上设置电磁铁铁件清除 装置。 3、上料设备的维护

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炉顶装料设备
一、 作用: 装料设备是高炉重要设备之一, 主要任务(作用)是把上料系统运送 到炉顶的炉料装入炉内(装料) ,在装入炉内的同时使之合理地分布(布 料)到炉喉,同时起密封(密封煤气)作用的设备。 二、发展过程: 炉顶是敞开(人工加料)的→单钟式炉顶装料设备(利用煤气)→ 1906 年起出现了布料器(布料均匀防止偏析)→马基式旋转布料器→快 速旋转布料器→空转螺旋布料器→钟阀式炉顶→无钟炉顶 三、对炉顶装料设备的要求: ①要适应高炉生产能力; ②能满足炉喉合理布料的要求,并能按生产要求进行炉顶调剂; ③保证炉顶可靠密封,使高压操作顺利进行; ④设备结构应力求简单和坚固,制造、运输、安装方便,能抵抗急 剧的温度变化及高温作用; ⑤易于实现自动化操作。 四、炉顶装料设备的种类 1、钟式炉顶

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马基式布料器双钟炉顶是钟式炉顶装料设备的典型代表,它主要由 大钟、大料斗、煤气封盖、小钟、小料斗(即马基式布料器)和受料漏 斗组成。 (1)大钟、大料斗及煤气封罩

马基式布料器双钟炉顶
1-大料斗;2-大钟; 4-煤气封罩;7、8、9-小料斗; ;小钟;23-受料漏斗; 3-大钟杆;14-小钟杆; ;10-小齿轮;11-大齿轮 12-支撑轮;13-定位轮; 15-钟杆密封;16-轴承;17-大钟杆吊挂件; 18-小钟杆吊挂件;19-放散阀;20-均压阀;21-小钟密封

1)大钟

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大钟用来分布炉料,其直径与炉喉直径配合,以保证合适的炉喉间 隙,已定型化生产。大钟一般用 35 号钢整体铸造。 2)大料斗 大料斗通常由 35 号钢铸成。大高炉,常将大料斗做成两节,这样当 大料斗下部磨损时,可以只更换下部,上部继续使用。为了密封良好, 与大钟接触的下部要整体铸成, 料斗壁倾角应大于 70°, 壁应做得薄些, 厚度不超过 55mm,而且不需要加强肋,这样,高压操作时,在大钟向上 的巨大压力下,可以发挥大料斗的弹性作用,使两者紧密接触。 在使用过程中由于大钟、大料斗间易磨损,为了减小磨延长其寿命, 常采取以下措施: ①采用刚性大钟与柔性大料斗结构。在炉喉温度条件下,大钟在煤 气托力和平衡锤的作用下,给大料斗下缘一定的作用力,大料斗的柔性 使它能够在接触面压紧力的作用下,发生局部变形,从而使大钟与大料 斗密切闭合。 ②采用双倾斜角的大钟,即大钟下部的倾角为 53°,下部与大料斗 接触部位的倾角为 60°。 ③在接触带堆焊硬质合金,提高接触带的抗磨性,大钟与大料斗间 即使产生缝隙,也因有耐磨材质的保护而延长寿命。

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④在大料斗内充压,减小大钟上、下压差。 采用这些打措施后都可有同程度地减小或消除磨损。 3)煤气封罩 它与大料斗连接,是封闭大小料钟之间的外壳,一般由钢板焊接而 成。其容积为料车有效容积的 5~6 倍,煤气封罩上设有两个均压阀管的 出口和 4 个人孔,4 个人孔中 3 个小的人孔为日常维修时的检视孔,一 个大的椭圆形人孔用来在检修时,放进或取出半个小料钟。 (2)布料器 由于料车只能从斜桥方向将炉料通过受料漏斗装入小料斗中,炉料 粒度产生偏析的现象十分严重,为了消除这种不均匀现象,通常采用的 措施是将小料斗改成旋转布料器,或者在小料斗之上加旋转漏斗。 1)马基式旋转布料器由小钟、小料斗和小钟杆组成,位于受料漏斗 之下,煤气封罩之上。整个布料器由电机通过传动装置驱动旋转,由于 旋转布料器的旋转,小钟采用焊接性能较好的 ZG35Mn2 铸成, 2)快速旋转布料器 快速旋转布料器实现了旋转件不密封、密封件不旋转。它在受料漏 斗与小料斗之间加一个旋转漏斗,当上料机向受料漏斗卸料时,炉料通 过正在快速旋转的漏斗,使料在小料斗内均匀分布,消除堆尖。其结构

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示意图见图 5-2a。





图 5-2 布料器结构示意图
a-快速旋转布料器;b-空转螺旋布料器 1-旋转漏斗;2-小料斗;3-小钟

3)空转螺旋布料器 空转螺旋布料器与快速旋转布料器的构造基本相同,只是旋转漏斗 的开口做成单嘴的并且操作程序不同,见上图 b。小钟关闭后,旋转漏 斗单向慢速(3.2r/min)空转一定角度,然后上料系统再通过受料漏斗、 静止的旋转漏斗向小料斗内卸料。空转螺旋布料器和快速旋转布料器消 除了马基式布料器的密封装置,结构简单,工作可靠,增强了炉顶的密 封性能,减小了维护检修的工作量。另外,由于旋转漏斗容积较小,没 有密封的压紧装置,所以传动装置的动力消耗较少。例如,255m3 高炉用 马基式布料器时传动功率为 11kw,用快速旋转漏斗时为 7.5kw,而空转 螺旋布料器则更小,2.8kw 已足够。

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2、无料钟炉顶





钟式炉顶轩日趋庞大和复杂。使加工、运输、安装、检修带来极为 不便;更换大钟极为困难,向炉内装料时要均匀合理布料难以达到实现, 高压操作时难以密封等,因而卢森堡 PW 公司于 1972 年在联邦德国蒂森 1445m3 高炉上首先推出了无料钟炉顶装置, 彻底解决了布料和密封问题。 PW 早期推出的无钟炉顶设备是并罐式结构,直到今天,仍然有着广泛的 市场。串罐式无钟炉顶设备出现得较晚,是 1983 年由 PW 公司首先推出 的,并于 1984 年投入运行,它的出现以及随之而来的一系列改进,使得 无料钟炉顶装料设备有了一个崭新的面貌。 1) 、并罐式无料钟炉顶 并罐式无钟炉顶的结构主要由受料漏斗、称量料罐、中心喉管、气 密箱、布料溜槽等五部分组成。
(1)受料漏斗

有带翻板的固定式和带轮子可左右移动的活动式受料漏斗两种。带 翻板的固定式受料漏斗通过翻板来控制向哪个称量料罐卸料,带有轮子 的受料漏斗,可沿滑轨左右移动,将炉料卸到任意一个称量料罐。受料 漏斗外壳系钢板焊接结构,内衬为含 25%的高铬铸铁衬板。

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并罐式炉顶
1-受料罐;2-罐位置移动装置;3-上密封阀(关) ;4-上密封阀(开) ;5-料仓 1;6-料仓 2; 7-料流控制阀(开) ;8-下密封阀(开) ;9-料流控制阀(关) ;10-下密封阀(关) ; 11-齿轮箱;12-中心喉管;13-旋转溜槽;14-均压阀;15-放散阀;16-半净煤气

(2)称量料罐 并罐式无钟顶有两个并列称量料罐,两个料罐交替使用。料罐其作 用是接受、贮存炉料和均压室作用,内壁有耐磨衬板加以保护。在称量 料罐上口设有上密封阀,下部装有下密封阀,在下密封阀的上部设有调 节料流用闸门,也称下截流阀。每个料罐的有效容积为最大矿石批重或

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最大焦批重 1.0~1.2 倍。密封阀直径可取大些,因为主要考虑把受料漏 斗接过来的炉料尽量在 30 秒内装入料罐,一般取 1400~1800mm。下密 封阀直径和下截流阀水力学半径尽可能小为宜,过大易于造成下料流量 偏大,造成布料周向偏析,过小造成卡料,且影响生产能力。下密封阀 直径 700~1000mm。 料罐设有电子称,用以监视料罐料满、料空、过载和料流速度等情 况,同时发出信号指挥上下密封阀的开启、关闭动作和料流阀的开度, 指挥布料溜槽在螺旋布料方式下何时进行倾动。有的高炉料罐没有电子 称,但有雷达或放射性同位素 Co60 来测量料罐料满、料空信号。 (3)中心喉管 中心喉管是料罐内炉料入炉的通道,它上面设有一叉形管和两个称 量料罐相连。要求它既能满足下料速度的需求,又不会引起卡料,—般 为φ 500~700mm。 (4) 旋转溜槽及气密箱 旋转溜槽为半圆形的长度为 2~4m 的槽子,布料溜槽本体由耐热钢 (ZGCr9Si2)铸成,上衬有鱼鳞状衬板。鱼鳞状衬板上堆焊 8mm 厚的耐热 耐磨合金材料。旋转溜槽用四个销轴挂在 U 形卡具中,U 形卡具通过它 本身的两个耳轴吊挂在旋转圆环下面,一侧伸出的耳轴上固定有扇形齿

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轮,以便传动并驱动溜槽。 溜槽的工作范围:





圆周方向:正反旋转 360°,为了减少溜槽的磨损,延长其寿命, 顺时针方向旋转一段时间后,再逆时针旋转同样的时间。循环往复。 垂直方向: 按照高炉装料方式的要求进行径向上的摆动 (规定角度) 。 气密箱:起密封煤气的作用,由上密封阀和下密封阀组成。两者交 替进行工作。

(5) 旋转溜槽传动机构 旋转溜槽传动机构分为两个部分:一部分为行星减速器,另一部分 是位于炉内的气密箱。传动机构要完成的动作是:使溜槽绕高炉中心线 安徽冶金科技职业学院 第 页







作旋转运动和在垂直平面内改变溜槽倾角, 并罐式无钟炉顶与钟式炉顶装料设备相比具有以下主要优点: ①布料采用可倾动的旋转溜槽,提高了布料的多样化和调剂手段、 可实现环形布料、螺旋布料、定点布料和扇形布料等。 ②建设投资低。无料钟炉顶的高度较钟阀式炉顶低 1/3,设备重量 比钟阀式炉顶减少 1/2~1/3。 ③密封阀代替料钟,并且密封阀不与炉料接触,密封性能得到改善, 可进一步提高炉顶压力和延长炉顶寿命。 ④两个称量料罐交替工作,当一个称量料罐向炉内装料时,另一个称 量料罐接受系统装料,具有足够的装料能力和赶料线能力。 但是并罐式无钟炉顶也有其不利的一面: ①炉料在中心喉管内呈蛇形运动。因而造成中心喉管磨损较快。 ②由于称量料罐中心线和高炉中心线有较大的间距,会在布料时产 生料流偏析现象,称之为并罐效应。高炉容积越大,并罐效应就越加明 显。在双料罐交替工作的情况下,出于料流偏析的方位是相对应的,尚 能起到一定的补偿作用,一般只要在装料程序上稍做调整,即可保证高 炉稳定顺行,但是从另一个角度讲,毕竟两个料罐所装入的炉料在品种 上、质量上不可能完全对等,因而并罐效应始终是高炉顺行的—个不稳 安徽冶金科技职业学院 第 页


定因素。





③尽管并列的两个称量料罐在理论上讲可以互为备用,即在一侧出 现故障、检修时用另一侧料罐来维持正常装料,但是实际生产经验表明, 由于并罐效应的影响,单侧装料一般不能超过 6h,否则炉内就会出现偏 行,引起炉况不顺。另外,在不休风并且一侧料罐维持运行的情况下, 对另一侧料罐进行检修,实际上也是相当困难的。
3、 串罐式无料钟炉顶

串罐式无钟炉顶的结构主要由受料漏斗、称量料罐、中心喉管、气密 箱、布料溜槽等五部分组成。其结构如图。

串罐式无钟炉顶装置示意图
1-上料皮带机;2-挡板;3-受料漏斗;4-上料闸;5-上密封阀;6-称量料罐; 7-下截流阀;8-下密封阀;9-中心喉管;10-旋转溜槽;11-中心导料器

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与并罐式无钟炉顶相比,串罐式无钟炉顶有一些重大的改进: ①密封阀由原先单独的旋转动作改为倾动和旋转两个动作,最大 限度地降低了整个串罐式炉顶设备的高度,并使得密封动作更加合 理。 ②采用密封阀阀座加热技术,延长了密封圈的寿命。 ③在称量料罐内设置中心导料器, 使得料罐在排料时形成质量料流; 改善了料罐排料时的料流偏析现象。 ④1988 年 PW 公司进一步又提出了受料漏斗旋转的方案,以避免皮 带上料系统向受料漏斗加料时由于落料点固定所造成的炉料偏析。 概括起来,串罐式无钟炉顶与并罐式无钟炉顶相比具有以下特点: ①投资较低,和并罐式无钟炉顶相比可减少投资 10%。 ②在上部结构中所需空间小,从而使得维修操作具有较大的空间。 ③设备高度与并罐式炉顶基本一致。 ④极大地保证了炉料在炉内分布的对称性,减小了炉料偏析, 这一点 对于保证高炉的稳定顺行是极为重要的。 ⑤绝对的中心排料,从而减小了料罐以及中心喉管的磨损,但是, 旋转溜槽所受炉料的冲击有所增大,从而对溜槽的使用寿命有—定的影 响。 安徽冶金科技职业学院 第 页


4、无料钟炉顶的布料方式





无钟炉顶的旋转溜槽可以实现多种布料方式,根据生产对炉喉布料 的要求,常用的有以下 4 种基本的布料方式,见图。

图 5-10 无钟炉顶布料形式

(1)环形布料:倾角固定的旋转布料称为环形布料。 这种布料方式与料钟布料相似,改变旋转溜槽的倾角相当于改变料 钟直径。由于旋转溜槽的倾角可任意调节,所以可在炉喉的任一半径做 单环布料,将焦炭和矿石布在不同半径上以调整煤气分布。单环布料时 径向粒度偏析严重,粉末和小块集中在堆尖;并罐式的单环布料,炉料 圆周偏析较大,其偏料程度并不优于大钟布料。 (2)螺旋形布料: 倾角变化的旋转布料称为螺旋形布料或称为多环布 安徽冶金科技职业学院 第 页







料。布料时溜槽做等速的旋转运动,每转几圈跳变一个倾角,这种布料 方法能把炉料布到炉喉截面任一部位,能获得较平坦的料面,径向粒度 偏析好于单环布料,O/C 沿径向分布也较稳定和均匀。 (3)定点布料,方位角固定的布料形式称为定点布料。当炉内某部位 发生“管道”或“过吹”时,需用定点布料。 (4)扇形布料, 方位角在规定范围内反复变化的布料形式称为扇形布 料。当炉内产生偏析或局部崩料时,采用该布料方式。布料时旋转溜槽 在指定的弧段内低速来回摆动。 前两种布料为高炉正常生产时的布料,后两种为高炉生产出现事故 时处理事故的布料。 四、均压控制装置 1.炉顶为何要进行均压 高压操作的高炉,为了降低煤气的流速,延长煤气和炉料在炉内接 触时间而采用了高压操作这一新技术。由于炉顶压力的提高,而使得炉 内煤气的浮力增大,向炉内装料就产生了困难,为了保证炉料能顺利装 入炉内而不发生困难,就要对炉顶均压,因此,在炉顶增加了均压控制 装置。 对双钟炉顶来说,大小钟之间的料斗是均压室,对无钟炉顶来说,

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下料罐是均压室。 2.均压控制设备





均压控制设备主要有调压阀组、炉顶均排压设备、二次均压用氮气 贮存设备等。 1) .调压阀组

2)均压和排压设备 均压设备:均压管(充压管) 、均压阀(充压阀)和二次均压管; 排压设备:放散管(泄压管)和放散阀(泄压阀) 安徽冶金科技职业学院 第 页


3) 、均压原理(均压过程)





无料钟炉顶为了适应高压操作的要求和避免料罐内棚料,在料罐的 顶部和下部设置密封阀,料罐即为均压室。串罐式无料钟高炉炉顶均压、 放散工艺如图所示,上罐向下罐漏料时,下罐处于常压状态,接近大气 压力,此前应进行排压,即放散,将下罐的压力降低到接近常压;下罐 向炉内卸料时,下罐内处于高压状态,此前应进行充压,即均压,将下 罐的压力升高到接近炉内压力;为了稳定下罐压力,也即稳定炉顶压力, 对下罐补充一定量的氮气,即为补压。 一次均压用半净的煤气;二次均压用氮气,充压后的压力要求和炉 顶压力相等或稍高于炉顶压力,

串罐式无料钟高炉炉顶均压、放散示意图
1-万向膨胀节;1′-单向膨胀节;2-一次均匀阀;3-蝶阀;4-放散阀;5-安全阀; 6-蝶阀;7-单向阀;8-二次均压阀;9-安全阀;10-差压调节阀; 11-差压阀 N2 入口阀;12-差压阀高炉煤气入口阀;13-差压器;14-除尘器放水阀; 15-压力继电器;16-压力表(N2 压力) ;17-压力表(炉顶) ;18-安全阀

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五、探料装置 1、探料装置的作用:





探料装置的作用是正确探测炉喉料面和炉内炉料的下降速度,以 便及时上料。同时也是上部布料作业的重要依据。既可防止料满时开大 钟顶弯钟杆,又可防止低料线操作时炉顶温度过高,烧坏炉顶设备,炉 料下降速度反映炉况是否正常。 2、探料尺的种类: 目前使用最广泛的是机械传动的探料尺、微波式料面计和激光式 料面计。 ①机械传动的探料尺: 中型和高压操作的高炉多采用自动化的链条式探尺,它是链条下 端挂重锤的挠性探尺,见下图。探料尺的零点是大钟开启位置的下缘, 探尺从大料斗外侧炉头内侧伸入炉内,重锤中心距炉墙不应小于 300mm, 探尺卷筒下面有旋塞阀,可以切断煤气,以便在阀上的水平孔中进行重 锤和环链的更换。重锤的升降借助于密封箱内的卷筒传动。在箱外的链 轴上,安设一钢绳卷筒,钢绳与探尺卷扬机卷筒相连。探尺卷扬机放在 料车卷扬机室内,料线高低自动显示与记录。探尺的直流电机是经常通 电的 (向提升探尺方向) , 由于马达力矩小于重锤力矩, 故重锤不能提升,

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只能拉紧钢丝绳,以保证重锤在料面上是垂直的,到了该提升的时候, 只要切去电枢上的电阻,起动力矩随之增大,探尺才能提升,当提升到 料线零点以上时,大钟才可以打开装料。

图 5-13 链条探料尺
1-链条的卷筒;2-重锤

每座高炉设有两个探料尺,互成 180°,设置在大钟边缘和炉喉内 壁之间,并且能够提升到大钟关闭位置以上,以免被炉料打坏。 这种机械探料尺基本上能满足生产要求,但是只能测两点,不能全 面了解炉喉的下料情况;另外,由于探料尺端部直接与炉料接触,容易 由于滑尺和陷尺而产生误差。 大型高炉有 3~4 个探料尺,是一种小型集装型的探料尺,其电气控 制、电机、减速机和卷筒装成一个整体。
②、微波式料面计

微波料面计也称微波雷达,分调幅和调频两种,调幅式微波料面计 安徽冶金科技职业学院 第 页







是根据发射信号与接收信号的相位差来决定料面的位置,调频式微波料 面计是根据发射信号与接收信号的频率差来测定料面的位置。 微波料面计由机械本体、微波雷达、驱动装置、电控单元和数据处 理系统等组成。微波雷达的波导管、发射天线、接收天线均装在水冷探 测枪内,并用氮气吹扫。其测量原理如图 5-14 所示。 振荡器发出 55GHz 的微波与信号源发出 15MHz 的信号在调制器中调 制后,载波经波导管从抛物面状天线向炉料面发射,反射波由接收天线 接收,再经波导管送入混频器中混频(本机振荡频率为 53.5GHz) ,产生 1.5GHz 的中频微波,经检波、放大即得到 15MHz 的信号波,再经信号基 准延时进行比较,即可计算出测定的距离。

图 5-14 微波料面计的测量原理

③、激光料面计

激光料面计是 20 世纪 80 年代开发出的高炉料面形状检测装置,它是

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利用光学三角法测量原理设计的,如图 5-15 所示。

图 5-15 激光料面计

激光料面计已在日本许多高炉上使用,我国鞍钢也已应用。根据各 厂使用的经验,激光料面计与微波料面计相比,各有其优缺点。激光料 面计检测精度高、在煤气粉尘浓度相同和检测距离相等的条件下,其分 辨率是微波料面计的 25~40 倍。 但在恶劣环境下, 就仪表的可靠性来说, 微波料面计较方便。 6、炉顶装料设备的维护

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另外还有下阀箱、上密封阀、均排压系统等的维护,在此不再一一 介绍。

第六章
一、送风系统的任务:

送风系统

加热空气并将加热后的空气送入高炉炉内。 二、送风系统的组成; 鼓风机、冷风管路、热风炉、热风管路以及管路上的各种阀门等。 热风炉是将鼓风机送出的冷风加热成热风的设备,热风带入高炉的 热量约占总热量的四分之一,提高风温是降低焦比的重要手段,也有利 于增大喷煤量,目前鼓风温度一般为 1000~1200℃,最高可达 1400℃。 热风炉以高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气为燃料,高炉煤气约有二分之 一用于热风炉,提高热风炉效率对降低炼铁能耗有重大现实意义,热风 炉基建投资约占高炉车间总投资的二分之一,合理设计热风炉结构,减 少热风炉的体积和质量,延长热风炉的寿命,可以降低车间投资和生产 成本。 准确选择送风系统鼓风机,合理布置管路系统,阀门工作可靠、热 风炉工作效率高,是保证高炉优质、低耗、高产的重要因素之一。 1、高炉用鼓风机 安徽冶金科技职业学院 第 页


1) 、高炉冶炼对鼓风机的要求





(1)要有足够的鼓风量。 高炉鼓风机要保证向高炉提供足够的空气, 以保证焦炭的燃烧。 (2)要有足够的鼓风压力。 高炉鼓风机出口风压应能克服送风系统的 阻力损失、克服料柱的阻力损失,保证高炉炉顶压力符合要求。 (3)既能均匀、稳定地送风,又要有良好的调节性能和一定的调节范 围。当高炉要求固定风量操作时,风量应不受风压波动的影响,即当风 压波动时,风量不应受风压波动的影响。 2) 、高炉鼓风机的种类 常用的高炉鼓风机有离心式和轴流式两种。 (1)离心式鼓风机 离心式鼓风机的工作原理,是靠装有许多叶片的叶轮高速旋转所产 生的离心力,使空气达到一定的风量和风压。高炉用的离心式鼓风机一 般都是多级的,级数越多,鼓风机的出口风压也越高。 下图为四级离心式鼓风机。空气由进风口进入第一级叶轮,在离心 力的作用下提高了运动速度和密度,并由叶轮顶端排出,进入环形空间 扩散器,在扩散器内空气的部分动能转化为压力能,再经固定导向叶片 流向下—级叶轮,经过四级叶轮,将空气压力提高到出口要求的水平,

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经排气口排出。





图 6-1 四级离心式鼓风机
1-机壳;2-进气口;3-工作叶轮;4-扩散器;5-固定导向叶片;6-排气口

(2)轴流式鼓风机 轴流式鼓风机结构见下图,是由装有工作叶片的转子和装有导流叶 片的定子以及吸气口、排气口组成,其工作原理是依靠在转子上装有扭 转一定角度的工作叶片随转子一起高速旋转, 由于工作叶片对气体做功, 使获得能量的气体沿轴向流动,达到一定的风量和风压。转子上的一列 工作叶片与机壳上的一列导流叶片构成轴流式鼓风机的一个级。级数越 多,空气的压缩比越大,出口风压也越高。

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图 6-3 轴流式鼓风机
1-机壳;2-转子;3-工作叶片;4-导流叶片;5-吸气口;6-排气口

我国新建的 1000 m3 以上的高炉,均采用轴流式鼓风机。国产固定 叶片的 2-3250-46 风机早已在梅山厂和攀钢等高炉上正常运转。宝钢 1 号高炉鼓风机为全静叶可调轴流式,并采用同步电动机驱动,最大风量 为 8800m3/min,最大风压为 0.61Mpa。 为确保高炉获得高产,合理选择风机是一项重要工作,选择风机的 主要依据是高炉有效容积和生产能力,同时也应考虑到使用地区的自然 气候条件,以及高炉冶炼条件。 2、热风炉 1) 、定义:热风炉是将鼓风机送出的冷风加热成热风的设备。 2)热风炉种类: 高炉炼铁在 1827 年开始加热鼓风炼铁。 直至目前热风炉根据燃烧室 和蓄热室布置形式的不同,分为 3 种基本结构形式: 安徽冶金科技职业学院 第 页


①、内燃式热风炉结构





即内燃式热风炉、外燃式热风炉和顶燃式热风炉。

图 6-6 内燃式热风炉
1-煤气管道;2-煤气阀;3-燃烧器;4-燃烧室;5-热风管道; 6-热风阀;7-大墙;8-炉壳;9-拱顶;10-蓄热室;11-隔墙; 12-冷风管道;13-冷风阀;14-烟道阀;15-支柱;16-炉箅子

内燃式热风炉基本结构见图。它由炉衬、燃烧室、蓄热室、炉壳、 拱顶、隔墙、炉箅子和支柱、管道及阀门等组成。 燃烧室和蓄热室砌在同—炉壳内,它们之间砌有隔墙。煤气和空气 由管道经阀门送入燃烧器并在燃烧室内燃烧,燃烧的热烟气向上运动经

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拱顶改变方向,向下穿过蓄热室,然后进入烟道,经烟囱排入大气。在 热烟气穿过蓄热室时,将蓄热室内的格子砖加热。格子砖被加热并蓄存 一定热量后,热风炉停止燃烧,转入送风。送风时冷风从下部冷风管道 经冷风阀进入蓄热室。空气通过格子砖被加热,经拱顶进入燃烧室,再 经热风出口、热风阀、热风总管送至高炉。 A、炉墙 炉墙起隔热作用并在高温下承载荷载。炉墙一般由砌体(大墙)、填 料层、隔热层组成。 B、燃烧室 燃烧室是燃烧煤气的空间,位于炉内—侧紧靠大墙。它的断面形状 有 3 种:圆形、眼睛形和复合形,见图 6-7。

图 6-7

燃烧室断面形状

A-圆形;B-眼睛形;C-复合形

圆形的煤气燃烧较好,隔墙独立而较稳定,但占地面积大,蓄热室 死角面积大,相对减少了蓄热面积。目前除外燃式外,新建的内燃式热 安徽冶金科技职业学院 第 页







风炉均不采用。眼睛形占地面积小,烟气流在蓄热室分布较均匀,但燃 烧室当量直径小,烟气流阻力大,对燃烧不利,在隔墙与大墙的咬合处 容易开裂,故一般用于小高炉。复合形也叫苹果形,兼有上述二者的优 点,但砌筑复杂,一般多用于大中型高炉。 燃烧室断面积(包括隔墙面积)占热风炉总断面积的 22~30%,大高 炉取小值,小高炉取大值。 C、蓄热室 蓄热室是热风炉贮存热量的空间,也是进行热交换的主体, ,它由格 子砖砌筑而成。砖的表面就是蓄热室的加热面,格子砖就是贮存热量的 介质。格子砖的特性对热风炉的蓄热能力、换热能力以及热效率有直接 影响。 现在用的格子砖是块状穿孔砖,是在整块砖上穿孔,而孔型有圆形、 方形、长方形、六角形等,采用较多的是五孔砖和七孔砖,下图为五孔 和七孔格子砖结构图。

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a
图 6-8 格子砖结构图
a-五孔格子砖;b-七孔格子砖

b

D、拱顶 拱顶是连接燃烧室和蓄热室的砌筑结构,在高温气流作用下应保持 稳定,并能够使燃烧的烟气均匀分布在蓄热室断面上。传统内燃式热风 炉拱顶为半球形,见图。

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热风炉半球形拱顶结构



由于拱顶是热风炉温度最高的部位,必须选择优质耐火材料砌筑, 并且要求绝热保温。 锥球形拱顶如图。

热风炉锥球形拱顶

E、支柱及炉箅子 蓄热室全部格子砖都通过炉箅子支承在支柱上,当废气温度不超过 350℃,短期不超过 400℃时,用普通铸铁就能稳定地工作。当废气温度 较高时,可用耐热铸铁(Ni0.4~0.8%,Cr0.6~1.0%)或高锰耐热铸铁。 为避免堵住格孔,支柱和炉箅子的结构应和格孔相适应,如图所示。 支柱高度要满足安装烟道和冷风管道的净空需要,同时保证气流畅通。 炉箅子的块数与支柱数相同,而炉箅子的最大外形尺寸,要能从烟道口 安徽冶金科技职业学院 第 页


进出。





图 6-12

支柱及炉箅子的结构

②、改进型内燃式热风炉 20 世纪 60 年代以前各国高炉热风炉普遍采用传统型内燃式热风 炉,这种结构热风炉风温提高到 1000℃以上时,燃烧室隔墙易倒塌, 拱顶裂缝掉砖,寿命缩短。 为了提高风温,延长寿命,1972 年,荷兰霍戈文艾莫伊登厂在新 建的 7 号高炉(3667m3)上对内燃式热风炉做了较彻底的改进,年平均 风温达 1245℃,热风炉寿命超过两代高炉炉龄,成为内燃式热风炉 改造最成功的代表。改进后的内燃式热风炉,在国外称霍戈文内燃式 热风炉,我国称改进型内燃式热风炉,如下图。改进的重点是:拱顶 的结构形式、燃烧室与蓄热室的隔墙、燃烧器等, 安徽冶金科技职业学院 第 页







由于霍戈文内燃式热风炉与同级别外燃式热风炉相比,具有体积 小占地面积少、材料用量少,投资省(30~35%)等优点;更由于其卓 越的生产效果,因此午 可以满足高风温长寿命的要求。

图 6-13

改进型内燃式热风炉

③、外燃式热风炉 外燃式热风炉由内燃式热风炉演变而来,它是将内燃式热风 炉的燃烧室移出和蓄热室形成两个独立室, 而用不同的连接方式
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将其顶部连接起来。基本结构形式如图。

a 图 6-14

b

c 外燃式热风炉结构示意图

d

a-拷贝式;b-地得式;c-马琴式;d-新日铁式

新日铁式外燃热风炉是主要特点是:蓄热室上部有一个锥体段, 使蓄热室拱顶直径缩小到和燃烧室直径相同, 拱顶下部耐火砖承受的 荷重减小,提高了结构的稳定性;对称的拱顶结构有利于烟气在蓄热 室中的均匀分布,提高传热效率。 外燃式热风炉的优点: ①寿命长且有利于提高热风温度; ②燃烧室、蓄热室、拱顶等结构稳定性好,可以承受高温作用; 安徽冶金科技职业学院 第 页







③燃烧室断面为圆形,当量直径大,有利于煤气燃烧。气流在蓄 热室格子砖内分布均匀,提高了格子砖的有效利用率和热效率。送风 温度较高,可长时间保持 1300℃风温。 缺点是结构复杂,占地面积大,钢材和耐火材料消耗多,基建投 资比同等风温水平的内燃式热风炉高 15~35%,一般应用于新建的 大型高炉。 ④、顶燃式热风炉 顶燃式热风炉又称为无燃烧室热风炉,其结构如图所示。它是将 煤气和空气直接引入拱顶空间内燃烧。 为了在短暂的时间和有限的空 间内,保证煤气和空气很好地混合并完全燃烧,就必须使用大功率的 高效短焰烧嘴或无焰烧嘴。 而且烧嘴的数量和分布形式应满足燃烧后 的烟气在蓄热室内均匀分布的要求。

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a 图 6-15 顶燃式热风炉

b

a-结构示意图;b-平面布置图 1-燃烧器;2-热风出口;3-烟气出口;4-冷风入口

⑤、球式热风炉 球式热风炉的结构与顶燃式热风炉相同,所不同的是蓄热室用自 然堆积的耐火球代替格子砖。由于球式热风炉需要定期卸球,故目前 仅用于小型高炉的热风炉,分落地式与架空式,如图。

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a 球式热风炉

b

3) 、热风炉的工作原理: 蓄热式热风炉基本工作原理:煤气在燃烧室燃烧,高温烟气通过蓄 热室将格子砖加热,然后再将冷风通过炽热格子砖,冷风被加热并送入 高炉。 由于燃烧和送风交替进行,为保证向高炉连续供风,通常每座高炉 配置 3 座或 4 座热风炉。热风炉的大小及各部位尺寸,取决于高炉所需 要的风量及风温。热风炉的加热能力用每 1m3 高炉有效容积所具有的加 热面积表示,一般为 80~100m2/m3 或更高。 4) 、燃烧器 燃烧器是用来将煤气和空气混合,并送入燃烧室内燃烧的设备。它 安徽冶金科技职业学院 第 页







应有足够的燃烧能力,即单位时间能送进、混合、燃烧所需要的煤气量 和助燃空气量,并排出生成的烟气量,不致造成过大的压头损失(即能量 消耗)。其次还应有足够的调节范围,空气过剩系数可在 1.05~1.50 范围 内调节。应避免煤气和空气在燃烧器内燃烧、回火,保证在燃烧器外迅 速混合、完全而稳定地燃烧。燃烧器种类很多,我国多用陶瓷燃烧器。 陶瓷燃烧器是用耐火材料砌成的,安装在热风炉燃烧室内部。一般 是采用磷酸盐耐火混凝土或矾土水泥耐火混凝土预制而成,也有采用耐 火砖砌筑成的,下图为几种常用的陶瓷燃烧器。

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图 6-18 几种常用的陶瓷燃烧器
a-套筒式陶瓷燃烧器; ,b-三孔式陶瓷燃烧器;c-栅格式陶瓷燃烧器 Ⅰ-磷酸混凝土;Ⅱ-黏土砖

5) 、炉壳及基础 热风炉炉壳是一种密封和支撑设施,它主要承受鼓风压力,耐火砖衬 热膨胀压力,以及一定的温度作用,还要支撑拱顶砌体载荷。炉壳由普 通碳素钢钢板焊接而成,为了确保密封,炉壳和炉底封板焊成一个密闭 的整体,施工过程中必须保证焊接质量。 三、热风炉管道与阀门 热风炉是高温、高压的装置,其燃料易燃、易爆并且有毒,因此 设备必须工作可靠,能够承受高温及高压的作用,所有阀门必须具有 良好的密封性;设备结构应尽量简单,便于检修,方便操作;阀门的 启闭传动装置均应设有手动操作机构, 启闭速度应能满足工艺操作的 要求。 1、 热风炉管道、阀门等设备的配置情况 如图所示。

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图 6-21

外燃式热风炉系统示意图

1-焦炉煤气压力调节阀;2-高炉煤气压力调节阀;3-空气流量调节阀;4-焦炉煤气流量调节阀; 5-高炉煤气流量调节阀;6-空气燃烧阀;7-焦炉煤气阀;8-吹扫阀;9-高炉煤气阀; 10-焦炉煤气放散阀;11-高炉煤气放散阀;12-焦炉煤气燃烧阀;13-高炉煤气燃烧阀;14-热风放散阀; 15-热风阀;16-点火装置;17-燃烧室;18-混合室;19-混风阀;20-混风流量调节阀; 21-蓄热室;22-充风阀;23-废风阀;24-冷风阀;25-烟道阀;26-冷风流量调节阀;27-放风阀

2、热风炉管道 热风炉系统设有冷风管、热风管、混风管、燃烧用净煤气管和助 燃风管、倒流休风管和废气管道等。 冷风管应保证密封,常用厚为 4~12mm 钢板焊成。 热风管道由约 10mm 厚的普通钢板焊成,要求管道的密封性好, 热损失小。

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混风管是为了稳定热风温度而设,它根据热风炉的出口温度而掺 入一定数量的冷风。 采用双炉并联 (一炉为主送, 一炉为副送) 送风, 高低风温互相配合调节,可取消混冷风操作。 倒流休风管(或热风放散管)实际上是安装在热风总管上的烟囱, 其外壳用 10mm 厚的钢板焊成,因为倒流气体温度很高,所以下部要 砌一段耐火砖,并安装有水冷阀门,平时关闭,倒流休风时打开。 净煤气管道是将烧热风炉使用的净煤气引入热风炉的管道。 废气管道是给热风炉均压的管道。 3、热风炉阀门 根据热风炉周期性工作的特点,可将热风炉阀门分为控制燃烧系 统的阀门以及控制鼓风系统的阀门两类。 控制燃烧系统的阀门及其装置的作用是把助燃空气及煤气送入热 风炉燃烧,并把废气排出热风炉。它们还起着调节煤气和助燃空气的 流量,以及调节燃烧温度的作用。当热风炉送风时,燃烧系统的阀门 又把煤气管道、助燃空气风机及烟道与热风炉隔开,以保证设备的安 全。 燃烧系统的阀门有: 空气燃烧阀、 高炉煤气燃烧阀、 高炉煤气阀、 高炉煤气放散阀、焦炉煤气燃烧阀、焦炉煤气阀、吹扫阀、焦炉煤气 安徽冶金科技职业学院 第 页







放散阀、助燃空气流量调节阀、高炉煤气流量调节阀、焦炉煤气流量 调节阀及烟道阀等。除高炉煤气放散阀、焦炉煤气放散阀及吹扫阀以 外, 其余阀门在燃烧期均处于开启状态, 在送风期又均处于关闭状态。 鼓风系统的阀门将冷风送入热风炉,并把热风送到高炉。其中一 些阀门还起着调节热风温度的作用。送风系统的阀门有:热风阀、冷 风阀、混风阀、混风流量调节阀、充风阀、废气阀及冷风流量调节阀 等。除充风阀和废气阀外,其余阀门在送风期均处于开启状态,在燃 烧期均处于关闭状态。 (1)热风阀 热风阀安装在热风出口和热风主管之间的热风短管上。在燃烧期 关闭,隔断热风炉与热风管道之间的联系。 热风阀在 900~l300℃和 0.5Mpa 左右压力的条件下工作,是阀门 系统中工作条件最恶劣的设备。常用的是闸板阀,如图 6-23 示,一 般采用铸钢和锻钢、钢板焊接结构。它由阀板(闸板) 、阀座圈、阀 外壳、冷却进出水管组成。阀板(闸板) 、阀座圈、阀壳体都有水冷。 为了防止阀体与阀板的金属表面被侵蚀, 在非工作表面喷涂不定形耐 火材料,这样也降低热损失。

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图 6-23

热风阀

1-上盖;2-阀箱;3-阀板;4-短管;5-吊环螺钉;6-密封垫片;7-防蚀镀锌片; 8-排水阀;9-测水阀;10-弯管;11-连接管;12-阀杆;13-金属密封填料; 14-弯头;15-标牌;16-防蚀镀锌片;17-连接软管;18-阀箱用不定形耐火料; 19-密封用堆焊合金;20-阀体用不定形耐火料;21-阀箱用挂桩;22-阀体用挂桩

(2)切断阀 切断阀用来切断煤气、助燃空气、冷风及烟气。切断阀结构有多 种,如闸板阀、曲柄盘式阀、盘式烟道阀等,见下图。 ①闸板阀见图 6-24a。闸板阀起快速切断管道的作用,要求闸板与 阀座贴合严密,不泄漏气体,关闭时一侧接触受压、装置有方向性, 安徽冶金科技职业学院 第 页







可在不超过 250℃温度下工作。 ②曲柄盘式阀。曲柄盘式阀亦称大头阀,也起快速切断管路作用, 其结构见图 6-24b。该种阀门常作为冷风阀、混风阀、煤气切断阀、 烟道阀等。它的特点是结构比较笨重,用做燃烧阀时因一侧受热,可 能发生变形而降低密封性。 ③盘式烟道阀。盘式烟道阀装在热风炉与烟道之间,曾普遍用于 内燃式热风炉。为了使格子砖内烟气分布均匀。每座热风炉装有两个 烟道阀。其结构见图 6-24c。

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切断阀
a-闸板阀;b-曲柄盘式阀;c-盘式烟道阀;1-阀体;2-阀盖;3-阀盘;4-杠杆;5-曲柄;6-轴;7-阀座

(3)调节阀 一般采用蝶形阀作为调节阀,它用来调节煤气流量、助燃空气流 量、冷风流流量等。 煤气流量调节阀用来调节进入燃烧器的煤气量。混风调节阀用来 安徽冶金科技职业学院 第 页







调节混风的冷风流量,使热风温度稳定。调节阀只起流量调节作用, 不起切断作用。蝶形调节阀结构见图。

图 6-25

蝶形调节阀

1-外壳;2-阀板;3-轴;4-杠杆

(4)充风阀和废风阀 热风炉从燃烧期转换到送风期, 当冷风阀上没有设置均压小阀时, 在冷风阀打开之前必须使用充风阀提高热风炉内的压力。反之,热风 炉从送风期转换到燃烧期时,在烟道阀打开之前需打开废风阀,将热 风炉内相当于鼓风压力的压缩空气由废风阀排放掉,以降低炉内压 力。 有的热风炉采用闸板阀作充风阀及废风阀,有的采用角形盘式阀 作废风阀。

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热风炉充风阀直径的选择对换炉时间, 换炉时风量和风压的波动, 以及高炉鼓风机的控制有关。 (5)放风阀 放风阀安装在鼓风机与热风炉组之间的冷风管道上,在鼓风机不 停止工作的情况下, 用放风阀把一部分或全部鼓风排放到大气中的方 法来调节入炉风量。

放风阀及消音器
1-阀壳;2-活塞;3-连杆;4-蝶形阀板;5-消音器

放风阀是由蝶形阀和活塞阀用机械连接形式组合的阀门,如图。 送入高炉的风量由蝶形阀调节,当通向高炉的通道被蝶形阀隔断时, 连杆连接的活塞将阀壳上通往大气的放气孔打开(图中位置),鼓风从 放气孔中逸出。放气孔是倾斜的,活塞环受到均匀磨损。 放风时高能量的鼓风激发强烈的噪音,影响劳动环境,危害甚大, 安徽冶金科技职业学院 第 页


放风阀上必须设置消音器。 (6)冷风阀





冷风阀是设在冷风支管上的切断阀。当热风炉送风时,打开冷风 阀可把高炉鼓风机鼓出的冷风送入热风炉。当热风炉燃烧时,关闭冷 风阀,切断了冷风管。因此,当冷风阀关闭时,在闸板一侧上会受到 很高的风压,使闸板压紧阀座,闸板打开困难,故需设置有均压小门 或旁通阀。在打开主闸板前,先打开均压小门或旁通阀来均衡主闸板 两侧的压力。冷风阀结构见图。

冷风阀
1-阀盖;2-阀壳;3-小齿轮;4-齿条;5-主闸板;6-小通风闸板;7-差动减速器;8-电动机

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喷吹系统
一、喷吹的意义: 高炉经风口喷吹燃料已成为节焦最有效的措施之一。不仅能节约焦 炭,而且有利于提高风温和采用富氧鼓风,特别是喷吹燃料和富氧鼓风 相结合,在节焦和增产两方面都能取得非常好的效果;受到世界各国的 普遍重视。 二、喷吹燃料的种类: 高炉喷吹燃料有三种:气体燃料、液体燃料和固体燃料。 气体燃料主要有天然气和焦炉煤气等,其中以喷吹天然气最多。气体 燃料输送方便,喷吹设备简单,效果良好,一些资源丰富的国家广泛采 用,如独联体国家等。液体燃料主要有重油和焦油等,液体燃料发热值 高,设备简单,操作简单,日本等国家采用。固体燃料主要有无烟煤粉 和烟煤粉。目前我国高炉主要喷吹煤粉。这里主要介绍煤粉的喷吹。 三、高炉冶炼对喷吹燃料的要求 (1)燃料中可燃性碳、氢及其化合物的含量要多,发热值越高越好。 喷入高炉的燃料是以其放出的热量和形成的还原剂(CO、 H2)来代替焦炭。 燃料的发热值越高置换的焦炭越多。 (2) 煤的灰份含量低,一般要求小于 15%。有害杂质 S、P 含量要少, S 的含量一般要求小于 1%。 (3)煤的可磨性要好,可磨性指数 HGI 应大于 50。 (4)煤的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。 (5)喷吹煤粉水份含量少, 一般要求含水≤1%。 减少煤粉中的含水量, 可减少风口前高温区的吸热反应和便于煤粉的制备、分离和输送。 (6)喷吹煤粉粒度要细。除喷吹粒煤外,一般喷吹用煤粉要求粒度较 细,无烟煤-200 目的占 70~80%以上,烟煤-200 目的占 50%以上。 粒度要求细主要是利于煤粉在风口前迅速而完全的燃烧。 (7)液体燃料要求粘度低。这样可降低油的加热温度,进行管道输送 安徽冶金科技职业学院 第 页







和喷吹雾化,利于燃料的充分燃烧。 四、喷煤系统的组成 高炉喷煤系统主要由原煤贮运、煤粉制备、煤粉输送、煤粉喷吹、热 烟气及供气等部分组成。其工艺流程如下图所示,最新设计的高炉喷煤 系统还包括整个喷煤系统的计算机控制中心。
控制、计量系统

原煤贮运系统

热烟气系统

煤 粉 制 备 系 统

煤 粉 输 送 系 统

煤 粉 喷 吹 系 统

高 炉

供气系统(空气、氮气、蒸汽) 图 8-1 高炉喷煤的工艺流程

五、原煤及气体的供应系统

1、原煤贮运系统 为保证高炉喷煤作业的连续性和有效性,在喷煤工艺系统中,首 先应具有合适的原煤贮运系统。该系统包括综合煤场、煤棚、贮运 方式。 综合煤场应能分别堆放两种或两种以上的原煤及其他喷吹物, 并方便存取或按工艺要求进行配煤作业。 煤棚主要用于原煤的风干, 以便于制粉。煤场与煤棚之间的运输方式可以采用火车、汽车或皮 带。煤棚到制粉车间通常用皮带运输。 2、热烟气系统 制粉系统中,为了使煤粉便于研磨、输送和分离,要对原煤进行 干燥,使煤粉含水量≤1%,以提高煤粉研磨性和输送能力。热烟气 系统就是向制粉系统提供 280℃左右的少氧烟气,用来干燥煤粉和 输送煤粉。该系统由燃烧炉(加热炉或烟气炉) 、风机、输送管道及 阀门等设备组成。燃烧炉是一个由保温耐火材料砌筑的封闭的燃烧
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空间,壁上装有煤气烧嘴,有输烟气的烟道、烟囱及观测人孔等。 近来,用热风炉烟道废气作为干燥介质来干燥煤粉被大力推广。 热风炉废气具有 150~350℃的温度和含氧量低(<1%) ,且量大, 在质和量方面均能保证喷吹烟煤的生产需求和安全要求。使用热风炉废
气可使高炉与喷吹同步,同时节省了能源。因此,采用燃烧炉热风和热 风炉废气一道作为干燥介质是目前制粉干燥用气的最佳的选择。图 8-2 为热烟气系统工艺流程图。

图 8-2 热烟气系统工艺流程
1-调节阀;2-引风机;3-燃烧炉;4-烟囱阀;5-切断阀;6-烟气引风机

3、供气系统 供气系统主要供应压缩空气、氮气、蒸汽。压缩空气主要用于煤粉的 输送和喷吹,热烟气主要用于原煤的干燥和制备,氮气主要用于烟煤制 粉和喷吹时的气氛惰化,蒸汽主要用于设备的保湿和临时灭火。 六、 煤粉的制备系统 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、收粉等几部分组成。 在烟煤制粉中,设有相应的惰化防爆抑爆及相应监测控制装置。 1、制粉工艺流程 (1)球磨机制粉工艺 图 8-3a 所示为 20 世纪 80 年代广为采用的球磨机制粉工艺流程示意 图。原煤仓 1 中的原煤由给煤机 2 送入球磨机 9 内进行研磨。干燥气经 安徽冶金科技职业学院 第 页







切断阀 14 和调节阀 15 送入球磨机, 干燥气温度通过冷风调节阀 13 调节 混入的冷风量来实现,干燥气的用量通过调节阀 15 进行调节。 干燥气和煤粉混合物中的木屑及其它大块杂物被木屑分离器 10 捕捉 后由人工清理。煤粉随干燥气垂直上升,经粗粉分离器 11 分离,分离后 不合格的粗粉返回球磨机再次碾磨,合格的细粉再经一级旋风分离器 4 和二级旋风分离器 5 进行气粉分离, 分离出来的煤粉经锁气器 12 落入煤 粉仓 8 中,尾气经布袋收粉器 6 过滤后由二次风机排入大气。 —次风机出口至球磨机入口之间的连接管叫返风管。 设置此管的目的 是利用干躁气余热提高球磨机入口温度和在风速不变的情况下减轻布袋 收粉器的负荷,但生产实践证明此目的并没有达到。 此流程要求一次风机前常压运行,一次风机后负压运行,在实际生产 中很难控制。因此,在 20 世纪 90 年代初很多厂家对上述工艺流程进行 了改造,改造后的工艺流程如图 8-3b 所示。改造的主要内容有:(1)取 消一次风机,使整个系统负压运行;(2)取消返风管,减少煤粉爆炸点; (3)取消二级旋风分离器或完全取消旋风分离器。改造后大大简化了工艺 流程,减小了系统阻力损失,减少了设备故障点。

图 8-3 球磨机制粉工艺流程图
a-传统式;b-改进式 1-原煤仓;2-给煤机;3-一次风机;4-一级旋风分离器;5-二级旋风分离器; 6-布袋收粉器; 7-二次风机;8-煤粉仓;9-球磨机;10-木屑分离器;11-粗粉分离器; 12-锁气器;13-冷风调节阀;14-切断阀;15-调节阀;16-旋风分离器;17-排粉风机

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(2)中速磨制粉工艺 中速磨制粉工艺流程如图 8-4 所示。原煤仓 1 中的原煤经给料机送入 中速磨煤机 8 中进行碾磨,干燥气与冷风混合后对磨煤机内的原煤进行 干燥,当磨制烟煤时,干燥气应采用高炉热风炉废气。中速磨煤机自身 带有粗粉分离器,从磨煤机出来的气粉混合体进入细粉分离器或直接进 入布袋收集器,被捕捉的煤粉落入煤粉仓 7,净气由抽风机 5 抽入大气。 中速磨煤机不能磨碎的粗硬煤粒或杂物从主机下部的清渣孔排出。

中速磨制粉工艺流程图
1-原煤仓;2-给料机;3-布袋收集器;4-塞头阀;5-抽风机;6-锁气器;7-煤粉仓;8-中速磨煤机;9-阀门

2、主要设备 (1)磨煤机 磨煤机有低速、中速、高速之分。低速磨煤机又称球磨机,其转速 16~25r/min;中速磨煤机有平盘型、E 型和碗型,转速为 20~50 r/min; 高速磨煤机转速为 500~1500 r/min。

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筒式球磨机
1-进料部;2-轴承部;3-传动部;4-转动部;5-螺旋管;6-出料部;7-减速机;8-电动机

1)球磨机 球磨机的构造如图 8-5 所示。球磨机主体是一个直径 2~4m,长 3~ 8m 的卧式圆筒。筒内装有直径 30~60mm 的钢球,钢球体积占圆筒总体 积的 15~25%。筒体两端有空心轴颈,它由大瓦支撑。两端空心轴颈分 别与不活动的原煤引入管和煤粉引出管相连接。 含水 6~12%的原煤随干 燥介质由原煤引入管进入球磨机磨碎和干燥, 水份达 1%左右的细煤粉随 干燥介质从另一端的煤粉引出管被抽出。为防止煤块和煤粉堵塞,原煤 引入管和煤粉引出管与水平面成 45~60°倾斜角。球磨机的工作原理是 转动的筒体将钢球带到一定高度后,它们沿抛物线落下,把在衬板表面 的原煤砸碎,而处在钢球与衬板之间的底层钢球,钢球与钢球之间也由 于筒体的移动发生相对运动,把其间的煤粒碾磨成细粉。圆筒应控制一 定的转速,转速过快会因离心力过大而使钢球紧贴内壁不能下落,从而 无法磨煤,转速过小则会因钢球提升高度不够而减弱粉碎作用。 球磨机的驱动是电动机通过减速器与主动齿轮连接, 主动齿轮带动筒 体上的被动大齿轮使球磨机旋转。 球磨机的特点是设备简单易维护,对煤质要求不高,且能长时间地 连续运转。但是占地面积大,投资大,噪音大,电耗高,设备笨重,金 属消耗多。 2)中速磨煤机 中速磨煤机(简称中速磨)是近年来用于高炉喷煤制粉的一种新的磨 安徽冶金科技职业学院 第 页







煤设备。国外喷煤的高炉几乎都采用中速磨煤机;国内近年所新建和改 造的高炉喷煤系统,基本上采用了中速磨煤机。 中速磨的结构形式很多,有平盘磨,E 型磨、碗型磨及 MPS 磨,图 8-6 所示是平盘磨的结构。转盘 10 与辊子 4 是平盘磨的主要部件。电动 机通过减速机 9 带动转盘转动,转盘又带动辊子旋转,煤在转子与辊子 之间得到研磨。平盘磨是依靠辗压作用将煤磨碎的,碾压力来自辊子的 自重和弹簧的拉紧力(有的来自液压力) 。其工作原理是原煤经落煤管送 到转盘的中部,转盘转动所产生的离心力使煤连续不断地向边缘推移, 煤在辊子下面被碾碎。转盘边缘上装有一圈挡环 5,可以防止煤从转盘 上直接滑落出去,挡环还能保持转盘上有一定厚度的煤层,以提高磨煤 效率。干燥气从风道引入气室 7 后,以高速通过转盘周围的环形风道进 入转盘上部。气流的卷吸作用,将煤粉带入磨煤机上部的粗粉分离器中, 过粗的煤粉被分离后又直接返回到转盘上重新研磨,合格的煤粉随气流 进细粉收粉器或袋式收粉器。

图 8-6

平盘磨结构示意图

1-原煤入口;2-气粉出口;3-弹簧;4-辊子;5-挡环; 6-干燥气通道;7-气室;8-干燥气入口;9-减速箱;10-转盘

中速磨煤机与球磨机相比有如下主要优点:耗电低,噪音小、占地 安徽冶金科技职业学院 第 页







少、投资少、功能全、密封性能好,故中速磨对烟煤尤为合适。 (2)木屑分离器 在球磨机之后、粗粉分离器之前设有木屑分离器,它是靠内部安置的 一个筛网将木块和小杂物挡住而完成分离的,结构简单。 (3)煤粉收集设备 煤粉分离收集设备主要有粗粉分离器、旋风分离器和布袋收粉器。 1)粗粉分离器 粗粉分离器结构如图 8-7 所示。当携带煤粉的气流进入分离器后,由 于体积突然扩大,气流速度降低,加上碰撞钟的能量损失,粗颗粒落入 回煤管,重返球磨机进行粉碎,细粒煤粉则由气流带走,分离器中的钟 是可以自由升降的,以调节钟与壳体的间隙大小。若间隙越小,气流的 旋转强度就越大,分离下来的煤粉就越细。为避免煤粉过粗,在低速磨 煤机的后面设粗粉分离器。中速磨内部带有粗粉分离器。

图 8-7

粗粉分离器

2)旋风收粉器 旋风收粉器的任务是将由粗粉分离器过来的合格煤粉从气流中分离 出来,然送入煤粉仓。一般采用二级收粉,一级为旋风收粉,二级为多 管收粉。图 8-8 为旋风收粉器原理示意图。它由外筒、内筒及进气管组 成。粉气混合物经进气管进入筒内作螺旋旋转运动。由于离心力的作用 使多数煤粉分离后沿外筒内壁下落,部分小颗粒煤粉随气流经内筒进入 安徽冶金科技职业学院 第 页







排气管。多管收粉器实际上是由若干个小的旋风管组成,由于筒体半径 减少, 所以能收集到较细的煤粉。 旋风收粉器结构简单, 能有效收集 0.01 ㎜以上的煤粉。部分细粉由于得不到足够大的离心力而无法分离,这部 分煤粉必须由袋式收粉器来捕集。

图 8-8

旋风收粉器结构示意图

1-分离器入口;2-分离器出口;3-外壳体;4-排粉口

3)PPCS 气箱式脉冲布袋收粉器 新建煤粉制备系统一般采用 PPCS 气箱式脉冲布袋收粉器一次收粉, 简化了制粉系统工艺流程。 PPCS 气箱式脉冲布袋收粉器由灰斗、 排灰装 置、脉冲清灰系统等组成。箱体由多个室组成,每个室配有两个脉冲阀 和一个带气缸的提升阀。进气口与灰斗相通,出风口通过提升阀与清洁 气体室相通,脉冲阀通过管道与储气罐相连,外侧装有电加热器、温度 计、料位控制器等,在箱体后面每个室都装有一个防爆门。 PPCS 气箱式脉冲布袋收粉器的工作原理如图 8—9 所示, 当气体和煤 粉的混合物由进风口进人灰斗后,一部分凝结的煤粉和较粗颗粒的煤粉 由于惯性碰撞,自然沉积到灰斗上。细颗粒煤粉随气流上升进入袋室, 经滤袋过滤后,煤粉被阻留在滤袋外侧、净化后的气体由滤袋内部进人 箱体,再经阀板孔、出口排出,达到收集煤粉的作用,随着过滤的不断 进行,滤袋外侧的煤粉逐渐增多,阻力逐渐提高,当达到设定阻力值或 一定时间间隔时,清灰程序控制器发出清灰指令。首先关闭提升阀,切 安徽冶金科技职业学院 第 页







断气源,停止该室过滤,再打开电磁脉冲阀,向滤袋内喷入高压气体--氮气或压缩空气,以清除滤袋外表面捕集的煤粉。消灰完毕,再次打开 提升阀,进入工作状态。上述清灰过程是逐室进行的,互不干扰,当一 个室清灰时,其它室照常工作。

图 8-9

气箱式脉冲布袋收粉器结构示意图

1-提升阀;2-脉冲阀;3-阀板;4-隔板;5-滤袋及袋笼;6-灰斗;7-叶轮给煤机或螺旋输送机

4)排风风机 排粉风机是制粉系统的主要设备, 它是整个制粉系统中气固两相流流 动的动力来源,工作原理与普通离心通风机相同,排粉风机的风叶成弧 形,若以弧形叶片来判断风机旋转方向是否正确,则排粉机的旋转方向 应当与普通离心风机的旋转方向相反。 七、煤粉喷吹系统 1、喷吹工艺 从制粉系统的煤粉仓后面到高炉风口喷枪之间的设施属于喷吹系统, 主要包括煤粉输送、收集、喷吹、分配及风口喷吹等。在煤粉制备站与 高炉之间距离小于 300m 的情况下,把喷吹设施布置在制粉站的煤粉仓 下面,不设输粉设施,这种工艺称为直接喷吹;在制粉站与高炉之间的 安徽冶金科技职业学院 第 页







距离较远时,制粉和喷吹分开,制备好的煤粉用罐车或仓式泵等气力输 送,从制粉送到建在高炉附近的喷吹站,再向高炉喷吹的工艺称为间接 喷吹。 根据煤粉容器受压情况将喷吹设施分为常压和高压两种。 根据喷吹系 统的布置可分为串罐喷吹和并罐喷吹两大类,根据喷吹管路的条数分为 单管路喷吹和多管路喷吹。 (1)串罐喷吹和并罐喷吹 按喷吹罐布置形式可分为串罐喷吹和并罐喷吹, 通过罐的顺序倒换或 交叉倒换来保证高炉不间断喷煤。 图 8-11 所示为三罐重叠式喷吹装置,它由煤粉仓、中间罐及喷吹罐 上下重叠组成。打开上钟阀 6,煤粉由煤粉仓 3 落入中间罐 10 内,装满 煤粉后关上钟阀。 当喷吹罐 17 内煤粉下降到低料位时, 中间罐开始充压, 向罐内充入氮气,使中间罐压力与喷吹罐压力相等,依次打开均压阀 9、 下钟阀 14 和中钟阀 12,待中间罐煤粉放空时,依次关闭中钟阀 12、下 钟阀 14 和均压阀 9,开启放散阀 5 直到中间罐压力为零。

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图 8-11 串罐喷吹工艺
1-塞头阀; 2-煤粉仓电子秤;3-煤粉仓;4-软连接;5-放散阀;6-上钟阀; 7-中间罐充压阀;8-中间罐电子秤;9-均匀阀;10-中间罐;11-中间罐流化阀; 12-中钟阀;13-软连接;14-下钟阀;15-喷吹罐充压阀;16-喷吹罐电子秤; 17-喷吹罐;18-流化器;19-给煤球阀;20-混合器

串罐喷吹系统的喷吹罐连续运行,喷吹稳定,设备利用率高,厂房占 地面积小。但是在主要设备、管道检修时,必须中断喷吹。 并罐式喷吹工艺如图 8-12 示,是由两个喷吹罐并列置于煤粉仓的下 面,交替向高炉进行喷吹。即一个罐喷吹用,另一个罐泄压装煤、充压 和均压,然后进入备用状态。为便于处理喷吹事故,通常并罐数最好为 3 个,占地面积大,但喷吹罐称量简单,投资较小,常用于小高炉直接 喷吹。

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并罐喷煤工艺
1-塞头阀;2-煤粉仓;3-煤粉仓电子称;4-软连接;5-喷吹罐; 6-喷吹罐电子称;7-流化器;8-下煤阀;9-混合器;10-安全阀; 11-切断阀;12-分配器;13-充压阀;14-放散阀

(2)多管路喷吹和单管路喷吹 1) 多管路喷吹 多管路喷吹是指喷吹罐直接与同风口数相等的支管相连接而形成的 喷吹系统。一般一根支管联接一个风口。共主要特点是: 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,有利于实现高炉均匀喷吹和大喷吹量的操作调节。 ②喷吹距离受到限制, 一般要求不超过 200~300m。 这是因为多管式 的管径小,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极限。 ③多管式流量计数目多,仪表和控制系统复杂,投资亦较大。 ④需要转向的阀门太多,不适宜于并列式。 安徽冶金科技职业学院 第 页







2)单管路喷吹 单管路喷吹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。主要特点 是: ①分配器后的支管一般不装流量计, 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。 ②系统的阻力较小,喷吹距离可达 600m。 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, 既适用于并罐式, 又可用于串罐 式。 ⑤安全可靠性高,对单管路喷吹形式,只要高炉有一个风口喷煤,喷 吹罐下部则不会产生煤粉积存。 (3)浓相输送与稀相输送 煤粉输送需要消耗一定量的压缩空气(或压缩氮气)。浓相输送与稀 相输送之间没有非常严格的界限,通常情况下,当输送浓度小于 30kg(粉)/kg(气)时,称为稀相输送;当输送浓度大于 30kg(粉)/kg(气)时, 称为浓相输送。 稀相输送由于固气比低,输送气量消耗大,不但影响成本,而且大 量冷气流进入高炉,导致风口理论燃烧温度的降低,大喷吹量时会给高 炉带来不利影响。浓相输送由于输送速度高,对输煤管路特别是管路转 折部位磨损严重,容易造成管路破损,而且对风口磨损也较为严重。 浓相输送完全克服了稀相输送的上述缺点,输送效率高, 气体消耗量 少,对高炉风口理论燃烧温度的影响较稀相输送小。由于输送浓度高, 输送速度低,对输煤管路特别是管路转折部位磨损小。浓相输送的缺点 是容易造成输煤管路的堵塞,不适合长距离的煤粉输送。 2、主要设备 (1) 混合器 混合器是将输送气体与煤粉混合,并使煤粉从仓式泵或喷吹罐启动 的设备。它利用从喷嘴喷射出高速气流所产生的相对负压对煤粉吸附、 安徽冶金科技职业学院 第 页







混匀和启动的,喷嘴周围产生的相对负压的大小与喷嘴直径、气流速度 和喷嘴的位置有关。混合器的喷嘴位置可以前后调节,调节效果极为明 显,喷嘴位置稍前或稍后都会引起相对负压不足而出现空喷---只喷空气 不带煤粉。 现在使用的混合器有:最简易的引射混合器、流化混合器(也叫沸腾 式混合器)和流化罐混合器。目前,使用较多的是沸腾式混合器,其结 构示意图如图 8-13 所示。其特点是壳体底部设有气室,气室上面为沸腾 板, 通过沸腾板的压缩空气能提高气、 粉混合效果, 增大煤粉的启动动能。

图 8-13

沸腾式混合器

1-压缩空气阀门;2-气室;3-壳体;4-喷嘴;5-调节帽

有的混合器上端设有可以控制煤粉量的调节器, 调节器的开度可以通 过气粉混合比的大小自动调节。 (2)螺旋输送机 螺旋输送机结构如图 8-14 所示。它由进料口,螺杆和混合室三部分 组成。煤粉由煤粉仓底部通过阀门进入螺旋输送机的煤粉入口,再由旋 转的螺杆将煤粉压入混合室,借助通入混合室的压缩空气将煤粉送出。 螺旋叶片的螺距是逐渐变小的,煤粉在推进的过程中逐渐被压紧,在混 合室前设有单向阀压盖,煤粉被螺杆压缩后像煤粉塞一样塞入混合室, 这样,可阻止压缩气体倒流进入料口。当螺旋没有煤粉供给时,单阀的 压盖在压重作用下自行关闭。

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图 8-14

螺旋输送机

1-电动机;2-联轴杆;3-轴承座;4-密封装置;5-螺旋杆; 6-压缩空气入口;7-单向阀;8-混合室;9-煤粉仓

螺旋输送机常用于常压高炉的喷吹, 在其后边联接瓶式分配器就可以 直接将煤粉送到风口。在制粉车间与喷吹装置距离较远时,它也是用管 道输送煤粉的主要设备。 (3)仓式泵 仓式泵有下出料和上出料两种。 下出料仓式泵结构见图 8-15,大体与喷吹罐类似,只是仓体粗胖些。 仓体上设流化装置、充压阀、放散阀、防爆装置、电子称等装置。仓下 接一混合器,混合器是仓式泵出口。其输煤能力大小与仓式泵出口压力、 混合器喷嘴长度、喷射气体速度等有关,仓式泵压力愈高,喷射气体速 度愈大,则输出煤粉量越多。

图 8-15

下出料仓式泵

图 8-16

上出料仓式泵

1-放散阀;2-充压阀;3-防爆装置;

1-煤粉仓;2-钟阀;3-均匀阀;4-出料管;

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4-流化装置;5-混合器





5-仓体;6-充压阀;7-流化室

上出料仓式泵结构见图 8-16,为一体积较大的流化罐。仓体下部有一流化室,设流化床,出 料管垂直流化床向上引出,其距离可以按照输送煤粉量和固气比调节。仓内煤粉被流化后,有出 料管输出并进入输煤管道, 输出煤粉量和浓度可以通过仓内压力和流化速度来调整。 在输送管出 口设二次风以增加输粉能力和扫清输粉管道积粉。 仓式泵无机械传动,工作时噪音小,输送能力大,能耗较小,但体积较大,多适用于高压 操作的高炉。 (4)分配器 单管路喷吹必须设置分配器。煤粉由设在喷吹罐下部的混合器供给,经喷吹总管送入分配 器,在分配器四周均匀布置了若干个喷吹支管,喷吹支管数目与高炉风口数相同,煤粉经喷吹支 管和喷枪喷入高炉。目前使用效果较好的分配器有瓶式、盘式、锥式以及球式等几种。图 8—17 为瓶式、盘式和锥式分配器的结构示意图。 瓶式分配器结构简单,造价较低。喷吹介质和煤粉在分配器内产生涡流,阻力大,易积粉, 已被其他形式分配器逐渐取代。 锥式和盘式克服了上述瓶式的缺点,喷吹介质和煤粉沿固定流向出入,所以阻力小。分配 煤量均匀且不积粉,内壁喷涂耐磨材质,寿命长,已被广泛采用。 分配器出口煤粉流量受喷煤支管长度的影响。一座高炉使用两个分配器比使用一个分配器 好,对称分布在高炉两侧,这样可保证分配器后喷吹支管的长度大致相等,从而使喷吹支管的阻 力损失近似。 瓶式、盘式和锥式分配器对喷煤主管进入分配器的垂直段高度有—定要求,一般要求大于 3.5m。球式分配器克服了其它分配器所要求垂直安装的高度问题,并且适合于浓相输送。

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a


b



c 图 8-17 分配器结构示意图
a-瓶式;b-盘式;c-锥式 1-分配器外壳;2-中央锥体;3-煤粉分配刀; 4-中间法兰;5-喷煤支管;6-喷煤主管

(5)喷煤枪 喷枪为内径 12~15 ㎜的耐热合金钢管,以约 13-15°的角度斜插在直吹管上,如图 8-18 所 示。喷枪插入位置应保证煤粉流股与风口不摩擦,否则易损坏风口。插入后,插座后用旋转的压 紧机构固定,前后位置可以调节,在短期停喷时,不必拔出喷枪,只是空吹压缩空气。如需要拔 出时,靠固定在插座上的球形逆止阀将喷吹口自动关闭。

图 8-18 喷煤枪及插入装置

五、计量控制与安全
高炉喷煤系统是在一个密闭系统中进行和完成的。为避免煤粉,尤其是烟煤粉的自燃与爆

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炸,保障人身及设备的安全,必须借助仪器仪表来监测整个工艺过程,对整个喷煤工艺过程进行 有效的控制。同时也使整个生产过程达到优质、高产和降耗的目的。监测计量水平的高低在很大 程度上反映了喷煤系统的先进程度。 1、计量与控制 喷煤装置计量的参数主要有:气固相流体的流量,相关部分的压力,各部分的温度,氧含 量,CO 浓度,煤粉的重量等。对重要参数,可用电子电位差计或其它仪器显示并记录,便于对 生产过程全面系统分析,或设计成自动调节系统,确保各种参数符合工艺要求。有的配有参数越 限报警,用声、光来引起操作人员的注意,有的仪器还和电器操作相联锁。 (1)喷煤系统的温度监测 温度监测靠测温元件及相关仪表完成。测温元件主要有热电偶、热电阻、半导体热敏器件 等。 磨煤机出口处的干燥气体温度和煤粉温度都有规定的上限值,要求温度不得高于上限且无 升温趋势,否则,一旦煤粉温度高于上限值,同时含氧量及煤粉浓度又满足爆炸条件就会发生爆 炸。 在整个喷煤系统还有许多其他温度监测装置,如袋式收粉器中的测温装置和润滑油路的测 温装置等。 温度测量装置往往还具有控制能力, 可与执行机构联接, 在一定温度范围内调控温度, 使之符合技术要求。 (2)喷煤系统的压力监测 压力监测对保证系统的安全非常重要。完善的喷煤系统在其各相关部位几乎都是有压力测 控装置。喷吹罐的压力对喷煤量来说是一个重要参数。罐压应随罐内粉位的变化而改变,以保证 喷煤量稳定。罐内压力控制是补压管充入补充气完成的。 (3)喷煤系统的气氛监测 喷煤系统的气氛监测主要是指 CO 及氧的浓度监测。 煤粉仓等部位的 CO 浓度代表了煤粉自燃或爆炸的可能性。一旦发现 CO 浓度升高,则表明 系统处于危险之中。 制粉系统中气相氧浓度是一个必须严格控制的工艺参数, 因为煤粉爆炸的重 要条件之一就是气相含氧量达到一定水平。一般气相氧应控制在 10%~15%以下。当含氧量一旦 超限,即打开氮气或其他含氧低的气体充气阀门,冲淡氧气以防爆炸发生。气相氧浓度的监测可 用各种定氧仪来完成。 (4)喷吹系统的气体流量监测

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喷吹系统的气体主要有压缩空气、氮气、蒸汽、氧气(富氧喷吹) 、热烟气等。 流量测量可用一般的气体流量计,如差压式流量计(流量孔板、流量喷管、流量管等) 。 (5)喷吹罐煤粉的计量和调节喷粉量 煤粉计量是高炉操作人员掌握和了解喷吹效果,并根据炉况变化实施调节的主要依据。目 前煤粉计量有两大类即喷吹罐计量和单支管计量。 喷吹罐计量是高炉实现喷煤自动化的前提。 单 支管计量技术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。 并罐式喷吹罐的煤粉计量较简单。利用粉仓秤称量,粉仓秤位于煤粉仓上部。煤粉仓与喷 吹罐间采用无重力传递的常压软连接。喷吹罐的称量是准确的,即使罐内不能保持常压,也可用 压力补偿的办法对称量结果进行校正。 重叠罐喷吹的计量相对复杂得多,其中最大的问题是上下罐内的压力差和罐内外压力差会 导致计量误差,在计量时需要进行补偿,否则不能实现连续计量。 调节喷煤量是通过对喷吹罐压力,混合器喷嘴压力,喷吹支管压力,热风压力的关系来掌 握,并用喷吹罐压力与热风压力差的自动调节系统来完成。也可以是总喷吹量的控制系统,采用 各风口均匀分配煤粉的方式,以高炉总喷煤量为设定值进行工作;或单个风口喷煤量控制,即分 别设定每个风口的煤量,喷吹总量为各个风口喷煤量的总和。 2、安全措施 煤粉是易燃易爆物质,在密封容器中存贮煤粉有可能自燃和爆炸。煤粉的自燃是通过自身 堆积聚热而着火,煤粉的爆炸是指一种爆炸性粉尘,在密封容器中,当达到一定浓度,有氧气存 在的情况下,遇到高温或明火,则马上发生爆炸。煤尘的爆炸是一种瞬间的物理化学变化过程, 它是在外来能量(如煤尘自燃)的激发下 ,产生化学性质十分活跃,而寿命又十分短促的活性 分子和自由基连续反应的结果,本质上是一种剧烈的燃烧反应。煤粉爆炸轻则影响生产,重则设 备受到破坏,威胁人身安全。因此,喷煤系统在生产操作过程中,防止煤粉爆炸十分重要。 (1)煤粉爆炸的基本条件 ①煤粉温度达到着火点。烟煤煤粉的长期沉积后的逐步氧化,煤粉运输中摩擦升温,静电 火花以及外来火源都可提供煤尘的引爆能量。 ②一定的煤粉悬浮浓度。煤粉分散形成悬浮状态,并在系统介质中达到一定煤粉浓度,才 有可能爆炸,高于或低于此值均无爆炸可能。爆炸浓度取决于煤粉的化学性质,煤粉粒度组成以 及介质氧含量等。煤粉在收集、输送、倒罐装料等过程中都将不同程度地被输送介质所分散,而 在局部空间以煤粉云状态悬浮着,煤粉浓度一般无法控制。

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③系统氧浓度的失控。负压制粉时系统漏风,干燥介质冷风兑入量,布袋脉冲气源不纯, 喷吹罐不正常补压操作等,都有可能使系统氧浓度失控,从而对煤尘的爆燃提供条件。对不同的 工艺条件和不同煤种的喷吹,系统安全的临界氧浓度必须在模拟生产工况条件下通过试验来确 立。一般该浓度在 10%~12%以下。 (2)喷吹过程中煤尘爆炸的防护 根据国内外的成功经验,目前高炉喷吹烟煤的安全防爆系统概括起来可分为两大类。 一类是采用惰气氛防爆。在制粉系统用热风炉废气和燃烧炉烟气作为惰化气和干燥介质, 在输粉和喷粉系统充氮气,使系统中气氛的含氧浓度维持在安全值(8%~12%)以下。通过监 测仪表和自动化装置,控制温度、压力、氧浓度和 CO 浓度等重要工艺参数,以保证全过程在惰 性气氛下工作,从而确保系统的防火防爆。这类防爆技术具有积极的保护和预防效果,对烟煤的 自燃有抑制作用,能有效地控制煤粉火焰的传播,消除产生爆炸的可能性。但要求备用足够的氮 气和方便采用的热风炉废气。 另一类是在制粉系统采用化学药剂灭火,采取抑爆措施,在喷吹系统采用连续惰化与抑爆 相结合的措施。 即在制粉系统采用敏感元件和高速喷射化学灭火剂等抑爆装置, 在粉仓和喷煤罐 则采用抑爆与氮气相结合的措施。 这类方法的优点是一旦发生着火和爆炸, 能快速自身灭火和阻 爆,但对检测元件要求极高。 从发展趋势看,国外大型高炉喷吹烟煤多数采用了第一类防爆系统。实际上,在喷煤安全 防爆方面还有许多方面可以考虑,如简化喷煤工艺流程,取消旋风收粉器采用一级收粉,采用单 支管加分配器喷吹等等。我国高炉喷煤应遵循防治结合,以防为主的技术原则,即一是惰化,充 N2,控制系统 O2 浓度和 CO 浓度;二是消除设备、管道、厂房等处的积粉,避免自燃;三是控 制温度,杜绝一切火源和静电火花;四是设备管道应有足够强度,并合理设置泄压装置;五是采 取严格的操作监控措施。

六、喷煤技术的发展
高炉强化对喷煤的要求愈来愈高,如何有效地降低焦比,增加喷煤量,是衡量高炉生产技 术的一项重要标志。随喷煤技术的提高,高炉的煤比从最初的每吨铁几十千克,发展到一百多千 克,乃至现在的二百多千克。有的高炉煤比已达近 300Kg/t,焦比降至 250Kg/t 以下,效果显著。 因此,喷煤系统必须朝高产、低耗、高效、安全及自动化等方向发展,不断技术更新,才能满足 高炉的要求。

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1、多品种喷吹





喷吹烟煤或烟煤与无烟煤混合喷吹。烟煤储量较多,分布较广,保证了充足的喷煤资源。 烟煤挥发分高,燃烧性能好,含氢量高,有利于高炉顺行,并且煤质软,易磨碎,制粉能耗低。 但是喷吹烟煤时,特别是喷吹高挥发分、强爆炸性烟煤时,安全性差,易爆易燃,必须采取相应 的安全保护措施。 目前我国部分高炉采用烟煤和无烟煤混合喷吹技术取得了良好的效果, 表现为 燃烧率明显提高,置换比上升。 2、工艺和设备的改进 (1)简化工艺,减少投资,降低能耗,增加系统安全。如用热风炉废气代替燃烧炉热风。 制粉时取消旋风收尘器,只采用磨煤机到布袋除尘的短流程工艺。喷吹时,取消喷吹站,直接向 高炉喷吹等。 (2)改进设备,提高煤粉的质量,尽量缩小煤粉粒度,小于 0.088mm 应达 85﹪以上。如 改进粗粉分离器的结构,内部加回粉锁气器,提高分离效率。用中速磨代替球磨机等。 (3)采用浓相输送,既降低设备费用及能量消耗,又有利于改善管道内气固相的均匀分布, 有利于提高煤粉的计量精确度。 (4)用高风温、富氧与喷煤粉配合,多风口均匀喷吹。 3、控制系统自动化 随着喷吹量的增加,喷煤系统的设备启动频率增高,操作间隙时间减少,喷吹周期缩短。 手动操作已不能适应生产要求, 尤其是当高炉喷吹烟煤或采用多种煤配煤混合喷吹时, 高炉喷吹 系统广泛采用了计算机控制和自动操作。

七、其它燃料的喷吹
1、喷吹重油 油罐车将重油运到油站卸油,采用低压大流量的齿轮泵,将重油通过粗滤网送到储油罐, 其间再过滤 1-2 次,然后输到高炉炉台送油环管再分送到各风口,喷入高炉炉缸。 2、喷吹焦油 喷吹焦油的流程与喷重油的流程基本相同。但由于焦油凝固点高、粘度大、密度大,要求 系统温度高,油罐温度在 100±5℃左右。高炉的焦油围管温度应再高一些,喷嘴的直径也要大 一点(如某高炉喷吹重油时喷嘴直径为 4mm,而在喷焦油时则增至 6mm) 。喷吹沥青时温度应 更高一些。

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3、喷吹天然气





天然气送到总配气站,再输送到铁厂调压站,压力调整到 0.25MPa 左右,再由流量自动调 节阀调到高炉所需的流量,经围管、支管、风口喷入炉内。总管上装有自动切断阀,当天然气压 力低于 0.18MPa 或热风压力低于 0.07MPa 时,自动切断天然气并通入蒸汽。 4、喷吹焦炉煤气 焦炉煤气由煤气加压机加压送到高炉旁, 经风口端的喷嘴喷入炉内。 气压机出口压力为 0.3~ 0.6MPa,到达风口平台时应比热风压力高 0.1 MPa 左右,以保证有较大的速度喷入炉内,从而加 强与鼓风的混合和充分燃烧。气压机后设有储气罐以稳定煤气压力。 随着高炉喷吹的发展以及资源的紧张,有必要寻找新的喷吹燃料,除采用扩大喷煤品种外, 废旧塑料等可燃性物质用于高炉喷吹已处于研究和实践中。 塑料是碳氢组成的有机物, 既能燃烧 又能裂解出 CO 和 H2 等还原气体。废旧塑料经适当的处理后喷入高炉,一方面能替代一定量的 喷吹燃料,另一方面又能废物利用,减少污染。当然,新的喷吹燃料应具有易得,价格便宜,便 于组织和加工,含硫等杂质较低的特点。

复习思考题 (1)简述高炉喷吹燃料的种类及对喷吹燃料的要求? (2)高炉喷煤工艺流程由哪些系统组成,如何分类? (3)简述喷煤系统的供气(汽)种类和作用? (4)制粉的任务是什么,有那几部分组成?用哪些设备来完成? (5)分别简述球磨机、中速磨的结构与特点。 (6)干燥气在制粉过程中的作用是什么,常使用哪些干燥气? (7)简述螺旋输送机和仓式泵的结构与特点。 (8)喷吹系统有哪些设备和装置? (9)分别叙述并罐式喷吹、串罐式喷吹装置的优缺点。 (10)喷吹煤粉时,煤尘发生爆炸的基本条件是什么? (11)简述喷煤防爆抑爆的措施。 (12)喷吹煤粉有哪些新技术? (13)除煤粉外,高炉还可喷哪些燃料?

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