高炉炉料结构的选择

高炉炼铁原料1．铁矿石和燃料高炉炼铁必备的三种原料中，焦炭作为燃料和还原剂，是主要能源；熔剂，如石灰石，主要用来助熔、造渣；铁矿石则是冶炼的对象。

这些原料是高炉冶炼的物质基础，其质量对冶炼过程及冶炼效果影响极大。

铁矿石铁矿石分类及特性高炉冶炼用的铁矿石有天然富矿和人造富矿两大类，含铁量在50%以上的天然富矿经适当破碎、筛分处理后可直接用于高炉冶炼。

贫铁矿一般不能直接入炉，需要破碎、富矿并重新造块，制成人造富矿（烧结矿或球团矿）再入高炉。

人造富矿含铁量一般在55%~65%之间。

由于人造富矿事先经过焙烧或者烧结高温处理，因此又称为熟料，其冶炼性能远比天然富矿优越，是现代高炉冶炼的主要原料。

天然块矿统称成为生料。

我国富矿储量很少，多数是含Fe30%左右的贫矿，需要经过富矿才能使用。

A.矿石和脉石能从中经济合理的提炼出金属来的矿物成为矿石。

如铁元素广泛地、程度不同地分布在地壳的岩石和土壤中，有的比较集中，形成天然的富铁矿，可以直接利用来炼铁；有的比较分散，形成贫铁矿，用于冶炼及困难又不经济。

随着选矿和冶炼技术的发展，矿石的来源和范围不断扩大。

含铁较低的贫矿经过富选也可用于炼铁。

矿石中除了用来提炼金属的有用矿物外，还含有一些工业上没有提炼价值的矿物或岩石，称为脉石。

对冶炼不利的脉石矿物，应在选矿和其他处理过程中尽量去除。

但矿石中脉石的结构和分布直接影响矿石的选冶性能。

如果含铁矿物结晶颗粒比较粗大，则在选矿过程中易于实现有用矿物的单体分离；反之，如果含铁矿物呈颗粒结晶嵌布在脉石中，则要进一步细磨矿石才能分离出有用单体。

B．天然矿石的分类及特性天然铁矿石按其主要矿物分为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿等几种，主要矿物组成及特征见下表。

常见铁矿石的组成及特征磁铁矿，主要含铁矿物为Fe3O4，具有磁性。

其化学组成可视为Fe2O3* FeO，其中FeO 30%，Fe2O3 69%，Tfe 72.4%, O27.6%。

炼铁高炉工艺知识点总结高炉是用于冶炼铁矿石的重要设备，其结构包括上部料柱、中部燃烧区和下部铁口三个部分。

1. 上部料柱上部料柱主要由料斗、布料装置和煤气分布装置组成。

在高炉冶炼过程中，生铁矿石和还原剂通过料斗和布料装置放入高炉中，并在上部料柱中进行干燥、预热和还原反应。

2. 中部燃烧区中部燃烧区是高炉中最重要的区域，也是冶炼反应最为激烈的地方。

在高炉的中部燃烧区，铁矿石的还原反应和燃料的燃烧反应同时进行，产生的热量和还原气体将铁矿石还原成铁，同时熔化生铁矿石。

3. 下部铁口下部铁口是高炉的出铁口，也是生铁的最终产出地。

铁水从下部铁口流出并通过管道输送至铁水罐或铁水车，最终用于制造钢铁产品。

二、高炉工艺过程高炉冶炼的主要工艺过程包括预处理、还原和熔融三个阶段。

1. 预处理铁矿石在高炉冶炼前需要进行预处理，主要包括干燥、预热和分级。

在高炉上部料柱中，铁矿石经过干燥和预热，使其内部水分挥发、结晶水分析出，并提高其温度，为还原反应和熔融反应提供条件。

此外，铁矿石还需要分级，以确保高炉内部燃料和还原气体的匹配，提高冶炼效率和生铁质量。

2. 还原在高炉的中部燃烧区，煤气和空气混合后燃烧产生的高温燃气对铁矿石进行还原作用。

这一阶段的主要冶炼反应包括颗粒还原和熔融还原两个过程。

颗粒还原是指铁矿石颗粒的直接还原反应，将铁矿石中的氧还原成铁，并生成还原气体。

熔融还原是指生铁矿石在高温条件下熔化，并在熔融状态下进行还原反应，产生液态生铁。

3. 熔融在高炉下部，液态生铁通过铁口流出，并通过管道输送至后续的冶炼工艺中。

在熔融过程中，熔融生铁的温度、成分和质量需要得到控制，以确保后续的钢铁生产工艺顺利进行。

三、高炉冶炼的关键技术1. 燃料配比高炉冶炼所需的燃料包括焦炭、焦炉煤气和其他燃料。

为了提高冶炼效率和生铁质量，需要合理确定燃料的配比，保证还原气体的成分和温度符合冶炼工艺的要求。

2. 熔炼温度在高炉冶炼过程中，熔炼温度对生铁的成分和质量具有重要影响。

高炉风口的设计与调整1. 概述高炉风口是高炉冶炼过程中的关键组成部分，其主要功能是为高炉内注入新鲜空气，提供燃烧所需氧气，并促进炉料的下降和煤气上升本将详细介绍高炉风口的设计与调整方法2. 高炉风口的设计2.1 风口结构设计高炉风口主要由风口本体、风口套、风口芯和喷管等部件组成•风口本体：是风口的主体部分，通常采用铸铁或钢板焊接而成，具有良好的耐高温性能和足够的强度•风口套：安装在风口本体外部，通常采用耐火材料制成，以减少热损失和防止炉料进入•风口芯：位于风口套内部，用于引导气流和调节风量，通常采用耐高温、耐磨损的材料制成•喷管：连接风口芯和风口本体，用于引导气流和喷射炉料，通常采用耐高温、耐磨损的材料制成2.2 风口尺寸设计风口尺寸设计需要考虑高炉的直径、炉料的物理性质和冶炼要求等因素通常，风口直径和高炉直径的比例在 1:10-1:12 之间风口长度和风口套内径的比例通常在 1:1.5-1:2 之间2.3 风口材料选择风口材料需要具备耐高温、耐磨损、抗冲击等性能常用的风口材料包括铸铁、钢、铜和镍基合金等3. 高炉风口调整3.1 风口风量的调整风口风量的调整是高炉操作中常见的工作，可以通过调整风口芯的位置来控制风量风口芯的位置调整通常使用专门的机械装置完成3.2 风口角度的调整风口角度的调整可以影响高炉内的煤气流动和炉料下降通常，风口角度的调整使用专门的机械装置完成3.3 风口形状的调整风口形状的调整可以改善高炉内的煤气流动和炉料下降通常，风口形状的调整使用专门的机械装置完成4. 结论高炉风口的设计与调整是高炉冶炼过程中的关键环节正确的设计和调整可以提高高炉的冶炼效率和煤气利用率，降低能耗和提高产量高炉风口的设计需要考虑风口结构、尺寸和材料等因素高炉风口的调整主要包括风量的调整、角度的调整和形状的调整高炉风口的设计与维护1. 背景高炉作为现代钢铁工业的基础设备，其风口部分的作用至关重要风口不仅是高炉供氧的关键部位，同时也是影响煤气流分布和炉料下降速度的重要因素因此，高炉风口的设计与维护对于保障高炉高效、稳定运行具有重要意义2. 高炉风口的设计原则高炉风口设计应遵循以下原则：•合理的风口面积：风口面积需要与高炉的冶炼能力和煤气流量相匹配，以确保足够的氧气供应和适宜的煤气流速•材料选择：风口材料需要具备耐高温、耐腐蚀、耐磨损的特性，以适应高炉内部恶劣的环境•结构优化：风口的结构设计应简洁、合理，便于制造、安装和维护•热交换效率：风口应具有良好的热交换性能，以减少热量损失，提高能量利用效率3. 高炉风口的主要参数高炉风口的主要设计参数包括：•风口直径：风口直径根据高炉的大小和设计风量确定，通常与高炉炉膛直径成一定比例关系•风口长度：风口长度应确保煤气流有足够的长度进行热交换，同时也要考虑安装和维护的便利性•风口倾斜角度：风口倾斜角度影响煤气流的分布和炉料的下降速度，通常通过模拟和实验确定最佳角度•风口材料的热膨胀系数：材料的热膨胀系数应与高炉炉体材料相匹配，以减少由于温度变化引起的热应力4. 高炉风口的设计要点高炉风口的设计要点包括：•风口本体的结构设计：风口本体应采用模块化设计，便于更换和维护•风口套的结构与材料：风口套需要具有良好的密封性能，以防止炉料进入和煤气泄漏•风口芯的设计：风口芯是调节风量的关键部件，其设计应确保风量调节的准确性和稳定性•喷管的设计：喷管应具有良好的气流分布性能，以提高煤气流的动能和热交换效率5. 高炉风口的维护与管理高炉风口的维护与管理对于保证高炉长期稳定运行至关重要主要包括：•日常检查：定期检查风口是否有损坏、变形或磨损，及时发现并处理问题•清洁维护：定期清理风口积灰和堵塞物，保持风口的通畅•调整与校准：根据高炉的运行状态，调整风口的风量和角度，以优化煤气流分布和提高冶炼效率•材料更换：当风口材料磨损到一定程度时，应及时更换，以避免安全隐患6. 结论高炉风口的设计与维护是高炉生产中不可或缺的一环通过合理的设计和精心的维护，可以确保高炉的风量供应稳定，煤气流分布合理，从而提高高炉的冶炼效率和生产稳定性高炉风口的设计应遵循合理的原则，考虑主要参数和设计要点，而维护与管理则需要注重日常检查、清洁维护、调整校准和材料更换等方面只有这样，才能保证高炉安全、高效、稳定地运行应用场合高炉风口的设计与维护主要应用于以下场合：1.高炉生产运行：在钢铁冶炼行业中，高炉是生产铁水的基础设备，风口作为高炉的关键组成部分，直接关系到高炉的生产效率和稳定性2.热风炉操作：热风炉是高炉冶炼过程中提供热源的重要设备，风口的设计与维护同样适用于热风炉的操作3.冶炼实验与研究：在钢铁冶炼的科研和实验中，风口的设计参数和维护方法对于实验结果有着直接的影响4.冶金工程设计与施工：在冶金工程的设计和施工过程中，风口的设计和选型是必不可少的环节5.高炉维修与改造：在高炉的维修和改造过程中，对风口进行检查、调整和更换是确保高炉正常运行的关键步骤注意事项在高炉风口的设计与维护过程中，需要注意以下事项：1.风口设计的专业性：风口的设计需要由专业工程师进行，确保设计参数和结构符合实际生产需求2.材料选择的合理性：根据高炉的冶炼条件和环境，选择合适的风口材料，保证风口的使用寿命和性能3.结构与尺寸的精确性：风口的结构和尺寸应精确制造和安装，以确保其正常工作和避免因偏差导致的故障4.维护的及时性：定期对风口进行检查和维护，及时发现和处理问题，避免因忽视维护导致的风口故障5.操作的安全性：在风口的设计、维护和操作过程中，要严格遵守安全规程，确保人员安全和设备完好6.调整的合理性：根据高炉的运行状态和冶炼要求，合理调整风口的风量和角度，以优化煤气流分布和提高冶炼效率7.环境的适应性：风口的设计和维护应考虑高炉所在环境的特殊性，如温度、湿度、灰尘等因素，确保风口能够适应恶劣环境8.节能与环保：在风口的设计和维护中，要充分考虑节能减排和环保要求，采用高效、低能耗的风口结构和材料9.记录与反馈：在风口的设计、维护和操作过程中，要详细记录相关数据和问题，及时进行反馈和分析，不断优化风口的设计和维护方法10.培训与交流：对高炉操作人员和相关工程师进行风口设计与维护的培训，加强行业内的交流与合作，提高整个行业的高炉操作水平通过以上注意事项的遵循，可以确保高炉风口的设计与维护工作顺利进行，提高高炉的生产效率和稳定性，同时保障人员和设备的安全。

六、简答题（1）原燃料部分1.熔剂在高炉冶炼中的作用是什么？答案：(1)渣铁分离，并使其顺利从炉缸流出；(2)具有一定碱度的炉渣可以去除有害杂质硫，确保生铁质量。

1.焦炭在高炉冶炼中的作用是什么？答案：(1)燃烧时放热作发热剂；(2)燃烧产生的CO气体及焦炭中的碳素还原金属氧化物做还原剂；(3)支撑料柱，其骨架作用；(4)生铁渗碳剂。

2.精料的内容包括哪些方面？答案：(1)熟料率高，矿石品位高。

(2)数量充足，物理化学性能稳定。

(3)粒度适当、均匀，含粉低，低温还原粉化率低。

(4)炉料强度高，有良好的还原性。

(5)有良好的高温冶炼性能，软熔温度高，软化区间窄。

2.焦炭挥发份的高低对焦炭质量有何影响？答案：焦炭挥发份过高表示有生焦、强度差，过低表示焦炭过火、裂纹多、易碎。

3.石灰石分解对高炉冶炼造成的影响答案：1）CaCO3分解反应是吸热反应，据计算分解每Kg CaCO3要消耗约1780kJ 的热量。

2）在高温区产生贝—波反应的结果，不但吸收热量，而且还消耗碳素并使这部分碳不能到达风口前燃烧放热（要注意，这里是双重的热消耗）。

3）CaCO3分解放出的CO2冲淡了高炉内煤气的还原气氛，降低了还原效果。

4.如何对铁矿石进行评价？答案：①. 含铁品位：以质论价，基本上以含铁量划分；②. 脉石成分及分布：酸性脉石愈少愈好，碱性稍高可用，AI2O3不应很高；③. 有害元素含量：S、P、As、Cu易还原为元素进入生铁，对后来产品性能有害。

碱金属B、Zn、Pb和F等虽不能进入生铁，但破坏炉衬或易于挥发，在炉内循环导致洁瘤或污染环境，降低了使用价值；④. 有益元素：Cr、N1、V、Nb等进入生铁，并对钢材有益，T1及稀土元素可分离提取有较高是宝贵的综合利用资源；⑤. 矿石的还原性：还原性好可降低燃烧消耗；⑥. 矿石的高温性能：主要是受热后强度下降不易过大，不易于破碎及软化熔融，温度不可过低。

⑦. 有些贫矿的结晶颗粒较为粗大，易选可用，否则应慎重；⑧. 选矿及回收的粉矿都必须经过造矿才能应用，选矿过程是提供改进矿石性能的大好机会。

(炉渣的)表面性质指的是液态炉渣与煤气间的表面张力和渣铁间的界面张力。

(煤的)比表面积单位质量的煤粒，其表面积的总和，单位为mm2g-1 。

煤的比表面积是煤矿的重要性质，对研究煤的破碎、着火、燃烧反应等性能均具有重要意义。

CCRI CRI是指焦炭的反应性，反应性是衡量焦炭在高温状态下抵抗CO2气化能力的化学稳定性指标。

生铁合格率生产的合格铁量占高炉总产铁量的百分数。

出铁正点率按时打开出铁口及在规定时间内出净渣铁。

传输现象同种物质或不同介质之间由于存在温差、速差、浓差而发生的热量、动量、质量传递的不可逆现象。

操作炉型高炉投产后，工作一段时间，炉衬被侵蚀，高炉内型发生变化后的炉型。

D低温还原粉化性能矿石在高炉内400—600℃低温区域内还原时，由于Fe2O3还原成Fe3O4和FeO还原成Fe，产生的晶形转变导致体积膨胀．粉化，称为低温还原粉化性能。

低温还原粉化率(RDI)高炉原料，特别是烧结矿，在高炉上部的低温区域严重裂化，粉化，使料柱空隙度降低。

一般以粉化后小于3mm所占的比率作为低温还原粉化率。

带风装料在用焦炭填充炉缸、冷矿开炉时，在鼓风状态下进行的装料叫带风装料。

E二元碱度炉渣中CaO/SiO2的比值称为碱度或二元碱度F反应后强度是衡量焦炭经受CO2和碱金属侵蚀状态下，保持高温强度的能力。

风口燃烧带炉缸内燃料燃烧的区域称为风口燃烧带，它包括氧气区和还原区。

风口回旋区现代高炉中，由于冶强高和风速大，当鼓风动能达到一定程度后，风口前焦炭处于回旋运动状态，并形成一个疏散而近似球形的自由空间，通常称为风口回旋区。

风口前理论燃烧温度(高炉火焰温度)风口前焦炭燃烧所能达到的最高平均温度，即假定风口前燃料燃烧放出的热量,以及热风和燃料带入的物理热全部传给燃烧产物时达到的最高温度，也就是炉缸煤气尚未与炉料参与热交换前的原始温度。

风口平台在风口下方沿炉缸四周设置的高度距风口中心线1150mm～1250mm的工作平台，称为风口平台。