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冶金行业

冶金行?#30340;?#21147;

 

高炉炼铁是是将含铁原料(烧结矿、球团矿或铁矿)、燃料(焦炭、煤粉等)及其它辅助原料(石灰石、?#33258;?#30707;、锰矿等)按一定比例装入高炉,并由热风炉向高炉内鼓入热风助焦炭燃烧,原料、燃料随着炉内熔炼等过程的进行而下降。在炉料下降和煤气上升过程中,先后发生传?#21462;?#36824;原、熔化、脱炭作用而生成生铁,铁矿石原料中的杂质与加入炉内的熔?#26009;?#32467;合而成渣,炉底铁水间?#31995;?#25918;出装入铁水罐,送往炼钢厂。同时产生高炉煤气,炉渣两种副产品,高炉渣水淬后全部作为水泥生产原料。

高炉炼铁工艺流程与原理   
炼铁过程实质上是将铁从其自然形态——矿石等含铁化合物中还原出来的过程。
炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等,其原理是矿石在特定的气氛中(还原物质CO、H2、C;适宜温度等)通过物化反应获取还原后的生铁。生铁除了少部分用于铸造外,绝大部分是作为炼钢原料。
高炉炼铁是?#25191;?#28860;铁的主要方法,钢铁生产中的重要?#26041;凇?#36825;种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法,但由于高炉炼铁技术经济?#21103;?#33391;好,工艺简单,生产?#30475;?劳动生产率高,能耗低,这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的95%以上。
高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂(石灰石),从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭(有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料)中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气,在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧,从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣,从渣口排出。产生的煤气从炉顶导出,经除尘后,作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。
高炉的主要组成部分 
高炉炉壳:?#25191;?#21270;高炉广泛使用焊接的钢板炉壳,只有极少数最小的土高炉才用钢箍加固的砖壳。炉壳的作用是固定冷却设备,保证高炉砌体牢固,密封炉体,有的还承受炉顶载荷。炉壳除承受巨大的重力外,还要承受热应力和内部的煤气压力,有时要抵抗崩料、坐料甚至可能发生的煤气爆炸的突然冲击,因此要有足够的强?#21462;?#28809;壳外形尺寸应与高炉内型、炉体各部厚?#21462;?#20919;却设备结构形式相适应。 
炉喉:高炉本体的最上部分,呈圆筒形。炉喉既是炉料的加入口,也是煤气的导出口。它对炉料和煤气的上部分布起控制和调节作用。炉喉直径应和炉?#23383;本丁?#28809;腰直径及大钟直径比例适当。炉喉高度要允许装一批以上的料,以能起到控制炉料和煤气流分布为限。 
炉身:高炉铁矿石间接还原的主要区域,呈圆锥台简称圆台形,由上向下逐渐扩大,用以使炉料在遇热发生体积膨胀后不致形成料拱,并减小炉料下降阻找力。炉身角的大小对炉料下降和煤气流分布有很大影响。 
炉腰:高炉直径最大的部位。它使炉身和炉腹得以合理过渡。由于在炉腰部位有炉渣形成,并?#33402;?#31264;的初成渣会使炉?#36132;?#27668;?#36828;?#21270;,为减小煤气流的阻力,在渣?#30475;?#26102;可适当扩大炉腰直径,但仍要使它和其他部位尺寸保持合适的比例关系,比值以取上限为宜。炉腰高度对高炉冶炼过程影响不很显著,一般只在很小范围内变动。 
炉腹:高炉熔化和造渣的主要区段,?#23454;?#38181;台形。为适应炉料熔化后体积收缩的特点,其直径自上而下逐渐缩小,形成一定的炉腹角。炉腹的存在,使燃烧带处于合适位置,有利于气流均匀分布。炉腹高?#20154;?#39640;炉容积大小而定,但不能过高或过低,一般为3.0~3.6m。炉腹角一般为79~82 ;过大,不利于煤气流分布;过小,则不利于炉料顺行。 
炉缸:高炉燃料燃烧、渣铁反应和贮存及排放区域,呈圆筒形。出铁口、渣口和风口都设在炉缸部位,因此它也是承受高温煤气及渣铁物理和化学?#36136;?#26368;剧烈的部位,对高炉煤气的初始分布、热制?#21462;?#29983;铁质量和?#20998;?#37117;有极重要的影响。 
炉底:高炉炉底砌体不仅要承受炉料、渣液及铁水的静压力,而且受到1400~4600℃的高温、机械和化学?#36136;础?#20854;?#36136;?#31243;度决定着高炉的一代寿命。只有砌体表面温度降低到它所接触的渣铁凝固温度,并?#20918;?#38754;生成渣皮(或铁壳),才能阻止其进一步受到?#36136;矗?#25152;以必需对炉底进行冷?#30784;?#36890;常采用风冷或水冷。目前我国大?#34892;?#39640;炉大都采用全碳砖炉底或碳砖和高铝砖综?#19979;?#24213;,大大?#32435;?#20102;炉底的散热能力。 
炉基:它的作用是将所集中承担的重量按照地层?#24615;?#33021;力均匀地传给地层,因而其形状都是向下扩大的。高炉和炉基的总重量常为高炉容积的10~18倍(吨)。炉基不许有不均匀的下沉,一般炉基的倾斜值不大于0.1%~0.5%。高炉炉基应有足够的强度和耐热能力,使其在各种应力作用下不致产生裂缝。炉基常做成圆形或多边形,以减少热应力的不均匀分布。 
炉衬:高炉炉衬组成高炉的工作空间,并起到减少高炉?#20154;?#22833;、保护炉壳和其它金属结构免受热应力和化学?#36136;?#30340;作用。炉衬是用能够抵抗高温作用的?#31361;?#26448;料砌筑而成的。炉衬的损坏受多种因素的影响,各部位工作条件不同,受损坏的机理也不同,因此必须根据部位、冷却和高炉操作等因素,选用不同的?#31361;?#26448;料。 
炉喉护板:炉喉在炉料频繁?#19981;?#21644;高温的煤气流冲刷下,工作条件十分恶劣,维护其圆筒形状不被破坏是高炉上部调节的先决条件。为此,在炉喉设置保护板(钢砖)。小高炉的炉喉保护板可以用铸铁做成开口的匣?#26377;?#29366;;大高炉的炉喉护板则用100~150mm厚的铸钢做成。炉喉护板主要有块?#30784;?#26465;状和变径?#38050;中?#24335;。变径炉喉护板还起着调节炉料和煤气流分布的作用。 
高炉解体:为了在操作技术上能正确处理高炉冶炼中经常出现的复杂现象,就要切实了解炉内状况。在尽量保持高炉的原有生产状态下停炉、注水冷却或充氮冷却后,?#28304;?#28809;喉的炉料开始一直到炉底的积铁所进行的?#38050;?#30340;解体调查,称为高炉解体调查。它虽不能完全了解高炉生产的动态情况,但对了解高炉过程、强化高炉冶炼很有参?#25216;?#20540;。 
高炉冷却装置:高炉炉衬内部温度高达1400℃,一般?#31361;?#30742;都要软化和变形。高炉冷却装置是为延长砖衬寿命而设置的,用以使炉衬内的热量传递出动,并在高炉下部使炉渣在炉?#32435;?#20919;凝成一层保护性渣皮,按结构不同,高炉冷却设备大致可分为?#21644;?#37096;喷水冷?#30784;?#39118;口渣口冷?#30784;?#20919;却壁和冷却水箱以及风冷(水冷)炉底等装置。 
高炉灰:也?#26032;?#23576;,系高炉煤气带出的炉料粉末。其数量除了与高炉冶炼强?#21462;?#28809;顶压力有关外,还与炉料的性质有很大关系。炉料粉末多,带出的炉尘量就大。目前,每炼一吨铁约有 10~100kg的高炉灰。高炉灰通常含铁40%左右,并含有较多的碳和碱性氧化物;其主要成分是焦末和矿粉。烧结料中加入部分高炉灰,可节约熔剂和降低燃料消耗。 
高炉除尘器:用来?#21344;?#39640;炉煤气中所含?#39029;?#30340;设备。高炉用除尘器有重力除尘器、离心除尘器。

高炉自动化控制系统
高炉自动化控制就象是高炉的控制神经系统,高炉要想安全、可靠、稳定运行必须保证高炉基础自动化系统的可靠、稳定运行。高炉基础自动化通信网络和PLC系统冗余,PLC与HMI监控画面通过容错服务器连接可以保证整个系统的可靠、稳定运行。下文详细介绍高炉基础自动化系统的网络结构?#26696;?#31995;统的配置与控制。
高炉基础自动化控制系统的网络结构?#24067;?#26377;3种网络,PLC与监控画面、二级系统的网络采用标准的以太网,易于与厂级网络相连,便于维护?#21462;?#20027;工艺采PLC控制系统采用ControlNet网络,网络数据交换速度固定5M,具有较高的数据交换速度,可保证控制系统数据采集的实时性要求。与炉顶的探尺编码器采用DeviceNet网络,其网络交换数据最高速度为500K,?#23548;式换?#25968;据的速度视网络长度和现场的?#23548;是?#20917;来进行确定,因与编码器的数据交换量有限,且实时性要求不是要求很高,可以满足无料钟炉顶的控制要求。
主工艺的电气及仪表控制系统采用罗克韦尔公司的ControlLogix 控制系统,?#24067;?套,其中槽下及上料系统、炉顶及本体系统、热风炉及出铁场系统、喷吹及制粉系统、水处理系统CPU采用冗余配置,煤气净化系统、水渣系统采用单CPU控制,CPU与HMI容错服务器采用冗余Ethernet网络,CPU与I/O模件之间通信采用冗余ControlNet网络,同时PLC供电采用冗余电源。
1)槽下称量系统:包括矿石和焦炭称量控制、皮带运输、中间料斗装料及称量、称量补正、焦炭水分补正、称量斗的料空控制、?#19979;?#25511;制?#21462;?/span>
2)上料皮带系统:矿石、小块焦称量斗和焦炭中间料?#25918;?#26009;控制、上料皮带运输机的运转控制和原料跟踪控制?#21462;?/span>
3)炉顶系统:炉顶装料控制、炉顶设备时序控制、炉顶布料控制?#21462;?/span>
4)热风炉及余热回收系统:三座热风炉的送风?#25215;?#25511;制及换炉控制,余热回收系统控制、燃烧控制、送风温度控制?#21462;?/span>
5)煤气净化系统:重力除尘设备控制、布袋除尘设备控制、排灰时序控制、灰粉?#21019;?#26102;序控制、炉顶顶压控制?#21462;?/span>
6)煤粉喷吹系统?#22909;?#31881;喷吹系统的喷吹设备控制?#21462;?/span>
7)水处理系统:水处理设备联锁控制?#21462;?/span>
8)高炉本体系统:冷却水系统水温、水压及水流量测量,炉顶洒水控制,炉身静压测量,本体各部冷却设备及?#31361;?#26448;料温度测量及报警,出铁场液压站控制,出铁场除尘阀及除尘风机、电机控制?#21462;?/span>

系统网络?#26082;?#22270;所示:

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