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冶金行業

冶金行業能力

 

高爐煉鐵是是將含鐵原料(燒結礦、球團礦或鐵礦)、燃料(焦炭、煤粉等)及其它輔助原料(石灰石、白云石、錳礦等)按一定比例裝入高爐,并由熱風爐向高爐內鼓入熱風助焦炭燃燒,原料、燃料隨著爐內熔煉等過程的進行而下降。在爐料下降和煤氣上升過程中,先后發生傳熱、還原、熔化、脫炭作用而生成生鐵,鐵礦石原料中的雜質與加入爐內的熔劑相結合而成渣,爐底鐵水間斷地放出裝入鐵水罐,送往煉鋼廠。同時產生高爐煤氣,爐渣兩種副產品,高爐渣水淬后全部作為水泥生產原料。

高爐煉鐵工藝流程與原理   
煉鐵過程實質上是將鐵從其自然形態——礦石等含鐵化合物中還原出來的過程。
煉鐵方法主要有高爐法、直接還原法、熔融還原法等,其原理是礦石在特定的氣氛中(還原物質CO、H2、C;適宜溫度等)通過物化反應獲取還原后的生鐵。生鐵除了少部分用于鑄造外,絕大部分是作為煉鋼原料。
高爐煉鐵是現代煉鐵的主要方法,鋼鐵生產中的重要環節。這種方法是由古代豎爐煉鐵發展、改進而成的。盡管世界各國研究發展了很多新的煉鐵法,但由于高爐煉鐵技術經濟指標良好,工藝簡單,生產量大,勞動生產率高,能耗低,這種方法生產的鐵仍占世界鐵總產量的95%以上。
高爐生產時從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑(石灰石),從位于爐子下部沿爐周的風口吹入經預熱的空氣。在高溫下焦炭(有的高爐也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料)中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣,在爐內上升過程中除去鐵礦石中的氧,從而還原得到鐵。煉出的鐵水從鐵口放出。鐵礦石中不還原的雜質和石灰石等熔劑結合生成爐渣,從渣口排出。產生的煤氣從爐頂導出,經除塵后,作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等的燃料。
高爐的主要組成部分 
高爐爐殼:現代化高爐廣泛使用焊接的鋼板爐殼,只有極少數最小的土高爐才用鋼箍加固的磚殼。爐殼的作用是固定冷卻設備,保證高爐砌體牢固,密封爐體,有的還承受爐頂載荷。爐殼除承受巨大的重力外,還要承受熱應力和內部的煤氣壓力,有時要抵抗崩料、坐料甚至可能發生的煤氣爆炸的突然沖擊,因此要有足夠的強度。爐殼外形尺寸應與高爐內型、爐體各部厚度、冷卻設備結構形式相適應。 
爐喉:高爐本體的最上部分,呈圓筒形。爐喉既是爐料的加入口,也是煤氣的導出口。它對爐料和煤氣的上部分布起控制和調節作用。爐喉直徑應和爐缸直徑、爐腰直徑及大鐘直徑比例適當。爐喉高度要允許裝一批以上的料,以能起到控制爐料和煤氣流分布為限。 
爐身:高爐鐵礦石間接還原的主要區域,呈圓錐臺簡稱圓臺形,由上向下逐漸擴大,用以使爐料在遇熱發生體積膨脹后不致形成料拱,并減小爐料下降阻找力。爐身角的大小對爐料下降和煤氣流分布有很大影響。 
爐腰:高爐直徑最大的部位。它使爐身和爐腹得以合理過渡。由于在爐腰部位有爐渣形成,并且粘稠的初成渣會使爐料透氣性惡化,為減小煤氣流的阻力,在渣量大時可適當擴大爐腰直徑,但仍要使它和其他部位尺寸保持合適的比例關系,比值以取上限為宜。爐腰高度對高爐冶煉過程影響不很顯著,一般只在很小范圍內變動。 
爐腹:高爐熔化和造渣的主要區段,呈倒錐臺形。為適應爐料熔化后體積收縮的特點,其直徑自上而下逐漸縮小,形成一定的爐腹角。爐腹的存在,使燃燒帶處于合適位置,有利于氣流均勻分布。爐腹高度隨高爐容積大小而定,但不能過高或過低,一般為3.0~3.6m。爐腹角一般為79~82 ;過大,不利于煤氣流分布;過小,則不利于爐料順行。 
爐缸:高爐燃料燃燒、渣鐵反應和貯存及排放區域,呈圓筒形。出鐵口、渣口和風口都設在爐缸部位,因此它也是承受高溫煤氣及渣鐵物理和化學侵蝕最劇烈的部位,對高爐煤氣的初始分布、熱制度、生鐵質量和品種都有極重要的影響。 
爐底:高爐爐底砌體不僅要承受爐料、渣液及鐵水的靜壓力,而且受到1400~4600℃的高溫、機械和化學侵蝕、其侵蝕程度決定著高爐的一代壽命。只有砌體表面溫度降低到它所接觸的渣鐵凝固溫度,并且表面生成渣皮(或鐵殼),才能阻止其進一步受到侵蝕,所以必需對爐底進行冷卻。通常采用風冷或水冷。目前我國大中型高爐大都采用全碳磚爐底或碳磚和高鋁磚綜合爐底,大大改善了爐底的散熱能力。 
爐基:它的作用是將所集中承擔的重量按照地層承載能力均勻地傳給地層,因而其形狀都是向下擴大的。高爐和爐基的總重量常為高爐容積的10~18倍(噸)。爐基不許有不均勻的下沉,一般爐基的傾斜值不大于0.1%~0.5%。高爐爐基應有足夠的強度和耐熱能力,使其在各種應力作用下不致產生裂縫。爐基常做成圓形或多邊形,以減少熱應力的不均勻分布。 
爐襯:高爐爐襯組成高爐的工作空間,并起到減少高爐熱損失、保護爐殼和其它金屬結構免受熱應力和化學侵蝕的作用。爐襯是用能夠抵抗高溫作用的耐火材料砌筑而成的。爐襯的損壞受多種因素的影響,各部位工作條件不同,受損壞的機理也不同,因此必須根據部位、冷卻和高爐操作等因素,選用不同的耐火材料。 
爐喉護板:爐喉在爐料頻繁撞擊和高溫的煤氣流沖刷下,工作條件十分惡劣,維護其圓筒形狀不被破壞是高爐上部調節的先決條件。為此,在爐喉設置保護板(鋼磚)。小高爐的爐喉保護板可以用鑄鐵做成開口的匣子形狀;大高爐的爐喉護板則用100~150mm厚的鑄鋼做成。爐喉護板主要有塊狀、條狀和變徑幾種形式。變徑爐喉護板還起著調節爐料和煤氣流分布的作用。 
高爐解體:為了在操作技術上能正確處理高爐冶煉中經常出現的復雜現象,就要切實了解爐內狀況。在盡量保持高爐的原有生產狀態下停爐、注水冷卻或充氮冷卻后,對從爐喉的爐料開始一直到爐底的積鐵所進行的細致的解體調查,稱為高爐解體調查。它雖不能完全了解高爐生產的動態情況,但對了解高爐過程、強化高爐冶煉很有參考價值。 
高爐冷卻裝置:高爐爐襯內部溫度高達1400℃,一般耐火磚都要軟化和變形。高爐冷卻裝置是為延長磚襯壽命而設置的,用以使爐襯內的熱量傳遞出動,并在高爐下部使爐渣在爐襯上冷凝成一層保護性渣皮,按結構不同,高爐冷卻設備大致可分為:外部噴水冷卻、風口渣口冷卻、冷卻壁和冷卻水箱以及風冷(水冷)爐底等裝置。 
高爐灰:也叫爐塵,系高爐煤氣帶出的爐料粉末。其數量除了與高爐冶煉強度、爐頂壓力有關外,還與爐料的性質有很大關系。爐料粉末多,帶出的爐塵量就大。目前,每煉一噸鐵約有 10~100kg的高爐灰。高爐灰通常含鐵40%左右,并含有較多的碳和堿性氧化物;其主要成分是焦末和礦粉。燒結料中加入部分高爐灰,可節約熔劑和降低燃料消耗。 
高爐除塵器:用來收集高爐煤氣中所含灰塵的設備。高爐用除塵器有重力除塵器、離心除塵器。

高爐自動化控制系統
高爐自動化控制就象是高爐的控制神經系統,高爐要想安全、可靠、穩定運行必須保證高爐基礎自動化系統的可靠、穩定運行。高爐基礎自動化通信網絡和PLC系統冗余,PLC與HMI監控畫面通過容錯服務器連接可以保證整個系統的可靠、穩定運行。下文詳細介紹高爐基礎自動化系統的網絡結構及各系統的配置與控制。
高爐基礎自動化控制系統的網絡結構共計有3種網絡,PLC與監控畫面、二級系統的網絡采用標準的以太網,易于與廠級網絡相連,便于維護等。主工藝采PLC控制系統采用ControlNet網絡,網絡數據交換速度固定5M,具有較高的數據交換速度,可保證控制系統數據采集的實時性要求。與爐頂的探尺編碼器采用DeviceNet網絡,其網絡交換數據最高速度為500K,實際交換數據的速度視網絡長度和現場的實際情況來進行確定,因與編碼器的數據交換量有限,且實時性要求不是要求很高,可以滿足無料鐘爐頂的控制要求。
主工藝的電氣及儀表控制系統采用羅克韋爾公司的ControlLogix 控制系統,共計7套,其中槽下及上料系統、爐頂及本體系統、熱風爐及出鐵場系統、噴吹及制粉系統、水處理系統CPU采用冗余配置,煤氣凈化系統、水渣系統采用單CPU控制,CPU與HMI容錯服務器采用冗余Ethernet網絡,CPU與I/O模件之間通信采用冗余ControlNet網絡,同時PLC供電采用冗余電源。
1)槽下稱量系統:包括礦石和焦炭稱量控制、皮帶運輸、中間料斗裝料及稱量、稱量補正、焦炭水分補正、稱量斗的料空控制、料滿控制等。
2)上料皮帶系統:礦石、小塊焦稱量斗和焦炭中間料斗排料控制、上料皮帶運輸機的運轉控制和原料跟蹤控制等。
3)爐頂系統:爐頂裝料控制、爐頂設備時序控制、爐頂布料控制等。
4)熱風爐及余熱回收系統:三座熱風爐的送風順序控制及換爐控制,余熱回收系統控制、燃燒控制、送風溫度控制等。
5)煤氣凈化系統:重力除塵設備控制、布袋除塵設備控制、排灰時序控制、灰粉反吹時序控制、爐頂頂壓控制等。
6)煤粉噴吹系統:煤粉噴吹系統的噴吹設備控制等。
7)水處理系統:水處理設備聯鎖控制等。
8)高爐本體系統:冷卻水系統水溫、水壓及水流量測量,爐頂灑水控制,爐身靜壓測量,本體各部冷卻設備及耐火材料溫度測量及報警,出鐵場液壓站控制,出鐵場除塵閥及除塵風機、電機控制等。

系統網絡圖如圖所示:

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