浅析我国高炉炼铁设备发展变化分析

[摘 要]高护炼铁主要设备组成有：高炉本体，高炉热风炉，铁水罐车，煤粉喷吹设备，上料设备，装料设备等。

[关键词]高炉本体 内燃式热风炉 顶燃式热风炉

中图分类号：TP393.08 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）46-0305-01

前言

高炉冶炼是钢铁生产中的重要环节。这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指标良好，工艺简单，生产量大，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。

1 高炉本体的发展变化分析

横断面为圆形的炼铁竖炉。用钢板作炉壳，壳内砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹 、炉缸5部分。由于高炉炼铁技 术经济指标良好，工艺 简单 ，生产量大，劳动生产效率高，能耗低等优点，故这种方法生产的铁占世界铁总产量的绝大部分。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，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧、硫、磷，还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂质（主要为脉石SiO？）和石灰石等熔剂结合生成炉渣（主要为CaSiO3等），从渣口排出。产生的煤气从炉顶排出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉冶炼的主要产品是生铁，还有副产高炉渣和高炉煤气。

2 热风炉的发展变化分析

现代热风炉是一种蓄热式换热器，热风炉供给高炉的热量约占炼铁生产耗热的四分之一。高风温是高炉最廉价、利用率最高的能源，风温每提高100℃，可降低焦比4%-7%，产量提高2%。 热风炉工作原理：借助煤气燃烧将热风炉格子砖烧热，然后将冷风通入格子砖，冷风被加热。自从使用蓄热式热风炉以来，其基本原理至今没有改变，而热风炉的结构、设备及操作方法却有了重大改进。由最早的内燃式热风炉发展到外燃式热风炉，再到顶燃式热风炉，其中经历很多变化，分析情况大致如下：

2.1 内燃式热风炉

内燃式热风炉是最早使用的一种形式，由考贝发明，故又称考贝蓄热式热风炉，包括燃烧室、蓄热室两大部分，并由炉基、炉底、炉衬、支柱等结构

2.2 外燃式热风炉

外燃式热风炉是由内燃式热风炉演变而来，它的燃烧室设于蓄热室之外，在两个室的顶部以一定的方式连接起来，按连接的方式不同，外燃式热风炉可分为四种：地得式，考伯斯式，马琴式和新日铁式。

外燃式热风炉的优点是取消了燃烧室与蓄热室的隔墙，使燃烧室和蓄热室各自独立，从根本上解决了温差、压差所造成的砌体破坏。与内燃式相比，外燃式结构稳定，此外它受热均匀，结构上都有单独膨胀的可能，稳定性大大提高。

2.3 顶燃式热风炉

顶燃式热风炉，就是指燃烧器安装在热风炉炉顶，在拱顶空间燃烧，不需专门的燃烧室，又称无燃烧室式热风炉。将煤气直接引入拱顶空间燃烧，为了在短时间里，保证煤气与空气很好的混合完全燃烧，需采用燃烧能力大的短焰或无烟烧嘴。烧嘴向上倾斜25？，由切线方向相对引入燃烧，火焰呈旋涡状流动。顶燃式热风炉吸收了内燃式。外燃式热风炉的优点并克服了它们的一些缺点。

3 上料设备的发展变化分析

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，不仅能满足正常生产的需要，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%；工作稳妥可靠；最大程度的机械化和自动化。

上料机主要有料罐式、料车式和皮带机上料三种方式。料罐式上料机是上行重罐下行空罐，如果速度快，则吊着的料罐就会摆动不停，所以上料能力低，高炉早已不再采用。新建的大型高炉，多采用皮带机上料方式。

3.1 料车式上料机

料车式上料机一般由三部分组成：料车、斜桥和卷扬机。

（1）料车

一般每座高炉两个料车，互相平衡。料车容积大小则随着高炉容积增大而增大，一般为高炉容积的0.7%～1%。为了制造维修方便，我国料车的容积有：2.0 M3、4.5M3、6.5M3和9M3 几种。随着高炉强化，常用增大料车容积的方法来提高供料能力。

（2）斜桥

斜桥大都采用桁架结构，其倾角取决于铁路线路数目和平面布置形式，一般为55O ～65O 。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，顶端悬臂部分和高炉没有联系，其目的是使结构部分和操作部分分开。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，消除了框架产生的斜向推力。 为了使料车上下平稳可靠，通常在走行轨上部装护轮轨。为了使料车装得满些，常将料车坑内的料车轨道倾角加大到60°左右。

（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、钢丝绳、安全装置及控制系统组成。

3.2 皮带式上料机

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需要，如一座3000 m3的高炉，料车坑会深达5层楼以上，钢丝绳会粗到难以卷曲的程度，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。

4 煤粉喷吹设备的发展变化分析

高炉喷煤就是将原煤磨制成合适粒度的煤粉，利用压缩气体释放时的动能，把煤粉送进高炉各个风口，以替代相当量的焦炭参与高炉冶炼过程。煤粉喷吹主要设备如下：

4.1 混合器

混合器是将压缩空气与煤粉混合并使煤粉启动的设备，由壳体和喷嘴组成。混合器的工作原理，是利用从喷嘴喷射出的高速气流所产生的相对负压将煤粉吸附、混匀和启动的。喷嘴周围产生负压的大小与喷嘴直径、气流速度以及喷嘴在壳体中的位置有关。混合器可分为喷射混合器、流化罐混合器、沸腾式混合器三种形式。

（1）喷射混合器：多用于多管路下出料喷吹形式，其特点是结构简单，价格便宜，寿命长，但煤粉混合浓度低，而且浓度不均匀。

（2）流化罐混合器：外观呈罐形，内设水平流化板，下为气室，特点在于结构复杂，造价高，但可以通过风二次调节煤粉浓度，适用于浓相喷吹，易实现煤量自动控制。

（3）沸腾式混合器：特点在于壳体底部设有气室，上面为沸腾板，通过沸腾板压缩空气提高气、粉混合效果。

4.2 分配器

单管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。目前使用效果较好的分配器有瓶式、盘式和锥形分配器。

（1） 瓶式分配器。结构复杂而且喷吹介质和煤粉在分配器内易产生涡流，阻力大，易积粉。

（2） 盘式分配器。具有较高的分配精度，煤粉和介质沿固定流向流入，损阻小，不积粉，分配均匀。

（3） 锥形分配器。呈倒锥形，中心有分配锥。煤粉由下部进入分配器。由于锥式分配器和盘式分配器的内壁喷镀耐磨材料，其寿命大大提高，满足生产要求，所以应用广泛。

4.3 喷煤枪

喷煤枪是高炉喷煤系统的重要设备之一，由耐热无缝钢管制成，直径15-25mm。根据喷吹介质不同分为两种，喷吹压缩空气的为普通型喷煤枪，喷吹氧气的为氧煤枪。

5 结语

高炉冶炼是钢铁生产工业的一项非常重要的环节，其中炼铁设备又是高炉炼铁的主要内容，其发展一直为人们所研究讨论。本文在查阅大量的资料文献的基础上列举了炼铁设备的其中几种稍加分析。

参考文献

[1] 郑金星.炼铁工艺与设备. 2011.1.1

[2]朱文学.热风炉原理与技术.2005.2.1

[3]崔万平，候鑫.天津冶金.2007