Analyse complète du processus de production et des paramètres techniques du fer du haut fourneau
2025-04-30 15:02:27 Hits:0
1. Présentation de la production de fer de porc du haut fourneau
Le fer à charbon du haut fourneau est un alliage de carbone de fer (3-4,5% de carbone) produit par des réactions physicochimiques dans un haut fourneau, principalement utilisées dans la fabrication d'acier, de moulage et de fabrication de machines. En 2023, la production mondiale de fer de porc a atteint 1,3 milliard de tonnes, la Chine représentant 58,7% (National Bureau of Statistics). Le processus de production implique trois étapes: la préparation des matières premières, la fusion du haut fourneau et le traitement en fonte fondu.
2. Spécifications de la matière première et prétraitement
2.1 minerai de fer
Normes de qualité:
Paramètre Fonte brute pour la sidérurgie Fonte de fonte TFE (fer total) ≥62% ≥58% Sio₂ ≤6% ≤8% S ≤0.05% ≤0.06% P ≤0.10% ≤0.12% Explication: Le minerai de haut grade (TFE ≥62%) est directement utilisé pour le fer à porc en acier. Le minerai de balle de coulée permet un TFE légèrement inférieur mais nécessite un contrôle plus stricte du soufre et du phosphore pour empêcher la fragilité. Par exemple, le soufre dépassant 0,06% provoque des fissures chaudes dans les pièces moulées.
Processus de prétraitement:
Feutre: les fines minerai de fer (<8 mm) sont mélangées avec du flux (calcaire, dolomite) et chauffées à 1200-1300 ° C pour produire un feutreux (résistance au gobelet ≥70%). Le feutre améliore la perméabilité du gaz dans la fournaise.
Pelletisation: les concentrés (TFE> 64%) sont granulés et torréfiés à 1250-1350 ° C pour atteindre une résistance à la compression ≥2500 N / Pellet. Les granulés garantissent une distribution uniforme du fardeau.
2.2 Coke
Spécifications clés:
Paramètre Exigence Norme de test Carbone fixe (FC) ≥85% GB / T 1997 Soufre (s) ≤0.70% ISO 351 Résistance au coke après réaction (RSE) ≥65% ISO 18894 Explication: Coke sert des rôles doubles:
Carburant: génère de la chaleur pour maintenir les températures du four (1200-1500 ° C).
Réductant: réagit avec les oxydes de fer pour produire du CO pour la réduction. Le faible RSE provoque une fragmentation du coke, perturbant le débit de gaz.
2.3 Flux
Limestone (Caco₃): Taille de grains de 20 à 50 mm, CaO ≥52%. Se décompose en CaO à des températures élevées, réagissant avec Sio₂ pour former des scories (Casio₃) qui absorbe les impuretés.
Dolomite (CAMG (CO₃) ₂): MGO ≥ 18%. Ajuste la basicité des scories (rapport CAO / Sio₂) et abaisse le point de fusion du scorie.
3. Paramètres de processus du haut fourneuse
3.1 Structure du fardeau
| Matériel | Rapport (%) | Taille des grains (mm) |
|---|---|---|
| Feutreau | 55-70 | 5-50 |
| Boulettes | 15-30 | 8-16 |
| Minerai | 10-20 | 10-25 |
| Coke | 25-35% (rapport de couche) | 25-75 |
Explication:
Dominance de feutre: 55 à 70% de séjour assure la perméabilité stable du gaz.
Coke en couches: maintient la combustion et la réduction continues.
3.2 Paramètres opérationnels
Température de l'explosion chaude: 1150-1300 ° C (cuisinière de Kalugin). Les températures élevées accélèrent la combustion du coke.
Enrichissement en oxygène: 3-5% (air de souffle O₂ 23-25%). Réduit la perte de chaleur induite par l'azote.
Pression supérieure: 200-250 kpa. Améliore l'utilisation du gaz (> 50%) en ralentissant le débit de gaz.
3.3 Réactions en Furnace
Zone de réduction indirecte (800-1100 ° C):
3fo₂ + co → moxo₄ + coo fuoo₄ + co ← fo ← feo + coe + coe + coe
Remarque: Les réactions co-entraînées nécessitent des niveaux de CO contrôlés (21-23% de CO₂ dans le gaz supérieur).
Zone de réduction directe (> 1100 ° C):
C + CO₂ → 2CO FEO + C → FE + CO
Remarque: Les réactions en carbone solide sont à forte intensité d'énergie. Maintenir un degré de réduction directe (RD) à 25 à 30% pour limiter le rapport de carburant (<520 kg / t).
4. Système de contrôle de la qualité
4.1 Composition chimique
| Élément | Fonte brute pour la sidérurgie | Fonte de fonte | Fer de porc de haute pureté |
|---|---|---|---|
| C | 3.5-4.5% | 3.0-4.0% | 3.2-3.8% |
| Et | 0.3-1.0% | 1.5-3.5% | 0.8-1.5% |
| MN | ≤0.50% | ≤0.50% | ≤0.30% |
| P | ≤0.10% | ≤0.06% | ≤0.015% |
| S | ≤0.05% | ≤0.04% | ≤0.010% |
Explication:
Grade d'acier: Low Si / S minimise le volume des scories dans les convertisseurs.
Grade de coulée: Si plus élevé (1,5 à 3,5%) améliore la fluidité pour les pièces moulées complexes.
Grade de haute pureté: S / P ultra-low empêche les fractures de contrainte dans les composants de précision comme les arbres d'éoliennes.
4.2 Méthodes de test
Spectrométrie: Spectromètre d'émission optique ARL 3460 (précision ± 0,005%).
Analyse thermique: L'analyseur LECO CS844 détecte C / S à 0,001%.
4.3 Antatrice de défauts
| Problème | Cause première | Solution |
|---|---|---|
| SI élevé | Température excessive du four | Réduire la température de souffle de 50 à 100 ° C |
| Haut S | Bascicité à faible laitier | Augmentez Cao / Sio₂ à 1.10-1.15 |
| Température en fer à faible fonderie. | Mauvaise qualité de coke | Utilisez du coke avec CSR ≥68% |
5. Équipement et innovations
5.1 Équipement clé
| Équipement | Spécification | Fabricant |
|---|---|---|
| Haut fourneau | Volume de 3800m³, 10 000 t / jour | MCC Capital Engineering |
| Système de charge supérieur sans cloche | ± 2% de précision de distribution | Paul |
| Scurporté de scories | Poussière <5 mg / m³ | Daniel |
Explication:
Top sans cloche: la goulotte rotative assure une distribution de charge uniforme, empêchant l'érosion du mur.
Épurateur de laitier: pulvérisations d'eau à haute pression capturent la poussière pour la récupération de gaz plus propre (valeur de chaleur: 3000-3500kj / m³).
5.2 Systèmes de contrôle intelligents
Système d'experts: l'expert BF de Baosteel réduit le rapport de carburant de 8 kg / t en utilisant 30 000 ensembles de données historiques.
Twin numérique: ANSYS Twin Builder prédit la température de fer en fusion (erreur ± 3 ° C) pour l'optimisation du processus.
6. Conformité environnementale et recyclage
6.1 Normes d'émission
| Polluant | Standard national (GB 28663) | Valeur typique |
|---|---|---|
| Particules | ≤ 15 mg / m³ | 8-12 mg / m³ |
| So₂ | ≤ 100 mg / m³ | 50-80 mg / m³ |
| Nox | ≤ 300 mg / m³ | 150-250 mg / m³ |
6.2 Utilisation des sous-produits
Applications de scories:
Scories granulées du haut fourneau (GBFS): remplace 30 à 50% de ciment en béton, augmentant la résistance de 20%.
Verra-céramique: SlAg + SILIC SILIC a fondu dans des matériaux résistants à la corrosion (résistance à la compression ≥200 MPa).
Récupération du gaz: le gaz purifié génère 200-250 kWh par tonne de fer à porc, couvrant 30% des besoins en puissance du four.
