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    世界高爐之王——沙鋼5860立方米煉鐵高爐

    2014-7-14 10:36:39      點擊:

    世界高爐之王——沙鋼5860立方米煉鐵高爐

     

    工程投資額:18億元以上
    工程期限:2008年——2009年
    北京耐默公司生產的
    陶瓷煤粉噴槍希望能在沙鋼高爐應用。


    沙鋼5860高爐底部送風裝置。這座世界第一高爐投產后,每天可生產1.3萬多噸鐵水,足夠裝滿90只150噸鐵水罐。

    2009年10月21日凌晨1點36分,沙鋼集團華盛煉鐵廠5860立方米高爐順利出鐵,標志著這座目前世界上容積最大、技術最先進的“世界第一高爐”正式投產。該爐年產量高達500萬噸,年產值超過120億元;主要為沙鋼集團新投產的300萬噸熱軋和200萬噸寬厚板生產線提供鐵水。

    高爐煉鐵技術已有數百年歷史,2008年世界生鐵產量9.267億噸,高爐煉鐵占總產量的90%以上。目前全世界約有煉鐵高爐1400余座,我國約有煉鐵高爐1100余座,2008年我國生鐵產量達4.7067億噸,約占世界生鐵總產量的50.8%。高爐生產線是鋼鐵廠的“龍頭”,通常由選料、制粉、燒結/球團、焦化、配料、鼓風機、熱風爐、噴吹、高爐、除塵、煤氣站、渣鐵運輸等龐大的系統組成。鐵礦石經高爐冶煉成生鐵,再用鐵水罐轉運到煉鋼車間,用轉爐等設備精煉成鋼水,并鑄成板坯鋼錠,供后續生產流程軋制成鋼材。因此高爐一旦出現問題,整個鋼廠都有可能癱瘓,其重要性可見一斑。

    沙鋼集團位于江蘇省張家港市錦豐鎮,是我國最大的民營鋼鐵企業。華盛5860立方米高爐項目總投資18億元,工程由原料運輸設備、高爐本體、熱風爐、高爐鼓風機、噴煤制粉及噴吹、軋鐵處理及運輸、煤氣清洗以及三電控制系統組成。采用世界最先進的富氧噴煤系統、煤氣洗滌循環系統、凈化水增壓系統、TRT余熱發電、爐前脫硅及高效除塵環保等節能減排先進技術,裝備水平居世界前列,噸鐵能耗比國內同類裝備降低40%左右,煙塵粉塵排放量可減少15%左右,技術經濟指標達到國際一流水平。


    日本第二大鋼鐵集團——日本JFE鋼鐵福山廠(左起)第2高爐、第3高爐、第4高爐、第5高爐,4號高爐2006年5月擴容到5000立方米,5號高爐擴容到5500立方米。

    世界特大型高爐一覽

    鋼鐵被譽為工業社會的骨骼,自人類進入工業化以來,鋼鐵產量成倍增長。1901年世界鋼鐵產量僅為3000萬噸,到2000年已經躍升到8.437億噸,上個世紀世界鋼鐵總產量約為327.02億噸,主要由歐美國家和日本生產。進入新世紀后,隨著以中國為主的新興經濟體高速發展,2008年世界粗鋼產量已經達到13.297億噸,主要由中國生產。鋼鐵消費量的急劇增長和能源價格上漲,以及各國對于環境保護的要求,都在促使煉鐵高爐向大型化、高效化、清潔化發展。

    高爐規格一般以爐內有效容積來衡量,1860年以前高爐最大容積在300m3以下,日產鐵水數十噸;到19世紀末期,容積增大到700m3,日產量提高到500噸;20世紀初期,爐容擴大到1000-3000m3,70年代后,擴大到4000-5000m3,F在高爐最大容積已經達到5500m3以上。這些巨型高爐日產鐵水高達12000噸以上,足夠用來建造2座埃菲爾鐵塔。高爐從開爐點火到大修,單次爐役可以連續運轉十幾年時間,經數次停爐大修,爐齡可達50年以上,單爐累計產量以千萬噸計。

    截至2009年11月,全世界共有9座5500m3以上的特大型煉鐵高爐,除了沙鋼的世界高爐之王外,其他8座分別是:日本新日鐵大分廠1號、2號高爐(容積均為5775m3),俄羅斯北方鋼鐵(Severstal)切列波維茨廠5號高爐(容積5580m3),日本新日鐵君津廠4號高爐(容積5555m3),德國蒂森鋼鐵斯韋爾根廠2號高爐(容積5513m3),日本JFE福山廠5號高爐(容積5500m3),韓國浦項光陽鋼廠4號高爐(容積5500m3),中國京唐鋼鐵1號高爐(容積5500m3)。

    日本是特大型高爐最多的國家,全世界18座5000m3以上的高爐中,日本就占了12座。近年來日本四大鋼鐵公司,一口氣將12座1979年前建設的高爐,擴容改建到5000m3以上;其中還包括2004年9月29日,住友金屬鹿島廠投產的5370m3新1號高爐,這是日本25年來唯一新建的大型高爐。新日鐵大分廠2號高爐于1976年10月點火投產,1988年8月大修擴容到5245m3,2004年5月大修擴容到5775m3,日產量達到13500噸,成為當時世界最大的煉鐵高爐。該爐自1976年投產以來,累計鐵水產量已接近1億噸。2009年8月2日,新日鐵大分廠1號高爐經過大修,也擴容到5775m3,該爐1972年11月投產時的容積為4158m3。這些老舊高爐經過不斷的大修改造,依然具有很高的生產效率。

    蘇聯于1974年底,在烏克蘭克里沃羅格(Krivoi Rog)鋼鐵公司,建成容積5026m3的9號高爐,年產量為400萬噸,其爐殼用高強度鋼板制成,配備有自立式熱風爐,熱風溫度可達1450℃,比一般熱風爐高200-300℃。這是蘇聯第一座5000m3級高爐。2003年11月,9號高爐經大修后復產。該廠曾經是僅次于馬格尼托哥爾斯克鋼鐵公司的蘇聯第二大鋼鐵企業,現被安賽樂米塔爾收購,2008年產量約810萬噸。1986年4月,蘇聯在沃洛格達州的切列波維茨(Cherepovets)鋼鐵廠,建成容積5580m3的5號高爐,該爐一度成為世界最大的煉鐵高爐,2005年9月大修復產,2008年1月31日發生火災,2天后恢復生產。韓國浦項制鐵光陽鋼廠,在1992年9月投產容積為3795m3的4號高爐,年產量310萬噸。2009年2月18日停爐大修,將容積擴大到5500m3,年產量提高到430萬噸。7月21日,該爐完工復產,成為韓國容積最大的高爐。

    我國雖然從1996年起鋼鐵產量就已經超過日本,躍居世界第一位,2008年粗鋼產量超過5億噸,相當于日本的4倍。但在2009年前,我國僅有10座4000m3級以上的大型高爐,其中最大的是寶鋼于1985年9月投產的1號高爐(容積4063m3),2008年12月擴容后達到4966m3,年產量提高到405萬噸。截至2009年9月28日,寶鋼4座4000m3級高爐,累計產鐵超過2億噸。

    由于我國存在大量高污染、高能耗的小型高爐,國家從2005年制定鋼鐵產業政策時,就明確要淘汰300m3以下的高爐。2009年初制定鋼鐵產業振興規劃時,進一步將高爐淘汰標準提高到1000m3,這將直接壓縮落后鋼鐵產能1.8億噸以上。因此從2009年后,我國大型煉鐵高爐將進入建設高潮。5月21日,唐山曹妃甸首鋼京唐公司新建成的5500立方米1號高爐試生產成功。10月21日,沙鋼5860m3高爐投產。2010年首鋼京唐5500立方米2號高爐將投產。此外寶鋼湛江、武鋼防城港項目均有建設5000立方米以上大型高爐的計劃。不過這些項目受金融危機影響,可能暫緩實施。

    沙鋼集團前身,沙洲縣錦豐軋花廠老照片。沒人會想到30年后,這里會誕生一家躋身世界十大鋼鐵集團的巨型鋼鐵企業。


    江蘇張家港沙鋼集團衛星圖片,廠區占地13平方公里,是臺灣中鋼的2倍,有數萬職工在這里工作。照片上方就是長江,沙鋼產品從這里源源不斷地運往世界各地。

    “鋼鐵沙皇”的傳奇

    沙鋼集團成立于1975年,是我國最大的民營鋼鐵企業,經過三十多年發展,已經從一個縣辦小廠發展成為我國第四大鋼鐵集團。2008年完成鋼產量2330萬噸、鐵1877萬噸、軋材2057萬噸,實現銷售收入1452億元、利稅148億元,躋身世界十大鋼鐵集團,在世界500強中排名第444位。目前沙鋼集團擁有總資產1100億元,職工35000余名,廠區占地13平方公里,主要技術裝備均具有國際一流水平。這一系列數據,述說著一個企業成長的傳奇。

    圖為鋼廠夜景

     

    1974年初,江蘇省沙洲縣(今張家港市)統配鋼材緊缺,縣里提出讓錦豐軋花廠搞鋼鐵。軋花廠黨支部書記張耀生和沈文榮等人,用借來的45萬元自籌資金開始組建一個小型軋鋼車間。他們用土法煉鋼澆鑄十副軋機牌坊,從上海一艘名為東方號的報廢貨輪,買來美國30年代制造的1250匹重型柴油機,用來帶動軋機。用舊坦克上一臺500匹馬力汽油機和舊直流電動機,改為交流發電機解決輔助用電。10月份,廠里派沈文榮帶領28個工人到吳縣陸墓鎮軋鋼廠學習軋鋼技術。1975年3月10日,軋鋼車間正式投產。6月10日,錦豐軋花廠軋鋼車間命名為沙洲縣軋鋼廠,隸屬于沙洲縣商業局。做了6年機修車間副主任的沈文榮,被任命為副廠長。沙洲縣第一個冶金企業就這樣誕生了。

    1976年10月,沙鋼建成第一臺3噸小電爐,由于計劃經濟時代物資短缺,盡管設備原始,早期的沙鋼還是取得了不錯的效應。1983年產量近1萬噸,有圓鋼、螺紋鋼、角鋼等七八種產品。1984年4月,沈文榮被沙洲縣委任命為軋鋼廠廠長。剛上臺的沈文榮就做出一個重大決定:收縮產品線,將當時大企業不屑一顧,而小企業又無法上規模的窗框鋼作為主導產品。當時蘇南地區先富起來的農民蓋新房,用鋼窗成為一種時尚,因此需求量很大。到1988年,沙鋼已經建成9條窗框鋼專業化生產線,產量達到13萬噸,國內市場占有率達到65%。生產窗框鋼使沙鋼掘到了第一桶金,并享譽全國。

    1988年底,當沙鋼積累了1億多元資金時,沈文榮把家底都砸進去,從英國比茲頓鋼廠買進一條75噸超高功率電爐煉鋼、連鑄、連軋短流程生產線,年產25萬噸螺紋鋼。這個決定關系著沙鋼的生死存亡。沈文榮破釜沉舟地說:“就是設備買來了運行不了,也要放在那里辦成個展覽館,我自己在門口賣票,5分錢一張,讓同行都來學習沈文榮的教訓!鄙蛭臉s和沙鋼是幸運的,這一項目1992年投產后不久,適逢鄧小平發表南巡講話,中國迎來了基礎建設的高潮,3億元投資不到3年就全部收回。

    1993年,沈文榮再行驚人之舉,投資13億元從德國引進亞洲第一條90噸超高功率豎式電爐煉鋼、LF精煉、連鑄、連軋高速線材生產線,投產第二年沙鋼的產量就突破了百萬噸大關。1997年,沙鋼與韓國浦項制鐵合資二億多美元,生產冷軋不銹鋼薄板,目前成為中國最大的不銹鋼薄板生產基地。2001年2月,沙鋼完成企業改制,國有股逐漸退出。


    德國赫施(Hoesch)鋼廠,曾經是多特蒙德的驕傲,有些工人祖孫三代都在這里工作。

    2001年10月,沈文榮花費3084萬歐元,整體買下德國蒂森克虜伯集團位于多特蒙德的赫施(Hoesch)鋼廠,該廠創立于1873年,曾經是德國第三大鋼廠,1944年遭盟軍轟炸,二戰后重建,擁有3萬多名員工,該廠汽車用板深沖鋼板等產品在歐洲享有盛譽,主要生產線是一條具有80年代先進水平的650萬噸長流程鋼板生產線,集燒結、焦化、煉鐵、煉鋼、連鑄、連軋配套于一體,設備原值20億歐元,蒂森集團是因為該廠遠離海岸,人員、原材料成本過高,失去競爭力,又遇到市場飽和,才關停出售。從2001年11月起,沙鋼派出1000多名工人,將霍施鋼廠重達25萬噸的設備和40噸安裝圖紙全部拆運回國,這被稱為“歐洲戰后最大規模的工業拆遷”。隨后沙鋼投入200億元進行技術改造及廠房建設,只用了4年就建成一條650萬噸煉鐵、煉鋼、連鑄、連軋生產線,2005年6月18日正式投產。這一交易成為沙鋼發展史上最重要的分水嶺。沙鋼產能因此一舉躍升到1000萬噸,并迅速改變了以棒材、線材等初級鋼鐵產品為主的產業結構。


    德國多特蒙德赫爾德區拆遷后的Hoesch鋼廠龐大廠區,讓曾在這里工作的德國人頗為失落。

    2006年沙鋼年產鐵1141萬噸、鋼1463萬噸、材1272萬噸,銷售收入588億元,躋身全國鋼鐵五強。并出資20億元重組擁有200萬噸優特鋼產能的江蘇淮鋼集團。2007年9月,出資20多億元重組河南最大的民營鋼鐵企業——安陽永興鋼鐵,并進行250萬噸擴產技術改造。2007年12月,沙鋼控股同屬張家港的江蘇永鋼集團,使沙鋼集團產能提高到2200萬噸,成為與寶鋼、鞍鋼并駕齊驅的鋼鐵巨頭。沙鋼從一個縣級軋棉花的小廠,經過35年的拼搏,已經成為世界一流的鋼鐵企業。從沙鋼沖擊世界鋼鐵之巔的雄心,可以看到中國工業崛起的驚人速度。


    沙鋼5800立方米高爐系統全景

    沙鋼高爐采用的陶瓷煤粉噴槍是我公司生產的。

    沙鋼5860m3高爐工程

    沙鋼集團原有8座高爐,煉鋼所需的鐵水,主要由集團所屬的宏發煉鐵廠和華盛煉鐵廠提供。宏發煉鐵廠擁有3座2680立方米的煉鐵高爐,陸續于2002年10月開始建設,2005年4月竣工投產,年產鐵水650萬噸,平均每座高爐日產鐵水6000噸。主要供應年產450萬噸的1700毫米熱軋卷板和年產200萬噸的5米寬厚板生產線。其中1號、2號高爐是利用德國蒂森赫施鋼廠7號、4號高爐部分設備經過擴容改造而成,3號高爐為全新設計。華盛煉鐵廠下設一分廠和二分廠,共擁有5座380立方米高爐,陸續于1999年12月開始建設,2004年2月投產,年產鐵水250萬噸,平均每座高爐日產鐵水約1200噸。

    沙鋼華盛5860m3高爐是沙鋼集團推進節能減排、優化生產結構的代表性工程,由武漢鋼鐵設計研究總院設計,中冶天工上海十三冶承建,先后解決了大體積混凝土澆筑,高爐本體結構安裝、焊接,高爐機電管儀安裝,耐材砌筑等關鍵技術問題。2008年1月15日工程開始打樁,2月14日正式奠基開工,3月16日進入土建施工。高爐基礎土方開挖達量到1.6萬立方米,基坑深度4.9米,鋼筋綁扎量1200噸,砼澆筑量達9028立方米。6月6日第一帶爐殼吊裝成功,標志著該工程從打樁土建轉入結構吊裝階段。6月21日正式開始熱風爐拱頂砌筑。高爐采用三座PW-DME外燃式熱風爐,單座重達6000噸,由蓄熱室、燃燒室和拱頂組成。12月25日,熱風爐60米砼煙囪,經過30多名員工145天連續施工,完成447噸內襯耐火料的砌填任務,全面竣工。

    2009年2月初,高爐2臺總重172噸的爐頂料罐順利地安裝到62.5米平臺上,3月23日,高爐粗煤氣下降管順利在百米高空對接就位,粗煤氣下降管是高爐煤氣出口的主要通道,且是整個高爐施工最重的構件之一,管徑3400毫米,長度為58米,重約120噸。5月5日正式開始耐材砌筑,6月25日高爐爐底耐材全部砌筑完成。共完成4層爐底炭磚,2層陶瓷墊磚,5層環形炭磚及爐底保護磚鋪設任務。7月9日,全廠35千伏動力、鼓風機站10千伏、主泵房10千伏、主控樓10千伏系統成功送電。9月,高爐鼓風機站系統試車成功,該設備電機重達123噸,額定功率60000千瓦,是目前世界最大的鼓風機。2009年9月20日12時28分,華盛5860高爐開始烘爐,標志著工程完成設備安裝,進入負荷試車階段。華盛5860高爐投產后,將使沙鋼煉鐵產能提高近三分之一。除華盛高爐技改項目外,沙鋼集團還在全力推進焦爐技改、榮盛轉爐技改、榮盛軋鋼技改和5米寬厚板技改項目。五大技改項目總投資190億元,預計2010年正式投產。


    日本JFE鋼鐵千葉廠(原川崎制鐵千葉廠)1號高爐模型

    高爐煉鐵流程

    高爐是形似保齡球的圓形豎爐,用高強度鋼板作爐殼,殼內砌耐火磚內襯,自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸5部分。爐頂開有進料口和四根爐頂排氣管,這四根排氣管在爐外接合為一根降流管,與除塵設備相連,用于清除爐頂氣的粉塵。爐底設有出鐵口和出渣口,沿爐缸四周開有數量不等的進風口,與熱風爐用管道相連。煉鐵的主要原料是鐵礦石、焦炭/煤粉、石灰石和空氣。從爐頂裝料,爐底鼓風,形成爐料下降,和煤氣上升的相對運動,將礦石還原成生鐵。

    從礦山采出來的鐵礦石包括赤鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦等種類,富礦經加工可以直接入高爐冶煉,貧礦由于含鐵量較低,必須經過研磨、選礦等工序,提取含鐵量較高的部分,制成精礦粉。由于精礦粉太細,不能直接入爐,必須通過燒結機制成燒結礦,或經過豎爐制成球團礦。球團成塊后的礦粉具有高氣孔率,有利于利于煉鐵造渣,提高煉鐵效率。

    高爐煉鐵時,將礦粉制成的燒結礦/球團礦,與焦炭、造渣熔劑(石灰石)等原料,按規定稱重配比,從爐頂進料口分批裝入爐身。將冷空氣用鼓風機吹入熱風爐內,加熱到800-1350攝氏度,用管道送入高爐底部四周的進風口,并向風口噴入焦炭/煤粉/重油等助燃劑。高溫空氣與焦炭/煤粉發生燃燒,產生2000℃以上的熾熱煤氣。高溫煤氣以60-120米/秒的速度,從底部風口連續穩定地吹入高爐內,使溫度達到上千度。爐頂裝入的焦炭和礦石在下降過程中,一直保持交替分層的結構。爐料降到爐身上部還原區時,被預熱到300℃,水份蒸發排出,礦石與CO氣體發生反應。爐料降到爐腰還原區時,加熱到900℃,氧化鐵還原為固態海綿鐵,石灰石快速分解為氧化鈣并與脈石結合。爐料降到爐腹熔融帶時,加熱到1350-2000℃,除焦炭外,其它爐料全部熔融,鐵液熔化滴落到爐缸,爐渣逐步形成。爐料降到爐底時,焦炭在風口前燃燒氣化。風口前有一個袋形的焦炭回旋區,焦炭在這里遇空氣強烈地回旋和燃燒,放出大量的熱并生成一氧化碳與二氧化碳,這里是爐內熱量和氣體還原劑的主要產生地。一氧化碳在上升過程中,與鐵礦石中的氧反應成二氧化碳和鐵,二氧化碳氣體上升,跟爐料中的炙熱焦炭反應,再次生成一氧化碳,繼續跟從爐頂不斷裝入的爐料反應。

    爐料在下降過程中,絕大部分鐵的氧化物被還原成鐵;煸阼F礦石里的錳、硅、硫、磷等元素也會被碳或一氧化碳從它們的化合物中還原出來。少量的碳、錳、硅、硫、磷等在高溫下熔合在鐵里,成為生鐵。鐵礦石里還含有難熔化的脈石,爐料中加入石灰石就是用于除去脈石。石灰石主要成份為碳酸鈣,與脈石里的二氧化硅反應,生成硅酸鈣和二氧化碳,從礦石里分離出來。還原后的生鐵和爐渣,聚集在爐缸中,定期從出鐵口、出渣口放出。生鐵是煉鋼的主要原料,礦渣是生產礦渣水泥的原料。上升到爐頂的高溫煤氣流則逐漸冷卻,從爐頂排出;經除塵后作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等設備的氣體燃料。爐頂氣含塵量非常高,一座日產3000噸的高爐,僅每天從爐頂氣分離的塵埃就高達70噸,F代化高爐還可以利用爐頂的高壓,導出部分煤氣用于發電。根據鐵礦石品味,高爐煉鐵通常需要1.5-2噸鐵礦石、0.3-0.6噸焦炭/煤粉、0.2-0.4噸熔劑,2000m3空氣,才能冶煉出一噸生鐵。

    生鐵性能堅硬但較脆,含碳量在2-4.3%之間,按用途可分為煉鋼生鐵(白口鐵)、鑄造生鐵(灰口鐵)、球墨鑄鐵以及合金生鐵。煉鐵廠生產的鐵水用鐵水罐轉運到煉鋼車間,與廢鋼、石灰等造渣料一起,投入轉爐吹氧冶煉成鋼,將含碳量降低到0.2-2%,脫除硅、磷、硫等雜質,鋼水精煉后鑄成板坯鋼錠,供后續流程軋制成鋼材。含碳量在0.2%以下的稱為熟鐵,由于缺乏碳素,性能較軟,強度和硬度均較低。

    大型高爐一旦點火后就不能輕易停止運行,否則會使爐體受到嚴重損傷。在經濟不景氣的情況下,企業壓縮生產又不能;,所以只能降低爐溫,使高爐處于保溫狀態,延長產品出爐的時間,減少營運成本。這被稱為悶爐。為了保證高爐生產的連續性,必須要儲備足夠數量的原料。如寶鋼1號4063m3高爐,日產生鐵超過10000噸,爐渣4000多噸,日耗焦4000多噸。煉鐵是能耗大戶,高爐、燒結、煉焦三個工序的能耗在鋼鐵企業總能耗中約占70%,單是高爐的能耗即占50%左右。煉鐵又是鋼鐵企業環境污染的重點戶。高爐和燒結的煙塵,焦化的廢水和煙塵對環境污染都比較嚴重,故它又是鋼鐵企業進行環境治理的重點部門,近年來高爐設備都在向環保節能化發展。

     

    圖為現代化的鋼廠


    11-15世紀使用的煉鐵風箱

    高爐煉鐵發展概況

    高爐煉鐵起源于煉鐵豎爐,煉鐵豎爐由煉銅豎爐發展而來,當時鐵是煉銅時的副產品。公元前4000年的古埃及和兩河流域,出現極少量隕鐵制品。公元前1400年,小亞細亞的西臺王國(今土耳其境內)掌握了原始的冶鐵技術。即在土中挖一坑洞,周圍堆上石塊,以木柴為燃料,利用自然風力燒煉礦石,產品為類似塊狀的海綿鐵。西臺王國被腓尼基所滅后,冶鐵技術逐漸向中東、非洲、歐洲傳播,這個過程延續了上千年。

    中國煉鐵始于2500年前的春秋、戰國之交,當時鐵廣泛應用于武器、農具和生活用具。漢武帝時(公元前110年),將煉鐵收歸官營,先后設立了49個鐵官。在鄭州古滎鎮出土的西漢中晚期冶鐵遺址中,煉鐵豎爐爐缸長軸約4米,短軸約2.8米。有專家估算這樣的豎爐有效容積為50立方米,兩側各有2個風口,設鼓風器4具,日產量約500公斤。東漢時發明了以水力代替人力鼓風,有力地推動了煉鐵生產的發展。煉鐵技術逐步由中國傳入朝鮮、日本等國。

    歐洲直到12世紀初,才在瑞典出現豎爐煉鐵。15世紀時由于鑄造火炮的需要,煉鐵技術得到較快發展,到16世紀歐洲已普遍采用豎爐冶煉。歐洲早期的豎爐多呈方形,用石塊砌成,爐身較矮。由于不懂得加熔劑,因而往往不能獲得流動性良好的爐渣,渣中鐵的含量也相當高。到16世紀中葉時,爐缸邊長1米多,有一個鼓風口和一個流出口,日產量不到1噸。到17世紀爐子明顯加大增高,各項指標都有顯著改善。然而由于生鐵難以鍛造,經過把生鐵和礦石一起裝爐再一次熔煉,便得到熟鐵,同時產量增加,自此形成了煉鐵的二步操作法。


    左圖為14世紀德國使用的煉鐵豎爐,右圖為17世紀歐洲出現的水車鼓風煉鐵爐,日產鐵水可達到1噸。

    18世紀中葉的英國工業革命大大推動了煉鐵技術發展。早期冶鐵一般采用木炭為原料,隨著產量擴大,歐洲當時森林砍伐過度,便嘗試用煤作為高爐燃料。由于煤中含硫,使生產的鐵較脆,于是用干餾的方法除去煤中的硫成為焦炭。1735年英國人達爾比(Darby)用焦炭煉鐵獲得成功。這樣不僅解決了燃料問題,而且焦炭質地堅硬,可以承受較大的壓力,使爐子能夠加高增大,產量大幅度提高。焦炭多孔透氣,有利于煉鐵過程中化學反應進行,所以是極為理想的燃料和還原劑,自那時起一直使用至今。1755-1765年間,英國和俄國人出現以蒸汽機驅動的鼓風機,為高爐大型化創造了條件。1788年,英國的生鐵產量為61300噸,而在各煉鐵廠相繼采用蒸汽機后,到了1796年,英國的生鐵產量即猛增到125000噸。1828年蘇格蘭開始以熱風爐給高爐預熱鼓風,取得明顯效果,推動了蘇格蘭高爐在10年間全部裝備了熱風爐。1857年發明蓄熱式熱風爐后,風溫急劇升高,使高爐冶煉達到一個嶄新的階段。1832年英國人第一次利用高爐煤氣來加熱鼓風,與此同時出現了封閉式爐頂。這兩項新技術使當時的高爐生產和爐頂構造發生了巨大變化。

    19世紀中葉至20世紀中葉,現代高爐煉鐵技術基本成型。1840年開始出現人造富礦(燒結礦、方團礦和球團礦等)。起初燒結配料中不加熔劑,燒結礦是自然堿度的,到20世紀中葉發展為自熔性燒結礦,進而發展成熔劑性燒結礦,其冶金性能大為改善。以前高爐爐頂壓力為0.01-0.02MPa,20世紀中期出現了高壓(爐頂)操作,隨著鼓風機能力加大,到20世紀后期爐頂壓力已達到0.15-0.25MPa。由于爐內壓力提高,煤氣速度減慢,使高爐的冶煉強度和利用系數提高了一大步。1960年代高爐噴吹燃料技術發展起來后,加濕鼓風、脫濕鼓風、富氧鼓風技術得到迅速發展,高爐風溫20世紀中期的500-600℃提高到20世紀后期的1100-1350℃。隨著原料質量和操作水平的提高,以及高爐耐火材料質量的改進,高爐壽命顯著延長,到90年代已達到10-15年,最高達到20年。爐容從20世紀初的700m3提高到4000-5500m3,單爐日產量超過13000噸。高爐的自動化控制技術也得到廣泛應用。


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