第三章高炉炼铁详解

高炉结构
高炉是由耐火材料砌筑而成 竖式圆筒形炉体，外有钢板 制成炉壳加固密封，内嵌冷 却器保护，炉子自上而下依 次分为炉喉、炉身、炉腰、 炉腹和炉缸五部分。炉缸部 分设有风口、铁口和渣口， 炉喉以上为装料装置和煤气 封盖及导出管。
小料钟是控制原料进入料罐的，大料钟是控制原料进入炉
高炉 炉内 炉料 状况 及反
企业 名称
宝钢 武钢 鞍钢 邯钢 太钢 莱钢 鄂钢 杭钢 三明
炉 炉容 系数 焦比 煤比 风温 渣铁比 入炉品 号 m3 t/m3d Kg/t kg/t ℃ kg/t 位% 3 4350 2.344 276 200 1274 258 60.09 5 3200 2.208 377 138 1104 268 60.00 3 2580 2.140 357 160 1113 294 59.73 7 2000 2.188 326 125 1099 325 59.98 3 1200 2.159 375 110 1066 278 60.52 4 750 3.030 391 100 1115 327 59.32 8 620 2.640 401 101 1093 310 59.68 4 450 3.970 411 127 1066 260 60.52 3 380 3.98 404 107 1126 305 59.90
（1）形状：
随着原料与操作条件的变化，其纵剖面可形成倒V形、 W形或V形等分布,见下图。
（2）软熔带对高炉冶炼的影响： • 软熔带对高炉中下部起着煤气再分布的作用； • 影响矿石的间接还原、煤气利用以及对炉衬的维护等。
目前倒V形软熔带被公认是最佳软熔带。
3、滴落带
（1400℃以上）含铁炉料虽已熔化，但焦炭尚未 燃烧，因而该区料柱是由焦炭构成的塔状结构；
一定量的液体渣铁与焦炭间的直渣铁以及浸入其中 的焦炭。在铁滴穿过渣层时以及在渣铁界面，最终完成 必要的渣铁反应，得到合格生铁，并间断地从渣、铁口 排出炉外。
3.2 燃烧反应
炉顶加入的焦炭，其中风口前燃烧的碳量约占入炉总碳 量的65%～75%，是在风口前与鼓风中的O2燃烧，17～ 21％参加直接还原反应，10％左右溶解进入铁水。
3.1高炉冶炼过程及特点
现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除高炉本体外， 还有供料、送风、煤气净化除尘、喷吹燃料和渣铁处理等 系统。
高炉炼铁的本质 传质过程：矿石中的O2-
O2-(矿）＋CO ￫ CO2
O2-
进入煤气中，实现铁与氧的分离
传热过程：煤气携带的热量传给炉料，使炉料熔化成渣铁， 实现渣铁分离
第三章高炉炼铁
钢铁生产的典型工艺（长流程）
主要内容
3.0高炉炼铁概述 3.1 高炉冶炼过程及特点 3.2 燃烧反应 3.3 还原反应 3.4 高炉炉渣与脱硫 3.5 炉料与煤气运动 3.6 高炉生产主要技术经济指标
3.0 高炉炼铁概述
工艺流程 原燃料从炉顶装入，高温热空气从下部鼓 入；产生的高温还原性气体在上升过程中 将下降的炉料加热和还原；还原出来的铁 经渗碳后熔化，形成生铁，矿石中的脉石 与熔剂结合形成炉渣，定期从铁口排出； 从高炉上部排出的气体称为煤气，经净化 后作为燃料。
高炉生产工艺流程
高炉生产工艺流程及主要设备简图
高炉内部状况 高炉是一个密闭的连续的逆流反应器。炉料充满整个
高炉空间，形成料柱，炉料受逆流而上的高温煤气流的 作用，不断地被加热、分解、还原、软化、熔融、滴落， 并最终形成渣铁融体而分离。
现在大型高炉都主沟末端设置一个用浇注料做的撇渣器，因 为渣轻所以在被撇渣器挡住后，从撇渣器边上相对高一些的 渣沟流走。而铁比渣重，铁水从撇渣器下部过眼流出后从流 铁沟流走。
渣铁液滴在焦炭空隙间滴落的同时，继续进行还 原、渗碳等高温物理化学反应，特别是非铁元素的 还原反应。
4、风口燃烧带
风口前的焦炭在燃 烧时能被高速鼓风气 流 （ 1100~1300℃ ） 所 带动，形成一个“鸟 窝”状的回旋区，焦 炭在回旋运动的气流 中悬浮并燃烧。
回旋区的径向深度达不到高炉中心，因而炉子中心 仍燃堆积着一个圆丘状的焦炭死料柱，构成了滴落带 的一部分；
应
高炉解剖研究证明：
（1）冶炼过程中炉内料柱基本上是整体下降的，称为 层状下降或活塞流。
（2）炉料形态变化的区域，基本上取决于温度场在料 柱中的分布。
（3）按炉料在高炉内的物理状态可分为五个带,即块状 带、软熔带、滴落带、燃烧带、渣铁贮存带。
1、块状带及特点
t<1100℃，在该区域炉料明显地保持装料时的分层状 态（矿石层与焦炭层），没有液态渣铁。
燃烧反应的作用： 为高炉冶炼过程提供主要热源； 为还原反应提供CO、H2等还原剂； 为炉料下降提供必要的空间。
高炉冶炼产品及副产品 高炉冶炼主要产品有：生铁、炉渣、煤气。
1、生铁 由铁(94%左右)、碳（4.5%左右）和少量 杂质（Si、Mn、S、P）组成。
2、炉渣
炉渣主要成分有：CaO、SiO2、Al2O3、MgO。其中炉 渣碱度：CaO/SiO2 =1.05~1.25。
3、煤气
每 冶 炼 一 吨 铁 产 生 1 8 0 0 m3 的 煤 气 ， 煤 气 中 含 有 CO 20%~25%，是钢铁企业的能源。
该区域主要进行炉料的水分蒸发、碳酸盐分解、氧化 物分解和气体还原剂的还原等气固相反应。
2、软熔带及特点
区域温度（1200~1400℃），软熔带是由固态焦炭层和 粘结在一起的半熔融的矿石层组成。
由于矿石呈软熔状，透气性极差。煤气主要从焦炭层 通过，象窗口一样，因此称为“焦窗”。由于料块气孔 和料块间空隙急骤减少，气体还原过程几乎停顿，主要 进行直接还原及造渣。
4、炉尘
被煤气携带出炉外的粉状炉料，称为炉尘（约20kg/t 铁），可回收作为烧结原料。
高炉冶炼特点 （1）生产规模大。 （2）需要操作人员综合分析判断能力。 （3）高炉是钢铁联合企业中的重要环节。 （4）高炉开炉后长期连续生产直到停炉。 （5）高度的机械化和自动化。
表1 2010年我国重点钢铁企业部分技术指标