01
2022
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08
高炉炼铁基本知识
一、 高炉冶炼的基本原理
高炉炼铁仍然是目前最佳的炼铁方法，是其它炼铁方法不可比拟的。炼铁最基本的功能是把铁矿石变成铁。铁矿石的主要成分是铁氧化物。
用一氧化碳作还原剂 Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2
用碳作还原剂 Fe2O3+3C=2Fe+3CO
用氢气作还原剂 Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O
矿石中的脉石生成低熔点的化合物，形成炉渣，与铁水分离。
纯SiO2熔点1728℃，纯Al2O3熔点2050℃，加入CaO使形成的化合物熔点降低。
SiO2+CaO=CaSiO3
CaO由石灰石分解得到：CaCO3=CaO+CO2
石灰石称作熔剂。
由于上述反应是在高温下进行的，需要焦炭燃烧来提供高温并同时产生还原剂。
2C+O2=2CO
焦炭还起到炉料骨架和渗碳剂的作用。
为了节约冶金焦炭，降低成本，喷吹煤粉代替部分焦炭。
为了提供焦炭燃烧所需的氧气，需要向高炉内鼓入空气，为了降低焦炭消耗，往往要把鼓入高炉的空气预先加热到1000℃以上，叫作热风。现在多数高炉热风温度都能达到1150℃以上。比较先进的在1200℃以上。
二、 高炉生产的工艺流程
实际的炼铁高炉首先包括高炉本体，除此以外，还包括六大系统：
送风系统、上料系统、冷却系统、渣铁处理系统、煤气净化系统、喷吹燃料系统。
1 、高炉本体：高炉本体是由金属炉壳、冷却设备和耐火砌体等构成的竖立的圆筒，它的内型由五段构成。自上而下即炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸 。该内型的尺寸变化适应了炉内的物理化学变化。
顶部有装料设备，分钟式和无钟式两种；下部炉缸有出铁口和出渣口(多铁口高炉没有出渣口，炉渣在出铁过程中从铁口排出)，炉缸上沿有风口。
2、上料系统：主要有料仓(用以接纳从烧结或球团厂、炼焦厂和贮料场运来的原料和焦炭)、筛分设备、称量装置、炉顶装料设备、皮带运输机和有关闸门等。各设备之间主要靠皮带运输机连接。往炉顶上料的方式小炉子一般用料车卷扬机经过斜桥运输，大炉子多用皮带运输机运输。
3、送风系统：包括鼓风机、热风炉及相关的各种阀门。送风系统和高炉之间用管道连接。鼓风机有蒸汽驱动和电力驱动两类。通常一座高炉需3或4座热风炉轮流加热和送风，其形状为立式圆筒状，外壳用钢板制成，内砌耐火砖。根据燃烧室的设置不同，热风炉分为内燃式、外燃式和顶燃式三种。
4、冷却系统：为了降低炉衬温度、延长高炉寿命、保持合理的炉型，需要有冷却系统。冷却系统主要由水泵、循环水管道、阀门、冷却壁等冷却设备构成。
5、渣、铁处理系统：为了按时排除炉内的渣铁，需要渣铁处理系统。在炉前有开铁口用的开口机、堵铁口用的泥炮和堵渣口用的堵渣机；出铁场上有铁水流槽、冲水渣设备和出铁场用的吊车；还有运输铁水用的铁水罐、鱼雷车以及铸铁机等。
6、煤气除尘设备：高炉产生的煤气含有大量的粉尘，必须经过除尘处理才能供用户使用。包括重力除尘器、洗涤塔、文氏管、脱水器(如采用干法除尘，则在重力除尘器后接布袋除尘器或电除尘器)；此外，还有炉顶压力调节装置、余压发电设备以及有关阀类。炉顶与各除尘设备之间用管道连接。
7、喷吹燃料系统：现在主要是喷吹煤粉。由制粉设备、干燥设备、收粉设备、喷吹设备等构成。
三、 高炉用主要原燃料
1、含铁原料：烧结矿、球团矿、天然块矿
2、燃料：焦炭、煤粉
3、熔剂：石灰石、白云石、硅石（现在熔剂一般不再单独加入，而是加入烧结矿或球团矿中，以减少在炉内吸热、降低焦比）
4、洗炉剂：萤石、锰矿（也有时作为冶炼铸造铁的原料）
高炉对原燃料的基本要求：有效成分含量高、磷、硫等有害杂质少、机械强度高、粒度适当而且均匀、熟料比高、冶金性能好。
四、 高炉主要产品和副产品
1、生铁（铁水）铁水的温度为1450-1530℃，炼钢铁水成分：碳4.0%、硅0.45%、锰0.20%、硫0.030%、磷0.070%；铸造生铁硅1.25%以上。
2、副产品：
炉渣：可作建筑材料，主要成分CaO 36%、SiO2 33%、Al2O3 15%、MgO10%
高炉煤气：可作燃料，主要用途：加热热风炉、锅炉、焦炉、加热炉，CCPP发电、汽轮机发电，煤气的余压可供TRT发电。主要成分：CO 21%、CO2 20%、H2 2.5%、N2 56%
炉尘（瓦斯灰）：由含铁料、燃料粉末构成。可作为生产烧结矿的原料，循环利用。
五、 高炉主要生产技术指标
利用系数：单位高炉有效容积每昼夜的出铁量。单位，吨/（米3·日）。例如2000米3高炉如果每天产量5000吨，则利用系数为2.5吨/（米3·日）。利用系数越高说明高炉生产水平越高。
焦比：生产一吨生铁所消耗的焦炭数量，单位千克/吨。焦比越低，说明消耗越低，成本就越低。先进的高炉焦比300千克/吨左右。
燃料比：生产一吨生铁所消耗的焦炭、煤粉等燃料的总和，单位同焦比。
综合焦比：把不同燃料按一定折合系数折合成焦炭，叫综合焦炭，冶炼一吨生铁消耗的综合焦炭的数量，即为综合焦比。一般煤粉按0.8折合。
六、 高炉生产的特点
1、连续性。从开炉到停炉一代寿命可达10年以上，生产是连续进行的。
2、规模大。4000m3级以上的高炉，每天产量可达10000吨以上。目前沙钢新投产的高炉炉容已达5800m3。
3、机械化、自动化程度高。除了出渣铁操作，其它操作几乎都实现了自动化。
4、复杂性。高炉生产工艺和技术涉及物理化学、热力学、动力学、流体力学等多门学科，内部情况目前无法准确监测，还主要靠经验判断，目前世界上还没有可以实现闭环控制的专家系统和数学模型。另外在钢铁厂，炼铁生产涉及的点多面广，是一个系统工程。
5、对焦炭的依赖性。目前高炉还必须依赖焦炭，随着炼焦煤资源的日趋紧张，高炉必将受到其它炼铁方法的挑战！
高炉炼铁
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