高炉冶炼工艺

铁矿石还原成生铁的连续生产过程

高炉炼铁是现代炼铁的主要方法，钢铁生产中的重要环节。这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而来。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。

高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣，聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出。

鼓风机送出的冷空气在热风炉加热到 800～1350以后，经风口连续而稳定地进入炉缸，热风使风口前的焦炭燃烧，产生2000以上的炽热还原性煤气。上升的高温煤气流加热铁矿石和熔剂，使成为液态；并使铁矿石完成一系列物理化学变化，煤气流则逐渐冷却。下降料柱与上升煤气流之间进行剧烈的传热、传质和传动量的过程。

下降炉料中的毛细水分当受热到100～200即蒸发，褐铁矿和某些脉石中的结晶水要到500～800才分解蒸发。主要的熔剂石灰石和白云石，以及其他碳酸盐和硫酸盐，也在炉中受热分解。石灰石中[kg2]CaCO[kg2]和白云石中MgCO的分解温度分别为900～1000和740～900。铁矿石在高炉中于 400或稍低温度下开始还原。部分氧化铁是在下部高温区先熔于炉渣，然后再从渣中还原出铁。

焦炭在高炉中不熔化,只是到风口前才燃烧气化,少部分焦炭在还原氧化物时气化成CO。而矿石在部分还原并升温到1000～1100时就开始软化；到1350～1400时完全熔化；超过1400就滴落。焦炭和矿石在下降过程中，一直保持交替分层的结构。由于高炉中的逆流热交换,形成了温度分布不同的几个区域。

①区是矿石与焦炭分层的干区，称块状带，没有液体；

②区为由软熔层和焦炭夹层组成的软熔带，矿石开始软化到完全熔化；

③区是液态渣、铁的滴落带，带内只有焦炭仍是固体；

④风口前有一个袋形的焦炭回旋区，在这里，焦炭强烈地回旋和燃烧，是炉内热量和气体还原剂的主要产生地。

液态渣铁积聚于炉缸底部,由于比重不同,渣液浮于铁液之上,定时从炉缸放出铁水出炉温度一般为1400～1550，渣温比铁温一般高30～70。

煤气流沿高炉断面合理均匀地分布上升，能改善煤气与炉料之间的传热和传质过程，顺利地完成加热、还原铁矿石和熔化渣、铁等过程，达到高产、低耗、优质的要求。

高炉中铁的还原高炉中主要被还原的是铁的氧化物:FeO(赤铁矿),FeO（磁铁矿）和FeO（浮氏体，从0.04到0.125）等。每得到1000公斤金属铁，通过还原被除去的氧量为：赤铁矿429公斤,磁铁矿382公斤,浮氏体（按FeO计算）286公斤。

主要还原剂焦炭中的碳和鼓风中的氧燃烧生成的CO气体，以及鼓风和燃料在炉内反应生成的H是高炉中的主要还原剂。约从400开始,氧化铁逐步从高价铁还原成低价铁，一直到金属铁。

间接还原氧化铁由[kg2]CO[kg2]还原生成[kg2]CO[kg2]或由[kg2]H[kg2]还原生成HO的过程。还原顺序为:[kg2]FeO─→FeO─→FeO─→Fe（低于570时，FeO不稳定,还原顺序为：FeO─→FeO─→Fe）。从图2[Fe-O-C体系气相平衡组成]

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