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高炉炼铁生产工艺流程简介（一）高炉冶炼目的：将矿石中的铁元素提取出来，生产出来的主要产品为铁水。
付产品有：水渣、矿渣棉和高炉煤气等。
高炉:炼铁一般是在高炉里连续进行的。
高炉又叫鼓风炉，这是因为要把热空气吹入炉中使原料不断加热而得名的。
这些原料是铁矿石、石灰石及焦炭。
因为碳比铁的性质活泼，所以它能从铁矿石中把氧夺走，而把金属铁留下。
高炉的主要组成部分高炉炉壳：现代化高炉广泛使用焊接的钢板炉壳，只有极少数最小的土高炉才用钢箍加固的砖壳。
炉壳的作用是固定冷却设备，保证高炉砌体牢固，密封炉体，有的还承受炉顶载荷。
炉壳除承受巨大的重力外，还要承受热应力和内部的煤气压力，有时要抵抗崩料、坐料甚至可能发生的煤气爆炸的突然冲击，因此要有足够的强度。
炉壳外形尺寸应与高炉内型、炉体各部厚度、冷却设备结构形式相适应。
炉喉：高炉本体的最上部分，呈圆筒形。
炉喉既是炉料的加入口，也是煤气的导出口。
它对炉料和煤气的上部分布起控制和调节作用。
炉喉直径应和炉缸直径、炉腰直径及大钟直径比例适当。
炉喉高度要允许装一批以上的料，以能起到控制炉料和煤气流分布为限。
炉身：高炉铁矿石间接还原的主要区域，呈圆锥台简称圆台形，由上向下逐渐扩大，用以使炉料在遇热发生体积膨胀后不致形成料拱，并减小炉料下降阻找力。
炉身角的大小对炉料下降和煤气流分布有很大影响。
炉腰：高炉直径最大的部位。
它使炉身和炉腹得以合理过渡。
由于在炉腰部位有炉渣形成，并且粘稠的初成渣会使炉料透气性恶化，为减小煤气流的阻力，在渣量大时可适当扩大炉腰直径，但仍要使它和其他部位尺寸保持合适的比例关系，比值以取上限为宜。
炉腰高度对高炉冶炼过程影响不很显著，一般只在很小范围内变动。
炉腹：高炉熔化和造渣的主要区段，呈倒锥台形。
为适应炉料熔化后体积收缩的特点，其直径自上而下逐渐缩小，形成一定的炉腹角。
炉腹的存在，使燃烧带处于合适位置，有利于气流均匀分布。
炉腹高度随高炉容积大小而定，但不能过高或过低，一般为3．0～3．6m。
炼铁专家解读高炉原理与设计炉内气体流动对冶炼过程的影响高炉是炼铁过程中至关重要的设备之一，其原理和设计对于冶炼过程的效率和质量起着重要的影响。
本文旨在通过解读高炉原理与设计以及分析炉内气体流动对冶炼过程的影响来帮助读者更好地理解和掌握高炉冶炼技术。
一、高炉原理与设计高炉是将铁矿石还原为铁的设备，其工作原理主要涉及到还原、分解、熔化等过程。
高炉内的矿石经过还原剂（主要是焦炭）供给的热量和碳与氧的反应，发生还原反应生成铁、一氧化碳和二氧化碳。
其中，二氧化碳在上升过程中进一步还原为一氧化碳，在与铁矿石反应生成铁时释放出大量的热量，在高炉内维持熔融状态。
高炉的设计通常包括炉身、鼓风系统、料槽、渣槽等组成部分。
炉身是高炉的主体部分，一般为圆筒形，由耐火材料砌筑而成，能够承受高温和高压的作用。
鼓风系统是用来供给高温、富氧空气的装置，通过鼓风机将空气送入炉身底部，以维持高炉内的燃烧和熔融状态。
料槽是储存铁矿石和还原剂的地方，而渣槽用于储存熔化后的残渣和熔渣。
二、炉内气体流动对冶炼过程的影响炉内气体流动是高炉冶炼过程中不可忽视的因素之一，它直接影响着冶炼过程的效果和反应速率。
炉内气体的流动主要包括上升气流和下降气流两种情况，不同的气体流动状态对冶炼过程有着不同的影响。
1. 上升气流上升气流主要由鼓风系统供应的空气在炉底喷吹形成，它在高炉内上升，与炉料和煤粉发生反应，提供热量和氧气，维持炉内的燃烧和熔融状态。
上升气流对冶炼过程有以下的影响：（1）燃烧反应：上升气流中的氧气与煤粉反应生成一氧化碳和二氧化碳，其中一氧化碳还可继续反应生成更多的二氧化碳，提供燃烧所需的热量。
（2）物料炉外损失：由于上升气流的存在，部分颗粒物料可能被带出高炉，导致冶炼过程中的矿石和还原剂的丢失。
（3）温度分布：上升气流的温度较高，会对高炉内的温度分布产生影响，进而影响炉渣的形成和铁的冷凝。
2. 下降气流下降气流主要是指在炉料中下降的气体流动，它主要包括高温还原气和顶空气流两种。
一解释题：1．炉料、煤气的水当量答案：所谓水当量就是指单位时间内通过高炉某一截面的炉料或煤气，其温度升高或降低1℃所吸收或放出的热量，即单位时间内使煤气或炉料改变1℃所产生的热量变化。
（包括化学反应热、相变热和热损失等）。
2．炉料有效重力答案：料柱重力克服散料层内部颗粒间的相互摩擦和由侧压力引起的摩擦力之后的有效质量力。
3．高炉内的热交换现象答案：炉缸煤气在上升过程中把热量传给炉料．温度逐渐降低。
而炉料在下降过程中吸收煤气热量，温度逐渐上升，使还原．熔化和造渣等过程顺利进行。
这就是热交换现象。
4．透气性指数:答案：表示通过散料层的风量与压差的比值，即单位压差通过的风量，反映气流通过料柱时阻力的大小。
以Q/△P表示，其中Q—风量，△P—压差。
二填空题1．两种或多种粒度混合的散料床层,其空隙率与大小粒的( )比和( )比有关。
答案：直径；含量P1282．高炉炉料下降的力学表达式为( )。
答案：F＝G料－P墙－P料－ΔP浮3．高炉内运动过程是指在炉内的炉料和( )两流股的运动过程。
答案：煤气4．高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气三种煤气中，发热值最低的是( )，发热值最高的是( )。
答案：高炉煤气；焦炉煤气5．初渣在滴落带以下的焦炭空隙间向下流动，同时煤气也要穿过这些空隙向上流动。
所以，炉渣的( )和( )对于煤气流的压头损失以及是否造成液泛现象影响极大。
答案：数量；物理性质(粘度和表面张力)6．在( )区间内，煤气与炉料的温差很小，大约只有50℃左右，是热交换极其缓慢的区域，常称为热交换的( )。
答案：炉身中下部；空区或热储备区7．高炉的热交换是指( )与炉料的热量传递。
答案：煤气流8．高炉内的( )是热量的主要传递者。
答案：煤气9．越到高炉下部炉料对热量的需求越（）。
答案：大10．煤气的压降梯度升高至与炉堆积密度相等时，发生( )。
答案：悬料11．煤气的危害是中毒、( )、爆炸，而氮气的危害是( )。
答案：着火；窒息12．高炉原料特别是烧结矿，在高炉上部的低温区还原时严重( )、( )，使料柱( )降低( )恶化。
高炉炼铁的原理
简介
高炉炼铁是一种重要的冶炼工艺，通过高炉将铁矿石和焦炭等原料还原为铁。
高炉通常是一个巨大的金属容器，内部通过高温反应实现铁的冶炼。
原料
铁矿石是高炉炼铁的主要原料之一，常见的铁矿石包括赤铁矿、磷铁矿等。
此外，焦炭、石灰石等原料也是高炉炼铁中必不可少的。
原理
1.燃烧过程: 高炉中焦炭等燃料在燃烧时产生高温，燃气通过矿石料床
加热矿石，并在还原区域发生还原反应。
2.还原反应: 在高炉内，煤气经过还原区域与铁矿石中的氧化铁发生反
应，将氧还原为气态二氧化碳，释放出铁。
3.融化过程: 上述反应产生的铁在高温下融化，并通过热对流从上向下
移动到高炉的熔融区域。
4.炉渣形成: 高炉中产生的碳酸化合物和石灰石在高温下融化形成炉渣，
在铁水表面形成保护膜，防止铁的再氧化。
冶炼过程
高炉炼铁过程通常会经历炉料下料、补料、冶炼、出铁等阶段。
整个过程需要
严格调控高炉的温度、气氛、矿石的质量等参数，以确保炼铁效果。
结论
高炉炼铁是一项复杂的冶炼过程，通过高炉的高温还原反应，将铁矿石转化为铁。
高炉炼铁工艺的改进和提高效率对于保障铁铸造业的发展至关重要，进一步
提高炼铁效率和降低成本是未来的发展方向。
高炉炼铁试题库一、填空题1.矿石中的Pb是一种有害杂质，其含量一般不得超过。
答案：0.1%2.每吨生铁消耗的含Fe矿石中，每增加1%SiO2,将使吨铁渣量增加。
答案：35-40kg3.焦炭中的硫多以、和的形态存在，其中以形态存在的占全部硫量的67%-75%。
答案：硫化物、硫酸盐；有机硫；有机硫4.矿石的冶金性能包括、性能、还原膨胀性能、荷重还原软化性能和熔滴性能。
答案：还原性、低温还原粉化5.炼铁的还原剂主要有三种，即、和。
答案：碳、一氧化碳、氢6.高炉内CO不能全部转变成CO2的原因是因为铁氧化物的需要过量的CO 与生成物平衡。
答案：间接还原7.选择风机时，确定风机出口压力应考虑风机系统阻力和等因素。
答案：料柱透气性；炉顶压力8.停炉方法有和两种方法。
答案：物料填充；空料线打水9.高炉的热效率高达，只要正确掌握其规律，可进一步降低燃料消耗。
答案：75%-80%10.要使炉况稳定顺行，操作上必须做到三稳定，即、、。
答案：炉温、碱度、料批11. 造渣制度应根据和确定。
答案：原燃料条件；生铁品种12. 风口前每千克碳素燃烧在不富氧，干风的条件下，所需风量为。
答案：4.44m3/kg13. 开炉料的装入方法有、、。
答案：炉缸填柴法、填焦法、半填柴法14. 限制喷煤量的因素主要是、和三个方面。
答案：炉缸热状态、煤粉燃烧速率、流体力学15. 生铁一般分为三大类，即、、。
答案：铸造铁、炼钢铁、铁合金16. 在钢材中引起热脆的元素是，引起冷脆的元素是。
答案：S；P17. 在Mn的还原过程中，是其还原的首要条件，是一个重要条件答案：高温；高碱度18. 炉渣中含有一定数量的MgO，能提高炉渣和。
答案：流动性；脱硫能力19. 炉况失常为两大类：一类是失常，一类是失常。
答案：炉料与煤气运动；炉缸工作20. 高炉的热量几乎全部来自回旋区和。
答案：鼓风物理热；碳的燃烧21. 相对而言的软融带对炉墙的侵蚀最严重。
答案：V型22. 炉缸煤气热富裕量越大，软熔带位置，软熔带位置高低是炉缸利用好坏的标志。
【本章学习要点】本章学习炉料在高炉内的物理化学变化,高炉内铁氧化物的还原反应，高炉内非铁元素的还原，生铁的生成与渗碳过程，高炉炉渣的成分与作用，硫的分布情况，炉渣脱硫反应及其条件，高炉内燃烧反应的作用，影响燃烧带大小的因素，炉料和煤气运动情况。
第一节炉料在炉内的物理化学变化炉料从炉顶装入高炉后，自上而下运动。
被上升的煤气流加热，发生了吸附水的蒸发、结晶水的分解、碳酸盐的分解、焦炭中挥发分的挥发等反应。
图3-1 炉内的状况一、高炉炉内的状况通过国内外高炉解剖研究得到如图3—1所示的典型炉内状况。
按炉料物理状态，高炉内大致可分为五个区域或称五个带：1)炉料仍保持装料前块状状态的块状带；2)矿石从开始软化到完全软化的软熔带；3)已熔化的铁水和炉渣沿焦炭之间的缝隙下降的滴落带；4)由于鼓风动能的作用，焦炭作回旋运动的风口带；5)风口以下，贮存渣铁完成必要渣铁反应的渣铁带。
高炉解剖肯定了软熔带的存在。
软熔带的形状和位置对高炉内的热交换，还原过程和透气性有着极大的影响。
二、水分的蒸发与结晶水的分解在高炉炉料中，水以吸附水与结晶水两种形式存在。
1．吸附水吸附水也称物理水，以游离状态存在于炉料中。
常压操作时，吸附水一般在105℃以下即蒸发，高炉炉顶温度常在250℃左右，炉内煤气流速很快，因此吸附水在高炉上部就会蒸发完。
蒸发时消耗的热量是高炉煤气的余热。
所以不会增加焦炭的消耗。
相反，由于吸附水蒸发吸热，使煤气的温度降低，体积缩小，煤气流速降低，一方面减少了炉尘的吹出量，另一方面对装料设备和炉顶金属结构的维护还带来好处。
2．结晶水结晶水也称化合水，以化合物形态存在于炉料中。
高炉炉料中的结晶水一般存在于褐铁矿(nFe203·mH20)和高岭土(A1203·2Si02·2H20)中，结晶水在高炉内大量分解的温度在400～600℃，分解反应如下：这些反应都是吸热反应，消耗高炉内的热量。
三、挥发物的挥发挥发物的挥发，包括燃料挥发物的挥发和高炉内其他物质的挥发。
高炉冶炼过程中的炉料与煤气运动高炉冶炼过程中伴随着物质与能量的传递过程。
这些物理过程是在流动的物质中发生的，即反应介质是以一定的速度运动而展开的，形成了以动量传递为基础的物质传递和热量传递。
高炉冶炼是在炉料自上而下，煤气自下而上，即在两个相互逆向运动过程中进行的，逆向流股中热量及动量的传递与输送包括两个物理机理，一种是由物质的分子运动引起的传递过程，另一种是流体微团移动引起的输送过程。
高炉的冶炼过程尽管十分复杂，但是它具有的传输现象的特点仍然是很明显的。
例如煤气穿过炉料层而上升是流体力学现象；煤气流加热炉料是传热现象；煤气流还原铁矿石以及风口前燃烧等都包含着气体扩散的传质现象。
因此，高炉冶炼的工艺原理，由于结合了传输理论的应用而进入新的阶段。
一、散料层的流体力学现象分析1、散料的主要参数矿石、焦炭、石灰石等粒状物叫散料，它们的透气性对高炉冶炼指标有极大的影响。
从流体力学看，散料各个颗粒间空隙所占的相对体积及单位体积的总表面积，对透气性有决定性影响。
（1）空隙度散料各个颗料间空隙所占的相对体积即孔隙率或空隙度。
（2）比表面积散料体积中物料的表面积与体积之比称为比表面积。
（3）形状系数（4）当量直径（5）平均流速2、炉料下降的力学分析物体在运动过程中总会遇到阻力，当炉料在高炉自上而下运动时也是如此，炉料要往下运动必须使它自身的重力超过阻力，受到的阻力主要来自三个方面：（1）炉料与炉墙之间的摩擦力P；墙；（2）炉料与料柱下部死焦堆之间的摩擦力P料。
（3）上升煤气对炉料的阻力及阿基米德浮力△P浮3、煤气经散料层的阻力损失高炉煤气穿过炉料的通路近似于许多平行的、弯弯曲曲的、断面形状多变化的、但又是互相连通的管束，煤气流穿过这些管束的压力降是煤气作用于散料层的一种阻力或浮力，风压变化即代表这种阻力变化。
4、在有液相条件下的煤气流动高炉下部和炉身干区不同，这里唯一尚存的固体炉料是焦炭，在与煤气流向上的同时，液体渣铁往下滴落穿过焦炭的空隙，在气、固、液三相之间进行着剧烈的传热，还原与气化反应。
5、炉料下降的分析在入炉风量一定的情况下，高炉顺行时下料速度是均匀稳定的，料线的探尺记录图表上出现等时间、等距离的相似斜线。
下料变得迟缓和不均匀称为“难行”，料线完全不动称为“悬料”，炉况难行常常和炉边缘加的矿石太多，使该处透气性变坏有关，有时是炉出现管道，即煤气从断面上个别地区大量流过造成的。
高炉出现管道和难行时常常伴随着“塌料或崩料”。
二、燃烧及热量传递现象高炉冶炼过程中，焦炭、煤粉、重油及天然气在风口前燃烧。
燃烧反应的进行，产生了热量的传递与输送。
在通常情况下，这个传输过程很大程度上决定了高炉冶炼过程速率的快慢，因而对高炉冶炼起了决定性影响。
热量从物体的这一部分传输到另一部分，煤气是传输热量的介质，其温度变化较快时热量传输也快。
根据热力学定律，热量总是由高温的地方向低温的地方传递，煤气与炉料温度差愈大，在相同的条件下，传输的热量也愈多。
1、风口前的燃烧反应燃料的燃烧实际上是氧的传递伴随着热量的释放，而氧的来源是鼓风中的氧，主要燃烧反应如下： （1）焦炭的燃烧进入高炉焦炭中的C ，除一部分消耗于Fe 、Mn 、Si 、P 等直接还原，碳素溶解、渗碳以及微量（约0.8～1.0%）与H 2合成CH 4外，其余都在风口前与鼓入的热风燃烧，这部分碳大约占入炉碳素的75%以上。
风口前焦炭燃烧的作用有：提供反应所需的热量；提供还原反应所需的还原剂；提供炉料的下降空间。
焦炭中碳的燃烧反应式如下：C+O 2=CO 2+32994kJ ∕kg C高炉下出现燃烧不完全反应：C+1/2O 2=CO 2+9798kJ ∕kg C燃烧形成的CO 2，又与赤热的焦炭作用变成为CO ，反应式为CO 2+ C=2CO-13398 kJ ∕kg C由于鼓风中总含有一部分水蒸气，而且在蒸气鼓风时尤其如此，在风口前的高温条件下H 2O 与C 产生以下反应： H 2O+C=CO+H 22H 2O+C=CO 2+2H 2 （2）煤粉的燃烧高炉喷吹煤粉为无烟煤或烟煤，它的主要成分是C ，经过磨细之后，一般粒度在0.088mm 以下的占80%以上,煤粉的燃烧经历三个阶段：第一阶段：煤粉加热和挥发分挥发； 第二阶段：结焦脱气； 第三阶段：残碳燃烧。
根据实验，粒度为1mm煤气在空气中完全燃烧要3.8～4.3s，0.079mm粒度的煤粉约需0.01s，煤的燃烧反应与焦炭类似，但煤燃烧有热解过程。
（3）天然气燃烧天然气的成分主要是碳氢化合物，在风口前燃烧之后，最终都变成CO和H2两种还原气体，主要反应式如下：CH4+1/2O2=CO+2H2+3098kJ／kg CC 2H6+O2=2CO+3H2+5652kJ／kg CC 3H8+3/2O2=3CO+4H2+6280kJ／kg CC 4H10+2O2=4CO+=5H2+6448kJ／kg CC 5H12+5/2O2=5CO+6H2+6741kJ／kg CC+H2O=CO+H2（4）重油的燃烧重油的主要成分也是C与H的化合物，其燃烧反应与天然气燃烧类似，但需要很好的预先雾化才能充分燃烧。
2、炉缸煤气成分与温度的变化（1）风口燃烧带风口燃烧带又称氧化带，最初研究它时是用冷却水管插入风口前取出燃烧产物——煤气，进行分析后判断氧化带的形状与大小。
燃烧带的大小对高炉操作影响到底如何？虽然存在着不同的看法，但是总的来说，燃烧带增大，炉缸中煤气分布得均匀一些，对高炉操作的有利影响是主要的。
当然影响燃烧带的因素很多，但主要决定于O2与CO2的扩散速度，如果能将O2、CO2送到高炉更接近中心的区域，则燃烧带就大些，但是决定于O2、CO2往里深入的因素主要是鼓风动能，而决定燃烧速度的因素又是温度与扩散两个环节。
a、鼓风动能的影响。
b、燃烧速度影响。
(2)炉缸煤气成分计算风口前燃料产生的炉缸煤气量及其成分的计算方法一般有三种：a、以燃烧1kg炭为计算单位；b、以生产1t生铁量为计算单位；c、以1m3的风燃烧为计算单位。
（3）理论燃烧温度高炉中热量来源主要是风口燃烧带炭的燃烧，从燃烧反应C+1/2O2=CO+9798kJC+O2=CO2+33035kJ可知，CO2含量最高的地方，也是温度的最高点。
根据燃烧术语，这点称为燃烧焦点。
在现代风温与高炉条件下，大高炉燃烧带的理论燃烧温度在2000℃以上，有的可能更高一些，而小高炉由于风温低，燃烧温度在1600～1800℃左右，但离开燃烧点后温度不断下降。
（4）煤气在上升过程中成分的变化炉缸煤气上升到间接还原区，CO含量是不断增加的，其原因主要由于直接还原产生CO，熔剂中分解出的CO2与C作用形成CO，以及焦炭挥发物中有CO，以及焦炭挥发物中有CO。
氮在上升的过程中不参加反应，但焦炭挥发物中含有N2及有机N2。
煤气再由间接还原区上升到炉顶，其中CO2不断增加，这是由于间接还原产生CO2，其体积等于CO的减少量，还有熔剂中分解出的CO2以及焦炭挥发物中的CO2。
煤气进入间接还原区后，CO不断减少量。
煤气上升的过程中氢稍有降低，主要是形成甲烷（CH4）时消耗了氢，还有部分氢参加了间接还原。
炉顶煤气中含有微量的CH4，主要来源于C与H2的反应以及焦炭挥发物。
其中CCH4一般为０.8C固，CH4焦为焦炭挥发物中含有的甲烷。
由于氮本身的特性，它在煤气上升全过程中成分有变化。
而影响煤气成分变化的主要因素有：a焦比增加时，CO及N2均增大。
b直接还原度增加时，CO上升，CO2下降。
c熔剂用量增加时，CO2上升。
d富氧时CO2与CO都上升，N2下降。
e喷吹燃料时，H2与CH4上升。
(5)煤气温度的变化风口燃烧带的煤气温度很高，理论燃烧温度可高达2200℃以上，但是当煤气离开炉缸之后，由于经历热交换现参加化学反应的结果，煤气温度在上升过程中不断下降。
测定表明，高炉的上部与下部区域的煤气温度变化较快，而中部有一段区间温度变化较小，这种现象不论高炉大小如何，其变化规律大体相同。
沿高炉横切面上的煤气温度分布也是不均匀的，根据等温线分布的形状可以归纳为三种形式，即“V”形，倒“V”形与“W”形分布。
其温度分布形状主要受煤气流分布的影响，而煤气流分布又是由炉顶布料来调剂的，煤气流大的地方当然煤气温度高，而焦炭多的的地方又无疑是煤气流大，由于冶炼设备与操作的需要，一般情况下边缘与中心部分通过的煤气流多些，当然煤气温度也高些，当高炉采用上部调剂增加正装时，则边缘煤气温度低，往中心部分则不断升高。
3、高炉热交换（1）高炉热交换的基本规律高炉热交换比较复杂，由于炉料与煤气温度沿高炉高度上不断变化，要准确地计算各种传热方式的比例是很难的。
大体上可以说，炉身上部分主要是进行对流热交换，炉身下部温度很高，对流热交换与辐射热交换同时进行，而料块本身与炉缸渣铁之间主要进行传导传热。
炉热交换可以用以下基本方式表示：dQ=αF F(tg-ts)dτ式中dQ—dτ时间煤气传给炉料的热量；αF—传热系数；F—炉料表面积；tg -ts—煤气与炉料温度差。
由上式可知，单位时间炉料所吸收的热量与炉料表面积、煤气与炉料的温差以及传热系数成正比，而传热系数αF又与煤气速度、炉料性质等有关。
因为炉热交换，不仅取决于煤气的传热，而且也与炉料本身传热有关，因此除了物理现象之外，炉传热还和化学现象联系在一起。
在高炉要尽量设法使煤气的热量很好地传给炉料，同时炉料本身热量又要得到充分利用，这样煤气的能量利用才能得到改善。
