第一章 高炉冶炼过程的物理化学

第一章高炉炼铁概述一、高炉炼铁生产工艺流程与特点自高炉炼铁技术发明以来，就淘汰了原始古老的炼铁方法（例如地坑法），炼铁生产获得巨大发展，炼铁技术不断进步。

至今，世界上绝大多数炼铁厂一直沿用高炉冶炼工艺，虽然现代技术研究了直接炼铁、熔融还原等冶炼新工艺，但还不能取代它。

（一）高炉炼铁生产工艺流程高炉冶炼生铁的本质就是从铁矿石中将铁还原出来并熔化成铁水流出炉外。

还原铁矿石需要的还原剂和热量由燃料燃烧产生。

炼铁的主要燃料是焦炭，为了节省焦炭而使用了喷吹煤粉、天然气等辅助燃料。

为了使高炉生产获得较好的生产效果，现代高炉几乎全部采用了人造富矿(烧结矿、球团矿)作为含铁原料，因炉料的特性不同，有的高炉在冶炼时还需加入适量的熔剂(石灰石、白云石等)。

现代高炉炼铁生产工艺流程如图1－1所示。

图1-1高炉炼铁生产工艺流程1-贮矿槽；2-焦仓；3-料车；4-斜桥；5-高炉本体；6-铁水罐；7-渣罐；8-放散阀；9-切断阀；10-除尘器；11-洗涤塔；12-文氏管；13-脱水器；14-净煤气总管；15-热风炉（三座）；16-炉基基墩；17-炉基基座；18-烟囱；19-蒸汽透平；20-鼓风机；21-煤粉收集罐；22-储煤罐；23-喷吹罐；24-储油罐；25-过滤器；26-加油泵高炉生产工艺流程包括以下几个系统：1．高炉本体高炉本体是炼铁生产的核心部分，它是一个近似于竖直的圆筒形的设备，如图1-2所示。

它包括高炉的基础、炉壳（钢板焊接而成）、炉衬（耐火砖砌筑而成）、炉型（内型）、冷却设备、立柱和炉体框架等组成。

高炉的内部空间叫炉型，从上到下分为五段：即炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸。

整个冶炼过程是在高炉内完成的。

图1-2高炉内型图2.上料设备系统它包括储矿场、储矿槽、槽下漏斗、曹下筛分、称量和运料设备，皮带运输或料车斜桥向炉顶供料设备。

其任务是将高炉所需原燃料，按比例通过上料设备运送到炉顶的受料漏斗中。

3.装料设备系统装料设备系统一般分为钟式、钟阀式、无钟式三类，我国多数高炉采用钟式装料设备系统，技术先进的高炉多采用无钟式装料设备系统。

高炉冶炼的理化过程高炉冶炼是一种重要的冶金工艺，用于将铁矿石转化为生铁。

在高炉中，铁矿石经过一系列的物理和化学反应，最终得到生铁。

高炉冶炼的过程可以分为三个阶段：预处理阶段、还原阶段和熔化阶段。

首先是预处理阶段。

在这个阶段，铁矿石会经过破碎、筛分和烘干等处理。

破碎是为了减小矿石的颗粒大小，使其更容易进行下一步的处理。

筛分是将破碎后的矿石按照颗粒大小进行分类，以便更好地控制冶炼过程。

烘干是为了去除矿石中的水分，以防止水分对冶炼过程的干扰。

接下来是还原阶段。

在高炉中，矿石中的铁氧化物需要被还原成金属铁。

还原反应是高炉冶炼中最重要的反应之一。

在高炉内，由于高温和还原剂（如焦炭）的作用，铁氧化物中的氧被还原成气体，而铁被还原成金属形态。

这个过程中产生的气体主要是一氧化碳和二氧化碳，它们在高炉中的上升过程中带动了矿石和焦炭的下降，形成了高炉的逆流运动。

最后是熔化阶段。

在还原阶段之后，金属铁和熔渣混合物会下降到高炉的下部。

在下部，金属铁会逐渐熔化，并与熔渣分离。

熔渣是由矿石中的非金属成分和冶炼过程中添加的石灰石等物质组成的。

熔渣的主要作用是吸收和分离金属铁中的杂质，使得最终得到的生铁质量更纯净。

在熔化阶段，高炉内部温度极高，达到了1500摄氏度以上，这使得金属铁能够熔化，而熔渣则保持在液态状态。

总结起来，高炉冶炼的理化过程包括预处理、还原和熔化三个阶段。

通过这些过程，铁矿石中的铁氧化物被还原成金属铁，并与熔渣分离，最终得到生铁。

高炉冶炼是一种复杂的物理和化学过程，需要严格控制温度、压力和流动等参数，以确保冶炼过程的顺利进行。

这种冶炼工艺在现代工业中仍然具有重要的地位，为人们提供了大量的铁合金和其他铁制品。

高炉操作第1章 高炉冶炼的特点1.1 高炉冶炼的根本任务把铁矿石冶炼成合格生铁是高炉冶炼的根本任务。

高炉冶炼过程是在密闭的竖炉内进行，经历一个极为复杂的物理化学的反应过程，实质上冶炼过程基本上是氧的传输与热的交换过程。

铁矿石在炉内不断下降，随着温度的升高氧化铁逐渐失氧而被还原、熔化，其他元素的还原，最终冶炼成合格铁。

1.2 高炉日常操作1.2.1 日常操作新建或大修后的高炉开始操作称为点火，完全停止高炉的操作称为停风。

装料是把焦炭和矿石按规定的方式分层装入，让炉料落到根据探尺判断的预定落点；装入一组料称做一批，以控制气流分布为主要目；确定一次的装入量，有定焦批重装入法和定矿石批重装入法，其他的量根据燃料比的变动而改变。

出铁作业单铁口高炉每1～2h一次，有渣口的高炉出渣作业也在每次出铁作业前进行，出渣过程中见渣中带铁或跑风既停止，无渣口的高炉出渣作业通过铁口随出铁一起进行。

大型高炉出铁作业基本是连续的，间隔只有5～10min，出渣作业也是通过铁口随出铁一起进行。

高炉操作中把出铁温度、铁水含硅量、铁水含硫量、渣的成分组成、送风压力、流量、炉料下降情况、炉顶煤气成分等作为重要指标来判定炉况，作为调节炉况的依据。

1.2.2 炼铁单耗和产品生产lt铁所需要的原料称做炼铁单耗，它因原料质量和操作方法的不同而变化。

炼铁的产品为铁水，副产品为炉渣、煤气、炉尘（瓦斯灰）。

1.3 高炉冶炼的工艺特点高炉生产工艺与其他冶金工艺过程比较，具有以下几大特点：（1）生产过程的连续性（2）生产过程中炉料与煤气相对运动（3）高炉炼铁反应在密闭的容器中进行（4）庞大的生产体系与巨大的生产能力1.4 高炉操作高炉工长的技术操作水平应该表现在：（1）能及时掌握炉况波动的因素，准确地把握外界条件的变化；（2）能尽早知道炉况不稳定的原因；（3）在错综复杂的矛盾中抓住主要矛盾，对炉况做出及时、正确的判断；（4）及早采取恰当的调节措施，具有处理炉况波动的方法与手段，能控制炉况变化的规律。

【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(A123·2Si02·2H20)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。

物理化学处理技术在钢铁冶炼中的应用研究一、引言钢铁冶炼是现代工业中重要的一环，也是使用物理化学处理技术的重要领域之一。

物理化学处理技术在钢铁冶炼中的应用，可以提高钢铁的质量，提高生产效率，降低能源消耗，降低环境污染等方面都发挥着重要的作用。

本文将从几个方面探讨物理化学处理技术在钢铁冶炼中的应用研究。

二、钢铁制备中的物理化学处理技术钢铁制备过程中，物理化学处理技术的应用主要涉及物料预处理、炼钢工艺中的物理化学处理和钢材的后处理。

下面将分别从这三个方面进行具体的探讨。

1. 物料预处理物料的预处理是钢铁制备中的第一步，目的是去除原材料中的杂质和控制化学成分的合理配比。

物理化学处理技术在物料预处理中扮演着重要的角色。

（1）矿石预处理技术矿石中的杂质会降低炼钢的效率，因此矿石预处理技术显得至关重要。

目前，广泛使用的矿石预处理技术包括浸出、浮选和重力分离等。

这些技术的核心在于通过一系列物理化学处理，将原材料中的有用矿物分离出来，去除杂质的同时，提高有用矿物的利用率。

（2）矿渣预处理技术矿渣是钢铁冶炼中产生的废弃物，其含有大量的有价值金属元素。

物理化学处理技术在矿渣预处理中，主要采用磁选和重力分离等方法，将有价值元素从矿渣中分离出来，提高其综合利用效率。

2. 炼钢工艺中的物理化学处理炼钢的传统工艺中，物理化学处理技术主要表现为高炉和转炉冶炼过程中的矿物还原、熔融、渣化和除渣工艺。

这些工艺既是提高炼钢效率的重要手段，也是保证炼钢质量的重要保障。

（1）高炉熔炼工艺高炉冶炼是传统的钢铁制备工艺之一。

高炉熔炼过程中的物理化学处理技术主要是矿物还原、熔融和渣化等过程。

这些过程需要严格控制高炉的温度和气体成分，以保证冶炼结果的合理性。

（2）转炉炼钢工艺转炉炼钢工艺是目前广泛应用于钢铁制备的工艺之一。

在转炉炼钢过程中，通过加入酸性熔剂，使铁水与渣分离，进而提高钢的质量。

同时，通过加入不同的合金元素，可以控制钢的化学成分，满足不同用途的要求。

冶金学考试重点东北大学铁第1章现代高炉炼铁工艺习题一、名词解释1、有效容积利用系数？答：每昼夜每立方米高炉生产的生铁量，P/t.d。

焦比？答：生产1吨生铁所消耗的干焦炭重量。

燃料比？答：每吨生铁耗用各种入炉燃料之总和。

K燃＝(焦炭+煤粉+重油+…)。

综合焦比？答：喷吹燃料按对置换比折算为相应的干焦(K`)与实际耗用的焦炭量(焦比K)之和称为综合焦比(K综)。

矿石焙烧？答：焙烧是在适当的气氛中，使铁矿石加热到低于其熔点的温度，在固态下发生的物理化学过程。

主要的焙烧方法？答：焙烧的方法有：氧化焙烧、还原焙烧和氯化焙烧。

选矿？答：选矿是依据矿石的性质，采用适当的方法，把有用矿物和脉石机械地分开，从而使有用矿物富集的过程。

精选铁矿石的主要选矿方法？答：（1）重选；（2）磁选；（3）浮选。

焦炭负荷？答：每批炉料中铁、锰矿石的总重量与焦炭重量之比，高炉一代寿命（炉龄）？答：（1）指从高炉点火开炉到停炉大修，或高炉相邻两次大修之间的冶炼时间；（2）每m3炉容在一代炉龄期内的累计产铁量。

三、简答题1、高炉炼铁生产流程及附属系统？答：高炉炼铁生产除了高炉本体以外，还包括有原燃料系统、上料系统、送风系统、渣铁处理系统、煤气处理系统。

2、高炉内型及有效容积？答：高炉内型从下往上分为炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉五个部分，五部分容积总和为高炉的有效容积。

根据物料存在形态的不同，高炉分为几个区域？答：可将高炉划分为五个区域：块状带、软熔带、滴落带、风口前回旋区、渣铁聚集区。

生铁的种类？答：生铁可分为炼钢生铁、铸造生铁、铁合金三种。

天然铁矿石的分类？答：天然铁矿石按其主要矿物分为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿。

褐铁矿的化学成分及含铁量？答：褐铁矿的化学成分是nFe2O3·mH2O，含铁量55～66%。

铁矿石的焙烧主要有几种方法？答：铁矿石的焙烧主要有氧化焙烧和还原焙烧。

焦炭在高炉冶炼过程中具有的作用？答：焦炭在高炉冶炼过程中具有(1)燃料，燃烧后发热，产生冶炼所需热量。

【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。

炼铁安全规程与炼铁技术操作实用手册作者：王文杰出版社：北京冶金工业出版社出版日期：2006年3月出版开本：16开精装册数：全二卷光盘数：1CD光盘定价：560元优惠价：280元进入20世纪，书籍已成为传播知识、科学技术和保存文化的主要工具。

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详细介绍：第一部分炼铁工艺技术概论1、概述2、铁矿粉造块3、高炉冶炼过程的物理化学4、高炉冶炼过程中的传输对象5、高炉冶炼能量利用6、高炉冶炼铁工艺7、高炉冶炼过程数学模型8、非高炉炼铁第二部分炼铁工艺技术概论前言1、范围2、规范性引用文件3、术语和定义4、安全管理5、厂址选择和厂区布置6、一般规定7、供上料系统8、炉顶设备8.1、一般规定8.2、钟式炉顶8.3、无料钟炉顶9、高炉主体安全和操作9.1、高炉本体安全要求9.2、操作安全要求10、喷吹煤粉10.1、一般规定10.2、烟煤及混合煤喷吹10.3、氧煤喷吹11、富氧鼓风12、热风炉和荒煤气系统12.1、执风炉12.2、茺煤气系统13、炉前出铁场和炉台构筑物14、渣、铁处理14.1、一般规定14.2、摆动溜嘴操作安全14.3、渣、铁罐使用安全14.4、不冲渣安全要求14.5、转鼓渣过滤系统的安全要求14.6、倾翻渣罐安全要求15、铸铁机16、碾泥机17、通讯、信号、仪表和计算机18、电气、起重设备19、设备检修19.1、一般规定19.2、炉体检修19.3、炉顶设备检修19.4、热风炉检修19.5、除尘器检修19.6、摆动溜嘴检修19.7、铁水罐检修第三部分炼铁技术操作应用1、高炉用原料、燃料和其他材料2、高炉冶炼原理3、高炉槽下、炉顶设备及操作4、炉操作5、炉况判断与调节6、炉前操作及渣铁处理7、休风、开炉与停炉操作8、高炉冷却9、高炉除尘设备及操作10、热风炉设备及操作11、高炉喷煤第四部分相关标准法规1、相关标准规范2、相关法律法规炼铁安全规程与炼铁技术操作实用手册炼铁安全规程与炼铁技术操作实用手册炼铁安全规程与炼铁技术操作实用手册第一部分炼铁工艺技术概论1、概述2、铁矿粉造块3、高炉冶炼过程的物理化学4、高炉冶炼过程中的传输对象5、高炉冶炼能量利用6、高炉冶炼铁工艺7、高炉冶炼过程数学模型8、非高炉炼铁第二部分炼铁工艺技术概论前言1、范围2、规范性引用文件3、术语和定义4、安全管理5、厂址选择和厂区布置6、一般规定7、供上料系统8、炉顶设备8.1、一般规定8.2、钟式炉顶8.3、无料钟炉顶9、高炉主体安全和操作9.1、高炉本体安全要求9.2、操作安全要求10、喷吹煤粉10.1、一般规定10.2、烟煤及混合煤喷吹10.3、氧煤喷吹11、富氧鼓风12、热风炉和荒煤气系统12.1、执风炉12.2、茺煤气系统13、炉前出铁场和炉台构筑物14、渣、铁处理14.1、一般规定14.2、摆动溜嘴操作安全14.3、渣、铁罐使用安全14.4、不冲渣安全要求14.5、转鼓渣过滤系统的安全要求14.6、倾翻渣罐安全要求15、铸铁机16、碾泥机17、通讯、信号、仪表和计算机18、电气、起重设备19、设备检修19.1、一般规定19.2、炉体检修19.3、炉顶设备检修19.4、热风炉检修19.5、除尘器检修19.6、摆动溜嘴检修19.7、铁水罐检修第三部分炼铁技术操作应用1、高炉用原料、燃料和其他材料2、高炉冶炼原理3、高炉槽下、炉顶设备及操作4、炉操作5、炉况判断与调节6、炉前操作及渣铁处理7、休风、开炉与停炉操作8、高炉冷却9、高炉除尘设备及操作10、热风炉设备及操作11、高炉喷煤第四部分相关标准法规1、相关标准规范2、相关法律法规作者：王文杰出版社：北京冶金工业出版社出版日期：2006年3月出版开本：16开精装册数：全二卷光盘数：1CD光盘定价：560元优惠价：280元本店订购简单方便，可以选择货到付款、汇款发货、当地自取等方式全国货到付款，满200元免运费,更多请登陆文成图书。