01
2022
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08
高爐煉鐵基本知識
一、 高爐冶煉的基本原理
高爐煉鐵仍然是目前最佳的煉鐵方法，是其它煉鐵方法不可比擬的。煉鐵最基本的功能是把鐵礦石變成鐵。鐵礦石的主要成分是鐵氧化物。
用一氧化碳作還原劑 Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2
用碳作還原劑 Fe2O3+3C=2Fe+3CO
用氫氣作還原劑 Fe2O3+3H2=2Fe+3H2O
礦石中的脈石生成低熔點的化合物，形成爐渣，與鐵水分離。
純SiO2熔點1728℃，純Al2O3熔點2050℃，加入CaO使形成的化合物熔點降低。
SiO2+CaO=CaSiO3
CaO由石灰石分解得到：CaCO3=CaO+CO2
石灰石稱作熔劑。
由于上述反應是在高溫下進行的，需要焦炭燃燒來提供高溫并同時產生還原劑。
2C+O2=2CO
焦炭還起到爐料骨架和滲碳劑的作用。
為了節約冶金焦炭，降低成本，噴吹煤粉代替部分焦炭。
為了提供焦炭燃燒所需的氧氣，需要向高爐內鼓入空氣，為了降低焦炭消耗，往往要把鼓入高爐的空氣預先加熱到1000℃以上，叫作熱風。現在多數高爐熱風溫度都能達到1150℃以上。比較先進的在1200℃以上。
二、 高爐生產的工藝流程
實際的煉鐵高爐首先包括高爐本體，除此以外，還包括六大系統：
送風系統、上料系統、冷卻系統、渣鐵處理系統、煤氣凈化系統、噴吹燃料系統。
1 、高爐本體：高爐本體是由金屬爐殼、冷卻設備和耐火砌體等構成的豎立的圓筒，它的內型由五段構成。自上而下即爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸 。該內型的尺寸變化適應了爐內的物理化學變化。
頂部有裝料設備，分鐘式和無鐘式兩種；下部爐缸有出鐵口和出渣口(多鐵口高爐沒有出渣口，爐渣在出鐵過程中從鐵口排出)，爐缸上沿有風口。
2、上料系統：主要有料倉(用以接納從燒結或球團廠、煉焦廠和貯料場運來的原料和焦炭)、篩分設備、稱量裝置、爐頂裝料設備、皮帶運輸機和有關閘門等。各設備之間主要靠皮帶運輸機連接。往爐頂上料的方式小爐子一般用料車卷揚機經過斜橋運輸，大爐子多用皮帶運輸機運輸。
3、送風系統：包括鼓風機、熱風爐及相關的各種閥門。送風系統和高爐之間用管道連接。鼓風機有蒸汽驅動和電力驅動兩類。通常一座高爐需3或4座熱風爐輪流加熱和送風，其形狀為立式圓筒狀，外殼用鋼板制成，內砌耐火磚。根據燃燒室的設置不同，熱風爐分為內燃式、外燃式和頂燃式三種。
4、冷卻系統：為了降低爐襯溫度、延長高爐壽命、保持合理的爐型，需要有冷卻系統。冷卻系統主要由水泵、循環水管道、閥門、冷卻壁等冷卻設備構成。
5、渣、鐵處理系統：為了按時排除爐內的渣鐵，需要渣鐵處理系統。在爐前有開鐵口用的開口機、堵鐵口用的泥炮和堵渣口用的堵渣機；出鐵場上有鐵水流槽、沖水渣設備和出鐵場用的吊車；還有運輸鐵水用的鐵水罐、魚雷車以及鑄鐵機等。
6、煤氣除塵設備：高爐產生的煤氣含有大量的粉塵，必須經過除塵處理才能供用戶使用。包括重力除塵器、洗滌塔、文氏管、脫水器(如采用干法除塵，則在重力除塵器后接布袋除塵器或電除塵器)；此外，還有爐頂壓力調節裝置、余壓發電設備以及有關閥類。爐頂與各除塵設備之間用管道連接。
7、噴吹燃料系統：現在主要是噴吹煤粉。由制粉設備、干燥設備、收粉設備、噴吹設備等構成。
三、 高爐用主要原燃料
1、含鐵原料：燒結礦、球團礦、天然塊礦
2、燃料：焦炭、煤粉
3、熔劑：石灰石、白云石、硅石（現在熔劑一般不再單獨加入，而是加入燒結礦或球團礦中，以減少在爐內吸熱、降低焦比）
4、洗爐劑：螢石、錳礦（也有時作為冶煉鑄造鐵的原料）
高爐對原燃料的基本要求：有效成分含量高、磷、硫等有害雜質少、機械強度高、粒度適當而且均勻、熟料比高、冶金性能好。
四、 高爐主要產品和副產品
1、生鐵（鐵水）鐵水的溫度為1450-1530℃，煉鋼鐵水成分：碳4.0%、硅0.45%、錳0.20%、硫0.030%、磷0.070%；鑄造生鐵硅1.25%以上。
2、副產品：
爐渣：可作建筑材料，主要成分CaO 36%、SiO2 33%、Al2O3 15%、MgO10%
高爐煤氣：可作燃料，主要用途：加熱熱風爐、鍋爐、焦爐、加熱爐，CCPP發電、汽輪機發電，煤氣的余壓可供TRT發電。主要成分：CO 21%、CO2 20%、H2 2.5%、N2 56%
爐塵（瓦斯灰）：由含鐵料、燃料粉末構成。可作為生產燒結礦的原料，循環利用。
五、 高爐主要生產技術指標
利用系數：單位高爐有效容積每晝夜的出鐵量。單位，噸/（米3·日）。例如2000米3高爐如果每天產量5000噸，則利用系數為2.5噸/（米3·日）。利用系數越高說明高爐生產水平越高。
焦比：生產一噸生鐵所消耗的焦炭數量，單位千克/噸。焦比越低，說明消耗越低，成本就越低。先進的高爐焦比300千克/噸左右。
燃料比：生產一噸生鐵所消耗的焦炭、煤粉等燃料的總和，單位同焦比。
綜合焦比：把不同燃料按一定折合系數折合成焦炭，叫綜合焦炭，冶煉一噸生鐵消耗的綜合焦炭的數量，即為綜合焦比。一般煤粉按0.8折合。
六、 高爐生產的特點
1、連續性。從開爐到停爐一代壽命可達10年以上，生產是連續進行的。
2、規模大。4000m3級以上的高爐，每天產量可達10000噸以上。目前沙鋼新投產的高爐爐容已達5800m3。
3、機械化、自動化程度高。除了出渣鐵操作，其它操作幾乎都實現了自動化。
4、復雜性。高爐生產工藝和技術涉及物理化學、熱力學、動力學、流體力學等多門學科，內部情況目前無法準確監測，還主要靠經驗判斷，目前世界上還沒有可以實現閉環控制的專家系統和數學模型。另外在鋼鐵廠，煉鐵生產涉及的點多面廣，是一個系統工程。
5、對焦炭的依賴性。目前高爐還必須依賴焦炭，隨著煉焦煤資源的日趨緊張，高爐必將受到其它煉鐵方法的挑戰！
高爐煉鐵
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