1、一 爐料在爐內(nèi)的物理化學(xué)變化 2.5 高爐冶煉基本原理 二 還原過(guò)程 還原反應(yīng)是高爐內(nèi)最基本的化學(xué)反應(yīng)。 三 高爐爐渣四 生鐵形成五 高爐風(fēng)口區(qū)碳的燃燒 六 高爐內(nèi)的狀況 圖2-14 (1) 塊狀帶（固體爐料區(qū)） 爐料仍保持塊狀狀態(tài)； 在這里發(fā)生游離水蒸發(fā)、結(jié)晶水和黃鐵礦分解、鐵礦石間接還原等現(xiàn)象。 同時(shí)爐渣在這一區(qū)域里發(fā)生固相反應(yīng)，形成了部分低熔點(diǎn)化臺(tái)物，這樣就為軟化和熔融創(chuàng)造了條件。(2)軟熔帶 礦石從開(kāi)始軟化到完全軟化；軟熔帶的形狀和位置對(duì)高爐內(nèi)的熱交換，還原過(guò)程和透氣性有著極大的影響。 礦石在下降過(guò)程中溫度逐漸升高，當(dāng)接近和達(dá)到其熔化溫度等溫線水平時(shí)，開(kāi)始軟化。接著發(fā)生熔融，形成一層具

2、有一定厚度的塑性層，此叫作軟熔帶。 初渣就在這里形成了。初渣成分特點(diǎn)是，由于尚未經(jīng)過(guò)爐渣成分的混勻過(guò)程，熔劑CaO也尚未參與造渣、并且礦石此時(shí)大部分已還原成FeO或金屬鐵， 所以初渣中FeO的含量較高，堿度為自然堿度(即與礦石本身的堿度相似)，各處成分不均勻。 在軟融帶，還原形成的金屬鐵開(kāi)始以“冰柱”形式經(jīng)固體焦炭塊的間隙往下流動(dòng)，初渣就從“冰柱”中分離出去， 當(dāng)?shù)V石到達(dá)軟融帶下端時(shí)，由于滲碳作用，金屬鐵的熔點(diǎn)大大降低，從而完全熔化成液態(tài)，并呈滴狀下落。 同時(shí)，初渣也由于流動(dòng)過(guò)程的均勻化作用、上升煤氣流的攪拌作用和固體碳的還原作用，成分趨于均勻，渣中FeO含量降至23，至此進(jìn)入滴下帶。 軟融帶

3、的溫度范圍大致在10001200 之間。 （3） 滴落帶 鐵水和爐渣沿焦炭之間縫隙下降； 礦石經(jīng)過(guò)軟融帶進(jìn)入滴下帶時(shí)，已完全熔化為液態(tài)，金屬鐵與爐渣也完全分離開(kāi)來(lái)，金屬鐵經(jīng)固體焦炭縫隙往下流動(dòng)。 金屬鐵在下降過(guò)程中繼續(xù)滲碳，并且不斷吸收由液態(tài)渣中還原出來(lái)的鐵和其他合金元素。 爐渣則在下降過(guò)程當(dāng)中，由于還原作用，F(xiàn)eO含量繼續(xù)降低，SiO2和MnO含量也由于Si和Mn還原進(jìn)入生鐵而有所降低。 另外由于熔劑CaO不斷溶入渣中，故渣的堿度不斷提高。 同時(shí)，由于溫度升高，爐渣的流動(dòng)性也不斷增加。 爐渣經(jīng)過(guò)風(fēng)口時(shí)，焦炭灰分中的SiO2、Al2O3溶入爐渣而使其堿度又有所下降。 爐渣進(jìn)入爐缸時(shí)又出現(xiàn)經(jīng)過(guò)風(fēng)

4、口被氧化的金屬鐵被再還原，及脫硫反應(yīng)等一些變化，最后到達(dá)爐缸形成成分確定的終渣。（4）風(fēng)口帶（焦炭回旋區(qū)） 焦炭作回旋運(yùn)動(dòng)； 主要發(fā)生碳素的燃燒，產(chǎn)生爐缸煤氣，燃燒釋放的熱量由爐缸煤氣傳遞 。（5） 爐缸區(qū) 爐缸區(qū)內(nèi)匯集渣鐵，進(jìn)行最后的渣鐵反應(yīng)。七 爐料下降條件 在高爐冶煉過(guò)程中，爐料在爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)固體散狀料的緩慢移動(dòng)床。爐料均勻而有節(jié)奏地順利下降，是高爐順行的重要標(biāo)志。 爐料下降的必要條件之一是高爐內(nèi)必須不斷產(chǎn)生使其下降的自由空間。 70%左右的焦炭在風(fēng)口前燃燒生成煤氣； 爐料在爐內(nèi)產(chǎn)生體積收縮、并由固體散料轉(zhuǎn)化為液體爐渣和鐵水、直接還原消耗碳素以及定時(shí)放渣、出鐵。 這些使?fàn)t缸下部經(jīng)常保

5、留著較大的空間。 高爐內(nèi)不斷出現(xiàn)的自由空間只是為爐料的下降創(chuàng)造了先決條件，但爐料能否順利下降。還取決于下述的力學(xué)關(guān)系： F=Q（P1+P2+P）=Q有效 P 式中 F爐料下降有效作用力； Q爐料的自重； Pl爐料與爐墻之間的摩擦力； P2爐料之間的摩擦力； P上升煤氣對(duì)爐料的阻力； Q有效料柱有效重量。 很顯然，只有當(dāng)F0時(shí)爐料才能下降；F愈大，則愈有利于爐料順利下降；當(dāng)F接近或等于零時(shí)，則爐料產(chǎn)生難行或懸料。 需要指出的是，要使?fàn)t料順利下降（可簡(jiǎn)稱為順行），不僅要求整個(gè)料柱的F大于零，而且還要求各個(gè)不同高度截面上和同一截面不同位置上的F大于零。 顯然，某處的F=0時(shí)，則該處的爐料處于懸料狀態(tài)

6、。 因此，爐料不順行的現(xiàn)象，不僅可能在高爐上部或下部出現(xiàn)，也可能在某一截面上的某一區(qū)域出現(xiàn)。 通常情況下，當(dāng)爐型、原料和操作操作制度一定時(shí)，Q有效變化不大，因此，F(xiàn)的大小主要受到P的影響。 P是煤氣流通過(guò)高爐料柱時(shí)的壓力損失，也即克服摩擦阻力和局部阻力而造成的壓力損失，可近似地看作上升煤氣對(duì)下降爐料的浮力。 對(duì)整個(gè)高爐料柱而言，煤氣在料柱中流通時(shí)產(chǎn)生的壓力降為： P=P爐缸-P爐喉 P熱風(fēng)-P爐頂 式中 P爐缸爐缸煤氣壓力； P爐喉爐喉煤氣壓力； P熱風(fēng)熱風(fēng)壓力； P爐頂爐頂煤氣壓力。 由上式可知，提高爐頂煤氣壓力（如高壓操作）或降低熱風(fēng)壓力有助爐料下降。 一些研究者研究得出，煤氣通過(guò)爐內(nèi)料柱

7、各帶時(shí)，產(chǎn)生的壓力降計(jì)算式有所不同，但總的來(lái)說(shuō)，影響高爐煤氣通過(guò)料柱時(shí)所產(chǎn)生的壓力損失的主要因素是料柱的透氣性和煤氣的流速等因素。 八 高爐強(qiáng)化冶煉 高爐強(qiáng)化冶煉的主要目的是提高產(chǎn)量，即提高高爐有效容積利用系數(shù)。 提高產(chǎn)量的途徑是提高冶煉強(qiáng)度和降低焦比，生產(chǎn)中主要采用的措施有： 精料、高壓操作、高風(fēng)溫、富氧鼓風(fēng)、加濕與脫濕鼓風(fēng)、噴吹燃料等。1 精料 全面改善原料質(zhì)量，為高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗打下物質(zhì)基礎(chǔ)，精料的具體內(nèi)容可概括為“高、熟、凈、勻、小、穩(wěn)”七個(gè)字。 此外還應(yīng)重視高溫冶金性能及合理的爐料結(jié)構(gòu)。 （1）提高礦石品位 指提高入爐礦石的含鐵量。 是高爐提高產(chǎn)量和降低燃料比的首要內(nèi)容。 礦石品位提

8、高后，脈石量減少，減少了單位生鐵的熔劑用量，降低了單位生鐵的渣量，使高爐冶煉單位生鐵的熱量消耗減少，產(chǎn)量提高，同時(shí)又能改善高爐下部透氣性，有利于順行。 （2）增加熟料比 燒結(jié)礦和球團(tuán)礦統(tǒng)稱熟料，也叫人造富礦。 增加入爐的熟料比，可以改善礦石的透氣性、還原性和造渣性能，促進(jìn)高爐熱制度的穩(wěn)定和爐況順行。 尤其是采用高堿度燒結(jié)礦時(shí)，還原粉化率低、軟化溫度和還原度高又可減少熔劑加入量。 所以增加熟料比既有利于降低焦比，提高冶煉強(qiáng)度，又有利于高爐順行。 （3）加強(qiáng)原料的整粒工作 “凈、小、勻”都是指精料程度，可統(tǒng)稱為整粒。 按“小”的要求，入爐礦的平均粒度要小，可縮短礦石在爐內(nèi)的還原時(shí)間，改善還原過(guò)程。

9、 但粒度不能過(guò)小，否則會(huì)惡化高爐內(nèi)料柱透氣性，爐塵增多，使煤氣流分布失常。 按“凈”的要求，入爐料應(yīng)篩除粉末（小于5mm的物料）。 按“勻”的要求，礦石應(yīng)進(jìn)行分級(jí)入爐，可以改善高爐內(nèi)軟融層的透氣性，有利于降低焦比。天然礦石可分為815mm和1530mm兩級(jí)。燒結(jié)可分為525mm和2550mm兩級(jí)使用。（4）穩(wěn)定原燃料化學(xué)成分 入爐原料的成分，尤其是礦石成分的穩(wěn)定是穩(wěn)定爐況、穩(wěn)定操作、保證生鐵質(zhì)量及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的先決條件。 否則，高爐生產(chǎn)會(huì)受到很大影響。要保證爐料化學(xué)成分和物理性質(zhì)的穩(wěn)定，減少入爐料成分的波動(dòng)，關(guān)鍵在于加強(qiáng)原料的管理，搞好爐料的混勻和中和工作。原料的混勻主要是在原料場(chǎng)中進(jìn)行。（5

10、）合理的爐料結(jié)構(gòu) 指入爐爐料組成的合理搭配，應(yīng)以獲得最好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為前提。合理的爐料結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)符合下列要求： 具有優(yōu)良的高溫冶金性能，包括高溫還原強(qiáng)度、還原性、軟熔特性等； 爐料中，以人造富礦為主，爐料的成分能滿足造渣需要，不加或少加熔劑等。 從理論上和高爐經(jīng)營(yíng)管理的角度看，使用單一礦石并把熟料率提高到100%是合理的，然而目前還沒(méi)有一種理想的礦石能夠完全滿足現(xiàn)代大型高爐強(qiáng)化的需要。 目前主要有四種爐料結(jié)構(gòu)：（1）100%酸性球團(tuán)礦，配加一定量的石灰石；（2）以酸性球團(tuán)礦為主，配加超高堿度燒結(jié)礦；（3）100%自熔性燒結(jié)礦；（4）以高堿度燒結(jié)礦為主，配加天然礦或酸性球團(tuán)礦。 采用什么樣的爐

11、料，應(yīng)根據(jù)具體條件，即合理利用資源。（6）改進(jìn)焦炭質(zhì)量 焦炭質(zhì)量的變化對(duì)高爐冶煉的影響有：焦炭強(qiáng)差變差時(shí)，焦炭入爐后，粒度組成變化較大，在爐內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的粉末，會(huì)影響料柱透氣性，以及大量焦炭進(jìn)入渣中，使渣變粘稠，造成爐子難行和懸料； 高溫下焦炭的反應(yīng)性越好，碳的熔損大，焦炭粒度迅速粉化，惡化料柱透氣性，破壞順行；焦炭中的硫增加，高爐爐料硫負(fù)荷增加，渣量增加，焦比會(huì)升高。 因此，可以說(shuō)，降低焦炭中的硫及灰分也是高爐強(qiáng)化冶煉措施之一。（7）改善爐料的高溫冶金性能 高溫冶金性能主要包括高溫還原強(qiáng)度、還原性、軟熔特性等。 人造富礦的高溫還原強(qiáng)度對(duì)塊狀帶料柱透氣性有決定性影響，而高溫軟融性特性影響軟

12、融帶結(jié)構(gòu)和氣流分布球團(tuán)礦在高溫還原條件下，強(qiáng)度變差，影響爐料順行。 一般在大型高爐上只使用部分球團(tuán)礦。2 高壓操作 指提高高爐內(nèi)煤氣壓力。提高爐內(nèi)煤氣壓力是由煤氣系統(tǒng)中的高壓調(diào)節(jié)閥組控制閥門的開(kāi)閉度來(lái)實(shí)現(xiàn)的（如圖2-20所示）。 高壓操作的程度常用爐頂煤氣壓力值表示。一般常壓高爐爐頂煤氣壓力低于130kPa（絕對(duì)壓力），凡爐頂煤氣壓力高于此值者為高壓高爐。當(dāng)前的高壓水平一般為140250 kPa。新設(shè)計(jì)的巨型高爐，爐頂壓力可到300400 kPa 的水平。高爐高壓操作示意圖3 高風(fēng)溫 （1）提高風(fēng)溫有利于降低焦比。高爐內(nèi)熱最收入來(lái)源于兩方面，一是風(fēng)口前碳素燃燒放出的化學(xué)熱，二是熱風(fēng)帶入的物理熱

13、。熱風(fēng)帶入的熱占總熱量收入的2%3%。 （2）提高風(fēng)溫能為提高噴吹量和噴吹效率創(chuàng)造條件。風(fēng)溫提高后，鼓風(fēng)動(dòng)能增大，有利于活躍爐缸，改善煤氣能量的利用，同時(shí)爐缸溫度升高，為提高噴吹量和噴吹效率創(chuàng)造條件。 風(fēng)溫的提高主要是通過(guò)改造熱風(fēng)爐實(shí)現(xiàn)的。 4 噴吹燃料 指從風(fēng)口或其它特設(shè)的風(fēng)口部位向高爐噴吹煤粉、重油、天然氣、裂化氣等各種燃料。噴吹燃料對(duì)高爐冶煉的影響是： （1）爐缸煤氣發(fā)生量增加，煤氣還原能力提高。高爐噴吹燃料后，煤氣中的CO含量提高（即煤氣還原能力提高）。 （2）煤氣分布得到改善，中心煤氣明顯發(fā)展，從而有利于均勻爐缸溫度。噴吹后，煤氣中的H2量增多，氣體粘度減小，煤氣滲透能力提高。 （3

14、）爐缸冷化，頂溫升高，有熱滯后現(xiàn)象。 爐缸冷化是指風(fēng)口前理論燃燒溫度（風(fēng)口前燃料燃燒產(chǎn)生的熱量全部用于加熱燃燒產(chǎn)物所能達(dá)到的溫度）降低。 熱滯后現(xiàn)象是指高爐增加噴吹量后，由于入爐總?cè)剂狭吭黾?，爐溫本應(yīng)升高。但在噴吹之初，爐缸溫度不升反而暫時(shí)下降，過(guò)一段時(shí)間后，爐缸溫度才上升的一種現(xiàn)象。 （4）噴吹燃料后，噴吹料柱壓差普遍升高，隨噴吹量的增加而增加，下部壓差增加較多。 （5）噴吹后生鐵含硫量降低，質(zhì)量提高。 高爐噴吹燃料后，爐渣脫硫能力提高，允許適當(dāng)降低生鐵含硅量。因此，噴吹更適于冶煉低硫低硅生鐵。5 富氧鼓風(fēng) 富氧鼓風(fēng)工藝流程1冷風(fēng)管；2流量孔板；3氧氣插入管；4、8壓力表；5、10截止閥；6氧氣流量孔板；7電磁快速切斷閥；9電動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥；11放風(fēng)閥富氧鼓風(fēng)對(duì)高爐冶煉的影響有： （1）提高冶煉強(qiáng)度。富氧鼓風(fēng)后，風(fēng)中含氧量的增加，則每噸生鐵需要的風(fēng)量減少；若保持入爐風(fēng)量(包括富氧)不變，冶煉強(qiáng)度可提高，增加產(chǎn)量：若焦比有所降低，可望增產(chǎn)更多。 （2）生產(chǎn)單位生鐵時(shí)，富氧鼓風(fēng)之后，煤氣量略有減小。 （3）富氧鼓風(fēng)后，爐缸理論燃燒溫度升高，爐頂溫度下降，爐缸溫度提高。富氧鼓風(fēng)后，單位生鐵的煤氣量減少，高溫