钢铁冶金概论第二章 高炉炼铁-主要物理化学反应与操作工艺
高炉炼铁原理课件
高炉内的传热过程
总结词
高炉内的传热过程是炼铁过程中必不可少的环节，它涉及到多种传热方式，如传导、对流和辐射。
详细描述
高炉内的传热过程主要通过焦炭、矿石和铁水等固体物质之间的热传导，以及气体和铁水之间的对流 换热来完成。此外，高炉内的高温环境还使得热量以辐射方式传递。这些传热方式共同作用，使得热 量能够有效地传递到铁水中，完成炼铁过程。
成分监测与控制
生铁的成分直接影响其质量和用途。为确保生铁质量达标，应定期对生铁成分进行监测， 并根据监测结果调整原料配比、焦炭质量和鼓风量等参数。
压力监测与控制
高炉内的压力对气体流量和反应过程有重要影响。压力的波动可能导致炉况不稳和生产事 故。因此，应定期监测高炉内压力，并对其进行控制，确保压力稳定。
，降低能耗。
05 渣铁分离与排放
渣铁的形成与性质
渣铁的形成
在高炉炼铁过程中，矿石、焦炭和熔剂经过一系列化学反应后形成渣铁。
渣铁的性质
渣铁具有不同的物理和化学性质，如密度、黏度、成分等，这些性质对渣铁分 离和排放过程有重要影响。
渣铁的分离过程
自然分离
在高炉中，渣铁由于密度差异自 然分层，上层为铁水，下层为炉
燃料的燃烧过程
燃料燃烧反应
燃烧产物的成分
燃料在高温下与空气中的氧气发生化 学反应，释放出热量，加热高炉内的 气体和原料。
燃烧产物主要是高炉内的气体和炉渣 ，其成分和性质对高炉炼铁的产品质 量和效率有着重要影响。
燃烧效率
燃料燃烧效率的高低直接影响到高炉 炼铁的效率，因此需要控制好燃烧过 程，提高燃烧效率。
高炉炼铁原理课件
• 高炉炼铁概述 • 原料准备与燃料 • 还原过程与化学反应 • 高炉内气体流动与传热 • 渣铁分离与排放 • 高炉操作与控制
2高炉炼铁-第二节
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2.4.1高炉冶炼过程及特点
现代高炉生产过程是一个庞大的生产体系，除 高炉本体外，还有供料、送风、煤气净化除尘 、喷吹燃料和渣铁处理等系统。 高炉炼铁的本质
传质过程：矿石中的O2O2-(矿）＋CO ￫ CO2
O2-
进入煤气中，实现铁与氧的分离 传热过程：煤气携带的热量传给炉料，使炉料熔化成 渣铁，实现渣铁分离
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2.4.5 炉料与煤气运动
在高炉冶炼中，各种物理化学反 应都是在炉料和煤气不断相向运动 的条件下进行的。炉料的顺利下降 和煤气流的合理分布是高炉获得高 产、优质、低耗的前提。
2.4.5.1 炉料运动 2.4.5.2 煤气运动
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第二章 高炉炼铁 (Blast Furnace Ironmaking)
主要内容
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 基本概念 高炉冶炼的原料及产品 造块技术 高炉炼铁原理 高炉结构及附属设备 高炉操作
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2.4 高炉炼铁原理
2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 2.4.6 高炉冶炼过程及特点 燃烧反应 还原反应 高炉炉渣与脱硫 炉料与煤气运动 高炉生产主要技术经济指标
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2.4.4.2 成渣过程
（1）焦炭在风口处完全燃烧，灰分进入炉渣。 （2）石灰石在下降过程中，分解的CaO在滴落带 ，被初渣溶解，参与造渣。 （3）矿石在块状带固相反应生成了低熔点的化合 物沿焦炭缝隙流下，分离出初渣。随后渣中(FeO) 不断还原进入铁中，至滴落带，炉渣以滴状下落， 渣中FeO已降到2％～3％。 （4）滴落的初渣成分不断变化，初渣开始是自然 碱度，以后随着SiO2的还原，石灰石渣化并加入焦 炭灰分，经过碱度波动之后形成终渣。 成渣过程中，软熔带对炉内料柱透气性影响很 大，习惯上把这一带叫成渣带。
高炉炼铁生产工艺流程简介
高炉炼铁生产工艺流程简介[导读]:高炉炼铁生产是冶金(钢铁)工业最主要的环节。
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。
高炉生产是连续进行的。
一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。
本专题将详细介绍高炉炼铁生产的工艺流程，主要工艺设备的工作原理以及控制要求等信息。
由于时间的仓促和编辑水平有限，专题中难免出现遗漏或错误的地方，欢迎大家补充指正。
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。
高炉冶炼原理简介：高炉生产是连续进行的。
一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。
生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（1000～1300摄氏度），喷入油、煤或天然气等燃料。
装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。
在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。
铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。
铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。
煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。
现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。
高炉冶炼工艺流程简图：[高炉工艺]高炉冶炼过程: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。
高炉炼铁的工艺流程及主要设备
高炉炼铁的工艺流程及主要设备1. 引言高炉炼铁是一种常见的铁矿石冶炼工艺，通过高炉，将铁矿石还原成铁。
本文将介绍高炉炼铁的工艺流程以及主要设备。
2. 工艺流程高炉炼铁的工艺流程通常可以分为六个主要步骤：炉料制备、高炉装料、冶炼还原、渣液分离、铁液处理和炉渣处理。
2.1 炉料制备在高炉炼铁的工艺中，炉料制备是非常重要的一步。
炉料通常由铁矿石、焦炭和石灰石组成。
铁矿石是主要的原料，含有铁的化合物，如赤铁矿和磁铁矿等。
焦炭是燃料，在高温下提供还原剂。
石灰石则用于产生炉渣。
2.2 高炉装料在高炉炼铁过程中，将事先制备好的炉料装入高炉内。
高炉通常由圆筒形炉体、炉身、炉缸和炉喉组成。
炉缸位于炉体的中部，是炉料的装入区域，炉喉位于炉体的底部，是铁液和炉渣的排出口。
2.3 冶炼还原高炉炼铁的核心过程是冶炼还原。
在高温下，焦炭将铁矿石中的铁氧化物还原成金属铁。
同时，焦炭的氧化产生一定的热量，维持高炉内的温度。
此外，冶炼还原过程还会产生大量的炉渣。
2.4 渣液分离在冶炼完成后，需要将铁液和炉渣分离。
由于炉渣比铁液轻，因此可以通过密度差将两者分离。
通常在炉喉的位置设置渣口，通过开启渣口，将炉渣排出。
2.5 铁液处理分离出的铁液需要进行进一步的处理，以提高铁的纯度。
铁液通常会送入转炉或电炉等设备进行继续冶炼。
在这些设备中，可以通过氧气吹吹炼来进一步去除杂质和控制化学成分。
2.6 炉渣处理炉渣是冶炼还原过程中产生的副产品。
炉渣中含有一定的铁和其他金属成分，因此可以经过处理进行回收利用。
常见的炉渣处理方法包括浸出法、粉碎法和重力分离法等。
3. 主要设备在高炉炼铁工艺中，主要的设备包括高炉、转炉（或电炉）、炉缸、炉喉和渣口等。
3.1 高炉高炉是高炉炼铁过程中最重要的设备之一。
高炉通常采用圆筒形炉体，炉体内部由耐火材料构成，能够承受高温和化学腐蚀。
高炉的炉体一般由上部、中部和下部组成，各个部分有不同的功能。
3.2 转炉或电炉转炉或电炉是对分离出的铁液进行进一步处理的设备。
高炉炼铁基本原理及工艺课件
低碳炼铁技术发展
总结词
随着环保意识的提高，低碳炼铁技术成为高炉炼铁的重要发 展方向，以降低炼铁过程中的碳排放。
详细描述
低碳炼铁技术包括提高煤气利用率、回收利用二氧化碳、优 化高炉操作和提高焦炭利用率等技术措施，旨在降低高炉炼 铁的碳排放，推动钢铁工业的可持续发展。
智能化炼铁技术
总结词
智能化炼铁技术是利用信息技术和自动化技术，实现高炉炼铁的智能化生产和管理的技 术。
渣铁分离与处理
渣铁处理
渣铁经过处理后得到钢水和生铁。
环境保护
高炉炼铁过程中产生的废气、废水和固废需要进行处理，以减少对环境的影响 。
现代高炉炼铁技术
03
高效能高炉技术
高效能高炉技术是指通过改进高 炉设计和操作技术，提高高炉炼
铁效率和质量的一种技术。
高效能高炉技术包括采用先进的 炉型结构、优化高炉操作参数、 提高高炉内反应速度和降低能耗
还原反应是高炉炼铁中的主要化学反应，其反应速度和程度决定了高炉内铁矿石的 还原程度和生铁的产量。
热力学原理
热力学原理在高炉炼铁中主要涉 及反应自发进行的推动力、反应
平衡常数、反应熵变等概念。
通过热力学原理，可以判断不同 温度和压力条件下，高炉内各种 化学反应的方向和平衡状态，从
而指导高炉操作。
热力学原理还可以用于研究高炉 内各种物料的相变和传热过程， 以及高炉内的热量平衡和热效率
详细描述
智能化炼铁技术包括数据采集与监控系统、工艺参数优化、智能控制和预测性维护等技 术，能够提高高炉炼铁的生产效率、降低能耗和减少污染物排放，同时提高生产安全性
和稳定性。
THANKS.
煤气回收利用
将高炉煤气进行净化处理 后，作为燃料或化工原料 进行再利用，提高能源的 利用率。
高炉炼铁基本原理及工艺
2、焦比 : K=Q(昼夜焦碳用量)/P(现主要核算综合 焦比)
3、冶炼强度: I=Q/Vu (反应焦碳的燃烧能力)
4、透气性指数： K 5、炉腹煤气指数：
PB2 PT2
X
V 1.7 BG
BG
4VBG
D2
4、休风率:计划外的检修时间占规定作业时间的百
分比(≤2%)
5、生铁成本：原料占80%±
6、一代炉龄：高炉点火开炉→停炉大修历经时间
48.2
30~40
25
P，S↓熔烧
后易还原
精品课件
5
各类铁矿石图
磁铁矿
褐铁矿
赤铁矿
精品课件
菱铁矿
6
烧结矿及烧结球团
烧结矿
精品课件
烧结球团
7
⑴品位：含铁量，理论上品位↑1%，焦
比↓2%，产量↑ 3%
⑵脉石成分：SiO2、Al2O3↓越好（须重
视Al2O3 ），MgO ↑越好
⑶有害杂质：S、P、Cu、Pb、Zn、As
（5）炉缸区：渣铁分层存在，焦碳浸泡其中 主要反应： 渣铁间脱S，Si、Mn等元素氧化还原
精品课件
15
2.铁的间接还原与直接还原
（1）间接还原：用CO、H2为还原剂还原铁的氧化物，产物CO2、 H2O的还原反应。 特点：放热反应 反应可逆
（2）直接还原：用C作为还原剂，最终气体产物为CO的还原反应。 特点：强吸热反应 反应不可逆
精品课件
26
Thank you!
精品课件
27
1000 ℃间还） →MnO→（1200 ℃直接还原）→Mn
②Mn还原的特点：间接还原放热大，使炉顶温度↑ 直接还原吸热大，使焦比↑
③控制Mn还原的手段：提高炉缸温度，但会使Mn的挥发损失↑ 提高炉渣R 生铁中保持一定[Si]
高炉炼铁工艺资料课件
送风
向高炉内鼓入热风，提供 反应所需氧气。
高炉炼铁的工艺流程
01
02
燃烧
焦炭与氧气发生燃烧反应，产 生高温和还原性气体。
渣铁分离
高温下矿石熔化，渣铁分离， 生铁从炉缸排出。
03
排渣
将炉渣排出高炉。
04
回收利用
回收高温气体和余热，降低能 耗。
02
高炉设备与操作
高炉的结构与设计
要点一
和产 品质量有着重要影响。
高炉的操作与管理
总结词
高炉操作涉及众多工艺参数的调控，包括原料供应、送风、渣铁处理等，需要经验丰富 的操作人员。
详细描述
高炉操作的核心是控制好原料供应的配比和品质，以及送风的温度和压力。根据高炉的 工艺要求和产品需求，操作人员需不断调整各项参数，如焦炭加入量、矿石配比、送风 温度等，以保证高炉的稳定运行和高效生产。同时，渣铁处理也是高炉操作的重要环节
要点二
详细描述
高炉的结构通常包括炉缸、炉身、炉腹、炉腰和炉喉等部 分，各部分的设计需满足不同的工艺要求。炉缸是铁水的 产出地，要求有良好的保温性和耐火材料；炉身用于容纳 和加热铁矿石和焦炭，设计时应考虑传热效率和气体流动 ；炉腹、炉腰和炉喉则是根据不同冶炼阶段的需要，调整 矿石和焦炭的分布和加热方式。
高炉炼铁工艺资料课件
目录 Contents
• 高炉炼铁工艺简介 • 高炉设备与操作 • 原料与燃料 • 炼铁过程中的化学反应 • 环境保护与可持续发展
01
高炉炼铁工艺简介
高炉炼铁的定义与重要性
定义
高炉炼铁是一种将铁矿石还原成 液态生铁的工艺过程。
重要性
高炉炼铁是现代钢铁工业的基础 ，为各行业提供大量优质钢材。
高炉炼铁的操作方法
高炉炼铁的操作方法
高炉炼铁是一种传统的铁矿石冶炼方法，以下是一般的操作步骤：
1. 准备工作：收集并准备好所需的原料，包括铁矿石、焦炭、石灰石等。
2. 加料：首先将原料按照一定的比例加入高炉中。
一般先加入石灰石和焦炭，然后添加铁矿石。
3. 预热：点燃焦炭燃料，使其产生高温，并将炉内温度升至适宜的炼铁温度。
4. 还原：在高温下，焦炭与铁矿石发生还原反应，将铁矿石中的氧化铁还原为金属铁。
5. 熔化：金属铁被炉内剧烈的燃烧反应包围，逐渐熔化并聚集于炉底。
6. 收集炉渣：炉渣是炼铁过程中产生的非金属物质，如硅酸盐等。
炉渣会浮在金属铁上方，通过铁口排出。
7. 收集铁水：当金属铁达到一定程度的液态状，就可以通过铁口排出高炉，收集成为铁水。
8. 冷却：铁水经过铁口流出高炉后，进行冷却和凝固，最终形成块状的生铁。
需要注意的是，高炉炼铁是一个复杂的工艺过程，同时还涉及到高温、高压等危险环境，因此需要严格遵守相关的安全操作规程。
高炉炼铁工艺课件
3、送风系统。包括鼓风机、热风炉、热风总管，送风支管。 本系统的任务是把从鼓风机房送出的冷风加热并送入高炉。 4、喷吹系统。包括磨煤机、集煤罐、储煤罐、喷煤罐、混 合器和喷枪。本系统的任务是磨制、收存和计量后把煤粉 从风口喷入高炉。 5、渣铁处理系统。包括出铁厂、泥炮、开口机、铁水罐、 水渣池等。本系统的任务是定期将炉内的渣铁出净，保证 高炉连续生产。 6、煤气处理系统。包括煤气上升管、下降管、重力除尘器、 布袋除尘器、静电除尘器。本系统的任务是将炉顶引出的 含尘很高的荒煤气净化成合乎要求的净煤气。
直接还原成大量碱蒸气，随煤气上升到低温区又被氧化成 碳酸盐沉积在炉料和炉墙上，部分随炉料下降，从而反复 循环积累。其危害主要为：与炉衬作用生成钾霞石
（K2O﹒Al2O3﹒2SiO2），体积膨胀40%而破坏炉衬；与 炉衬作用生成低熔点化合物，粘接在炉墙上，易导致结瘤； 与焦炭作用生成嵌入式化合物（CKCN），体积膨胀很大， 破坏焦炭高温强度，从而影响高炉下部料柱的透气性。 （6）铜。铜是贵重的有色金属，在钢中的含量不超过0.3% 时，能增强金属的抗腐蚀性能，但当含铜量超过0.3%时， 钢的焊接性能降低，并产生热脆。 2. 有益元素。许多铁矿石中常伴有锰、铬、钒、钛、镍等元 素，形成多种共生矿。这些金属能改善钢材的性能，是重 要的合金元素，故称之为有益元素。
钟式炉顶和无钟式炉顶
图 6 并罐式无钟炉顶装置示意图 1—皮带运输机；2—受料漏斗；3—上闸门； 4—上密封阀；5—储料仓；6—下闸门； 7—下密封阀；8—叉型漏斗；9—中心喉管； 10—冷却气体充入管；11—传动齿轮机构； 12—探尺；13—旋转溜槽；14—炉喉煤气封盖； ； 17—料仓支撑轮；18—电子秤压头； 19—支撑架；20—下部闸门传动机构； 21—波纹管；22—测温热电偶；23—气密箱； 24一更换滑槽小车；25一消音器
第二章__高炉炼铁—工艺流程与主要设备
第二章__高炉炼铁—工艺流程与主要设备高炉炼铁是指通过高炉将铁矿石还原为铁的一种冶金工艺。
它是钢铁工业的核心工艺，也是钢铁生产的首要环节之一、下面将详细介绍高炉炼铁的工艺流程以及主要设备。
高炉炼铁的工艺流程分为三个主要步骤：炉前处理、燃料与氧化剂的供给以及铁矿石还原冶炼。
炉前处理是为了使铁矿石在高炉内能够充分还原，从而保证铁的产出。
首先，铁矿石经过粉碎和混合，形成块状矿料。
然后，将矿料加入到炉内，并在炉顶喷入热风。
热风能够预热矿料并提高炉内的温度，为后续的还原反应做准备。
燃料与氧化剂的供给是高炉炼铁的重要步骤。
常见的燃料包括焦炭和煤。
焦炭是化石燃料，它能够提供炉内所需的高温，并提供还原剂碳。
煤则在高炉内部部分燃烧，产生CO气体，也是还原剂之一、氧化剂一般指的是热风，它含有大量氧气，是高炉还原反应的重要供给。
铁矿石还原冶炼是高炉炼铁的核心步骤。
在炉内，矿料和燃料在高温下进行化学反应。
首先，矿料中的氧气与燃料中的碳（焦炭或煤）发生还原反应，生成CO气体。
CO气体与矿料中的氧化铁反应，产生还原剂FeO，然后与矿料中的其他氧化物继续反应，最终产生金属铁。
同时，炉底的温度较低，熔融的渣滓会沉积在炉底形成炉渣。
在高炉炼铁的过程中，有许多关键的设备起着重要的作用。
高炉是高炉炼铁的核心设备，它是一个由耐火砖砌成的圆柱形容器，呈锥形。
高炉通常分为上部、中部和下部三个区域。
矿料和燃料从炉顶投入高炉，经过上部的预热区，进入中部的还原区，最后在下部形成熔融的铁水和炉渣。
热风炉是供给高炉热风的设备。
热风炉通过燃烧燃料（焦炉煤气、煤炭、重油等）产生的高温烟气，通过吹管输送到高炉上部，供给高炉内的还原反应所需的热能，并提供氧气。
鼓风机是提供高炉所需鼓风风量和压力的设备。
鼓风机通过旋转的叶轮，将外部空气通过风道送入高炉内，使燃料燃烧更旺盛，提高高炉的产能和效率。
除此之外，高炉还需要一些辅助设备，例如温度计、压力计、气体分析仪等，用于监测和控制高炉的操作参数，确保炼铁过程的安全和正常进行。
高炉炼铁的原理及工艺流程
高炉炼铁的原理及工艺流程高炉炼铁是一种常用的冶金方法，用于将矿石转化为铁和钢。
它的原理基于铁矿石中铁的还原性质以及高温下不同物质的化学反应。
高炉炼铁的工艺流程大致可以分为以下几个步骤：1. 原料准备：高炉的主要原料是铁矿石、焦炭和石灰石。
铁矿石是高炉的主要还原剂和铁源，焦炭则提供高炉所需的热能和还原剂。
石灰石用于抑制高炉内部的硅和磷的含量。
2. 原料装料：将铁矿石、焦炭和石灰石按照一定比例装入高炉的料斗。
装料过程中要保证各种原料的均匀分布，以便提高炉内反应的效率。
3. 预热煤气和空气：将进入高炉的煤气和空气预热至高温，以增加反应速率和效率。
4. 还原反应：在高炉内，焦炭在高温下与煤气发生还原反应，将铁矿石中的氧气还原成一氧化碳和二氧化碳。
还原反应主要发生在高炉的炉底，炉底以上则发生熔融反应。
5. 熔融反应：一氧化碳和铁矿石中的一些元素熔融成液态铁，并向上移动。
在高炉的中部区域，发生碱性熔融反应，石灰石中的氧化钙与铁矿石中的硅和磷等杂质反应，生成氧化钙和矽酸钙等不溶于铁液的物质，称为渣。
6. 渣铁分离：在高炉的上部，铁液与渣发生不同密度的分离，铁液下流，渣上浮。
由于铁液的密度大于渣，渣可以通过铁液顶部的出渣口排出高炉。
7. 铁水处理：高炉出来的铁液通过钢水包、连铸机等设备进一步处理，以调整铁液的成分和温度，并制造成各种规格和形状的铁坯。
8. 高炉煤气回收：高炉炼铁过程中产生的煤气中含有大量的有价值的气体，如一氧化碳和氢气。
这些煤气被收集后再经过净化和加工，用于供能和制造化学产品等。
通过以上工艺流程，高炉炼铁成功将矿石转化为铁和钢，并产生有价值的煤气。
高炉炼铁工艺有以下几个优点：一是工艺简单，能够处理大量原料；二是可以通过调整原料的配比和炉温等参数，控制铁液的成分和温度；三是能够回收煤气，提高能源利用效率；四是可以用于处理不同种类和品质的铁矿石。
炼铁工艺介绍
6
一、高炉炼铁基本原理
3、高炉内型结构
高炉内部工作空间的形状称为高炉内型。 ①炉喉：炉喉是炉料进高炉的入口，也是 煤气的出口，对炉料和煤气分布起控制和 调节作用。 ②炉身：是截头圆锥体，炉料在炉身预热 和还原，炉身直径自上而下逐渐扩大以适 应炉料受热膨胀和减少炉料与炉墙之间的 磨擦力，所形成炉身角对下料有明显影响。 而炉身高度对煤气利用也有影响。 ③炉腰：是高炉直径最大的部位，其直径 的大小决定着高炉内型的高径比关系。其 高度不起决定性作用，属高炉的过度段。 ④炉腹：是倒置截头圆锥体，其收缩适应 了矿石熔滴后的体积变化，同时也使燃烧 带产生的高温煤气远离炉墙，有利于渣皮 的形成，延长高炉寿命。 ⑤炉缸：在炉缸上、下部设有风口、铁口， 炉缸上部的风口区是燃料燃烧的地方，是 风口中心线 煤气的发源地和冶炼过程所需热量的源泉。 铁口中心线 炉缸下部是渣铁贮存区，进行渣铁反应， 是保证生铁质量的重要环节。
块杂矿槽 焦丁仓 粉焦仓 3小烧结矿仓 粉矿仓
415
415 65 200 65 200
3
2 1 1 1 1
2739
1826 36 120 124 378
29.2
调节炉况，时间很长 7 35.6 7 16.4
20
四、新区炼铁系统参数及工艺特点
2、槽下上料系统 ① 工艺流程
烧结矿仓 烧结矿给料机 烧结矿振动筛 烧结矿称量斗 球团、杂矿矿仓 球团、杂矿给料机 球团、杂矿振动筛 球团、杂矿称量斗 焦炭称量斗 焦炭仓 焦炭给料机 焦炭振动筛
11
主要内容
高炉炼铁基本原理 高炉操作基本制度 高炉炼铁工艺流程 新区炼铁系统参数及工艺特点
12
二、高炉基本操作制度
1、高炉基本操作制度 热制度 热制度是指高炉炉缸所具有的温度水平，它反映了高炉炉缸内热量收入与 支出的平衡状态。表示方法有物理热与化学热。通过调风温、煤量及焦炭 负荷实现。 送风制度 指在一定的冶炼条件下，确定合适的鼓风参数和风口进风状态，以达到煤 气流合理的分布，使炉缸工作均匀活跃，炉况稳定顺行。 造渣制度 选指确定合理的炉渣碱度和成分。通过调节烧结、球团矿配比实现。 装料制度 装料制度是对炉料装入炉内的方式方法的有关规定。 2、选择合理操作制度 选择合理的操作制是高炉操作者的根本任务。选择合理的操作制度能保证 煤气流的合理分布和良好的炉缸工作状态，促使高炉稳定顺行，从而获得 高产、优质、低耗和长寿的冶炼效果。
高炉炼铁工艺课件
将部分碳素燃烧过程移至高炉外，降低高炉内的碳含量，提高生铁 质量。
高压操作技术
通过提高高炉内的压力，增加煤气在炉内的停留时间，提高生铁产 量和降低能耗。
谢谢聆听
布料规律
根据高炉的生产需求和原料特性，制定不同的布料方案，以实现煤气和铁水的均匀分布，提高高炉的 产量和效率。
风口、渣口和铁口的操作
风口
位于炉膛的底部，用于向炉内提供氧 气，助燃焦炭，并产生高温煤气。操 作人员需定期检查风口状态，保证其 通畅。
渣口
铁口
位于炉膛的另一侧，用于排放铁水。 铁口操作需注意控制铁水的流量和温 度，以保证高炉的正常运行和钢铁产 品的质量。
位于炉膛的一侧，用于排放高炉产ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 的渣。渣口操作需注意控制渣的排出 量和成分，以降低对环境的污染。
04 高炉炼铁的环保与节能
高炉炼铁的排放与治理
排放物种类
高炉炼铁过程中会产生大量的废 气、废水和固体废弃物，如粉尘
、炉渣和瓦斯等。
排放物危害
这些排放物若未经处理直接排放， 会对环境造成严重污染，影响人类 健康和生态平衡。
铁氧化物的还原机理
Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe 铁氧化物还原过程中，低价氧化物更容易还原成金属铁。
碳的气化反应与燃烧反应
碳气化反应
C+CO2→2CO
碳燃烧反应
2C+O2→2CO
炉渣的形成与作用
炉渣的形成
高炉炼铁过程中，矿石中的脉石、焦 炭中的灰分等与熔融的炉渣相混而成 。
炉渣的作用
去除有害杂质、维持生铁质量、保持 高炉热平衡等。
治理措施
采取有效的治理措施，如安装除尘 器、建设污水处理设施和固体废弃 物处理设施等，以减少污染物排放 。
钢铁行业冶炼工艺工作原理
钢铁行业冶炼工艺工作原理钢铁是一种重要的金属材料，广泛应用于建筑、汽车、机械制造等领域。
而在钢铁的生产过程中，冶炼工艺是不可或缺的环节。
本文将介绍钢铁行业中常见的冶炼工艺，以及其工作原理。
一、高炉冶炼工艺高炉冶炼工艺是目前钢铁行业中最常用的冶炼工艺之一。
它的工作原理基于高炉内的物理和化学反应。
高炉是一个巨大的筒形炉子，一般由炉体、炉缸、炉喉和炉顶等部分组成。
在高炉冶炼中，通常使用焦炭、铁矿石和石灰石作为主要原料。
首先，焦炭在高炉内被加热至高温，产生一定的热量，使铁矿石发生还原反应，将其中的氧气去除，生成金属铁。
同时，石灰石起到熔化矿石的作用，形成炉渣。
最终，金属铁和炉渣会分层沉积于炉底，通过渣铁口分离。
二、电弧炉冶炼工艺电弧炉冶炼工艺是另一种常用的钢铁冶炼工艺。
相比高炉冶炼，电弧炉冶炼更加灵活和适应性强。
它的工作原理基于电弧放电和电热效应。
电弧炉主要由炉体、电极、电弧和底吹装置等组成。
在冶炼过程中，底部吹入氧气和其他燃烧物质，使熔融金属达到所需的成分和温度。
接下来，在电极的引导作用下，通过电弧放电加热炉内物料，使其熔化。
最后，通过倾倒装置将熔融的金属浇入铸型，形成所需的铸件。
三、转炉冶炼工艺转炉冶炼工艺是一种钢铁冶炼工艺的变种，主要用于生产大量的炼钢。
它的工作原理基于转炉内的物理和化学反应。
转炉是一个倾转的圆筒形炉体，主要由炉座、炉体和喷吹设备等组成。
在冶炼过程中，通常使用生铁、废钢和废铁作为原料。
首先，将原料加入转炉内，然后通过上方的喷吹设备进气底吹氧气，使熔融的金属迅速氧化反应，去除其中的杂质。
接下来，加入适量的生铁或废钢，进行还原反应，使炉内金属达到所需成分和温度。
最后，通过倾倒装置将熔融的金属浇入铸型，形成所需的铸件。
总结钢铁行业中的冶炼工艺有多种不同的形式，如高炉冶炼、电弧炉冶炼和转炉冶炼。
每种工艺都有其特定的工作原理和适用场景。
高炉冶炼适用于大规模钢铁生产，电弧炉冶炼适用于小批量定制钢铁生产，而转炉冶炼则适用于大规模炼钢。
高炉炼铁工艺流程及主要设备简介
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二、高炉炼铁原理
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三、高炉冶炼主要设备简介
• 高护炼铁设备组成有：①高炉本体；②供料设备；③送 风设备；④喷吹设备；⑤煤气处理设备；⑥渣铁处理设 备。 • 通常，辅助系统的建设投资是高炉本体的4~5倍。生产 中，各个系统互相配合、互相制约，形成一个连续的、 大规模的高温生产过程。高炉开炉之后，整个系统必须 日以继夜地连续生产，除了计划检修和特殊事故暂时休 风外，一般要到一代寿命终了时才停炉。 • 高炉炼铁系统（炉体系统、渣处理系统、上料系统、除 尘系统、送风系统）主要设备简要介绍一下。
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三、高炉冶炼主要设备简介
• 1、高炉 • 高炉炉本体较为复杂。 横断面为圆形的炼铁竖炉。用钢 板作炉壳，壳内砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下分为 炉喉、炉身、炉腰、炉腹 、炉缸5部分。高炉生产时从 炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂（石灰石），从位 于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下 焦炭中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢 气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得 到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂质 和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤 气从炉顶排出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、 锅炉等的燃料。高炉冶炼的主要产品是生铁 ，还有副产 高炉渣和高炉煤气。
下密接近开关
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三、高炉冶炼主要设备简介
气密箱（布料器） 喉管通径： 500mm； 倾 动速度： 0~8°/s； 溜槽旋转速度： 9.8r/min； 公称压力： 0.2MPa 正常控制温度： ≤70℃ 冷却水压力： 0.2MPa
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三、高炉冶炼主要设备简介
溜槽：L=1600
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三、高炉冶炼主要设备简介
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(工艺流程)年高炉炼铁生产工艺流程简介
高炉炼铁生产工艺流程简介[导读]:高炉炼铁生产是冶金(钢铁)工业最主要的环节。
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。
高炉生产是连续进行的。
一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。
本专题将详细介绍高炉炼铁生产的工艺流程，主要工艺设备的工作原理以及控制要求等信息。
由于时间的仓促和编辑水平有限，专题中难免出现遗漏或错误的地方，欢迎大家补充指正。
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。
高炉冶炼原理简介：高炉生产是连续进行的。
一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。
生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（1000～1300摄氏度），喷入油、煤或天然气等燃料。
装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。
在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。
铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。
铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。
煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。
现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。
高炉冶炼工艺流程简图：[高炉工艺]高炉冶炼过程: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。
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（1）CaCO3在高炉中的分解吸热
CaCO3 ( s) CaO( s ) CO2 ( g ) 42500kcal
每100kg CaCO3分解吸收的热量是6kg焦炭燃烧产生 的热量。 （2）CaCO3在进入高温区分解产生的CO2，其中 50%参与焦炭溶损反应，该反应900℃开始，1000℃ 剧烈进行，大量吸热，降低焦炭热强度
高岭土（Al2O3· 2O）中的结晶水： 2H
400℃开始→500~600 ℃剧烈分解
大颗粒矿传热慢，尽管矿粒表面温度已达到剧烈 分解温度，但内部温度还很低，当内部温度达到 剧烈分解温度时，表面温度已很高，分解出来的 水会与焦炭反应。
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500~900 ℃
T> 900 ℃
C + 2H2O = CO2 + H2
这些碳酸盐分解 发生在低温区， 对高炉冶炼影响 不大
T沸1 720 ~ 780C T沸2 900C
3）白云石
MgCO3 CaCO3 ( s) MgO( s) CaCO3 ( s) CO2 ( g ) MgO( s) CaO( s) 2CO2 ( g )
4）碳酸铁
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T<1000°C
上缘T:1150~1200℃ 矿石开始软化收缩
下缘T: 1400°C,渣铁 开始熔融滴落 包括活性焦炭区 和呆滞区
鼓风T为1100~1300℃， 在风口前端形成回旋 区向炉缸中心延伸， 产生大量热量和CO， 产生空间使炉料下降
T为1400~1500°C
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(FeO) + C焦炭 = [Fe] + CO -36350kcal/kmol
熔渣中的FeO与生铁中的[C] 反应
(FeO) + [C] = [Fe] + CO
上述反应是不可逆的，只要炉缸热量充沛，初渣中 FeO几乎全被还原成铁。高炉正常操作时，终渣中 （FeO）<1%。
3）渣中FeO直接还原大量吸热，使炉缸温度下 降，渣铁流动性变差（反干）。
由上述反应式 r Gm ( III) 158970 160.25T J m ol1 可知：用C还 原铁氧化物各 反应均为吸热 当温度 570C时，发生如下还原反应 ： 3Fe2O3 ( s ) C 2 Fe3O4 ( s ) CO ( I ) 反应，且比间 （石） 接还原所放热 1 r Gm ( I ) 120000 218.46T J m ol 量高几倍。
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五、碳酸盐的分解反应
1、碳酸盐分解反应的热力学
典型碳酸盐分解的热力学关系式如下： 1）碳酸钙的分解
CaCO3 ( s ) CaO( s ) CO2 ( g ) gpCO2 (CaCO3 ) 8908 7.53 T
大气中CO2的压力为 3*10-4Pa，相当于 CaCO3在530℃时的分 解压，当温度达到 900~925℃ 时CaCO3的 分解压达到1atm
3Fe2O3+C=2Fe3O4+CO Fe3O4+C=3FeO+CO
T＜570℃时，
1/4Fe3O4+C=3/4Fe+CO
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当温度 570C时，发生如下还原反应 ： 3Fe2O3 ( s ) C 2 Fe3O4 ( s ) CO (I ) （石）
r Gm ( I ) 120000 218.46T
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非铁氧化物的蒸发、分解和气化
一、游离水的蒸发
主要来源于焦炭（水熄焦）和块矿表面的雨水。
高炉炉顶煤气温度为150~300℃，游离水加热
到105 ℃就会蒸发。
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二、结晶水的分解
褐铁矿（nFe2O3· 2O）中的结晶水： mH
200℃开始→400~500 ℃剧烈分解
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FeO( s ) C Fe( s ) CO （石）
四、 液态炉渣中（滴落带）还原铁
1）炉料在到达软熔带之前约有70~80%以上的铁已经被 还原成金属铁，即绝大部分的FeO通过间接还原和直 接还原变成了海绵铁。 但在矿石中心，特别是还原性差的块矿中，总有一部 分FeO通过固相反应与SiO2 生成还原性差、熔点低 的铁橄榄石（2FeO· 2） SiO
FeCO3 ( s ) FeO( s ) CO2 ( g ) gpCO2 (CaCO3 )
r H m 10400 m ol1 J
5470 1.75gT 3.2 T 3FeO( s ) CO2 ( g ) Fe3O4 ( s ) CO ( g )
S
还原的中间产物SiO、Na2O和PbO
在高炉中生成的化合物SiS、CS
原料中带进的CaF2等
可在高炉内气化（蒸发或升华）并随煤气上升
过程中出现冷凝，从而出现“循环积累”。
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氧化物的还原
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一、间接还原
1、间接还原
高炉内主要还原剂有CO、C、H2。 不同种类还原剂还原行为及效果差别很大。按 还原剂和还原反应产物不同，概括分为间接还 原和直接还原两大类。 凡是用CO或H2做还原剂，最终气体产物是 CO2或H2O的称为间接还原。
CO 2(石灰石） C 焦 2CO 39600kcal
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（3）CaCO3在进入高温区分解产生的CO2，降低煤
气的还原势
（4）在高炉中大量加入石灰石，易造成炉身结瘤。
每减少100kg/t 石灰石，可降低焦比30kg/t。
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2）碳酸镁
MgCO3 ( s) MgO( s) CO2 ( g ) gpCO2 ( MgCO3 ) 6210 6.80 T
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r H m 22384 m ol1 J r H m 289407 m ol1 13 J
3FeCO3 ( s ) Fe3O4 ( s ) CO ( g ) 2CO2 ( g )
七、气化
高炉中可还原的元素如P、As、K、Na、Pb、Zn和
2FeO· 2—Fe3O4 SiO
共晶温度1177℃
2FeO· 2—SiO2 共晶温度1178℃ SiO 2FeO· 2 是软熔带首先形成的液相，熔化温度 SiO 1205℃，在软熔带首先熔化形成初渣向下低落
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初渣：在软熔带形成的高FeO渣
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2）含FeO的初渣与滴落带的焦炭反应
C + H2O = CO + H2
上述反应为强吸热反应并消耗固体碳，加之产生
的还原性气体未能得到充分利用，从而导致燃料
消耗增加。
因此当高炉采用含结晶水高的天然矿冶炼时， 必须尽可能缩小矿石粒度。
参加反应的结晶水占分解出的结晶水量的 30~50%。
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三、焦炭挥发份气化
焦炭中一般含有0.7~1.3%的挥发份，在 500℃以上的区域开始逸出。由于数量少， 对高炉煤气组成影响不大。
J m ol1 ( II ) J m ol1 ( III)
Fe3O4 ( s ) C 3FeO( s ) CO （石）
r Gm ( II ) 207510 217.62T
1 3 Fe3O4 ( s ) C Fe( s) CO ( IV ) （石） 4 4 2013-7-19 r Gm ( IV ) 171100 174.5T J m ol1
(I )
1
J mol
Fe3O4 ( s) CO 3FeO( s) CO2 FeO( s) CO Fe( s) CO2
r Gm ( III ) 22800 24.26T
( II )
J mol1 ( III ) J mol1
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18
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16
570 ºC
Fe
FeO
Fe3O4
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2、CO对铁氧化物的还原过程
当温度 570C时，发生如下还原反应： 3Fe2 O3 ( s) CO 2 Fe3O4 ( s) CO2 r G ( I ) 52131 41.0T
r Gm ( II ) 35380 40.16T m
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2、固体碳与二氧化碳的反应——焦炭的溶损反应
C (石) CO2 2CO ( III) 高炉煤气中CO%浓度决定于该反应 J m ol1 — 布都尔反应或碳的溶损 反应或碳的气化反应
r Gm ( III) 166550 171 T 2 pCO 1 RTn pCO2 aC
高炉冶炼过程物理化学及炼铁操作
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高炉内部状况
一、高炉炼铁的本质
传质过程：
矿石中的O2- 进入煤气中，实现铁与氧的分离
传热过程：
煤气携带的热量传给炉料，使炉料熔化成渣铁，实现 渣铁分离
二、高炉内部状况
由于矿石与焦炭分批装入炉内，矿石与焦炭在高炉内呈 有规律的分层分布，由上到下分为五个区域。
, pCO2
(CO2 ) p
以纯石墨作为标准态， C 1 a 则平衡气相成分为：
(CO ) 50
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K ( ) III
4p 1 1 % p K ( III )