钢铁工业窑炉
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在炉型结构上，炉腰起承上启下的作用，使得炉 腹向炉身过渡来的平缓，减少死角。高度一般取1~3 m之间。炉腰直径与炉缸、炉腹角、炉腹高度有关。
5. 炉身
呈正截圆锥形向下扩张，以适应于炉料向下运 动，因温度升高所产生体积的膨胀，有利于减小炉 料下降的摩擦阻力，避免形成料拱。炉身高度占高 炉有效高度的50~60%，保障了煤气与炉料之间传热 和传质过程的进行。
第五章 钢铁工业窑炉
本章要点： 高炉冶炼是获得生铁的手段，而转炉则为炼钢车间的
主体设备。本章学习的主要目的在于掌握钢铁生产的两大 基本炉窑（高炉与转炉）的工作原理、窑炉结构、工作特 点，为现代冶金工业的优质高效、长寿节能、清洁生产和 过程自动设计奠定基础。
第一节 炼铁高炉
高炉冶炼主要以铁矿石（天然富矿、烧结矿 和球团矿）为原料，以焦碳、煤粉、重油、天然 气为燃料和还原剂，以石灰石为溶剂，在高炉中 通过燃料燃烧、氧化物中铁元素的还原以及非铁 元素造渣等一系列复杂的物理化学过程，生产主 要产品生铁，副产品是炉渣、煤气和一定量的炉 尘(瓦斯灰)。
一、高炉本体五段式结构
1.高炉有效容积和有效高度 我国习惯地规定: 有效容积Vu <100m3, 为小型高
炉；Vu =255-620m3，为中型高炉；Vu>620m3，为大型 高炉。
高炉的有效高度，对高炉内煤气和炉料之间的传 热过程有重大影响。有效高度增加，煤气流速与炉料 接触机会增加，有利于传热传质，降低能耗。但太高 会形成料拱，对炉料下降不利。
磁铁矿 赤铁矿
各类铁矿石图
磁铁矿化学式 为Fe3O4，结 构致密，晶粒 细小，黑色条 痕。具有强磁 性，含S、P较 高，还原性差。
赤铁矿化学式 为Fe2O3，条 痕为樱红色， 具有弱磁性。 含S、P较低， 易破碎、易还 原。
褐铁矿
褐铁矿是含结晶水的氧化 铁，呈褐色条痕，还原性 好，化学式为 nFe2O3·mH2O(n= 1～3， m=1～4)。褐铁矿中绝大 部分含铁矿物是以 2Fe2O3·3H2O的形式存 在的。
高炉有效容积利用系数
高炉有效容积利用系数
式中 ——每立方米高炉有效容积在一昼夜内生产铁的吨数； P——高炉一昼夜生产的合格生铁；
——高炉有效容积，指炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉五段之和。 高炉有效容积利用系数是衡量高炉生产强化程度的指标。越高，高炉生
产率越高，每天所产生铁越多。目前我国高炉有效容积利用系数为 (1.8～2.5)t／(m3·d)，高的可达3.0t／(m3·d)以上。
高炉炼铁的原料
（1） 铁矿石：（一般为赤铁矿、磁铁矿）提 供铁元素。
（2） 焦炭：提供热量；提供还原剂；作料柱 的骨架。
（3）熔剂：（石灰石、白云石、萤石） ，使 炉渣熔化为液体； 去除有害元素硫（S）、除去 杂质。
（4）空气：为焦碳燃烧提供氧、提供热量。
铁矿全景图
鞍矿公司东鞍山铁矿 鞍矿公司眼前山铁矿
巨型高炉（4000m3以上）
式中d为炉缸直径，m。
3. 炉腹
位于炉缸上部，呈倒截圆锥形。炉腹的形状适 应该部位炉料已熔化滴落而引起的物料体积的收缩， 稳定下料速度。由于燃烧带产生的煤气是鼓风量的 1.4倍，理论燃烧温度可达1800-2000度，气体激烈 膨胀，炉腹的存在适应这一变化。
4. 炉腰
炉腹上部的圆形空间为炉腰，是高炉炉型直径最 大部位。它是冶炼的软熔带，炉料的透气性变差， 炉腰的存在扩大了该部位的横向空间，改善了通气 条件。因此，当冶炼渣量大时，应适当扩大直径。
6. 炉喉
呈圆柱型，它的作用是承接炉料，稳定料 面，保证炉料合理分布。炉喉直径与炉腰直径 之比应在0.64~0.73之间。炉喉之上部位是炉 顶装料装置。
二、高炉冶炼工作原理
高炉冶炼过程是一系列复杂的物理化学过程的总和。 有炉料的挥发与分解，铁氧化物和其他物质的还原， 生铁与炉渣的形成，燃料燃烧，热交换和炉料与煤气 运动等。这些过程不是单独进行的，而是在相互制约 下数个过程同时进行的。基本过程是燃料在炉缸风口 前燃烧形成高温还原煤气，煤气不停地向上运动，与 不断下降的炉料相互作用，其温度、数量和化学成分 逐渐发生变化，最后从炉顶逸出炉外。炉料在不断下 降过程中，由于受到高温还原煤气的加热和化学作用， 其物理形态和化学成分逐渐发生变化，最后在炉缸里 形成液态渣铁，从渣铁口排出炉外。
菱铁矿
菱铁矿化学式为 FeC03，颜色为灰 色带黄褐色。菱铁 矿经过焙烧，分解 出C02气体，含铁量 即提高，矿石也变 得疏松多孔，易破 碎，还原性好。其 含S低，含P较高。
上料皮带
炉顶布料
称量料斗
热风炉
送风系统
高炉本体平台构成
一、高炉本体五段式结构
高炉本体包括高炉 基础、钢结构、炉衬、 冷却装置，而高炉本体 设计是最为关键的部分。 所谓五段式结构，自高 炉底部死铁层以上的部 位，依次为炉缸、炉腹、 炉腰、炉身、炉喉。
二、高炉冶炼工作原理
（一）高炉还原过程 （二）造渣与脱S （三）风口前C的燃烧 （四）炉料与煤气运动
2. 炉缸
指高炉炉型下部圆筒部分。它的上中下部分分别
装有风口，渣口，铁口。炉缸下部容积盛装有液态的
渣铁，上部空间为风口燃烧带。风口的数目主要取决
于炉容大小，与炉缸直径成正比，还与冶炼强度有关。
其数目n的确定可参照如下公式：
n = 2( d + 1 )
中小型高炉
n = 2( d + 2 )
大Biblioteka Baidu高炉
n = 3d
送风系统 煤气系统
宝钢高炉全貌
高炉本体
渣铁系统
高炉的五大系统
高炉生产流程
1.储矿槽；2.焦仓；3.称量车；4.斜桥；5.放散阀； 6.高炉；7.热风炉；8.除尘器；9.切断阀；
10.洗涤塔；11.渣罐；12.铁水罐；13.基墩；14.基座
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（有的高 炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）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。
5. 炉身
呈正截圆锥形向下扩张，以适应于炉料向下运 动，因温度升高所产生体积的膨胀，有利于减小炉 料下降的摩擦阻力，避免形成料拱。炉身高度占高 炉有效高度的50~60%，保障了煤气与炉料之间传热 和传质过程的进行。
第五章 钢铁工业窑炉
本章要点： 高炉冶炼是获得生铁的手段，而转炉则为炼钢车间的
主体设备。本章学习的主要目的在于掌握钢铁生产的两大 基本炉窑（高炉与转炉）的工作原理、窑炉结构、工作特 点，为现代冶金工业的优质高效、长寿节能、清洁生产和 过程自动设计奠定基础。
第一节 炼铁高炉
高炉冶炼主要以铁矿石（天然富矿、烧结矿 和球团矿）为原料，以焦碳、煤粉、重油、天然 气为燃料和还原剂，以石灰石为溶剂，在高炉中 通过燃料燃烧、氧化物中铁元素的还原以及非铁 元素造渣等一系列复杂的物理化学过程，生产主 要产品生铁，副产品是炉渣、煤气和一定量的炉 尘(瓦斯灰)。
一、高炉本体五段式结构
1.高炉有效容积和有效高度 我国习惯地规定: 有效容积Vu <100m3, 为小型高
炉；Vu =255-620m3，为中型高炉；Vu>620m3，为大型 高炉。
高炉的有效高度，对高炉内煤气和炉料之间的传 热过程有重大影响。有效高度增加，煤气流速与炉料 接触机会增加，有利于传热传质，降低能耗。但太高 会形成料拱，对炉料下降不利。
磁铁矿 赤铁矿
各类铁矿石图
磁铁矿化学式 为Fe3O4，结 构致密，晶粒 细小，黑色条 痕。具有强磁 性，含S、P较 高，还原性差。
赤铁矿化学式 为Fe2O3，条 痕为樱红色， 具有弱磁性。 含S、P较低， 易破碎、易还 原。
褐铁矿
褐铁矿是含结晶水的氧化 铁，呈褐色条痕，还原性 好，化学式为 nFe2O3·mH2O(n= 1～3， m=1～4)。褐铁矿中绝大 部分含铁矿物是以 2Fe2O3·3H2O的形式存 在的。
高炉有效容积利用系数
高炉有效容积利用系数
式中 ——每立方米高炉有效容积在一昼夜内生产铁的吨数； P——高炉一昼夜生产的合格生铁；
——高炉有效容积，指炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉五段之和。 高炉有效容积利用系数是衡量高炉生产强化程度的指标。越高，高炉生
产率越高，每天所产生铁越多。目前我国高炉有效容积利用系数为 (1.8～2.5)t／(m3·d)，高的可达3.0t／(m3·d)以上。
高炉炼铁的原料
（1） 铁矿石：（一般为赤铁矿、磁铁矿）提 供铁元素。
（2） 焦炭：提供热量；提供还原剂；作料柱 的骨架。
（3）熔剂：（石灰石、白云石、萤石） ，使 炉渣熔化为液体； 去除有害元素硫（S）、除去 杂质。
（4）空气：为焦碳燃烧提供氧、提供热量。
铁矿全景图
鞍矿公司东鞍山铁矿 鞍矿公司眼前山铁矿
巨型高炉（4000m3以上）
式中d为炉缸直径，m。
3. 炉腹
位于炉缸上部，呈倒截圆锥形。炉腹的形状适 应该部位炉料已熔化滴落而引起的物料体积的收缩， 稳定下料速度。由于燃烧带产生的煤气是鼓风量的 1.4倍，理论燃烧温度可达1800-2000度，气体激烈 膨胀，炉腹的存在适应这一变化。
4. 炉腰
炉腹上部的圆形空间为炉腰，是高炉炉型直径最 大部位。它是冶炼的软熔带，炉料的透气性变差， 炉腰的存在扩大了该部位的横向空间，改善了通气 条件。因此，当冶炼渣量大时，应适当扩大直径。
6. 炉喉
呈圆柱型，它的作用是承接炉料，稳定料 面，保证炉料合理分布。炉喉直径与炉腰直径 之比应在0.64~0.73之间。炉喉之上部位是炉 顶装料装置。
二、高炉冶炼工作原理
高炉冶炼过程是一系列复杂的物理化学过程的总和。 有炉料的挥发与分解，铁氧化物和其他物质的还原， 生铁与炉渣的形成，燃料燃烧，热交换和炉料与煤气 运动等。这些过程不是单独进行的，而是在相互制约 下数个过程同时进行的。基本过程是燃料在炉缸风口 前燃烧形成高温还原煤气，煤气不停地向上运动，与 不断下降的炉料相互作用，其温度、数量和化学成分 逐渐发生变化，最后从炉顶逸出炉外。炉料在不断下 降过程中，由于受到高温还原煤气的加热和化学作用， 其物理形态和化学成分逐渐发生变化，最后在炉缸里 形成液态渣铁，从渣铁口排出炉外。
菱铁矿
菱铁矿化学式为 FeC03，颜色为灰 色带黄褐色。菱铁 矿经过焙烧，分解 出C02气体，含铁量 即提高，矿石也变 得疏松多孔，易破 碎，还原性好。其 含S低，含P较高。
上料皮带
炉顶布料
称量料斗
热风炉
送风系统
高炉本体平台构成
一、高炉本体五段式结构
高炉本体包括高炉 基础、钢结构、炉衬、 冷却装置，而高炉本体 设计是最为关键的部分。 所谓五段式结构，自高 炉底部死铁层以上的部 位，依次为炉缸、炉腹、 炉腰、炉身、炉喉。
二、高炉冶炼工作原理
（一）高炉还原过程 （二）造渣与脱S （三）风口前C的燃烧 （四）炉料与煤气运动
2. 炉缸
指高炉炉型下部圆筒部分。它的上中下部分分别
装有风口，渣口，铁口。炉缸下部容积盛装有液态的
渣铁，上部空间为风口燃烧带。风口的数目主要取决
于炉容大小，与炉缸直径成正比，还与冶炼强度有关。
其数目n的确定可参照如下公式：
n = 2( d + 1 )
中小型高炉
n = 2( d + 2 )
大Biblioteka Baidu高炉
n = 3d
送风系统 煤气系统
宝钢高炉全貌
高炉本体
渣铁系统
高炉的五大系统
高炉生产流程
1.储矿槽；2.焦仓；3.称量车；4.斜桥；5.放散阀； 6.高炉；7.热风炉；8.除尘器；9.切断阀；
10.洗涤塔；11.渣罐；12.铁水罐；13.基墩；14.基座
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（有的高 炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）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。