高炉冶炼

1．影响高炉软熔带形状的因素有哪些？
答：根据高炉解剖研究及矿石的软熔特性，软熔带形状与炉内等温线相适应，而等温线又与煤气中CO2分布相适应。

在高炉操作中炉喉煤气CO2曲线形状主要靠改变布料制度调节，其次是受送风制度影响。

因此，软熔带的形状主要是受装料制度与送风制度影响，前者属上部调剂，后者属下部调剂，对正装比例为主的高炉，一般都是接近倒V 形软熔带；对倒装为主或全倒装的高炉，基本上属V形状软熔带；对正、倒装各占一定比例的高炉，一般接近W形软熔带。

2．高炉冶炼过程中铁水含P、Cu能否控制？为什么？
答：在高炉的冶炼过程中不能控制铁水中的P、Cu。

原因是根据化学热力学的基本原理，通过查看多种氧化物的氧势图可知：Cu极易被CO所还原，因此在高炉的条件下Cu几乎100%被还原为金属态，可溶入液态Fe中形成合金。

而P在较高温度下可被固体C还原，其还原反应的开始温度大约是870ºC，所以，P在高炉中几乎100%还原。

3．高炉中降低rd的措施有哪些？
答：生产中采用降低r d的主要措施有：高压操作、高风温、富氧、喷吹燃料及加入精料等。

压力对还原的影响是通过压力对反应CO2+C=2CO的影响体现的，压力的增加有利于反应向左进行，有利于的CO2存在，这就有利于间接还原的进行。

富氧对间接还原发展有利的方面是炉缸煤气中CO浓度的提高与氮含量降低。

喷吹燃料以后，改变了铁氧化物还原和碳气化的条件，炉内温度变化使焦炭中的碳与CO2发生反应的下部区温度降低，而氧化铁间接还原的区域温度升高，这样明显有利于间接还原的发展和直接还原度的降低。

由于精料是使用高品位、低渣量、高还原性、低FeO的自熔性富矿，这有助于间接反应的进行。

4．为什么高压操作的高炉有利于降低焦比和炉况顺行？
答：高炉采用高压操作后，使炉内煤气流速降低，从而减小煤气通过料柱的阻力可使炉况顺行。

如果维持高压前煤气通过料柱的阻力，则可获得增加产量的效果，并且减少炉尘吹出量，所以根据焦比的公式可知，高压操作可降低焦比。

5．为什么铁水含[Si]可作为炉热状态的标志？
答：由于Si还原是强吸热反应，一般还原出1kgSi需热量约相当于从FeO中荒原出1kgFe所需的热量的8倍。

所以生铁中含Si量愈高，炉温也升高，生产中常以生铁含Si的高低来反应炉温变化。

6．影响焦比的因素有哪些？
答：焦比是指冶炼每吨生铁消耗的干焦（或综合焦炭）的千克数：
影响焦比的因素主要有入炉品位，精料的使用，直接还原度，以及利用煤气的热能和化学能的状况；高炉采用的改进操作制度，如是否采用高压操作，喷吹燃料，高温风，高富氧等技术在改变焦比方面有重要的影响。

7 ．影响炉渣粘度的因素有哪些？
答：对于均相的液态炉渣来说，决定其粘度的主要因素是成分及温度。

而在非均相状态下，固态悬浮物的性质和数量对粘度有重大影响。

温度降低到一定值后，粘度急剧上升称为“短渣”；随温度下降粘度上升缓慢者称为“长渣”。

高炉渣多为短渣。

渣成分对粘度影响的一般规律是，酸性渣虽然熔点不高，但在过热度相当大的区间内粘度都很大。

随碱性物的加入粘度降低。

8 ．影响S 分配系数（L S）的因素有哪些？
答：由炉渣去硫的基本反应式：
[FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO)
得硫的分配系数Ls的表达式：
从上式可知：Ls与温度、炉渣碱度、炉渣氧势以及铁液中硫的活度系数有关。

当提高温度、炉渣碱度、、或降低渣氧势，可提高硫的分配系数Ls。

9．炉缸热制度主要受哪些因素影响？
答：（1）原燃料性质变化
主要包括焦炭灰分、含硫量、焦炭强度、矿石品位、还原性、粒度、含粉率、熟料率、熔剂量等的变化。

矿石品位提高1％，焦比约降低2％，产量提高3％。

烧结矿中FeO含量增加l％，焦比升高l．5％。

矿石粒度均匀有利于透气性改善和煤气利用率提高。

焦炭含硫增加0．1％，焦比升高l．2％～2．0％；灰分增加l％，焦比上升2％左右。

随着高炉煤比的提高，还应充分考虑煤粉发热量、含硫量和灰分含量的波动对热制度的影响。

（2）冶炼参数的变动
主要包括冶炼强度、风温、湿度、富氧量、炉顶压力、炉顶煤气CO2含量等的变化。

调节风温可以很快改变炉缸热制度。

喷吹燃料会改变炉缸煤气流分布。

风量的增减使料速发生变化，风量增加，煤气停留时间缩短，直接还原增加，会造成炉温向凉。

装料制度如批重和料线等对煤气分布、热交换和还原反应产生直接影响。

（3）设备故障及其他方面的变化
下雨等天气变化导致入炉原燃料含水量增加、入炉料称量误差等。

高炉炉顶设备故障，悬料、崩料和低料线时，炉料与煤气流分布受到破坏，大量未经预热的炉料直接进入炉缸，炉缸热量消耗的增加使炉缸温度降低，炉温向凉甚至大凉。

冷却设备漏水，导致炉缸热量消耗的增加使炉缸温度降低，造成炉冷直至炉缸冻结。

10．炉渣中Al2O3高时炉渣有何影响？如何解决？
答：随着高炉炼铁原料中外矿比例的增加，其Al2O3的含量不断提高,炉渣中的含
Al2O3量也随之提高，引起炉渣粘度增加、使炉渣的流动性变差、脱硫能力下降。

为了使高Al2O3含量条件下高炉冶炼能够顺利进行，应调整炉渣的碱度保持适度，以确保在正常高炉操作条件下炉渣能够充分熔化，避免炉缸冻结事故的发生。

为了解决高Al2O3含量渣系粘度大、脱硫能力低的问题，应着眼于调整炉渣的组成。

通过高Al2O3含量炉渣中添加MgO的适宜渣系组成，
可以提高炉渣的脱硫能力，原因是由于MgO属于碱性物质，在熔融状态下将发生如下离解反应：
上述反应的存在提高了熔渣中自由氧阴离子的浓度，有利于炉渣脱硫。

根据CaO?SiO2?Al2O3?MgO四元渣系的等粘度图，可以看出在碱度等一定的前提下，适当提高渣中MgO含量有利于降低炉渣的粘度。

11 ．炉墙结厚与炉渣是否有关？为什么？
答：有关。

高炉炉墙结厚主要是由于低料线作业时间长、炉内温度场失衡、原燃料质量波动、炉渣碱度大幅度波动、送风参数不合理、冷却制度不合理以及冷却设备漏水等因素引起的，如对炉墙结厚处理不及时或处理不当，极易导致高炉结瘤，高炉结厚按部位可分为上部结厚和下部结厚。

处理结厚的一般原则是上炸下洗，运用综合调剂手段对炉墙结厚进行处理。

造渣过程的稳定性十分重要。

无论是原燃料性质、性能、品种配比等的波动或变化，还是操作制度的改变与调节失误，都会影响到成渣过程的变化，轻则影响炉况的顺行和煤气流的分布失常，重则造成炉况难行和下部崩悬料现象等发生。

特别是高FeO和高CaO的初渣稳定性很差，当温度波动急剧升高时，使FeO急速被还原时，炉渣的融化温度会急剧升高、已融化的初渣甚至会重新凝固，其粘于炉墙上就会形成局部结厚，甚至结成炉瘤。

上部结厚的处理措施：（1）对结厚不严重的高炉重新匹配送风制度和装料制度，减轻焦炭负荷，改善原燃料质量，尤其应降低粉末量，以保证高炉顺行为前提，进行处理；（2）如炉况顺行被破坏，炉况经常出现难行、悬料、崩料，应采取果断措施，判断好结厚部位，休风进行爆破，一般可采用吊炮进行处理；（3）对冷却系统进行彻底检查，对漏水设备及时控制水量或做停水处理，增设炉外喷水设施；（4）处理后还应根据炉况采取发展边缘的装料制度进行洗炉2~3个周期；（5）视监测参数，决定是否调整固定布料器或炉喉活动挡板；（6）必要时可适当降低高炉冶炼强度，对炉况进行适应性调整。

? 下部结厚的处理措施：（1）对下部结厚的原因进行排查，有针对性地采取措施及时进行调剂；（2）调整炉顶设备，进行短期的偏析布料；（3）送风风口进行相应的调整，综合使用长短风口、直斜风口；（4）调整相应的冷却设备，有目的的控制冷却参数；（5）采用集中加焦，利用高温煤气流进行洗炉；（6）酌情加洗炉料进
行洗炉，处理炉缸堆积和炉墙结厚；（7）处理下部结厚期间应保证高炉炉况顺行，防止热悬料、顶温居高不下，引发上部结厚，炉墙结厚区域进一步扩大；（8）处理结厚应防止炉凉、高碱和其它炉况失常事故连锁出现。

?
验证处理的效果：（1）瘤根是否被彻底清除；（2）炉况是否稳定顺行；（3）焦炭负荷是否有明显提升；（4）高炉主要技术经济指标是否有所改善等。

?
12 ．洗炉时的炉渣有何特点？
答：由于加入CaF2，粘度变小，流动性变好。

13 ．风口前焦炭燃烧与煤粉燃烧各有何特点？有何区别？
答：煤粉燃烧特点：
（1）非常有限的燃烧空间和时间。

煤粉的燃烧过程，燃烧空间和燃烧时间都是很重要的条件。

燃烧空间和时间不足将导致燃料的不完全燃烧。

高炉煤粉喷枪位于直吹管的前段、离高炉风口回旋曲很近，一般经过400～600mm，煤粉就进入了高炉，直吹管内径一般为200mm，风口则更小，这样连同回旋区在内的煤粉燃烧空间很小。

另外直吹管内的热风速度可达100～150m/s，所以煤粉的停留时间很有限，一般认为只有10ms 左右。

（2）高加热速度和高温环境燃烧。

一般喷煤枪喷入直吹管的煤粉一般低于80℃，，被突然喷入900～1200℃的热风，煤粉的加热速率可达到103～106K/s，煤粉燃烧温度可以达到2000℃。

（3）高炉炉缸内燃烧反应与其它一般的燃烧反应不同，它是在充满焦炭且没有过剩氧的条件下进行的，煤粉与鼓风中的氧气燃烧的最终产物是CO、H2和N2，并放出一定的热量；
（4）煤煤粉要在风口前经过脱气、结焦和残焦燃烧三个过程；
（5）高炉煤粉是加压下的分解燃烧过程。

高炉喷煤的煤粉燃烧是在高压高温条件下进行的；
（6）粉脱气的碳氢化合物燃烧时，碳氧化成CO放出的热量，有部分被碳氢化合物分解成为碳和氢的反应所吸收，这种分解热随H/C重量比的增大而增大。

因此，随着这一比例的增加，风口前燃料的热量也降低；
（7）煤粉与鼓风应尽可能完全和均匀地混合，以促进喷吹燃料的充分气化。

随着喷吹量的增加，完全气化的难度增加；
（8）风口前喷吹煤粉的燃烧速率是目前限制喷吹量的限制环节。

影响燃烧速率的因素有喷吹煤种、煤粉粒度、热风温度、热风富氧浓度以及鼓风流股与煤粉之间的相对运动速度或混合程度以及煤粉本身结构等等。

鞍钢研究结果是含氧21％的气氛中，风温由800℃提高到1000℃，煤粉的燃烧率提高近30％。

14 ．影响鼓风动能的主要因素有哪些？
答：经验公式：许多高炉工作者对风速和鼓风动能与高炉炉容和炉缸直径的关系做了研究，得出经验公式：，
适用于级及其一下高炉。

（1）、冶炼强度与鼓风动能的关系。

生产实践证明在相似的冶炼条件下，鼓风动能随冶炼强度的提高而降低，并形成双曲线关系。

这是因为随冶炼强度的提高，风量增大，风口前煤气的量加大，回旋区扩大为维持适宜的回旋区长度以保持合理的煤气流分布，并应扩大风口，降低风速和鼓风动能。

（2）、入炉原燃料质量与鼓风动能的关系。

长期生产实践证明，原料含铁量高、渣量少、粒度均匀、含粉率低，高温冶金性能好能适应较大的风速和鼓风动能。

而且相
比之下，含粉率高的不利影响更加明显，这是因含铁量低时需要增加单位生铁的焦炭消耗量，焦炭的透气性好，可以减轻含铁量低渣量大对炉料透气性的不利影响。

（3）、喷吹燃料与鼓风性能的关系。

高炉采用富氧鼓风时，由于风中含氧量提高，同等冶炼强度所需要的空气体积减少（主要是氮气减少），使生成的煤气量减少，所以要求富氧时的风速、鼓风动能比不富氧时高一些。

（4）、冶炼不同铁种与鼓风动能的关系。

同一高炉在相似的条件下，由于冶炼不同铁种，单位生铁所生成的煤气量时不同的，所以与之相适应的风速和鼓风动能也不同。

如冶炼铸造铁比冶炼炼钢铁的燃料比高，煤气量多、炉缸热度高。

因此，冶炼铸造铁时的风速和鼓风动能应低于冶炼炼钢铁。

（5）、风口长短与鼓风动能的关系。

所谓风口长短，是指风口伸入炉缸内部的长短。

伸入炉缸内较长的风口，易使风口前的回旋区向炉缸中心推移，等于相对缩小炉缸直径，所以它比伸入炉缸内短的风口的风速和鼓风动能应小一些。

一般长风口适用于低冶炼强度或炉墙侵蚀严重、边缘煤气容易发展的高炉。

（6）、风口数目与鼓风动能的关系。

在高炉容积、炉缸直径相似的情况下，一般时风口数目越多，鼓风动能越低，但风速越高。

15 ．煤气在炉内停留时间一般是多少？
答：一般4～5秒，大小高炉有差异，和冶炼强度高低有差异。

16 ．风口区理论燃烧温度如何计算？
答：理论燃烧温度是燃烧计算中的一项重要内容，它表示某种成分的燃料条件下（即一定的空气过剩系数、一定的燃料、空气温度等），燃烧产物所能达到的最高温度。

理论燃烧温度是一理想化的而非实际的燃烧温度。

高炉冶炼中风口前理论燃烧温度Tf，是按风口区域热平衡计算的，其算式是：
这个公式是以冶炼1t生铁作计算基准的，式中的、、分别为风口前碳素燃烧生成CO放出的热量和鼓风、焦炭带入的物理热（kJ）；、是鼓风中湿分分解耗热和喷吹燃料的分解耗热（kJ）；、是高炉炉缸煤气中CO或N2（两者热容极为相近）和
H2的平均热容（kJ/（m3 ））；VCO、VN2、VH2是炉缸煤气中CO、N2、H2的数量（m3）。

17 ．影响炉顶和炉缸温度的因素有哪些？
答：影响炉顶温度的因素：
根据热平衡和热交换原理，若炉料带入炉内的热量忽略不计，则可得出：
＝＋
则
由上式可知，（炉顶煤气温度）取决于和。

当一定时，就只与有关，越大，则越低。

运用上式对影响炉顶温度的因素进行分析如下：
（1）焦比对炉顶温度的影响。

焦比越低，越小，则越大，因此越低，即炉顶煤气温度随着焦比的降低而降低。

（2）风温对炉顶温度的影响。

分文提高而焦比不变时，由于不变，因而也不变，但在实际操作中风温提高后，焦比降低，因而减小，减小，就会降低。

提高风温不但有利于降低炉顶煤气温度，而且由于升高，使高温区和成渣带下移，因而有利于扩大间接还原过程并维护炉况顺行。

（3）鼓风成分对炉顶温度的影响。

当采用富氧鼓风和加温鼓风使，由于单位碳量燃烧所产生的煤气量减少，因此减少，降低。

由于富氧鼓风也将使高温区和成渣带下移，有利于改善还原过程和炉况顺行。

（4）炉料和煤气的分布对炉顶温度的影响。

若炉料与煤气的分布均匀而合理。

由于煤气的热量能被炉料很好地吸收，因而将降低。

相反当煤气分布失常，即边缘或中心煤气流过分发展（尤其使前者）或者管道煤气流形成时，由于大量煤气从边缘、中心和管道流走，煤气与炉料不能进行充分的热交换，因此将升高。

（5）炉料中的水分对炉顶温度的影响。

当炉料含水较多时，由于炉料中的水分蒸发和水化物的分解需要消耗较多的热量，而使得高炉最上部的较大，因而较低；当使用烧结矿和干燥的炉料时，由于炉料在最上部吸收的热量较少，因而在最上部吸收的热量更少，即最上部的更小，所以就更高。

综上所述，使用低焦比、高风温、富氧、加温鼓风、冷矿入炉和炉料与煤气的合理分布的操作，均可以降低炉顶温度。

影响炉缸温度的因素：
根据若平衡和热交换原理，可以推倒出高炉下部热交换区内炉缸温度与比值的关系：
式中??分别为炉缸内炉料（渣、铁）、空区和炉缸内的煤气温度。

由于空区，则
由上式可见，炉缸温度（炉渣和铁水的温度）取决于炉缸煤气温度和
比值，当风温提高而焦比等不变时，由于升高，而又不变，因此将升高；当焦比升高而风温等不变时，由于增大，而又不变，故也将升高；如果在提高风温的同时见地焦比，尽管升高了，但却减小，于是不一定变化。

采用富氧鼓风时，由于对升高比对降低的影响更大，所以将升高。

综上所述，炉缸拿过温度取决于焦比、风温、鼓风成分、炉况和炉缸直接还原等因素。

18 ．为什么喷吹燃料要求与高风温相配合？
答：高炉在喷煤时，由于煤粉受热分解而吸热，造成风口回旋区理论温度降低。

为了保证足够的炉缸温度和热量储备，需要一定的热补偿，可以采用提高热风温度的方法。

提高风温，可以提高理论燃烧温度，促进煤粉在风口的燃烧。

高风温也是降低焦比和强化冶炼的有效措施，风温在950~1350℃之间时，每提高100℃风温可降低焦比8～20kg/t 增产2~3％。

目前我国高炉平均风温为1050℃左右，宝钢风温为1245～1250℃，早在1987年日本高炉平均风温已达到1240℃，日本福山大分、君津、千叶厂等8座高炉则高达1300～1350℃，在1955～1979年日本高炉燃料比降低253kg/t，其中提高风温占31％，风温由1000℃提高到1250℃，焦比降低22.50 kg/t，增产12.5％。

19 ．炉料下降过程中主要受哪几种阻力？
答：阻力包括炉料与炉墙间的摩擦力（）；不同速度的炉料之间的摩擦力（）以及上升煤气对炉料的浮力（）。

20 ．如何减少煤气阻力损失（A P）
答：（1）、煤气流速。

静止状态下的试验结果表明，与煤气流速的1.8次方成正比，因此，随着煤气流速的增加，迅速增加。

但在实际操作中因炉料处于松动状态，通道截面的煤气量比静止时大得多，所以，随煤气流速增加的幅度不会那么大，在正常操作范围内，大致与煤气流速的一次方成正比，而当高炉冶炼强度提高到炉料接近流态化状态时，的增加就不那么明显了，这就是所谓松动强化理论的主要依据。

（2）、原料粒度和空隙度。

粒度大则煤气通道的水力学当量直径大，降低，有利于顺行，但对还原不利。

粒度均匀，则空隙度大，降低，有利于顺行。

因此，从有利于还原和顺行的角度出发，要求高炉原料具有小而均匀的粒度。

（3）、煤气粘度和重度。

降低煤气粘度和重度，能降低。

喷吹燃料时，由于煤气中的氢含量增加，粘度和重度都降低，对顺行有力。

（4）、高炉操作因素。

疏松边缘的装料制度，炉渣流动性良好，流量少和成渣带薄，均能降低，对顺行有利。

提高风温时，由于煤气体积和粘度增加，升高，不利于顺行。

因此，要高风温操作，必须传造高炉接受高风温的条件。

21 ．什么叫上部调节？主要包括哪些手段？
上部调节是指选择装料制度，控制煤气流分布的系列措施。

也就是要根据装料设备的特点和原燃料的物理性能，采用不同的方法方式入炉，达到煤气流合理分布，实现最大限度利用煤气热能和化学能的目的。

22 ．什么叫下部调节？主要包括哪些手段？
下部调节是指根据冶炼条件选择适宜的送风制度。

也就是通过对鼓风动能，风口布局等因素的调节，达到初使煤气流分布合理，炉缸工作均匀活跃，热量充足，炉况稳定顺行，但必须在高炉休风时才能进行。

23 ．正常炉况有哪些标志？
正常炉况的标志为：
(1)风口明亮、风口前焦炭活跃、圆周工作均匀，无生降，不挂渣，风口烧坏少。

(2)炉渣热量充沛，渣温合适，流动性良好，渣中不带铁，上、下渣温度相近，渣中FeO含量低于0．5％，渣口破损少。

(3)铁水温度合适，前后变化不大，流动性良好，化学成分相对稳定。

(4)风压、风量和透气性指数平稳，无锯齿状。

(5)高炉炉顶煤气压力曲线平稳，没有较大的上下尖峰。

(6)炉顶温度曲线呈规则的波浪形，炉顶煤气温度一般为150～350℃，炉顶煤气四点温度相差不大。

(7)炉喉、炉身温度各点接近，并稳定在一定的范围内波动。

(8)炉料下降均匀、顺畅，没有停滞和崩落的现象，探尺记录倾角比较固定，不偏料。

(9)炉喉煤气CO2曲线呈对称的双峰型，尖峰位置在第二点或第三点，边缘CO2与中心相近或高一些；混合煤气中CO2/CO的比值稳定，煤气利用良好。

曲线无拐点。

24 ．炉缸工作失常有哪些表现？
炉缸冻结，大凉，
炉缸堆积：（1）不易接受风量，风压偏高，透气指数偏低，只能维持较低的风压操
（2）不易接受高压差操作，稍高出现管道行程
（3）出铁或放渣前风压升高，风量减少，料速减慢，出铁过程料速加快
25 ．维护铁口有哪些指标？
1）保持正常的铁口深度生产中铁口深度是指从铁口保护板到红点(与液态渣铁接触的硬壳)间的长度。

根据铁口的构造，正常的铁口深度应稍大于铁口区炉衬的厚度。

不同炉容的高炉，要求的铁口正常深度范围见表4?9
表4?9 铁口深度
维持正常足够的铁口深度，可促进高炉中心渣铁流动，抑制渣铁对炉底周围的环流侵蚀，起到保护炉底的效果。

同时由于深度较深，铁口通道沿程阻力增加，铁I=1前
泥包稳定，钻铁口时不易断裂。

在高炉出铁口角度一定的条件下，铁口深度增长时，铁口通道稳定，有利于出净渣铁，促进炉况稳定顺行。

2 ）固定适宜的铁口角度铁口角度是指出铁时铁口孔道的中心线与水平面问的夹角。

在实际生产中，使用水平导向梁国产电动开铁口机，铁口角度的确定是把钻头伸进铁口泥套尚未转动时钻杆与水平面的最初角度。

对风动旋转冲击式开口机而言，铁口角度由开口机导向梁的倾斜度来确定。

大型高炉固定铁口角度操作t分重要，现代高炉死铁层较深，出铁口由一套组合砖砌筑，铁口孔道固定不变，如铁口角度改变，必然破坏组合砖。

铁口角度应相对固定，否则炉缸铁水环流会加重对炉缸砖衬的侵蚀。

现代旋转冲击式开铁口机由于自身的结构特点，出铁口角度基本不变
3）保持正常的铁口直径铁口孔道直径变化直接影响到渣铁流速，孔径过大易造成流量过大，引起渣铁溢出主沟(非贮铁式主沟)或下渣过铁等事故。

另外由于过早的结束出铁工序，造成下一次铁的时间间隔延长，也影响到炉况的稳定。

开口机钻头可参考表4?12选用。

表4?12压、铁种选用开口机钻头直径
4）定期修补、制作泥套在铁口框架内距铁l：3保护板250～300mm的空间内，用泥套泥填实压紧的可容纳炮嘴的部分叫铁口泥套。

只有在泥炮的炮嘴和泥套紧密吻合时，才能使炮泥在堵1：3时能顺利地将泥打人铁15的孔道内。

由于泥套不断受到高温和渣铁水的冲刷侵蚀，很容易发生裂纹或大块脱落而失去其完整性，就会发生冒泥，甚至堵不上铁口。

所以应及时修补和更换泥套，保持其完整性。