高炉炼铁基础知识

一、高炉生产概述1、生铁的定义及种类？生铁与熟铁、钢一样，都是铁碳合金，它们的区别是含碳量的多少不同。

一般把含碳量小于0.2%的叫熟铁，含碳量0.2—1.7%的叫钢，含碳1.7%以上的叫生铁。

生铁一般分三类：炼钢铁、铸造铁以及作铁合金用的高炉锰铁和硅铁。

2、高炉炼铁的工艺流程由哪几部分组成？在高炉炼铁的生产中，高炉是工艺流程的主体，从其上部装入的铁矿石、燃料和溶剂向下运动；下部鼓入空气燃烧燃料，产生大量的还原气体向上运动；炉料经过加热、还原、熔化、造渣、渗碳、脱硫等一系列物理化学过程，最后生成液态保护渣和生铁，它的工艺流程系统除高炉主体外，还有上料系统、装料系统、送风系统、回收煤气与除尘系统、渣铁处理系统、喷吹系统以及为这些系统服务的动力系统。

3、上料系统包括哪些部分？包括：贮矿场、贮矿仓、焦仓、仓上运料皮带、矿石与焦碳的槽下筛分设备、返矿和返焦运输皮带、入炉矿石和焦碳的称量设备、将炉料运送至炉顶的设备等。

4、装料系统包括哪些部分？受料罐、上下密封阀、截流阀、中心喉管、布料溜槽、旋转装置和液压传动设备等。

高压操作的高炉还有均压阀和均压放散阀。

5、送风系统包括哪些部分？鼓风机、冷风管道、放风阀、混风阀、热风炉、热风总管、环管、支管、直到风口。

6、煤气回收与除尘系统包括哪些部分？包括炉顶煤气上升管、下降管、煤气截断阀或水封、重力除尘器、布袋除尘器。

7、高炉生产有哪些产品和副产品？高炉生产的产品是生铁，副产品是炉渣、高炉煤气和炉尘（瓦斯灰）。

8、高炉煤气用途？高炉煤气一般含有20%以上一氧化碳、少量的氢和甲烷，发热值一般为2900—3800kJ/m3，是一种很好的低发热值气体燃料，除用来烧热风炉以外，还可供炼焦、均热炉和烧锅炉用。

9、高炉炉尘有什么用途？炉尘是随高速上升的煤气带离高炉的细颗粒炉料。

一般含铁30—50%，含碳10—20%，经煤气除尘器回收后，可用作烧结原料。

10、高炉炼铁有哪些技术经济指标？1）高炉有效容积利用系数η：指每立方米高炉有效容积一昼夜生产炼钢铁的吨数，即高炉每昼夜生产某品种的铁量（P）乘以该品种折合为炼钢铁的折算系数（A）后与有效容积（V ）的比值：η=P*A/V，t/(m3.d)2）冶炼强度I：现已分为焦碳冶炼强度和综合冶炼强度两个指标。

焦碳冶炼强度是指每昼夜、每立方米高炉有效容积消耗的焦碳量，即一昼夜装入高炉的干焦量（Qk）与有效容积V 比值：I焦=Qk/V，t/(m3.d)3）焦比K：它是冶炼1吨生铁所需要的干焦量：K=Qk/P二、高炉用原料1、高炉生产用哪些原料？高炉生产的主要原料是铁矿石及其代用品、锰矿石、燃料和溶剂。

铁矿石包括天然矿和人造富矿。

一般含铁量超过50%的天然富矿，可以直接入炉；而含铁量低于30—45%的矿石直接入炉不经济，须经选矿和造块加工成人造富矿后入炉。

铁矿石代用品主要有：高炉炉尘、氧气转炉炉尘、轧钢皮、硫酸渣以及一些有色金属选矿的高铁尾矿等。

这些原料一般均加人造块原料中使用。

2、焦碳在高炉生产中起什么作用？焦碳在高炉生产中起以下三方面作用：1）提供高炉冶炼所需要的大部分热量。

焦碳在风口前被鼓风中的氧燃烧，放出热量，这是高炉冶炼所需要热量的主要来源（高炉冶炼所消耗热量的70—80%来自燃料燃烧）。

2）提供高炉冶炼所需的还原剂。

高炉冶炼主要是生铁中的铁和其他合金元素的还原及渗碳过程，而焦碳中所含的固定碳以及焦碳燃烧产生的一氧化碳都是铁及其他氧化物进行还原的还原剂。

3）焦碳是高炉料柱的骨架。

由于焦碳在高炉料柱中约占1/3—1/2的体积，而且焦碳在高炉冶炼条件下既不熔融也不软化，它在高炉中能起支持料柱、维持炉内透气性的骨架作用。

特别是在高炉下部，矿和溶剂已全部软化造渣并熔化为液体，只有焦碳仍以固体状态存在，这就保证了高炉下部料柱的透气性，使从风口鼓入的风能向高炉中心渗透，并使炉缸煤气能有一个良好的初始分布。

三、高炉冶炼原理1、为什么通常用生铁中的含Si量来表示炉温？Si无论从液态中还原还是从气态中还原，都需要很高的温度，炉缸温度越高，还原进入生铁的Si就越多，反之，生铁中的Si就少。

生产统计结果表明，炉缸温度（渣铁温度）与生铁含Si量成为炉缸温度的代名词。

当然，有时也有不完全相符的现象，这表明炉缸工作失常，极个别的情况才出现，一般情况下都是相符的。

2、炉渣的主要成分是什么？炉渣成分来自以下几个方面：1）矿石中的脉石；2）焦碳灰分；3）溶剂氧化物；4）被侵的炉衬；5）初渣中含有大量矿石中的氧化物，（如FeO、MnO等）。

对炉渣起决定性作用的前三项。

脉石和灰分的主要成分是SiO2和Al2O3，称酸性氧化物；溶剂氧化物主要是CaO和MgO，称碱性氧化物。

当这些氧化物单独存在时，其熔点都很高SiO2熔点1713℃，Al2O3熔点2050℃，CaO熔点2570℃，MgO熔点2800℃，高炉条件下不能熔化，只有他们之间相互作用形成低熔点化合物，才能熔化成具有良好流动性的溶渣。

原料中加入溶剂的目的就是为了中和脉石和灰分中的酸性氧化物，形成高炉条件下能熔化并自由流动的低熔点化合物。

炉渣的主要成分就是上述四种氧化物。

用特殊矿石冶炼时根据不同的矿石种类，炉渣中还会有CaF2、TiO2、BaO、MnO等氧化物。

另外，高炉渣中总是含有少量的FeO和硫化物。

3、什么叫炉渣碱度？炉渣碱度就是用来表示炉渣酸碱性的指数。

尽管组成炉渣的氧化物种类很多，但对炉渣性能影响较大和炉渣中含量最多的是CaO、MgO、SiO2、Al2O3这四种氧化物，因此通常用其中的碱性氧化物CaO、MgO和酸性氧化物SiO2、Al2O3的重量百分数之比来表示炉渣碱度，即R=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3) R 叫全碱度或四元碱度。

但在一定的冶炼条件下，渣中Al2O3的含量比较固定，在生产过程中也难以调整，因此，炉渣碱度指标的计算中往往去掉Al2O3一项，即R=(CaO+MgO)/SiO2 这里R叫做三元碱度。

同样，炉渣中的MgO也常是比较固定的，一般情况下生产中也不常调整，因此也不常用MgO一项，即R=CaO/SiO2 这个碱度叫二元碱度。

用CaO/SiO2 来表示炉渣碱度，计算比较简单，调整也方便，又能满足一般生产工艺的需要，因此，实际生产中大部分使用二元碱度指标。

不过炉渣中MgO和Al2O3的变化情况也应该定期了解。

实际生产中的炉渣碱度，一般都在0.9—1.2之间，MgO为7—9%。

还有达到11—12%的，但三元碱度相差不多，均在1.3左右。

渣中Al2O3，我国东北地区为6—8%，其它地区为10—14%。

4、什么是冶炼周期？炉料在炉内的停留时间称为冶炼周期，高炉风量大，则风口前交谈的燃烧速度快，冶炼周期短，高炉产量高。

计算冶炼周期的方法有两种：1）按时间计算：t=24V/PV`(1-C)，式中t：冶炼周期，h；V从规定料线水平到风口中心线的炉内容积，m3；P 生铁日产量，t；V`每吨生铁所需炉料的体积，m3；C炉料在炉内的平均压缩率，大中型高炉约等于12% 2）按上料批数计算：冶炼周期=规定料线到风口中心线水平的容积/每批料的容积（1-C）单位：批5、什么叫鼓风动能、透气性？鼓风动能就是鼓风所具有的机械能。

鼓风具有一定的质量，而且以很高的速度（达每秒100m左右）通过风口向高炉中心运动，因此，它具有一定动能，直接影响着风口前焦碳回旋区的大小。

鼓风动能按下式计算：高炉料柱的透气性指煤气通过料柱时的阻力大小。

煤气通过料柱时的阻力主要取决于炉料的孔隙度ε（散料体总体中孔隙所占的比例叫作孔隙度），孔隙度大，则阻力小，炉料透气性好；孔隙度小，则阻力大，炉料透气性坏。

孔隙度是反映炉料透气性的主要参数。

气体力学分析表明，孔隙度ε、风量Q与压差ΔP 之间有如下关系：式中Q——风量，其方次n=1.8—2.0；ΔP——料柱全压差；K——比例系数；ε——炉料孔隙度。

由此可见，炉内6、炉内炉料有哪五带？生产高炉中因不同高度上的温度不同而形成的炉料物理形态不同，可分为蒸发预热带、块状带、软熔带、滴落带和燃烧带。

块状带是炉料以固体形态存在的区域。

这里主要发生炉料的加热、水分蒸发和碳酸盐的分解，间接还原和部分直接还原。

中间为软熔带，它是炉内固相区和液相区之间的过渡带，在此矿石从开始软化到软化终了，主要的反应是矿石的软化、熔化和初渣的形成，还原形成的铁从初渣中分离出来。

软熔带的下部就是滴落带。

滴落带从软熔带的下端开始，熔化成液相的渣铁在固体焦块之间以滴状下落。

这里主要发生Fe、Mn、Si、P 等的直接还原、部分碳酸盐的分解、气化反应、分解产生的CaO熔入渣中及脱硫反应等。

从炉顶装入的矿石和溶剂，依次经过这三个带，最后成为终渣和生铁，定期从炉缸排出；而炉缸燃烧带形成的煤气，也必须经过这三个带上升到炉顶，完成还原和传热过程。

四、高炉操作1、任务是什么？高炉操作的任务是在已有原燃料和设备等物质条件的基础上，灵活运用一切操作手段，调整好炉内煤气流与炉料的相对运动，使炉料和煤气流分布合理，在保证高炉顺行的同时，加快炉料的加热、还原、熔化、造渣、脱硫、渗碳等过程，充分利用能量，获得合格生铁，达到高产、优质、低耗、长寿的最佳冶炼效果。

实践证明，虽然原燃料及技术装备水平是主要的，但是，在相似的原燃料和技术装备的条件下，由于技术操作水平、充分发挥现有条件的潜力，是高炉工作者的一项经常性的重要任务。

2、四大基本操作制度？高炉有四大基本操作制度。

（1）热制度，即炉缸应具有的温度与热量水平；（2）造渣制度，即根据原料条件，产品的品质质量及冶炼对炉渣性能的要求，选择合适的炉渣成分（重点是碱度）及软熔带结构和软熔造渣过程；（3）送风制度，即在一定冶炼条件下选择适宜的鼓风参数；（4）装料制度，即对装料顺序、料批大小和料线高低的合理规定。

高炉的强化程度、冶炼的生铁品种、原燃料质量、高炉炉型及设备状况等是选定各种合理操作制度的根据。

3、送风制度简介送风制度是指在一定冶炼条件下的风口进风状态，以及由此产生的风口回旋区的状态。

往高炉内送风是在炉缸区，选择合理的鼓风参数及风口前产生的煤气参数，以形成一定深度（或截面积）的回旋区，可使原始煤气流分布合理、炉缸圆周工作均匀、热量充足、工作活跃，它是保证高炉稳定顺行、高产、优质、低耗的重要条件，由于炉缸区的重要地位，决定了选择合理送风制度的重要作用。

送风制度的指标：（1）风口进风参数，即风速和鼓风动能，风速分为标准状态风速与实际风速。

（2）风口前燃料燃烧产生的热煤气参数，主要是理论燃烧温度。

（3）风口前回旋区的深度和截面积。

（4）风口圆周工作均匀程度。

4、装料制度简介上部调剂就是通过选择装料制度，以控制煤气流分布的一种调剂手段。

它的目的是依据装料设备的特点及原燃料的物理性能，采用各种不同的装料方法，改变炉料在炉喉的分布状况，达到控制煤气流合理分布，以实现最大限度地利用煤气的热能与化学能。