1、第三章第三章 高爐煉鐵工藝高爐煉鐵工藝3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 高爐冶煉原理高爐冶煉原理3.3 3.3 高爐本體及附屬系統高爐本體及附屬系統3.4 3.4 高爐操作高爐操作煉鐵高爐煉鐵非高爐煉鐵渣鐵處理系統煤氣除塵系統噴吹系統礦石 焦炭煤空氣爐渣 鐵水爐塵凈煤氣高爐及其附屬系統供料系統送風系統 3.1 概述概述魚雷罐車魚雷罐車lumpore主主輸送輸送帶帶鼓風機鼓風機熱風爐熱風爐除除塵塵器器洗滌器洗滌器煙囪煙囪配料配料間間爐頂回收電爐頂回收電BFG儲槽儲槽冷空氣冷空氣熱風熱風廢氣廢氣鼓鼓風風嘴嘴出出鐵鐵口口無鐘無鐘罩式罩式爐頂爐頂高高爐爐sintercokeflux高爐工藝流程3

2、.1.1 3.1.1 高爐冶煉過程及其特點高爐冶煉過程及其特點 高爐煉鐵的本質是鐵的還原過程，即焦炭做燃料和還原劑，在高溫下將鐵礦石或含鐵原料的鐵，從化合物狀態（如Fe2O3、Fe3O4等）還原為液態生鐵。 冶煉過程中，爐料（礦石、熔劑、焦炭）按照確定的比例通過裝料設備分批地從爐頂裝入爐內。從下部風口鼓入的高溫熱風與焦炭發生反應，產生的高溫還原性煤氣上升，并使爐料加熱、還原、熔化、造渣，產生一系列的物理化學變化，最后生成液態渣、鐵聚集于爐缸，周期地從高爐排出。上升過程中，煤氣流溫度不斷降低，成分逐漸變化，最后形成高爐煤氣從爐頂排出。 高爐冶煉特點高爐冶煉特點 1) 1)高爐冶煉是在爐料與煤氣流

3、逆向運動過程中完成各種錯高爐冶煉是在爐料與煤氣流逆向運動過程中完成各種錯綜復雜的化學反應和物理變化的，爐內主要是綜復雜的化學反應和物理變化的，爐內主要是還原性氣氛還原性氣氛。 2)2)高爐是密閉的容器，除裝料、出鐵、出渣及煤氣外，操高爐是密閉的容器，除裝料、出鐵、出渣及煤氣外，操作人員無法直接觀察到反應過程的狀況。只能憑借儀器儀表間作人員無法直接觀察到反應過程的狀況。只能憑借儀器儀表間接觀察爐內狀況。接觀察爐內狀況。（黑箱操作）（黑箱操作） 3)3)高爐是高爐是連續的連續的、大規模的高溫生產過程，機械化和自動、大規模的高溫生產過程，機械化和自動化水平較高。化水平較高。3.1.2 3.1.2 高

4、爐煉鐵的原料和產品高爐煉鐵的原料和產品 高爐冶煉的主要原料是鐵礦石、燃料、熔劑、熱風 高爐冶煉的主要產品是生鐵、高爐渣和高爐煤氣。 1 1）生鐵生鐵 生鐵可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵。 煉鋼生鐵供轉爐、電爐煉鋼使用。 鑄造生鐵則主要用于生產耐壓鑄件。 生鐵是Fe與C及其它一些元素的合金。 通常，生鐵含Fe 94%左右，C 4%左右。 其余為Si、Mn、P、S等少量其他元素。 一般來說，生鐵和鋼的化學成分主要差別是含碳量含碳量。鋼中含碳量最高不超過2.11%2.11%。 高爐生鐵含碳量在2.54.5%范圍。 鑄鐵中不超過5.0% 當鑄鐵中C5.0%時，鑄鐵甚脆，沒有實用價值。 含碳量在1.62.5%

5、之間的鋼鐵材料，由于缺乏實用性，一般不進行工業生產。 煉鋼生鐵作為轉爐煉鋼的原料，約占生鐵產量的8090%。 鑄造生鐵，又稱為翻砂鐵或灰口鐵，用于鑄件生產。 其主要特點是含硅較高，在1.254.25%之間。硅在生鐵中能促進石墨化，即使化合碳游離成石墨碳，增強鑄件的韌性和耐沖擊性并易于切削加工。鑄造生鐵約占生鐵產量的10%左右。 高爐還可生產特殊生鐵，如錳鐵、硅鐵、鏡鐵。 鏡鐵（含1025%Mn）、硅鏡鐵（含913%Si，1824%Mn）等，主要用作煉鋼脫氧劑和合金化劑。（不劃算，一般不生產） 2)2)高爐渣高爐渣 高爐渣主要成分是CaO、MgO、SiO2、Al2O3等。 由于冶煉礦石品位、焦比

6、及焦炭灰分的不同，我國大中型高爐的單位生鐵渣量在0.30.5t之間，其工業用途廣泛。 如在爐前急冷粒化成水渣，作成水泥和建筑原材料，酸性渣還可在爐前用蒸汽吹成渣棉，作絕熱材料。 冶煉多元素共生的復合礦時，爐渣中常富集有多種元素（如稀土、鈦等）。這類爐渣可進一步利用。 3 3）高爐煤氣高爐煤氣 高爐煤氣含有約20%25%的CO，13%的H2,少量的CH4等。 冶煉每噸生鐵可產生16003000m3的高爐煤氣，從高爐排出的煤氣中含有大量的爐料粉塵，經過除塵處理可使含塵量降到1020mg/m3。除塵處理后的高爐煤氣發熱值約為33503770kJ/m3，是良好的氣體燃料。但高爐冶煉產生的煤氣量、成分及

7、發熱值與高爐操作參數及產品種類有關。 高爐煤氣是鋼鐵聯合企業的重要二次能源，主要用作熱風爐燃料，還可供動力、煉焦、燒結、煉鋼、軋鋼等部門使用。注意：民用煤氣并不是高爐煤氣，而是焦爐煤氣！3.1.3 3.1.3 高爐生產主要技術經濟指標高爐生產主要技術經濟指標 高爐生產的技術水平和經濟效果可用如下技術經濟指標來衡量： 有效容積利用系數() 是指每立方米高爐有效容積、每晝夜生產的合格生鐵量。式中：P生鐵日產量；V高爐有效容積，m3 焦比（K） 是生產1噸生鐵所消耗的干焦炭質量。顯然，焦比愈低愈好。 式中：Q每日消耗焦炭量，kg/d。 在噴吹燃料時，高爐的的能耗情況用燃料比（燃料比（K K燃燃）表示

8、，即每噸生鐵耗用各種入爐燃料之總和。 K燃（焦炭+煤粉+重油+）kg/t 噴吹燃料按對置換比折算為相應的干焦（K）(高爐生產每噸鐵水所消耗的焦炭、煤粉、重油等燃料燃料所折合成的焦炭數量，煤粉按0.8系數折算，重油按1.2折算，單位為kg/t)與實際耗用的焦炭量（焦比K）之和稱為綜合焦比（綜合焦比（K K綜）綜）。K綜（K + K）kg/t 冶煉強度（I） 每m3高爐有效容積每天消耗焦炭的重量。 利用系數、焦比和冶煉強度三者之間的關系為： 生鐵合格率生鐵合格率 合格生鐵量占高爐總產量的百分數。此外，優質生鐵占生鐵總量的百分數稱為優質率。合格率和優質率都是生鐵質量指標。對生鐵質量的考查主要看其化學

9、成分（如S和Si）是否符合國家標準。 休風率休風率 高爐休風時間占規定作業時間的百分數。 生鐵成本生鐵成本 生產1噸生鐵所需的費用。一代高爐壽命（爐齡）一代高爐壽命（爐齡） 從高爐點火開爐到停爐大修之間的時間，或高爐相鄰兩次大修之間的冶煉時間叫做高爐一代壽命。3.23.2高爐冶煉原理高爐冶煉原理3.2.1 3.2.1 高爐內各區域進行的主要反應高爐內各區域進行的主要反應 為了弄清高爐內各部分的反應及變化規律，人們曾多次對正為了弄清高爐內各部分的反應及變化規律，人們曾多次對正在運行中的高爐突然停爐，并用水或氮氣進行急冷，使爐內在運行中的高爐突然停爐，并用水或氮氣進行急冷，使爐內物料保持生產時的原

10、狀，然后對其解剖分析，以揭示高爐內物料保持生產時的原狀，然后對其解剖分析，以揭示高爐內部的奧秘。大量解剖研究表明，爐料下降過程分布是呈部的奧秘。大量解剖研究表明，爐料下降過程分布是呈層狀層狀的，直至下部熔化區域，但爐料中焦炭在燃燒前始終處于固的，直至下部熔化區域，但爐料中焦炭在燃燒前始終處于固體狀態而不軟化不熔化。一般，高爐內爐料分布可分為體狀態而不軟化不熔化。一般，高爐內爐料分布可分為塊狀塊狀帶帶、軟熔帶軟熔帶、滴落帶滴落帶、焦炭回旋帶焦炭回旋帶和和爐缸帶爐缸帶五帶。五帶。高爐冶煉過程中爐內爐料下降過程狀態的變化高爐冶煉過程中爐內爐料下降過程狀態的變化高爐內各區域主要反應及特征高爐內各區域主

11、要反應及特征3.2.23.2.2燃燒反應燃燒反應高爐內然料燃燒的意義高爐內然料燃燒的意義高爐冶煉的燃料主要是高爐冶煉的燃料主要是焦炭焦炭，焦炭所含的碳素。除少數消耗，焦炭所含的碳素。除少數消耗于直接還原和溶入生鐵外，絕大部分下降至風口與熱風中的于直接還原和溶入生鐵外，絕大部分下降至風口與熱風中的氧進行燃燒反應。從風口氧進行燃燒反應。從風口噴吹的燃料噴吹的燃料也在風口前燃燒。燃也在風口前燃燒。燃料燃燒放出大量的熱，并產生高溫還原性氣體料燃燒放出大量的熱，并產生高溫還原性氣體(CO,H2)，保，保證了爐料的加熱、分解、還原、熔化、造渣等爐缸內渣鐵反證了爐料的加熱、分解、還原、熔化、造渣等爐缸內渣鐵

12、反應的進行。應的進行。 高爐冶煉的主要燃料焦炭中的碳除小部分在下降過程中參加直接還原和高爐冶煉的主要燃料焦炭中的碳除小部分在下降過程中參加直接還原和滲人生鐵外，約滲人生鐵外，約70%70%進行燃燒反應。此外還有從風口噴入的燃料進行燃燒反應。此外還有從風口噴入的燃料( (重油、重油、天然氣、煤粉天然氣、煤粉) )中的碳等均在風口前發生燃燒反應。中的碳等均在風口前發生燃燒反應。 完全燃燒：完全燃燒： 不完全然燒：不完全然燒： 高爐內燃燒反應在焦炭過剩條件下進行，即使在氧充足處產生的高爐內燃燒反應在焦炭過剩條件下進行，即使在氧充足處產生的COCO2 2也也會與固體碳進行氣化反應，如下式：會與固體碳進

13、行氣化反應，如下式： 熱風帶入的氮在整個過程中不參與反應、帶入的水分在高溫下與碳發生熱風帶入的氮在整個過程中不參與反應、帶入的水分在高溫下與碳發生反應：反應： 理論燃燒溫度理論燃燒溫度理論燃燒溫度：理論燃燒溫度：即風口前焦炭燃燒所能達到的最高平均溫度，也即爐缸煤氣尚未與即風口前焦炭燃燒所能達到的最高平均溫度，也即爐缸煤氣尚未與爐料參與熱交換前的原始溫度。爐料參與熱交換前的原始溫度。T T理理= =（Q QC C+Q+Q物物+Q+Q風風-Q-Q水解水解-Q-Q噴吹噴吹）/(V/(V煤氣煤氣* *C C煤氣煤氣）理論燃燒溫度是理論燃燒溫度是判斷爐缸熱狀態的重要參數。判斷爐缸熱狀態的重要參數。通常可

14、以通過以下措施提高理論燃燒溫度可采取主要措施包括：通常可以通過以下措施提高理論燃燒溫度可采取主要措施包括： (1)(1)提高鼓風溫度；提高鼓風溫度； (2)(2)提高鼓風中氧氣含量；提高鼓風中氧氣含量； (3)(3)降低鼓風濕度；降低鼓風濕度； (4)(4)減少噴吹量；減少噴吹量； (5)(5)減少爐缸煤氣體積。減少爐缸煤氣體積。回旋區和燃燒帶回旋區和燃燒帶隨著高爐冶煉強度的提高風速隨著高爐冶煉強度的提高風速增大增大(I00(I00200 m/s) 200 m/s) 焦炭在風口焦炭在風口前隨氣流一起運動，形成一個非前隨氣流一起運動，形成一個非靜止的、疏散的、近似球形的自靜止的、疏散的、近似球形

15、的自由空間，即為由空間，即為風口回旋區風口回旋區。 影響燃燒帶大小的因素主要有： 鼓風動能 表示鼓風的穿透能力。鼓風動能越大，燃燒帶越大。 燃燒反應速度 燃燒反應速度提高，燃燒帶縮小。一般情況下，風溫提高。燃燒反應速度加快，燃燒反應時間減少，燃燒帶長度減小；鼓風中氧增加，燃燒反應速度加快，燃燒反應時間減少，燃燒帶長度減小。 爐缸料柱壓力 爐缸內料柱疏松，燃燒帶延長；反之，燃燒帶縮小。 焦炭性質焦炭粒度、氣孔度、反應性等對燃燒帶大小也有一定的影響。3.2.3 3.2.3 爐料的蒸發、揮發和分解爐料的蒸發、揮發和分解 入爐的爐料首先受到上升煤氣流的加熱作用，進行水分的蒸發、結晶水的分解、揮發物的揮

16、發和碳酸鹽的分解。l 水分的蒸發和結晶水的分解 爐料中水分存在形式以吸附水和結晶水兩種形式。 吸附水加熱到105時迅速干燥和蒸發。蒸發耗熱不多，僅使爐頂溫度降低，對高爐冶煉過程不產生明顯的影響。 結晶水也稱化合水，一般存在于褐鐵礦(nH2OFe2O3)等化合物中。 隨著溫度升高到400600,結晶水在爐內大量分解。如果結晶水分解發生在爐內高溫區，會發生H2O+C=CO+H2,會增大高爐內燃料消耗，對冶煉產生不利影響。揮發分的揮發揮發分的揮發 揮發物的揮發包括燃料中揮發分的揮發和高爐內其他物質的揮發。 燃料中揮發分對于煤氣成分和冶煉過程影響不大，但在高爐噴吹條件下，容易引起爐缸煤氣成分的明顯變化

17、，對還原也有影響。應盡可能把燃料中的揮發分控制在下限水平。 除燃料中的揮發分外，高爐內其他元素揮發或循環富集，包括： (1)還原產物:S,P,As,K,Na,Zn,Pb,Mn等； (2)還原中間產物：SiO, PbO, K2O,Na2O等； (3)高爐內新生化合物：SiS,CS等。 另外爐料帶入的CaF2等化合物的揮發也會對高爐爐況和爐襯產生不利影響。碳酸鹽的分解碳酸鹽的分解p 高爐內碳酸鹽主要以高爐內碳酸鹽主要以CaCOCaCO3 3 , MgCO , MgCO3 3 、FeCOFeCO3 3, MnCO, MnCO3 3等形式存在，并以等形式存在，并以熔劑中的熔劑中的CaCOCaCO3 3

18、為主為主。p 石灰石分解后，約有石灰石分解后，約有50%50%以上參與以上參與COCO2 2+C=H+C=H2 2+CO+CO反應，強吸熱反應，反應，強吸熱反應，此反應的發生對于高爐冶煉將產生危害。此反應的發生對于高爐冶煉將產生危害。p 石灰石分解對冶煉的影響石灰石分解對冶煉的影響 反應耗熱，反應耗碳都使焦比升高，反應產物反應耗熱，反應耗碳都使焦比升高，反應產物COCO2 2沖淡了還原氣氛沖淡了還原氣氛。p 為減少其危害通常可采用為減少其危害通常可采用熔劑性燒結礦或球團礦，不加或少加石灰石，熔劑性燒結礦或球團礦，不加或少加石灰石，縮小礦石粒度縮小礦石粒度等措施來降低焦比。等措施來降低焦比。3.

19、2.4 3.2.4 氧化物還原熱力學氧化物還原熱力學 鐵氧化物及其特性（2）還原的順序性FeOFeFeFe3O4Fe2O33還原中的赤鐵礦球還原中的赤鐵礦球（3）還原反應的分類間接還原反應間接還原反應定義：定義：以CO或H2為還原劑，產物為CO2或H2O（水蒸氣）的反應。直接還原反應直接還原反應定義：定義：高爐內消耗固體還原劑C的還原反應，產物為CO氣體。平衡常數平衡氣相中%CO和%H2也僅是溫度的函數，作平衡氣相中%CO-T或% H2-T關系圖，得“叉子曲線叉子曲線” 。CO還原鐵礦石氣相平衡組成圖570 由圖可看出，曲線a、c、d向上斜，為放熱反應;曲線b向下斜，為吸熱反應，三個放熱反應一

20、個吸熱反應。b 、 d 、 c三條曲線交于570，在此Fe 、 FeO 和Fe3O4三相平衡共存。曲線把圖像分為四個區域，分別表示Fe 、 FeO 、 Fe3O4和 Fe2O3穩定存在區域。T570時還原順序為：Fe2O3Fe3O4 Fe 溫度大于570時還原順序為： Fe2O3Fe3O4 FeO Fe 570 由圖可看出，曲線4向上斜，為放熱反應;曲線1，2，3向下斜，為吸熱反應，三個吸熱反應一個放熱反應。1、 2 、 3三條曲線交于570，在此Fe 、 FeO 和Fe3O4三相平衡共存。曲線把圖像分為四個區域，分別表示Fe 、 FeO 、 Fe3O4和 Fe2O3穩定存在區域。T570時還

21、原順序為：Fe2O3Fe3O4 Fe 溫度大于570時還原順序為： Fe2O3Fe3O4 FeO Fe CO還原鐵礦石氣相平衡組成圖 與CO還原一樣，均屬間接還原。反應前后氣相體積沒有變化，即反應不受壓力影響。 除Fe2O3,的還原外，Fe3O4、FeO的還原均為可逆反應。為了鐵的氧化物還原徹底，都需要過量的還原劑。 CO還原是三個放熱反應一個吸熱反應； H2的還原是三個吸熱反應一個放熱反應。 從熱力學因素看810 以上時H2的還原能力高于CO還原能力， 810 以下時，則相反。 從反應的動力學看， H2與其反應產物H2O的分子半徑均比CO與其反應產物CO2的分子半徑小，因而擴散能力強。以此說

22、明不論在低溫或高溫下，H2還原反應速度都比CO還原反應速度快。（5）消耗H2與CO的間接還原比較（6）用固體碳的還原反應直接還原 礦石在軟化和熔化之前與焦炭的接觸面積很小，反應的速度則很慢。所以直接還原反應受到限制。在高溫區進行的直接還原實際上是通過下述兩個步驟進行：CO2+C=CO 這個反應成為碳的氣化反應，是一個強的吸熱反應。1000 以上才劇烈進行，因此，只有在高于1000 以上才能發生消耗固體碳的直接還原。直接還原反應機理固體C直接還原鐵氧化物的平衡狀態圖解（7）直接還原與間接還原的比較鐵氧化物的間接還原鐵氧化物的間接還原鐵氧化物的直接還原（8）高爐內直接還原與間接還原的分區（9）高爐

23、內直接還原和間接還原的適宜比例理想的高爐行程應該是：直接還原產生的CO和用于提供熱量消耗產生的CO剛好滿足間接還原和高爐對總的熱量的需求。實際高爐中的直接還原度rd=0.4-0.6理論上直接還原度Rd=0.2-0.3焦比最低，因此現場仍然需要降低直接還原比例！高爐內100%被還原的元素有： Cu、P、Ni （與Fe形成合金） Pb（比重大，沉積于爐底） Zn（揮發，參與循環）高爐內部分被還原的元素有： Mn 50%85% Si 5%10% v 75%85% Ti 2%5%高爐內不能被還原的元素有：Mg、 Ca、 Al（1010）高爐內非鐵元素的還原）高爐內非鐵元素的還原1) 1) 錳的還原錳的

24、還原 錳一般由錳礦帶入，有的由礦石帶入，錳氧化物還原與鐵類似，由高價錳一般由錳礦帶入，有的由礦石帶入，錳氧化物還原與鐵類似，由高價向低價逐級還原。向低價逐級還原。MnOMnO2 2MnMn2 2OO3 3 MnMn3 3OO4 4 MnO MnMnO Mn氣體還原劑氣體還原劑COCO和和H H2 2把把MnOMnO2 2還原為低價還原為低價MnMn比較容易，但只能由直接還原比較容易，但只能由直接還原方式還原為方式還原為MnMn，其開始還原溫度在，其開始還原溫度在1000200010002000之間，其反應如下：之間，其反應如下：冶煉普通生鐵時冶煉普通生鐵時MnMn有有40%60%40%60%進

25、入生鐵，進入生鐵，5%10%5%10%揮發進入揮發進入煤氣，其余進入爐渣。煤氣，其余進入爐渣。2) 2) 硅的還原硅的還原 高爐中硅主要來源于礦石中脈石和焦炭灰分中的高爐中硅主要來源于礦石中脈石和焦炭灰分中的SiOSiO2 2 或硅酸鹽或硅酸鹽, ,為穩為穩定化合物，比定化合物，比FeFe，MnMn難還原。難還原。Si Si只能在下部高溫區只能在下部高溫區( (13001300) )以直以直接還原方式進行。接還原方式進行。 當當T T15001500時，時， 當當T T 15001500時，時， Si Si的的還原是強吸熱反應，一般還原出1kgSi需熱量約相當于從Fe0中還原出1kgFe所需熱

26、量的8倍。所以生鐵中含Si量愈高，爐溫也升高，生產中常以生鐵含Si量衡量爐溫變化，稱為化學溫度。在冶煉普通煉鋼生鐵是只有510%被還原進入生鐵。我國的Si含量約在0.40.8%。 3) 3) 磷的還原磷的還原 爐料中的磷主要以爐料中的磷主要以磷酸鈣磷酸鈣 3CaO3CaO P P2 2OO5 5 ( (又稱磷石灰又稱磷石灰) )形態存在，有時也以形態存在，有時也以磷磷酸鐵（酸鐵（3FeO P2O5 8H2O3FeO P2O5 8H2O） ( (又稱藍鐵礦又稱藍鐵礦) )形態存在。形態存在。 2（3FeO P2O5 8H2O）+16 CO = 3Fe2P + P +16 CO2 +16H2O T

27、 9501000 2（3FeO P2O5 8H2O）+16 C = 3Fe2P + P +16 CO+16H2O T 9501000 3CaO P2O5 + 5 C = 3CaO + 2P +5CO T開始開始 = 10001100 藍鐵礦鐵礦脫水后較容易還原，磷酸鈣是一種很穩定的化合物，在高爐內能與渣中SiO2作用，使P2O5游離出來。由于P2O5易揮發，與焦炭有良好的接觸條件，有利于被C還原，還原出來的P溶入鐵中生成Fe3P 和Fe3P。P P在高爐內幾乎可以在高爐內幾乎可以100%100%被還原進入生鐵因此降低生鐵中含磷量的唯被還原進入生鐵因此降低生鐵中含磷量的唯一途徑是控制爐料中的含磷

28、量。一途徑是控制爐料中的含磷量。 4) 4) 鉛、鋅、砷的還原我國的一些鐵礦石中含有鉛、鋅、砷等元素，這些元鉛、鋅、砷的還原我國的一些鐵礦石中含有鉛、鋅、砷等元素，這些元素在高爐冶煉條件下易還原。還原出來的這些元素會對生鐵質量和高爐素在高爐冶煉條件下易還原。還原出來的這些元素會對生鐵質量和高爐本身產生一定的影響。本身產生一定的影響。對于鐵氧化物反應，動力學是說明反應是通過什么步驟進行對于鐵氧化物反應，動力學是說明反應是通過什么步驟進行( (反應機理反應機理) )，以及反應速度和反應達到平衡所需時間的科學。，以及反應速度和反應達到平衡所需時間的科學。目前為止能比較全面解釋鐵氧化物整個還原過程的理

29、論是未反目前為止能比較全面解釋鐵氧化物整個還原過程的理論是未反應核模型理論。這種理論認為鐵氧化物從高價到低價逐級還應核模型理論。這種理論認為鐵氧化物從高價到低價逐級還原，隨著反應的進行，未反應核心逐漸縮小，直到完全消失，原，隨著反應的進行，未反應核心逐漸縮小，直到完全消失，整個反應過程按以下順序進行整個反應過程按以下順序進行: :(1) (1) 還原氣體外擴散還原氣體外擴散; ;(2) (2) 還原氣體內擴散還原氣體內擴散; ;(3) (3) 還原氣體被界面吸附還原氣體被界面吸附; ;(4) (4) 界面化學反應界面化學反應; ;(5) (5) 氧化氣體的脫附氧化氣體的脫附; ;(6) (6)

30、 氧化氣體內擴散氧化氣體內擴散; ;(7) (7) 氧化氣體外擴散。氧化氣體外擴散。 3.2.5 3.2.5 還原反應動力學還原反應動力學礦球反應過程模型礦球反應過程模型反應的還原推動力反應的還原推動力 3.2.6 3.2.6 生鐵的形成和滲碳過程生鐵的形成和滲碳過程在高爐上部己有部分鐵礦石逐漸還原成金屬鐵。隨著溫度的不在高爐上部己有部分鐵礦石逐漸還原成金屬鐵。隨著溫度的不斷升高逐漸有更多的鐵被還原出來，剛還原出來的鐵呈多孔海斷升高逐漸有更多的鐵被還原出來，剛還原出來的鐵呈多孔海綿狀，稱為綿狀，稱為海綿鐵海綿鐵，早期出現的海綿鐵成分較純，幾乎不含，早期出現的海綿鐵成分較純，幾乎不含碳。碳。而高

31、爐內生鐵形成的主要特點是經過滲碳過程。爐內滲碳大致而高爐內生鐵形成的主要特點是經過滲碳過程。爐內滲碳大致可分三個階段：可分三個階段：第一階段：第一階段：海綿鐵的滲碳。海綿鐵的滲碳。當溫度當溫度到到727727，一般在高爐爐身中上部時，固體海綿鐵，一般在高爐爐身中上部時，固體海綿鐵開始發生如下的滲碳過程：開始發生如下的滲碳過程：( (滲碳量占全部滲碳量的滲碳量占全部滲碳量的1.5%1.5%左左右。右。) )第二階段第二階段：液態鐵的滲碳。：液態鐵的滲碳。 經初步滲碳的金屬鐵在經初步滲碳的金屬鐵在14001400左右時與熾熱的焦炭繼續進左右時與熾熱的焦炭繼續進行固相滲碳，開始熔化為鐵水，穿過焦炭滴

32、入爐缸。熔化后行固相滲碳，開始熔化為鐵水，穿過焦炭滴入爐缸。熔化后的鐵水與焦炭直接接觸的滲碳反應：的鐵水與焦炭直接接觸的滲碳反應：( (到達爐腹處，生鐵的到達爐腹處，生鐵的最終含碳已達最終含碳已達4%4%左右左右) )。第三階段第三階段：爐缸內的滲碳過程。：爐缸內的滲碳過程。 爐缸部分只進行少量的滲碳，一般只有爐缸部分只進行少量的滲碳，一般只有0.1%0.5%0.1%0.5%。 經過以上階段鐵水在向爐缸滴落的過程中，除了滲碳反應外，經過以上階段鐵水在向爐缸滴落的過程中，除了滲碳反應外， 還有硅、錳、磷進入生鐵，脫除硫等有害雜質。形成最終成還有硅、錳、磷進入生鐵，脫除硫等有害雜質。形成最終成分的

33、生鐵。分的生鐵。爐渣對高爐的爐況和生鐵的質量有著決定性的影響。要想煉好鐵，必須造好渣 爐渣的形成爐渣的形成要經歷由初渣中間渣終渣過程，簡述如下： 初成渣的生成包括固相反應、軟化、熔融、滴落幾個階段。軟熔帶中形成液態初渣。初渣中(FeO) , ( MnO)含量較高。 中間渣的變化處于滴落過程中成分、溫度不斷變化的爐渣。處于軟熔帶以下、風口平面以上部位。中間渣中(FeO) , ( MnO)含量逐漸減小，( CaO), ( MgO)含量逐漸增大，爐渣黏度增大。 3.2.7 3.2.7 高爐爐渣的形成及作用高爐爐渣的形成及作用 爐渣的成分爐渣的成分 冶煉冶煉1t 1t生鐵大致產生生鐵大致產生40010

34、00kg4001000kg爐渣，國外先進水平爐渣，國外先進水平巳達巳達300kg300kg左右。爐渣的主要來源是鐵礦石中的脈石以左右。爐渣的主要來源是鐵礦石中的脈石以及燃料燃燒后剩余的灰分。用焦炭冶煉，高爐爐渣成分及燃料燃燒后剩余的灰分。用焦炭冶煉，高爐爐渣成分大致范圍如下大致范圍如下: : 終渣由中間渣轉化而得，通過風口平面聚集在爐缸，是成終渣由中間渣轉化而得，通過風口平面聚集在爐缸，是成分、性質較穩定的爐渣。終渣中分、性質較穩定的爐渣。終渣中(Al2O3),(SiO2)(Al2O3),(SiO2)增大，增大，(FeO) , ( MnO), ( CaO), ( MgO)(FeO) , ( M

35、nO), ( CaO), ( MgO)含量減小，含量減小，( CaS)( CaS)含量增大，含量增大，堿度減小。堿度減小。 (4) (4) 高爐渣的作用和要求高爐渣的作用和要求 高爐冶煉過程，除在化學反應上實現高爐冶煉過程，除在化學反應上實現Fe-OFe-O分離外，還要實現金屬與氧化物分離外，還要實現金屬與氧化物等的機械或物理分離，而這要靠性能良好的液態爐渣，并利用渣鐵密度的等的機械或物理分離，而這要靠性能良好的液態爐渣，并利用渣鐵密度的不同達到渣鐵分離的目的。為此。要求高爐渣應具有以下作用不同達到渣鐵分離的目的。為此。要求高爐渣應具有以下作用: : 爐渣與生鐵互不溶解，且密度不同，因而，使渣

36、鐵得以分離，得到純凈爐渣與生鐵互不溶解，且密度不同，因而，使渣鐵得以分離，得到純凈的生鐵。的生鐵。 具有充分的脫硫能力，保證生鐵合格。具有充分的脫硫能力，保證生鐵合格。 調整生鐵成分，保證生鐵質量。爐渣成分有利于有益元素的還原，抑制調整生鐵成分，保證生鐵質量。爐渣成分有利于有益元素的還原，抑制有害元素的還原，即爐渣應具有選擇還原性。有害元素的還原，即爐渣應具有選擇還原性。 有利于爐況順行，獲得良好的冶煉技術經濟指標；同時應有利于保護爐有利于爐況順行，獲得良好的冶煉技術經濟指標；同時應有利于保護爐襯，延長爐襯壽命。襯，延長爐襯壽命。 3.2.8 3.2.8 爐渣去硫爐渣去硫高爐中的硫主要來源于爐

37、料中的焦炭、礦石、熔劑和噴吹燃料高爐中的硫主要來源于爐料中的焦炭、礦石、熔劑和噴吹燃料等。其中焦炭帶入的硫量占等。其中焦炭帶入的硫量占60%80%60%80%。冶煉每噸生鐵由爐料。冶煉每噸生鐵由爐料帶入的總硫量稱為帶入的總硫量稱為硫負荷硫負荷。一般硫負荷為。一般硫負荷為45kg/t45kg/t。高爐內的去硫主要是含有高爐內的去硫主要是含有FeSFeS的鐵水在滴過渣層時以及在渣鐵的鐵水在滴過渣層時以及在渣鐵相界面處進行：相界面處進行：總的總的脫硫反應脫硫反應為為 產物產物COCO氣體起攪拌作用，可加速去硫反應。氣體起攪拌作用，可加速去硫反應。 硫在一般結構鋼中是有害元素。鋼液凝固時S在技晶間偏析

38、，Fe晶界上富集，形成熔點1100 的FeS，FeS與Fe的共晶點只有988 ，熱軋時在晶界上產生熱裂現象，造成內部裂紋，即硫的熱脆性。因此鋼鐵產品硫含量應盡可能降低。 我國國家標準規定：煉鋼生鐵含 %S 007。優質煉鋼生鐵含%S 003 。 脫硫的熱力學條件： (1) 鋼渣間脫硫反應是吸熱反應溫度升高有利于脫硫高 溫主要增加了脫硫速度; (2) 低(FeO)有利于脫硫; (3) 高堿度度有利于脫硫; (4) 大渣量有利于脫硫;高爐強化冶煉的目的是提高產量，即提高高爐冶煉強度高爐強化冶煉的目的是提高產量，即提高高爐冶煉強度( (I I), ),提提高高爐有效容積利用系數高高爐有效容積利用系數

39、( (0 0) )和降低焦比和降低焦比(K)(K)。主要措施包括：。主要措施包括：(1) (1) 精料精料 具體概括為具體概括為:“:“高、熟、凈、勻、小、穩、少、好高、熟、凈、勻、小、穩、少、好”。 “高高”指入爐礦石含鐵品位要高，焦炭、燒結礦和球團礦強指入爐礦石含鐵品位要高，焦炭、燒結礦和球團礦強度要高，燒結礦的堿度要高。度要高，燒結礦的堿度要高。 “熟熟”指熟料，即將鐵礦粉制成具有高溫強度，又符合各項指熟料，即將鐵礦粉制成具有高溫強度，又符合各項冶金性能要求的塊狀料。冶金性能要求的塊狀料。 “凈凈是指入爐原料中小于是指入爐原料中小于5 mm5 mm的粉末要篩除。的粉末要篩除。 “勻勻”是

40、指高爐煉鐵的爐料粒度要均勻。是指高爐煉鐵的爐料粒度要均勻。 “小小”是指入爐料的粒度要小、均勻，上限所規定的范圍要是指入爐料的粒度要小、均勻，上限所規定的范圍要窄，并控制住爐料中的大塊。窄，并控制住爐料中的大塊。 3.2.8 3.2.8 高爐強化冶煉與節能高爐強化冶煉與節能 “穩穩”是指入爐料的化學成分和物理性能要穩定，是指入爐料的化學成分和物理性能要穩定，波動范圍要小。波動范圍要小。 “少少”是指爐料中有害雜質要少。是指爐料中有害雜質要少。 “好好”是指爐料的冶金性能要好。是指爐料的冶金性能要好。(2)(2)高壓操作高壓操作人為地將高爐內煤氣壓力提高，超過人為地將高爐內煤氣壓力提高，超過30kPa30kPa的稱為高壓的稱為高壓 操作。操作。通過系統中高壓閥組控制閥門的開閉度來完成。高壓操作可有通過系統中高壓閥組控制閥門的開閉度來完成。高壓操作可有效地提高冶煉強度，有利于爐況