高爐冶煉目的：將礦石中的鐵元素提取出來,，生產出來的主要產品為鐵水,。付產品有：水渣、礦渣棉和高爐煤氣等,。
高爐:煉鐵一般是在高爐里連續(xù)進行的,。高爐又叫鼓風爐,，這是因為要把熱空氣吹入爐中使原料不斷加熱而得名的。這些原料是鐵礦石,、石灰石及焦炭,。因為碳比鐵的性質活潑，所以它能從鐵礦石中把氧奪走,，而把金屬鐵留下,。

高爐的主要組成部分

　　高爐爐殼：現(xiàn)代化高爐廣泛使用焊接的鋼板爐殼，只有極少數(shù)最小的土高爐才用鋼箍加固的磚殼,。爐殼的作用是固定冷卻設備,，保證高爐砌體牢固，密封爐體,，有的還承受爐頂載荷,。爐殼除承受巨大的重力外，還要承受熱應力和內部的煤氣壓力,，有時要抵抗崩料、坐料甚至可能發(fā)生的煤氣爆炸的突然沖擊,，因此要有足夠的強度,。爐殼外形尺寸應與高爐內型、爐體各部厚度、冷卻設備結構形式相適應,。

　　爐喉：高爐本體的最上部分,，呈圓筒形。爐喉既是爐料的加入口,，也是煤氣的導出口,。它對爐料和煤氣的上部分布起控制和調節(jié)作用。爐喉直徑應和爐缸直徑,、爐腰直徑及大鐘直徑比例適當,。爐喉高度要允許裝一批以上的料，以能起到控制爐料和煤氣流分布為限,。

　　爐身：高爐鐵礦石間接還原的主要區(qū)域,，呈圓錐臺簡稱圓臺形，由上向下逐漸擴大,，用以使爐料在遇熱發(fā)生體積膨脹后不致形成料拱,，并減小爐料下降阻找力。爐身角的大小對爐料下降和煤氣流分布有很大影響,。

　　爐腰：高爐直徑最大的部位,。它使爐身和爐腹得以合理過渡。由于在爐腰部位有爐渣形成,，并且粘稠的初成渣會使爐料透氣性惡化,，為減小煤氣流的阻力，在渣量大時可適當擴大爐腰直徑,，但仍要使它和其他部位尺寸保持合適的比例關系,，比值以取上限為宜。爐腰高度對高爐冶煉過程影響不很顯著,，一般只在很小范圍內變動,。

　　爐腹：高爐熔化和造渣的主要區(qū)段，呈倒錐臺形,。為適應爐料熔化后體積收縮的特點,，其直徑自上而下逐漸縮小，形成一定的爐腹角,。爐腹的存在,，使燃燒帶處于合適位置，有利于氣流均勻分布,。爐腹高度隨高爐容積大小而定,，但不能過高或過低，一般為3．0～3．6m,。爐腹角一般為79～82 ,；過大,，不利于煤氣流分布；過小,，則不利于爐料順行,。

　　爐缸：高爐燃料燃燒、渣鐵反應和貯存及排放區(qū)域,，呈圓筒形,。出鐵口、渣口和風口都設在爐缸部位,，因此它也是承受高溫煤氣及渣鐵物理和化學侵蝕最劇烈的部位,，對高爐煤氣的初始分布、熱制度,、生鐵質量和品種都有極重要的影響,。

　　爐底：高爐爐底砌體不僅要承受爐料、渣液及鐵水的靜壓力,，而且受到1400～4600℃的高溫,、機械和化學侵蝕、其侵蝕程度決定著高爐的一代壽命,。只有砌體表面溫度降低到它所接觸的渣鐵凝固溫度,，并且表面生成渣皮（或鐵殼），才能阻止其進一步受到侵蝕,，所以必需對爐底進行冷卻,。通常采用風冷或水冷。目前我國大中型高爐大都采用全碳磚爐底或碳磚和高鋁磚綜合爐底,，大大改善了爐底的散熱能力,。

　　爐基：它的作用是將所集中承擔的重量按照地層承載能力均勻地傳給地層，因而其形狀都是向下擴大的,。高爐和爐基的總重量常為高爐容積的10～18倍（噸）,。爐基不許有不均勻的下沉，一般爐基的傾斜值不大于0.1％～0．5％,。高爐爐基應有足夠的強度和耐熱能力,，使其在各種應力作用下不致產生裂縫。爐基常做成圓形或多邊形,，以減少熱應力的不均勻分布,。

　　爐襯：高爐爐襯組成高爐的工作空間，并起到減少高爐熱損失,、保護爐殼和其它金屬結構免受熱應力和化學侵蝕的作用,。爐襯是用能夠抵抗高溫作用的耐火材料砌筑而成的。爐襯的損壞受多種因素的影響,，各部位工作條件不同,，受損壞的機理也不同,，因此必須根據部位、冷卻和高爐操作等因素,，選用不同的耐火材料。

　　爐喉護板：爐喉在爐料頻繁撞擊和高溫的煤氣流沖刷下,，工作條件十分惡劣,，維護其圓筒形狀不被破壞是高爐上部調節(jié)的先決條件。為此,，在爐喉設置保護板（鋼磚）,。小高爐的爐喉保護板可以用鑄鐵做成開口的匣子形狀；大高爐的爐喉護板則用100～150mm厚的鑄鋼做成,。爐喉護板主要有塊狀,、條狀和變徑幾種形式。變徑爐喉護板還起著調節(jié)爐料和煤氣流分布的作用,。


　　高爐解體

　　為了在操作技術上能正確處理高爐冶煉中經常出現(xiàn)的復雜現(xiàn)象,，就要切實了解爐內狀況。在盡量保持高爐的原有生產狀態(tài)下停爐,、注水冷卻或充氮冷卻后,，對從爐喉的爐料開始一直到爐底的積鐵所進行的細致的解體調查，稱為高爐解體調查,。它雖不能完全了解高爐生產的動態(tài)情況,，但對了解高爐過程、強化高爐冶煉很有參考價值,。

　　高爐冷卻裝置

　　高爐爐襯內部溫度高達1400℃,，一般耐火磚都要軟化和變形。高爐冷卻裝置是為延長磚襯壽命而設置的,，用以使爐襯內的熱量傳遞出動,，并在高爐下部使爐渣在爐襯上冷凝成一層保護性渣皮，按結構不同,，高爐冷卻設備大致可分為：外部噴水冷卻,、風口渣口冷卻、冷卻壁和冷卻水箱以及風冷(水冷)爐底等裝置,。

　　高爐灰

　　也叫爐塵,，系高爐煤氣帶出的爐料粉末。其數(shù)量除了與高爐冶煉強度,、爐頂壓力有關外,，還與爐料的性質有很大關系。爐料粉末多,，帶出的爐塵量就大,。目前,，每煉一噸鐵約有 10～100kg的高爐灰。高爐灰通常含鐵40％左右,，并含有較多的碳和堿性氧化物,；其主要成分是焦末和礦粉。燒結料中加入部分高爐灰,，可節(jié)約熔劑和降低燃料消耗,。

　　高爐除塵器

　　用來收集高爐煤氣中所含灰塵的設備。高爐用除塵器有重力除塵器,、離心除塵器,、旋風除塵器、洗滌塔,、文氏管,、洗氣機、電除塵器,、布袋除塵器等,。粗粒灰塵（＞60～90um）,，可用重力除塵器,、離心除塵器及旋風除塵器等除塵；細?；覊m則需用洗氣機,、電除塵器等除塵設備。

　　高爐鼓風機

　　高爐最重要的動力設備,。它不但直接提供高爐冶煉所需的氧氣,，而且提供克服高爐料柱阻力所需的氣體動力。現(xiàn)代大,、中型高爐所用的鼓風機,，大多用汽輪機驅動的離心式鼓風機和軸流式鼓風機。近年來使用大容量同步電動鼓風機,。這種鼓風機耗電雖多,，但啟動方便，易于維修,，投資較少,。高爐冶煉要求鼓風機能供給一定量的空氣，以保證燃燒一定的碳,；其所需風量的大小不僅與爐容成正比,，而且與高爐強化程度有關、一般按單位爐容2.1～2.5m3／min的風量配備,。但實際上不少的高爐考慮到生產的發(fā)展,，配備的風機能力都大于這一比例,。

煉鐵過程實質上是將鐵從其自然形態(tài)——礦石等含鐵化合物中還原出來的過程。
煉鐵方法主要有高爐法,、直接還原法,、熔融還原法等，其原理是礦石在特定的氣氛中（還原物質CO,、H2,、C；適宜溫度等）通過物化反應獲取還原后的生鐵,。生鐵除了少部分用于鑄造外，絕大部分是作為煉鋼原料,。

1,、 高爐煉鐵的冶煉原理（應用最多的）
高爐冶煉用的原料
高爐冶煉用的原料主要由鐵礦石、燃料（焦炭）和熔劑（石灰石）三部分組成,。
通常,，冶煉1噸生鐵需要1.5-2.0噸鐵礦石，0.4-0.6噸焦炭,，0.2-0.4噸熔劑,，總計需要2-3噸原料。為了保證高爐生產的連續(xù)性,，要求有足夠數(shù)量的原料供應,。
因此，無論是生鐵廠家還是鋼廠采購原料的工作是尤其重要,。

生鐵的冶煉雖原理相同,，但由于方法不同、冶煉設備不同,，所以工藝流程也不同,。下面分別簡單予以介紹。

高爐生產是連續(xù)進行的,。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產幾年到十幾年,。生產時，從爐頂（一般爐頂是由料種與料斗組成,，現(xiàn)代化高爐是鐘閥爐頂和無料鐘爐頂）不斷地裝入鐵礦石,、焦炭、熔劑,，從高爐下部的風口吹進熱風（1000～1300攝氏度）,，噴入油、煤或天然氣等燃料,。裝入高爐中的鐵礦石,，主要是鐵和氧的化合物,。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來,，得到鐵,，這個過程叫做還原。鐵礦石通過還原反應煉出生鐵,，鐵水從出鐵口放出,。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內的石灰石等熔劑結合生成爐渣,，從出鐵口和出渣口分別排出,。煤氣從爐頂導出，經除塵后,，作為工業(yè)用煤氣?，F(xiàn)代化高爐還可以利用爐頂?shù)母邏海脤С龅牟糠置簹獍l(fā)電,。

生鐵是高爐產品（指高爐冶煉生鐵）,，而高爐的產品不只是生鐵，還有錳鐵等,，屬于鐵合金產品,。錳鐵高爐不參加煉鐵高爐各種指標的計算。高爐煉鐵過程中還產生副產品水渣,、礦渣棉和高爐煤氣等,。

高爐煉鐵的特點：規(guī)模大，不論是世界其它國家還是中國,，高爐的容積在不斷擴大,，如我國寶鋼高爐是4063立方米，日產生鐵超過10000噸,，爐渣4000多噸,，日耗焦4000多噸。
目前國內單一性生鐵廠家,，高爐容積也以達到500左右立方米,，但多數(shù)仍維持在100-300立方米之間，甚至仍存在100立方米以下的高耗能高污染的小高爐,，其產品質量參差不齊,，公布分散，不具有期規(guī)模性,，更不能與國際上的鋼鐵廠相比

高爐冶煉工藝流程簡圖：

高爐冶煉過程

　　高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產過程,。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規(guī)定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使爐喉料面保持一定的高度,。焦炭和礦石在爐內形成交替分層結構,。礦石料在下降過程中逐步被還原、熔化成鐵和渣,，聚集在爐缸中,，定期從鐵口、渣口放出,。
　　鼓風機送出的冷空氣在熱風爐加熱到800～1350℃以后,，經風口連續(xù)而穩(wěn)定地進入爐缸，熱風使風口前的焦炭燃燒,，產生2000℃以上的熾熱還原性煤氣,。上升的高溫煤氣流加熱鐵礦石和熔劑，使成為液態(tài),；并使鐵礦石完成一系列物理化學變化,，煤氣流則逐漸冷卻。下降料柱與上升煤氣流之間進行劇烈的傳熱,、傳質和傳動量的過程。
　　下降爐料中的毛細水分當受熱到100～200℃即蒸發(fā),，褐鐵礦和某些脈石中的結晶水要到500～800℃才分解蒸發(fā),。主要的熔劑石灰石和白云石，以及其他碳酸鹽和硫酸鹽,，也在爐中受熱分解,。石灰石中CaCO3和白云石中MgCO3的分解溫度分別為900～1000℃和740～900℃。鐵礦石在高爐中于 400℃或稍低溫度下開始還原,。部分氧化鐵是在下部高溫區(qū)先熔于爐渣,，然后再從渣中還原出鐵。
　　焦炭在高爐中不熔化,只是到風口前才燃燒氣化,少部分焦炭在還原氧化物時氣化成CO,。而礦石在部分還原并升溫到1000～1100℃時就開始軟化,；到1350～1400℃時完全熔化；超過1400℃就滴落,。焦炭和礦石在下降過程中,，一直保持交替分層的結構。由于高爐中的逆流熱交換,形成了溫度分布不同的幾個區(qū)域,。

液態(tài)渣鐵積聚于爐缸底部,由于比重不同,渣液浮于鐵液之上,定時從爐缸放出,。鐵水出爐溫度一般為1400～1550℃，渣溫比鐵溫一般高30～70℃,。
　　煤氣流沿高爐斷面合理均勻地分布上升,，能改善煤氣與爐料之間的傳熱和傳質過程，順利地完成加熱、還原鐵礦石和熔化渣,、鐵等過程,，達到高產、低耗,、優(yōu)質的要求,。
　　高爐中鐵的還原 高爐中主要被還原的是鐵的氧化物:Fe2O3(赤鐵礦),Fe3O4（磁鐵礦）和Fe1-yO（浮氏體，y從0.04到0.125）等,。每得到1000公斤金屬鐵,，通過還原被除去的氧量為：赤鐵礦429公斤,磁鐵礦382公斤,浮氏體（按FeO計算）286公斤。
　　主要還原劑 焦炭中的碳和鼓風中的氧燃燒生成的CO氣體,，以及鼓風和燃料在爐內反應生成的H2是高爐中的主要還原劑,。約從400℃開始,氧化鐵逐步從高價鐵還原成低價鐵，一直到金屬鐵,。
　　間接還原 氧化鐵由CO還原生成CO2或由H2還原生成H2O的過程,。還原順序為: Fe2O3─→Fe3O4─→FeO─→Fe（低于570℃時，F(xiàn)eO不穩(wěn)定,還原順序為：Fe2O3─→Fe3O4─→Fe）,。

氧化鐵還原的主要還原反應為：

　　3Fe2O3+CO─→2Fe3O4+CO2 +8870千卡
　　Fe3O4+CO─→3FeO+CO2 -4990千卡
　　FeO+CO─→Fe+CO2 +3250千卡
　　以及 3Fe2O3+H2─→2Fe3O4+H2O -1000千卡
　　Fe3O4+H2─→3FeO+H2O -14860千卡
　　FeO+H2─→Fe+H2O -6620千卡

　　H2和CO同時作為還原劑存在時,，受水煤氣反應的制約：
　　　　H2+CO2─→H2O+CO -9870千卡
　　注：式內反應熱從工程習慣按公斤分子計。
　　
　　直接還原 在高溫區(qū)（約 850℃開始）因有大量焦炭存在,生成的CO2和H2O立即與焦炭反應,轉化成CO和H2：

CO2+C─→2CO -39600千卡
H2O+C─→H2+CO -29730千卡

　　所以從全過程看,，可認為是由碳素直接還原氧化鐵生成CO和鐵：

FeO+C─→Fe+CO -36350千卡

　　這種高溫還原叫做直接還原,。因為直接還原比間接還原耗熱大得多，所以在高爐內應盡可能提高中溫區(qū)的間接還原率,，以降低焦比和燃料比,。
　　影響還原速度的因素 氣體還原鐵礦石的速度受到許多因素的影響：礦石的性質（例如粒度，氣孔度,，氣孔表面積）,是難還原的磁鐵礦還是易還原的褐鐵礦,煤氣的成分和流速以及還原溫度等,。氣－固還原過程包括以下基本環(huán)節(jié)：①還原氣體通過礦粒表面的氣膜向礦石表面擴散；②還原氣體通過已還原金屬層向礦石內部擴散,；③金屬鐵－浮氏體兩相界面上的化學反應,；④還原氣體產物通過已還原金屬層向外擴散；⑤還原氣體通過附面氣膜向外擴散,。
　　還原模式有兩種：當?shù)V石結構致密,，還原金屬層是自外表逐步向礦粒中心擴展，中心未反應的核心部分逐步縮小,，可稱為“未反應核”還原模式,；如果礦石多孔疏松，內擴散十分容易,，且粒徑不大,，則還原過程將同時在整個礦石內部環(huán)繞每一個氧化鐵微晶進行氧化鐵的氣固還原反應，這是另一種模式。
　　整個反應速度決定于化學反應速度和擴散速度,。如果化學反應慢,，稱為反應處于“化學控制”；如果擴散慢,，則稱反應處于“擴散控制”,。溫度提高，化學反應速度加快,，氣體的擴散速度也會增加,，但增加的幅度較小。一般說,，溫度低,，礦石粒度小或氣孔度大，氣流速度高,，還原趨向于化學控制范圍,；相反，溫度高,，礦石粒度大或者氣孔度小,，則趨向于擴散控制范圍。如果能出現(xiàn)擴散與化學反應的速度彼此較接近的情況,，稱還原處于“混合控制”,。還有一種情況，礦石的軟熔溫度低,，當溫度升高到使礦石軟熔后，礦石的氣孔度減小,，還原速度反而可能減慢,。因為H2的擴散速度比CO高，H2的還原速度也高于CO,。當煤氣中存在CO2或H2O分子時,CO和H2的有效濃度降低,，將減慢CO和H2的還原速度。從鐵礦石的還原條件來看,應在礦石不軟化的條件下,盡量保持高一些的還原溫度,，以加快還原速度,。對礦石則要求氣孔度大，使還原過程不受擴散的限制,；致密的鐵礦石應適當減小粒度,，這樣不僅能使內擴散距離縮短，而且會使氣－固相接觸總面積增大,，有利于還原過程（見冶金過程動力學）,。

　　高爐中其他元素的還原 進入高爐的礦石的脈石和焦炭灰分還含有其他一些氧化物(SiO2、Al2O3、CaO,、MgO等),、硫化物(FeS2)和磷酸鹽【Ca3(PO4)2】。一些共生鐵礦還含有錳,、鈦,、鉻、釩,、銅,、鈷、鎳,、鈮,、砷、鉀,、鈉等的含氧化合物和少量硫化物,。各種氧化物因化學穩(wěn)定性不同，有的在高爐內全部還原,，有的部分還原,，有的完全不能還原，不還原的氧化物就進入爐渣,。
　　硅的還原 硅比鐵難還原,，要到高溫區(qū)才能被碳還原出來，熔于鐵水：

　　(SiO2)+2【C】→【Si】+2CO -151696千卡

耗熱比鐵的直接還原大得多,。式中圓括弧表示爐渣中的氧化物,；方括弧表示鐵水中的有關元素。
　　大部分生鐵中的硅是焦炭灰分或渣中的SiO2,，通過風口附近高溫區(qū)（1700℃以上）時,，先被還原生成氣態(tài)SiO，SiO在上升過程中再被還原成硅并熔于鐵水,。冶煉高硅生鐵時,，有一部分 SiO隨煤氣逸出爐外。含硅愈高,，揮發(fā)愈多,；SiO冷卻后又被氧化成極細的SiO2粉末,除增加能耗外，還會惡化爐料透氣性和堵塞煤氣管道,。為了煉得含硅較高的生鐵或合金,宜配用堿度較低的爐渣,以利于酸性SiO2的還原,。由于反應熱耗大，必須維持較高的爐溫,，生鐵含硅愈多,，燃料消耗（焦比）和成本也愈大,。
　　錳的還原 錳礦中的化合物MnO2、Mn3O4,、Mn2O3,、MnCO3等都很容易被CO還原成MnO，但MnO只能從爐渣中被碳直接還原并熔于鐵水：

　　(MnO)+【C】→【Mn】+CO -68640千卡

其單位耗熱低于硅,但高于鐵的直接還原,。MnO是弱堿性,，冶煉含錳高的鐵，宜采用堿性較高的爐渣,，以提高渣中MnO活度,，加快還原。由于需維持較高的爐溫,反應熱耗又多,，生產高錳生鐵的燃料消耗和成本也比較高,。
　　其他元素的還原 以3CaO·P2O5或3FeO·P2O5形態(tài)進入高爐的磷，以及以氧化物或硫化物形態(tài)存在的銅,、鎳,、鈷、砷,、鉛等全部被還原,。釩、鈮,、鉻等的氧化物一般可被還原75～80％,。二氧化鈦在高爐內只有少量被還原。
　　鉀,、鈉,、鋅等金屬的沸點低，其化合物在高爐下部高溫區(qū)被還原成金屬后立即揮發(fā),，一部分隨煤氣逸出爐外,，一部分又被氧化后沉積在上部爐料表面，隨爐料再下降到高溫區(qū),。再還原，再揮發(fā),，再沉積,循環(huán)積累,造成以下嚴重危害：破壞礦石和焦炭的強度和爐料的透氣性,；沉積在爐襯中破壞耐火材料，引起結瘤,。因此,，對高爐原料中這些元素的含量要有一定的限制,必要時,可以定期降低爐渣堿度,使K2O和Na2O更多地進入爐渣，排出爐外,減輕危害,。包頭鐵礦石含K2O,、Na2O和CaF2較多,，影響爐況順行，現(xiàn)已找到解決途徑,。
　　釩,、銅、鎳,、鈷,、鈮等是寶貴的合金元素，它們在鐵礦石中如達到一定含量,，應考慮回收利用,。中國攀枝花的釩鈦磁鐵礦和包頭的含鈮鐵礦石，在煉鐵過程中得到含釩和含鈮的生鐵,在進一步處理和回收釩,、鈮上,取得良好的成果,。

　　鐵水中的碳 因為在高爐內還會出現(xiàn)還原和滲碳到Fe3C的反應：

　　3Fe+2CO→Fe3C+CO2
　　FeO(MnO,SiO2)+C→Fe(Mn,Si)+CO
　　3Fe+C→Fe3C

　　所以高爐生鐵含碳高，其含量主要決定于鐵水的成分,。凡能生成碳化物并溶于鐵水的元素如錳,、釩、鉻,、鈮等能使鐵水含碳增加,；凡能促使鐵水中碳化物分解的元素如硅、磷,、硫等會阻礙鐵水滲碳,。普通生鐵含碳4％左右。鐵水溶解某些碳化物達到飽和后,，剩余的碳化物便留在爐渣中,，例如煉高硅生鐵時的SiC,在爐料含TiO2較多時形成的TiC等。碳化物熔化溫度一般都很高(SiC＞2700℃,，TiC3290℃),，以固相混雜在爐渣中，使爐渣流動性變壞,，造成冶煉上的困難,。

　　高爐爐渣及渣鐵反應 一般高爐爐渣主要由SiO2、Al2O3,、CaO,、MgO組成,另含少量 FeO、MnO,、CaS,。冶煉復合礦時,還可能含有CaF2、TiO2,、BaO,、RxOy(R代表稀土元素)等,。用釩鈦磁鐵礦煉鐵時，爐渣流動性差,冶煉困難,，中國在實踐中發(fā)展一項新工藝可在含TiO2為25～30％的爐渣下進行冶煉,。
　　高爐冶煉對爐渣的要求 ①一般在爐缸的溫度1350～1550℃下，爐渣能很好地熔化,，并具有良好的流動性和具有渣－鐵,、渣－氣間的界面性能，能很好地與鐵水,、氣體分開,，并能順利地從爐內放出。②爐渣性能既要有利于去除生鐵中的有害雜質（如硫等）,，也要能根據需要控制某些反應的程度（SiO2的還原）和促使有益元素如錳,、釩鈮等更好地還原入生鐵。③高爐中從開始軟化到生成自由流動的爐渣的區(qū)間(軟熔帶)要小,，減小氣流通過的阻力,，以有利于高爐爐料的順行和強化冶煉。④爐渣性能穩(wěn)定,，不因爐溫和爐渣成分的小量波動而引起爐渣物理性能的劇烈變化,。⑤渣量要小，以減少熔劑和燃料的消耗,，改善料柱下部的透氣性,，先進高爐每噸生鐵的渣量已降到300公斤以下。⑥要有利于保護爐襯,。
　　爐渣堿度 是表征和決定爐渣物理化學性能的最重要的特性指數(shù),。堿度用
等堿性氧化物與酸性氧化物的重量百分比的比值來表示。為簡便起見通常均用
,當Al2O3和MgO的含量高,、波動大時,，采用后兩種表示方法。
　　渣中(CaO+MgO)＜(SiO2+Al2O3)的渣叫酸性渣,。這種渣粘度大,凝固慢,通稱長渣,。(CaO+MgO)＞(SiO2+Al2O3)的渣叫堿性渣。高堿渣凝固溫度高,，冷凝快,，熔融時流動性好；但溫度偏低時,，析出固相,，就變得粘稠,。這種渣也叫短渣,。 (CaO+MgO):(SiO2+Al2O3)≈1.0的爐渣,凝固溫度較低,，流動性也較好。在高爐中,，為了保證爐況順行和某些反應的順利進行,，爐渣在爐缸溫度范圍內的粘度最好不大于5泊，最高不宜超過25泊,。同時,粘度也不宜過低,，過低時容易侵蝕爐襯，縮短高爐壽命,。
　　渣鐵反應 在高爐下部,，渣鐵間進行一系列反應。部分親氧力較鐵強的金屬如錳,、釩,、鈮、硅等的氧化物和在上部來不及還原的FeO將從爐渣中還原出來,。這些反應決定了鐵水的成分和有關元素的回收率,。
　　各種氧化物從渣中還原的反應式為：

(MexOy)+y【C】─→x【Me】+yCo

　　由于鐵水中的碳飽和，爐缸中CO分壓基本固定,，因而上述各元素的還原情況主要決定于鐵水中有關元素和渣中有關氧化物的活度以及爐缸溫度,。一般規(guī)律是：爐缸溫度愈高，各元素還原入鐵水的量愈多,；爐渣堿度愈大,，能形成堿性氧化物的金屬如錳、釩,、鈮等還原入鐵水的量就愈多,，而形成酸性氧化物的元素（如硅）的還原就愈困難。
　　脫硫 是渣鐵間最重要的反應,，將決定生鐵的質量,。CaO的脫硫反應式為：

【FeS】+(CaO)+【C】─→

(CaS)+【Fe】+CO-35620千卡

　　如上所述，由于鐵液中碳飽和,，爐缸中CO分壓基本固定,，所以脫硫反應的程度主要決定于渣中CaO、CaS的活度和鐵液中硫的活度以及反應的溫度和動力學條件,。從熱力學角度看,，CaO比MgO、MnO有更高的脫硫能力,。渣中CaO的活度在堿度（CaO/SiO2比值）高過1.0左右后,提高很快,，因而爐渣脫硫能力顯著提高。由于MgO,、MnO本身也能在一定范圍中與硫起反應,又能改善爐渣的流動性,所以它們的存在對脫硫有利,。高爐爐渣的堿度首先根據脫硫需要確定,，一般在0.9～1.3。過高的堿度會使爐渣的熔化溫度過高,，爐渣流動性變壞,，反而不利于脫硫。
　　當渣鐵間脫硫反應達到平衡時,硫分配系數(shù)Ls=(S)/【S】,，決定于反應平衡常數(shù)的大小,，式中(S)為爐渣中硫的含量,【S】為鐵水中硫的含量。在高爐中由于受出鐵出渣時間和反應動力學條件的限制,，Ls達不到平衡值,。一般高爐渣平衡時的Ls可達200以上,而實際生產中的僅為30～80。因此,，提高爐缸溫度,、降低爐渣粘度等改善脫硫的動力學條件的措施，都有利于爐內脫硫,。
　　優(yōu)質鋼的含硫量一般為0.01％ 左右,，特殊的要求＜0.003％。高爐鐵水的含硫量常在0.02～0.05％,這不能滿足煉鋼要求,。如果進一步提高高爐脫硫能力,，又不經濟。因此現(xiàn)在多采用鐵水爐外脫硫,。
　　爐料和煤氣的運動 高爐內爐料不斷均勻下降和煤氣流穩(wěn)定上升并盡可能與鐵礦石多接觸是正常冶煉的基本前題,。
　　爐料能夠下降是因為：①風口前的焦炭不斷燃燒氣化,經渣口、鐵口定期放出渣和鐵,使爐缸中有了自由空間,。②促使料柱下降的重力能克服爐墻的摩擦阻力,、煤氣流動的阻力和浮力以及爐缸爐腹中心以焦炭為骨架的相對運動較慢的死料柱的阻力，其中最主要的是煤氣流的阻力,。愛根 (Ergun)公式能較全面,、近似地反映出多種因素對煤氣阻力的影響。煤氣流的壓力梯度表示為：



　　式中Δp為壓力降(公斤力/米2),h為料層高度(米),，ε為爐料空隙度（無因次）, dp為爐料直徑(米),，∮為形狀系數(shù),無因次(∮＜1)，g為重力加速度(米/秒2),，μg為氣體粘度系數(shù) (公斤力·秒／米2),，γg為煤氣重度（公斤力／米3），vg為空爐時煤氣流速（米／秒）,。
　　由上式看出：
　?、?爐料空隙度(ε)影響透氣性最大。篩凈爐料粉末,爐料粒度均勻,對高爐順行和強化冶煉至為重要。②爐料粒度愈小,，雖對還原速度有利,，但增加煤氣流的阻力。③壓力梯度的增加與氣流速度(vg)平方相關,。高爐采用高壓操作可以減小vg，這是強化高爐冶煉和促進順行的有效手段,。
　　為了充分利用煤氣流的熱焓和化學勢以獲得最佳生產指標,，還要求煤氣流在高爐橫斷面合理分布，以求與礦石充分接觸,。在理論上,，如果斷面上各點爐料粒度和空隙度大致相等，將得到最佳的煤氣流分布,。但一些屬于結構和設備的原因,，造成斷面上煤氣分布不均。例如爐墻表面平滑,，透氣性比他處好,。又如傳統(tǒng)的雙鐘布料方法，使爐喉處料面堆成一個帶尖峰的圓圈,，一批礦石料沿半徑分布厚薄不勻,，并且有粒度偏析，必然導致煤氣分布不勻,。為此,，通過改變裝料制度（批重大小、裝料順序,、料線高低等）來調節(jié)煤氣分布,。新型無鐘爐頂?shù)男D溜槽和可調爐喉等，為達到最佳的煤氣分布創(chuàng)造了有利的條件,。
　　在煤氣流與爐料柱熱交換的過程中,，煤氣流是載熱體。同一水平面上煤氣通過多的地區(qū)必然溫度高,，礦石軟熔早,。如爐頂裝料時邊緣透氣差的礦石少于其他地區(qū)，或者風口風速過低,，煤氣流不易達到爐缸中心,，則沿高爐爐墻附近通過的煤氣較多，靠爐墻的礦石將比爐中心礦石提前軟熔,。結果軟熔帶將不是如圖1中的倒V字形,而是正V字形,。在這種情況下,不僅爐腹磚襯和冷卻器容易燒壞，而且爐缸中心容易堆積爐料,導致不順行和產生出高硫生鐵。如形成圖1中的倒 V形軟熔帶,，則中心錐型焦炭滴落帶透氣性好,，高溫煤氣通過較多，滴下的渣和鐵得到充分還原和加熱,，使爐缸內渣,、鐵反應充分進行，溫度均勻,，熱量充足,，獲得良好的冶煉效果。煤氣流是經過軟熔帶的焦炭夾層進入塊狀帶的,，所以軟熔帶起著煤氣流分布器的作用,。中心頂點過高的倒 V形軟熔帶雖然有利于高爐強化，但會減少間接還原所依賴的塊狀帶空間,。通過調整爐喉礦石分布和風口送風制度,，可適當控制倒V形軟熔帶的高度，以降低煉鐵能耗,充分進行間接還原,。

高爐冶煉工藝--爐前操作

高爐爐前操作

一,、爐前操作的任務

1、利用開口機,、泥炮,、堵渣機等專用設備和各種工具，按規(guī)定的時間分別打開渣,、鐵口,，放出渣、鐵,，并經渣鐵溝分別流人渣,、鐵罐內，渣鐵出完后封堵渣,、鐵口,，以保證高爐生產的連續(xù)進行。

2..,、完成渣,、鐵口和各種爐前專用設備的維護工作。

3,、制作和修補撇渣器,、出鐵主溝及渣、鐵溝,。

4,、更換風,、渣口等冷卻設備及清理渣鐵運輸線等一系列與出渣出鐵相關的工作。

二,、高爐不能及時出凈渣鐵,，會帶來以下不利影響：

1、影響爐缸料柱的透氣性,，造成壓差升高,，下料速度變慢，嚴重時還會導致崩料,、懸料以及風口灌渣事故,。

2、爐缸內積存的渣鐵過多,，造成渣中帶鐵，燒壞渣口甚至引起爆炸,。

3,、上渣放不好，引起鐵口工作失常,。

4,、鐵口維護不好。鐵口長期過淺,，不僅高爐不易出好鐵,，引起跑大流、漫鐵道等爐前事故,，直至燒壞爐缸冷卻壁,，危及高爐的安全生產，有的還會導致高爐長期休風檢修,，損失慘重,。

三、爐前操作平臺

1．風口平臺

◆概念：在風口下方沿爐缸四周設置的高度距風口中心線1150～1250mm的工作平臺,，稱為風口平臺,。

◆作用：為便于觀察風口和檢查冷卻設備以及進行更換風、渣口等冷卻設備的操作,。

◆要求：寬敞平坦,；留有一定的泄水坡度；設有環(huán)形吊車,。

2．出鐵場

出鐵場的要求：

◆采用環(huán)形或矩形出鐵場,。

◆上空設有天棚。

◆設有排煙機和除塵裝置,。

◆設有各種出鐵設備,。

◆鋪設有鐵水主溝。

鐵水主溝是從鐵口泥套外至撇渣器的鐵水溝，鐵水和下渣都經此流至撇渣器,，一般坡度為5％～l0％.

大型高爐一般采用貯鐵式主溝,，溝內經常貯存一定深度的鐵水(450～600 mm)，使鐵水流射落時不致直接沖擊溝底,，貯鐵式主溝的另一個優(yōu)點是可避免大幅度急冷急熱的破壞作用,，延長主溝的壽命。

墊溝料采用氧化鋁一碳化硅一炭系列,，制作工藝采用澆注型,、預制塊型。

◆鋪設有撇渣器,。

撇渣器又稱砂口,，它位于出鐵主溝末端，是出鐵過程中利用渣鐵密度的不同而使之分離的關鍵設備,。大型高爐撇渣器與大溝成為一個整體,。

◆鋪設有支鐵溝

支鐵溝又稱彎溝，它是位于撇渣器后至鐵水溝流嘴之間的鐵水溝,。

◆設有貯備爐前常用的炮泥,、覆蓋劑、焦粉,、河沙等耐火材料和一些必要工具的倉庫,。

四、高爐爐前操作指標

1．出鐵次數(shù)的確定

出鐵次數(shù)的確定原則：

◆每次最大出鐵量不超過爐缸的安全容鐵量,；

◆足夠的出鐵準備工作時間,；

◆有利于高爐順行；

◆有利于鐵口的維護,。

2．爐前操作指標

◆出鐵正點率

出鐵正點是指按時打開鐵口并在規(guī)定的時間內出凈渣鐵,。

不按正點出鐵，會使渣鐵出不凈,，鐵口難以維護,，影響高爐的順行，還會影響運輸和煉鋼生產,。

◆鐵口深度合格率

鐵口深度合格率是指鐵口深度合格次數(shù)與實際出鐵次數(shù)的比值,。

鐵口過淺容易造成出鐵事故，長期過淺甚至會導致爐缸燒穿,，鐵口過深則延長出鐵時間,。

◆鐵量差

為了保持最低的鐵水液面的穩(wěn)定，要求每次實際出鐵量與理論計算出鐵量差值(即鐵量差)不大于l0％～l5％：

鐵量差=nt理—t實

式中 n——兩次出鐵間的下料批數(shù),，批,；

t理——每批料的理論出鐵量,，t；

t實——本次實際出鐵量,，t,。

鐵量差小表示出鐵正常，這樣就有利于高爐的順行和鐵口的維護,。

◆全風堵口率

正常出鐵堵鐵口應在全風下進行,，不應放風。

◆上渣率

有渣口的高爐,，從渣口排放的爐渣稱為上渣,，從鐵口排出的爐渣稱為下渣。

上渣率是指從渣口排放的爐渣量占全部爐渣量的百分比,。

上渣率高(一般要求在70％以上),，說明上渣放得多，從鐵口流出的渣量就少,，減少了爐渣對鐵口的沖刷和侵蝕作用,，有利于鐵口的維護。