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收藏词条   编辑词条 高炉

创建时间:2008-08-02

高炉(blast furnace)

横断面为圆形的炼铁竖炉。用钢板作炉壳,壳内砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸5部分。由于高炉炼铁技术经济指标良好,工艺简单,生产量大,劳动生产效率高,能耗低等优点,故这种方法生产的铁占世界铁总产量的绝大部分。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。高炉冶炼的主要产品是生铁,还有副产高炉渣和高炉煤气。

高炉冶炼用的原料

高炉冶炼用的原料主要由铁矿石、燃料(焦炭)和熔剂(石灰石)三部分组成。

通常,冶炼1吨生铁需要1.5-2.0吨铁矿石,0.4-0.6吨焦炭,0.2-0.4吨熔剂,总计需要2-3吨原料。为了保证高炉生产的连续性,要求有足够数量的原料供应。

因此,无论是生铁厂家还是钢厂采购原料的工作是尤其重要。

高炉生产是连续进行的。一代高炉(从开炉到大修停炉为一代)能连续生产几年到十几年。生产时,从炉顶(一般炉顶是由料种与料斗组成,现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶)不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂,从高炉下部的风口吹进热风(1000~1300摄氏度),喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石,主要是铁和氧的化合物。在高温下,焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来,得到铁,这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁,铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣,从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出,经除尘后,作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压,用导出的部分煤气发电。

生铁是高炉产品(指高炉冶炼生铁),而高炉的产品不只是生铁,还有锰铁等,属于铁合金产品。锰铁高炉不参加炼铁高炉各种指标的计算。高炉炼铁过程中还产生副产品水渣、矿渣棉和高炉煤气等。

高炉炼铁的特点:规模大,不论是世界其它国家还是中国,高炉的容积在不断扩大,如我国宝钢高炉是4063立方米,日产生铁超过10000吨,炉渣4000多吨,日耗焦4000多吨。

冶炼过程

高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉,并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣,聚集在炉缸中,定期从铁口、渣口放出。

鼓风机送出的冷空气在热风炉加热到800~1350℃以后,经风口连续而稳定地进入炉缸,热风使风口前的焦炭燃烧,产生2000℃以上的炽热还原性煤气。上升的高温煤气流加热铁矿石和熔剂,使成为液态;并使铁矿石完成一系列物理化学变化,煤气流则逐渐冷却。下降料柱与上升煤气流之间进行剧烈的传热、传质和传动量的过程。

下降炉料中的毛细水分当受热到100~200℃即蒸发,褐铁矿和某些脉石中的结晶水要到500~800℃才分解蒸发。主要的熔剂石灰石和白云石,以及其他碳酸盐和硫酸盐,也在炉中受热分解。石灰石中CaCO3和白云石中MgCO3的分解温度分别为900~1000℃和740~900℃。铁矿石在高炉中于400℃或稍低温度下开始还原。部分氧化铁是在下部高温区先熔于炉渣,然后再从渣中还原出铁。

焦炭在高炉中不熔化,只是到风口前才燃烧气化,少部分焦炭在还原氧化物时气化成CO。而矿石在部分还原并升温到1000~1100℃时就开始软化;到1350~1400℃时完全熔化;超过1400℃就滴落。焦炭和矿石在下降过程中,一直保持交替分层的结构。由于高炉中的逆流热交换,形成了温度分布不同的几个区域,①区是矿石与焦炭分层的干区,称块状带,没有液体;②区为由软熔层和焦炭夹层组成的软熔带,矿石开始软化到完全熔化;③区是液态渣、铁的滴落带,带内只有焦炭仍是固体;④风口前有一个袋形的焦炭回旋区,在这里,焦炭强烈地回旋和燃烧,是炉内热量和气体还原剂的主要产生地。

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