1、一 爐料在爐內的物理化學變化 2.5 高爐冶煉基本原理 二 還原過程 還原反應是高爐內最基本的化學反應。 三 高爐爐渣四 生鐵形成五 高爐風口區碳的燃燒 六 高爐內的狀況 圖2-14 (1) 塊狀帶（固體爐料區） 爐料仍保持塊狀狀態； 在這里發生游離水蒸發、結晶水和黃鐵礦分解、鐵礦石間接還原等現象。 同時爐渣在這一區域里發生固相反應，形成了部分低熔點化臺物，這樣就為軟化和熔融創造了條件。(2)軟熔帶 礦石從開始軟化到完全軟化；軟熔帶的形狀和位置對高爐內的熱交換，還原過程和透氣性有著極大的影響。 礦石在下降過程中溫度逐漸升高，當接近和達到其熔化溫度等溫線水平時，開始軟化。接著發生熔融，形成一層具

2、有一定厚度的塑性層，此叫作軟熔帶。 初渣就在這里形成了。初渣成分特點是，由于尚未經過爐渣成分的混勻過程，熔劑CaO也尚未參與造渣、并且礦石此時大部分已還原成FeO或金屬鐵， 所以初渣中FeO的含量較高，堿度為自然堿度(即與礦石本身的堿度相似)，各處成分不均勻。 在軟融帶，還原形成的金屬鐵開始以“冰柱”形式經固體焦炭塊的間隙往下流動，初渣就從“冰柱”中分離出去， 當礦石到達軟融帶下端時，由于滲碳作用，金屬鐵的熔點大大降低，從而完全熔化成液態，并呈滴狀下落。 同時，初渣也由于流動過程的均勻化作用、上升煤氣流的攪拌作用和固體碳的還原作用，成分趨于均勻，渣中FeO含量降至23，至此進入滴下帶。 軟融帶

3、的溫度范圍大致在10001200 之間。 （3） 滴落帶 鐵水和爐渣沿焦炭之間縫隙下降； 礦石經過軟融帶進入滴下帶時，已完全熔化為液態，金屬鐵與爐渣也完全分離開來，金屬鐵經固體焦炭縫隙往下流動。 金屬鐵在下降過程中繼續滲碳，并且不斷吸收由液態渣中還原出來的鐵和其他合金元素。 爐渣則在下降過程當中，由于還原作用，FeO含量繼續降低，SiO2和MnO含量也由于Si和Mn還原進入生鐵而有所降低。 另外由于熔劑CaO不斷溶入渣中，故渣的堿度不斷提高。 同時，由于溫度升高，爐渣的流動性也不斷增加。 爐渣經過風口時，焦炭灰分中的SiO2、Al2O3溶入爐渣而使其堿度又有所下降。 爐渣進入爐缸時又出現經過風

4、口被氧化的金屬鐵被再還原，及脫硫反應等一些變化，最后到達爐缸形成成分確定的終渣。（4）風口帶（焦炭回旋區） 焦炭作回旋運動； 主要發生碳素的燃燒，產生爐缸煤氣，燃燒釋放的熱量由爐缸煤氣傳遞 。（5） 爐缸區 爐缸區內匯集渣鐵，進行最后的渣鐵反應。七 爐料下降條件 在高爐冶煉過程中，爐料在爐內的運動是一個固體散狀料的緩慢移動床。爐料均勻而有節奏地順利下降，是高爐順行的重要標志。 爐料下降的必要條件之一是高爐內必須不斷產生使其下降的自由空間。 70%左右的焦炭在風口前燃燒生成煤氣； 爐料在爐內產生體積收縮、并由固體散料轉化為液體爐渣和鐵水、直接還原消耗碳素以及定時放渣、出鐵。 這些使爐缸下部經常保

5、留著較大的空間。 高爐內不斷出現的自由空間只是為爐料的下降創造了先決條件，但爐料能否順利下降。還取決于下述的力學關系： F=Q（P1+P2+P）=Q有效 P 式中 F爐料下降有效作用力； Q爐料的自重； Pl爐料與爐墻之間的摩擦力； P2爐料之間的摩擦力； P上升煤氣對爐料的阻力； Q有效料柱有效重量。 很顯然，只有當F0時爐料才能下降；F愈大，則愈有利于爐料順利下降；當F接近或等于零時，則爐料產生難行或懸料。 需要指出的是，要使爐料順利下降（可簡稱為順行），不僅要求整個料柱的F大于零，而且還要求各個不同高度截面上和同一截面不同位置上的F大于零。 顯然，某處的F=0時，則該處的爐料處于懸料狀態

6、。 因此，爐料不順行的現象，不僅可能在高爐上部或下部出現，也可能在某一截面上的某一區域出現。 通常情況下，當爐型、原料和操作操作制度一定時，Q有效變化不大，因此，F的大小主要受到P的影響。 P是煤氣流通過高爐料柱時的壓力損失，也即克服摩擦阻力和局部阻力而造成的壓力損失，可近似地看作上升煤氣對下降爐料的浮力。 對整個高爐料柱而言，煤氣在料柱中流通時產生的壓力降為： P=P爐缸-P爐喉 P熱風-P爐頂 式中 P爐缸爐缸煤氣壓力； P爐喉爐喉煤氣壓力； P熱風熱風壓力； P爐頂爐頂煤氣壓力。 由上式可知，提高爐頂煤氣壓力（如高壓操作）或降低熱風壓力有助爐料下降。 一些研究者研究得出，煤氣通過爐內料柱

7、各帶時，產生的壓力降計算式有所不同，但總的來說，影響高爐煤氣通過料柱時所產生的壓力損失的主要因素是料柱的透氣性和煤氣的流速等因素。 八 高爐強化冶煉 高爐強化冶煉的主要目的是提高產量，即提高高爐有效容積利用系數。 提高產量的途徑是提高冶煉強度和降低焦比，生產中主要采用的措施有： 精料、高壓操作、高風溫、富氧鼓風、加濕與脫濕鼓風、噴吹燃料等。1 精料 全面改善原料質量，為高產、優質、低耗打下物質基礎，精料的具體內容可概括為“高、熟、凈、勻、小、穩”七個字。 此外還應重視高溫冶金性能及合理的爐料結構。 （1）提高礦石品位 指提高入爐礦石的含鐵量。 是高爐提高產量和降低燃料比的首要內容。 礦石品位提

8、高后，脈石量減少，減少了單位生鐵的熔劑用量，降低了單位生鐵的渣量，使高爐冶煉單位生鐵的熱量消耗減少，產量提高，同時又能改善高爐下部透氣性，有利于順行。 （2）增加熟料比 燒結礦和球團礦統稱熟料，也叫人造富礦。 增加入爐的熟料比，可以改善礦石的透氣性、還原性和造渣性能，促進高爐熱制度的穩定和爐況順行。 尤其是采用高堿度燒結礦時，還原粉化率低、軟化溫度和還原度高又可減少熔劑加入量。 所以增加熟料比既有利于降低焦比，提高冶煉強度，又有利于高爐順行。 （3）加強原料的整粒工作 “凈、小、勻”都是指精料程度，可統稱為整粒。 按“小”的要求，入爐礦的平均粒度要小，可縮短礦石在爐內的還原時間，改善還原過程。

9、 但粒度不能過小，否則會惡化高爐內料柱透氣性，爐塵增多，使煤氣流分布失常。 按“凈”的要求，入爐料應篩除粉末（小于5mm的物料）。 按“勻”的要求，礦石應進行分級入爐，可以改善高爐內軟融層的透氣性，有利于降低焦比。天然礦石可分為815mm和1530mm兩級。燒結可分為525mm和2550mm兩級使用。（4）穩定原燃料化學成分 入爐原料的成分，尤其是礦石成分的穩定是穩定爐況、穩定操作、保證生鐵質量及實現自動控制的先決條件。 否則，高爐生產會受到很大影響。要保證爐料化學成分和物理性質的穩定，減少入爐料成分的波動，關鍵在于加強原料的管理，搞好爐料的混勻和中和工作。原料的混勻主要是在原料場中進行。（5

10、）合理的爐料結構 指入爐爐料組成的合理搭配，應以獲得最好的技術經濟指標為前提。合理的爐料結構，應當符合下列要求： 具有優良的高溫冶金性能，包括高溫還原強度、還原性、軟熔特性等； 爐料中，以人造富礦為主，爐料的成分能滿足造渣需要，不加或少加熔劑等。 從理論上和高爐經營管理的角度看，使用單一礦石并把熟料率提高到100%是合理的，然而目前還沒有一種理想的礦石能夠完全滿足現代大型高爐強化的需要。 目前主要有四種爐料結構：（1）100%酸性球團礦，配加一定量的石灰石；（2）以酸性球團礦為主，配加超高堿度燒結礦；（3）100%自熔性燒結礦；（4）以高堿度燒結礦為主，配加天然礦或酸性球團礦。 采用什么樣的爐

11、料，應根據具體條件，即合理利用資源。（6）改進焦炭質量 焦炭質量的變化對高爐冶煉的影響有：焦炭強差變差時，焦炭入爐后，粒度組成變化較大，在爐內會產生一定數量的粉末，會影響料柱透氣性，以及大量焦炭進入渣中，使渣變粘稠，造成爐子難行和懸料； 高溫下焦炭的反應性越好，碳的熔損大，焦炭粒度迅速粉化，惡化料柱透氣性，破壞順行；焦炭中的硫增加，高爐爐料硫負荷增加，渣量增加，焦比會升高。 因此，可以說，降低焦炭中的硫及灰分也是高爐強化冶煉措施之一。（7）改善爐料的高溫冶金性能 高溫冶金性能主要包括高溫還原強度、還原性、軟熔特性等。 人造富礦的高溫還原強度對塊狀帶料柱透氣性有決定性影響，而高溫軟融性特性影響軟

12、融帶結構和氣流分布球團礦在高溫還原條件下，強度變差，影響爐料順行。 一般在大型高爐上只使用部分球團礦。2 高壓操作 指提高高爐內煤氣壓力。提高爐內煤氣壓力是由煤氣系統中的高壓調節閥組控制閥門的開閉度來實現的（如圖2-20所示）。 高壓操作的程度常用爐頂煤氣壓力值表示。一般常壓高爐爐頂煤氣壓力低于130kPa（絕對壓力），凡爐頂煤氣壓力高于此值者為高壓高爐。當前的高壓水平一般為140250 kPa。新設計的巨型高爐，爐頂壓力可到300400 kPa 的水平。高爐高壓操作示意圖3 高風溫 （1）提高風溫有利于降低焦比。高爐內熱最收入來源于兩方面，一是風口前碳素燃燒放出的化學熱，二是熱風帶入的物理熱

13、。熱風帶入的熱占總熱量收入的2%3%。 （2）提高風溫能為提高噴吹量和噴吹效率創造條件。風溫提高后，鼓風動能增大，有利于活躍爐缸，改善煤氣能量的利用，同時爐缸溫度升高，為提高噴吹量和噴吹效率創造條件。 風溫的提高主要是通過改造熱風爐實現的。 4 噴吹燃料 指從風口或其它特設的風口部位向高爐噴吹煤粉、重油、天然氣、裂化氣等各種燃料。噴吹燃料對高爐冶煉的影響是： （1）爐缸煤氣發生量增加，煤氣還原能力提高。高爐噴吹燃料后，煤氣中的CO含量提高（即煤氣還原能力提高）。 （2）煤氣分布得到改善，中心煤氣明顯發展，從而有利于均勻爐缸溫度。噴吹后，煤氣中的H2量增多，氣體粘度減小，煤氣滲透能力提高。 （3

14、）爐缸冷化，頂溫升高，有熱滯后現象。 爐缸冷化是指風口前理論燃燒溫度（風口前燃料燃燒產生的熱量全部用于加熱燃燒產物所能達到的溫度）降低。 熱滯后現象是指高爐增加噴吹量后，由于入爐總燃料量增加，爐溫本應升高。但在噴吹之初，爐缸溫度不升反而暫時下降，過一段時間后，爐缸溫度才上升的一種現象。 （4）噴吹燃料后，噴吹料柱壓差普遍升高，隨噴吹量的增加而增加，下部壓差增加較多。 （5）噴吹后生鐵含硫量降低，質量提高。 高爐噴吹燃料后，爐渣脫硫能力提高，允許適當降低生鐵含硅量。因此，噴吹更適于冶煉低硫低硅生鐵。5 富氧鼓風 富氧鼓風工藝流程1冷風管；2流量孔板；3氧氣插入管；4、8壓力表；5、10截止閥；6氧氣流量孔板；7電磁快速切斷閥；9電動流量調節閥；11放風閥富氧鼓風對高爐冶煉的影響有： （1）提高冶煉強度。富氧鼓風后，風中含氧量的增加，則每噸生鐵需要的風量減少；若保持入爐風量(包括富氧)不變，冶煉強度可提高，增加產量：若焦比有所降低，可望增產更多。 （2）生產單位生鐵時，富氧鼓風之后，煤氣量略有減小。 （3）富氧鼓風后，爐缸理論燃燒溫度升高，爐頂溫度下降，爐缸溫度提高。富氧鼓風后，單位生鐵的煤氣量減少，高溫