工业炼铁原料及作用（介绍工业炼铁的反应原理是什么）

高炉炼铁工艺流程分如下几个部分：高炉炼铁工艺流程详细介绍，高炉炼铁原理，高炉冶炼主要工艺设备介绍，高炉炼铁所用原料、高炉炉本体的主要部件简介和高炉操作知识等。

一、详细介绍了高炉炼铁的工艺流程

高炉炼铁工艺流程的详细示意图见下图：

二、高炉炼铁的原理

炼铁过程本质上是从它的自然形态—矿石和其他含铁化合物中铁被还原成铁。

炼铁方法包括高炉法，直接还原法和熔融还原法，它们的原理都是矿石经过物化反应，在一定气氛下（还原物质为CO,H2,C等；适宜温度等等）得到还原生铁。生铁除少量供铸造用以外，绝大多数都用作炼钢原料。

现代炼铁以高炉炼铁为主，在钢铁生产过程中占有重要地位。此法是从古代竖炉炼铁演变，完善而来。尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法，但由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大，劳动生产率高，能耗低，这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的95%以上。

炼铁工艺就是把含铁原料（烧结矿，球团矿或者铁矿等）和燃料（焦炭、煤粉等）等辅助原料（石灰石，白云石，锰矿含量丰富）按照一定的比例从高炉炉顶装到高炉内，并由热风炉在高炉下部沿炉周的风口向高炉内鼓入热风助焦炭燃烧（一些高炉还喷吹煤粉，重油，天然气和其他辅助燃料），当温度较高时，焦炭中碳与鼓入空气的氧气一起燃烧产生的一氧化碳、氢气等气体。原料，燃料随炉内熔炼及其他工序不断减少，炉料减少时与增加的煤气会遇，依次产生传热，还原，熔化，脱炭等反应，形成生铁，铁矿石原料内杂质和添加到炉内熔剂结合形成渣滓，炉底部铁水断续释放装在铁水罐内送至炼钢厂。同时生产高炉煤气、炉渣两大副产品，其中高炉渣铁是以矿石为主的未还原杂质与石灰石等熔剂粘结而成，从渣口流出，经过水淬处理完全用作水泥生产原料；所生产煤气由炉顶引出，经过除尘，用作热风炉，加热炉，焦炉和锅炉燃料。炼铁的工艺流程及主要排污节点如上。

三、介绍了高炉冶炼的主要工艺设备

高炉炼铁设备的构成如下：一，高炉本体；2，供料设备；3。送风设备；4。喷吹设备；5气体处理设备；6。渣铁处理设备。

一般情况下辅助系统施工投资比高炉本体高4~5倍。在生产过程中各系统之间相互配合和相互制约，构成了持续而又大范围高温生产过程。高炉开炉后，全系统不得不昼夜不停的生产，除计划大修及特殊事故临时停风以外，通常都是在一代寿命结束时停止。

简述了高炉炼铁系统（炉体系统，渣处理系统，上料系统，除尘系统，送风系统等）的主要设备。

1、高炉里

高炉炉的本体比较复杂，文末附专文。

横断面呈圆形，炼铁竖炉。以钢板为炉壳，在外壳中砌筑耐火砖衬里。高炉本体从上到下分为炉喉，炉身，炉腰，炉腹和炉缸五大部分。由于高炉炼铁具有技术经济指标好、流程简单、生产量大、劳动生产效率高、能耗低的特点，因此该法生产出的铁量在全球铁总产量中占有很大比例。高炉生产过程中，铁矿石，焦炭和造渣熔剂（石灰石）从炉顶装好，预热后的空气由设在炉子下部沿炉周风口吹出。焦炭（一些高炉还喷吹煤粉，重油，天然气和其他辅助燃料）中碳与鼓入空气的氧气在高温条件下燃烧产生一氧化碳，氢气，炉内提升时脱除铁矿石中氧以还原获得铁。所炼铁水由铁口排出。铁矿石中未经还原杂质与石灰石及其他熔剂相结合产生炉渣并由渣口流出。生成的煤气由炉顶流出，经过除尘，用作热风炉，加热炉，焦炉和锅炉燃料。高炉冶炼以生铁为主，也有副产高炉渣、高炉煤气等。

2、高炉除尘器等

用于高炉煤气中粉尘收集装置。高炉用除尘器有重力除尘器、离心除尘器、旋风除尘器、洗涤塔、文氏管、洗气机、电除尘器、布袋除尘器等。60~90um），可用重力除尘器、离心除尘器和旋风除尘器等除尘；” data-s data-pos=”66″ data-len=”38″>粗颗粒粉尘（>60~90um），可用重力除尘器、离心除尘器和旋风除尘器等除尘；细粒灰尘需要洗气机，电除尘器和其他除尘设备。

3、高炉鼓风机等

高炉主要动力设备之一。不仅为高炉冶炼直接供氧，还为克服高炉料柱阻力提供气体动力。现代大中小型高炉使用的鼓风机多采用汽轮机带动离心式鼓风机及轴流式鼓风机。近几年采用了大容量同步电动鼓风机。这类鼓风机虽然耗电大，但是起动容易、维护容易、投资也小。高炉冶炼需要鼓风机能够提供一定数量的空气来确保燃烧部分炭；其所需风量不仅正比于炉容，还与高炉强化程度相关，通常以2.1~2.5m3/min单位炉容配备。但是在现实中很多高炉鉴于生产发展情况，所装备风机能力均超过了这个比例。

5、铁水罐车等

铁水罐车是用来输送铁水以实现铁水从脱硫跨和加料跨间转移或者置于混铁炉下方以供高炉或者混铁炉及其他出铁使用。

四、用于高炉炼铁

高炉冶炼所用的原料主要由铁矿石、燃料（焦炭）和助熔剂（石灰石）三部分组成。

一般冶炼1吨生铁需要铁矿石1.5-2.0吨，木炭0.4-0.6吨焦，助熔剂0.2-0.4吨，总共需要原料2-3吨。为确保高炉连续生产，需要充足的原料供应。

所以，不论是生铁厂家或钢厂在购买原料方面都显得特别重要。

生铁冶炼虽然在原理上是一致的，但其工艺流程因方法和冶炼设备而异。现分别简述如下。

高炉生产持续不断。一代高炉（自开炉至检修停炉，是一代）可连续生产数年至十余年。在生产过程中，铁矿石，焦炭和熔剂从炉顶（普通炉顶由料种和料斗两部分构成，现代高炉采用钟阀炉顶、无料钟炉顶）连续装入，从高炉下部风口吹入热风（1000~1300摄氏度），喷入油、煤或天然气等燃料。装在高炉内的铁矿石主要由铁与氧气的化合物组成。当温度较高时，焦炭中和喷吹物中炭以及炭燃烧后产生的一氧化碳从铁矿石中攫取氧气而获得铁的过程称为还原。铁矿石经还原反应炼得生铁后，铁水由出铁口排出。铁矿石的脉石，焦炭和喷吹物的灰分同添加到炉内的石灰石及其他熔剂相结合产生炉渣并分别由出铁口，出渣口流出。煤气由炉顶引出除尘用作工业用煤气。现代化高炉也可利用炉顶高压将输出的煤气一部分用于发电。

高炉生铁是高炉产品（指高炉冶炼生铁），而高炉的产品不仅仅是生铁，还有锰铁等，属于铁合金产品。锰铁高炉没有参与炼铁高炉的各项指标计算工作。高炉炼铁也会产生副产品，如水渣，矿渣棉以及高炉煤气。

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。

目前我国单一性生铁厂家高炉容积亦已达500左右立方米，但是大部分还保持在100-300立方米左右，甚至还有100立方米以下高耗能高污染小高炉，它的产品质量良莠不齐，发布零散，没有自己的规模性，甚至无法和国际钢铁厂媲美。

附：高炉炉本体主要构件

高炉炉壳：现代化高炉普遍采用焊接钢板炉壳，仅有极个别最小型土高炉采用钢箍进行强化。炉壳具有固定冷却设备、确保高炉砌体坚固和密封炉体等功能，有些还要受到炉顶载荷的作用。炉壳除了受到很大重力作用之外，还受到热应力及内部煤气压力作用，有时还会受到崩料，坐料等突然撞击，甚至会产生煤气爆炸，所以必须具备足够强度。炉壳的外形尺寸要适合高炉的内型，炉体各部的厚度，冷却设备的结构形式等。

炉喉：高炉本体最上层为圆筒形。炉喉是炉料加入口和煤气导出口。对炉料及煤气上分布起到了控制与调节作用。炉喉直径要与炉缸直径，炉腰直径，大钟直径等恰当的配比。炉喉高度应允许装入一批或多批物料，以能够起控制炉内物料及煤气流分布的作用为限。

炉身：高炉铁矿石主要间接还原区，为圆锥台或圆台形，从上至下逐渐增大，用于使遇热时炉料产生体积膨胀而不产生料拱和降低炉料降低阻找力。炉身角对炉料的降低及煤气流的分布具有较大的影响。

炉腰：高炉最大直径区域。实现了炉身与炉腹之间的合理转换。因炉腰处有渣生成，且黏稠初成渣恶化炉料透气性，为了降低煤气流阻力，当渣量较大时可以适当增大炉腰直径，但仍须使其与其它部分大小保持适当比例关系，比值以取上限值为宜。炉腰高度对于高炉冶炼过程的影响并不是十分显著，通常只是在一个较小的幅度内变化。

炉腹：高炉熔化及造渣主要地段，为倒锥台形。为了满足炉料熔化时体积收缩这一特性，直径由上至下逐渐减小，并形成了一定炉腹角。炉腹的出现将燃烧带放置在一个适当的位置上，利于气流分布均匀。炉腹高度取决于高炉容积的大小，但也不能太高或太低，通常在3.0~3.6m之间。炉腹角通常在79~82之间；过大对煤气流的分布是不利；太小对炉料的顺行不利。

炉缸：高炉燃料燃烧，渣铁反应以及储存与排放的地区，均为圆筒形结构。出铁口，渣口与风口均位于炉缸位置，所以又是经受高温煤气与渣铁物理与化学侵蚀最为强烈的地方，对于高炉煤气初期分布，热制度以及生铁质量与种类等有着极其重要的影响。

炉底：高炉炉底砌体既要受炉料，渣液，铁水等静压力作用，又要受1400~4600°C高温，机械，化学侵蚀，侵蚀程度的大小决定了高炉一代寿命。砌体表面温度只有降至与其接触渣铁凝固温度并在表面形成渣皮（或铁壳）才可防止其被进一步侵蚀，因此炉底必须冷却。一般是风冷还是水冷。目前国内大、中型高炉多使用全碳砖炉底或者碳砖与高铝砖合成炉底，极大地增强了炉底散热。

炉基：其功能是根据地层的承载能力把集中承受的重量均匀传递到地层中去，所以它们的外形均向下膨胀。高炉及炉基总重量往往是高炉容积的10—18倍（吨）。炉基不得出现不均匀下沉现象，炉基倾斜值一般不得超过0.1%~0.5%。高炉炉基应具有足够强度及耐热能力以避免在各应力条件下开裂。炉基多制成圆形或多边形来减小热应力分布不均。

炉衬：高炉炉衬在高炉内构成了一个工作的空间，并且起着降低高炉内热损失，保护炉壳等金属结构不受热应力及化学侵蚀等作用。炉衬由可抗高温作用耐火材料砌成。炉衬破坏受到很多因素影响，每个部位的工况不一样，受到破坏的机理就不一样，所以一定要根据位置，冷却情况以及高炉的运行情况来选择不同耐火材料。

炉喉护板：炉喉受炉料经常冲击及高温煤气流冲蚀，工况很差，保持炉喉呈圆筒形状而不受损坏是高炉上调整的前提。为此在炉喉上安装了保护板（钢砖）。小高炉炉喉保护板可采用铸铁制成敞口匣子形状；大高炉炉喉护板是由100~150mm厚铸钢制成。炉喉护板有块状，条状，变径等多种形态。变径炉喉护板对炉料及煤气流的分配也有一定的调节作用。

高炉解体后

要想从操作技术上正确地处理高炉冶炼过程中常出现的各种复杂情况，就必须对炉内状况有一个有效的认识。在尽可能维持高炉原生产状态停炉，注水冷却或者充氮冷却之后，从炉喉炉料起直至炉底积铁为止进行详细解体调查即高炉解体调查。它虽不能完全了解高炉生产的动态情况，但对了解高炉过程、强化高炉冶炼很有参考价值。

高炉冷却装置等

高炉炉衬内的温度最高可达1400°C，普通耐火砖会出现软化、变形现象。高炉冷却装置用于延长砖衬寿命，以将炉衬中的热量转移到炉底，将炉渣凝结于炉底形成保护性渣皮，高炉冷却设备根据其构造大致可以分为：外喷水冷却，风口渣口冷却，冷却壁与冷却水箱及空冷（水冷）炉底部冷却及其他设备。

高炉灰等

又称炉尘，是高炉煤气带出来的一种炉料粉末。它的多少除与高炉冶炼强度和炉顶压力等因素有关之外，也与炉料性质显着相关。炉料粉末含量高，带出炉尘量也高。当前每冶炼1吨铁大约需要10~100kg高炉灰。高炉灰一般含铁40%左右，且含碳及碱性氧化物较高；它以焦末，矿粉为主要原料。烧结料添加一些高炉灰可以节省熔剂，减少燃料消耗。

高炉的基本操作制度

1、炉前作业任务

1用开口机，泥炮，堵渣机及其它专用设备及多种工具在规定时间内将渣口和铁口分别开启，将渣口和铁口释放，分别通过渣口铁沟进入渣罐和铁罐，渣铁出来后将渣口和铁口堵住，确保高炉生产持续生产。

2。完成渣料，铁口及各类炉前专用设备检修。

3制造并修复撇渣器，出铁主沟与渣，铁沟等。

4。换风，渣口及其他冷却设备，清理渣铁运输线，以及其他一系列出渣出铁有关的作业。

2、高炉炉况平稳顺行：通常指炉料减少和煤气流均匀向上流动、炉温平稳丰沛、生铁达标、高产低耗等。

3、操作制度：高炉操作准则，是根据高炉的具体情况（例如，高炉炉型，设备水平，原料条件，生产计划和品种指标的要求等等）而制订的。

4、高炉的基本操作步骤：装料，送风，炉缸热，造渣。