炼铁原理是什么（高炉炼铁的原理及过程）

《高炉炼铁工艺流程》共分如下几个部分，分别对高炉炼铁工艺流程进行了详细说明，阐述了高炉炼铁的基本原理，介绍了高炉冶炼的主要工艺设备，介绍了高炉炼铁所用原料，介绍了高炉炉本体的主要构成要素，并对高炉操作进行了了解。

一，详细介绍高炉炼铁的工艺流程

高炉炼铁工艺流程的详细说明见下图。

二，高炉炼铁的基本原理

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，它们的基本原理都是将矿石在一定气氛下（还原物CO,H2,C;合适的温度等等），经物化反应而得到被还原性生铁。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。虽然国际上研究开发出许多新型炼铁法，但是由于高炉炼铁具有技术经济指标好、流程简单、生产量大、劳动生产率高、能耗低等特点，因此该法炼铁量仍然占全球炼铁量的95%以上。

炼铁工艺就是把含铁原料（如烧结矿，球团矿或者铁矿），燃料（如焦炭，煤粉）以及其它辅助原料（如石灰石，白云石，锰矿），从高炉炉顶按照一定的配比装到高炉内，通过热风炉沿炉周风口向下鼓入热风助烧焦炭（部分高炉还喷入煤粉，重油，天然气以及其它辅助燃料），高温时焦炭内的碳与鼓入炉内的氧气一起燃烧所产生的一氧化碳以及氢气。原料，燃料随炉内熔炼及其他工序不断减少，当炉料减少时与向上流动的煤气交汇，依次产生传热，还原，熔化，脱炭等作用产生生铁，铁矿石物料中杂质结合添加到炉内熔剂形成渣滓，炉底部铁水断续释放装铁水罐送炼钢厂。同时生产高炉煤气、炉渣两大副产品，其中高炉渣铁主矿未还原杂质与石灰石及其它熔剂粘结而成，从渣口流出，经水淬处理完全用作水泥生产原料，所生产煤气由炉顶引出，除尘后用作热风炉，加热炉，焦炉及锅炉燃料。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装备

高炉炼铁设备的构成为：1.高炉本体，2.供料设备，3.送风设备，4.喷吹设备，5.煤气处理设备，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。

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

1，高炉

高炉炉的本体比较复杂，文末附专文。

所述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，因此该方法所生产出的铁量在世界铁总产量中占有很大比例。高炉在生产过程中，将铁矿石，焦炭和造渣用熔剂如石灰石等由炉顶盛入炉内，并由设在炉下部沿炉膛周向风口吹出预热后的气流。高温时焦炭中的碳（有些高炉还喷吹煤粉，重油，天然气及其它辅助燃料）与鼓入空中的氧气一起燃烧产生的一氧化碳与氢气一起进入炉膛，炉膛升高时脱除铁矿石中氧而被还原成铁。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

用于高炉煤气中粉尘收集装置。高炉上使用的除尘器包括重力除尘器，离心除尘器，旋风除尘器，洗涤塔，文氏管，洗气机，电除尘器和布袋除尘器。60~90um），可采用重力除尘器，离心除尘器和旋风除尘器除尘；细粒灰尘需采用洗气机和电除尘器。” data-s data-pos=”66″ data-len=”59″>粗粒灰尘（>60~90um），可采用重力除尘器，离心除尘器和旋风除尘器除尘；细粒灰尘需采用洗气机和电除尘器。

3.高炉鼓风机

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碳;;它所需要的风量不仅正比于炉容，还和高炉强化程度相关，通常是按照2.1~2.5m3/min单位炉容风量装备。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

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，用于高炉炼铁的材料

高炉冶炼所用原料，主要包括铁矿石，燃料（焦），熔剂（石灰石）等3大部分。

一般冶炼每吨生铁需铁矿石1.5～2.0t、焦炭0.4～0.6t、熔剂0.2～0.4t共需原料2～3t。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（开炉至大修停一代）可连续投产数年至十余年。在生产过程中，自炉顶（通常炉顶由料种和料斗构成，现代化高炉为钟阀炉顶及无料钟炉顶）连续装填铁矿石、焦炭和熔剂等物料，并自高炉下风口吹出热风（1000~1300℃），同时喷上石油、煤炭或天然气及其他燃料。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高炉炉顶高压将导出煤气一部分用于发电。

生铁即高炉产品（指供高炉冶炼用的生铁），但高炉产品不仅包括生铁，还包括锰铁，属铁合金产品范畴。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。

一、高炉炼铁特点1.规模较大无论世界各国或中国高炉体积都不断增大，以中国宝钢高炉为例，该高炉为4063m3/d,日产铁达1万吨以上，炉渣4000余吨/d,耗焦量4000余吨。

我国现有单一性生铁生产企业，高炉容积也已达500m3左右，但是大部分还保持在100～300m3，即使还有100m3以下高耗能、高污染小高炉，产品质量良莠不齐、发布零散、没有自己规模性、更无法和国际钢铁厂媲美。

附：高炉炉本体主体部分

高炉炉壳：现代化高炉普遍采用焊接钢板炉壳，仅极个别最小土高炉采用钢箍补强。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，有些还要经受炉顶载荷。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，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：是高炉铁矿石的主要间接还原区，其形状为圆锥台的缩写，从上至下逐渐变宽，用于使遇热时炉料体积膨胀而不产生料拱，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：指高炉最大直径处。实现了炉身与炉腹之间的合理转换。因炉腰处有渣生成，且黏稠的初成渣恶化了炉料透气性，为了降低煤气流阻力，当渣量较大时，炉腰直径可以适当增大，但其与其它位置大小仍应保持适当比例关系，其比值以上限取宜。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：高炉熔化造渣主要段，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。炉腹高度根据高炉容积的大小而定，但是既不可太高也不可太低，通常在3.0~3.6米之间。炉腹角通常在79~82之间；太大了对煤气流的分布不利；太小了对炉料的顺行不利。

炉缸：高炉燃料燃烧，渣铁反应以及储存与排放的区域，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，铁水等静压力的作用，又受1400~4600℃高温，机械，化学侵蚀，侵蚀程度的大小决定了高炉一代寿命的长短。只有当砌体表面温度降至与其接触渣铁的凝固温度并在表面产生渣皮（即铁壳）时，才有可能防止渣铁继续被腐蚀，因此炉底必须降温。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给地层，所以外形均向下膨胀。高炉及炉基总重往往是高炉容积（t）的10~18倍。炉基不允许出现不均匀下沉现象，通常炉基倾斜值不得超过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空间，并且起着降低高炉热损失，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刷作用，工况很差，保持其圆筒形状不致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开口匣子形状，大高炉炉喉保护板由厚度为100~150mm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，详细解体调查炉喉炉料起直至炉底积铁情况，即高炉解体调查。虽然不可能全面掌握高炉生产动态，但是对于认识高炉过程和加强高炉冶炼具有重要参考价值。

高炉冷却装置等

高炉炉衬内的温度最高可达1400℃,普通耐火砖会发生软化变形现象。高炉冷却装置为了延长砖衬寿命，为了将炉衬中的热量转移到炉底，同时也为了将炉渣凝结到炉衬下表面形成保护性渣皮，根据其构造，高炉冷却设备大体可以分为：外喷水冷却，风口渣口冷却，冷却壁与冷却水箱及风冷（水冷）炉底。

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。高炉灰中一般含铁约40%,且含碳量高，呈碱性氧化物，主要成份为焦末、矿粉等。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.炉前运行任务

1用开口机，泥炮，堵渣机及多种工具等专用设备，在规定时间内将渣口与铁口分别开启，释放渣铁，通过渣铁沟道分别进入渣罐与铁罐，渣铁出来后堵住渣口与铁罐，确保高炉连续生产。

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.更换风，渣口及其他冷却设备，清理渣铁运输线，涉及出渣，出铁的系列作业。

2.高炉炉况平稳顺行：通常指高炉炉料减少和煤气流均匀地向上流动，炉温平稳丰沛，生铁达标，产量高，能耗低。

3.操作制度：高炉操作准则，它是依据高炉的具体情况（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）而制订的。

4.高炉基本操作制：装料，送风，炉缸热，造渣。