高炉冶炼工艺简介

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[kg2]CaCO[kg2]和白云石中MgCO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。

液态渣铁积聚于炉缸底部,由于比重不同,渣液浮于铁液之上,定时从炉缸放出铁水出炉温度一般为1400～1550，渣温比铁温一般高30～70。

煤气流沿高炉断面合理均匀地分布上升，能改善煤气与炉料之间的传热和传质过程，顺利地完成加热、还原铁矿石和熔化渣、铁等过程，达到高产、低耗、优质的要求。

高炉中铁的还原 高炉中主要被还原的是铁的氧化物:FeO(赤铁矿),FeO（磁铁矿）和FeO（浮氏体，从0.04到0.125）等。每得到1000公斤金属铁，通过还原被除去的氧量为：赤铁矿429公斤,磁铁矿382公斤,浮氏体（按FeO计算）286公斤。

主要还原剂 焦炭中的碳和鼓风中的氧燃烧生成的CO气体，以及鼓风和燃料在炉内反应生成的H是高炉中的主要还原剂。约从400开始,氧化铁逐步从高价铁还原成低价铁，一直到金属铁。

间接还原 氧化铁由[kg2]CO[kg2]还原生成[kg2]CO[kg2]或由[kg2]H[kg2]还原生成HO的过程。还原顺序为:[kg2]FeO─→FeO─→FeO─→Fe（低于570时，FeO不稳定,还原顺序为：FeO─→FeO─→Fe）。从图2[Fe-O-C体系气相平衡组成] 2100433B

将锰矿（包括烧结矿）、焦炭、石灰、白云石按配比从炉顶加入高炉。鼓风机从高炉风口鼓入热空气与焦炭燃烧产生热量，使炉料熔化，还原而成为炉渣与高碳锰铁，定时从炉底排出。炉渣排入渣罐送冲渣池粒化，用作生产水泥及建筑材料的原料。高碳锰铁送铸锭间用铸铁机铸锭。（见图1）炉顶产生的荒煤气含尘量高（30～50g/m），粒度细（85%<2μm），温度高（350～600℃），粉尘易凝聚成硬块，给荒煤气净化带来很多困难。荒煤气从炉顶经重力除尘器、文氏管、电除尘净化后，净煤气含尘量<10mg/m。部分煤气用于热风炉，其余作燃料。这种湿式除尘系统产生大量洗涤水，浊度高，含有氰化物（30～300 mg/t）、Mn、Pb、Zn、As、酚等有害物质，要用水渣过滤法或生物化学法或亚硫酸铁沉淀法等处理后，闭路循环使用，才能达到环保要求。

法国巴黎乌特罗锰铁公司（SFPO）的锰铁高炉的煤气净化系统是先用板式电除尘器除尘后再经洗涤塔水洗（图2）。荒煤气含尘约30 g/m3，处理后净煤气含尘约1 mg/m3。生产1t高碳锰铁产生的炉气粉尘中，含有氰化物4.25kg，干式除尘系统除去94%（4.0kg）。重力除尘器和板式电除尘器收集的干灰，经螺旋输送机送入集灰室。从集灰室的四周通入冷风使氰燃烧后生成CO₂与N₂由排气管排入大气。除氰率可达100%。洗涤塔和洗气机产生的污水含氰量为0.2 kg。经过滤（塑料层）、蒸发塔挥发约90%，废气从塔顶烟囱排入大气。余下约10%随污水经沉淀池沉淀后，循环使用。

高炉冶炼锰铁的焦比高，负荷轻；煤气量大，在炉身极易发展边沿气流；炉料吹损大；炉顶温度高。初渣中MnO含量高，流动性好，对炉身中、下部耐火砖侵蚀快。由于上述特点和冶炼规律，锰铁高炉的内型与生铁高炉相比是扩大炉喉；加大炉腹直径使高炉有效高度和炉腰直径比降低；实践证明，无炉衬高炉（图3）能适应冶炼锰铁的要求，可以得到较好的技术经济效益。所谓无炉衬高炉是指除承受高温炉渣和铁液的炉缸与炉底部分用砖砌外，炉腹、炉身的外壳用水喷淋或汽化冷却。不砌耐火材料。锰铁高炉的其他设备基本与炼铁高炉相同，仅在一些参数和设备匹配上作适当修改。

1875年普尔塞尔（A.Pourcel）在法国泰尔努瓦（Terre Noire）的高炉内炼出含有60%～80%Mn，6%～7%C的高碳锰铁。20世纪初中国汉阳铁厂在100t高炉内冶炼镜铁。1937～1944年日商在天津建制铁所冶炼锰铁。中华人民共和国成立后，1949年阳泉钢铁厂用高炉冶炼镜铁和锰铁。鞍山钢铁公司于1950年用试验炉和临近大修的高炉冶炼锰铁。石景山钢铁厂、重庆钢铁厂与马鞍山钢铁厂等都先后用高炉生产锰铁和镜铁。新余钢铁厂于1960年开始冶炼锰铁。