高炉工艺]高炉冶炼过程

《高炉工艺]高炉冶炼过程》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、高炉工艺]高炉冶炼过程　　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

2、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1350～140

3、0℃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。在图1中，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

4、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:Fe2O3(赤铁矿),Fe3O4（磁铁矿）和Fe1-yO（浮氏体，y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H2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

5、原成低价铁，一直到金属铁。　　间接还原 氧化铁由CO还原生成CO2或由H2还原生成H2O的过程。还原顺序为:Fe2O3─→Fe3O4─→FeO─→Fe（低于570℃时，FeO不稳定,还原顺序为：Fe2O3─→Fe3O4─→Fe）。从图2可看到各级氧化铁与气相的平衡关系。　　氧化铁还原的主要还原反应为：　　3Fe2O3+CO─→2Fe3O4+CO2+8870千卡　　Fe3O4+CO─→3FeO+CO2-4990千卡　　FeO+CO─→Fe+CO2+3250千卡　　以及3Fe2O3+H2─→2Fe3O4+H2O-1000千卡　　Fe3O4+H2─→3FeO+H

6、2O-14860千卡　　FeO+H2─→Fe+H2O-6620千卡　　H2和CO同时作为还原剂存在时，受水煤气反应的制约：　　　　H2+CO2─→H2O+CO-9870千卡　　注：式内反应热从工程习惯按公斤分子计。　　　　直接还原 在高温区（约850℃开始）因有大量焦炭存在,生成的CO2和H2O立即与焦炭反应,转化成CO和H2：CO2+C─→2CO-39600千卡H2O+C─→H2+CO-29730千卡　　所以从全过程看，可认为是由碳素直接还原氧化铁生成CO和铁：FeO+C─→Fe+CO-36350千卡　　这种高温还原叫做直接还原。因为直接还原比间接还原耗

7、热大得多，所以在高炉内应尽可能提高中温区的间接还原率，以降低焦比和燃料比。　　影响还原速度的因素 气体还原铁矿石的速度受到许多因素的影响：矿石的性质（例如粒度，气孔度，气孔表面积）,是难还原的磁铁矿还是易还原的褐铁矿,煤气的成分和流速以及还原温度等。气－固还原过程包括以下基本环节：①还原气体通过矿粒表面的气膜向矿石表面扩散；②还原气体通过已还原金属层向矿石内部扩散；③金属铁－浮氏体两相界面上的化学反应；④还原气体产物通过已还原金属层向外扩散；⑤还原气体通过附面气膜向外扩散。　　还原模式有两种：当矿石结构致密，还原金属层是自外表逐步向矿粒中心扩展，中心未反应

8、的核心部分逐步缩小，可称为“未反应核”还原模式；如果矿石多孔疏松，