【正文】 高爐煉鐵生產工藝流程簡介[導讀]:高爐煉鐵生產是冶金(鋼鐵)工業(yè)最主要的環(huán)節(jié)。高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產過程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規(guī)定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使爐喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內形成交替分層結構。礦石料在下降過程中逐步被還原、熔化成鐵和渣，聚集在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出。 高爐生產是連續(xù)進行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產幾年到十幾年。本專題將詳細介紹高爐煉鐵生產的工藝流程，主要工藝設備的工作原理以及控制要求等信息。由于時間的倉促和編輯水平有限，專題中難免出現遺漏或錯誤的地方，歡迎大家補充指正。　　　高爐冶煉目的：將礦石中的鐵元素提取出來，生產出來的主要產品為鐵水。付產品有：水渣、礦渣棉和高爐煤氣等?！　「郀t冶煉原理簡介：　　高爐生產是連續(xù)進行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產幾年到十幾年。生產時，從爐頂（一般爐頂是由料種與料斗組成，現代化高爐是鐘閥爐頂和無料鐘爐頂）不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風口吹進熱風（1000～1300攝氏度），噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來，得到鐵，這個過程叫做還原。鐵礦石通過還原反應煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內的石灰石等熔劑結合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導出，經除塵后，作為工業(yè)用煤氣。現代化高爐還可以利用爐頂的高壓，用導出的部分煤氣發(fā)電。 　　高爐冶煉工藝流程簡圖：　　[高爐工藝]高爐冶煉過程:　　高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產過程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規(guī)定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使爐喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內形成交替分層結構。礦石料在下降過程中逐步被還原、熔化成鐵和渣，聚集在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出。 高爐冶煉工藝爐前操作高爐爐前操作 一、爐前操作的任務利用開口機、泥炮、堵渣機等專用設備和各種工具，按規(guī)定的時間分別打開渣、鐵口，放出渣、鐵，并經渣鐵溝分別流人渣、鐵罐內，渣鐵出完后封堵渣、鐵口，以保證高爐生產的連續(xù)進行。完成渣、鐵口和各種爐前專用設備的維護工作。制作和修補撇渣器、出鐵主溝及渣、鐵溝。更換風、渣口等冷卻設備及清理渣鐵運輸線等一系列與出渣出鐵相關的工作。 二、高爐不能及時出凈渣鐵，會帶來以下不利影響： 影響爐缸料柱的透氣性，造成壓差升高，下料速度變慢，嚴重時還會導致崩料、懸料以及風口灌渣事故。 爐缸內積存的渣鐵過多，造成渣中帶鐵，燒壞渣口甚至引起爆炸。 上渣放不好，引起鐵口工作失常。 鐵口維護不好。鐵口長期過淺，不僅高爐不易出好鐵，引起跑大流、漫鐵道等爐前事故，直至燒壞爐缸冷卻壁，危及高爐的安全生產，有的還會導致高爐長期休風檢修，損失慘重。三、爐前操作平臺1．風口平臺 ◆概念：在風口下方沿爐缸四周設置的高度距風口中心線1150～1250mm的工作平臺，稱為風口平臺?！糇饔茫簽楸阌谟^察風口和檢查冷卻設備以及進行更換風、渣口等冷卻設備的操作。◆要求：寬敞平坦；留有一定的泄水坡度；設有環(huán)形吊車。2．出鐵場出鐵場的要求：◆采用環(huán)形或矩形出鐵場?！羯峡赵O有天棚。◆設有排煙機和除塵裝置?！粼O有各種出鐵設備。◆鋪設有鐵水主溝。 鐵水主溝是從鐵口泥套外至撇渣器的鐵水溝，鐵水和下渣都經此流至撇渣器，一般坡度為5％～l0％。各種類型高爐主溝長度數據見表4—8。表4—8各種類型高爐主溝長度參考數據 大型高爐一般采用貯鐵式主溝，溝內經常貯存一定深度的鐵水(450～600 mm)，使鐵水流射落時不致直接沖擊溝底，見圖4—5。貯鐵式主溝的另一個優(yōu)點是可避免大幅度急冷急熱的破壞作用，延長主溝的壽命。 圖4—5鐵口處的鐵水以射流狀落人貯鐵式主溝的情況示意圖1—鐵口孔道；2—落差；3—最小射流距離；4—最大射流距離；5—與鐵水體積對應的主溝長度； 6—落入范圍；7—射流落入體積；8—溝底泥料；α—鐵口角度；β—落入角度 墊溝料采用氧化鋁一碳化硅一炭系列，制作工藝采用澆注型、預制塊型。◆鋪設有撇渣器。撇渣器又稱砂口，它位于出鐵主溝末端，是出鐵過程中利用渣鐵密度的不同而使之分離的關鍵設備。大型高爐撇渣器與大溝成為一個整體?！翡佋O有支鐵溝支鐵溝又稱彎溝，它是位于撇渣器后至鐵水溝流嘴之間的鐵水溝?！粼O有貯備爐前常用的炮泥、覆蓋劑、焦粉、河沙等耐火材料和一些必要工具的倉庫。四、高爐爐前操作指標1．出鐵次數的確定 出鐵次數的確定原則： ◆每次最大出鐵量不超過爐缸的安全容鐵量； ◆足夠的出鐵準備工作時間； ◆有利于高爐順行； ◆有利于鐵口的維護。 2．爐前操作指標 ◆出鐵正點率 出鐵正點是指按時打開鐵口并在規(guī)定的時間內出凈渣鐵。不按正點出鐵，會使渣鐵出不凈，鐵口難以維護，影響高爐的順行，還會影響運輸和煉鋼生產。 ◆鐵口深度合格率鐵口深度合格率是指鐵口深度合格次數與實際出鐵次數的比值。鐵口過淺容易造成出鐵事故，長期過淺甚至會導致爐缸燒穿，鐵口過深則延長出鐵時間?！翳F量差為了保持最低的鐵水液面的穩(wěn)定，要求每次實際出鐵量與理論計算出鐵量差值(即鐵量差)不大于l0％～l5％： 鐵量差=nt理—t實 式中 n——兩次出鐵間的下料批數，批； t理——每批料的理論出鐵量，t； t實——本次實際出鐵量，t。鐵量差小表示出鐵正常，這樣就有利于高爐的順行和鐵口的維護?！羧L堵口率 正常出鐵堵鐵口應在全風下進行，不應放風。 ◆上渣率有渣口的高爐，從渣口排放的爐渣稱為上渣，從鐵口排出的爐渣稱為下渣。上渣率是指從渣口排放的爐渣量占全部爐渣量的百分比。 上渣率高(一般要求在70％以上)，說明上渣放得多，從鐵口流出的渣量就少，減少了爐渣對鐵口的沖刷和侵蝕作用，有利于鐵口的維護。五、出鐵操作 1．出鐵口的構造和工作條件◆出鐵口的構造出鐵口的整體構造如圖4—6所示。鐵口由鐵口框架、冷卻板、磚套、鐵口孔道等組成。 圖4—6 鐵口整體結構剖面示意圖1—鐵口孔道；2—鐵口框架：3—爐皮；4—爐缸冷卻壁；5—填充料；6—磚套； 7—磚墻；8—鐵口保護板；9—泥套◆出鐵口的工作條件受到高溫、機械沖刷和化學侵蝕等一系列的破壞作用，工作條件十分惡劣。◆開爐后生產中鐵口的狀況開爐后生產中鐵口的狀況見圖4—7。 圖4—7開爐后生產中鐵口的狀況1—爐缸焦炭；2—爐墻渣皮；3—舊堵泥；4—殘存的爐墻磚；5—出鐵時泥包被渣鐵侵蝕變化情況；6—殘存的爐底磚；7—新堵泥高爐生產一段時間后，鐵口區(qū)的爐底、爐墻都受到嚴重的侵蝕，僅靠出鐵后堵泥形成的泥包和渣皮來維持，2．鐵口的維護 ◆保持正常的鐵口深度 生產中鐵口深度是指從鐵口保護板到紅點(與液態(tài)渣鐵接觸的硬殼)間的長度。根據鐵口的構造，正常的鐵口深度應稍大于鐵口區(qū)爐襯的厚度。不同爐容的高爐，要求的鐵口正常深度范圍見表4—9 表4—9鐵口深度 維持正常足夠的鐵口深度，可促進高爐中心渣鐵流動，抑制渣鐵對爐底周圍的環(huán)流侵蝕，起到保護爐底的效果。同時由于深度較深，鐵口通道沿程阻力增加，鐵口前泥包穩(wěn)定，鉆鐵口時不易斷裂。在高爐出鐵口角度一定的條件下，鐵口深度增長時，鐵口通道穩(wěn)定，有利于出凈渣鐵，促進爐況穩(wěn)定順行。 鐵口過淺的危害： ①鐵口過淺，無固定的泥包保護爐墻，在渣鐵的沖刷侵蝕作用下，爐墻越來越薄，使鐵口難以維護，容易造成鐵水穿透殘余的磚襯而燒壞冷卻壁，甚至發(fā)生鐵口爆炸或爐缸燒芽等重大惡性事故。 ②鐵口過淺，出鐵時往往發(fā)生“跑大流”和“跑焦炭”事故，高爐被迫減風出鐵，造成煤氣流分布失常、崩料、懸料和爐溫的波動。 ③鐵口過淺，渣鐵出不盡，使爐缸內積存過多的渣鐵，惡化爐缸料柱的透氣性，影響爐況的順行，同時還造成上渣帶鐵多，易燒壞渣口，給放渣操作帶來困難，甚至造成渣口爆炸。 ④鐵口過淺，在退炮時還容易發(fā)生鐵水沖開堵泥流出，造成泥炮倒灌，燒壞炮頭，甚至發(fā)生渣鐵漫到鐵道上，燒壞鐵道的事故。有時鐵水也會自動從鐵口流出，造成漫鐵的事故。 保持正常的鐵口深度的操作： ①每次按時出凈渣鐵，并且渣鐵出凈時，全風堵出鐵口。 ②正確地控制打泥量。2500 m3高爐通常每次泥炮打泥量在300 kg，炮泥單耗0．8 k／t。 ③炮泥要有良好的塑性及耐高溫渣鐵磨蝕和熔蝕的能力。炮泥制備時配比準確、混合均勻、粒度達到標準及采用塑料袋對炮泥進行包裝。 ④加強鐵口泥套的維護。 ⑤放好上渣。 ⑥嚴禁潮鐵口出鐵。 ◆固定適宜的鐵口角度鐵口角度是指出鐵時鐵口孔道的中心線與水平面間的夾角。使用水平導向梁國產電動開鐵口機，鐵口角度的確定是把鉆頭伸進鐵口泥套尚未轉動時鉆桿與水平面的最初角度。對風動旋轉沖擊式開口機而言，鐵口角度由開口機導向梁的傾斜度來確定。 高爐一代爐齡鐵口角度變化見表4—10和表4—11。 表4—10一代爐役中鐵口角度變化參考值 表4—11　高爐一代爐齒各鏈口角變化 平時鐵口角度應固定，以便保持死鐵層的厚度，保護爐底和出凈渣鐵。同時也可使堵鐵口時，鐵口孔道內的渣鐵水能全部倒回爐缸中，避免渣鐵夾入泥包中，引起破壞和給開鐵口造成困難。 ◆保持正常的鐵口直徑鐵口孔道直徑變化直接影響到渣鐵流速。開口機鉆頭可參考表4—12選用。 表4—12壓力、鐵種選用開口機鉆頭直徑 ◆定期修補、制作泥套 在鐵口框架內距鐵口保護板250～300mm的空間內，用泥套泥填實壓緊的可容納炮嘴的部分叫鐵口泥套。只有在泥炮的炮嘴和泥套緊密吻合時，才能使炮泥在堵口時能順利地將泥打人鐵口的孔道內。更換泥套的方法：①更換舊泥套時，應將舊泥套泥和殘渣鐵摳凈，深度應大于150～250mm。②填泥套泥時應充分搗實，再用炮頭準確地壓出30～50mm的深窩。③退炮后挖出直徑小于炮頭內徑，深150mm，與鐵口角度基本一致的深窩。④用煤氣烤干。泥套的使用與管理：①鐵口泥套必須保持完好，深度在鐵口保護板內50～80 mm，發(fā)現損壞立即修補和新做。②使用有水炮泥高爐搗打料泥套每周做一次，無水炮泥高爐定期制作。③在日常工作中，長期休風時泥套必須重新制作。詳細檢查鐵口區(qū)是否有漏水、漏煤氣現象；鐵口框是否完好；鐵口孔道中心線是否發(fā)生變化。 ④堵口操作時，連續(xù)發(fā)生兩次鐵口跑泥，應重新做鐵口泥套。 ⑤如果在出鐵中發(fā)現泥套損壞，應拉風低壓或休風堵鐵口。 ⑥堵鐵口時，鐵口前不得有凝渣。為使泥炮頭有較強的抗渣鐵沖刷能力，可在炮頭處采取加保護套及使用復合炮頭。 ⑦制作泥套時應兩人以上作業(yè)，防止煤氣中毒。在渣鐵未出凈、鐵口深度過淺時，禁止制作鐵口泥套。 ⑧解體舊泥套使用的切削刮刀角度應和泥炮角度一致。⑨制作泥套應盡量選擇在高爐計劃休風時進行。 ◆控制好爐缸內安全渣鐵量 3．打開出鐵口的方法 ◆打開出鐵口時間 打開鐵口時間有以下情況： ①有渣口高爐鐵口堵口后，經過一定的時間或若干批料后放上渣，直至爐前出鐵。 ②大型高爐一個出鐵口出完鐵后堵口，再間隔一段時問，打開另一個出鐵口出鐵。 ③大型高爐多個出鐵口輪流出鐵時，即一個鐵口堵塞后，馬上按對角線原則打開另一個鐵口。④現代大高爐(4000 m3)為保證渣鐵出凈及爐況穩(wěn)定，采用連續(xù)出鐵，即一個出鐵口尚未堵上即打開另一個鐵口，兩個鐵口有重疊出鐵時間?！舸蜷_出鐵口方法 打開出鐵口的方法如下： ①用開口機鉆到赤熱層(出現紅點)，然后捅開鐵口，赤熱層有凝鐵時，可用氧氣燒開。 ②用開口機將鐵口鉆漏，然后將開口機迅速退出。 ③采用雙桿或換桿的開口機，用一桿鉆到赤熱層，另一桿將赤熱層捅開。 ④埋置鋼棒法。將出鐵口堵上后20～30 min拔炮，然后將開口機鉆進鐵口深度的2／3，此時將一個長5 m的圓鋼棒(≯40～50 mm)打入鐵口內，出鐵時用開口機拔出。⑤燒鐵口。采用一種特制的氧槍燒鐵口，事先將送風風口和鐵口區(qū)域燒通。 鐵口見噴時進行堵前試炮，確認打泥活塞堵泥接觸貼緊，鐵口前殘渣鐵清理干凈，鐵口泥套完好，進行堵鐵口操作。程序如下： ◆啟動轉炮對正鐵口，并完成鎖炮動作。 ◆啟動壓炮將鐵口壓嚴，做到不噴火、不冒渣。 ◆啟動打泥機構打泥，打泥量多少取決于鐵口深度和出鐵情況。 ◆用推耙推出撇渣器內殘渣。 ◆堵鐵口后拔炮時間：有水炮泥5～10 min，無水炮泥20～30 min。 ◆拔炮時要觀察鐵口正面無人方可作業(yè)。 ◆抽回打泥活塞200～300 min，無異常再向前推進100～150 min。 ◆啟