【正文】 硅愈高，揮發(fā)愈多；SiO冷卻后又被氧化成極細(xì)的SiO2粉末,除增加能耗外，還會(huì)惡化爐料透氣性和堵塞煤氣管道。對(duì)礦石則要求氣孔度大，使還原過程不受擴(kuò)散的限制；致密的鐵礦石應(yīng)適當(dāng)減小粒度，這樣不僅能使內(nèi)擴(kuò)散距離縮短，而且會(huì)使氣－固相接觸總面積增大，有利于還原過程（見冶金過程動(dòng)力學(xué)）。如果化學(xué)反應(yīng)慢，稱為反應(yīng)處于“化學(xué)控制”；如果擴(kuò)散慢，則稱反應(yīng)處于“擴(kuò)散控制”。從圖2可看到各級(jí)氧化鐵與氣相的平衡關(guān)系。鐵水出爐溫度一般為1400～1550℃，渣溫比鐵溫一般高30～70℃。鐵礦石在高爐中于 400℃或稍低溫度下開始還原。焦炭和礦石在爐內(nèi)形成交替分層結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代化高爐還可以利用爐頂?shù)母邏?，用?dǎo)出的部分煤氣發(fā)電。高爐生產(chǎn)是連續(xù)進(jìn)行的。煉鐵方法主要有高爐法、直接還原法、熔融還原法等，其原理是礦石在特定的氣氛中（還原物質(zhì)CO、HC；適宜溫度等）通過物化反應(yīng)獲取還原后的生鐵。高爐鼓風(fēng)機(jī)高爐最重要的動(dòng)力設(shè)備。其數(shù)量除了與高爐冶煉強(qiáng)度、爐頂壓力有關(guān)外，還與爐料的性質(zhì)有很大關(guān)系。爐喉護(hù)板主要有塊狀、條狀和變徑幾種形式。高爐爐基應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和耐熱能力，使其在各種應(yīng)力作用下不致產(chǎn)生裂縫。出鐵口、渣口和風(fēng)口都設(shè)在爐缸部位，因此它也是承受高溫煤氣及渣鐵物理和化學(xué)侵蝕最劇烈的部位，對(duì)高爐煤氣的初始分布、熱制度、生鐵質(zhì)量和品種都有極重要的影響。由于在爐腰部位有爐渣形成，并且粘稠的初成渣會(huì)使?fàn)t料透氣性惡化，為減小煤氣流的阻力，在渣量大時(shí)可適當(dāng)擴(kuò)大爐腰直徑，但仍要使它和其他部位尺寸保持合適的比例關(guān)系，比值以取上限為宜。爐喉既是爐料的加入口，也是煤氣的導(dǎo)出口。高爐又叫鼓風(fēng)爐，這是因?yàn)橐褵峥諝獯等霠t中使原料不斷加熱而得名的。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。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(gè)過程叫做還原。因?yàn)樘急辱F的性質(zhì)活潑，所以它能從鐵礦石中把氧奪走，而把金屬鐵留下。[高爐設(shè)備]高爐熱風(fēng)爐介紹 :熱風(fēng)爐是為高爐加熱鼓風(fēng)的設(shè)備，是現(xiàn)代高爐不可缺少的重要組成部分。高爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸5部分。、鐵口和各種爐前專用設(shè)備的維護(hù)工作。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。高爐冶煉目的：將礦石中的鐵元素提取出來，生產(chǎn)出來的主要產(chǎn)品為鐵水。高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產(chǎn)過程。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產(chǎn)幾年到十幾年。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。焦炭和礦石在爐內(nèi)形成交替分層結(jié)構(gòu)。高爐基本操作制度：裝料制度、送風(fēng)制度、爐缸熱制度和造渣制度。鐵礦石中未還原的雜質(zhì)和石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從渣口排出。高爐及其結(jié)構(gòu)介紹冶金自動(dòng)化系列專題高爐:煉鐵一般是在高爐里連續(xù)進(jìn)行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）能連續(xù)生產(chǎn)幾年到十幾年。查看全文： [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(chǎn)過程。停爐大修 高爐生產(chǎn)若干年后，爐襯和爐型嚴(yán)重?fù)p壞，繼續(xù)生產(chǎn)不經(jīng)濟(jì)或不安全，需要停爐進(jìn)行包括更換爐缸爐底磚襯的大修（只包括更換爐身磚襯的修理叫中修，一般常規(guī)檢修叫小修）。爐殼除承受巨大的重力外，還要承受熱應(yīng)力和內(nèi)部的煤氣壓力，有時(shí)要抵抗崩料、坐料甚至可能發(fā)生的煤氣爆炸的突然沖擊，因此要有足夠的強(qiáng)度。爐身角的大小對(duì)爐料下降和煤氣流分布有很大影響。爐腹高度隨高爐容積大小而定，但不能過高或過低，一般為3．0～3．6m。爐基：它的作用是將所集中承擔(dān)的重量按照地層承載能力均勻地傳給地層，因而其形狀都是向下擴(kuò)大的。爐喉護(hù)板：爐喉在爐料頻繁撞擊和高溫的煤氣流沖刷下，工作條件十分惡劣，維護(hù)其圓筒形狀不被破壞是高爐上部調(diào)節(jié)的先決條件。高爐冷卻裝置高爐爐襯內(nèi)部溫度高達(dá)1400℃，一般耐火磚都要軟化和變形。高爐除塵器用來收集高爐煤氣中所含灰塵的設(shè)備。高爐冶煉要求鼓風(fēng)機(jī)能供給一定量的空氣，以保證燃燒一定的碳；其所需風(fēng)量的大小不僅與爐容成正比，而且與高爐強(qiáng)化程度有關(guān)、～／min的風(fēng)量配備。因此，無論是生鐵廠家還是鋼廠采購原料的工作是尤其重要。鐵礦石通過還原反應(yīng)煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。目前國內(nèi)單一性生鐵廠家，高爐容積也以達(dá)到500左右立方米，但多數(shù)仍維持在100300立方米之間，甚至仍存在100立方米以下的高耗能高污染的小高爐，其產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，公布分散，不具有期規(guī)模性，更不能與國際上的鋼鐵廠相比。下降爐料中的毛細(xì)水分當(dāng)受熱到100～200℃即蒸發(fā)，褐鐵礦和某些脈石中的結(jié)晶水要到500～800℃才分解蒸發(fā)。由于高爐中的逆流熱交換,形成了溫度分布不同的幾個(gè)區(qū)域。約從400℃開始,氧化鐵逐步從高價(jià)鐵還原成低價(jià)鐵，一直到金屬鐵。氣－固還原過程包括以下基本環(huán)節(jié)：①還原氣體通過礦粒表面的氣膜向礦石表面擴(kuò)散；②還原氣體通過已還原金屬層向礦石內(nèi)部擴(kuò)散；③金屬鐵－浮氏體兩相界面上的化學(xué)反應(yīng)；④還原氣體產(chǎn)物通過已還原金屬層向外擴(kuò)散；⑤還原氣體通過附面氣膜向外擴(kuò)散。因?yàn)镠2的擴(kuò)散速度比CO高，H2的還原速度也高于CO。式中圓括弧表示爐渣中的氧化物；方括弧表示鐵水中的有關(guān)元素。由于需維持較高的爐溫,反應(yīng)熱耗又多，生產(chǎn)高錳生鐵的燃料消耗和成本也比較高。因此，對(duì)高爐原料中這些元素的含量要有一定的限制,必要時(shí),可以定期降低爐渣堿度,使K2O和Na2O更多地進(jìn)入爐渣，排出爐外,減輕危害。碳化物熔化溫度一般都很高(SiC＞2700℃，TiC3290℃)，以固相混雜在爐渣中，使?fàn)t渣流動(dòng)性變壞，造成冶煉上的困難。⑤渣量要小，以減少熔劑和燃料的消耗，改善料柱下部的透氣性，先進(jìn)高爐每噸生鐵的渣量已降到300公斤以下。高堿渣凝固溫度高，冷凝快，熔融時(shí)流動(dòng)性好；但溫度偏低時(shí)，析出固相，就變得粘稠。各種氧化物從渣中還原的反應(yīng)式為：(MexOy)+y【C】─→x【Me】+yCo由于鐵水中的碳飽和，爐缸中CO分壓基本固定，因而上述各元素的還原情況主要決定于鐵水中有關(guān)元素和渣中有關(guān)氧化物的活度以及爐缸溫度。過高的堿度會(huì)使?fàn)t渣的熔化溫度過高，爐渣流動(dòng)性變壞，反而不利于脫硫。因此現(xiàn)在多采用鐵水爐外脫硫。篩凈爐料粉末,爐料粒度均勻,對(duì)高爐順行和強(qiáng)化冶煉至為重要。又如傳統(tǒng)的雙鐘布料方法，使?fàn)t喉處料面堆成一個(gè)帶尖峰的圓圈，一批礦石料沿半徑分布厚薄不勻，并且有粒度偏析，必然導(dǎo)致煤氣分布不勻。如形成圖1中的倒 V形軟熔帶，則中心錐型焦炭滴落帶透氣性好，高溫煤氣通過較多，滴下的渣和鐵得到充分還原和加熱，使?fàn)t缸內(nèi)渣、鐵反應(yīng)充分進(jìn)行，溫度均勻，熱量充足，獲得良好的冶煉效果。二、高爐不能及時(shí)出凈渣鐵，會(huì)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(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致崩料、懸料以及風(fēng)口灌渣事故。2．出鐵場出鐵場的要求：◆采用環(huán)形或矩形出鐵場。貯鐵式主溝的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可避免大幅度急冷急熱的破壞作用，延長主溝的壽命。2．爐前操作指標(biāo)◆出鐵正點(diǎn)率出鐵正點(diǎn)是指按時(shí)打開鐵口并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)出凈渣鐵。上渣率是指從渣口排放的爐渣量占全部爐渣量的百分比。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(jìn)高爐中心渣鐵流動(dòng)，抑制渣鐵對(duì)爐底周圍的環(huán)流侵蝕，起到保護(hù)爐底的效果。保持正常的鐵口深度的操作：①每次按時(shí)出凈渣鐵，并且渣鐵出凈時(shí)，全風(fēng)堵出鐵口?！艄潭ㄟm宜的鐵口角度鐵口角度是指出鐵時(shí)鐵口孔道的中心線與水平面間的夾角。表4—12壓力、鐵種選用開口機(jī)鉆頭直徑◆定期修補(bǔ)、制作泥套在鐵口框架內(nèi)距鐵口保護(hù)板250～300mm的空間內(nèi)，用泥套泥填實(shí)壓緊的可容納炮嘴的部分叫鐵口泥套。③在日常工作中，長期休風(fēng)時(shí)泥套必須重新制作。⑧解體舊泥套使用的切削刮刀角度應(yīng)和泥炮角度一致。③采用雙桿或換桿的開口機(jī)，用一桿鉆到赤熱層，另一桿將赤熱層捅開?！魡?dòng)打泥機(jī)構(gòu)打泥，打泥量多少取決于鐵口深度和出鐵情況。5．出鐵操作◆出鐵前的準(zhǔn)備工作出鐵前的準(zhǔn)備工作如下：①清理好渣、鐵溝，壘好砂壩和砂閘?！舫鲨F操作安全注意事項(xiàng)出鐵操作安全注意事項(xiàng)包括：①穿戴好勞保用品，以防燒傷。表4—13工作因素對(duì)出鐵量的影響◆出鐵事故及處理鐵口事故發(fā)生的現(xiàn)象、產(chǎn)生的原因及處理方法如表4—14表4—14鐵口事故的現(xiàn)象、原因及處理高爐爐前操作 六．撇渣器的操作1．撇渣器的構(gòu)造撇渣器由前溝槽、大閘、過道眼、小井、砂壩、砂閘和殘鐵眼組成?！舢?dāng)主溝中鐵水表面被熔渣覆蓋后，熔渣將要外溢出主溝時(shí)，打開砂壩，使熔渣流入下渣溝(此時(shí)沖渣系統(tǒng)處于待工作狀態(tài))。大套和法蘭接觸面的間隙，必須用粘有耐火泥加玻璃水的石棉繩塞緊，以免漏煤氣。◆檢查堵渣機(jī)是否正常好用，冷卻水、壓縮空氣是否已開啟，堵渣機(jī)頭與渣口小套是否對(duì)好，防止到時(shí)堵不上渣口?！舴旁^程中應(yīng)隨時(shí)觀察放渣情況，渣口破損或帶鐵嚴(yán)重時(shí)應(yīng)立即堵上；如發(fā)現(xiàn)渣罐將滿(要求罐內(nèi)液面距罐的上沿300 mm)或機(jī)車來拉渣罐時(shí)，也應(yīng)立即堵口。防止渣口松動(dòng)帶活，造成渣口冒渣的事故。第二步立即組織出鐵，使渣面快速回落而終止冒渣?！粼谧詣?dòng)流渣渣口自動(dòng)流渣的處理：立即堵上渣口或用原渣口堵上打緊。爐溫一般指高爐爐渣和鐵水的溫度，即“物理熱”?！舾鶕?jù)原料條件選擇生鐵含硅量。燒結(jié)礦中FeO含量增加l％，焦比升高l．5％。裝料制度如批重和料線等對(duì)煤氣分布、熱交換和還原反應(yīng)產(chǎn)生直接影響?！羧剂蠂姶盗扛郀t噴吹煤粉，爐缸煤氣體積增加，中心氣流趨于發(fā)展，需適當(dāng)擴(kuò)大風(fēng)口面積，降低鼓風(fēng)動(dòng)能，以維持合理的煤氣分布。表4—1 高爐有效容積與鼓風(fēng)動(dòng)能的關(guān)系高爐適宜的鼓風(fēng)動(dòng)能隨爐容的擴(kuò)大而增加。理論燃燒溫度提高，渣鐵溫度相應(yīng)提高，見圖4—1。1g／m3濕分，風(fēng)溫干9℃?！麸L(fēng)量增加風(fēng)量，綜合冶煉強(qiáng)度提高。提高風(fēng)溫能增加鼓風(fēng)動(dòng)能，提高爐缸溫度活躍爐缸工作，促進(jìn)煤氣流初始分布合理，改善噴吹燃料的效果。把單位燃料能替換焦炭的數(shù)量稱為置換比。富氧鼓風(fēng)能提高風(fēng)口前理論燃燒溫度，有利于提高爐缸溫度，補(bǔ)償噴煤引起的理論燃燒溫度的下降。大鐘傾角愈大，爐料愈布向中心。爐喉間隙愈大，爐料堆尖距爐墻越遠(yuǎn)；反之則愈近。◆批重。堆尖位置與料線、批重、爐料粒度、密度和堆角以及煤氣速度有關(guān)。布料方式◆單環(huán)布料。如發(fā)展邊緣氣流，可增加高傾角位置焦炭分?jǐn)?shù)，或減少高傾角位置礦石份數(shù)，否則相反。、240176。環(huán)位和份數(shù)變更對(duì)氣流的影響如表4—3所示。yB／y0、yG／y0和W0+N△W的關(guān)系構(gòu)成的爐料批重特征曲線圖4—4。批重的選擇確定微變區(qū)批重值應(yīng)注意爐料含粉末(大中型高爐適宜焦批厚度0．45～0．50m，礦批厚度0．4～0．45m，隨著噴吹物的增加焦批與礦批已互相接近。當(dāng)冶煉強(qiáng)度不變，高爐噴吹燃料時(shí)，由于噴吹物在風(fēng)口內(nèi)燃燒，爐缸煤氣體積和爐腹煤氣速度增加，促使中心氣流發(fā)展，需適當(dāng)擴(kuò)大批重，抑制中心氣流。由于煤氣速度對(duì)布料的影響，日常操作中使?fàn)t喉煤氣體積發(fā)生變化的原因(如改變冶煉強(qiáng)度、富氧鼓風(fēng)、改變爐頂壓力等)，都會(huì)影響爐料分布。然后反彈落下，礦石對(duì)焦炭的沖擊作用增大，強(qiáng)度差的爐料撞碎，使布料層紊亂，氣流分布失去控制。溜槽傾角如表4—5所示。50℃。當(dāng)風(fēng)速低、回旋區(qū)較小，爐缸初始?xì)饬鞣植歼吘壿^多時(shí)，不宜采用過分加重邊緣的裝料制度，應(yīng)在適當(dāng)加重邊緣的同時(shí)強(qiáng)調(diào)疏導(dǎo)中心氣流，防止邊緣突然加重而破壞順行。為保持爐溫穩(wěn)定，改倒裝或強(qiáng)烈發(fā)展邊緣裝料制度時(shí)，要相應(yīng)減輕焦炭負(fù)荷?！粼想y熔和易熔組分低。渣中適宜MgO含。◆原料含有少量的氧化錳、氧化鎂。四．造渣制度造渣有如下要求：◆要求爐渣有良好的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，熔化溫度在1300～1400℃，在1400℃左右黏度小于lPa若下部風(fēng)速高回旋區(qū)大，爐缸初始?xì)饬鬟吘壿^少時(shí)，也不宜采用過分加重中心的裝料制度，應(yīng)先適當(dāng)疏導(dǎo)邊緣，然后再擴(kuò)大批重相應(yīng)增加負(fù)荷?！暨吘壟c中心兩股氣流和裝料制度的關(guān)系①原燃料條件變化。 ◆高爐合理氣流分布規(guī)律首先要保持爐況穩(wěn)定順行，控制邊緣與中心兩股氣流；其次是最大限度地改善煤氣利用，降低焦炭消耗?！袅厦娑呀菭t內(nèi)實(shí)測(cè)的堆角變化規(guī)律：①爐容越大，爐料的堆角越大，但都小于其自然堆角。無料鐘高爐料線零位在爐喉鋼磚上沿。煤氣對(duì)爐料的浮力的增長與煤氣速度的平方成正比。爐容越大，爐喉直徑也越大，批重應(yīng)相應(yīng)增加?！粼虾茫O(shè)備和操作水平高時(shí)，批重可選在微變區(qū)，此區(qū)爐料分布和氣流分布都穩(wěn)定，順行和煤氣利用較好；但增減批重來調(diào)劑氣流的作用減弱。6變動(dòng)幅度較小，可作為日常調(diào)節(jié)使用。這種布料方式為手動(dòng)操作，只適用于處理煤氣流分布失常，且時(shí)間不宜太長。◆扇形布料。其控制較為簡單，調(diào)節(jié)手段相當(dāng)靈活，大鐘布料是固定的角度，旋轉(zhuǎn)溜槽傾角可任意選定，溜槽傾角α越大爐料越布向邊緣。無料鐘布料特征◆焦炭平臺(tái)：高爐通過旋轉(zhuǎn)溜槽進(jìn)行多環(huán)布料，易形成一個(gè)焦炭平臺(tái)，即料面由平臺(tái)和漏斗組成，通過平臺(tái)形式調(diào)整中心焦炭和礦石量?！舻V石對(duì)焦炭的推擠作用。只有爐喉間隙較大，或采用可調(diào)爐喉板，方能形成“倒W”形料面?！?3176。富氧鼓風(fēng)使煤氣中N2含量減少，爐腹CO濃度相對(duì)增加，有利于間接反應(yīng)進(jìn)行；同時(shí)爐頂煤氣熱值提高，有利于熱風(fēng)爐的燃燒，為提高風(fēng)溫創(chuàng)造條件。提高置換比措施有提高風(fēng)溫給予熱補(bǔ)償、提高燃燒率、改善原料條件以及選用合適的操作制度。當(dāng)爐熱難行需要撤風(fēng)溫時(shí)，幅度要大些，一次撤到高爐需要的水平；爐況恢復(fù)時(shí)逐漸將風(fēng)溫提高到需要的水平，提高風(fēng)溫速度不超過50℃／h。料速超過正常規(guī)定應(yīng)及時(shí)減少風(fēng)量。鼓風(fēng)含氧量177。圖4—2 爐容與理論燃燒溫度t理的關(guān)系影響理論燃燒溫度的因素◆鼓風(fēng)溫度鼓風(fēng)溫度升高，則帶入爐缸的物理熱增加，從而使t理升高。鼓風(fēng)動(dòng)能是否合適的直觀表象見表4—2。這時(shí)不但不能擴(kuò)大風(fēng)口面積，反而應(yīng)縮小風(fēng)口面積。高爐爐頂設(shè)備故障，懸料、崩料和低料線時(shí)，爐料與煤氣流分布受到破壞，大量未經(jīng)預(yù)熱的爐料直接進(jìn)入爐缸，爐缸熱量消耗的增加使?fàn)t缸溫度降低，爐溫向涼甚至大涼。焦炭含硫增加0．1％，焦比升高l．2％～2．0％；灰分增加l％，焦比上升2％左右?！?