高炉工艺流程_高炉工艺流程图

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高炉炼铁生产工艺流程简介

----冶金自动化系列专题

[导读]:高炉炼铁生产是冶金(钢铁)工业最主要的环节。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。高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。本专题将详细介绍高炉炼铁生产的工艺流程，主要工艺设备的工作原理以及控制要求等信息。由于时间的仓促和编辑水平有限，专题中难免出现遗漏或错误的地方，欢迎大家补充指正。

高炉冶炼目的：将矿石中的铁元素提取出来，生产出来的主要产品为铁水。付产品有：水渣、矿渣棉和高炉煤气等。

高炉冶炼原理简介：

高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。生产时，从炉顶（一般炉顶是由料钟与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（1000～1300摄氏度），喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。

高炉冶炼工艺流程简图：

[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。

高炉冶炼工艺--炉前操作:

一、炉前操作的任务

1、利用开口机、泥炮、堵渣机等专用设备和各种工具，按规定的时间分别打开渣、铁口，放出渣、铁，并经渣铁沟分别流人渣、铁罐内，渣铁出完后封堵渣、铁口，以保证高炉生产的连续进行。2.完成渣、铁口和各种炉前专用设备的维护工作。

3、制作和修补撇渣器、出铁主沟及渣、铁沟。

4、更换风、渣口等冷却设备及清理渣铁运输线等一系列与出渣出铁相关的工作。

高炉冶炼工艺--高炉基本操作 :

高炉基本操作制度:

高炉炉况稳定顺行：一般是指炉内的炉料下降与煤气流上升均匀，炉温稳定充沛，生铁合格，高产低耗。

操作制度：根据高炉具体条件(如高炉炉型、设备水平、原料条件、生产计划及品种指标要求)制定的高炉操作准则。

高炉基本操作制度：装料制度、送风制度、炉缸热制度和造渣制度。

高炉冶炼主要工艺设备简介：

[高炉设备]高炉 ：

横断面为圆形的炼铁竖炉。用钢板作炉壳，壳内砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸5部分。由于高炉炼铁技 术经济指标良好，工艺 简单，生产量大，劳动生产效率高，能耗低等优点，故这种方法生产的铁占世界铁总产量的绝大部分。高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂（石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶排出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉冶炼的主要产品是生铁，还有副产高炉渣和高炉煤气。

[高炉设备]高炉热风炉介绍 :

热风炉是为高炉加热鼓风的设备，是现代高炉不可缺少的重要组成部分。提高风温可以通过提高煤气热值、优化热风炉及送风管道结构、预热煤气和助燃空气、改善热风炉操作等技术措施来实现。理论研究和生产实践表明，采用优化的热风炉结构、提高热风炉热效率、延长热风炉寿命是提高风温的有效途径。

[高炉设备]铁水罐车:

铁水罐车用于运送铁水，实现铁水在脱硫跨与加料跨之间的转移或放置在混铁炉下，用于高炉或混铁炉等出铁。【 查看全文】

高炉是一个比较复杂的系统，用到的自动化产品比较多，下面列举部分产品出来：

常用到的自动化设备：PLC、组态软件、变频器、工控机、工业以太网交换机等等。

高炉及其结构介绍

----冶金自动化系列专题

高炉:炼铁一般是在高炉里连续进行的。高炉又叫鼓风炉，这是因为要把热空气吹入炉中使原料不断加热而得名的。这些原料是铁矿石、石灰石及焦炭。因为碳比铁的性质活泼，所以它能从铁矿石中把氧夺走，而把金属铁留下。

从高炉里放出来的铁水可以直接用来炼钢或铸成铁锭或铸件。炉渣可以作为水泥、渣砖等的原料。从高炉顶放出的一氧化碳、二氧化碳和氮气混合气体叫高炉煤气。高炉煤气里含有大量灰尘和有害气体，必须经过净化处理，以防止污染环境

冶炼原理

高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（1000～1300摄氏度），喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。

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[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。

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[高炉工艺]高 炉 操 作

开炉 新建成或停炉新修好的高炉，从点火转入正常生产的过程叫开炉。开炉前炉衬要烘干，一切机电设备要认真检查或试车。配料采用比正常生产高一些的焦比；送风后，按炉温情况逐步过渡到正常焦比。开炉时要注意安全操作，尤其注意不要因煤气操作失误（或漏气），引起中毒或爆炸。

停炉大修 高炉生产若干年后，炉衬和炉型严重损坏，继续生产不经济或不安全，需要停炉进行包括更换炉缸炉底砖衬的大修（只包括更换炉身砖衬的修理叫中修，一般常规检修叫小修）。通常把开炉到停炉的时间称为高炉寿命，长的可达十年以上。

钢铁行业主要工艺设备简单介绍

高炉:炼铁一般是在高炉里连续进行的。高炉又叫鼓风炉，这是因为要把热空气吹入炉中使原料不断加热而得名的。这些原料是铁矿石、石灰石及焦炭。因为碳比铁的性质活泼，所以它能从铁矿石中把氧夺走，而把金属铁留下。

高炉的主要组成部分

高炉炉壳：现代化高炉广泛使用焊接的钢板炉壳，只有极少数最小的土高炉才用钢箍加固的砖壳。炉壳的作用是固定冷却设备，保证高炉砌体牢固，密封炉体，有的还承受炉顶载荷。炉壳除承受巨大的重力外，还要承受热应力和内部的煤气压力，有时要抵抗崩料、坐料甚至可能发生的煤气爆炸的突然冲击，因此要有足够的强度。炉壳外形尺寸应与高炉内型、炉体各部厚度、冷却设备结构形式相适应。

炉喉：高炉本体的最上部分，呈圆筒形。炉喉既是炉料的加入口，也是煤气的导出口。它对炉料和煤气的上部分布起控制和调节作用。炉喉直径应和炉缸直径、炉腰直径及大钟直径比例适当。炉喉高度要允许装一批以上的料，以能起到控制炉料和煤气流分布为限。

炉身：高炉铁矿石间接还原的主要区域，呈圆锥台简称圆台形，由上向下逐渐扩大，用以使炉料在遇热发生体积膨胀后不致形成料拱，并减小炉料下降阻找力。炉身角的大小对炉料下降和煤气流分布有很大影响。

炉腰：高炉直径最大的部位。它使炉身和炉腹得以合理过渡。由于在炉腰部位有炉渣形成，并且粘稠的初成渣会使炉料透气性恶化，为减小煤气流的阻力，在渣量大时可适当扩大炉腰直径，但仍要使它和其他部位尺寸保持合适的比例关系，比值以取上限为宜。炉腰高度对高炉冶炼过程影响不很显著，一般只在很小范围内变动。

炉腹：高炉熔化和造渣的主要区段，呈倒锥台形。为适应炉料熔化后体积收缩的特点，其直径自上而下逐渐缩小，形成一定的炉腹角。炉腹的存在，使燃烧带处于合适位置，有利于气流均匀分布。炉腹高度随高炉容积大小而定，但不能过高或过低，一般为3．0～3．6m。炉腹角一般为79～82 ；过大，不利于煤气流分布；过小，则不利于炉料顺行。

炉缸：高炉燃料燃烧、渣铁反应和贮存及排放区域，呈圆筒形。出铁口、渣口和风口都设在炉缸部位，因此它也是承受高温煤气及渣铁物理和化学侵蚀最剧烈的部位，对高炉煤气的初始分布、热制度、生铁质量和品种都有极重要的影响。

炉底：高炉炉底砌体不仅要承受炉料、渣液及铁水的静压力，而且受到1400～4600℃的高温、机械和化学侵蚀、其侵蚀程度决定着高炉的一代寿命。只有砌体表面温度降低到它所接触的渣铁凝固温度，并且表面生成渣皮（或铁壳），才能阻止其进一步受到侵蚀，所以必需对炉底进行冷却。通常采用风冷或水冷。目前我国大中型高炉大都采用全碳砖炉底或碳砖和高铝砖综合炉底，大大改善了炉底的散热能力。

炉基：它的作用是将所集中承担的重量按照地层承载能力均匀地传给地层，因而其形状都是向下扩大的。高炉和炉基的总重量常为高炉容积的10～18倍（吨）。炉基不许有不均匀的下沉，一般炉基的倾斜值不大于0.1％～0．5％。高炉炉基应有足够的强度和耐热能力，使其在各种应力作用下不致产生裂缝。炉基常做成圆形或多边形，以减少热应力的不均匀分布。

炉衬：高炉炉衬组成高炉的工作空间，并起到减少高炉热损失、保护炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用。炉衬是用能够抵抗高温作用的耐火材料砌筑而成的。炉衬的损坏受多种因素的影响，各部位工作条件不同，受损坏的机理也不同，因此必须根据部位、冷却和高炉操作等因素，选用不同的耐火材料。

炉喉护板：炉喉在炉料频繁撞击和高温的煤气流冲刷下，工作条件十分恶劣，维护其圆筒形状不被破坏是高炉上部调节的先决条件。为此，在炉喉设置保护板（钢砖）。小高炉的炉喉保护板可以用铸铁做成开口的匣子形状；大高炉的炉喉护板则用100～150mm厚的铸钢做成。炉喉护板主要有块状、条状和变径几种形式。变径炉喉护板还起着调节炉料和煤气流分布的作用。

高炉解体

为了在操作技术上能正确处理高炉冶炼中经常出现的复杂现象，就要切实了解炉内状况。在尽量保持高炉的原有生产状态下停炉、注水冷却或充氮冷却后，对从炉喉的炉料开始一直到炉底的积铁所进行的细致的解体调查，称为高炉解体调查。它虽不能完全了解高炉生产的动态情况，但对了解高炉过程、强化高炉冶炼很有参考价值。

高炉冷却装置

高炉炉衬内部温度高达1400℃，一般耐火砖都要软化和变形。高炉冷却装置是为延长砖衬寿命而设置的，用以使炉衬内的热量传递出动，并在高炉下部使炉渣在炉衬上冷凝成一层保护性渣皮，按结构不同，高炉冷却设备大致可分为：外部喷水冷却、风口渣口冷却、冷却壁和冷却水箱以及风冷(水冷)炉底等装置。

高炉灰

也叫炉尘，系高炉煤气带出的炉料粉末。其数量除了与高炉冶炼强度、炉顶压力有关外，还与炉料的性质有很大关系。炉料粉末多，带出的炉尘量就大。目前，每炼一吨铁约有 10～100kg的高炉灰。高炉灰通常含铁40％左右，并含有较多的碳和碱性氧化物；其主要成分是焦末和矿粉。烧结料中加入部分高炉灰，可节约熔剂和降低燃料消耗。

高炉除尘器

用来收集高炉煤气中所含灰尘的设备。高炉用除尘器有重力除尘器、离心除尘器、旋风除尘器、洗涤塔、文氏管、洗气机、电除尘器、布袋除尘器等。粗粒灰尘（＞60～90um），可用重力除尘器、离心除尘器及旋风除尘器等除尘；细粒灰尘则需用洗气机、电除尘器等除尘设备。

高炉鼓风机

高炉最重要的动力设备。它不但直接提供高炉冶炼所需的氧气，而且提供克服高炉料柱阻力所需的气体动力。现代大、中型高炉所用的鼓风机，大多用汽轮机驱动的离心式鼓风机和轴流式鼓风机。近年来使用大容量同步电动鼓风机。这种鼓风机耗电虽多，但启动方便，易于维修，投资较少。高炉冶炼要求鼓风机能供给一定量的空气，以保证燃烧一定的碳；其所需风量的大小不仅与炉容成正比，而且与高炉强化程度有关、一般按单位炉容2.1～2.5m3／min的风量配备。但实际上不少的高炉考虑到生产的发展，配备的风机能力都大于这一比例。

炼铁生产工艺流程图

炼铁过程实质上是将铁从其自然形态——矿石等含铁化合物中还原出来的过程。

炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等，其原理是矿石在特定的气氛中（还原物质CO、H2、C；适宜温度等）通过物化反应获取还原后的生铁。生铁除了少部分用于铸造外，绝大部分是作为炼钢原料。

[高炉工艺]高炉炼铁的冶炼原理

 高炉冶炼用的原料

高炉冶炼用的原料主要由铁矿石、燃料（焦炭）和熔剂（石灰石）三部分组成。

通常，冶炼1吨生铁需要1.5-2.0吨铁矿石，0.4-0.6吨焦炭，0.2-0.4吨熔剂，总计需要2-3吨原料。为了保证高炉生产的连续性，要求有足够数量的原料供应。

因此，无论是生铁厂家还是钢厂采购原料的工作是尤其重要。

冶炼原理

生铁的冶炼虽原理相同，但由于方法不同、冶炼设备不同，所以工艺流程也不同。下面分别简单予以介绍。

高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）能连续生产几年到十几年。生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（1000～1300摄氏度），喷入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹物中的灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。

生铁是高炉产品（指高炉冶炼生铁），而高炉的产品不只是生铁，还有锰铁等，属于铁合金产品。锰铁高炉不参加炼铁高炉各种指标的计算。高炉炼铁过程中还产生副产品水渣、矿渣棉和高炉煤气等。

高炉炼铁的特点：规模大，不论是世界其它国家还是中国，高炉的容积在不断扩大，如我国宝钢高炉是4063立方米，日产生铁超过10000吨，炉渣4000多吨，日耗焦4000多吨。

目前国内单一性生铁厂家，高炉容积也以达到500左右立方米，但多数仍维持在100-300立方米之间，甚至仍存在100立方米以下的高耗能高污染的小高炉，其产品质量参差不齐，公布分散，不具有期规模性，更不能与国际上的钢铁厂相比。

[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1350～1400℃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。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+H2O-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，内扩散十分容易，且粒径不大，则还原过程将同时在整个矿石内部环绕每一个氧化铁微晶进行氧化铁的气固还原反应，这是另一种模式。

整个反应速度决定于化学反应速度和扩散速度。如果化学反应慢，称为反应处于“化学控制”；如果扩散慢，则称反应处于“扩散控制”。温度提高，化学反应速度加快，气体的扩散速度也会增加，但增加的幅度较小。一般说，温度低，矿石粒度小或气孔度大，气流速度高，还原趋向于化学控制范围；相反，温度高，矿石粒度大或者气孔度小，则趋向于扩散控制范围。如果能出现扩散与化学反应的速度彼此较接近的情况，称还原处于“混合控制”。还有一种情况，矿石的软熔温度低，当温度升高到使矿石软熔后，矿石的气孔度减小，还原速度反而可能减慢。因为H2的扩散速度比CO高，H2的还原速度也高于CO。当煤气中存在CO2或H2O分子时,CO和H2的有效浓度降低，将减慢CO和H2的还原速度。从铁矿石的还原条件来看,应在矿石不软化的条件下,尽量保持高一些的还原温度，以加快还原速度。对矿石则要求气孔度大，使还原过程不受扩散的限制；致密的铁矿石应适当减小粒度，这样不仅能使内扩散距离缩短，而且会使气－固相接触总面积增大，有利于还原过程（见冶金过程动力学）。

高炉中其他元素的还原 进入高炉的矿石的脉石和焦炭灰分还含有其他一些氧化物(SiO2、Al2O3、CaO、MgO等)、硫化物(FeS2)和磷酸盐【Ca3(PO4)2】。一些共生铁矿还含有锰、钛、铬、钒、铜、钴、镍、铌、砷、钾、钠等的含氧化合物和少量硫化物。各种氧化物因化学稳定性不同，有的在高炉内全部还原，有的部分还原，有的完全不能还原，不还原的氧化物就进入炉渣。

硅的还原 硅比铁难还原，要到高温区才能被碳还原出来，熔于铁水：

(SiO2)+2【C】→【Si】+2CO-151696千卡

耗热比铁的直接还原大得多。式中圆括弧表示炉渣中的氧化物；方括弧表示铁水中的有关元素。

大部分生铁中的硅是焦炭灰分或渣中的SiO2，通过风口附近高温区（1700℃以上）时，先被还原生成气态SiO，SiO在上升过程中再被还原成硅并熔于铁水。冶炼高硅生铁时，有一部分 SiO随煤气逸出炉外。含硅愈高，挥发愈多；SiO冷却后又被氧化成极细的SiO2粉末,除增加能耗外，还会恶化炉料透气性和堵塞煤气管道。为了炼得含硅较高的生铁或合金,宜配用碱度较低的炉渣,以利于酸性SiO2的还原。由于反应热耗大，必须维持较高的炉温，生铁含硅愈多，燃料消耗（焦比）和成本也愈大。

锰的还原 锰矿中的化合物MnO2、Mn3O4、Mn2O3、MnCO3等都很容易被CO还原成MnO，但MnO只能从炉渣中被碳直接还原并熔于铁水：

(MnO)+【C】→【Mn】+CO-68640千卡

其单位耗热低于硅,但高于铁的直接还原。MnO是弱碱性，冶炼含锰高的铁，宜采用碱性较高的炉渣，以提高渣中MnO活度，加快还原。由于需维持较高的炉温,反应热耗又多，生产高锰生铁的燃料消耗和成本也比较高。

其他元素的还原 以3CaO·P2O5或3FeO·P2O5形态进入高炉的磷，以及以氧化物或硫化物形态存在的铜、镍、钴、砷、铅等全部被还原。钒、铌、铬等的氧化物一般可被还原75～80％。二氧化钛在高炉内只有少量被还原。

钾、钠、锌等金属的沸点低，其化合物在高炉下部高温区被还原成金属后立即挥发，一部分随煤气逸出炉外，一部分又被氧化后沉积在上部炉料表面，随炉料再下降到高温区。再还原，再挥发，再沉积,循环积累,造成以下严重危害：破坏矿石和焦炭的强度和炉料的透气性；沉积在炉衬中破坏耐火材料，引起结瘤。因此，对高炉原料中这些元素的含量要有一定的限制,必要时,可以定期降低炉渣碱度,使K2O和Na2O更多地进入炉渣，排出炉外,减轻危害。包头铁矿石含K2O、Na2O和CaF2较多，影响炉况顺行，现已找到解决途径。

钒、铜、镍、钴、铌等是宝贵的合金元素，它们在铁矿石中如达到一定含量，应考虑回收利用。中国攀枝花的钒钛磁铁矿和包头的含铌铁矿石，在炼铁过程中得到含钒和含铌的生铁,在进一步处理和回收钒、铌上,取得良好的成果。

铁水中的碳 因为在高炉内还会出现还原和渗碳到Fe3C的反应：

3Fe+2CO→Fe3C+CO2

FeO(MnO,SiO2)+C→Fe(Mn,Si)+CO

3Fe+C→Fe3C

所以高炉生铁含碳高，其含量主要决定于铁水的成分。凡能生成碳化物并溶于铁水的元素如锰、钒、铬、铌等能使铁水含碳增加；凡能促使铁水中碳化物分解的元素如硅、磷、硫等会阻碍铁水渗碳。普通生铁含碳4％左右。铁水溶解某些碳化物达到饱和后，剩余的碳化物便留在炉渣中，例如炼高硅生铁时的SiC,在炉料含TiO2较多时形成的TiC等。碳化物熔化温度一般都很高(SiC＞2700℃，TiC3290℃)，以固相混杂在炉渣中，使炉渣流动性变坏，造成冶炼上的困难。

高炉炉渣及渣铁反应 一般高炉炉渣主要由SiO2、Al2O3、CaO、MgO组成,另含少量 FeO、MnO、CaS。冶炼复合矿时,还可能含有CaF2、TiO2、BaO、RxOy(R代表稀土元素)等。用钒钛磁铁矿炼铁时，炉渣流动性差,冶炼困难，中国在实践中发展一项新工艺可在含TiO2为25～30％的炉渣下进行冶炼。

高炉冶炼对炉渣的要求 ①一般在炉缸的温度1350～1550℃下，炉渣能很好地熔化，并具有良好的流动性和具有渣－铁、渣－气间的界面性能，能很好地与铁水、气体分开，并能顺利地从炉内放出。②炉渣性能既要有利于去除生铁中的有害杂质（如硫等），也要能根据需要控制某些反应的程度（SiO2的还原）和促使有益元素如锰、钒铌等更好地还原入生铁。③高炉中从开始软化到生成自由流动的炉渣的区间(软熔带)要小，减小气流通过的阻力，以有利于高炉炉料的顺行和强化冶炼。④炉渣性能稳定，不因炉温和炉渣成分的小量波动而引起炉渣物理性能的剧烈变化。⑤渣量要小，以减少熔剂和燃料的消耗，改善料柱下部的透气性，先进高炉每吨生铁的渣量已降到300公斤以下。⑥要有利于保护炉衬。

炉渣碱度 是表征和决定炉渣物理化学性能的最重要的特性指数。碱度用 等碱性氧化物与酸性氧化物的重量百分比的比值来表示。为简便起见通常均用 ,当Al2O3和MgO的含量高、波动大时，采用后两种表示方法。

渣中(CaO+MgO)＜(SiO2+Al2O3)的渣叫酸性渣。这种渣粘度大,凝固慢,通称长渣。(CaO+MgO)＞(SiO2+Al2O3)的渣叫碱性渣。高碱渣凝固温度高，冷凝快，熔融时流动性好；但温度偏低时，析出固相，就变得粘稠。这种渣也叫短渣。(CaO+MgO):(SiO2+Al2O3)≈1.0的炉渣,凝固温度较低，流动性也较好。在高炉中，为了保证炉况顺行和某些反应的顺利进行，炉渣在炉缸温度范围内的粘度最好不大于5泊，最高不宜超过25泊。同时,粘度也不宜过低，过低时容易侵蚀炉衬，缩短高炉寿命。

渣铁反应 在高炉下部，渣铁间进行一系列反应。部分亲氧力较铁强的金属如锰、钒、铌、硅等的氧化物和在上部来不及还原的FeO将从炉渣中还原出来。这些反应决定了铁水的成分和有关元素的回收率。

各种氧化物从渣中还原的反应式为：

(MexOy)+y【C】─→x【Me】+yCo

由于铁水中的碳饱和，炉缸中CO分压基本固定，因而上述各元素的还原情况主要决定于铁水中有关元素和渣中有关氧化物的活度以及炉缸温度。一般规律是：炉缸温度愈高，各元素还原入铁水的量愈多；炉渣碱度愈大，能形成碱性氧化物的金属如锰、钒、铌等还原入铁水的量就愈多，而形成酸性氧化物的元素（如硅）的还原就愈困难。

脱硫 是渣铁间最重要的反应，将决定生铁的质量。CaO的脱硫反应式为：

【FeS】+(CaO)+【C】─→

(CaS)+【Fe】+CO-35620千卡

如上所述，由于铁液中碳饱和，炉缸中CO分压基本固定，所以脱硫反应的程度主要决定于渣中CaO、CaS的活度和铁液中硫的活度以及反应的温度和动力学条件。从热力学角度看，CaO比MgO、MnO有更高的脱硫能力。渣中CaO的活度在碱度（CaO/SiO2比值）高过1.0左右后,提高很快，因而炉渣脱硫能力显著提高。由于MgO、MnO本身也能在一定范围中与硫起反应,又能改善炉渣的流动性,所以它们的存在对脱硫有利。高炉炉渣的碱度首先根据脱硫需要确定，一般在0.9～1.3。过高的碱度会使炉渣的熔化温度过高，炉渣流动性变坏，反而不利于脱硫。

当渣铁间脱硫反应达到平衡时,硫分配系数Ls=(S)/【S】，决定于反应平衡常数的大小，式中(S)为炉渣中硫的含量,【S】为铁水中硫的含量。在高炉中由于受出铁出渣时间和反应动力学条件的限制，Ls达不到平衡值。一般高炉渣平衡时的Ls可达200以上,而实际生产中的仅为30～80。因此，提高炉缸温度、降低炉渣粘度等改善脱硫的动力学条件的措施，都有利于炉内脱硫。

优质钢的含硫量一般为0.01％ 左右，特殊的要求＜0.003％。高炉铁水的含硫量常在0.02～0.05％,这不能满足炼钢要求。如果进一步提高高炉脱硫能力，又不经济。因此现在多采用铁水炉外脱硫。

炉料和煤气的运动 高炉内炉料不断均匀下降和煤气流稳定上升并尽可能与铁矿石多接触是正常冶炼的基本前题。

炉料能够下降是因为：①风口前的焦炭不断燃烧气化,经渣口、铁口定期放出渣和铁,使炉缸中有了自由空间。②促使料柱下降的重力能克服炉墙的摩擦阻力、煤气流动的阻力和浮力以及炉缸炉腹中心以焦炭为骨架的相对运动较慢的死料柱的阻力，其中最主要的是煤气流的阻力。爱根(Ergun)公式能较全面、近似地反映出多种因素对煤气阻力的影响。煤气流的压力梯度表示为：

式中Δp为压力降(公斤力/米2),h为料层高度(米)，ε为炉料空隙度（无因次）, dp为炉料直径(米)，∮为形状系数,无因次(∮＜1)，g为重力加速度(米/秒2)，μg为气体粘度系数(公斤力·秒／米2)，γg为煤气重度（公斤力／米3），vg为空炉时煤气流速（米／秒）。

由上式看出：

① 炉料空隙度(ε)影响透气性最大。筛净炉料粉末,炉料粒度均匀,对高炉顺行和强化冶炼至为重要。②炉料粒度愈小，虽对还原速度有利，但增加煤气流的阻力。③压力梯度的增加与气流速度(vg)平方相关。高炉采用高压操作可以减小vg，这是强化高炉冶炼和促进顺行的有效手段。

为了充分利用煤气流的热焓和化学势以获得最佳生产指标，还要求煤气流在高炉横断面合理分布，以求与矿石充分接触。在理论上，如果断面上各点炉料粒度和空隙度大致相等，将得到最佳的煤气流分布。但一些属于结构和设备的原因，造成断面上煤气分布不均。例如炉墙表面平滑，透气性比他处好。又如传统的双钟布料方法，使炉喉处料面堆成一个带尖峰的圆圈，一批矿石料沿半径分布厚薄不匀，并且有粒度偏析，必然导致煤气分布不匀。为此，通过改变装料制度（批重大小、装料顺序、料线高低等）来调节煤气分布。新型无钟炉顶的旋转溜槽和可调炉喉等，为达到最佳的煤气分布创造了有利的条件。

在煤气流与炉料柱热交换的过程中，煤气流是载热体。同一水平面上煤气通过多的地区必然温度高，矿石软熔早。如炉顶装料时边缘透气差的矿石少于其他地区，或者风口风速过低，煤气流不易达到炉缸中心，则沿高炉炉墙附近通过的煤气较多，靠炉墙的矿石将比炉中心矿石提前软熔。结果软熔带将不是如图1中的倒V字形,而是正V字形。在这种情况下,不仅炉腹砖衬和冷却器容易烧坏，而且炉缸中心容易堆积炉料,导致不顺行和产生出高硫生铁。如形成图1中的倒 V形软熔带，则中心锥型焦炭滴落带透气性好，高温煤气通过较多，滴下的渣和铁得到充分还原和加热，使炉缸内渣、铁反应充分进行，温度均匀，热量充足，获得良好的冶炼效果。煤气流是经过软熔带的焦炭夹层进入块状带的，所以软熔带起着煤气流分布器的作用。中心顶点过高的倒 V形软熔带虽然有利于高炉强化，但会减少间接还原所依赖的块状带空间。通过调整炉喉矿石分布和风口送风制度，可适当控制倒V形软熔带的高度，以降低炼铁能耗,充分进行间接还原。

高炉冶炼工艺--炉前操作

高炉炉前操作

一、炉前操作的任务

1、利用开口机、泥炮、堵渣机等专用设备和各种工具，按规定的时间分别打开渣、铁口，放出渣、铁，并经渣铁沟分别流人渣、铁罐内，渣铁出完后封堵渣、铁口，以保证高炉生产的连续进行。

2..、完成渣、铁口和各种炉前专用设备的维护工作。

3、制作和修补撇渣器、出铁主沟及渣、铁沟。

4、更换风、渣口等冷却设备及清理渣铁运输线等一系列与出渣出铁相关的工作。

二、高炉不能及时出净渣铁，会带来以下不利影响：

1、影响炉缸料柱的透气性，造成压差升高，下料速度变慢，严重时还会导致崩料、悬料以及风口灌渣事故。

2、炉缸内积存的渣铁过多，造成渣中带铁，烧坏渣口甚至引起爆炸。

3、上渣放不好，引起铁口工作失常。

4、铁口维护不好。铁口长期过浅，不仅高炉不易出好铁，引起跑大流、漫铁道等炉前事故，直至烧坏炉缸冷却壁，危及高炉的安全生产，有的还会导致高炉长期休风检修，损失惨重。

三、炉前操作平台

1．风口平台

◆概念：在风口下方沿炉缸四周设置的高度距风口中心线1150～1250mm的工作平台，称为风口平台。

◆作用：为便于观察风口和检查冷却设备以及进行更换风、渣口等冷却设备的操作。

◆要求：宽敞平坦；留有一定的泄水坡度；设有环形吊车。

2．出铁场

出铁场的要求：

◆采用环形或矩形出铁场。

◆上空设有天棚。◆设有排烟机和除尘装置。

◆设有各种出铁设备。

◆铺设有铁水主沟。

铁水主沟是从铁口泥套外至撇渣器的铁水沟，铁水和下渣都经此流至撇渣器，一般坡度为5％～l0％。各种类型高炉主沟长度数据见表4—8。

表4—8各种类型高炉主沟长度参考数据

大型高炉一般采用贮铁式主沟，沟内经常贮存一定深度的铁水(450～600 mm)，使铁水流射落时不致直接冲击沟底，见图4—5。贮铁式主沟的另一个优点是可避免大幅度急冷急热的破坏作用，延长主沟的寿命。

图4—5铁口处的铁水以射流状落人贮铁式主沟的情况示意图

1—铁口孔道；2—落差；3—最小射流距离；4—最大射流距离；5—与铁水体积对应的主沟长度； 6—落入范围；7—射流落入体积；8—沟底泥料；α—铁口角度；β—落入角度

垫沟料采用氧化铝一碳化硅一炭系列，制作工艺采用浇注型、预制块型。

◆铺设有撇渣器。

撇渣器又称砂口，它位于出铁主沟末端，是出铁过程中利用渣铁密度的不同而使之分离的关键设备。大型高炉撇渣器与大沟成为一个整体。◆铺设有支铁沟

支铁沟又称弯沟，它是位于撇渣器后至铁水沟流嘴之间的铁水沟。

◆设有贮备炉前常用的炮泥、覆盖剂、焦粉、河沙等耐火材料和一些必要工具的仓库。

四、高炉炉前操作指标

1．出铁次数的确定

出铁次数的确定原则：

◆每次最大出铁量不超过炉缸的安全容铁量；

◆足够的出铁准备工作时间；

◆有利于高炉顺行；

◆有利于铁口的维护。

2．炉前操作指标

◆出铁正点率

出铁正点是指按时打开铁口并在规定的时间内出净渣铁。

不按正点出铁，会使渣铁出不净，铁口难以维护，影响高炉的顺行，还会影响运输和炼钢生产。

◆铁口深度合格率

铁口深度合格率是指铁口深度合格次数与实际出铁次数的比值。

铁口过浅容易造成出铁事故，长期过浅甚至会导致炉缸烧穿，铁口过深则延长出铁时间。

◆铁量差

为了保持最低的铁水液面的稳定，要求每次实际出铁量与理论计算出铁量差值(即铁量差)不大于l0％～l5％：

铁量差=nt理—t实

式中 n——两次出铁间的下料批数，批；

t理——每批料的理论出铁量，t；

t实——本次实际出铁量，t。

铁量差小表示出铁正常，这样就有利于高炉的顺行和铁口的维护。

◆全风堵口率

正常出铁堵铁口应在全风下进行，不应放风。

◆上渣率

有渣口的高炉，从渣口排放的炉渣称为上渣，从铁口排出的炉渣称为下渣。

上渣率是指从渣口排放的炉渣量占全部炉渣量的百分比。

上渣率高(一般要求在70％以上)，说明上渣放得多，从铁口流出的渣量就少，减少了炉渣对铁口的冲刷和侵蚀作用，有利于铁口的维护。

五、出铁操作

1．出铁口的构造和工作条件

◆出铁口的构造

出铁口的整体构造如图4—6所示。铁口由铁口框架、冷却板、砖套、铁口孔道等组成。

图4—6 铁口整体结构剖面示意图 1—铁口孔道；2—铁口框架：3—炉皮；4—炉缸冷却壁；5—填充料；

6—砖套；

7—砖墙；8—铁口保护板；9—泥套

◆出铁口的工作条件

受到高温、机械冲刷和化学侵蚀等一系列的破坏作用，工作条件十分恶劣。

◆开炉后生产中铁口的状况

开炉后生产中铁口的状况见图4—7。

图4—7开炉后生产中铁口的状况

1—炉缸焦炭；2—炉墙渣皮；3—旧堵泥；4—残存的炉墙砖；

5—出铁时泥包被渣铁侵蚀变化情况；6—残存的炉底砖；7—新堵泥

高炉生产一段时间后，铁口区的炉底、炉墙都受到严重的侵蚀，仅靠出铁后堵泥形成的泥包和渣皮来维持，2．铁口的维护

◆保持正常的铁口深度

生产中铁口深度是指从铁口保护板到红点(与液态渣铁接触的硬壳)间的长度。根据铁口的构造，正常的铁口深度应稍大于铁口区炉衬的厚度。不同炉容的高炉，要求的铁口正常深度范围见表4—9

表4—9铁口深度

维持正常足够的铁口深度，可促进高炉中心渣铁流动，抑制渣铁对炉底周围的环流侵蚀，起到保护炉底的效果。同时由于深度较深，铁口通道沿程阻力增加，铁口前泥包稳定，钻铁口时不易断裂。

在高炉出铁口角度一定的条件下，铁口深度增长时，铁口通道稳定，有利于出净渣铁，促进炉况稳定顺行。

铁口过浅的危害：

①铁口过浅，无固定的泥包保护炉墙，在渣铁的冲刷侵蚀作用下，炉墙越来越薄，使铁口难以维护，容易造成铁水穿透残余的砖衬而烧坏冷却壁，甚至发生铁口爆炸或炉缸烧芽等重大恶性事故。

②铁口过浅，出铁时往往发生“跑大流”和“跑焦炭”事故，高炉被迫减风出铁，造成煤气流分布失常、崩料、悬料和炉温的波动。

③铁口过浅，渣铁出不尽，使炉缸内积存过多的渣铁，恶化炉缸料柱的透气性，影响炉况的顺行，同时还造成上渣带铁多，易烧坏渣口，给放渣操作带来困难，甚至造成渣口爆炸。

④铁口过浅，在退炮时还容易发生铁水冲开堵泥流出，造成泥炮倒灌，烧坏炮头，甚至发生渣铁漫到铁道上，烧坏铁道的事故。有时铁水也会自动从铁口流出，造成漫铁的事故。

保持正常的铁口深度的操作：

①每次按时出净渣铁，并且渣铁出净时，全风堵出铁口。

②正确地控制打泥量。2500 m3高炉通常每次泥炮打泥量在300 kg，炮泥单耗0．8 k／t。

③炮泥要有良好的塑性及耐高温渣铁磨蚀和熔蚀的能力。炮泥制备时配比准确、混合均匀、粒度达到标准及采用塑料袋对炮泥进行包装。

④加强铁口泥套的维护。

⑤放好上渣。

⑥严禁潮铁口出铁。

◆固定适宜的铁口角度

铁口角度是指出铁时铁口孔道的中心线与水平面间的夹角。

使用水平导向梁国产电动开铁口机，铁口角度的确定是把钻头伸进铁口泥套尚未转动时钻杆与水平面的最初角度。

对风动旋转冲击式开口机而言，铁口角度由开口机导向梁的倾斜度来确定。

高炉一代炉龄铁口角度变化见表4—10和表4—11。

表4—10一代炉役中铁口角度变化参考值

表4—11 高炉一代炉齿各链口角变化

平时铁口角度应固定，以便保持死铁层的厚度，保护炉底和出净渣铁。同时也可使堵铁口时，铁口孔道内的渣铁水能全部倒回炉缸中，避免渣铁夹入泥包中，引起破坏和给开铁口造成困难。

◆保持正常的铁口直径

铁口孔道直径变化直接影响到渣铁流速。

开口机钻头可参考表4—12选用。

表4—12压力、铁种选用开口机钻头直径

◆定期修补、制作泥套

在铁口框架内距铁口保护板250～300mm的空间内，用泥套泥填实压紧的可容纳炮嘴的部分叫铁口泥套。

只有在泥炮的炮嘴和泥套紧密吻合时，才能使炮泥在堵口时能顺利地将泥打人铁口的孔道内。

更换泥套的方法：

①更换旧泥套时，应将旧泥套泥和残渣铁抠净，深度应大于150～250mm。

②填泥套泥时应充分捣实，再用炮头准确地压出30～50mm的深窝。

③退炮后挖出直径小于炮头内径，深150mm，与铁口角度基本一致的深窝。

④用煤气烤干。

泥套的使用与管理：

①铁口泥套必须保持完好，深度在铁口保护板内50～80 mm，发现损坏立即修补和新做。

②使用有水炮泥高炉捣打料泥套每周做一次，无水炮泥高炉定期制作。

③在日常工作中，长期休风时泥套必须重新制作。详细检查铁口区是否有漏水、漏煤气现象；铁口框是否完好；铁口孔道中心线是否发生变化。

④堵口操作时，连续发生两次铁口跑泥，应重新做铁口泥套。

⑤如果在出铁中发现泥套损坏，应拉风低压或休风堵铁口。

⑥堵铁口时，铁口前不得有凝渣。为使泥炮头有较强的抗渣铁冲刷能力，可在炮头处采取加保护套及使用复合炮头。

⑦制作泥套时应两人以上作业，防止煤气中毒。在渣铁未出净、铁口深度过浅时，禁止制作铁口泥套。

⑧解体旧泥套使用的切削刮刀角度应和泥炮角度一致。

⑨制作泥套应尽量选择在高炉计划休风时进行。

◆控制好炉缸内安全渣铁量

3．打开出铁口的方法

◆打开出铁口时间

打开铁口时间有以下情况：

①有渣口高炉铁口堵口后，经过一定的时间或若干批料后放上渣，直至炉前出铁。

②大型高炉一个出铁口出完铁后堵口，再间隔一段时问，打开另一个出铁口出铁。

③大型高炉多个出铁口轮流出铁时，即一个铁口堵塞后，马上按对角线原则打开另一个铁口。

④现代大高炉(>4000 m3)为保证渣铁出净及炉况稳定，采用连续出铁，即一个出铁口尚未堵上即打开另一个铁口，两个铁口有重叠出铁时间。

◆打开出铁口方法

打开出铁口的方法如下：

①用开口机钻到赤热层(出现红点)，然后捅开铁口，赤热层有凝铁时，可用氧气烧开。

②用开口机将铁口钻漏，然后将开口机迅速退出。

③采用双杆或换杆的开口机，用一杆钻到赤热层，另一杆将赤热层捅开。

④埋置钢棒法。将出铁口堵上后20～30 min拔炮，然后将开口机钻进铁口深度的2／3，此时将一个长5 m的圆钢棒(≯40～50 mm)打入铁口内，出铁时用开口机拔出。

⑤烧铁口。采用一种特制的氧枪烧铁口，事先将送风风口和铁口区域烧通。

4.堵铁口及拔炮作业程序

铁口见喷时进行堵前试炮，确认打泥活塞堵泥接触贴紧，铁口前残渣铁清理干净，铁口泥套完好，进行堵铁口操作。程序如下：

◆启动转炮对正铁口，并完成锁炮动作。

◆启动压炮将铁口压严，做到不喷火、不冒渣。

◆启动打泥机构打泥，打泥量多少取决于铁口深度和出铁情况。

◆用推耙推出撇渣器内残渣。

◆堵铁口后拔炮时间：有水炮泥5～10 min，无水炮泥20～30 min。

◆拔炮时要观察铁口正面无人方可作业。

◆抽回打泥活塞200～300 min，无异常再向前推进100～150 min。

◆启动压炮，缓慢间歇地使炮头从铁口退出抬起。

◆保持挂钩在炉上2～3 min(或自锁同样时间)。

◆泥炮脱钩后，启动转炮退回停放处。

5．出铁操作

◆出铁前的准备工作

出铁前的准备工作如下：

①清理好渣、铁沟，垒好砂坝和砂闸。

②检查铁口泥套、撇渣器、渣铁流嘴是否完好，发现破损及时修补和烤干。

③泥炮装好泥并顶紧打泥活塞，装泥时要注意不要把硬泥、太软的泥和冻泥装进泥缸内。

④开口机、泥炮等机械设备都要进行试运转，有故障应立即处理。

⑤检查渣铁罐是否配好，检查渣铁罐内是否有水或潮湿杂物，有没有其他异常，发现问题及时联系处理，如冲水渣应检查水压是否正常并打开正常喷水。

⑥钻铁口前把撇渣器内铁水表面残渣凝盖打开，保证撇渣器大闸前后的铁流通畅。

⑦准备好出铁用的河沙、覆盖剂、焦粉等材料及有关的工具。

◆铁沟的操作 新做的铁沟应彻底烤干，每次出完铁后应清理干净，如有损坏要进行修补，修补时必须把旧料及残渣铁清理干净，然后填进新料按规定尺寸捣紧烤干。

◆出铁操作安全注意事项

出铁操作安全注意事项包括：

①穿戴好劳保用品，以防烧伤。

②开铁口时，铁口前不准站人，打锤时先要检查锤头是否牢固，锤头的轨迹内无人。

③出铁时，不准跨越渣、铁沟，接触铁水的工具要先烤热。

④湿手不准操作电器。

⑤干渣不准倒入冲制箱内。

⑥装炮泥时，手不准伸进装泥孔。

⑦不准戴油手套开氧气，严禁吸烟，烧氧气时手不可握在胶管和氧气管的接头处。

◆铁水和炉渣的流速

渣铁流速与铁口直径、铁口深度、炮泥强度(耐磨蚀与熔蚀的能力)、出铁口内径粗糙度、炉缸铁水和熔渣层水平面的厚度、炉内的煤气压力等因素有关，见表4—13。

表4—13

工作因素对出铁量的影响

◆出铁事故及处理

铁口事故发生的现象、产生的原因及处理方法如表4—14

表4—14铁口事故的现象、原因及处理

高炉炉前操作 六．撇渣器的操作

1．撇渣器的构造

撇渣器由前沟槽、大闸、过道眼、小井、砂坝、砂闸和残铁眼组成。

2．撇渣器的种类

活动式可整体更换的撇渣器、双撇渣器和水冷式撇渣器。

3．撇渣器的要求

◆撇渣器的尺寸要合适，孔道过大，渣铁分离不好，导致撇渣器过渣，孔道过小对铁流阻力大，易发生憋流，造成铁水流人渣罐的事故。

◆渣沟不过铁，铁沟不过渣。

4．撇渣器的工作原理

利用渣铁密度的不同，使熔渣浮在铁水面上，撇渣器的铁水出口处(小井)有一定的高度，使大闸前后保持一定的铁水深度，过道眼连通着前沟槽和小井，仅让铁水通过，达到渣铁分离的目的。浮在铁水面上的熔渣，被大闸挡住，当前沟槽中的铁水面上积聚了一定量的熔渣后，推开砂坝使熔渣流入下渣沟内。

5．撇渣器的操作及注意事项

撇渣器的操作及注意事项包括：

◆钻铁口前必须把撇渣器铁水面上(挡渣板前后)的残渣凝结盖打开，残渣凝铁从主沟两侧清除。

◆出铁过程中见少量下渣时，可适当往大闸前的渣面上撒一层覆盖剂保温。

◆当主沟中铁水表面被熔渣覆盖后，熔渣将要外溢出主沟时，打开砂坝，使熔渣流入下渣沟(此时冲渣系统处于待工作状态)。

◆出铁作业结束并确认铁口堵塞后，将砂闸推开，用推耙推出撇渣器内铁水面上剩余的熔渣。

◆主沟撇渣器的表面(包括小井的铁水面)撒覆盖剂进行保温。

七．放渣操作

1．渣口装置

一般小型高炉的渣口装置均由4个套(大套、二套、三套和小套)组成，目前部分大型高炉已取消了渣口。如图4—8所示。

图4－8 渣口装置

l－渣口小套；2－渣口三套；3－渣口二套；4－渣口大套； 5－冷却水管；6－挡杆；7－固定楔；8－炉皮；9－大套法兰；l0－石棉绳

大套和二套由于有砖衬保护，不直接与铁水接触，热负荷较低，因而采用中间嵌有循环冷却水管的铸铁结构。

三套和渣口直接与渣铁接触，热负荷大，采用导热性好的铜质空腔式结构。

渣口大套安装在固定于炉壳上的大套法兰内，各套之间的接触面均加工成圆锥面，使彼此接触严密，又便于拆卸更换。大套和法兰接触面的间隙，必须用粘有耐火泥加玻璃水的石棉绳塞紧，以免漏煤气。

2．放渣时间的确定

确切的放渣时间应该是熔渣面已达到或超过渣口中心线时开始打开渣口放渣。

实际生产中放渣时间的确定通常根据上次出铁堵口后至打开渣口出渣的间隔时间依据铁渣量、上次出铁情况和上料批数来确定。

渣口打开后，如果从渣口往外喷煤气或火星，渣流很小或没有渣流，说明炉缸内积存的熔渣还没有达到渣口水平面，此时应堵上渣口稍后再放。

3．放渣操作

放好上渣的意义：

◆可减轻炉渣对炉墙壁的侵蚀。

◆及时放出上渣可减少炉缸中的存渣，改善炉内料柱的透气性，为炉况顺行创造条件。

◆多放上渣，下渣量必定减少，可减轻熔渣对铁口的冲刷侵蚀，有利于铁口的维护。

放渣前的准备工作：

◆放渣前要清理好并垫好渣沟，检查渣口泥套、水槽及沟嘴是否完好，叠好各道拨流闸板。

◆检查堵渣机是否正常好用，冷却水、压缩空气是否已开启，堵渣机头与渣口小套是否对好，防止到时堵不上渣口。

◆检查渣罐是否对正沟嘴，罐内有无积水和潮湿杂物，防止发生渣罐爆炸。如冲水渣，按冲水渣要求办。

◆检查渣口各套有无漏水，固定装置是否坚固，冷却水是否正常。

◆准备好放渣用的工具，如长短钢钎、大锤、瓦套、楔子、铁锹、通渣口用的长铁棍、人工堵渣口用的堵耙等。

放渣操作：

◆采用带风堵渣机时，堵渣机头拔出，炉渣会自动流出，一般应用铁钎子打开渣口。如渣口眼内有铁打不动时，可用氧气烧开渣口。正常情况下是不需要的。

◆放渣过程中应随时观察放渣情况，渣口破损或带铁严重时应立即堵上；如发现渣罐将满(要求罐内液面距罐的上沿300 mm)或机车来拉渣罐时，也应立即堵口。

◆放渣过程中应做到勤放、勤捅、勤堵，渣口两侧如有积渣要随时清理，防止积渣影响堵口工作。

4．渣口的维护

◆按高炉规定的料批及时打开渣口放渣，要求上下渣比的合格率达到70％以上，渣中带铁多时，应勤透、勤堵、勤放。

◆渣口泥套必须完整无缺，保持完整适宜的渣口泥套，发现破损应在放渣前及时修补，做新泥套时一定要把残渣抠净，泥套要与渣口严密接触，与渣口眼下沿平齐，不得偏高或偏低，新泥套应烤干后使用。

◆保持渣口大套和二套表面的砌砖完好，三套的顶辊和小套的固定销子要牢固，做到定时检查。

◆长期休风和中修开炉，在铁口角度尚未达到正常及炉温未达正常水平时，不允许渣口放渣。

◆渣铁连续出不净，铁面上升到渣口水平面时，严禁放渣。

◆正确使用堵渣机，拔堵渣机时应先轻拔，拔不动时应用大锤敲打堵渣机后再放。防止渣口松动带活，造成渣口冒渣的事故。对于新换的渣口放第一次渣时，原则上用耧耙堵渣口。

◆发现渣口损坏应及时堵上并更换，严禁用坏渣口放渣。

5．渣口带铁的判断方法

◆炉温偏低时，渣流中有许多细密的小火星跳跃，类似低炉温出铁时铁沟中的“牛毛”火花。

◆炉温充足，放渣时从渣口往外喷火花，从流嘴处也可看到渣流下面有铁滴细流和火花。

◆在不易做出判断时，可堵上渣口，观察渣沟内有无沉在沟底的铁水细流。

6．渣口事故及处理

◆渣口冒渣

冒渣的原因：因新换的渣口没上严或堵渣口时，堵渣机冲力过大；堵渣机头与渣口的接触过紧，拔堵渣机时又没事先打松堵渣机头，硬拔时把渣口带出，使渣口和中套间产生缝隙，熔渣从缝隙中流出。

处理方法：发现渣口冒渣，高炉应先降压减风，缓解熔渣对接触面的冲刷侵蚀，同时减慢料速，防止铁水面上升到冒渣部位。第二步立即组织出铁，使渣面快速回落而终止冒渣。出完铁后即可休风处理，如渣口已坏应立即更换。

预防措施：新换渣口一定要上到位并打紧固定楔，如渣口的保护性渣皮层上有突出的残铁或残渣阻挡着上不严时，可用钎子打掉，若打不掉，可用氧气烧，确保渣口上到位。

◆渣口爆炸

渣口爆炸的原因：

①渣铁连续出不净，使炉缸的铁水超过安全容铁量；

②炉缸工作不活跃，有堆积现象；

③长期休风后开炉或炉缸冻结，炉底结厚，使炉内铁水面升高；

④小套破损未及时发现，放渣时带铁多。

避免渣口爆炸事故发生采取的措施：

①严禁坏渣口放渣；

②发现渣中带铁严重时，应立即堵上渣口，渣流小时应勤透；

③不能正点出铁时，应适当减风控制炉缸内渣铁的数量；

④炉缸冻结时，可采用特制的炭砖套制成的渣口放渣；

⑤中修开炉时可不放上渣，大修开炉放上渣以疏通为主；

⑥发生爆炸要立即减风或休风，尽快出铁，组织抢修。

◆渣口连续破损

渣口在短时间内连续烧坏，这种现象称为渣口连续破损。

造成渣口连续破损的主要原因是：炉缸堆积，渣口区域有铁水聚积，或者因边缘太重，煤气流分布失调，渣铁分离不好，放渣时渣流不正常，渣口带铁多。

防止渣口连续破损的措施：在高炉操作中采用使炉缸工作均匀活跃的调剂手段。

◆渣口自动流渣

渣口自动流渣的处理：立即堵上渣口或用原渣口堵上打紧。

渣口自动流渣的防止方法：渣铁未出净前不得更换渣口。

◆渣口有凝铁堵不上

事故产生原因：

(①堵渣机塞头运行轨迹偏斜；

②泥套破损或不正，塞头不能正常入内；

③渣口小套与泥套接合处有凝铁；

④塞头老化、不规则，上面粘有渣铁。

采取的措施：

①加强设备的检查，接班后应试堵；

②保持泥套的完好，不用泥套损坏的渣口放渣；

③塞头应完好；

④对用氧气烧开的渣口，放渣时应勤透，堵口前适当喷射后再堵；

⑤渣口堵不上时应酌情减风或用耧耙堵；

⑥当炉况失常时，无论用堵渣机还是用人工堵耙都堵不住，熔渣继续外流，可将渣口捅大一些或拉风降压用人工堵上渣口，渣口堵上后即可恢复风量，待出完铁后再更换渣口。

高炉冶炼工艺--高炉基本操作

高炉基本操作制度

高炉炉况稳定顺行：一般是指炉内的炉料下降与煤气流上升均匀，炉温稳定充沛，生铁合格，高产低耗。

操作制度：根据高炉具体条件(如高炉炉型、设备水平、原料条件、生产计划及品种指标要求)制定的高炉操作准则。

高炉基本操作制度：装料制度、送风制度、炉缸热制度和造渣制度。

一、炉缸热制度

1.炉缸热制度的概念

高炉炉缸所应具有的温度和热量水平。

炉温一般指高炉炉渣和铁水的温度，即“物理热”。一般铁水温度为1350～1550℃，炉渣温度比铁水温度高50～100℃。

生产中常用生铁含硅量的高低来表示高炉炉温水平，即“化学热”。

2.炉缸热制度的作用

直接反映炉缸的工作状态，稳定均匀而充沛的热制度是高炉稳定顺行的基础。3.热制度的选择

◆根据生产铁种的需要，选择生铁含硅量在经济合理的水平。

冶炼炼钢生铁时，[Si]含量一般控制在0.3％～0.6％之间。冶炼铸造生铁时，按用户要求选择[Si]含量。且上、下两炉[Si]含量波动应小于0.1％。

◆根据原料条件选择生铁含硅量。

冶炼含钒钛铁矿石时，允许较低的生铁含硅量；用铁水的[Si]+[Ti]来表示炉温。

◆结合高炉设备情况。

如炉缸严重侵蚀时，以冶炼铸造铁为好。

◆结合技术操作水平与管理水平。

原燃料强度差、粉末多、含硫高、稳定性较差时，应维持较高的炉温；反之在原燃料管理稳定、强度好、粉末少、含硫低的条件下，可维持较低的生铁含硅量。

4.影响热制度的主要因素

◆原燃料性质变化

主要包括焦炭灰分、含硫量、焦炭强度、矿石品位、还原性、粒度、含粉率、熟料率、熔剂量等的变化。

矿石品位提高1％，焦比约降低2％，产量提高3％。

烧结矿中FeO含量增加l％，焦比升高l．5％。

矿石粒度均匀有利于透气性改善和煤气利用率提高。

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。

随着高炉煤比的提高，还应充分考虑煤粉发热量、含硫量和灰分含量的波动对热制度的影响。

◆冶炼参数的变动

主要包括冶炼强度、风温、湿度、富氧量、炉顶压力、炉顶煤气CO2含量等的变化。

调节风温可以很快改变炉缸热制度。

喷吹燃料会改变炉缸煤气流分布。

风量的增减使料速发生变化，风量增加，煤气停留时间缩短，直接还原增加，会造成炉温向凉。

装料制度如批重和料线等对煤气分布、热交换和还原反应产生直接影响。

◆设备故障及其他方面的变化

下雨等天气变化导致入炉原燃料含水量增加、入炉料称量误差等。

高炉炉顶设备故障，悬料、崩料和低料线时，炉料与煤气流分布受到破坏，大量未经预热的炉料直接进入炉缸，炉缸热量消耗的增加使炉缸温度降低，炉温向凉甚至大凉。

冷却设备漏水，导致炉缸热量消耗的增加使炉缸温度降低，造成炉冷直至炉缸冻结。

二.送风制度

1.送风制度的概念

在一定的冶炼条件下，确定合适的鼓风参数和风口进风状态。

2.适宜鼓风动能的选择

高炉鼓风所具有的机械能叫鼓风动能。适宜鼓风动能应根据下列因素选择：

◆原料条件

原燃料条件好，能改善炉料透气性，利于高炉强化冶炼，允许使用较高的鼓风动能。原燃料条件差，透气性不好，不利于高炉强化冶炼，只能维持较低的鼓风动能。

◆燃料喷吹量

高炉喷吹煤粉，炉缸煤气体积增加，中心气流趋于发展，需适当扩大风口面积，降低鼓风动能，以维持合理的煤气分布。但随着冶炼条件的变化，喷吹煤粉量增加，边缘气流增加。这时不但不能扩大风口面积，反而应缩小风口面积。因此，煤比变动量大时，鼓风动能的变化方向应根据具体实际情况而定。

◆风口面积和长度

在一定风量条件下，风口面积和长度对风口的进风状态起决定性作用。

风口面积一定，增加风量，冶强提高，鼓风动能加大，促使中心气流发展。为保持合理的气流分布，维持适宜的回旋区长度，必须相应扩大风口面积，降低鼓风动能。◆高炉有效容积

在一定冶炼强度下，高炉有效容积与鼓风动能的关系见表4—1。

表4—1 高炉有效容积与鼓风动能的关系

高炉适宜的鼓风动能随炉容的扩大而增加。炉容相近，矮胖多风口高炉鼓风动能相应增加。

鼓风动能是否合适的直观表象见表4—2。

表4—2 鼓风动能变化对有关参数的影响

3.合理的理论燃烧温度的选择

风口前焦炭和喷吹燃料燃烧所能达到的最高绝热温度，即假定风口前燃料燃烧放出的热量全部用来加热燃烧产物时所能达到的最高温度，叫风口前理论燃烧温度。

理论燃烧温度的高低不仅决定了炉缸的热状态，而且决定炉缸煤气温度，对炉料加热和还原以及渣铁温度和成分、脱硫等产生重大影响。

适宜的理论燃烧温度，应能满足高炉正常冶炼所需的炉缸温度和热量，保证渣铁的充分加热和还原反应的顺利进行。理论燃烧温度过高，高炉压差升高，炉况不顺。理论燃烧温度过低，渣铁温度不足，炉况不顺，严重时会导致风口灌渣，甚至炉冷事故。

理论燃烧温度提高，渣铁温度相应提高，见图4—1。

图4—1 理论燃烧温度t理与铁水温度的关系

大高炉炉缸直径大，炉缸中心温度低，为维持其透气性和透液性，应采用较高的理论燃烧温度，见图4—2。

图4—2 炉容与理论燃烧温度t理的关系

影响理论燃烧温度的因素

◆鼓风温度

鼓风温度升高，则带入炉缸的物理热增加，从而使t理升高。一般每±100℃风温可影响理论燃烧温度±80℃。

◆鼓风湿分

由于水分分解吸热，鼓风湿分增加，t理降低。鼓风中±1g／m3湿分，风温干9℃。

◆鼓风富氧率

鼓风富氧率提高，N2含量降低，从而使t理升高。鼓风含氧量±l％，风温±35～45℃ ◆喷吹燃料

高炉喷吹燃料后，喷吹物的加热、分解和裂化使t理降低。

各种燃料的分解热不同，对t理的影响也不同。对t理影响的顺序为天然气、重油、烟煤、无烟煤，喷吹天然气时t理降低幅度最大。每喷吹10kg煤粉t理降低20～30℃，无烟煤为下限，烟煤为上限。

4.送风制度的调节

◆风量

增加风量，综合冶炼强度提高。在燃料比降低或燃料比维持不变的情况下，风量增加，下料速度加快，生铁产量增加。

料速超过正常规定应及时减少风量。

当高炉出现悬料、崩料或低料线时，要及时减风，并一次减到所需水平。

渣铁未出净时，减风应密切注意风口状况，防止风口灌渣。

当炉况转顺，需要加风时，不能一次到位，防止高炉顺行破坏。两次加风应有一定的时间间隔。

◆风温

提高风温可大幅度地降低焦比。

提高风温能增加鼓风动能，提高炉缸温度活跃炉缸工作，促进煤气流初始分布合理，改善喷吹燃料的效果。

在喷吹燃料情况下，一般不使用风温调节炉况，而是将风温固定在较高水平上，通过喷吹量的增减来调节炉温。

当炉热难行需要撤风温时，幅度要大些，一次撤到高炉需要的水平；炉况恢复时逐渐将风温提高到需要的水平，提高风温速度不超过50℃／h。

在操作过程中，应保持风温稳定，换炉前后风温波动应小于30℃。

◆风压

风压直接反映炉内煤气与料柱透气性的适应情况。

◆鼓风湿分

鼓风中湿分增加lg／m3，相当于风温降低9℃，但水分分解出的氢在炉内参加还原反应，又放出相当于3℃风温的热量。

加湿鼓风需要热补偿，对降低焦比不利。

◆喷吹燃料

喷吹燃料在热能和化学能方面可以取代焦炭的作用。

把单位燃料能替换焦炭的数量称为置换比。

随着喷吹量的增加，置换比逐渐降低，对高炉冶炼会带来不利影响。提高置换比措施有提高风温给予热补偿、提高燃烧率、改善原料条件以及选用合适的操作制度。

喷吹燃料具有“热滞后性”。即喷吹燃料进入风口后，炉温的变化要经过一段时间才能反映出来，这种炉温变化滞后于喷吹量变化的特性称为“热滞后性”。热滞后时间大约为冶炼周期的70％，热滞后性随炉容、冶炼强度、喷吹量等不同而不同。

用喷吹量调节炉温时，要注意炉温的趋势，根据热滞后时间，做到早调，调剂量准确。

◆富氧鼓风

富氧后能够提高冶炼强度，增加产量。

富氧鼓风能提高风口前理论燃烧温度，有利于提高炉缸温度，补偿喷煤引起的理论燃烧温度的下降。

增加鼓风含氧量，有利于改善喷吹燃料的燃烧。

富氧鼓风使煤气中N2含量减少，炉腹CO浓度相对增加，有利于间接反应进行；同时炉顶煤气热值提高，有利于热风炉的燃烧，为提高风温创造条件。

富氧鼓风只有在炉况顺行的情况下才能进行。

在大喷吹情况下，高炉停止喷煤或大幅度减少煤量时，应及时减氧或停氧。

三．装料制度

1.装料制度的概念

炉料装入炉内的方式方法的有关规定，包括装入顺序、装入方法、旋转溜槽倾角、料线和批重等。

2.炉料装入炉内的设备

钟式炉顶装料设备和无钟炉顶装料设备。

3.影响炉料分布的因素

◆装料设备类型(主要分钟式炉顶和布料器，无钟炉顶)和结构尺寸(如大钟倾角、下降速度、边缘伸出料斗外长度，旋转溜槽长度等)。

大钟倾角愈大，炉料愈布向中心。现在高炉大钟倾角多为50°～53°。

大钟下降速度和炉料滑落速度相等时，大钟行程大，布料有疏松边缘的趋势。大钟下降进度大于炉料滑落速度时，大钟行程的大小对布料无明显影响。大钟下降速度小于炉料滑落速度时，大钟行程大有加重边缘的趋势。

大钟边缘伸出料斗外的长度愈大，炉料愈易布向炉墙。

◆炉喉间隙。

炉喉间隙愈大，炉料堆尖距炉墙越远；反之则愈近。

批重较大，炉喉间隙小的高炉，总是形成“V”形料面。

只有炉喉间隙较大，或采用可调炉喉板，方能形成“倒W”形料面。

◆炉料自身特性(粒度、堆角、堆密度、形状等)。

◆旋转溜槽倾角、转速、旋转角。

◆活动炉喉位置。

◆料线高度。

◆炉料装入顺序。

◆批重。◆煤气流速。

4.钟式炉顶布料的特征

◆矿石对焦炭的推挤作用。

矿石落入炉内时，对其下的焦炭层产生推挤作用，使焦炭产生径向迁移。

矿石落点附近的焦炭层厚度减薄，矿石层自身厚度则增厚；但炉喉中心区焦炭层却增厚，矿石层厚度随之减薄。

大型高炉炉喉直径大，推向中心的焦炭阻挡矿石布向中心的现象更为严重，以致中心出现无矿区。

◆不同装入顺序对气流分布的影响。

炉料落入炉内，从堆尖两侧按一定角度形成斜面。

堆尖位置与料线、批重、炉料粒度、密度和堆角以及煤气速度有关。

先装入矿石加重边缘，先加入焦炭则发展边缘。

5.无料钟布料

无料钟布料特征

◆焦炭平台：高炉通过旋转溜槽进行多环布料，易形成一个焦炭平台，即料面由平台和漏斗组成，通过平台形式调整中心焦炭和矿石量。

平台小，漏斗深，料面不稳定。平台大，漏斗浅，中心气流受抑制。

◆采用多环布料，形成数个堆尖，小粒度炉料有较宽的范围，主要集中在堆尖附近。在中心方向，由于滚动作用，大粒度居多。

◆无料钟高炉旋转滑槽布料时，料流小而面宽，布料时间长，矿石对焦炭的推移作用小，焦炭料面被改动的程度轻，平台范围内的O／C比稳定，层状比较清晰，有利于稳定边缘气流。

布料方式

◆单环布料。溜槽只在一个预定角度做旋转运动。其控制较为简单，调节手段相当灵活，大钟布料是固定的角度，旋转溜槽倾角可任意选定，溜槽倾角α越大炉料越布向边缘。当αC>αO时边缘焦炭增多，发展边缘。当αO>αC时边缘矿石增多，加重边缘。

◆螺旋布料。从一个固定角位出发，炉料以定中形式在进行螺旋式的旋转布料。每批料分成一定份数，每个倾角上份数根据气流分布情况决定。如发展边缘气流，可增加高倾角位置焦炭分数，或减少高倾角位置矿石份数，否则相反。每环布料份数可任意调整，使煤气流合理分布。

◆扇形布料。可在6个预选水平旋转角度中选择任意两个角度，重复进行布料。可预选的角度有0°、60°、l20°、l80°、240°、300°。这种布料方式为手动操作，只适用于处理煤气流分布失常，且时间不宜太长。

◆定点布料。可在11个倾角位置中任意角度进行布料。这种布料方式手动进行，其作用是堵塞煤气管道行程。

无钟炉顶的运用

运用要求：

◆焦炭平台是根本性的，一般情况下不作调节对象；

◆高炉中间和中心的矿石在焦炭平台边缘附近落下为好；

◆漏斗内用少量的焦炭来稳定中心气流。

运用要求的控制：

正确地选择布料的环位和每个环位上的布料份数。

环位和份数变更对气流的影响如表4—3所示。

表4—3环位和份数对气流分布影响

表中可知，从l～6对布料的影响程度逐渐减小，1、2变动幅度太大，一般不宜采用。3、4、5、6变动幅度较小，可作为日常调节使用。

无钟炉顶和钟式炉顶布料的区别

无钟炉顶和钟式炉顶布料的区别如表4—4所示。

表4—4无钟炉顶和钟式炉顶布料的区别

6.批重

批重对炉喉炉料分布的影响

批重变化时，炉料在炉喉的分布变化如图4—3所示。

图4—3 批重对炉喉分布的影响

◆当y0=0，即批重刚好使中心无矿区的半径为0，令此时的批重W=W0，称为临界批重。

◆如批重W>W0，随着批重增加，中心y0增厚，边缘yB也增厚，炉料分布趋向均匀，边缘和中心都加重。

◆如批重W

◆当n=d／2时，即堆尖移至炉墙，W减小则中心减轻；若W

给批重W0和△W以一定值，可算出yB、y0和yG，即边缘、中心和堆尖处的料层厚度。yB／y0、yG／y0和W0+N△W的关系构成的炉料批重特征曲线图4—4。

W0+N△W

图4—4 炉料批重的特征曲线

曲线有3个区间：激变区、缓变区和微变区，其意义如下：

◆批重值在激变区时，批重波动对布料影响较大，边缘和中心的负荷变化剧烈，正常生产不宜选用此种批重。

◆原料好，设备和操作水平高时，批重可选在微变区，此区炉料分布和气流分布都稳定，顺行和煤气利用较好；但增减批重来调剂气流的作用减弱。

◆若炉料粉末较多，料柱透气性较差，为防止微变区批重，宜选用缓变区批重，其增减对布料的影响介于上述两者之间。少许波动不致引起气流较大变化，适当改变批重又可调节气流分布。

批重决定炉内料层的厚度。批重越大，料层越厚，软熔带焦层厚度越大；此外料柱的层数减少，界面效应减小，利于改善透气性。但批重扩大不仅增大中心气流阻力，也增大边缘气流的阻力，所以一般随批重扩大压差有所升高。

批重的选择

确定微变区批重值应注意炉料含粉末(

大中型高炉适宜焦批厚度0．45～0．50m，矿批厚度0．4～0．45m，随着喷吹物的增加焦批与矿批已互相接近。

影响批重的因素

◆炉容。炉容越大，炉喉直径也越大，批重应相应增加。

◆原燃料。原燃料品位越高，粉末越少，则炉料透气性越好，批重可适当扩大。

◆冶炼强度。随冶炼强度提高，风量增加，中心气流加大，需适当扩大批重，以抑制中心气流。

◆喷吹量。当冶炼强度不变，高炉喷吹燃料时，由于喷吹物在风口内燃烧，炉缸煤气体积和炉腹煤气速度增加，促使中心气流发展，需适当扩大批重，抑制中心气流。随着冶炼条件的变化，喷吹量增加，中心气流不易发展，边缘气流反而发展，这时则不能加大批重。

7.炉喉煤气速度对布料的影响

煤气对炉料的浮力的增长与煤气速度的平方成正比。

煤气浮力对不同粒度炉料的影响不同，在一般冶炼条件下，煤气浮力只相当于直径19mm粒度矿石重量的5％～8％，相当于10mm焦炭重量的1％～2％，但煤气浮力P与炉料重量Q的比值(P／Q)因粒度缩小而迅速升高，对于小于5mm炉料的影响不容忽视。

如果块状带中炉料的孔隙度在0.3～0.4mm，一般冶炼强度的煤气速度很容易达到4～8m／s，可把0.3～2mm的矿粉和l～3mm的焦粉吹出料层。煤气离开料层进入空区后速度骤降，携带的粉料又落至料面，如果边缘气流较强，则粉末落向中心，若中心气流较强则落向边缘。

由于气流浮力将产生炉料在炉喉落下时出现分级的现象；冶炼强度较大时，小于5mm炉料的落点较大于5mm炉料的落点向边缘外移。

使用含粉较多的炉料，以较高冶炼强度操作时，必须保持使粉末集中于既不靠近炉墙，也不靠近中心的中间环形带内，以保持两条煤气通路和高炉顺行；否则无论是只发展中心或只发展边缘，都避免不了粉末形成局部堵塞现象，导致炉况失常。

由于煤气速度对布料的影响，日常操作中使炉喉煤气体积发生变化的原因(如改变冶炼强度、富氧鼓风、改变炉顶压力等)，都会影响炉料分布。

8.料线

◆料线深度 钟式高炉大钟全开时，大钟下沿为料线的零位。无料钟高炉料线零位在炉喉钢砖上沿。零位到料面间距离为料线深度。一般高炉正常料线深度为1．5～2．0m。

◆料线对气流分布的影响

大钟开启时炉料堆尖靠近炉墙的位置，称为碰点，此处边缘最重。在碰点之上，提高料线，布料堆尖远离墙，则发展边缘；降低料线，堆尖接近边缘，则加重边缘。

料线在碰点以下时，炉料先撞击炉墙。然后反弹落下，矿石对焦炭的冲击作用增大，强度差的炉料撞碎，使布料层紊乱，气流分布失去控制。

碰点的位置与炉料性质、炉喉问隙及大钟边缘伸出漏斗的长度有关。

◆料面堆角

炉内实测的堆角变化规律：

①炉容越大，炉料的堆角越大，但都小于其自然堆角。

②在碰点以上，料线越深，堆角越小。

③焦炭堆角大于矿石堆角。

④生产中的炉料堆角远小于送风前的堆角。

为减少低料线对布料的影响，无料钟按料线小于2m，2～4m，4～6m3个区间，以料流轨迹落点相同，求出对应的溜槽角。输入上料微机，在低料线时控制落点不变，以避免炉料分布变坏。溜槽倾角如表4—5所示。

表4—5溜槽倾角与位置

注：落点指距中心距离。

8.控制合理的气流分布和装料制度的调节 ◆高炉合理气流分布规律

首先要保持炉况稳定顺行，控制边缘与中心两股气流；其次是最大限度地改善煤气利用，降低焦炭消耗。

①原料粉末多，无筛分整粒设备，必须控制边缘与中心CO2相近的“双峰”式煤气分布。

②原燃料改善，高压、高风温和喷吹技术的应用，形成了边缘CO2略高于中心的“平峰”式曲线，综合煤气CO2达到l6％～l8％。

③烧结矿整粒技术和炉料品位的提高及炉料结构的改善，出现了控制边缘煤气CO2高于中心，而且差距较大的“展翅”形煤气曲线，综合CO2达到l9％～20％，最高达21％～22％。

◆合理气流分布的温度特征

炉子中心温度值(CCT)约为500～600℃，边缘至中间的温度呈平缓的状态。

CCT值的波动反映了中心气流的稳定程度，高炉进人良好状态时，波动值小于±50℃。

控制边缘气流稳定非常必要，在达到200℃时，将呈现不稳定现象。

◆边缘与中心两股气流和装料制度的关系

①原燃料条件变化。原燃料条件变差，特别是粉末增多，出现气流分布和温度失常时，应及早改用边缘与中心均较发展的装料制度。原料条件改善，顺行状况好时，为提高煤气利用，可适当扩大批重和加重边缘。

②冶炼强度变化。由于某种原因被迫降低冶炼强度时，除适当地缩小风口面积外，上部要采取较为发展边缘的装料制度，同时要相应缩小批重。

③与送风制度相适宜。当风速低、回旋区较小，炉缸初始气流分布边缘较多时，不宜采用过分加重边缘的装料制度，应在适当加重边缘的同时强调疏导中心气流，防止边缘突然加重而破坏顺行。可缩小批重，维持两股气流分布。若下部风速高回旋区大，炉缸初始气流边缘较少时，也不宜采用过分加重中心的装料制度，应先适当疏导边缘，然后再扩大批重相应增加负荷。

④临时改变装料制度调节炉况。

炉子难行、休风后送风、低料线下达时，可临时改若干批强烈发展边缘的装料制度，以防崩料和悬料。

改若干批双装、扇形布料和定点布料时，可消除煤气管道行程。

连续崩料或大凉时，可集中加若干批净焦，可提高炉温，改善透气性，减少事故，加速恢复。

炉墙结厚时，可采取强烈发展边缘的装料制度，提高边缘气流温度，消除结厚。

为保持炉温稳定，改倒装或强烈发展边缘装料制度时，要相应减轻焦炭负荷。全倒装时应减轻负荷20％～25％。

四．造渣制度

1.造渣制度的要求

造渣有如下要求：

◆要求炉渣有良好的流动性和稳定性，熔化温度在1300～1400℃，在1400℃左右黏度小于lPa·S，可操作的温度范围大于150℃。

◆有足够的脱硫能力，在炉温和碱度适宜的条件下，当硫负荷小于5 kg／t时，硫分配系数Ls为25～30，当硫负荷大于5kg／t时，Ls为30～50。

◆对高炉砖衬侵蚀能力较弱。

◆在炉温和炉渣碱度正常条件下，应能炼出优质生铁。

2.对原燃料的基本要求

为满足造渣制度要求，对原燃料必须有如下基本要求：

◆原燃料含硫低，硫负荷不大于5．0kg／t。

◆原料难熔和易熔组分低。

◆易挥发的钾、钠成分越低越好。

◆原料含有少量的氧化锰、氧化镁。

3.炉渣的基本特点

◆根据不同的生铁品种规格，选择不同的造渣制度。生铁品种与炉渣碱度的关系见表4—6。

表4—6生铁品种与炉渣碱度的关系

碱度高的炉渣熔点高而且流动性差，稳定性不好，不利于顺行。但为了获得低硅生铁，在原燃料粉末少、波动小、料柱透气性好的条件下，可以适当提高碱度。

◆根据不同的原燃料条件，选择不同的造渣制度。渣中适宜MgO含量与碱度有关，CaO／SiO，愈高，适宜的MgO应愈低。若Al2O3含量在17％以上，CaO／SiO2含量过高时，将使炉渣的黏度增加，导致炉况顺行破坏。因此，适当增加MgO含量，降低CaO／SiO2，便可获得稳定性好的炉渣。

◆我国高炉几种有代表的炉渣成分见表4—7。

表4—7不同高炉炉渣化学成分(质量分数)(％)

4.炉渣碱度的调整

◆因炉渣碱度过高而产生炉缸堆积时，可用比正常碱度低的酸性渣去清洗。若高炉下部有黏结物或炉缸堆积严重时，可以加入萤石(CaF2)，以降低炉渣黏度和熔化温度，清洗下部黏结物。

◆根据不同铁种的需要利用炉渣成分促进或抑制硅、锰还原。

冶炼硅铁、铸造铁时，应选择较低的炉渣碱度。

冶炼炼钢生铁时，应选择较高的炉渣碱度。

冶炼锰铁时需要较高的碱度。

◆利用炉渣成分脱除有害杂质。当矿石含碱金属(钾、钠)较高时，需要选用熔化温度较低的酸性炉渣。

若炉料含硫较高时，需提高炉渣碱度。

5.炉渣中的氧化物对炉渣的影响

◆碱金属

碱金属对高炉冶炼有如下危害

①铁矿石含有较多碱金属时，炉料透气性恶化，易形成低熔点化合物而降低软化温度，使软熔带上移。

②碱金属会引起球团矿“异常膨胀”而严重粉化。

③碱金属对焦炭气化反应起催化作用，使焦炭粉化增加，强度和粒度减小。

④高炉中、上部生成的液态或固态粉末状碱金属化合物能黏附在炉衬上，促使炉墙结厚或结瘤，或破坏炉衬。

防止碱金属危害的主要措施

除了减少入炉料的碱金属含量，降低碱负荷以外，提高炉渣排碱能力是主要措施。高炉排碱的主要措施有：

①降低炉渣碱度。自由碱度±0.1，影响渣中碱金属氧化物干0.30％。

②降低炉渣碱度或炉渣碱度不变，降低生铁含硅量。[Si]±0.1％，影响渣中碱金属氧化物干0.045％。

③降低渣中MgO含量。渣中MgO±1％，影响渣中碱金属氧化物干0.21％。

④提高渣中氟化物。渣中含氟±1％，影响渣中碱金属氧化物±0.16％。

⑤提高(MnO／Mn)比。

◆MgO

①MgO可改善原料的高温特性。MgO为高熔点化合物，增加MgO使矿石熔点升高，促使软熔带的下移。

②渣中含适量MgO时，有利于脱硫。

③MgO抑制炉内[Si]的还原。MgO提高初渣熔点，使软熔带下移，滴落带高度降低；MgO