高炉冶炼炼铁技术工艺及应用浅述

韩涛++高路路++娄振国++尹奎升

摘 要：本文结合实际工作经验，主要就高炉冶炼炼铁技术工艺过程及各工艺的具体应用进行了分析与探讨。

关键词：高炉炼铁；技术工艺；应用

1 高炉冶炼炼铁技术工艺分析

1.1 高炉冶炼炼铁工艺概述

高炉炼铁生产主要是依靠高炉本体以及其它辅助设备来完成的。其中，高炉主体是冶炼生铁的主要设备，它是由耐火材料所堆砌而成的竖立式圆筒形炉体，并由炉基、炉壳、炉衬、冷却设备以及高炉框架等部分所组成。在高炉上部设置有炉料的装入口和煤气的导出口，在下部还设置由风口、渣口和铁口（如下图1所示）。

高炉冶炼炼铁的目的，即是将铁矿石经济、高效的分解为液态的生铁。因此，在高炉冶炼过程中，一方面要将矿石中的铁元素和其它非铁元素，利用还原剂与氧元素之间进行化学分离，即还原过程；另一方面则需要将已还原的金属与脉石进行机械分离，即熔化与造渣过程。最后通过控制温度与液体渣铁之间的交互作用，得到化学成分与稳定合格的铁液。

高铁冶炼炼铁的全过程均是在高炉本体内实现，是从风口前的焦炭燃烧开始，并通过各种物理运动和化学反应而持续进行的还原、渗碳、去硫、造渣、出铁这一系列的复杂工艺过程。炉内低温的矿石在下降过程中，会被高温煤气夺脱氧元素而还原，同时又从高温煤气中得到热量。当矿石的温度升高到一定界限以后，会先发生软化，然后熔融滴落，实现铁、渣之间的分离。在已熔化的铁、渣以及固态焦炭的接触过程中，会发生诸多反应，最后调整铁液的化学成分和温度达到合格的标准，并定期从炉内排放出生铁和炉渣。

1.2 具体技术工艺的实现

1.2.1 焦炭燃烧

一般而言，高炉炼铁时风口前温度可达到1800～1900℃左右，这也是炉内最高温度值，随着炉体上升温度会缓慢下降。由装料系统送入高炉本体中的焦炭，在下落过程中即会逐渐加热，当焦炭到达炉缸风口附近时，遇风口热风充分燃烧而形成二氧化碳并放出大量热量。然后二氧化碳在上升过程中，因氧气的缺乏和大量的焦炭的存在，会继续反应生成一氧化碳和氢气。最终，焦炭燃烧的产物为一氧化碳和少量的氢气，这也是后续工艺中铁氧化物和其它非铁元素的主要还原剂。

1.2.2 铁氧化物和非铁元素的还原

高炉内铁氧化物主要有三氧化二铁、四氧化生铁、硫化铁等。各种铁氧化物的还原过程为：一氧化碳在沿炉内上升过程中，与铁矿石接触使铁氧化物还原，其温度多在低于1100℃的范围内进行，然后依次由铁的高氧化物还原为铁的低氧化物，并最终还原为铁。具体还原与分解顺序为：

3Fe2O3→2Fe3O4→6FeO→6Fe

矿料内除铁元素以外，通常还包含有锰、硅、磷等非铁元素。这些非铁元素的还原主要依靠一氧化碳或固体碳作为还原剂来进行。以锰元素的还原为例，铁矿石中锰元素多以二氧化锰的形式存在，其还原过程也与铁氧化物还原相类似，具体还原与分解顺序为：

6MnO2→3Mn2O3→2MnO4→6MnO→6Mn

1.2.3 去硫工艺

高炉中的硫主要以硫化铁的形式存在于焦炭、矿石、熔剂等炉料中。由于硫元素会造成铁产品具有热脆性，对钢铁质量造成严重影响，因此必须采取去硫处理。具体工艺是在炉料中添加入较多的石灰石，使硫化铁与氧化钙在炉内的高温下生成化学反应，而产生不溶于铁而溶于炉渣的硫化钙，以起到去硫留铁的目的。

2 高炉冶炼炼铁工艺中应严格控制的关键环节

2.1 送风条件控制

在高炉炼铁过程中，热风在风口前与燃烧的焦炭和煤粉混合后，形成高温煤气，为冶炼中铁矿石还原提供了充足的还原剂一氧化碳和氢气。由于风口循环区，将决定炉内高温煤气的初始分布状况，因此要求风口循环区的大小应适当，在圆周方向上的分布应科学、合理，以确保炉内高温煤气的分布合理。同时，为了控制风口前的燃烧温度以符合炉内生产的要求，应根据风口鼓风的富氧含量以及含水量，来决定是否喷吹辅助燃料。

2.2 炉内软熔区的位置、形状与尺寸的控制

炉料在软熔区的上部边界开始软化，在下部边界开始熔融滴露，在这个区域内炉料将直接进行铁还原反应和造渣。由于软熔区还能起到高温煤气二次分配的作用，其位置、形状以及尺寸的大小，都将对冶炼生产的产量、燃料消耗量以及铁水的成分造成极大的影响。在实际生产过程中，应密切监测软熔区形态的变化，并通过及时的调整，以确保高炉生产能始终处于最佳的工艺状态。

2.3 固体炉料区的工作状态控制

炉料在固体炉料区会发生间接还原反应和少量的直接还原反应，其工作状态是决定单位生铁燃料消耗量的关键因素。要使固体炉料区达到最佳的工艺状态，首先在该区域应充分利用高温煤气的化学能与热能，以充分发展炉料的间接还原反应，抑制直接还原反应；其次，还应当严格遵循炉顶装料制度的规律，按照炉内生产状况的变化，对焦炭和矿石在炉内的分布情况进行合理的调节。

3 总结

本文主要就高炉冶炼炼铁工艺中的主要设备应用、具体工艺流程以及技术工艺中应严格控制的关键环节进行了分析与探讨，以此希望能对高炉冶炼炼铁的实际生产能有所帮助与借鉴，促进我国高炉冶炼炼铁技术水平的进一步提升。

参考文献：

[1]冯跃可.高炉炼铁技术的应用于工艺流程探索[J].机电信息，2012（36）.

[2]范广权.高炉炼铁操作[M].北京：冶金工业出版社，2008.endprint