高爐冶煉煉鐵技術工藝及應用淺述

韓濤++高路路++婁振國++尹奎升

摘 要：本文結合實際工作經驗，主要就高爐冶煉煉鐵技術工藝過程及各工藝的具體應用進行了分析與探討。

關鍵詞：高爐煉鐵；技術工藝；應用

1 高爐冶煉煉鐵技術工藝分析

1.1 高爐冶煉煉鐵工藝概述

高爐煉鐵生產主要是依靠高爐本體以及其它輔助設備來完成的。其中，高爐主體是冶煉生鐵的主要設備，它是由耐火材料所堆砌而成的豎立式圓筒形爐體，并由爐基、爐殼、爐襯、冷卻設備以及高爐框架等部分所組成。在高爐上部設置有爐料的裝入口和煤氣的導出口，在下部還設置由風口、渣口和鐵口（如下圖1所示）。

高爐冶煉煉鐵的目的，即是將鐵礦石經濟、高效的分解為液態的生鐵。因此，在高爐冶煉過程中，一方面要將礦石中的鐵元素和其它非鐵元素，利用還原劑與氧元素之間進行化學分離，即還原過程；另一方面則需要將已還原的金屬與脈石進行機械分離，即熔化與造渣過程。最后通過控制溫度與液體渣鐵之間的交互作用，得到化學成分與穩定合格的鐵液。

高鐵冶煉煉鐵的全過程均是在高爐本體內實現，是從風口前的焦炭燃燒開始，并通過各種物理運動和化學反應而持續進行的還原、滲碳、去硫、造渣、出鐵這一系列的復雜工藝過程。爐內低溫的礦石在下降過程中，會被高溫煤氣奪脫氧元素而還原，同時又從高溫煤氣中得到熱量。當礦石的溫度升高到一定界限以后，會先發生軟化，然后熔融滴落，實現鐵、渣之間的分離。在已熔化的鐵、渣以及固態焦炭的接觸過程中，會發生諸多反應，最后調整鐵液的化學成分和溫度達到合格的標準，并定期從爐內排放出生鐵和爐渣。

1.2 具體技術工藝的實現

1.2.1 焦炭燃燒

一般而言，高爐煉鐵時風口前溫度可達到1800～1900℃左右，這也是爐內最高溫度值，隨著爐體上升溫度會緩慢下降。由裝料系統送入高爐本體中的焦炭，在下落過程中即會逐漸加熱，當焦炭到達爐缸風口附近時，遇風口熱風充分燃燒而形成二氧化碳并放出大量熱量。然后二氧化碳在上升過程中，因氧氣的缺乏和大量的焦炭的存在，會繼續反應生成一氧化碳和氫氣。最終，焦炭燃燒的產物為一氧化碳和少量的氫氣，這也是后續工藝中鐵氧化物和其它非鐵元素的主要還原劑。

1.2.2 鐵氧化物和非鐵元素的還原

高爐內鐵氧化物主要有三氧化二鐵、四氧化生鐵、硫化鐵等。各種鐵氧化物的還原過程為：一氧化碳在沿爐內上升過程中，與鐵礦石接觸使鐵氧化物還原，其溫度多在低于1100℃的范圍內進行，然后依次由鐵的高氧化物還原為鐵的低氧化物，并最終還原為鐵。具體還原與分解順序為：

3Fe2O3→2Fe3O4→6FeO→6Fe

礦料內除鐵元素以外，通常還包含有錳、硅、磷等非鐵元素。這些非鐵元素的還原主要依靠一氧化碳或固體碳作為還原劑來進行。以錳元素的還原為例，鐵礦石中錳元素多以二氧化錳的形式存在，其還原過程也與鐵氧化物還原相類似，具體還原與分解順序為：

6MnO2→3Mn2O3→2MnO4→6MnO→6Mn

1.2.3 去硫工藝

高爐中的硫主要以硫化鐵的形式存在于焦炭、礦石、熔劑等爐料中。由于硫元素會造成鐵產品具有熱脆性，對鋼鐵質量造成嚴重影響，因此必須采取去硫處理。具體工藝是在爐料中添加入較多的石灰石，使硫化鐵與氧化鈣在爐內的高溫下生成化學反應，而產生不溶于鐵而溶于爐渣的硫化鈣，以起到去硫留鐵的目的。

2 高爐冶煉煉鐵工藝中應嚴格控制的關鍵環節

2.1 送風條件控制

在高爐煉鐵過程中，熱風在風口前與燃燒的焦炭和煤粉混合后，形成高溫煤氣，為冶煉中鐵礦石還原提供了充足的還原劑一氧化碳和氫氣。由于風口循環區，將決定爐內高溫煤氣的初始分布狀況，因此要求風口循環區的大小應適當，在圓周方向上的分布應科學、合理，以確保爐內高溫煤氣的分布合理。同時，為了控制風口前的燃燒溫度以符合爐內生產的要求，應根據風口鼓風的富氧含量以及含水量，來決定是否噴吹輔助燃料。

2.2 爐內軟熔區的位置、形狀與尺寸的控制

爐料在軟熔區的上部邊界開始軟化，在下部邊界開始熔融滴露，在這個區域內爐料將直接進行鐵還原反應和造渣。由于軟熔區還能起到高溫煤氣二次分配的作用，其位置、形狀以及尺寸的大小，都將對冶煉生產的產量、燃料消耗量以及鐵水的成分造成極大的影響。在實際生產過程中，應密切監測軟熔區形態的變化，并通過及時的調整，以確保高爐生產能始終處于最佳的工藝狀態。

2.3 固體爐料區的工作狀態控制

爐料在固體爐料區會發生間接還原反應和少量的直接還原反應，其工作狀態是決定單位生鐵燃料消耗量的關鍵因素。要使固體爐料區達到最佳的工藝狀態，首先在該區域應充分利用高溫煤氣的化學能與熱能，以充分發展爐料的間接還原反應，抑制直接還原反應；其次，還應當嚴格遵循爐頂裝料制度的規律，按照爐內生產狀況的變化，對焦炭和礦石在爐內的分布情況進行合理的調節。

3 總結

本文主要就高爐冶煉煉鐵工藝中的主要設備應用、具體工藝流程以及技術工藝中應嚴格控制的關鍵環節進行了分析與探討，以此希望能對高爐冶煉煉鐵的實際生產能有所幫助與借鑒，促進我國高爐冶煉煉鐵技術水平的進一步提升。

參考文獻：

[1]馮躍可.高爐煉鐵技術的應用于工藝流程探索[J].機電信息，2012（36）.

[2]范廣權.高爐煉鐵操作[M].北京：冶金工業出版社，2008.endprint