冶金概论5-高炉冶炼的基本原理(二)

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1、一炉料在炉内的物理化学变化§2.5高炉冶炼基本原理二还原过程还原反应是高炉内最基本的化学反应。三高炉炉渣四生铁形成五高炉风口区碳的燃烧六高炉内的状况图2-14(1)块状带（固体炉料区）炉料仍保持块状状态；在这里发生游离水蒸发、结晶水和黄铁矿分解、铁矿石间接还原等现象。同时炉渣在这一区域里发生固相反应，形成了部分低熔点化台物，这样就为软化和熔融创造了条件。(2)软熔带矿石从开始软化到完全软化；软熔带的形状和位置对高炉内的热交换，还原过程和透气性有着极大的影响。矿石在下降过程中温度逐渐升高，当接近和达到其熔化温度等温线水平时，开始软化。接着发生熔融，形成一层具有一定厚度的塑性层，此叫作软

2、熔带。初渣就在这里形成了。初渣成分特点是，由于尚未经过炉渣成分的混匀过程，熔剂CaO也尚未参与造渣、并且矿石此时大部分已还原成FeO或金属铁，所以初渣中FeO的含量较高，碱度为自然碱度(即与矿石本身的碱度相似)，各处成分不均匀。在软融带，还原形成的金属铁开始以“冰柱”形式经固体焦炭块的间隙往下流动，初渣就从“冰柱”中分离出去，当矿石到达软融带下端时，由于渗碳作用，金属铁的熔点大大降低，从而完全熔化成液态，并呈滴状下落。同时，初渣也由于流动过程的均匀化作用、上升煤气流的搅拌作用和固体碳的还原作用，成分趋于均匀，渣中FeO含量降至2％～3％，至此进入滴下带。软融带的温度范围大致在1000

3、～1200℃之间。（3）滴落带铁水和炉渣沿焦炭之间缝隙下降；矿石经过软融带进入滴下带时，已完全熔化为液态，金属铁与炉渣也完全分离开来，金属铁经固体焦炭缝隙往下流动。金属铁在下降过程中继续渗碳，并且不断吸收由液态渣中还原出来的铁和其他合金元素。炉渣则在下降过程当中，由于还原作用，FeO含量继续降低，SiO2和MnO含量也由于Si和Mn还原进入生铁而有所降低。另外由于熔剂CaO不断溶入渣中，故渣的碱度不断提高。同时，由于温度升高，炉渣的流动性也不断增加。炉渣经过风口时，焦炭灰分中的SiO2、Al2O3溶入炉渣而使其碱度又有所下降。炉渣进入炉缸时又出现经过风口被氧化的金属铁被再还原，及脱硫

4、反应等一些变化，最后到达炉缸形成成分确定的终渣。（4）风口带（焦炭回旋区）焦炭作回旋运动；主要发生碳素的燃烧，产生炉缸煤气，燃烧释放的热量由炉缸煤气传递。（5）炉缸区炉缸区内汇集渣铁，进行最后的渣铁反应。七炉料下降条件在高炉冶炼过程中，炉料在炉内的运动是一个固体散状料的缓慢移动床。炉料均匀而有节奏地顺利下降，是高炉顺行的重要标志。炉料下降的必要条件之一是高炉内必须不断产生使其下降的自由空间。70%左右的焦炭在风口前燃烧生成煤气；炉料在炉内产生体积收缩、并由固体散料转化为液体炉渣和铁水、直接还原消耗碳素以及定时放渣、出铁。这些使炉缸下部经常保留着较大的空间。高炉内不断出现的自由空间只是

5、为炉料的下降创造了先决条件，但炉料能否顺利下降。还取决于下述的力学关系：F=Q－（P1+P2+△P）=Q有效－△P式中F—炉料下降有效作用力；Q—炉料的自重；Pl—炉料与炉墙之间的摩擦力；P2—炉料之间的摩擦力；△P—上升煤气对炉料的阻力；Q有效—料柱有效重量。很显然，只有当F>0时炉料才能下降；F愈大，则愈有利于炉料顺利下降；当F接近或等于零时，则炉料产生难行或悬料。需要指出的是，要使炉料顺利下降（可简称为顺行），不仅要求整个料柱的F大于零，而且还要求各个不同高度截面上和同一截面不同位置上的F大于零。显然，某处的F=0时，则该处的炉料处于悬料状态。因此，炉料不顺行的现象，不仅可能在

6、高炉上部或下部出现，也可能在某一截面上的某一区域出现。通常情况下，当炉型、原料和操作操作制度一定时，Q有效变化不大，因此，F的大小主要受到△P的影响。△P是煤气流通过高炉料柱时的压力损失，也即克服摩擦阻力和局部阻力而造成的压力损失，可近似地看作上升煤气对下降炉料的浮力。对整个高炉料柱而言，煤气在料柱中流通时产生的压力降为：△P=P炉缸-P炉喉≈P热风-P炉顶式中P炉缸—炉缸煤气压力；P炉喉—炉喉煤气压力；P热风—热风压力；P炉顶—炉顶煤气压力。由上式可知，提高炉顶煤气压力（如高压操作）或降低热风压力有助炉料下降。一些研究者研究得出，煤气通过炉内料柱各带时，产生的压力降计算式有所不同，

7、但总的来说，影响高炉煤气通过料柱时所产生的压力损失的主要因素是料柱的透气性和煤气的流速等因素。八高炉强化冶炼高炉强化冶炼的主要目的是提高产量，即提高高炉有效容积利用系数。提高产量的途径是提高冶炼强度和降低焦比，生产中主要采用的措施有：精料、高压操作、高风温、富氧鼓风、加湿与脱湿鼓风、喷吹燃料等。1精料全面改善原料质量，为高产、优质、低耗打下物质基础，精料的具体内容可概括为“高、熟、净、匀、小、稳”七个字。此外还应重视高温冶金性能及合理的炉料结构。（1）提高