高爐冶煉工藝

高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續生產過程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，並使爐喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內形成交替分層結構。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。

鼓風機送出的冷空氣在熱風爐加熱到 800～1350以後，經風口連續而穩定地進入爐缸，熱風使風口前的焦炭燃燒，產生2000以上的熾熱還原性煤氣。上升的高温煤氣流加熱鐵礦石和熔劑，使成為液態；並使鐵礦石完成一系列物理化學變化，煤氣流則逐漸冷卻。下降料柱與上升煤氣流之間進行劇烈的傳熱、傳質和傳動量的過程。

下降爐料中的毛細水分當受熱到100～200即蒸發，褐鐵礦和某些脈石中的結晶水要到500～800才分解蒸發。主要的熔劑石灰石和白雲石，以及其他碳酸鹽和硫酸鹽，也在爐中受熱分解。石灰石中[kg2]CaCO[kg2]和白雲石中MgCO的分解温度分別為900～1000和740～900。鐵礦石在高爐中於 400或稍低温度下開始還原。部分氧化鐵是在下部高温區先熔於爐渣，然後再從渣中還原出鐵。

焦炭在高爐中不熔化,只是到風口前才燃燒氣化,少部分焦炭在還原氧化物時氣化成CO。而礦石在部分還原並升温到1000～1100時就開始軟化；到1350～1400時完全熔化；超過1400就滴落。焦炭和礦石在下降過程中，一直保持交替分層的結構。由於高爐中的逆流熱交換,形成了温度分佈不同的幾個區域。

①區是礦石與焦炭分層的幹區，稱塊狀帶，沒有液體；

②區為由軟熔層和焦炭夾層組成的軟熔帶，礦石開始軟化到完全熔化；

③區是液態渣、鐵的滴落帶，帶內只有焦炭仍是固體；

④風口前有一個袋形的焦炭迴旋區，在這裏，焦炭強烈地迴旋和燃燒，是爐內熱量和氣體還原劑的主要產生地。

液態渣鐵積聚於爐缸底部,由於比重不同,渣液浮於鐵液之上,定時從爐缸放出鐵水出爐温度一般為1400～1550，渣温比鐵温一般高30～70。

煤氣流沿高爐斷面合理均勻地分佈上升，能改善煤氣與爐料之間的傳熱和傳質過程，順利地完成加熱、還原鐵礦石和熔化渣、鐵等過程，達到高產、低耗、優質的要求。

高爐中鐵的還原 高爐中主要被還原的是鐵的氧化物:FeO(赤鐵礦),FeO（磁鐵礦）和FeO（浮氏體，從0.04到0.125）等。每得到1000公斤金屬鐵，通過還原被除去的氧量為：赤鐵礦429公斤,磁鐵礦382公斤,浮氏體（按FeO計算）286公斤。

主要還原劑 焦炭中的碳和鼓風中的氧燃燒生成的CO氣體，以及鼓風和燃料在爐內反應生成的H是高爐中的主要還原劑。約從400開始,氧化鐵逐步從高價鐵還原成低價鐵，一直到金屬鐵。

間接還原 氧化鐵由[kg2]CO[kg2]還原生成[kg2]CO[kg2]或由[kg2]H[kg2]還原生成HO的過程。還原順序為:[kg2]FeO─→FeO─→FeO─→Fe（低於570時，FeO不穩定,還原順序為：FeO─→FeO─→Fe）。從圖2[Fe-O-C體系氣相平衡組成] ^[2]