煉鐵設備

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本次將高爐煉鐵工藝流程分為以下幾部分：

一、高爐煉鐵工藝流程詳解

二、高爐煉鐵原理

三、高爐冶煉主要工藝設備簡介

四、高爐煉鐵用的原料

附：高爐爐本體主要組成部分介紹以及高爐操作知識

工藝設備相見文庫文檔：

一、高爐煉鐵工藝流程詳解

高爐煉鐵工藝流程詳圖如下圖所示：

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二、高爐煉鐵原理

煉鐵過程實質上是將鐵從其自然形態(tài)——礦石等含鐵化合物中

還原出來的過程。

煉鐵方法主要有高爐法、直

接還原法、熔融還原法等，其原

理是礦石在特定的氣氛中（還原

物質CO、H2、C；適宜溫度等）

通過物化反應獲取還原后的生

鐵。生鐵除了少部分用于鑄造外，

絕大部分是作為煉鋼原料。

高爐煉鐵是現(xiàn)代煉鐵的主要

方法，鋼鐵生產中的重要環(huán)節(jié)。

這種方法是由古代豎爐煉鐵發(fā)展、改進而成的。盡管世界各國研究發(fā)

展了很多新的煉鐵法，但由于高爐煉鐵技術經濟指標良好，工藝簡單，

生產量大,勞動生產率高,能耗低，這種方法生產的鐵仍占世界鐵總產

量的95％以上。

煉鐵工藝是是將含鐵原料（燒結礦、球團礦或鐵礦）、燃料（焦炭、

煤粉等）及其它輔助原料（石灰石、白云石、錳礦等）按一定比例自

高爐爐頂裝入高爐，并由熱風爐在高爐下部沿爐周的風口向高爐鼓入

熱風助焦炭燃燒（有的高爐也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料），

在高溫下焦炭中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣。

原料、燃料隨著爐熔煉等過程的進行而下降，在爐料下降和上升的煤

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氣相遇，先后發(fā)生傳熱、還原、熔化、脫炭作用而生成生鐵，鐵礦石

原料中的雜質與加入爐的熔劑相結合而成渣，爐底鐵水間斷地放出裝

入鐵水罐，送往煉鋼廠。同時產生高爐煤氣，爐渣兩種副產品，高爐

渣鐵主要礦石中不還原的雜質和石灰石等熔劑結合生成，自渣口排出

后，經水淬處理后全部作為水泥生產原料；產生的煤氣從爐頂導出，

經除塵后，作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等的燃料。煉鐵工藝流

程和主要排污節(jié)點見上圖。

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三、高爐冶煉主要工藝設備簡介

高護煉鐵設備組成有：①高爐本體；②供料設備；③送風設備；

④噴吹設備；⑤煤氣處理設備；⑥渣鐵處理設備。

通常，輔助系統(tǒng)的建設投資是高爐本體的4~5倍。生產中，各個

系統(tǒng)互相配合、互相制約，形成一個連續(xù)的、大規(guī)模的高溫生產過程。

高爐開爐之后，整個系統(tǒng)必須日以繼夜地連續(xù)生產，除了計劃檢修和

特殊事故暫時休風外，一般要到一代壽命終了時才停爐。

高爐煉鐵系統(tǒng)（爐體系統(tǒng)、渣處理系統(tǒng)、上料系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、

送風系統(tǒng)）主要設備簡要介紹一下。

1、高爐

高爐爐本體較為復雜，本文在

最后附有專門介紹。

橫斷面為圓形的煉鐵豎爐。用鋼

板作爐殼，殼砌耐火磚襯。高爐

本體自上而下分為爐喉、爐身、

爐腰、爐腹、爐缸5部分。由于

高爐煉鐵技術經濟指標良好，工

藝簡單，生產量大，勞動生產

效率高，能耗低等優(yōu)點，故這種

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方法生產的鐵占世界鐵總產量的絕大部分。高爐生產時從爐頂裝入鐵

礦石、焦炭、造渣用熔劑（石灰石），從位于爐子下部沿爐周的風口

吹入經預熱的空氣。在高溫下焦炭（有的高爐也噴吹煤粉、重油、天

然氣等輔助燃料）中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫

氣，在爐上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。煉出的鐵

水從鐵口放出。鐵礦石中未還原的雜質和石灰石等熔劑結合生成爐

渣，從渣口

排出。產生

的煤氣從爐

頂排出，經

除塵后，作

為熱風爐、

加熱爐、焦

爐、鍋爐等

的燃料。高

爐冶煉的主要產品是生鐵，還有副產高爐渣和高爐煤氣。

2、高爐除塵器

用來收集高爐煤氣中所含灰塵的設備。高爐用除塵器有重力除塵

器、離心除塵器、旋風除塵器、洗滌塔、文氏管、洗氣機、電除塵器、

布袋除塵器等。粗粒灰塵（＞60～90um），可用重力除塵器、離心除

塵器及旋風除塵器等除塵；細粒灰塵則需用洗氣機、電除塵器等除塵

設備。

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3、高爐鼓風機

高爐最重要的動力設備。它不但直接提供高爐冶煉所需的氧氣，

而且提供克服高爐料柱阻力所需的氣體動力。現(xiàn)代大、中型高爐所用

的鼓風機，大多用汽輪機驅動的離心式鼓風機和軸流式鼓風機。近年

來使用大容量同步電動鼓風機。這種鼓風機耗電雖多，但啟動方便，

易于維修，投資較少。高爐冶煉要求鼓風機能供給一定量的空氣，以

保證燃燒一定的碳；其所需風量的大小不僅與爐容成正比，而且與高

爐強化程度有關、一般按單位爐容2.1～2.5m3／min的風量配備。但

實際上不少的高爐考慮到生產的發(fā)展，配備的風機能力都大于這一比

例

4、高爐熱風爐

熱風爐是為高爐加熱鼓風的設備，是現(xiàn)代高爐不可缺少的重要組成

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部分。現(xiàn)代熱風爐是一種蓄熱式換熱器。目前風溫水平為1000℃

~1200℃，高的為1250℃~1350℃，最高可達1450℃~1550℃。

提高風溫可以通過提高煤氣熱值、優(yōu)化熱風爐及送風管道結構、預熱

煤氣和助燃空氣、改善熱風爐操作等技術措施來實現(xiàn)。理論研究和生

產實踐表明，采用優(yōu)化的熱風爐結構、提高熱風爐熱效率、延長熱風

爐壽命是提高風溫的有效途徑。

5、鐵水罐車

鐵水罐車用于運送鐵水，實現(xiàn)鐵水在脫硫跨與加料跨之間的轉移或

放置在混鐵爐下，用于高爐或混鐵爐等出鐵。

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四、高爐煉鐵用的原料

高爐冶煉用的原料主要由鐵礦石、燃料（焦炭）和熔劑（石灰

石）三部分組成。

通常，冶煉1噸生鐵需要1.5-2.0噸鐵礦石，0.4-0.6噸焦炭，

0.2-0.4噸熔劑，總計需要2-3噸原料。為了保證高爐生產的連續(xù)性，

要求有足夠數量的原料供應。

因此，無論是生鐵廠家還是鋼廠采購原料的工作是尤其重要。

生鐵的冶煉雖原理相同，但由于方法不同、冶煉設備不同，所以

工藝流程也不同。下面分別簡單予以介紹。

高爐生產是連續(xù)進行的。一代高爐（從開爐到大修停爐為一代）

能連續(xù)生產幾年到十幾年。生產時，從爐頂（一般爐頂是由料種與料

斗組成，現(xiàn)代化高爐是鐘閥爐頂和無料鐘爐頂）不斷地裝入鐵礦石、

焦炭、熔劑，從高爐下部的風口吹進熱風（1000～1300攝氏度），噴

入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化

合物。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將

鐵礦石中的氧奪取出來，得到鐵，這個過程叫做還原。鐵礦石通過還

原反應煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹

物中的灰分與加入爐的石灰石等熔劑結合生成爐渣，從出鐵口和出渣

口分別排出。煤氣從爐頂導出，經除塵后，作為工業(yè)用煤氣。現(xiàn)代化

高爐還可以利用爐頂的高壓，用導出的部分煤氣發(fā)電。

生鐵是高爐產品（指高爐冶煉生鐵），而高爐的產品不只是生鐵，

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還有錳鐵等，屬于鐵合金產品。錳鐵高爐不參加煉鐵高爐各種指標的

計算。高爐煉鐵過程中還產生副產品水渣、礦渣棉和高爐煤氣等。

高爐煉鐵的特點：規(guī)模大，不論是世界其它國家還是中國，高爐的容

積在不斷擴大，如我國寶鋼高爐是4063立方米，日產生鐵超過10000

噸，爐渣4000多噸，日耗焦4000多噸。

目前國單一性生鐵廠家，高爐容積也以達到500左右立方米，但

多數仍維持在100-300立方米之間，甚至仍存在100立方米以下的高

耗能高污染的小高爐，其產品質量參差不齊，公布分散，不具有期規(guī)

模性，更不能與國際上的鋼鐵廠相比。

附：高爐爐本體的主要組成部分

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高爐爐殼：現(xiàn)代化高爐廣泛使用焊接的鋼板爐殼，只有極少數最

小的土高爐才用鋼箍加固的磚殼。爐殼的作用是固定冷卻設備，保證

高爐砌體牢固，密封爐體，有的還承受爐頂載荷。爐殼除承受巨大的

重力外，還要承受熱應力和部的煤氣壓力，有時要抵抗崩料、坐料甚

至可能發(fā)生的煤氣爆炸的突然沖擊，因此要有足夠的強度。爐殼外形

尺寸應與高爐型、爐體各部厚度、冷卻設備結構形式相適應。

爐喉：高爐本體的最上部分，呈圓筒形。爐喉既是爐料的加入口，

也是煤氣的導出口。它對爐料和煤氣的上部分布起控制和調節(jié)作用。

爐喉直徑應和爐缸直徑、爐腰直徑及大鐘直徑比例適當。爐喉高度要

允許裝一批以上的料，以能起到控制爐料和煤氣流分布為限。

爐身：高爐鐵礦石間接還原的主要區(qū)域，呈圓錐臺簡稱圓臺形，由上

向下逐漸擴大，用以使爐料在遇熱發(fā)生體積膨脹后不致形成料拱，并

減小爐料下降阻找力。爐身角的大小對爐料下降和煤氣流分布有很大

影響。

爐腰：高爐直徑最大的部位。它使爐身和爐腹得以合理過渡。由于在

爐腰部位有爐渣形成，并且粘稠的初成渣會使爐料透氣性惡化，為減

小煤氣流的阻力，在渣量大時可適當擴大爐腰直徑，但仍要使它和其

他部位尺寸保持合適的比例關系，比值以取上限為宜。爐腰高度對高

爐冶煉過程影響不很顯著，一般只在很小圍變動。

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爐腹：高爐熔化和造渣的主要區(qū)段，呈倒錐臺形。為適應爐料熔化后

體積收縮的特點，其直徑自上而下逐漸縮小，形成一定的爐腹角。爐

腹的存在，使燃燒帶處于合適位置，有利于氣流均勻分布。爐腹高度

隨高爐容積大小而定，但不能過高或過低，一般為3．0～3．6m。爐

腹角一般為79～82；過大，不利于煤氣流分布；過小，則不利于爐

料順行。

爐缸：高爐燃料燃燒、渣鐵反應和貯存及排放區(qū)域，呈圓筒形。出鐵

口、渣口和風口都設在爐缸部位，因此它也是承受高溫煤氣及渣鐵物

理和化學侵蝕最劇烈的部位，對高爐煤氣的初始分布、熱制度、生鐵

質量和品種都有極重要的影響。

爐底：高爐爐底砌體不僅要承受爐料、渣液及鐵水的靜壓力，而且受

到1400～4600℃的高溫、機械和化學侵蝕、其侵蝕程度決定著高爐

的一代壽命。只有砌體表面溫度降低到它所接觸的渣鐵凝固溫度，并

且表面生成渣皮（或鐵殼），才能阻止其進一步受到侵蝕，所以必需

對爐底進行冷卻。通常采用風冷或水冷。目前我國大中型高爐大都采

用全碳磚爐底或碳磚和高鋁磚綜合爐底，大大改善了爐底的散熱能

力。

爐基：它的作用是將所集中承擔的重量按照地層承載能力均勻地傳給

地層，因而其形狀都是向下擴大的。高爐和爐基的總重量常為高爐容

積的10～18倍（噸）。爐基不許有不均勻的下沉，一般爐基的傾斜值

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不大于0.1％～0．5％。高爐爐基應有足夠的強度和耐熱能力，使其

在各種應力作用下不致產生裂縫。爐基常做成圓形或多邊形，以減少

熱應力的不均勻分布。

爐襯：高爐爐襯組成高爐的工作空間，并起到減少高爐熱損失、保護

爐殼和其它金屬結構免受熱應力和化學侵蝕的作用。爐襯是用能夠抵

抗高溫作用的耐火材料砌筑而成的。爐襯的損壞受多種因素的影響，

各部位工作條件不同，受損壞的機理也不同，因此必須根據部位、冷

卻和高爐操作等因素，選用不同的耐火材料。

爐喉護板：爐喉在爐料頻繁撞擊和高溫的煤氣流沖刷下，工作條件十

分惡劣，維護其圓筒形狀不被破壞是高爐上部調節(jié)的先決條件。為此，

在爐喉設置保護板（鋼磚）。小高爐的爐喉保護板可以用鑄鐵做成開

口的匣子形狀；大高爐的爐喉護板則用100～150mm厚的鑄鋼做成。

爐喉護板主要有塊狀、條狀和變徑幾種形式。變徑爐喉護板還起著調

節(jié)爐料和煤氣流分布的作用。

高爐解體

為了在操作技術上能正確處理高爐冶煉中經常出現(xiàn)的復雜現(xiàn)象，

就要切實了解爐狀況。在盡量保持高爐的原有生產狀態(tài)下停爐、注水

冷卻或充氮冷卻后，對從爐喉的爐料開始一直到爐底的積鐵所進行的

細致的解體調查，稱為高爐解體調查。它雖不能完全了解高爐生產的

動態(tài)情況，但對了解高爐過程、強化高爐冶煉很有參考價值。

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高爐冷卻裝置

高爐爐襯部溫度高達1400℃，一般耐火磚都要軟化和變形。高

爐冷卻裝置是為延長磚襯壽命而設置的，用以使爐襯的熱量傳遞出

動，并在高爐下部使爐渣在爐襯上冷凝成一層保護性渣皮，按結構不

同，高爐冷卻設備大致可分為：外部噴水冷卻、風口渣口冷卻、冷卻

壁和冷卻水箱以及風冷(水冷)爐底等裝置。

高爐灰

也叫爐塵，系高爐煤氣帶出的爐料粉末。其數量除了與高爐冶煉

強度、爐頂壓力有關外，還與爐料的性質有很大關系。爐料粉末多，

帶出的爐塵量就大。目前，每煉一噸鐵約有10～100kg的高爐灰。

高爐灰通常含鐵40％左右，并含有較多的碳和堿性氧化物；其主要

成分是焦末和礦粉。燒結料中加入部分高爐灰，可節(jié)約熔劑和降低燃

料消耗。

高爐基本操作制度

1、爐前操作的任務

①、利用開口機、泥炮、堵渣機等專用設備和各種工具，按規(guī)定

的時間分別打開渣、鐵口，放出渣、鐵，并經渣鐵溝分別流人渣、鐵

罐，渣鐵出完后封堵渣、鐵口，以保證高爐生產的連續(xù)進行。

②、完成渣、鐵口和各種爐前專用設備的維護工作。

③、制作和修補撇渣器、出鐵主溝及渣、鐵溝。

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④、更換風、渣口等冷卻設備及清理渣鐵運輸線等一系列與出渣

出鐵相關的工作。

2、高爐爐況穩(wěn)定順行：一般是指爐的爐料下降與煤氣流上升均

勻，爐溫穩(wěn)定充沛，生鐵合格，高產低耗。

3、操作制度：根據高爐具體條件(如高爐爐型、設備水平、原料

條件、生產計劃及品種指標要求)制定的高爐操作準則。

4、高爐基本操作制度：裝料制度、送風制度、爐缸熱制度和造渣

制度。