第三章-高爐煉鐵工藝(工藝部分)

第三章高爐煉鐵工藝3.1概述3.2高爐冶煉原理3.3高爐本體及附屬系統(tǒng)3.4高爐操作煉鐵高爐煉鐵非高爐煉鐵渣鐵處理系統(tǒng)煤氣除塵系統(tǒng)噴吹系統(tǒng)礦石焦炭煤空氣爐渣鐵水爐塵凈煤氣風(fēng)機(jī)熱風(fēng)爐高爐及其附屬系統(tǒng)供料系統(tǒng)送風(fēng)系統(tǒng)

3.1概述魚雷車lumpore主輸送帶鼓風(fēng)機(jī)熱風(fēng)爐除塵器洗滌器煙囪配料間爐頂回收電BFG儲(chǔ)槽冷空氣熱風(fēng)混合氣調(diào)濕系統(tǒng)廢氣鼓風(fēng)嘴出鐵口無(wú)鐘罩式爐頂高爐sintercokeflux高爐作業(yè)流程3.1.1高爐冶煉過程及其特點(diǎn)高爐煉鐵的本質(zhì)是鐵的復(fù)原過程，即焦炭做燃料和復(fù)原劑，在高溫下將鐵礦石或含鐵原料的鐵，從氧化物或礦物狀態(tài)〔如Fe2O3、Fe3O4、Fe2SiO4、Fe3O4·TiO2等〕復(fù)原為液態(tài)生鐵。冶煉過程中，爐料〔礦石、熔劑、焦炭〕按照確定的比例通過裝料設(shè)備分批地從爐頂裝入爐內(nèi)。從下部風(fēng)口鼓入的高溫?zé)犸L(fēng)與焦炭發(fā)生反響，產(chǎn)生的高溫復(fù)原性煤氣上升，并使?fàn)t料加熱、復(fù)原、熔化、造渣，產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)變化，最后生成液態(tài)渣、鐵聚集于爐缸，周期地從高爐排出。上升過程中，煤氣流溫度不斷降低，成分逐漸變化，最后形成高爐煤氣從爐頂排出。高爐冶煉特點(diǎn)(1)高爐冶煉是在爐料與煤氣流逆向運(yùn)動(dòng)過程中完成各種錯(cuò)綜復(fù)雜的化學(xué)反響和物理變化的，爐內(nèi)主要是復(fù)原性氣氛。(2)高爐是密閉的容器，除裝料、出鐵、出渣及煤氣外，操作人員無(wú)法直接觀察到反響過程的狀況。只能憑借儀器儀表間接觀察爐內(nèi)狀況。(3)高爐是連續(xù)的、大規(guī)模的高溫生產(chǎn)過程，機(jī)械化和自動(dòng)化水平較高。3.1.2高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品高爐冶煉的主要原料是鐵礦石、燃料、鼓風(fēng)。高爐冶煉的主要產(chǎn)品是生鐵、高爐渣和高爐煤氣。高爐渣和高爐煤氣為副產(chǎn)品。⑴生鐵生鐵可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵。煉鋼生鐵供轉(zhuǎn)爐、電爐煉鋼使用。鑄造生鐵那么主要用于生產(chǎn)耐壓鑄件。生鐵是Fe與C及其它一些元素的合金。通常，生鐵含F(xiàn)e94%左右，C4%左右。其余為Si、Mn、P、S等少量元素。一般來(lái)說，生鐵和鋼的化學(xué)成分主要差異是含碳量。鋼中含碳量最高不超過2.11%。高爐生鐵含碳量在2.5~4.5%范圍，鑄鐵中不超過5.0%〔此時(shí)Fe3C含量約占75%，當(dāng)鑄鐵中Fe3C達(dá)100%時(shí)，其含碳量為6.67%〕。當(dāng)鑄鐵中C>5.0%時(shí)，鑄鐵甚脆，沒有實(shí)用價(jià)值。而含碳量在1.6~2.5%之間的鋼鐵材料，由于缺乏實(shí)用性，一般不進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。煉鋼生鐵作為轉(zhuǎn)爐熱裝煉鋼的原料，約占生鐵產(chǎn)量的80~90%。鑄造生鐵，又稱為翻砂鐵或灰口鐵，用于鑄件生產(chǎn)。其主要特點(diǎn)是含硅較高，在1.25~4.25%之間。硅在生鐵中能促進(jìn)石墨化，即使化合碳游離成石墨碳，增強(qiáng)鑄件的韌性和耐沖擊性并易于切削加工。鑄造生鐵約占生鐵產(chǎn)量的10%左右。高爐還可生產(chǎn)特殊生鐵，如錳鐵、硅鐵、鏡鐵〔含10~25%Mn〕、硅鏡鐵〔含9~13%Si，18~24%Mn〕等，主要用作煉鋼脫氧劑和合金化劑。此外，生鐵中還可能含有局部微量元素。生鐵中微量元素含量常以ΣT為指標(biāo)：ΣT=Pb+Sn+Sb+As+Ti+V+Cr+Zn含微量元素很低的“高純生鐵〞ΣT<0.1%。國(guó)內(nèi)外適宜生產(chǎn)高純生鐵的礦源稀少。我國(guó)本鋼生鐵素有“人參鐵〞之稱。它除P、S極低外，微量元素亦很低。其ΣT<0.08%，屬國(guó)際高純生鐵范疇。⑵高爐渣由于冶煉礦石品位、焦比及焦炭灰分的不同，我國(guó)大中型高爐的單位生鐵渣量在0.3~0.5t之間。高爐渣主要成分是Ca、Mg、Si、Al的氧化物，其工業(yè)用途廣泛。如在爐前急冷?；伤鞒伤嗪徒ㄖ牧?；酸性渣還可在爐前用蒸汽吹成渣棉，作絕熱材料。冶煉多元素共生的復(fù)合礦時(shí)，爐渣中常富集有多種元素〔如稀土、鈦等〕。這類爐渣可進(jìn)一步利用。⑶高爐煤氣冶煉每噸生鐵可產(chǎn)生1600~3000m3的高爐煤氣，其中含有約20%~25%的CO，1~3%的H2，還有少量甲烷〔CH4〕等可燃?xì)怏w。從高爐排出的煤氣中含有大量的爐料粉塵，經(jīng)過除塵處理可使含塵量降到10~20mg/m3。除塵處理后的高爐煤氣發(fā)熱值約為3350~3770kJ/m3，是良好的氣體燃料。但高爐冶煉產(chǎn)生的煤氣量、成分及發(fā)熱值與高爐操作參數(shù)及產(chǎn)品種類有關(guān)。如高爐冶煉鐵合金時(shí)煤氣中幾乎沒有CO2。高爐煤氣是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的重要二次能源，主要用作熱風(fēng)爐燃料，還可供動(dòng)力、煉焦、燒結(jié)、煉鋼、軋鋼等部門使用。3.1.3高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

高爐生產(chǎn)的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效果可用如下技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)衡量：⑴有效容積利用系數(shù)(ημ)是指每立方米高爐有效容積、每晝夜生產(chǎn)的合格生鐵量。式中：P－生鐵日產(chǎn)量；Vμ－高爐有效容積，m3

⑵焦比〔K〕是生產(chǎn)1噸生鐵所消耗的干焦炭重量。顯然，焦比愈低愈好。式中：Q－每日消耗焦炭量，kg/d。在噴吹燃料時(shí)，高爐的的能耗情況用燃料比〔K燃〕表示，即每噸生鐵耗用各種入爐燃料之總和。K燃＝〔焦炭+煤粉+重油+…〕 kg/t噴吹燃料按對(duì)置換比折算為相應(yīng)的干焦〔K`〕與實(shí)際耗用的焦炭量〔焦比K〕之和稱為綜合焦比〔K綜〕。K綜＝〔K+K`〕 kg/t⑶冶煉強(qiáng)度〔I〕每m3高爐有效容積每天消耗焦炭的重量。利用系數(shù)、焦比和冶煉強(qiáng)度三者之間的關(guān)系為：

⑷生鐵合格率合格生鐵量占高爐總產(chǎn)量的百分?jǐn)?shù)。此外，優(yōu)質(zhì)生鐵占生鐵總量的百分?jǐn)?shù)稱為優(yōu)質(zhì)率。合格率和優(yōu)質(zhì)率都是生鐵質(zhì)量指標(biāo)。對(duì)生鐵質(zhì)量的考查主要看其化學(xué)成分〔如S和Si〕是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。⑸休風(fēng)率高爐休風(fēng)時(shí)間占規(guī)定作業(yè)時(shí)間的百分?jǐn)?shù)。

⑹生鐵本錢生產(chǎn)1噸生鐵所需的費(fèi)用。⑺高爐一代壽命〔爐齡〕從高爐點(diǎn)火開爐到停爐大修之間的歷程，或高爐相鄰兩次大修之間的冶煉時(shí)間叫做高爐一代壽命。3.2高爐冶煉原理

3.2.1高爐內(nèi)各區(qū)域進(jìn)行的主要反響為了弄清高爐內(nèi)各局部的反響及變化規(guī)律，人們?cè)鴮掖螌?duì)正在運(yùn)行中的高爐突然停爐，并用水或氮?dú)膺M(jìn)行急冷，使?fàn)t內(nèi)物料保持生產(chǎn)時(shí)的原狀，然后對(duì)其解剖分析，以揭示高爐內(nèi)部的奧秘。大量解剖研究說明，爐料常降過程分布是呈層狀的，直至下部熔化區(qū)域，但爐料中焦炭在燃燒前始終處于固體狀態(tài)而不軟化熔化。由以下圖可知，高爐冶煉過程大致可分為塊狀、軟熔、滴落、焦炭盤旋和爐缸五帶。高爐冶煉過程中爐內(nèi)爐料下降過程狀態(tài)的變化高爐內(nèi)各區(qū)域主要反響及特征燃燒反響高爐內(nèi)然料燃燒的意義高爐冶煉的燃料主要是焦炭，焦炭所含的碳素。除少數(shù)消耗于直接復(fù)原和溶入生鐵外，絕大局部下降至風(fēng)口與熱風(fēng)中的氧進(jìn)行燃燒反響。從風(fēng)口噴吹的燃料也在風(fēng)口前燃燒。燃料燃燒放出大量的熱，并產(chǎn)生高溫復(fù)原性氣體(CO,H2)，保證了爐料的加熱、分解、復(fù)原、熔化、造渣等爐缸內(nèi)渣鐵反應(yīng)的進(jìn)行。高爐冶煉的主要燃料焦炭中的碳除小局部在下降過程中參加直接復(fù)原和滲人生鐵外，約70%進(jìn)行燃燒反響。此外還有從風(fēng)口噴入的燃料(重油、天然氣、煤粉)中的碳等均在風(fēng)口前發(fā)生燃燒反響。完全燃燒：不完全然燒：高爐內(nèi)燃燒反響在焦炭過剩條件下進(jìn)行，即使在氧充足處產(chǎn)生的CO2也會(huì)與固體碳進(jìn)行氣化反響，如下式：

熱風(fēng)帶入的氮在整個(gè)過程中不參與反響、帶入的水分在高溫下與碳發(fā)生反響：

理論燃燒溫度理論燃燒溫度，即風(fēng)口前焦炭燃燒所能到達(dá)的最高平均溫度，也即爐缸煤氣尚未與爐料參與熱交換前的原始溫度。理論燃燒溫度是高爐操作中重要的參考指標(biāo)。通常為提高理論燃燒溫度可采取的主要措施，包括：(1)提高鼓風(fēng)溫度；(2)提高鼓風(fēng)中氧氣含量；(3)降低鼓風(fēng)濕度；(4)減少噴吹量；(5)減少爐缸煤氣體積。隨著高爐冶煉強(qiáng)度的提高和風(fēng)速增大(I00～200m/s)焦炭在風(fēng)口前隨氣流一起運(yùn)動(dòng)，形成一個(gè)非靜止的、疏散的、近似球形的自由空間，稱為風(fēng)口盤旋區(qū)。盤旋區(qū)和燃燒帶風(fēng)口盤旋區(qū)示意圖在盤旋區(qū)外圍有一層厚100~300mm的中間層，此層焦炭既受高速煤氣流的沖擊作用，又受阻于外圍包裹的緊密焦炭，比較疏松，但又不能和煤氣流一起運(yùn)動(dòng)。盤旋區(qū)和中間層組成焦炭在爐缸內(nèi)進(jìn)行碳燃燒反響的區(qū)域稱為燃燒帶。爐缸截面上燃燒帶的分布影響燃燒帶大小的因素主要有：①鼓風(fēng)動(dòng)能指鼓風(fēng)克服風(fēng)口前料層阻力向爐缸中心擴(kuò)大和穿透的能力。應(yīng)控制合理。②燃燒反響速度燃燒反響速度提高，燃燒帶縮小。一般情況下，風(fēng)溫提高。燃燒反響速度加快，燃燒反響時(shí)間減少，燃燒帶長(zhǎng)度減??；鼓風(fēng)中氧增加，燃燒反響速度加快，燃燒反響時(shí)間減少，燃燒帶長(zhǎng)度減小。③爐缸料柱壓力爐缸內(nèi)料柱疏松，燃燒帶延長(zhǎng)；反之，燃燒帶縮小。④焦炭性質(zhì)焦炭粒度、氣孔度、反響性等對(duì)燃燒帶大小也有一定的影響。3.2.3爐料的蒸發(fā)、揮發(fā)和分解入爐的爐料首先受到上升煤氣流的加熱作用，進(jìn)行水分的蒸發(fā)、結(jié)晶水的分解、揮發(fā)物的揮發(fā)和碳酸鹽的分解。水分的蒸發(fā)和結(jié)晶水的分解爐料中水分存在形式——以吸附水和結(jié)晶水兩種形式。吸附水加熱到105℃時(shí)迅速枯燥和蒸發(fā)。吸附水的蒸發(fā)吸熱使煤氣體積縮小，煤氣流速降低，減少了爐塵的吹出量，同時(shí)對(duì)爐頂裝料設(shè)備和爐頂設(shè)備維護(hù)帶來(lái)好處。結(jié)晶水也稱化合水，一般存在于褐鐵礦(nH2O·Fe2O3)和高嶺土(Al2O3·2SiO2·2H2O·)中隨著溫度升高到400~600℃,結(jié)晶水在爐內(nèi)大量分解。揮發(fā)物的揮發(fā)揮發(fā)物的揮發(fā)包括燃料中揮發(fā)物的揮發(fā)和高爐內(nèi)其他物質(zhì)的揮發(fā)，對(duì)于煤氣成分和冶煉過程影響不大，但在高爐噴吹條件下，引起爐缸煤氣成分的明顯變化，對(duì)復(fù)原也有影響。所以應(yīng)盡可能把燃料中的揮發(fā)物控制在下限水平。除燃料中的揮發(fā)物外，還有一些化合物和元素進(jìn)行揮發(fā)或循環(huán)富集，包括：(1)復(fù)原產(chǎn)物:S,P,As,K,Na,Zn,Pb,Mn等；(2)復(fù)原中間產(chǎn)物：SiO,PbO,K2O,Na2O等；(3)高爐內(nèi)新生化合物：SiS,CS等。另外爐料帶入的CaF2等元素和化合物的揮發(fā)也會(huì)對(duì)高爐爐況和爐襯產(chǎn)生影響。碳酸鹽的分解高爐內(nèi)碳酸鹽主要以CaCO3,MgCO3、FeCO3,MnCO3等形式存在，并以熔劑中的CaCO3為主。石灰石分解后，大致有50%以上CO2參加反響，此反響的發(fā)生對(duì)于高爐冶煉將產(chǎn)生一定的危害；反響耗熱，反響耗碳使焦比升高，反響產(chǎn)物CO2沖淡了復(fù)原氣氛。為減少其危害通?？刹捎萌蹌┬詿Y(jié)礦或球團(tuán)礦，不加或少加石灰石，縮小礦石粒度等措施來(lái)降低焦比。3.2.4復(fù)原反響復(fù)原反響是高爐內(nèi)的主要反響，復(fù)原反響所需要的熱量約占爐內(nèi)總熱量需求的50%左右。復(fù)原的根本原理復(fù)原反響的根本通式:MeO+X=Me+XO式中MeO—被復(fù)原金屬氧化物;X—復(fù)原劑;Me—復(fù)原產(chǎn)物;XO—氧化產(chǎn)物。高爐煉鐵常用的復(fù)原劑主要是CO、H2和C。鐵氧化物的復(fù)原高爐內(nèi)的鐵氧化物主要有Fe2O3,Fe3O4,FeCO3,Fe2SiO4,FeS2等，但最后都是經(jīng)FeO形態(tài)被復(fù)原成金屬鐵。

⑴鐵氧化物復(fù)原的根本反響在低溫區(qū)和中溫區(qū),570℃<t<1000℃，用CO復(fù)原:間接復(fù)原用H2復(fù)原:間接復(fù)原間接復(fù)原反響①除了Fe2O3→Fe3O4之外，其余都為可逆反響，并在一定溫度下到達(dá)平衡②由于是可逆反響，復(fù)原劑不可能被全部利用，因此需要一定的濃度③Fe2O3分解壓力較大，可以全部被CO全部復(fù)原為Fe3O4，由于反響很容易進(jìn)行對(duì)冶煉過程無(wú)影響，一般不加以討論⑵各種鐵氧化物的復(fù)原與分解順序：3Fe2O3→2Fe3O4→6FeO→6Fe一半以上的氧是從FeO→Fe，所以FeO的復(fù)原意義重大。溫度小于570℃時(shí)復(fù)原順序?yàn)椋篎e2O3→Fe3O4→Fe溫度大于570℃時(shí)復(fù)原順序?yàn)椋篎e2O3→Fe3O4→FeO→Fe⑶復(fù)原鐵氧化物在溫度不超過900~1000℃的高爐中上部，鐵氧化物中的氧被煤氣中的CO和H2奪取而生成CO2和H2的反響稱為間接復(fù)原反響。用CO作復(fù)原劑，存在如下反響：當(dāng)T＜570℃時(shí)，復(fù)原反響分兩步當(dāng)T＞570℃時(shí)，復(fù)原反響分三步CO間接復(fù)原反響的限度：從熱力學(xué)可知，△G主要是解決反響的可能性問題，而平衡常數(shù)K主要是解決反響的限度問題。對(duì)以上反響，平衡常數(shù)的計(jì)算方法如下：CO間接復(fù)原反響的特點(diǎn)①由圖可看出，曲線a、c、d向上斜，曲線b向下斜，前者為放熱反響，后者為吸熱反響，三個(gè)放熱反響一個(gè)吸熱反響。②b、d、c三條曲線交于570℃，形成叉形圖，在此溫度下，F(xiàn)e、FeO和Fe3O4三固相平衡共存。曲線把圖像分為四個(gè)區(qū)域，分別表示Fe、FeO、Fe3O4和Fe2O3穩(wěn)定存在的范圍。從而可以判斷各個(gè)區(qū)域穩(wěn)定存在的凝聚相。③FeO的復(fù)原具有特殊的意義，F(xiàn)eO+CO＝Fe＋CO2反響的平衡曲線位置最高，說明它平衡要求的CO％最多，所以FeO最難復(fù)原。例如900℃時(shí)，用CO＝60％的煤氣〔CO＋CO2＝100％〕不可能將FeO復(fù)原成Fe，但完全可以將Fe3O4復(fù)原成FeO。根據(jù)煤氣在爐內(nèi)分布特點(diǎn)可知，F(xiàn)eO的復(fù)原主要產(chǎn)生在高爐的中下部，而Fe3O4復(fù)原成FeO，以及Fe2O3復(fù)原成Fe3O4主要在高爐的上部。根據(jù)高爐內(nèi)煤氣與爐料運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，高溫的CO在風(fēng)口前端上升過程中首先把FeO復(fù)原為Fe，而剩余的CO也完全可以把Fe3O4復(fù)原成FeO。因此高爐的化學(xué)能利用率很高。用H2作復(fù)原劑，反響如下：當(dāng)T＜570℃時(shí)，復(fù)原反響分兩步：當(dāng)T＞570℃時(shí)，復(fù)原反響分三步：H2間接復(fù)原反響的特點(diǎn)①由圖可看出，曲線1、2、3向下斜，曲線4(線未畫)出向上斜，前者為吸熱反響，后者為放熱反響，三個(gè)吸熱反響一個(gè)放熱反響。②1、2、3三條曲線交于570℃，形成叉形圖，在此溫度下，F(xiàn)e、FeO和Fe3O4三固相平衡共存。曲線把圖像分為四個(gè)區(qū)域，分別表示Fe、FeO、Fe3O4和Fe2O3穩(wěn)定存在的范圍。從而可以判斷各個(gè)區(qū)域穩(wěn)定存在的凝聚相。H2與CO復(fù)原的氣相平衡組成圖當(dāng)溫度低于810℃：

PH2O/PH2<PCO2/PCO當(dāng)溫度等于810℃：

PH2O/PH2=PCO2/PCO當(dāng)溫度高于810℃：

PH2O/PH2>PCO2/PCO①與CO復(fù)原一樣，均屬間接復(fù)原。反響前后氣相體積沒有變化，即反響不受壓力影響。

②除Fe2O3,的復(fù)原外，F(xiàn)e3O4、FeO的復(fù)原均為可逆反響。在一定溫度下有固定的平衡氣相成分，為了鐵的氧化物復(fù)原徹底，都需要過量的復(fù)原劑。

③CO復(fù)原是三個(gè)放熱反響一個(gè)吸熱反響；H2的復(fù)原是三個(gè)吸熱反響一個(gè)放熱反響。

④從熱力學(xué)因素看810℃以上時(shí)H2的復(fù)原能力高于CO復(fù)原能力，810℃以下時(shí)，那么相反。據(jù)統(tǒng)計(jì)。在入爐總H2量中，約有30%～50%的H2參加復(fù)原反響并變?yōu)镠2O，而大局部H2那么隨煤氣逸出護(hù)外。

如何提高H2的利用率，是改善復(fù)原強(qiáng)化冶煉的一個(gè)重要課題。實(shí)踐說明，H2在高爐下部高溫區(qū)域復(fù)原反響劇烈，為在爐內(nèi)參加復(fù)原H2量的85～100％，而直接代替C復(fù)原的H2約占爐內(nèi)參加復(fù)原H2量的80%以上，另一少局部那么代替了CO的復(fù)原。H2與CO的復(fù)原相比有以下特點(diǎn):⑤從反響的動(dòng)力學(xué)看，H2與其反響產(chǎn)物H2O的分子半徑均比CO與其反響產(chǎn)物CO2的分子半徑小，因而擴(kuò)散能力強(qiáng)。以此說明不管在低溫或高溫下，H2復(fù)原反響速度都比CO復(fù)原反響速度快。

⑥在高爐冶煉條件下，H2復(fù)原鐵氧化物時(shí)，還可促進(jìn)CO和C復(fù)原反響的加速進(jìn)行。因?yàn)镠2復(fù)原時(shí)的產(chǎn)物H2O會(huì)同CO和CO2作用放出氧。而H2又重新被復(fù)原出來(lái)。繼續(xù)參加復(fù)原反響。如此，H2在CO和C的復(fù)原過程中，把從鐵氧化物中奪取的氧又傳給了CO或C起著中間媒介傳遞作用。⑷用碳作復(fù)原劑高爐內(nèi)用碳作復(fù)原劑復(fù)原鐵氧化物生成氣相產(chǎn)物CO的反響稱為直接復(fù)原反響。其反響式為:FeO+C=Fe+CO

礦石在軟化和熔化之前與焦炭的接觸面積很小，反響的速度那么很慢。所以直接復(fù)原反響受到限制。在高溫區(qū)進(jìn)行的直接復(fù)原實(shí)際上是通過下述兩個(gè)步驟進(jìn)行：CO2+C=CO這個(gè)反響成為碳的氣化反響，是一個(gè)強(qiáng)的吸熱反響。碳的氣化反響不僅與溫度、壓力有關(guān)，還與焦炭的反響性有關(guān)。據(jù)測(cè)定，一般冶金焦炭在800℃時(shí)開始?xì)饣错?，?100℃時(shí)劇烈進(jìn)行。此時(shí)氣相中CO幾乎達(dá)100％而CO2幾乎為零。這樣可認(rèn)為高爐內(nèi)低于800℃的低溫區(qū)不存在碳的氣化反響也就不存在直接復(fù)原，故稱間接復(fù)原區(qū)域。大于1100℃時(shí)氣相中不存在有CO2，也可認(rèn)為不存在間接復(fù)原，所以把這區(qū)域叫直接復(fù)原區(qū)。而在800～1100℃的中溫區(qū)為二者復(fù)原反響都存在的區(qū)域。非鐵元素的復(fù)原高爐內(nèi)除鐵元素外還有錳、硅、磷等元素的復(fù)原。根據(jù)各氧化物分解壓大小，可知銅、砷、鈷、鎳在高爐內(nèi)幾乎全部被還原；錳、礬、硅、鈦等較難復(fù)原，只有局部進(jìn)入生鐵。(1)錳的復(fù)原錳一般由錳礦帶入，有的由礦石帶入，錳氧化物復(fù)原與鐵類似，由高價(jià)向低價(jià)逐級(jí)復(fù)原。6MnO2→3Mn2O3→2Mn3O4→6MnO→6Mn氣體復(fù)原劑CO和H2把MnO2復(fù)原為低價(jià)Mn比較容易，但只能由直接復(fù)原方式復(fù)原為Mn，其開始復(fù)原溫度在1000~2000℃之間，其反響如下：冶煉普通生鐵時(shí)Mn有40%~60%進(jìn)入生鐵，5%~10%揮發(fā)進(jìn)入煤氣，其余進(jìn)入爐渣。(2)硅的復(fù)原高爐中硅主要來(lái)源于礦石中脈石和焦炭灰分中的SiO2或硅酸鹽,為穩(wěn)定化合物，比Fe，Mn難復(fù)原。Si只能在下部高溫區(qū)(＞1300℃)以直接復(fù)原方式進(jìn)行，且是逐級(jí)進(jìn)行的。

當(dāng)T＜1500℃時(shí)，

當(dāng)T＞1500℃時(shí)，

Si的復(fù)原是強(qiáng)吸熱反響，一般復(fù)原出1kgSi需熱量約相當(dāng)于從Fe0中復(fù)原出1kgFe所需熱量的8倍。所以生鐵中含Si量愈高，爐溫也升高，生產(chǎn)中常以生鐵含Si的上下來(lái)反響爐溫變化。復(fù)原出來(lái)的硅能與鐵在高溫下形成穩(wěn)定的硅化物FeSi溶解于鐵中，降低了復(fù)原時(shí)的熱消耗和復(fù)原溫度，從而有利于硅的復(fù)原。在冶煉普通煉鋼生鐵是只有5～10%被復(fù)原進(jìn)入生鐵。我國(guó)的Si含量約在0.4～0.8%。(3)磷的復(fù)原爐料中的磷主要以磷酸鈣(CaO)3·P2O5(又稱磷石灰)形態(tài)存在，有時(shí)也以磷酸鐵(FeO)3·P2O5(又稱藍(lán)鐵礦)形態(tài)存在。藍(lán)鐵礦鐵礦脫水后較容易復(fù)原，磷酸鈣是一種很穩(wěn)定的化合物，在高爐內(nèi)能與渣中SiO2作用，使P2O5游離出來(lái)。由于P2O5易揮發(fā)，與焦炭有良好的接觸條件，有利于被C復(fù)原，復(fù)原出來(lái)的P溶入鐵中生成Fe3P。高爐冶煉過程中磷為難復(fù)原元素且反響吸熱量大，P在高爐內(nèi)幾乎可以100%被復(fù)原進(jìn)入生鐵因此降低生鐵中含磷量的唯一途徑是控制爐料中的含磷量。(4)鉛、鋅、砷的復(fù)原我國(guó)的一些鐵礦石中含有鉛、鋅、砷等元素，這些元素在高爐冶煉條件下易復(fù)原。復(fù)原出來(lái)的這些元素會(huì)對(duì)生鐵質(zhì)量和高爐本身產(chǎn)生一定的影響。對(duì)于鐵氧化物反響，動(dòng)力學(xué)是說明反響是通過什么步驟進(jìn)行(反響機(jī)理)，以及反響速度和反響到達(dá)平衡所需時(shí)間的科學(xué)。目前為止能比較全面解釋鐵氧化物整個(gè)復(fù)原過程的理論是未反應(yīng)核模型理論。這種理論認(rèn)為鐵氧化物從高價(jià)到低價(jià)逐級(jí)還原，隨著反響的進(jìn)行，未反響核心逐漸縮小，直到完全消失，整個(gè)反響過程按以下順序進(jìn)行:(1)復(fù)原氣體外擴(kuò)散;(2)復(fù)原氣體內(nèi)擴(kuò)散;(3)復(fù)原氣體被界面吸附;(4)界面化學(xué)反響;(5)氧化氣體的脫附;(6)氧化氣體內(nèi)擴(kuò)散;(7)氧化氣體外擴(kuò)散。3.2.5復(fù)原反響動(dòng)力學(xué)礦球反響過程模型

3.2.6生鐵的形成和滲碳過程在高爐上部己有局部鐵礦石逐漸復(fù)原成金屬鐵。隨著溫度的不斷升高逐漸有更多的鐵被復(fù)原出來(lái)，剛復(fù)原出來(lái)的鐵呈多孔海綿狀，稱為海綿鐵，早期出現(xiàn)的海綿鐵成分較純，幾乎不含碳。而高爐內(nèi)生鐵形成的主要特點(diǎn)是經(jīng)過滲碳過程。爐內(nèi)滲碳大致可分三個(gè)階段：第一階段：海綿鐵的滲碳。當(dāng)溫度＞到727℃，一般在高爐爐身中上部時(shí)，固體海綿鐵開始發(fā)生如下的滲碳過程：(滲碳量占全部滲碳量的1.5%左右。)第二階段：液態(tài)鐵的滲碳。經(jīng)初步滲碳的金屬鐵在1400℃左右時(shí)與熾熱的焦炭繼續(xù)進(jìn)行固相滲碳，開始熔化為鐵水，穿過焦炭滴入爐缸。熔化后的鐵水與焦炭直接接觸的滲碳反響：(到達(dá)爐腹處，生鐵的最終含碳已達(dá)4%左右)。第三階段：爐缸內(nèi)的滲碳過程。爐缸局部只進(jìn)行少量的滲碳，一般只有0.1%~0.5%。經(jīng)過以上階段鐵水在向爐缸滴落的過程中，除了滲碳反響外，還有硅、錳、磷進(jìn)入生鐵，脫除硫等有害雜質(zhì)。形成最終成分的生鐵。爐渣對(duì)高爐的爐況和生鐵的質(zhì)量有著決定性的影響。要想煉好鐵，必須造好渣⑴爐渣的形成爐渣的形成要經(jīng)歷由初成渣→中間渣→終渣過程，簡(jiǎn)述如下：①初成渣的生成包括固相反響、軟化、熔融、滴落幾個(gè)階段。軟熔帶中形成液態(tài)初渣。初渣中(FeO),(MnO)含量較高。②中間渣的變化——處于滴落過程中成分、溫度不斷變化的爐渣。處于軟熔帶以下、風(fēng)口平面以上部位。中間渣中(FeO),(MnO)含量逐漸減小，(CaO),(MgO)含量逐漸增大，爐渣黏度增大。

3.2.7高爐爐渣的形成及作用⑵爐渣的成分冶煉1t生鐵大致產(chǎn)生400~1000kg爐渣，國(guó)外先進(jìn)水平巳達(dá)300kg左右。爐渣的主要來(lái)源是鐵礦石中的脈石以及燃料燃燒后剩余的灰分。用焦炭冶煉，高爐爐渣成分大致范圍如下:③終渣由中間渣轉(zhuǎn)化而得，通過風(fēng)口平面聚集在爐缸，是成分、性質(zhì)較穩(wěn)定的爐渣。終渣中(Al2O3),(SiO2)增大，(FeO),(MnO),(CaO),(MgO)含量減小，(CaS)含量增大，堿度減小。其中，爐渣的性質(zhì)主要取決于CaO和SiO2。生產(chǎn)中常用的堿度一般為二元堿度：

一般根據(jù)高爐原料和冶煉產(chǎn)品有所不同，冶煉中二元堿度一般在1.0~1.3之間。

⑶高爐渣的作用和要求高爐冶煉過程，除在化學(xué)反響上實(shí)現(xiàn)Fe-O別離外，還要實(shí)現(xiàn)金屬與氧化物等的機(jī)械或物理別離，而這要靠性能良好的液態(tài)爐渣，并利用渣鐵密度的不同到達(dá)渣鐵別離的目的。為此。要求高爐渣應(yīng)具有以下作用:①爐渣與生鐵互不溶解，且密度不同，因而，使渣鐵得以別離，得到純潔的生鐵。②具有充分的脫硫能力，保證生鐵合格。③調(diào)整生鐵成分，保證生鐵質(zhì)量。爐渣成分有利于有益元素的復(fù)原，抑制有害元素的復(fù)原，即爐渣應(yīng)具有選擇復(fù)原性。④有利于爐況順行，獲得良好的冶煉技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；同時(shí)應(yīng)有利于保護(hù)爐襯，延長(zhǎng)爐襯壽命。

3.2.8爐渣去硫高爐中的硫主要來(lái)源于爐料中的焦炭、礦石、熔劑和噴吹燃料等。其中焦炭帶入的硫量占60%~80%。冶煉每噸生鐵由爐料帶入的總硫量稱為硫負(fù)荷。一般硫負(fù)荷為4~5kg/t。高爐內(nèi)的去硫主要是含有FeS的鐵水在滴過渣層時(shí)以及在渣鐵相界面處進(jìn)行：總的脫硫反響為產(chǎn)物CO氣體起攪拌作用，可加速去硫反響。硫在一般結(jié)構(gòu)鋼中是有害元素。鋼液凝固時(shí)S在技晶間偏析，γ—Fe晶界上富集，形成熔點(diǎn)1100℃的FeS，F(xiàn)eS與Fe的共晶點(diǎn)只有988℃，熱軋時(shí)在晶界上產(chǎn)生熱裂現(xiàn)象，造成內(nèi)部裂紋，即硫的熱脆性。因此鋼鐵