高爐煉鐵原理與工藝知識問答

高爐煉鐵原理與工藝知識問答

1、高爐原料中的游離水對高爐冶煉有何影響？

答：游離水存在于礦石和焦炭的表面和空隙里。爐料進入高爐之后，由于上升煤

氣流的加熱作用，游離水首先開始蒸發(fā)。游離水蒸發(fā)的理淪溫度是100℃,但是

要料塊內(nèi)部也達到100℃,從而使?fàn)t料中的游離水全部蒸發(fā)掉，就需要更高的溫

度。根據(jù)料塊大小的不同，需要到100℃,或者對大塊來說，甚至要達到200C

游離水才能全部蒸發(fā)掉。

一般用天然礦或冷燒結(jié)礦的高爐，其爐頂溫度為100~300℃,因此，爐料中的游

離水進入高爐之后，不久就蒸發(fā)完畢，不增加爐內(nèi)燃料消耗。相反，游離水的蒸

發(fā)降低了爐頂溫度，有利于爐頂設(shè)備的維護，延長其壽命。另一方面，爐頂溫度

降低使煤氣體積縮小，降低煤氣流速，從而減少爐塵吹出量。

2、高爐原料中的結(jié)晶水對高爐冶煉有何影響？

答：爐料中的結(jié)晶水主要存在于水化物礦石（如褐鐵礦和高嶺土）中間。高嶺土

是黏土的主要成分，有些礦石中含有高嶺土。試驗表明，褐鐵礦中的結(jié)晶水從

200℃開始分解，到400~500℃才能分解完畢。高嶺土中的結(jié)晶水從400℃開始分

解，但分解速度很慢，到500~600℃迅速分解，全部除去結(jié)晶水要達到

800^1000℃o可見，高溫區(qū)分解結(jié)晶水，對高爐冶煉是不利的，它不僅消耗焦炭，

而且吸收高溫區(qū)熱量，增加熱消耗，降低爐缸溫度。

3、高爐內(nèi)碳酸鹽分解的規(guī)律如何？對高爐冷煉有何影響？

答：爐料中的碳酸鹽主要來自熔劑（石灰石或白云石），有時礦石也帶入一少部

分。爐

料中的碳酸鹽在下降過程中逐漸被加熱發(fā)生吸熱分解反應(yīng)。它們的開始分解溫度

和激烈分解溫度（即化學(xué)沸騰溫度）是由各自的分解壓（即分解反應(yīng)達到平衡狀

態(tài)時分壓）與高爐內(nèi)煤氣中分壓和煤氣的總壓決定的。碳酸鹽的分壓隨溫度升高

而增大的，當(dāng)分解壓超過高爐內(nèi)煤氣的

分壓時，它們就開始分解，而分解壓超過煤氣的總壓時就激烈分解，即化學(xué)沸騰。

由于高爐冶

煉條件不同，不同高爐內(nèi)的總壓力和分壓也有差別，碳酸鹽在不同高爐內(nèi)開始分

解和化學(xué)沸騰分解溫度也有差別。

碳酸鹽分解一般都發(fā)生在低溫區(qū)，對高爐冶煉無大影響。而石灰石就不一樣，它

的開始分解溫度在700C以上，而沸騰分解溫度在960℃以上，而且分解速度受

到物料粒度影響很大，一方面是分解出的C02向外擴散制約分解；另一方面反應(yīng)

生成的CaO的導(dǎo)熱性很差，阻擋外部熱量向中心部位傳遞，石灰石塊中心不易達

到分解溫度，這樣石灰石總有部分進入高溫區(qū)分解。此時分解反應(yīng)產(chǎn)物C02就會

與焦炭發(fā)生碳素溶解損失反應(yīng)，此反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。這樣進入高溫區(qū)分解的

CaCO3會消耗自身分解的熱和部分分解出的C02與C反應(yīng)熱，生產(chǎn)實踐表明，高

爐煉鐵每使用

lOOKg石灰石，焦比要升高30~40Kg。因此生產(chǎn)中要求去除高爐配料中的石灰石。

其途徑是將石灰石加入燒結(jié)配料生產(chǎn)自熔性或高堿度燒結(jié)礦。在用天然礦冶煉

時，小高爐上可用生石灰代替石灰石；大高爐上控制其粒度在25~30mm以改善

石灰石分解條件。

4、什么是高爐煉鐵的還原過程？使用什么還原劑？

答：自然界中沒有天然純鐵，在鐵礦石中鐵與氧結(jié)合在一起，成為氧化物，高爐

煉鐵就是要將礦石中的鐵從氧化物中分離出來。鐵氧化物失氧的過程叫還原過

程，而用來奪取鐵氧化物中的氧并與氧結(jié)合的物質(zhì)就叫還原劑。凡是與氧結(jié)合能

力比鐵與氧結(jié)合能力強的物質(zhì)都可以做還原劑，但從資源和價格考慮最佳還原劑

是C、CO和H2,C來源于煤，將它干偏成焦炭作為高爐煉鐵的主要燃料，煤磨成

粉噴入高爐成為補充燃料。CO來自于C,在高爐內(nèi)氧化形成，H2則存在于燃料

中的有機物和揮發(fā)分，也來自于補充燃料的重油和天然氣。

5、在高爐煉鐵過程中鐵礦石所含氧化物哪些可以被還原？哪些不能

被還原?

答：高爐煉鐵選用碳作為還原劑，判斷鐵礦石中氧化物能否在高爐冶煉條件下被

還原，就要較該氧化物中元素與氧的親和力同碳與氧親和力誰大誰?。呵罢叽笥?/p>

后者就不能還原，前者小于后者則能還原。判別元素與氧親和力大小最常用的手

段之一是氧化物的分解壓po2和標(biāo)準(zhǔn)生成自由能4G。

所謂氧化物的分解壓就是氧化物分解為元素和氧的反應(yīng)達到平衡時氧的分壓。氧

化物的分解壓越大，元素與氧結(jié)合能力越小，氧化物的穩(wěn)定性越小，就越易被還

原劑還原，一般來說隨溫度升高分解壓增大，氧化物變得越易還原。

所謂氧化物的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能是熱力學(xué)的函數(shù)之一，用作判斷冶金過程中反應(yīng)的

方向及平衡狀態(tài)的依據(jù)。對大多數(shù)元素的氧化物來說，標(biāo)準(zhǔn)生成自由能的負(fù)值數(shù)

越大，它的穩(wěn)定性越高，越難還原。一般來說隨溫度升高氧化物的自由能的負(fù)值

數(shù)變小，即氧化物的穩(wěn)定性變差，只有CO例外，隨溫度升高CO的4G負(fù)值數(shù)變

大，也就是CO變得更穩(wěn)定，即C與02的結(jié)合能力越強，在高溫下可以還原更

多的氧化物，這也是C0作為還的優(yōu)越性。

(1)極易被還原：Cu、Ni、Pb、Co

(2)較難被還原：.P、Zn、Cr、Mn、V、Si、Ti,但是P、Zn是幾乎100%

被還原的，其余的只能部分被還原。

(3)完全不能還原：Mg、Ca、Al

6、鐵氧化物在高爐內(nèi)的還原反應(yīng)有哪些規(guī)律？

答：規(guī)律如下：(1)還原順序。不論用何種還原劑，鐵氧化物還原是由高級氧

化物向低

級氧化物到金屬逐級進行的，順序是：

>570℃Fe203--Fe304FeO--Fe

<570℃Fe203—Fe304-Fe

(2)用氣體還原劑CO、H2還原時：Fe203是不可逆反應(yīng)；Fe304和FeO是可逆

反應(yīng)；

(3)上述諸還原反應(yīng)中，只有FeO間接反應(yīng)是放熱反應(yīng)，其余都是吸熱反應(yīng)。

7、什么叫鐵的間接還原？什么叫鐵的直接還原？

答：用氣體還原劑CO和H2還原鐵氧化物的反應(yīng)叫做間接還原，高爐內(nèi)的CO是

由焦炭和噴吹煤粉中C氧化而來的，間接還原是間接消耗C的反應(yīng)。由于Fe304

和FeO的間接還原都是可逆反應(yīng)，所以要過量還原劑保證反應(yīng)的順利進行，它們

在高爐內(nèi)塊狀帶的中低溫區(qū)進行。

用固體還原劑C還原鐵氧化物的反應(yīng)叫直接還原。因為直接還原是不可逆反應(yīng)，

它不需要過量還原劑保證，但它們是大量的吸熱反應(yīng)，需要燃燒很多C放出熱量

來保證，它們在高爐內(nèi)高溫區(qū)進行。在高爐內(nèi)塊狀帶內(nèi)固體的鐵礦石與焦炭接觸

發(fā)生直接還原的幾率是很少的。實際的直接還原是借助于碳素溶解損失反應(yīng)、水

煤氣反應(yīng)與間接還原反應(yīng)疊加而實現(xiàn)的。

8、一氧化碳利用率和氫利用率？

答：一氧化碳利用率是衡量高爐煉鐵中氣固相還原反應(yīng)中CO轉(zhuǎn)化為C02程度的

指標(biāo)，也是評價高爐間接還原發(fā)展程度的指標(biāo)。

氫利用率是衡量高爐煉鐵中氫參與鐵氧化物還原轉(zhuǎn)化為H20的程度的指標(biāo)。

9、什么叫鐵的直接還原度和高爐直接還原度?

答：高爐內(nèi)鐵礦石還原過程中直接消耗碳產(chǎn)生CO反應(yīng)都屬于直接還原，直接還

原度就是反映這類反應(yīng)發(fā)展程度的標(biāo)志，是衡量高爐能量利用的重要指標(biāo)。它有

鐵的直接還原度和高爐直接還原度兩種表示方法：

（1）鐵的直接還原度rd它是以高爐內(nèi)高價鐵氧化物還原到FeO時都是間接還

原為前提。從FeO還原到金屬鐵，部分是間接還原，其余是直接還原，鐵的直接

還原度定義為從FeO中以直接還原方式還原得到的鐵量與全部被還原的鐵量的

比值。

（2）高爐直接還原度Rd它是高爐內(nèi)以直接還原方式奪取的氧量與還原中奪取

的總氧量的比值。

10、高爐煉鐵中鐵的直接還原和間接還原發(fā)展程度與碳消耗有什么關(guān)系？

答：在高爐煉鐵過程中不可避免地既有鐵的間接還原，也有鐵的直接還原，兩種

還原各有特點：間接還原消耗熱量少，但需要過量還原劑保證，因此作為還原劑

消耗的碳多；直接還原相反，消耗熱量多而消耗還原劑少。高爐內(nèi)碳的消耗（也

就是燃料消耗）既要保證還原劑的需要，也要保證熱量的需求。而碳在氧化成

CO時，既放出熱量供冶煉需要，也成為間接還原的還原劑。

11、從鐵氧化物中還原鐵和從復(fù)雜化合物中還原鐵有什么區(qū)別？

答：高爐原料中的鐵氧化物常與其他化合物結(jié)合形成復(fù)雜化合物，形成這些復(fù)雜

化合物時放出熱量，能位降低，因此，從這些化合物中還原鐵要比從自由鐵氧化

物中還原鐵困難，要消耗更

多的熱量。

12、鐵礦石是如何被還原劑還原的？

答：鐵礦石與氣體還原劑CO、H2間的還原反應(yīng)是氣固反應(yīng)，根據(jù)鐵氧化物還原

的順序性，還原過程中的單體礦石顆粒的斷面呈層狀結(jié)構(gòu)以及沒有進行反應(yīng)的核

心部分隨反應(yīng)過程的進行逐步縮小的事實，用還原過程中呈層狀結(jié)構(gòu)的礦石顆粒

截面來說明還原的各個環(huán)節(jié)，各個環(huán)節(jié)進行的順序如下：

氣體還原劑穿過邊界層的外擴散；氣體還原劑穿過產(chǎn)物層的內(nèi)擴散；氣體還原劑

在反應(yīng)界面吸附?；界面化學(xué)反應(yīng)；反應(yīng)產(chǎn)生的氧化性氣體解吸；反應(yīng)產(chǎn)生的氧化

性氣體穿過產(chǎn)物層的內(nèi)擴散；反應(yīng)產(chǎn)生的氧化性氣體穿過邊界層的外擴散。

13、哪些因素影響鐵礦石的還原速度？

答：鐵礦石還原速度的快慢，主要取決于煤氣流和礦石的特性，煤氣流特性主要

是煤氣溫度、壓力、流速和成分等，礦石特性主要是粒度、氣孔度和礦物組成等。

(1)煤氣中CO和H2的濃度。提高煤氣中CO和H2的濃度，既可以提高還原過

程中的內(nèi)外擴散速度，又可以提高化學(xué)反應(yīng)速度，同時也增大了與平衡濃度的差

值，從而可以加快鐵礦石的還原速度。

(2)煤氣溫度。表面化學(xué)反應(yīng)速度和擴散速度皆隨溫度的升高而加快。因此，

高溫對加速鐵礦石的還原有利，尤其是擴大800~1000℃的間接還原區(qū)，對加速

高爐內(nèi)的還原過程是關(guān)鍵。

(3)煤氣流速。當(dāng)反應(yīng)處于外部擴散速度范圍時，提高煤氣流速對加快還原速

度是非常有利的，這是因為提高煤氣流速有利于沖散固體氧化物周圍阻礙還原劑

擴散的氣體薄膜層，使還原劑直接到達氧化物表面。但是，當(dāng)氣流速度提高到一

定程度后(即超過臨界速度)，氣體薄膜層完全沖走，隨即反應(yīng)速度受內(nèi)擴散速

度或界面反應(yīng)速度的控制，此時進一步提高煤氣流速就不再起加快還原速度的作

用，而高爐內(nèi)的煤氣流速遠超過臨界速度，所以煤氣速度對爐內(nèi)礦石還原過程沒

有影響。相反，由于氣流速度過快而煤氣利用率變壞，對高爐冶煉不利。因此，

煤氣流速必須控制在適當(dāng)?shù)乃缴稀?/p>

(4)煤氣壓力。提高煤氣壓力阻礙碳素溶損反應(yīng)，使其平衡逆向移動，提高氣

相中C02消失的溫度，這就相當(dāng)于擴大了間接還原區(qū)，對加快還原過程是有利的。

同時，從分子運動論的觀點看來，提高煤氣壓力使氣體密度增大，增加了單位時

間內(nèi)與礦石表面碰撞的還原劑分子數(shù)，從而加快還原反應(yīng)。但是，隨著壓力的提

高，還原速度并不成比例地增加。這是因為提高壓力以后，還原產(chǎn)物C02和H20

的吸附能力也隨之增加，阻礙還原劑的擴散，同時，由于碳素溶損反應(yīng)的平衡逆

向移動，氣相中的C02濃度增加，更接近CO間接還原的平衡組成，這些對鐵氧

化物的還原是不利的。因此，提高壓力對加快還原的作用是不明顯的。提高壓力

的主要意義在于降低壓差，改善高爐順行，為強化冶煉提供可能性。

（5）礦石粒度。同一重量的礦石，粒度愈小，與煤氣的接觸面積愈大，煤氣利

用率愈高。而對每一個礦粒來說，表面被還原的金屬鐵層厚度相同的情況下，粒

度愈小，相對還原度愈大。因此，縮小粒度能提高單位時間內(nèi)的相對還原度，從

而加快礦石的還原速度。另一方面，縮小礦石粒度，縮短了擴散行程和減少了擴

散阻力，從而加快了還原反應(yīng)。

但是，粒度縮小到一定程度以后，固體內(nèi)部的擴散阻力愈來愈小，最后由擴散速

度范圍轉(zhuǎn)入化學(xué)反應(yīng)速度范圍，此時進一步縮小粒度也就不再起加快還原的作

用。這一粒度稱為臨界粒度。高爐條件下的臨界粒度約為3-5mm。另外，粒度過

小會惡化料柱透氣性，不利于還原反應(yīng)。

比較合適的粒度對大高爐來說是10-25mm。

（6）礦石氣孔度和礦物組成。氣孔度是影響礦石還原性的主要因素之一。氣孔

度大而分布均勻的礦石還原性好，因為氣孔度大，礦石與煤氣接觸面積大，同時，

也減少了礦石內(nèi)部的擴散阻力。組成礦石的礦物中，硅酸鐵是影響還原性的主要

因素，鐵以硅酸鐵的形態(tài)存在時就難還原。

14、生鐵生成過程中滲碳反應(yīng)是如何進行的？

答：生鐵的形成過程主要是已還原出來的金屬鐵溶入其他合金元素和滲碳過程。

高爐爐身中的鐵礦石一部分在固體狀態(tài)下就被還原成了金屬鐵，叫做海綿鐵。取

樣分析表明，爐身上部出現(xiàn)的海綿鐵中已經(jīng)開始了滲碳過程。不過低溫下出現(xiàn)的

固體海綿鐵是以的形態(tài)存在的，所以它溶解的碳很少，最多可達0.002%。隨著

溫度超過736Ca鐵轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，溶解碳的能力大大提高。

C0分解產(chǎn)生的炭黑（粒度極小的固體碳）非常活潑，它也參加鐵氧化物的還原

反應(yīng)，同時與已還原生成的固體鐵發(fā)生滲碳反應(yīng)。CO的分解在)450-600。。范圍

內(nèi)最有利，因此爐身上部就可能按上述反應(yīng)進行滲碳過程。不過由于固體狀態(tài)下

接觸條件不好和海綿鐵本身溶解碳的能力很弱，所以固體金屬鐵中的含碳量是很

低的。根據(jù)高爐解剖資料分析，礦石在高爐內(nèi)隨著溫度的升高，由固相區(qū)塊狀帶

經(jīng)過半熔融狀態(tài)的軟熔帶進入液相滴落帶。礦石進入軟熔帶以后，礦石還原度可

達70%,出現(xiàn)致密的金屬鐵和爐渣成分的熔解聚合。再提高溫度達到

1300T400C時，含有大量FeO的初渣從礦石機體中分離出去，焦炭空隙中形成

金屬鐵的“冰柱”。此時金屬鐵仍屬固體。溫度繼續(xù)提高至1400C以上，“冰

柱”經(jīng)熾熱焦炭的固相滲碳，熔點降低，才熔化為金屬鐵滴，穿過焦炭空隙流入

爐缸。由于液體狀態(tài)下與焦炭的接觸條件改善，加快了滲碳過程，生鐵含碳立即

增加到2%以上，到爐腹處的金屬鐵中已含有4%左右的碳了，與最終生鐵成分

中的含碳量相差不多?？傊F的滲碳過程從爐身上部的海綿鐵開始，大部分

滲碳過程在爐腰和爐腹基本完成，爐缸部分只進行少量滲碳。因此軟熔帶的位置

和滴落帶內(nèi)焦柱的透液性對滲碳起著重要作用。鐵滴在滴落帶內(nèi)走過的途徑越

長，在滴落帶停留的時間越多，它滲入的碳量越多。

15、高爐內(nèi)爐渣是怎樣形成的？

答：高爐造渣過程是伴隨著爐料的加熱和還原而產(chǎn)生的重要過程一一物態(tài)變化和

物理化學(xué)過程。

(1)物態(tài)變化。鐵礦石在下降過程中，受上升煤氣的加熱，溫度不斷升高，其

物態(tài)也不斷改變，使高爐內(nèi)形成不同的區(qū)域：塊狀帶、軟熔帶、滴落帶和下爐缸

的渣鐵貯存區(qū)。

1)塊狀帶。在這里發(fā)生游離水蒸發(fā)、結(jié)晶水和菱鐵礦的分解、礦石的間接還原

(還原度可達(30-40%)等現(xiàn)象。但是礦石仍保持固體狀態(tài)，脈石中的氧化物與

還原出來的低級鐵和保氧化物發(fā)生固相反應(yīng)，形成部分低熔點化合物，為礦石中

脈石成分的軟化和熔融創(chuàng)造了條件。

2)軟熔帶。固相反應(yīng)生成的低熔點化合物在溫度提高和上面料柱重力作用下開

始軟化和相互黏結(jié)，隨著溫度繼續(xù)升高和還原的進行，液相數(shù)量增加，最終完全

熔融，并以液滴或冰川狀向下滴落。這個從軟化到熔融的礦石軟熔層與焦炭層間

隔地形成了軟熔帶。一般軟熔帶的上邊界溫度在1100C左右，而下邊界溫度在

1400-1500ro在軟熔帶內(nèi)完成礦石由固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的變化過程以及金屬鐵與

初渣的分離過程：還原出的金屬鐵經(jīng)部分滲碳而熔點降低，熔化成為液態(tài)鐵滴，

脈石則與低價鐵氧化物和鎰氧化物等形成液態(tài)初渣。

3）滴落帶。軟熔帶以下填滿焦炭的區(qū)域，在軟熔帶內(nèi)熔化成的鐵滴和匯集成渣

滴或冰川流的初渣滴落入此帶，穿過焦柱而進入爐缸。在此帶中鐵滴繼續(xù)完成滲

碳和溶入直接還原成元素的Si、Mn、P、S等，而爐渣則由中間渣轉(zhuǎn)向終渣。

4）下爐缸渣鐵貯存區(qū)。這是從滴落帶來的鐵和渣積聚的地區(qū)，在這里鐵滴穿過

渣層時和渣層與鐵層的交界面上進行著渣鐵反應(yīng)，最突出的是Si氧化和脫硫。

（2）爐渣形成過程。塊狀帶內(nèi)固相反應(yīng)形成低熔點化合物是造渣過程的開始，

隨著溫度的升高，低熔點化合物中呈現(xiàn)少量液相，開始軟化黏結(jié)，在軟熔帶內(nèi)形

成初渣，其特點是FeO和MnO含量高，堿度偏低（相當(dāng)于天然礦和酸性氧化球團

自身的堿度），成分不均勻。從軟熔帶滴下后成為中間渣，在穿越滴落帶時中間

渣的成分變化很大。FeO和MnO被還原而降低，熔劑的或高堿度燒結(jié)礦中的“淵的

進入使堿度升高，甚至超過終渣的堿度，直到接近風(fēng)口中心線吸收隨煤氣上升的

焦炭灰分，堿度才逐步降低。中間渣穿過焦柱后進入爐缸積聚，在下爐缸渣鐵貯

存區(qū)內(nèi)完成渣鐵反應(yīng)，吸收脫硫產(chǎn)生的CaS和Si氧化的S102等成為終渣。

16、爐渣的主要成分是什么？

答：爐渣成分來自以下幾個方面:

（1）礦石中的脈石；

（2）焦炭灰分；

（3）熔劑氧化物；

（4）被浸的爐襯;

(5)初渣中含有大量礦石中的氧化物。

對爐渣性質(zhì)起決定性作用的是前三項。脈石和灰分的主要成分是S102和A1203

稱酸性氧化物；熔劑氧化物主要是CaO和MgO稱堿性氧化物。當(dāng)這些氧化物單獨

存在時，其熔點都很高，高爐條件下不能熔化。只有它們之間相互作用形成低熔

點化合物，才能熔化成具有良好流動性的熔渣。原料中加入熔劑的目的就是為了

中和脈石和灰分中的酸性氧化物，形成高條件下能熔化并自由流動的低熔點化合

物。爐渣的主要成分就是上述4種氧化物。用特殊礦石冶煉時，根據(jù)不同的礦石

種類，爐渣中還會CaF2、利02、BaO、MnO等氧化物。另外，高爐渣中總是含有

少量的FeO和硫化物。

17、爐渣在高爐冶煉過程中起什么作用？

答：由于爐渣具有熔點低、密度小和不溶于生鐵的特點，所以高爐冶煉過程中渣、

鐵才能得以分離，獲得純凈的生鐵，這是高爐造渣過程的基本作用。另外，爐渣

對高爐冶煉還有以下幾方面的作用：

(1)渣鐵之間進行合金元素的還原及脫硫反應(yīng)，起著控制生鐵成分的作用。比

如，高堿度渣能促進脫硫反應(yīng)，有利于鎰的還原，從而提高生鐵質(zhì)量。

(2)爐渣的形成造成了高爐內(nèi)的軟熔帶及滴落帶，對爐內(nèi)煤氣流分布及爐料的

下降都有很大的影響，因此，爐渣的性質(zhì)和數(shù)量對高爐操作直接產(chǎn)生作用。

(3)爐渣附著在爐墻上形成渣皮，起保護爐襯的作用。但是另一種情況下又可

能侵蝕爐襯，起破壞性作用。因此，爐渣成分和性質(zhì)直接影響高爐壽命。

在控制和調(diào)整爐渣成分和性質(zhì)時，必須兼顧上述幾方面的作用。

18、什么叫爐渣堿度？

答:爐渣堿度就是用來表示爐渣酸堿性的指數(shù)。盡管組成爐渣的氧化物種類很多,

但

對爐渣性能影響較大和爐渣中含量最多的是CaO、MgO和Si02、A1203這四種

氧化物，因此通

常用其中的堿性氧化物CaO、MgO和酸性氧化物Si02、A1203的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比來

表示爐渣堿度，常用的有以下幾種：

（1）四元堿度；（2）三元堿度；（3）二元堿度

高爐生產(chǎn)中可根據(jù)各自爐渣成分的特點選擇一種最簡單又具有代表性的表示方

法。渣的堿度在一定程度上決定了其熔化溫度、熔化性溫度、黏度及黏度隨溫度

變化的特征，以及其脫硫和排堿能力等。因此堿度是非常重要的代表爐渣成分的

實用性很強的參數(shù)。

19、什么叫堿性爐渣和酸性爐渣？

答：爐渣成分可分為堿性氧化物和酸性氧化物兩大類?，F(xiàn)代爐渣結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為熔

融爐渣是由離子組成的。熔融爐渣中能提供氧離子&-0的氧化物稱為堿性氧化

物，反之，能吸收氧離子的氧化物稱為酸性氧化物，有些既能提供又能吸收氧離

子的氧化物則稱為中性氧化物或兩性氧化物。組成爐渣的各種氧化物按其堿性的

強弱排列，其中CaF2以前可視為堿性氧化物，F(xiàn)e2O3和A1203

為中性氧化物，而Ti02、、Si02為酸性氧化物。堿性氧化物可與酸性氧化物結(jié)

合形成鹽類，并且

酸堿性相距越大，結(jié)合力就越強。以堿性氧化物為主的爐渣稱為堿性爐渣，以酸

性氧化物

為主的爐渣稱為酸性爐渣。生產(chǎn)中常把二元堿度大于1.0的叫堿性渣，把二元堿

度小于L0的叫酸性渣。

20、爐渣的軟熔特性對高爐冶煉有什么影響？

答：爐渣的軟熔特性與礦石的軟化特性有關(guān)，其對高爐冶煉的影響是，礦石軟化

溫度愈低，初渣出現(xiàn)得愈早，軟熔帶位置越高，初渣溫度低，進入爐缸后吸收爐

缸熱量，增加高爐熱消耗；軟化區(qū)間愈大，軟熔帶融著層愈寬，對煤氣流的阻力

愈大，對高爐順行不利。所以，一般希望礦石軟化溫度要高些，軟化區(qū)間要窄些。

這樣軟熔帶位置較低，初渣溫度較高，軟熔帶融著層較窄，對煤氣阻力較小。-

般礦石軟化溫度波動在900-1200C之間。

21、什么叫爐渣的熔化溫度？它對高爐冶煉有什么影響？

答：爐渣的熔化溫度指爐渣完全熔化為液相的溫度，或液態(tài)爐渣冷卻時開始析出

固相的溫度，即相圖中的液相線溫度。單一晶體具有確定的熔點，而爐渣沒有確

定的熔點，爐渣從開始熔化到完全熔化是在一定的溫度范圍內(nèi)完成的。

熔化溫度是爐渣熔化性的標(biāo)志之一，熔化溫度高，表明它難熔，熔化溫度低，表

明它易熔。難熔爐渣在爐內(nèi)溫度不足的情況下，可能黏度升高，影響成渣帶以下

的透氣性，不利于高爐順行；但難熔爐渣成渣帶低，進入爐缸時溫度高，增加爐

缸熱量，對高爐冶煉有利。易熔爐渣流動性好，有利于高爐順行，但降低爐缸熱

量，增加爐缸熱消耗。因此，選擇爐渣熔化溫度時，必須兼顧流動性和熱量兩方

面的因素。各種不同成分爐渣的熔化溫度可以從四元系熔化溫度圖中查得。

22、什么叫爐渣熔化性溫度？它對高爐冶煉有什么影響？

答：爐渣熔化之后能自由流動的溫度叫做熔化性溫度。有的爐渣雖然熔化溫度不

高，但熔化之后卻不能自由流動，仍然十分黏稠，只有把溫度進一步提高到一定

程度之后才能達到自由流動的狀態(tài)，因此，為了保證高爐的正常生產(chǎn)，只了解爐

渣的熔化溫度還不夠，還必須了解爐渣自由流動的溫度，即熔化性溫度。爐渣的

熔化性溫度是通過繪制爐渣黏度——溫度曲線的方法來確定的。

熔化性溫度說明該溫度下爐渣能否自由流動，因此，爐渣熔化性溫度的高低影響

高爐順行和爐渣能否順利排出。只有熔化性溫度低于高爐正常生產(chǎn)所能達到的爐

缸溫度，才能保證高爐順行和爐渣的正常排放。

23、什么叫爐渣黏度？它對高爐冶煉有什么影響？

答：爐渣黏度直接關(guān)系到爐渣流動性的好壞，而爐渣流動性又直接影響高爐順行

和生鐵質(zhì)量，因此它是高爐工作者最關(guān)心的一個爐渣性質(zhì)指標(biāo)。爐渣黏度是流動

性的倒數(shù)。黏度是指速度不同的兩層液體之間的內(nèi)摩擦系數(shù)。試驗結(jié)果表明，流

速不同的兩層液體之間的內(nèi)摩擦力與接觸面積的大小和速度差的大小成正比，與

兩液層之間的距離成反比。

爐渣黏度對高爐冶煉的影響，首先是黏度大小影響成渣帶以下料柱的透氣性。爐

渣黏度過高，則在滴落帶不能順利流動，降低焦炭骨架的空隙度，增加煤氣阻力，

影響高爐順行。其次，黏度影響爐渣的脫硫能力。黏度低流動性好的爐渣有利于

脫硫，黏度大流動性差的爐渣不利于脫硫。這是因為黏度低的爐渣有利于硫離子

的擴散，促進脫硫反應(yīng)。第三，爐渣黏度影響放渣操作。黏度過高的爐渣發(fā)生黏

溝、渣口凝渣等現(xiàn)象，造成放渣困難。最后，爐渣黏度影響高爐壽命。黏度高的

爐渣在爐內(nèi)容易形成渣皮，起保護爐襯的作用，而黏度過低，流動性過好的爐渣

沖刷爐襯，縮短高爐壽命。

24、什么叫長渣？什么叫短渣？

答：長渣是爐渣黏度隨溫度降低而逐漸升高，在黏度——溫度曲線上無明顯轉(zhuǎn)折

點的爐渣，?般酸性渣具有長渣特性，在生產(chǎn)中取渣樣時，渣液能拉成長絲，冷

卻后渣樣斷面呈玻璃狀。

短渣與長渣相反，在黏度——溫度曲線上有明顯的轉(zhuǎn)折點，一般堿性渣為短渣，

取樣時渣液不能拉成長絲，冷卻后渣樣斷面呈石頭狀。

25、哪些因素影響爐渣黏度？

答：影響爐渣黏度的因素為：

(1)溫度是影響爐渣黏度的主要因素，一般規(guī)律是黏度隨溫度升高而降低。堿

性渣(短渣)在溫度超過熔化性溫度的拐點以后，黏度低但隨溫度的變化不大，

而酸性渣(長渣)的黏度始終是隨溫度升高而緩慢降低，且在相同溫度下其黏度

高于堿性渣。

(2)堿度。在不同堿度時爐渣黏度與溫度的關(guān)系圖中，當(dāng)堿度小于1.2時，爐

渣的熔化性溫度較低，相應(yīng)其黏度也較低；隨著堿度的提高，熔化性溫度上升，

黏度也升高。造成這種現(xiàn)象的原因是隨著堿性氧化物數(shù)量的增加，熔點升高，使

一定溫度下渣的過熱度減小而使黏度增高，另外過多的堿性氧化物以質(zhì)點懸浮在

爐渣中使黏度增高。在生產(chǎn)中如遇這些情況，加入少量CaF2

可明顯降低爐渣黏度，例如包頭含氟礦冶煉時就是這樣。

(3)MgO含量對黏度有相當(dāng)大的影響，尤其在酸性渣中更為明顯。在含量不超

過20猊含量的增加使黏度下降，但在三元堿度不變，用MgO代替CaO時，這種

作用就不明顯。但MgO含量在8-12%時有利于改善爐渣的穩(wěn)定性和難熔性。

(4)A1203對黏度的影響是：當(dāng)A1203含量不大時它可使堿性渣的黏度降低，

但是高于一定數(shù)值后，對于不同堿度的爐渣，黏度開始增加，目前為提高入爐品

位，使用高品位的東半球富礦，其A1203含量偏高，造成爐渣中的A1203含量達

到15%,有的甚至達到16%以上，這時爐渣黏度上升。為此應(yīng)適當(dāng)提高爐渣的堿

度，例如寶鋼的二元堿度值在1.22—1.24,三元堿度值在1.45—1.50；或適當(dāng)

提高渣中MgO含量，例如武鋼爐渣中MgO的含量在11—11.5%o

(5)FeO能顯著降低爐渣黏度。一般終渣含F(xiàn)eO很少，約0.5%,影響不大。但

初渣中它的含量卻很大，最多可達35%,平勻在2—1縱之間波動。含F(xiàn)eO(0—30%)

的爐渣，其熔化溫度不高于1150℃,即匕，F(xiàn)eO能大大降低爐渣熔化溫度和黏度，

起著稀釋爐渣的作用，對冶煉有一定好處。但過多的FeO會造成初渣和中間渣

的不穩(wěn)定性，F(xiàn)eO因為在下降過程中不斷被還原，使初渣和中間渣的熔化溫度和

黏度發(fā)生很大變化，引起爐況不順。

(6)MnO對爐渣黏度的影響和FeO相似。不過，目前我國煉鋼生鐵不要求含Mn,

因此，高爐渣中MnO含量很少，影響不大。

(7)CaF2能顯著降低爐渣的熔化性溫度和黏度。含氟爐渣的熔化性溫度低，流

動性好，爐渣堿度很高的情況下(1.5—3.0),仍能保持良好的流動性，因此，高

爐生產(chǎn)中常用螢

石作洗爐劑。

(8)TiO2對爐渣黏度的影響：堿度為0.8—1.4和Ti02含量為10—20%的范圍

內(nèi)，鈦渣的熔化性溫度在1300—1400℃之間。堿度相同時，隨著Ti02含量的增

加熔化性溫度升高，黏度降低。從Ti02

對爐渣的熔化性溫度和黏度的影響來看，鈦渣對高爐生產(chǎn)不會有多大影響。但實

際上銳鈦鐵礦的冶煉由于爐渣過于黏稠而感到困難。這主要是由鈦渣性質(zhì)的不穩(wěn)

定造成的。高爐還原氣氛中，一部分Ti02很容易還原成低價氧化物(Ti203、Ti0)

和金屬鈦，生成的金屬鈦一部分進入生鐵，還有一部分與爐內(nèi)的C、N2作用生成

熔點很高的TiC和TiN,呈固體顆粒摻入渣中，渣中鈦的低

價氧化物和碳氮化合物使?fàn)t渣黏稠起來，以致影響正常的出渣出鐵。因此，冶煉

鈕鈦鐵礦時必須防止Ti02的還原。目前采取的辦法是爐缸渣層中噴射空氣或礦

粉，造成氧化氣氛，以防止或減少Ti02的還原。

26、關(guān)于爐渣結(jié)構(gòu)有哪兩種理論？

答：關(guān)于爐渣結(jié)構(gòu)的兩種理論是：

(1)爐渣分子結(jié)構(gòu)理論。這種理論是根據(jù)固體爐渣的相分析和化學(xué)分析提出來

的，它

認(rèn)為液態(tài)爐渣和固態(tài)爐渣一樣是由各種礦物分子構(gòu)成的，其理論要點是：

1)熔融爐渣是由各種自由氧化物分子和由這些氧化物所形成的復(fù)雜化合物分子

所組

成。

2)酸性氧化物和堿性氧化物相互作用形成復(fù)雜化合物，且處于化學(xué)動平衡狀態(tài)，

溫度越高，復(fù)雜化合物的離解程度越高，熔渣中的自由氧化物濃度增加，溫度降

低，自由氧化物濃度降低。

3）只有熔渣中的自由氧化物才能參加反應(yīng)。

4）熔渣是理想溶液，可以用理想溶液的各種定律來進行定量計算。這種理論由

于無法解釋后來發(fā)現(xiàn)的爐渣的電化學(xué)特性和爐渣黏度隨堿度發(fā)生巨大變化等現(xiàn)

象而逐漸被淘汰。不過，在判斷反應(yīng)進行的條件、難易、方向及進行熱力學(xué)計算

等方面，至今仍然沿用。

（2）爐渣離子結(jié)構(gòu)理論。爐渣的離子結(jié)構(gòu)理論是根據(jù)對固體爐渣的X射線結(jié)構(gòu)

分析和對熔融爐渣的電化學(xué)試驗結(jié)果提出來的。對堿性和中性固體爐渣的X射線

分析表明，它們都是由正負(fù)離子相互配位所構(gòu)成的空間點陣結(jié)構(gòu)。對熔渣進行電

化學(xué)試驗的結(jié)果表明，熔體能導(dǎo)電，有確定的電導(dǎo)值，與典型的離子化合物的電

導(dǎo)值差不多，且隨著溫度的升高而導(dǎo)電性增強。這正是離子導(dǎo)電的特性。熔渣可

以電解，在陰極上析出金屬。以上這些現(xiàn)象用熔渣的分子結(jié)構(gòu)理論是無法解釋的，

于是提出了熔渣的離子結(jié)構(gòu)理論。離子結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為，液態(tài)爐渣是屬于由各種不

同的正負(fù)離子所組成的離子溶液。硅氧復(fù)合負(fù)離子按其結(jié)構(gòu)特點又稱硅氧復(fù)合四

面體。四面體的四個頂點是氧離子，四面體中心位置上是硅離子，硅的四個正化

合價與四個氧離子的四個負(fù)化合價結(jié)合，而四個氧離子的其余四個負(fù)化合價，或

與周圍其他正離子結(jié)合，或與其他硅氧四面體的硅結(jié)合，形成共用頂點。構(gòu)成

熔渣的離子中，硅氧復(fù)合負(fù)離子體積最大。同時，復(fù)合負(fù)離子的結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，其

周圍結(jié)合的金屬離子最多，因此，它是構(gòu)成爐渣的基本單元，爐渣的許多性質(zhì)決

定于復(fù)合離子的形態(tài)。具有群體負(fù)離子的熔渣，其物理性質(zhì)與四面體單獨存在的

熔渣完全不相同，即熔渣的物理性質(zhì)取決于復(fù)合負(fù)離子的結(jié)構(gòu)形態(tài)。以上就是熔

渣的離子結(jié)構(gòu)理論。這種結(jié)構(gòu)理論能比較圓滿地解釋爐渣成分對其物理化學(xué)性質(zhì)

的影響，是目前得到公認(rèn)的理論。

27、什么叫爐渣的穩(wěn)定性？它對高爐冶煉有什么影響？

答：爐渣穩(wěn)定性是指當(dāng)爐渣成分和溫度發(fā)生變化時，其熔化性溫度和黏度能否保

持穩(wěn)定。穩(wěn)定性好的爐渣，遇到高爐原料成分波動或爐內(nèi)溫度變化時，仍能保持

良好的流動性，從而維持高爐正常生產(chǎn)。穩(wěn)定性差的爐渣，則經(jīng)不起爐內(nèi)溫度和

爐渣成分的波動，黏度發(fā)生劇烈的變化而引起爐況不順。高爐生產(chǎn)要求爐渣具有

較高的穩(wěn)定性。爐渣穩(wěn)定性分熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。熱穩(wěn)定性可以通過爐渣黏

度”溫度曲線轉(zhuǎn)折點的溫度（即熔化性溫度）高低和轉(zhuǎn)折的緩急程度（即長渣短

渣）來判斷，而化學(xué)穩(wěn)定性則可以通過等黏度曲線和等熔化溫度曲線隨成分變化

的梯度來判斷。爐渣穩(wěn)定性影響爐況穩(wěn)定性。使用穩(wěn)定性差的爐渣容易引起爐況

波動，給高爐操作帶來困難。

28、什么叫爐渣的表面性質(zhì)？它對高爐冶煉有什么影響？

答：高爐渣的表面性質(zhì)是指爐渣與煤氣之間的表面張力和爐渣與鐵水之間的界面

張力。這類張力可理解為兩相（液“氣、液”液）間生成單位面積的新的交界面

所消耗的能量，如渣層中生成氣泡。表面張力以。代表、界面張力以。界代表。

爐渣的表面張力是其各種

氧化物表面張力的加權(quán)和，那些物質(zhì)在表面層中的濃度大于內(nèi)部濃度的，成為

“表面活性物質(zhì)”。其表面張力較低。

高爐煉鐵是多相反應(yīng)，即在相界面上發(fā)生反應(yīng)，爐渣的表面性質(zhì)必然對多種反應(yīng)

的進行和不同相的分離過程產(chǎn)生影響。典型的例子是攀鋼和包鋼爐渣的泡沫渣和

一些高爐的鐵損嚴(yán)重。經(jīng)過研究認(rèn)為高爐內(nèi)有很多產(chǎn)生氣泡的反應(yīng)和氣體穿過渣

層的現(xiàn)象，因此生成氣泡是不可避免的，關(guān)鍵在于氣泡能否穩(wěn)定地存在于爐渣層

中，一旦形成穩(wěn)定的氣泡就成泡沫渣。滴落帶焦層中的“液泛”現(xiàn)象就是屬于這

個范疇；當(dāng)爐渣流出爐外時一，由于大氣壓力低于爐內(nèi)壓力，溶于渣中氣體體積膨

脹，起泡尤為嚴(yán)重，造成渣溝及渣罐外溢，引起生產(chǎn)事故。

29、什么叫高爐內(nèi)硫的循環(huán)富集？

答：煉鐵爐料中天然礦、高堿度燒結(jié)礦和焦炭將硫帶入爐內(nèi)。每噸生鐵爐料帶入

爐內(nèi)的總硫

量稱為硫負(fù)荷。

隨著爐料在爐內(nèi)下降受熱，爐料中的硫逐步釋放出來；焦炭的部分硫在爐身下部

和爐腹以揮發(fā)，而礦石中的部分硫則分解和還原以硫蒸氣或S02進入煤氣。但主

要還是在風(fēng)口發(fā)生燃燒反應(yīng)時以氣體化合物的形式進入煤氣，燃燒和分解生成的

S02經(jīng)還原和生成反應(yīng)成硫蒸氣和H2S等，它們隨煤氣上升與下降的爐料和滴落

的渣鐵相遇而被吸收，在1000C及其以下地區(qū)的煤氣中僅保留S02和H2Som

中自由堿性氧化物多、渣量大而且堿度高、流動性好，吸收的硫越多。結(jié)果是軟

熔帶處的總硫量大于爐料帶入爐內(nèi)硫量，這樣在高溫區(qū)和低溫區(qū)之間形成了硫的

循環(huán)富集。被爐料和渣鐵吸收的硫少部分進入燃燒帶再次氧化參加循環(huán)運動；大

部分在渣鐵反應(yīng)時轉(zhuǎn)入爐渣后排出爐外；也有極少部分硫隨煤氣逸出爐外。

30、爐渣是如何脫硫的？

答：硫在鐵水和爐渣中以元素S、FeS、MnS、MgS、CaS等形態(tài)存在，其穩(wěn)定程

度依次是后

者大于前者。其中MgS和CaS只能溶于渣中，MnS少量溶于鐵中，大量溶于渣中，

FeS既溶于鐵中，也溶于渣中。爐渣的脫硫作用就是渣中的MgO和CaO等堿性

氧化物與生鐵中的硫反應(yīng)生成只溶于渣中的穩(wěn)定化合物MgS、CaS等，從而減少

生鐵中的硫。

按分子論的觀點，渣鐵間的脫硫反應(yīng)是渣鐵界面上生鐵中的［FeS］向渣面擴散

并溶入渣中，然后與渣中的(CaO)作用生成CaS和FeO,由于CaS只溶于渣而

不溶于鐵，F(xiàn)eO則被固體碳還原生成C0離開反應(yīng)界面，生成Fe進入生鐵中，

從而脫硫反應(yīng)可以不斷進行。

現(xiàn)代爐渣離子結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為，熔融爐渣不是由分子構(gòu)成而是由離子構(gòu)成的，因此，

脫硫反應(yīng)實際上是離子反應(yīng)而不是分子反應(yīng)。渣鐵之間的脫硫反應(yīng)是通過渣鐵界

面上離子擴散的形式進行的，即渣中的氧離子向鐵水面擴散，把自己所帶的兩

個電子傳給S,使鐵水中的S原子成為二價S離子進入渣中，而由于失去電子變

成中性原子的氧與碳作用形成C0進入煤氣中，進入渣中的硫離子則與渣中的

鈣、鎂等正離子保持平衡。因此，脫硫反應(yīng)實際上是渣鐵界面上氧和硫的離子交

換，渣中的堿性氧化物不斷供給氧離子和進入生鐵中的氧原子與固體碳作用形

成C0,不斷離開反應(yīng)面，使上述脫硫反應(yīng)繼續(xù)進行。

31、什么叫硫的分配系數(shù)？影響它的因素有哪些？

答：硫在爐渣中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與在鐵水中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比叫硫分配系數(shù)。它說明爐

渣脫硫后，硫在渣與鐵間達到的分配比例。它分為理論分配系數(shù)和實際分配系數(shù)。

爐缸內(nèi)渣鐵間脫硫反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時的分配系數(shù)稱為理論分配系數(shù)，研究計算

結(jié)果表明可高達200以上；而高爐內(nèi)的實際脫硫反應(yīng)因動力學(xué)條件差而達不到

平衡狀態(tài)，所以一般低的只有20~25,而高的也不會超過80。凡能提高平衡常數(shù)

的（例如溫度）都有利于硫的分配系數(shù)的提高；鐵液中硫的活度與鐵水的成分有

關(guān)，碳、硅、磷有利于提高硫在鐵液中的活度及硫的分配系數(shù)；而硫在渣中的活

度及渣中的氧勢與爐渣成分有關(guān)，爐渣堿度越高，提供脫硫越多。但是對高爐的

脫硫更重要的是改善脫硫動力學(xué)條件，使硫的實際分配系數(shù)提高。高爐脫硫是在

鐵滴穿過下爐缸積聚的渣層、下爐缸內(nèi)渣層與鐵層的交界面和出鐵過程中鐵口通

道內(nèi)等三處進行的，動力學(xué)條件最好的是鐵口通道內(nèi)，其次是鐵滴穿過渣層，而

渣鐵層界面最差。由此可以看出，高爐生產(chǎn)不應(yīng)該放上渣（實際上現(xiàn)代高爐上已

不設(shè)渣口，已沒有可能再放上渣），應(yīng)使?fàn)t渣都通過鐵口通道與鐵水一起放出以

發(fā)揮其脫硫能力，提高硫的實際分配系數(shù)。

32、哪些因素影響爐渣的脫硫能力？

答：影響爐渣脫硫能力的因素有以下幾項：

（1）爐渣化學(xué)成分。

1）爐渣堿度。爐渣堿度是脫硫的關(guān)鍵性因素。一般規(guī)律是爐渣堿度愈高，脫硫

能力愈強。因此，堿性渣的脫硫能力比酸性渣強得多。但是，堿度過高使渣的流

動性變壞，阻礙硫的擴散同時由于過高的堿度下容易析出正硅酸鈣的固體顆粒，

不僅提高了黏度，而且降低了爐渣的實際堿度，從而使?fàn)t渣的脫硫能力大大降低。

高堿度渣只有在保證良好流動性的前提下才能發(fā)揮較強的脫硫能力。

2）Mg0含量。MgO也具有一定的脫硫能力，但不及CaO,這是由于MgS不及CaS

穩(wěn)定。但

渣中一定范圍內(nèi)增加MgO含量能提高爐渣的穩(wěn)定性和流動性，還可以提高總堿

度，這就相當(dāng)于增加了氧負(fù)離子濃度，有利于脫硫反應(yīng)。

3）A1203含量。A1203不利于脫硫，因為它與氧離子結(jié)合形成鋁氧復(fù)合負(fù)離子降

低渣中氧離子濃度。因此，當(dāng)堿度不變而增加渣中A1203含量時，爐渣脫硫能力

就要降低。但用A1203代替Si02

時，脫硫能力有所提高。這是因為A1203能結(jié)合的氧離子數(shù)比Si02少，

4)FeO含量。FeO增加了生鐵中氧的濃度，對脫硫反應(yīng)不利。因此，渣中FeO

要盡量少。

(2)渣鐵溫度。溫度對爐渣脫硫能力的影響有兩個方面：一是由于脫硫反應(yīng)是

吸熱反應(yīng)，提高溫度對脫硫反應(yīng)有利；二是提高溫度降低爐渣黏度，促進硫離子

和氧離子的擴散，對脫硫反應(yīng)也是有利的。

(3)提高硫分配系數(shù)。

(4)高爐操作。當(dāng)高爐不順行、煤氣流分布失常，爐缸工作不均勻時，高爐脫

硫效果降低，生鐵含硫量升高。因此，正確運用各種調(diào)劑因素，保證高爐順行，

是充分發(fā)揮爐渣脫硫能力，降低生鐵含硫量的重要條件。

33、什么叫渣鐵間的耦合反應(yīng)？

答：高爐爐缸內(nèi)渣鐵間進行著多種反應(yīng)。它們可分為兩大類：一類是有碳參與的

基本反應(yīng)；另一類是沒碳參與的耦合反應(yīng)。

耦合反應(yīng)是指沒有碳及其氧化產(chǎn)物CO參與的，鐵液中非鐵元素與熔渣中氧化物

之間的氧化還原反應(yīng)。耦合反應(yīng)實際是渣鐵間瞬時的電化學(xué)反應(yīng)，即金屬元素放

出電子成為正離子，而非金屬元素獲得電子而成為負(fù)離子。

34、什么叫堿害？如何利用爐渣排堿？

答：所謂堿害是指爐料帶入高爐內(nèi)含堿金屬K、Na的鹽類(絕大部分是復(fù)合硅酸

鹽)在高爐生產(chǎn)過程中形成循環(huán)積累，給生產(chǎn)帶來的危害。堿金屬硅酸鹽比FeO

更穩(wěn)定，所以要到高溫區(qū)FeO全部還原后被C還原成蒸氣進入煤氣流，在上升過

程中與其他物質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉铩⒎?、碳酸鹽、硅酸鹽和氧化物.它們在

中溫區(qū)凝聚。如同硫在高爐內(nèi)的循環(huán)富集那樣，堿在高低溫度區(qū)內(nèi)也存在循環(huán)積

累。這種循環(huán)積聚給高爐生產(chǎn)帶來的害處是:

1)氣化上升的堿金屬、氟化物、氟化物在較低溫度的爐墻上冷凝，附著在其上

逐步黏結(jié)，爐墻上出現(xiàn)結(jié)厚而發(fā)展成爐瘤，給爐況及處理造成很大的麻煩；

2)部分上升的堿金屬及其化合物遇焦炭會冷凝在其孔隙中，液態(tài)冷凝物使焦炭

的孔隙度降低影響料柱透氣性，而口堿金屬還會與焦炭的碳形成化合物降低了焦

炭強度，并增大了焦炭的反應(yīng)性，促進碳素溶損反應(yīng)的進行，也降低了焦炭的熱

強度，導(dǎo)致焦炭在下降過程中破損，也嚴(yán)重影響料柱的透氣性；

3)部分堿蒸氣凝聚在礦石上，K20與礦石中的鐵氧化物形成多種化合物，隨著

它們被CO還原，引起料塊膨脹和爆裂，對球團礦的影響尤為嚴(yán)重。而且冷凝的

堿氧化物及鹽類還降低了礦石的軟熔溫度，造成軟熔帶上移和變厚；

4)堿金屬進入耐火移襯，使耐火破膨脹。嚴(yán)重時耐火磚的膨脹造成爐殼開裂，

當(dāng)堿金屬滲透到爐底爐缸耐火磚襯中積累還能造成爐底爐缸燒穿。

防治堿害的措施有嚴(yán)格控制堿金屬入爐量，選用抗堿侵蝕能力強的耐火材料，精

心操作等。而利用爐渣排堿是重要手段：

(1)降低爐渣堿度。

(2)保持爐渣堿度不變的同時提高渣中MgO含量，爐渣排堿能力可提高。

(3)必要時適當(dāng)加大渣量。

35、高爐內(nèi)碳的氣化反應(yīng)有什么規(guī)律？

答:高爐內(nèi)碳的氣化是另一個物態(tài)變化：固體的焦炭和煤粉氣化轉(zhuǎn)為氣態(tài)的煤氣。

一般來說碳與氧燃燒反應(yīng)生成兩種化合物CO和C02。產(chǎn)物為CO的稱為不完全燃

燒，燃燒產(chǎn)物為C02的稱為完全燃燒。研究表明碳在空氣中燃燒時同時產(chǎn)生CO

和C02,這兩種氧化物絕對的相互排斥是不可能的，究竟最終獲得哪一種取決于

溫度和環(huán)境的氧勢，高溫(1200℃＞以上)、缺氧時一定是CO。

高爐內(nèi)碳的氣化分為：（1）風(fēng)口前燃燒帶內(nèi)與鼓入的熱風(fēng)燃燒氣化。（2）在燃

燒帶以外

與礦石和熔劑中氧化物的氧反應(yīng)而氣化。從爐頂裝入高爐的焦炭有65~80%在風(fēng)

口前燃燒氣化（稱做焦炭在風(fēng)口前的燃燒率），其余35~20%是在下降過程中與

爐料氧化物的直接還原中氣化。從風(fēng)口噴吹入爐缸的煤粉有80~85%在風(fēng)口前氣

化，其余20^15%（稱為未燃煤粉）是在隨煤氣上升過程中與爐料氧化物中的氧

反應(yīng)而氣化。實際上焦炭和煤粉中有10%是不氣化的，而是溶入鐵水成為生鐵的

一種合金元素。在風(fēng)口前燃燒帶，熱風(fēng)帶入的氧多，在燃料的表面產(chǎn)生的CO在

燃燒帶焦點處又與02反應(yīng)成C02,但是隨著煤氣離開燃燒帶中心，環(huán)境就變?yōu)?/p>

碳多且無自由氧，C02與02反應(yīng)而成為C0。在燃燒帶以外，碳的氣化全通過直

接還原途徑而形成C0o所以高爐內(nèi)燃料中的碳不論在何處氣化，其最終產(chǎn)物都

是COo

36、高爐爐缸燃燒反應(yīng)有什么特點？燃燒產(chǎn)物的成分和數(shù)量如何計

算？

答：研究表明煤的燃燒要經(jīng)歷三個次過程：加熱蒸發(fā)和揮發(fā)物分解；揮發(fā)分燃燒

和碳結(jié)焦；殘焦燃燒。進入高爐的焦炭在煉焦過程中已完成前兩個次過程，到達

風(fēng)口燃燒帶只需完成最后一個次過程。噴入高爐的煤粉需要完成全部三個次過

程，這三個次過程可循序進行，也可重疊甚至同時發(fā)生。焦炭是具有一定粒度的

塊狀物，它進入爐缸燃燒不受時間限制，可通過各種方式燃燒直到完全氣化。噴

吹煤粉進入爐缸燃燒，不僅比焦炭燃燒多了兩個次過程，而且它是粉狀，能隨氣

流流動，它應(yīng)在爐缸燃燒帶內(nèi)停留的有限時間（0.01-0.04s）和有限空間（燃燒

帶長度1.2—1.4m）內(nèi)完成，否則將隨煤氣上升而成為未燃煤粉，過量的未燃煤

粉會給高爐生產(chǎn)帶來很多麻煩。所以要采取技術(shù)措施加快煤粉的燃燒過程，保證

煤粉在燃燒帶內(nèi)的燃燒率達到80~85吼

在現(xiàn)代高爐上，爐缸燃燒反應(yīng)是在燃料作劇烈旋轉(zhuǎn)運動中與氧反應(yīng)而氣化

的，完全替代了20世紀(jì)50年代前高爐沒有強化時的層狀燃燒理論。在爐缸燃料

中碳的燃燒反應(yīng)的產(chǎn)物是C0,屬不完全燃燒，燃燒產(chǎn)物由CO、H2和N2組成。

影響爐缸煤氣成分的因素有鼓風(fēng)濕度、鼓風(fēng)含氧量和噴吹物等。當(dāng)鼓風(fēng)濕度增加

時，由于水分在風(fēng)口前分解成H2和02,爐缸煤氣中的含H2量和CO量增加，N2

含量相對下降。噴吹含H2

量較高的噴吹物時，爐缸煤氣中含H2量增加，C0和N2相對下降。當(dāng)鼓風(fēng)中的

氧濃度增加時（如富氧鼓風(fēng)），爐缸煤氣中的C0濃度增加，N2濃度下降，由于

N2濃度下降的幅度較大，煤氣中的H2濃度相對增加。前兩種情況下爐缸煤氣量

增加，后一種情況下煤氣量下降。

37、爐缸燃燒反應(yīng)在高爐冶煉過程中起什么作用？

答：爐缸燃燒反應(yīng)在高爐冶煉過程中的作用如下：

首先，焦炭在風(fēng)口前燃燒放出的熱量，是高爐冷煉過程中的主要熱量來源。高爐

冶煉所需要的熱量，包括爐料的預(yù)熱、水分蒸發(fā)和分解、碳酸鹽的分解、直接還

原吸熱、渣鐵的熔化和過熱、爐體散熱和煤氣帶走的熱量等，絕大部分由風(fēng)口前

燃燒焦炭供給。

其次，爐缸燃燒反應(yīng)的結(jié)果產(chǎn)生了還原性氣體C0,為爐身中上部固體爐料的問

接還原提供了還原劑，并在上升過程中將熱量帶到上部起傳熱介質(zhì)的作用。

第三，由于爐缸燃燒反應(yīng)過程中固體焦炭不斷變?yōu)闅怏w離開高爐，為爐料的下降

提供了36（左右的自由空間，保證爐料的不斷下降。

第四，風(fēng)口前焦炭的燃燒狀態(tài)影響煤氣流的初始分布，從而影響整個爐內(nèi)的煤氣

流分布和高爐順行。

第五，爐缸燃燒反應(yīng)決定爐缸溫度水平和分布，從而影響造渣、脫硫和生鐵的最

終形成過程及爐缸工作的均勻性，也就是說爐缸燃燒反應(yīng)影響生鐵的質(zhì)量。由此

可見，爐缸燃燒反應(yīng)在高爐冶煉過程中起著極為重要的作用，正確掌握爐缸燃燒

反應(yīng)的規(guī)律，保持良好的爐缸工作狀態(tài)，是操作高爐和達到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基本條件。

38、什么叫風(fēng)口燃燒帶和風(fēng)I」回旋區(qū)？

答：爐缸內(nèi)燃料燃燒的區(qū)域稱為燃燒帶，它包括氧化區(qū)和還原區(qū)。風(fēng)口前自由氧

存在的區(qū)域稱為氧化區(qū)，自由氧消失到C02消失的區(qū)域稱為還原區(qū)。由于燃燒帶

是高爐內(nèi)惟一屬于氧化氣氛的區(qū)域，因此亦稱氧化帶。

在現(xiàn)代高爐中熱風(fēng)以100m/s以上的速度通過風(fēng)口射向爐缸中心，遇到由上方滑

落下來的焦炭發(fā)生燃燒反應(yīng)，與此同時焦炭在高速鼓風(fēng)沖擊下做回旋運動，其速

度因粒度大小、互相碰撞和進入回旋區(qū)時的初速度而在，4~30m/s的大范圍內(nèi)波

動。做高速回旋運動的固、氣多相流產(chǎn)生的離心力與作用在此區(qū)域外部的料柱有

效重力相平衡，從而在每個風(fēng)口前形成一個疏散而近似梨形的空間，通常稱它為

風(fēng)口回旋區(qū)。從回旋區(qū)上方滴流下來的液體(約20~40g/s的熔渣和鐵液)被高

速氣流拋向爐子中心與焦?；匦\動中產(chǎn)生的而又未氣化的碎焦形成較致密的

回旋區(qū)外殼。回旋區(qū)的尺寸略小于燃燒帶，回旋區(qū)的前端約為燃燒帶氧化區(qū)的邊

緣，而燃燒帶的還原區(qū)則在回旋區(qū)外殼之外的焦炭層內(nèi)。

燃燒帶和回旋區(qū)的大小及它們在爐缸截面上的分布對高爐內(nèi)煤氣流和溫度場的

分布有極重要的影響。因此布置好風(fēng)口位置以盡量縮小相鄰兩燃燒帶之間的死

區(qū)、控制好與爐缸直徑相適應(yīng)的燃燒帶和回旋區(qū)的大小成為高爐操作的重要內(nèi)

容。

影響燃燒帶和回旋區(qū)大小的因素有：

(1)鼓風(fēng)參數(shù)。如風(fēng)量、風(fēng)溫、風(fēng)壓、濕度等。一般來說能增大鼓風(fēng)通過風(fēng)口

時的風(fēng)速，從而增加鼓風(fēng)動能的，都可使燃燒帶和回旋區(qū)增大，如加大風(fēng)量、提

高風(fēng)溫；而增加風(fēng)壓卻相反，它使同樣質(zhì)量鼓風(fēng)的體積縮小，降低鼓風(fēng)動能。

(2)燃料燃燒速度。碳的氣化反應(yīng)速率高，則氣化性物質(zhì)消耗快，燃燒帶縮小。

富氧鼓風(fēng)，燃料的反應(yīng)性好，介質(zhì)溫度高等都將縮小燃燒帶。

(3)上部爐料和煤氣分布情況。如果燃燒帶上方的分布為邊緣礦石少、焦炭多

的邊緣發(fā)展型，則燃燒帶縮??；若實行的是中心加焦技術(shù)，邊緣礦石多、而中心

焦炭多的中心發(fā)展型，則燃燒帶向中心延伸。如果上部爐料負(fù)荷重；堆密度大，

作用于回旋區(qū)上的有效重大，回旋區(qū)會縮??；而焦炭粒度大，落入回旋區(qū)的液態(tài)

物數(shù)量多，它們受鼓風(fēng)沖擊而運動時消耗鼓風(fēng)動能多，鼓風(fēng)動能衰減快，回旋區(qū)

和燃燒帶都會縮小。

（4）噴吹煤粉。噴吹煤粉的影響是多方面的：1）噴吹煤粉在直吹管內(nèi)部分分解

和燃燒，增加了通過風(fēng)口時的混合氣體（鼓風(fēng)加部分煤粉分解燃燒產(chǎn)生的煤氣），

動能增加；2）燃燒帶形成的煤氣中含H2量增加；3）噴吹煤粉后煤粉置換部分

焦炭，爐料中負(fù)荷增大，堆密度增加；4）低噴煤量時中心氣流發(fā)展，大噴煤量

時未燃煤粉造成中心打不開等。因此噴吹煤粉對燃燒帶和回旋區(qū)大小的影響要視

具體情況分析確定。

39、什么叫風(fēng)速？什么叫鼓風(fēng)動能？如何計算風(fēng)速？

答：高爐煉鐵中鼓風(fēng)通過風(fēng)口時所達到的速度，它有標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速和實際風(fēng)速兩種表

示方法。單位時間內(nèi)每個風(fēng)口鼓入高爐內(nèi)鼓風(fēng)所具有的機械能稱為鼓風(fēng)動能。風(fēng)

速和鼓風(fēng)動能與冶煉條件有關(guān)，它們在一定程度上決定著燃燒帶和回旋區(qū)的大

小，也就決定著初始煤氣的分布。

風(fēng)速是用單位時間內(nèi)通過一個風(fēng)口的風(fēng)量除以風(fēng)口截面積求得。用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的

風(fēng)量算得的風(fēng)速稱標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速；而用冷煉實際風(fēng)溫和熱風(fēng)壓力條件下算得的為實際

風(fēng)速。

40、什么叫風(fēng)口前理論燃燒溫度？它與爐缸溫度有什么區(qū)別？

答：風(fēng)口前焦炭燃燒所能達到的最高溫度，即假定風(fēng)口前焦炭燃燒放出的熱量全

部用來加熱燃燒產(chǎn)物時所能達到的最高溫度叫做風(fēng)口前理論燃燒溫度，也叫高爐

火焰溫度或絕熱火焰溫度。

理論燃燒溫度是指燃燒帶在理論上能達到的最高溫度，生產(chǎn)中一般指燃燒帶燃燒

焦點的溫度。而爐缸溫度一般是指爐缸渣鐵的溫度，兩者有本質(zhì)上的區(qū)別。理論

燃燒溫度可達1800~2400℃而爐缸溫度一般在1500C左右。

41、哪些因素影響理論燃燒溫度？

答：影響理論燃燒溫度的因素有：

（1）鼓風(fēng)溫度。鼓風(fēng)溫度升高，則鼓風(fēng)帶入的物理熱增加，理論燃燒溫度升高。

（2）鼓風(fēng)富氧度。鼓風(fēng)含氧量提高以后，N2含量減少，此時雖因風(fēng)量減少而使

Q風(fēng)有所降低。但由于VN2降低的幅度大，理論燃燒溫度顯著升高。

（3）噴吹燃料。由于噴吹物分解吸熱和VH2增加，理論燃燒溫度降低。由于各

種噴吹燃料的分解熱不同，所以，噴吹天然氣降低理論燃燒溫度最劇烈，重油次

之，無煙煤降低最少。

（4）鼓風(fēng)濕度。鼓風(fēng)濕度的影響與噴吹物相同，由于水分分解吸熱，理論燃燒

溫度降低。

42、煤氣上升過程中量、成分和溫度發(fā)生什么變化？

答：燃燒帶內(nèi)形成的煤氣進入爐缸、爐腹及其在上升過程中，由于在高溫區(qū)內(nèi)各

種形成CO的碳氣化反應(yīng)的發(fā)生，使煤氣的量和成分都有變化。主要表現(xiàn)為CO

數(shù)量和百分比都增大。由高溫區(qū)進入中溫間接還原區(qū)時的煤氣，常被稱為爐腹煤

氣。

在間接還原區(qū)內(nèi)，煤氣中部分CO和H2參與間接還原而轉(zhuǎn)化為C02、H20,易分

解熔劑分解出少量C02也進入煤氣。由于生產(chǎn)中爐頂煤氣無法分析出H20還所

以無論是取樣分析或計算都是于煤氣成分，H2還原生成的H20還不算在爐頂煤

氣成分中，而單獨算出。

另外過去長時間認(rèn)為爐頂煤氣中有CH4,理論上講高爐內(nèi)沒有生成CH4的條件，

相反焦炭

和噴吹燃料（特別是天然氣90%以上是CH4）帶入的CH4在高爐內(nèi)要分解，現(xiàn)代

的氣相色譜儀分析爐頂煤氣表明爐頂煤氣中沒有CH4,用奧氏分析儀吸收法分析

煤氣出現(xiàn)CH4純屬分析誤差所造成。

由于爐缸燃燒帶內(nèi)形成的煤氣中CO量是鼓風(fēng)中氧量（包括熱風(fēng)中的自由氧和濕

分中的氧）的1倍，所以在不富氧時V燃/V風(fēng)=1.25,富氧鼓風(fēng)后此比值增大，

增大數(shù)值與富氧率相對應(yīng)。爐頂煤氣量因直接還原、熔劑分解、焦炭揮發(fā)分的析

出等又比V燃增大，V頂/V風(fēng)=1.4

煤氣溫度由于熱交換，將熱量傳給爐料及消耗于各種反應(yīng)而降低。

43、哪些因素影響爐頂煤氣成分？

答：因冶煉條件的變化而引起爐頂煤氣成分(體積分?jǐn)?shù))的變化，主要指煤氣中

CO和C02數(shù)量的變化，其他成分的變化不十分明顯。爐頂煤氣中的(CO+CO2)

量基本穩(wěn)定在40~42%之間，下列因素影響其值的波動：

(1)當(dāng)焦比升高時，單位生鐵的爐缸煤氣量增加，煤氣利用率降低，煤氣中的

CO升高，C02降低。同時，由于入爐風(fēng)量增加，帶入的N2在煤氣中的比例增加，

含量下降。

(2)當(dāng)爐內(nèi)鐵的直接還原度提高時，煤氣中的CO增加，C02下降，同時，由于

風(fēng)口前燃燒的碳量減少，入爐風(fēng)量降低，帶入的N2量下降，(CO+CO2)含量升

fHJo

(3)熔劑用量增加時，由于分解產(chǎn)生C02,煤氣中C02和(CO+CO2)含量增加，

N2下降。

(4)礦石氧化度提高時，即礦石中的Fe203增加時，間接還原消耗的CO增加，

產(chǎn)生同體積的C02,因此，煤氣中的C02增加，CO下降，(CO+CO2)含量沒有變

化。

(5)鼓風(fēng)含氧量增加時，由于煤氣中的N2的比例下降,CO和C02升高，(C0+C02)

含量可增大到45%

(6)噴吹燃料時，由于煤氣中H2所占的比例增加，N2和(CO+CO2)含量下降。

44、什么叫爐料與煤氣的水當(dāng)量？

答：水當(dāng)量是為了研究高爐熱交換過程而引出的概念。單位時間內(nèi)通過高爐某一

截面的爐料或煤氣升高（或降低）1C所吸收（或放出）的熱量，稱為爐料或煤

氣的水當(dāng)量。用爐料流股或煤氣流股的質(zhì)量（或體積）與其平均熱容的乘積表示。

高爐冶煉中還用每噸生鐵的爐料或煤氣升高（或降低）所吸收（或放出）的

熱量來表示水當(dāng)量。在現(xiàn)代高爐上，水當(dāng)量沿高爐高度上的變化規(guī)律是：煤氣水

當(dāng)量上、下部基本相同（約

2000'2500kj/t℃）,這是因為G氣上部大，下部小，而c氣相反，上部小，下

部大，兩者乘積基本相同；爐料水當(dāng)量上部小，下部大，這是由于上部不僅吸熱

反應(yīng)少，而且CO間接還原還放熱，所以表觀c氣小，下部則有大量的吸熱反應(yīng)，

還需爐渣和生鐵熔化耗熱，所以表觀c氣很大。

45、煤氣上升過程中的熱交換有什么規(guī)律？

答：煤氣上升過程中經(jīng)過三個不同的熱交換區(qū)，即爐料水當(dāng)量大于煤氣水當(dāng)量的

下部熱交換區(qū)、爐料水當(dāng)量與煤氣水當(dāng)量相同的中部熱交換空區(qū)、爐料水當(dāng)量小

于煤氣水當(dāng)量的上部熱交換區(qū)。

下部熱交換區(qū)的特點是，由于此區(qū)內(nèi)發(fā)生Fe、Mn、Si、P等元素的直接還原、部

分碳酸鹽的分解、爐料的熔化和渣鐵的過熱等大量的吸熱反應(yīng)，煤氣降溫快和爐

料升溫慢，爐料與煤氣之間的熱交換非常激烈。煤氣從離開燃燒帶時的溫度

1800~2000℃下降到中部空區(qū)950C,而爐料從中部空區(qū)的950c上升到渣鐵出爐

溫度1500℃,煤氣和爐料之間的溫度差達到300~500℃。

中部空區(qū)，爐料和煤氣溫度接近，只有20~50℃左右的溫差，而且此區(qū)內(nèi)爐料和

煤氣水當(dāng)量相等，因此熱交換非常緩慢或者基本上不發(fā)生熱交換過程，屬于熱交

換呆滯區(qū)?？諈^(qū)和下部熱交換區(qū)的界線是碳酸鹽開始大量分解和碳的氣化反應(yīng)明

顯發(fā)展的溫度線，即950~1100℃的區(qū)域。

上部熱交換區(qū)的特點是，由于此區(qū)內(nèi)發(fā)生高級氧化物的間接還原是放熱反應(yīng)，爐

料吸熱量少，爐料水當(dāng)量小于煤氣水當(dāng)量，因此爐料升溫快而煤氣降溫慢，同時，

上升煤氣遇到剛?cè)霠t的冷料，煤氣與爐料間有較大溫差，所以熱交換激烈，爐料

由20~30℃常溫升高到

中部空區(qū)950℃,而煤氣溫度則從950℃下降到200~300℃爐頂溫度。

46、高爐料柱有哪些散料特性？

答：特性如下：

（1）空隙度。單位體積的爐料內(nèi)空隙體積所占份額稱為爐料的空隙度，可以通

過體積測量或爐料的實際密度和堆密度測量得出?？障抖扰c爐料篩分組成、形狀

和堆放方式等有關(guān)，高爐爐料（焦炭，礦石等）的空隙度在0.35~0.5之間，它

是決定料柱透氣性的重要因素之一。

（2）形狀參數(shù)。有兩個參數(shù)說明形狀的不同，一個