高爐煉鐵的教案

1高爐煉鐵的教案第1頁/共84頁23.1概述第2頁/共84頁33.2高爐煉鐵基本概念3.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品（1）原料高爐使用的原料包括鐵礦石（燒結(jié)礦、球團礦和塊礦）、焦炭、煤粉、鼓風和少量熔劑。

鐵礦石：在大型高爐爐料結(jié)構(gòu)中，高堿度燒結(jié)礦一般占70~80%、酸性的球團礦和塊礦占20~30%。

第3頁/共84頁43.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品品種w(TFe)（%）w(FeO)（%）w(SiO2)（%）w(CaO)（%）w(MgO)（%）w(Al2O3)（%）R寶鋼燒結(jié)礦59.477.554.258.201.271.091.93鞍鋼燒結(jié)礦58.497.904.609.702.300.502.11巴西球團礦65.811.613.670.470.730.490.13國產(chǎn)球團礦63.210.176.011.220.480.760.20巴西塊礦66.624.237.940.700.231.110.09南非塊礦62.892.116.490.590.032.360.09第4頁/共84頁53.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品熔劑通常為石灰石，用來調(diào)節(jié)爐渣堿度。高爐渣的堿度（R=CaO/SiO2）在1.0~1.25之間，當堿性爐料（高堿度燒結(jié)礦）與酸性爐料（球團礦和塊礦）比例合適時，高爐中可不加或只加少量石灰石。根據(jù)入爐綜合品位，冶煉1t生鐵需要消耗鐵礦石1.5~1.7t。第5頁/共84頁6高爐原料鐵礦石熔劑其他含鐵代用品

天然塊礦人造富礦燒結(jié)礦球團礦

堿性熔劑—石灰、石灰石、白云石酸性熔劑—硅石特殊熔劑—螢石

高爐、轉(zhuǎn)爐爐塵殘鐵軋鋼鐵皮硫酸渣3.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品第6頁/共84頁73.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品燃料焦炭在高爐風口區(qū)域燃燒產(chǎn)生大量熱量和煤氣（CO+N2）。煤氣中的CO將鐵礦石中的氧化鐵還原成金屬鐵，燃燒產(chǎn)生的熱量將渣鐵熔化成鐵水和液態(tài)爐渣。焦炭在高爐內(nèi)始終呈固態(tài)，它能夠?qū)⒄麄€高爐的料柱支撐起來，保持高爐內(nèi)部具有良好的透氣性。第7頁/共84頁83.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品煤粉從高爐風口噴入爐內(nèi)，在風口區(qū)域燃燒產(chǎn)生熱量和還原煤氣，可代替部分焦炭。但煤粉無法代替焦炭的另一個重要作用—支撐料柱。目前，冶煉1噸生鐵大約需要消耗焦炭250~350kg，消耗煤粉150~250kg。第8頁/共84頁9高爐燃料固體燃料氣體燃料焦炭煤粉焦爐煤氣高爐煤氣用于高爐本體用于熱風爐3.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品第9頁/共84頁103.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品鼓風空氣通過高爐鼓風機加壓后成為高壓空氣（鼓風），經(jīng)過熱風爐換熱，將溫度提高到1100~1300℃，再從高爐風口進入爐缸，與焦炭和煤粉燃燒產(chǎn)生熱量和煤氣。鼓風帶入高爐的物理熱占高爐熱量總收入的20%左右。在鼓風中加入氧氣可提高鼓風中的氧含量（稱為富氧鼓風）。采用富氧鼓風可提高風口燃燒溫度，有利于高爐提高噴煤量和高爐利用系數(shù)。

冶煉1噸生鐵大約需要鼓風1400~1700Nm3。第10頁/共84頁113.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品（2）產(chǎn)品鐵水鐵水的主要化學(xué)成分為Fe、C、Si、Mn、P、S等，溫度1450~1550℃。按照Si含量的不同，將高爐鐵水分為煉鋼生鐵（w[Si]<1.25%）和鑄造生鐵（w[Si]≥1.25%）。鐵水中C呈飽和狀態(tài)，煉鋼生鐵中C含量在3.7~4.3%之間。第11頁/共84頁123.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品高爐煤氣高爐煤氣主要化學(xué)成分（體積百分比）為CO：21~26%、CO2：14~21%、N2：55~57%、H2：1.0~3.0%、CH4：0.2~0.8%。高爐煤氣發(fā)熱值3200~3800KJ/m3，屬低熱值煤氣。冶煉每噸生鐵產(chǎn)生高爐煤氣1800~2000m3左右。第12頁/共84頁133.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品CO：煤氣上升過程中，CO在高爐下部高溫區(qū)開始增加，煤氣中的CO含量會相應(yīng)減小。CO2：在爐缸、爐腹部位幾乎為零，從中溫區(qū)開始增加。H2：來源于風中H2O汽和焦炭中的有機H2和噴吹燃料中的揮發(fā)H2，上升過程中由于參加間接還原和生成CH4，含量逐漸減少，但由于爐料中結(jié)晶水和碳作用生成部分H2，又可適量增加煤氣中H2的含量。N2：鼓風帶入的N2，焦炭中的有機N2和噴吹燃料中的揮發(fā)N2，在上升過程中不參加任何反應(yīng)，絕對量不變。CH4：高溫時少量焦炭與H2作用生成CH4，上升過程中又加入焦炭揮發(fā)分中CH4，但數(shù)量很少，變化不大第13頁/共84頁143.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品高爐渣高爐冶煉1t生鐵產(chǎn)生300~600kg爐渣。高爐渣主要成分為:w(SiO2)=32~42%、w(CaO)=35~44%、w(Al2O3)=6~14%、

w(MgO)=4~13%、w(MnO)=0.3~1.0%、w(FeO)=0.5~0.8%、

w(S)=0.7~1.1%、R=1.05~1.25。在這一成分范圍內(nèi)，高爐渣的熔化溫度最低（1300~1350℃），在爐缸溫度下具有良好的流動性。高爐渣經(jīng)高壓水淬冷?；笫巧a(chǎn)水泥的良好原材料。

第14頁/共84頁153.2.1高爐煉鐵的原料和產(chǎn)品第15頁/共84頁163.2.2高爐內(nèi)型高爐內(nèi)型是用耐火材料砌筑而成的，供高爐冶煉的內(nèi)部空間的輪廓。現(xiàn)代高爐都是五段式爐型，從下至上分別為：爐缸、爐腹、爐腰、爐身、爐喉。

高爐內(nèi)型第16頁/共84頁17爐喉Throat爐身Shaft高爐本體爐腰Belly爐腹Bosh爐缸Hearth風口Tuyere鐵口Taphole渣口Slagtaphole高爐有效容積代表高爐的大小或生產(chǎn)能力3.2.2高爐內(nèi)型第17頁/共84頁183.2.2高爐內(nèi)型高爐有效容積代表高爐的大小或生產(chǎn)能力。由高爐出鐵口中心線所在水平面到料線零位水平面之間的容積。一般將＞3000m3的高爐稱為超大型高爐，1500~2500m3的高爐稱為大型高爐，600~1000m3的高爐稱為中型高爐，300m3以下的高爐稱為小型高爐。一座4000m3級高爐日產(chǎn)生鐵量達到10000噸以上。

第18頁/共84頁19荷蘭CorusIjmuiden鋼鐵公司高爐發(fā)展高爐編號1234567大小建成年份1924192619301958196119671972爐缸直徑/m5.65.65.98.59.011.013.8工作容積/m35195195981413149223283790初期產(chǎn)量(t/d)2802803601380170030005000當前/最終產(chǎn)量(t/d)10001000110035003700700010500拆除年份19741974199119971997

上一次大修

200219913.2.2高爐內(nèi)型第19頁/共84頁203.2.3高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟指標（1）有效容積利用系數(shù)（?V）高爐每立方米有效容積每天生產(chǎn)的合格鐵水量（t/m3·d）。（2）焦比（K）高爐冶煉一噸生鐵消耗的焦炭量（kg/t）。（3）煤比（M）冶煉每噸生鐵向高爐噴吹的煤粉量（kg/t）。（4）燃料比(焦比＋煤比)

定義：高爐冶煉每噸生鐵所消耗的固體燃料的總和(kg/t)。

目前，大型和超大型高爐冶煉1t生鐵的燃料比在470~520kg/t之間，噴煤量可達到150~250kg/t。第20頁/共84頁213.2.3高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟指標（5）綜合焦比(K∑)

定義：將噴入高爐的煤粉折算成相應(yīng)數(shù)量的焦炭后計算的焦比(kg/t)。煤粉置換比通常小于1.0，一般在0.75~0.90之間。（6）冶煉強度（I）定義：每立方米高爐有效容積每天消耗的(干)焦炭量[t/(m3·d)]。一般為0.8~1.0t/(m3·d)。（7）綜合冶煉強度(I∑)

定義：將噴入高爐的煤粉折算成相應(yīng)數(shù)量的焦炭后計算的冶煉強度[t/(m3·d)]。大型或超大型高爐達到1.2~1.6t/(m3·d)。第21頁/共84頁22高爐有效容積利用系數(shù)=冶煉強度/焦比（8）工序能耗

Ci=(燃料消耗+動力消耗-回收二次能源)/產(chǎn)品產(chǎn)量(噸標準煤/t)1kg標準煤的發(fā)熱量為7000千卡(29310kJ)2009年1~5月全國重點鋼鐵企業(yè)高爐燃料比為518kg/t，熱風溫度為1158℃，煉鐵工序能耗為413.30kg標準煤/t，入爐焦比為374kg/t，噴煤比為144kg/t。3.2.3高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟指標第22頁/共84頁233.2.3高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟指標（9）休風率高爐休風時間占規(guī)定日歷作業(yè)時間的百分比（%）。規(guī)定日歷作業(yè)時間=日歷時間-計劃大中修時間和臨時休風時間。（10）生鐵合格率合格生鐵產(chǎn)量占高爐生鐵總產(chǎn)量的百分比（%）。

第23頁/共84頁24例題：某高爐容積2000m3，年產(chǎn)150萬噸煉鋼生鐵，消耗60萬噸焦炭，每噸生鐵噴吹煤粉150kg，置換比為0.9，計算高爐有效容積利用系數(shù)、焦比、燃料比、綜合焦比及冶煉強度各為多少？答案：利用系數(shù)：2.05t/m3·d

焦比：400kg/tFe

燃料比：550kg/tFe

綜合焦比：535kg/tFe

冶煉強度：0.822t/m3·d3.2.3高爐生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟指標第24頁/共84頁253.3.1高爐本體(BlastFurnaceBody)

鋼結(jié)構(gòu)爐襯冷卻設(shè)備送風裝置檢測儀器設(shè)備3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第25頁/共84頁26

由四根支柱和多層橫向拉桿組成。上至爐頂平臺，下接高爐基礎(chǔ)，與高爐中心成對稱布置。（1）鋼結(jié)構(gòu)：包括爐體支承結(jié)構(gòu)和爐殼高強度鋼板焊接而成，起承重、密封煤氣和固定冷卻器的作用。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第26頁/共84頁27寶鋼1號高爐爐體框架高爐爐殼3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第27頁/共84頁28高爐爐殼用高強度鋼板焊接而成，起承重、密封煤氣和固定冷卻器的作用。對無料鐘爐頂，旋轉(zhuǎn)溜槽、中心喉管等重量由爐殼支承。料罐、受料漏斗、密封閥、上升管等設(shè)備重量通過爐頂框架支承在爐頂平臺上，爐頂平臺的所有重量再由大框架傳遞給基礎(chǔ)。大框架自立式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是風口平臺寬敞，爐前操作方便，利于風口平臺機械化作業(yè)。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)的作用與優(yōu)點第28頁/共84頁29（2）爐襯高爐爐襯由耐火磚砌筑而成，由于各部分內(nèi)襯工作條件不同，采用的耐火磚材質(zhì)和性能也不同。爐身中上部爐襯主要考慮耐磨，爐身下部和爐腰主要考慮抗熱震破壞和堿金屬的侵蝕，爐腹主要考慮高FeO的初渣侵蝕，爐缸、爐底主要考慮抗鐵水機械沖刷和耐火磚的差熱膨脹。目前，大型高爐上部以碳化硅和優(yōu)質(zhì)硅酸鹽耐火材料為主，中部以抗堿金屬能力強的碳化硅磚或高導(dǎo)熱的炭磚為主，高爐下部以高導(dǎo)熱的石墨質(zhì)炭磚為主。

3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第29頁/共84頁30

爐襯壽命將隨著冶煉條件而變，但最薄弱的環(huán)節(jié)應(yīng)在爐底（含爐缸）和爐身。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第30頁/共84頁31爐缸、爐底砌筑結(jié)構(gòu)3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第31頁/共84頁32（3）冷卻設(shè)備冷卻設(shè)備的作用是降低爐襯溫度，提高爐襯材料抗機械、化學(xué)和熱產(chǎn)生的侵蝕能力，使爐襯材料處于良好的服役狀態(tài)。高爐使用的冷卻設(shè)備主要有冷卻壁、冷卻板和風口。冷卻壁緊貼著爐襯布置，冷卻面積大；而冷卻板水平插入爐襯中，對爐襯的冷卻深度大，并對爐襯有一定的支托作用。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第32頁/共84頁33冷卻壁：冷卻壁分光面冷卻壁和鑲磚冷卻壁。光面冷卻壁主要用于冷卻爐缸和爐底炭磚，鑲磚冷卻壁主要用于冷卻爐腹、爐腰、爐身各部位的爐襯。

光面冷卻壁鑲磚冷卻壁的不同結(jié)構(gòu)形式3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第33頁/共84頁34冷卻板

冷卻板用純銅制造。冷卻板安裝時水平插入爐襯磚層中，對爐襯具有一定支托作用。冷卻板結(jié)構(gòu)及其安裝3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第34頁/共84頁35風口風口是鼓風進入爐缸的入口。風口裝置有大套、二套和小套組成。風口裝置結(jié)構(gòu)貫流式風口3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第35頁/共84頁36

風口區(qū)域是高爐溫度最高的區(qū)域，鼓風溫度本身高達1100~1300℃，為了保證風口得到良好冷卻，風口環(huán)流水道內(nèi)流速達到8~14m/s。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第36頁/共84頁37（4）送風裝置送風裝置包括熱風圍管、支管、直吹管、風口大套、風口二套和小套。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第37頁/共84頁38熱風圍管BustlePipe送風支管BlastPipe熱風圍管與連接熱風爐的熱風總管相連，在熱風圍管上均勻分布著數(shù)十套送風支管。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第38頁/共84頁393.3.2爐頂裝料設(shè)備爐頂裝料設(shè)備的任務(wù)是將鐵礦石和焦炭按冶煉工藝要求有規(guī)律地從爐頂裝入高爐。目前，大多數(shù)中小型高爐使用雙鐘爐頂裝料設(shè)備。大型和超大型高爐使用無料鐘爐頂裝料設(shè)備。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第39頁/共84頁40雙鐘爐頂打開小料鐘，爐料落入大料斗內(nèi)。開大鐘均壓閥，使大料鐘上下壓力一致。打開大料鐘，將爐料布入爐內(nèi)。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第40頁/共84頁41

無鐘爐頂

采用可任意改變傾角的旋轉(zhuǎn)溜槽完成布料任務(wù)?？蓪崿F(xiàn)單環(huán)、多環(huán)、螺旋、定點、扇形布料方式。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第41頁/共84頁42無料鐘爐頂裝料設(shè)備分并罐和串罐兩種方式。

3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第42頁/共84頁433.3.3熱風爐

熱風爐是高爐本體以外最重要的設(shè)備之一。熱風爐肩負著向高爐連續(xù)不斷地輸送溫度高達1100~1300℃的熱風。對每一座熱風爐來說，它本身是燃燒和送風交替工作，因此，每座高爐必須配備3~4座熱風爐同時工作才能滿足高爐生產(chǎn)要求。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第43頁/共84頁44按結(jié)構(gòu)型式分類，蓄熱式熱風爐有內(nèi)燃式、外燃式和頂燃式（包括球式熱風爐）三類。

內(nèi)燃式外燃式頂燃式3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第44頁/共84頁45蓄熱式熱風爐由燃燒室、蓄熱室和拱頂三部分組成。燃燒室是煤氣燃燒產(chǎn)生熱量的空間；蓄熱室內(nèi)填充有耐火材料做成的格子磚，用來儲存煤氣燃燒產(chǎn)生的大量熱量。

3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第45頁/共84頁46蓄熱式熱風爐的構(gòu)成(以外燃式為例)燃燒室蓄熱室烘頂儲存煤氣燃燒產(chǎn)生的大量熱量煤氣燃燒產(chǎn)生熱量的空間3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第46頁/共84頁47蓄熱式熱風爐工作過程由燃燒期、換爐和送風期組成。燃燒期：將煤氣和助燃空氣通過陶瓷燃燒器混合后在燃燒室內(nèi)燃燒產(chǎn)生大量熱量，高溫煙氣在通過蓄熱室格子磚時將熱量儲存在格子磚中。換爐：關(guān)閉各燃燒閥和煙道閥，打開冷風閥和熱風閥，完成從燃燒期向送風期過度。送風期：冷風從蓄熱室下部進入，并向上流動通過蓄熱室格子轉(zhuǎn)，格子轉(zhuǎn)放出儲存的熱量將冷風加熱，冷風變?yōu)闊犸L從熱風出口流出，通過熱風總管送往高爐。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第47頁/共84頁483.3.4噴煤設(shè)備

高爐噴吹煤粉代替部分焦炭，一方面可以合理利用煤炭資源，另一方面降低了高爐生產(chǎn)成本。

高爐噴煤工藝流程3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第48頁/共84頁493.3.5煤氣系統(tǒng)

煤氣引導(dǎo)管道除塵設(shè)備余壓發(fā)電頂壓調(diào)節(jié)3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第49頁/共84頁503.3.5除塵設(shè)備除塵設(shè)備從爐頂排出的煤氣是一種高壓（0.20~0.25MPa）荒煤氣，含塵量達到10~20g/Nm3。在作為二次能源利用之前，必須將含塵量降低到10mg/Nm3以下。高爐煤氣通過上升管和下降管，首先進入重力除塵器去除大顆粒灰塵（俗稱瓦斯灰），然后再進行精除塵。精除塵有濕法除塵和干法除塵兩種流程。精除塵有濕法除塵和干法除塵兩種流程。

第50頁/共84頁51粗除塵

重力除塵器在高爐煤氣除塵系統(tǒng)中用的最普遍。重力除塵器可以除去粒徑大于30μm的大顆?；覊m，除塵率可達80%，出口的煤氣含塵量為2~10g/m3。重力除塵器3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第51頁/共84頁52精除塵(濕法)文氏管

收縮管

喉口

擴張管

文氏管除塵器除去粉塵的同時，也使煤氣流得到冷卻。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第52頁/共84頁53精除塵(干法)布袋除塵

布袋房

集塵倉

進出氣孔

反清倉管道3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第53頁/共84頁543.3高爐煉鐵工藝設(shè)備濕法除塵流程高壓高爐濕法除塵流程第54頁/共84頁553.3高爐煉鐵工藝設(shè)備干法除塵流程武鋼5號高爐干式電除法工藝流程第55頁/共84頁563.3.6渣鐵處理大型高爐每天出鐵12次以上，對設(shè)計4個鐵口的超大型高爐，通按用對角線出鐵的原則操作，即按1、3、2、4號鐵口順序開鐵口。高爐始終有一個鐵口在出鐵。鐵口打開后，鐵水和熔渣從鐵口流入主溝，通過撇渣器使渣鐵分離，鐵水經(jīng)擺動溜嘴流入鐵水罐內(nèi)，渣子則經(jīng)渣溝流入水渣處理系統(tǒng)。3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第56頁/共84頁573.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第57頁/共84頁583.3高爐煉鐵工藝設(shè)備INBA法水渣處理系統(tǒng)1—熔渣溝；2—吹制箱；3—水渣溝；4—水渣槽；5—排料皮帶；6—集水槽；7—分配器；8—排料皮帶；9—提升葉片；10—緩沖槽；11—脫水轉(zhuǎn)鼓；12—集水槽第58頁/共84頁59練習：請將圖中高爐的不同部分放在正確的位置3.3高爐煉鐵工藝設(shè)備第59頁/共84頁603.4高爐冶煉原理3.4.1爐料在爐內(nèi)的分布狀態(tài)礦石和焦碳分批裝入爐內(nèi)，因此，礦石與焦炭在高爐內(nèi)呈有規(guī)律的分層分布。鼓風在風口區(qū)域與焦炭和煤粉燃燒產(chǎn)生高溫煤氣；高溫煤氣在向高爐上部流動過程中將氧化鐵還原成金屬鐵，使鐵礦石實現(xiàn)Fe–O分離；煤氣攜帶的熱量將鐵和渣熔化并過熱，實現(xiàn)鐵與渣的分離。第60頁/共84頁61高爐內(nèi)部爐料分布3.4高爐冶煉原理塊狀帶：t<1100-1200℃，礦石和焦炭呈有規(guī)律的分層分布軟融帶：t在1200-1400℃，由熔融的礦石層和固態(tài)的焦炭層組成滴落帶：液態(tài)渣鐵不斷向下滴落，焦炭起支撐料柱的作用風口回旋區(qū)：焦炭燃燒，產(chǎn)生空間使爐料下降死料柱：填充在爐缸內(nèi)的焦炭，更新緩慢第61頁/共84頁623.4.2爐缸燃燒反應(yīng)（1）風口前碳的燃燒反應(yīng)爐頂加入的焦炭，其中風口前燃燒的碳量約占入爐總碳量的65%～75%，是在風口前與鼓風中的O2燃燒，17～21％參加直接還原反應(yīng)，10％左右溶解進入鐵水。燃燒反應(yīng)的作用：為高爐冶煉過程提供主要熱源；為還原反應(yīng)提供CO、H2等還原劑；為爐料下降提供必要的空間。3.4高爐冶煉原理第62頁/共84頁63焦炭和煤粉中的碳與鼓風中的氧燃燒產(chǎn)生CO2

；在高溫下CO2繼續(xù)與碳反應(yīng)產(chǎn)生CO。3.4高爐冶煉原理第63頁/共84頁643.4高爐冶煉原理實際生產(chǎn)時，鼓風中始終含有一定量的水分，因此，爐缸中還會發(fā)生如下燃燒反應(yīng)：

若鼓風濕份為（體積百分比），則爐缸煤氣成分與鼓風濕份的關(guān)系如圖所示。

第64頁/共84頁653.4高爐冶煉原理（2）燃燒帶對高爐冶煉的影響所謂燃燒帶是包括風口回旋區(qū)及其外圍100~200mm的焦炭疏松層（稱中間層）。實踐中常以CO2降至1~2%的位置定為燃燒帶界限。大型高爐的燃燒帶長度在1000~15000mm左右。燃燒帶是爐內(nèi)焦炭燃燒的主要場所，而焦炭燃燒所騰出來的空間是促使爐料下降的主要因素。

第65頁/共84頁663.4高爐冶煉原理當燃燒帶投影面積占整個爐缸截面積的比例大時，爐缸活躍面積大，料柱比較松動，有利于高爐順行。風口燃燒帶投影第66頁/共84頁673.4高爐冶煉原理燃燒帶是爐缸煤氣的發(fā)源地，燃燒帶的大小影響煤氣流的初始分布。燃燒帶伸向中心，則中心氣流發(fā)展，爐缸中心溫度升高；相反，燃燒帶小，邊緣氣流發(fā)展，中心溫度較低，對各種反應(yīng)進行不利。爐缸中心不活躍和熱量不足，對高爐順行極為不利。

第67頁/共84頁683.4高爐冶煉原理（3）鼓風動能

單位時間內(nèi)進入高爐的鼓風質(zhì)量所具有的動能稱為鼓風動能，它是選擇風口直徑的主要依據(jù)。鼓風動能大，燃燒帶加長，有利于吹透中心。

（4）理論燃燒溫度風口前燃燒所能達到的最高溫度，即假定風口前碳素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。風口前理論燃燒溫度可達1800~2400℃，它代表風口區(qū)最高溫度，其數(shù)值表示了傳熱推動力的大小，但它并不代表爐缸鐵水溫度和生鐵含硅量的高低。第68頁/共84頁693.4高爐冶煉原理3.4.3高爐內(nèi)鐵氧化物的還原反應(yīng)高爐冶煉的主要目的是從鐵氧化物中還原出金屬鐵，它是高爐冶煉最基本的化學(xué)反應(yīng)。除鐵以外，高爐冶煉也能將少量的硅、錳、磷還原出來，并溶解在鐵水中。高爐冶煉的還原劑有固體還原劑焦炭，以及氣體還原劑CO和H2，后者來自風口回旋區(qū)的燃燒反應(yīng)。

第69頁/共84頁703.4高爐冶煉原理（1）用CO作還原劑還原鐵氧化物—間接還原反應(yīng)T<570℃的區(qū)域，發(fā)生如下還原反應(yīng)：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2

1/4Fe3O4+CO=3/4Fe+CO2

T>570℃的區(qū)域，發(fā)生如下還原反應(yīng)：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2Fe3O4+CO=3FeO+CO2

FeO+CO=Fe+CO2

Fe2O3Fe3O4FeFeOFeFe3O4Fe2O3第70頁/共84頁713.4高爐冶煉原理（2）用H2作還原劑還原氧化鐵T<570℃的區(qū)域，發(fā)生如下還原反應(yīng)：

1/4Fe3O4+H2=3/4Fe+H2OT>570℃的區(qū)域，發(fā)生如下還原反應(yīng)：3Fe2O3+H2=2Fe3O4+H2OFe3O4+H2=3FeO+H2OFeO+H2=Fe+H2O第71頁/共84頁723.4高爐冶煉原理T>810℃時H2還原氧化鐵的能力大于CO；T<810℃時CO還原氧化鐵的能力大于H2。第72頁/共84頁733.4高爐冶煉原理（3）用固體碳還原氧化鐵—直接還原反應(yīng)在高爐內(nèi)溫度高于900~1000℃的區(qū)域，間接還原反應(yīng)產(chǎn)生的CO2不能穩(wěn)定存在，即發(fā)生所謂的焦炭溶損反應(yīng)：

C+CO2=2CO在溫度高于1000℃以上的區(qū)域，煤氣中幾乎不存在CO2。這時高爐內(nèi)發(fā)生如下還原反應(yīng)：

FeO+C=Fe+CO第73頁/共84頁743.4高爐冶煉原理（4）直接還原度

所謂直接還原度，是以直接還原方式得到的金屬鐵量與還原反應(yīng)得到的總鐵量之比。

第74頁/共84頁753.4高爐冶煉原理高爐內(nèi)冶煉每噸生鐵需要的總熱量主要消耗于直接還原反應(yīng)的吸熱和熔化渣鐵并使之過熱所需要的熱量。高爐的熱收入主要來自風口前燃料（焦炭和煤粉）的燃燒和鼓風帶入爐缸的物理熱。因此，降低鐵的直接還原度，可降低高爐煉鐵的燃料比（或焦比）。目前高爐煉鐵的直接還原度（rd）在0.4~0.6之間。穩(wěn)定高爐操作，減少爐況波動，提高鐵礦石的還原性，富氧噴吹煙煤等措施都能降低鐵的直接還原度。第75頁/共84頁76直接還原與間接還原區(qū)域分界線間接劇烈熔損溫度直接開始熔損溫度間接+直接

＜1000℃區(qū)域(上部)

只有間接還原1000℃區(qū)域(中部)

直接還原開始

熔損及水煤氣反應(yīng)劇烈進行的區(qū)域(下部)

間接還原消失Fe2O3Fe3O4