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高爐煉鐵

由古代豎爐煉鐵發(fā)展和改進而來。在中國,高爐因呈直立筒形,爐體細高而得名;在其他國家,因生產(chǎn)中采用鼓風(fēng)機而廣泛稱為鼓風(fēng)爐。高爐還可生產(chǎn)煉鋼所需的錳鐵和硅鐵等。高爐煉鐵的主要產(chǎn)品是生鐵,副產(chǎn)品為高爐爐渣和高爐煤氣。生鐵按成分和用途可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵和特殊生鐵。高爐爐渣以水渣或干渣形式用于制造水泥和其他建筑材料。高爐煤氣是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)能源系統(tǒng)的重要組成部分。與其他煉鐵技術(shù)相比,高爐煉鐵技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)良好,工藝簡單并成熟、勞動生產(chǎn)率高、設(shè)備折舊率低、能耗低、產(chǎn)量大,是現(xiàn)代煉鐵的主要方法。

早期高爐使用木炭或煤作燃料,18世紀(jì)改用焦炭,19世紀(jì)中葉改冷風(fēng)為熱風(fēng)(見冶金史)。20世紀(jì)初,高爐使用煤氣內(nèi)燃機式鼓風(fēng)機和蒸汽渦輪式鼓風(fēng)機后,高爐煉鐵得到迅速發(fā)展。中國在清朝末年開始發(fā)展近代鋼鐵工業(yè)。1890年開始籌建漢陽鐵廠,1908年組成了包括大冶鐵礦和萍鄉(xiāng)煤礦的漢冶萍公司。1949年以前,中國煉鐵工業(yè)技術(shù)水平及裝備落后,發(fā)展緩慢,生鐵年產(chǎn)量只有25萬噸。1949年至20世紀(jì)80年代初,是中國現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)大規(guī)模發(fā)展奠定基礎(chǔ)的階段。其間,中國煉鐵學(xué)習(xí)蘇聯(lián)技術(shù),擴建了鞍山鋼鐵公司,新建了武漢鋼鐵公司、包頭鋼鐵公司,自主開發(fā)了高爐噴吹煤粉、重油及釩鈦磁鐵礦冶煉等技術(shù)。80年代后,中國鋼鐵企業(yè)進行了大規(guī)模的擴建和技術(shù)改造,高爐煉鐵已經(jīng)發(fā)展得比較成熟,實現(xiàn)了高爐爐體結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化,高爐原、燃料質(zhì)量要求的定量化,高爐操作制度的規(guī)范化,高爐技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)得到很大改善。進入21世紀(jì),中國煉鐵技術(shù)發(fā)展進入自主創(chuàng)新階段,如自主設(shè)計建設(shè)的首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司5500立方米高爐。

高爐冶煉過程是在一個密閉的逆流式反應(yīng)器和熱交換器的豎爐內(nèi)進行,在爐料與煤氣逆流運動的過程中完成復(fù)雜的物理變化和化學(xué)反應(yīng)。高爐冶煉是從爐頂裝入含鐵氧化物的原料(燒結(jié)礦、球團礦等)、焦炭、造渣用熔劑(石灰石),從位于爐體下部沿爐周的風(fēng)口吹入預(yù)熱空氣。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)中的碳同吹入爐內(nèi)空氣中的氧反應(yīng)生成高溫煤氣(一氧化碳、氮氣、氫氣),煤氣在爐內(nèi)上升過程中加熱下降爐料,并同時與鐵礦石中的氧反應(yīng),從而還原出鐵。鐵礦石中未被還原的雜質(zhì)與石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣,鐵與爐渣經(jīng)高溫煤氣加熱熔化成鐵水和熔渣,并周期性地從鐵口(過去部分爐渣還從渣口)排出。產(chǎn)生的煤氣從爐頂導(dǎo)出,經(jīng)除塵后,作為熱風(fēng)爐、冶金加熱爐、煉焦?fàn)t、鍋爐等的燃料。中、小高爐一般設(shè)1個鐵口,1或2個渣口;大型高爐(2000~4000立方米以上)采用多鐵口(2~4個),不設(shè)渣口,渣鐵均從鐵口排出。

高爐煉鐵主要原、燃料有鐵礦石、熔劑、焦炭、煤粉等。 ①鐵礦石。高爐煉鐵生產(chǎn)使用的主要原料。鐵礦石中鐵元素多以氧化物形態(tài)賦存,根據(jù)鐵礦石中鐵氧化物的主要礦物形態(tài),鐵礦石可分為赤鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦。鐵礦石中除了含鐵的有用礦物外,還含有其他化合物,統(tǒng)稱為脈石。脈石中常見的氧化物有氧化鎂、氧化鋁、二氧化硅、氧化鈣等。鐵礦石原料分為天然塊礦、燒結(jié)礦、球團礦和壓團礦。鐵礦石中富塊礦經(jīng)破碎和篩分預(yù)處理后可直接入爐;貧礦需要富選成精礦粉,再與采礦和處理產(chǎn)生的富礦粉經(jīng)過造塊后供高爐使用,即經(jīng)過燒結(jié)、球團、壓團工藝過程。 ②熔劑。高爐煉鐵生產(chǎn)的輔助原料,由高爐造渣制度所需。常見的熔劑有石灰石(CaCO3)、白云石〔Ca(Mg)CO3〕等。 ③焦炭。高爐煉鐵的主要燃料,還作為高爐冶煉的還原劑、骨架和滲碳來源。高爐所用焦炭要求常溫和高溫強度高、固定碳高、灰分含量低、硫含量低、成分及性能穩(wěn)定和粒度均勻等。 ④煤粉。高爐煉鐵的輔助燃料,可置換部分焦炭,降低生鐵成本。噴吹煤粉要求灰分含量低、硫含量低、可磨性好、粒度細、爆炸性弱、燃燒性和反應(yīng)性好、煤的灰分熔點高等。

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