高爐煉鐵

由古代豎爐煉鐵發(fā)展和改進(jìn)而來(lái)。在中國(guó)，高爐因呈直立筒形，爐體細(xì)高而得名；在其他國(guó)家，因生產(chǎn)中采用鼓風(fēng)機(jī)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(jì)指標(biāo)良好，工藝簡(jiǎn)單并成熟、勞動(dòng)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(jiàn)冶金史）。20世紀(jì)初，高爐使用煤氣內(nèi)燃機(jī)式鼓風(fēng)機(jī)和蒸汽渦輪式鼓風(fēng)機(jī)后，高爐煉鐵得到迅速發(fā)展。中國(guó)在清朝末年開(kāi)始發(fā)展近代鋼鐵工業(yè)。1890年開(kāi)始籌建漢陽(yáng)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(guó)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(wàn)噸。1949年至20世紀(jì)80年代初，是中國(guó)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(guó)煉鐵學(xué)習(xí)蘇聯(lián)技術(shù)，擴(kuò)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(kāi)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(guó)鋼鐵企業(yè)進(jìn)行了大規(guī)模的擴(kuò)建和技術(shù)改造，高爐煉鐵已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，實(shí)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(jì)指標(biāo)得到很大改善。進(jìn)入21世紀(jì)，中國(guó)煉鐵技術(shù)發(fā)展進(jìn)入自主創(chuàng)新階段，如自主設(shè)計(jì)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(guò)程是在一個(gè)密閉的逆流式反應(yīng)器和熱交換器的豎爐內(nèi)進(jìn)行，在爐料與煤氣逆流運(yùn)動(dòng)的過(guò)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(tuán)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?dú)?、氫氣），煤氣在爐內(nèi)上升過(guò)程中加熱下降爐料，并同時(shí)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(guò)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(gè)鐵口，1或2個(gè)渣口；大型高爐（2000～4000立方米以上）采用多鐵口（2～4個(gè)），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(jiàn)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(tuán)礦和壓團(tuán)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(guò)造塊后供高爐使用，即經(jīng)過(guò)燒結(jié)、球團(tuán)、壓團(tuán)工藝過(guò)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(jiàn)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(lái)源。高爐所用焦炭要求常溫和高溫強(qiáng)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(xì)、爆炸性弱、燃燒性和反應(yīng)性好、煤的灰分熔點(diǎn)高等。