炼铁设备

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本次将高炉炼铁工艺流程分为以下几部分：

一、高炉炼铁工艺流程详解

二、高炉炼铁原理

三、高炉冶炼主要工艺设备简介

四、高炉炼铁用的原料

附：高炉炉本体主要组成部分介绍以及高炉操作知识

工艺设备相见文库文档：

一、高炉炼铁工艺流程详解

高炉炼铁工艺流程详图如下图所示：

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二、高炉炼铁原理

炼铁过程实质上是将铁从其自然形态——矿石等含铁化合物中

还原出来的过程。

炼铁方法主要有高炉法、直

接还原法、熔融还原法等，其原

理是矿石在特定的气氛中（还原

物质CO、H2、C；适宜温度等）

通过物化反应获取还原后的生

铁。生铁除了少部分用于铸造外，

绝大部分是作为炼钢原料。

高炉炼铁是现代炼铁的主要

方法，钢铁生产中的重要环节。

这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。尽管世界各国研究发

展了很多新的炼铁法，但由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，

生产量大,劳动生产率高,能耗低，这种方法生产的铁仍占世界铁总产

量的95％以上。

炼铁工艺是是将含铁原料（烧结矿、球团矿或铁矿）、燃料（焦炭、

煤粉等）及其它辅助原料（石灰石、白云石、锰矿等）按一定比例自

高炉炉顶装入高炉，并由热风炉在高炉下部沿炉周的风口向高炉鼓入

热风助焦炭燃烧（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料），

在高温下焦炭中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气。

原料、燃料随着炉熔炼等过程的进行而下降，在炉料下降和上升的煤

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气相遇，先后发生传热、还原、熔化、脱炭作用而生成生铁，铁矿石

原料中的杂质与加入炉的熔剂相结合而成渣，炉底铁水间断地放出装

入铁水罐，送往炼钢厂。同时产生高炉煤气，炉渣两种副产品，高炉

渣铁主要矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成，自渣口排出

后，经水淬处理后全部作为水泥生产原料；产生的煤气从炉顶导出，

经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。炼铁工艺流

程和主要排污节点见上图。

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三、高炉冶炼主要工艺设备简介

高护炼铁设备组成有：①高炉本体；②供料设备；③送风设备；

④喷吹设备；⑤煤气处理设备；⑥渣铁处理设备。

通常，辅助系统的建设投资是高炉本体的4~5倍。生产中，各个

系统互相配合、互相制约，形成一个连续的、大规模的高温生产过程。

高炉开炉之后，整个系统必须日以继夜地连续生产，除了计划检修和

特殊事故暂时休风外，一般要到一代寿命终了时才停炉。

高炉炼铁系统（炉体系统、渣处理系统、上料系统、除尘系统、

送风系统）主要设备简要介绍一下。

1、高炉

高炉炉本体较为复杂，本文在

最后附有专门介绍。

横断面为圆形的炼铁竖炉。用钢

板作炉壳，壳砌耐火砖衬。高炉

本体自上而下分为炉喉、炉身、

炉腰、炉腹、炉缸5部分。由于

高炉炼铁技术经济指标良好，工

艺简单，生产量大，劳动生产

效率高，能耗低等优点，故这种

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方法生产的铁占世界铁总产量的绝大部分。高炉生产时从炉顶装入铁

矿石、焦炭、造渣用熔剂（石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口

吹入经预热的空气。在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天

然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢

气，在炉上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁

水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉

渣，从渣口

排出。产生

的煤气从炉

顶排出，经

除尘后，作

为热风炉、

加热炉、焦

炉、锅炉等

的燃料。高

炉冶炼的主要产品是生铁，还有副产高炉渣和高炉煤气。

2、高炉除尘器

用来收集高炉煤气中所含灰尘的设备。高炉用除尘器有重力除尘

器、离心除尘器、旋风除尘器、洗涤塔、文氏管、洗气机、电除尘器、

布袋除尘器等。粗粒灰尘（＞60～90um），可用重力除尘器、离心除

尘器及旋风除尘器等除尘；细粒灰尘则需用洗气机、电除尘器等除尘

设备。

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3、高炉鼓风机

高炉最重要的动力设备。它不但直接提供高炉冶炼所需的氧气，

而且提供克服高炉料柱阻力所需的气体动力。现代大、中型高炉所用

的鼓风机，大多用汽轮机驱动的离心式鼓风机和轴流式鼓风机。近年

来使用大容量同步电动鼓风机。这种鼓风机耗电虽多，但启动方便，

易于维修，投资较少。高炉冶炼要求鼓风机能供给一定量的空气，以

保证燃烧一定的碳；其所需风量的大小不仅与炉容成正比，而且与高

炉强化程度有关、一般按单位炉容2.1～2.5m3／min的风量配备。但

实际上不少的高炉考虑到生产的发展，配备的风机能力都大于这一比

例

4、高炉热风炉

热风炉是为高炉加热鼓风的设备，是现代高炉不可缺少的重要组成

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部分。现代热风炉是一种蓄热式换热器。目前风温水平为1000℃

~1200℃，高的为1250℃~1350℃，最高可达1450℃~1550℃。

提高风温可以通过提高煤气热值、优化热风炉及送风管道结构、预热

煤气和助燃空气、改善热风炉操作等技术措施来实现。理论研究和生

产实践表明，采用优化的热风炉结构、提高热风炉热效率、延长热风

炉寿命是提高风温的有效途径。

5、铁水罐车

铁水罐车用于运送铁水，实现铁水在脱硫跨与加料跨之间的转移或

放置在混铁炉下，用于高炉或混铁炉等出铁。

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四、高炉炼铁用的原料

高炉冶炼用的原料主要由铁矿石、燃料（焦炭）和熔剂（石灰

石）三部分组成。

通常，冶炼1吨生铁需要1.5-2.0吨铁矿石，0.4-0.6吨焦炭，

0.2-0.4吨熔剂，总计需要2-3吨原料。为了保证高炉生产的连续性，

要求有足够数量的原料供应。

因此，无论是生铁厂家还是钢厂采购原料的工作是尤其重要。

生铁的冶炼虽原理相同，但由于方法不同、冶炼设备不同，所以

工艺流程也不同。下面分别简单予以介绍。

高炉生产是连续进行的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）

能连续生产几年到十几年。生产时，从炉顶（一般炉顶是由料种与料

斗组成，现代化高炉是钟阀炉顶和无料钟炉顶）不断地装入铁矿石、

焦炭、熔剂，从高炉下部的风口吹进热风（1000～1300摄氏度），喷

入油、煤或天然气等燃料。装入高炉中的铁矿石，主要是铁和氧的化

合物。在高温下，焦炭中和喷吹物中的碳及碳燃烧生成的一氧化碳将

铁矿石中的氧夺取出来，得到铁，这个过程叫做还原。铁矿石通过还

原反应炼出生铁，铁水从出铁口放出。铁矿石中的脉石、焦炭及喷吹

物中的灰分与加入炉的石灰石等熔剂结合生成炉渣，从出铁口和出渣

口分别排出。煤气从炉顶导出，经除尘后，作为工业用煤气。现代化

高炉还可以利用炉顶的高压，用导出的部分煤气发电。

生铁是高炉产品（指高炉冶炼生铁），而高炉的产品不只是生铁，

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还有锰铁等，属于铁合金产品。锰铁高炉不参加炼铁高炉各种指标的

计算。高炉炼铁过程中还产生副产品水渣、矿渣棉和高炉煤气等。

高炉炼铁的特点：规模大，不论是世界其它国家还是中国，高炉的容

积在不断扩大，如我国宝钢高炉是4063立方米，日产生铁超过10000

吨，炉渣4000多吨，日耗焦4000多吨。

目前国单一性生铁厂家，高炉容积也以达到500左右立方米，但

多数仍维持在100-300立方米之间，甚至仍存在100立方米以下的高

耗能高污染的小高炉，其产品质量参差不齐，公布分散，不具有期规

模性，更不能与国际上的钢铁厂相比。

附：高炉炉本体的主要组成部分

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高炉炉壳：现代化高炉广泛使用焊接的钢板炉壳，只有极少数最

小的土高炉才用钢箍加固的砖壳。炉壳的作用是固定冷却设备，保证

高炉砌体牢固，密封炉体，有的还承受炉顶载荷。炉壳除承受巨大的

重力外，还要承受热应力和部的煤气压力，有时要抵抗崩料、坐料甚

至可能发生的煤气爆炸的突然冲击，因此要有足够的强度。炉壳外形

尺寸应与高炉型、炉体各部厚度、冷却设备结构形式相适应。

炉喉：高炉本体的最上部分，呈圆筒形。炉喉既是炉料的加入口，

也是煤气的导出口。它对炉料和煤气的上部分布起控制和调节作用。

炉喉直径应和炉缸直径、炉腰直径及大钟直径比例适当。炉喉高度要

允许装一批以上的料，以能起到控制炉料和煤气流分布为限。

炉身：高炉铁矿石间接还原的主要区域，呈圆锥台简称圆台形，由上

向下逐渐扩大，用以使炉料在遇热发生体积膨胀后不致形成料拱，并

减小炉料下降阻找力。炉身角的大小对炉料下降和煤气流分布有很大

影响。

炉腰：高炉直径最大的部位。它使炉身和炉腹得以合理过渡。由于在

炉腰部位有炉渣形成，并且粘稠的初成渣会使炉料透气性恶化，为减

小煤气流的阻力，在渣量大时可适当扩大炉腰直径，但仍要使它和其

他部位尺寸保持合适的比例关系，比值以取上限为宜。炉腰高度对高

炉冶炼过程影响不很显著，一般只在很小围变动。

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炉腹：高炉熔化和造渣的主要区段，呈倒锥台形。为适应炉料熔化后

体积收缩的特点，其直径自上而下逐渐缩小，形成一定的炉腹角。炉

腹的存在，使燃烧带处于合适位置，有利于气流均匀分布。炉腹高度

随高炉容积大小而定，但不能过高或过低，一般为3．0～3．6m。炉

腹角一般为79～82；过大，不利于煤气流分布；过小，则不利于炉

料顺行。

炉缸：高炉燃料燃烧、渣铁反应和贮存及排放区域，呈圆筒形。出铁

口、渣口和风口都设在炉缸部位，因此它也是承受高温煤气及渣铁物

理和化学侵蚀最剧烈的部位，对高炉煤气的初始分布、热制度、生铁

质量和品种都有极重要的影响。

炉底：高炉炉底砌体不仅要承受炉料、渣液及铁水的静压力，而且受

到1400～4600℃的高温、机械和化学侵蚀、其侵蚀程度决定着高炉

的一代寿命。只有砌体表面温度降低到它所接触的渣铁凝固温度，并

且表面生成渣皮（或铁壳），才能阻止其进一步受到侵蚀，所以必需

对炉底进行冷却。通常采用风冷或水冷。目前我国大中型高炉大都采

用全碳砖炉底或碳砖和高铝砖综合炉底，大大改善了炉底的散热能

力。

炉基：它的作用是将所集中承担的重量按照地层承载能力均匀地传给

地层，因而其形状都是向下扩大的。高炉和炉基的总重量常为高炉容

积的10～18倍（吨）。炉基不许有不均匀的下沉，一般炉基的倾斜值

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不大于0.1％～0．5％。高炉炉基应有足够的强度和耐热能力，使其

在各种应力作用下不致产生裂缝。炉基常做成圆形或多边形，以减少

热应力的不均匀分布。

炉衬：高炉炉衬组成高炉的工作空间，并起到减少高炉热损失、保护

炉壳和其它金属结构免受热应力和化学侵蚀的作用。炉衬是用能够抵

抗高温作用的耐火材料砌筑而成的。炉衬的损坏受多种因素的影响，

各部位工作条件不同，受损坏的机理也不同，因此必须根据部位、冷

却和高炉操作等因素，选用不同的耐火材料。

炉喉护板：炉喉在炉料频繁撞击和高温的煤气流冲刷下，工作条件十

分恶劣，维护其圆筒形状不被破坏是高炉上部调节的先决条件。为此，

在炉喉设置保护板（钢砖）。小高炉的炉喉保护板可以用铸铁做成开

口的匣子形状；大高炉的炉喉护板则用100～150mm厚的铸钢做成。

炉喉护板主要有块状、条状和变径几种形式。变径炉喉护板还起着调

节炉料和煤气流分布的作用。

高炉解体

为了在操作技术上能正确处理高炉冶炼中经常出现的复杂现象，

就要切实了解炉状况。在尽量保持高炉的原有生产状态下停炉、注水

冷却或充氮冷却后，对从炉喉的炉料开始一直到炉底的积铁所进行的

细致的解体调查，称为高炉解体调查。它虽不能完全了解高炉生产的

动态情况，但对了解高炉过程、强化高炉冶炼很有参考价值。

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高炉冷却装置

高炉炉衬部温度高达1400℃，一般耐火砖都要软化和变形。高

炉冷却装置是为延长砖衬寿命而设置的，用以使炉衬的热量传递出

动，并在高炉下部使炉渣在炉衬上冷凝成一层保护性渣皮，按结构不

同，高炉冷却设备大致可分为：外部喷水冷却、风口渣口冷却、冷却

壁和冷却水箱以及风冷(水冷)炉底等装置。

高炉灰

也叫炉尘，系高炉煤气带出的炉料粉末。其数量除了与高炉冶炼

强度、炉顶压力有关外，还与炉料的性质有很大关系。炉料粉末多，

带出的炉尘量就大。目前，每炼一吨铁约有10～100kg的高炉灰。

高炉灰通常含铁40％左右，并含有较多的碳和碱性氧化物；其主要

成分是焦末和矿粉。烧结料中加入部分高炉灰，可节约熔剂和降低燃

料消耗。

高炉基本操作制度

1、炉前操作的任务

①、利用开口机、泥炮、堵渣机等专用设备和各种工具，按规定

的时间分别打开渣、铁口，放出渣、铁，并经渣铁沟分别流人渣、铁

罐，渣铁出完后封堵渣、铁口，以保证高炉生产的连续进行。

②、完成渣、铁口和各种炉前专用设备的维护工作。

③、制作和修补撇渣器、出铁主沟及渣、铁沟。

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④、更换风、渣口等冷却设备及清理渣铁运输线等一系列与出渣

出铁相关的工作。

2、高炉炉况稳定顺行：一般是指炉的炉料下降与煤气流上升均

匀，炉温稳定充沛，生铁合格，高产低耗。

3、操作制度：根据高炉具体条件(如高炉炉型、设备水平、原料

条件、生产计划及品种指标要求)制定的高炉操作准则。

4、高炉基本操作制度：装料制度、送风制度、炉缸热制度和造渣

制度。