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高炉炼铁的冶炼原理是什么

 我国钢铁传统工艺技术上一直存在着炼铁能力<炼钢能力<轧钢能力的情况。2020年我国钢铁协会成员的铁钢比为0.8429,比全球(含中国)均值高15%左右,若不含中国则全球仅为0.5。

  铁矿石和废钢是主要炼钢原材料,铁钢比高意味着废钢比低,而使用废钢和短流程工艺可降低70%-80%碳排放。虽然我国粗钢产能占据世界超过一半,但工艺上仍以高炉-转炉的传统长流程为主,其能耗、污染物排放、生产成本与国际先进水平存在着较大差距,并长期受资源供给和生态环境制约。

  2020年我国炼铁产量中90%是采用传统的高炉-转炉工艺流程生产,仅这一环节碳排量就超过10亿吨,占全国10%碳排放总量,算上其他环节,整个钢铁行业占比则达到18-20%。根据钢铁行业技术水平某较先进企业分析,我国钢铁联合企业高炉吨排放量在1.8-2.2吨,而电炉仅为0.4-0.8吨,但电炉比例却远低于高炉。焦化、烧结和炼铁流程约占总能耗的70%,在节能减排的宏观背景下,高炉是历次环境治理中的重点。不过随着2021年我国放松废钢进口,以及我国自产废钢产量逐年上升,供给电炉用废钢将持续增长,有助于钢铁企业进行生产工艺更新换代。

  (1)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。

  (2)工艺流程

  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℃),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内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,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4063m3,日产生铁超过吨,炉渣4000多吨,日耗焦4000多吨。


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