煉 鐵
將金屬鐵從含鐵礦物主要為鐵的氧化物中提煉出來的工藝過程，主要有高爐法，直接還原法，熔融還原法，等離子法。從冶金學(xué)角度而言，煉鐵即是鐵生銹、逐步礦化的逆行為，簡單的說，從含鐵的化合物里把純鐵還原出來。實際生產(chǎn)中，純粹的鐵不常見。更多的是得到鐵碳合金。
中文名：煉鐵
外文名：ironsmelting
拼音：liàntiě
方法：高爐法，直接還原法
1.基本概述
拼音：liàntiě
煉鐵
[ironsmelting] 將金屬鐵從含鐵礦物(主要為鐵的氧化物)中提煉出來的工藝過程，主要有高爐法，直接還原法，熔融還原法，等離子法。
高爐煉鐵是指把鐵礦石和焦炭，一氧化碳，氫氣等燃料及熔劑(從理論上說把活動性比鐵的金屬和礦石混合后高溫也可煉出鐵來)裝入高爐中冶煉，去掉雜質(zhì)而得到金屬鐵(生鐵)。
其反應(yīng)式為：
Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2(高溫) (還原反應(yīng))
Fe3O4+4CO=3Fe+4CO2(高溫)(還原反應(yīng))
C+O2=CO2(高溫)
C+CO2=2CO(高溫)
爐渣的形成:
CaCO3=CaO+CO2 (條件：高溫)
CaO+SiO2=CaSiO3 (條件：高溫)
2.化學(xué)原理
高爐生產(chǎn)是連續(xù)進(jìn)行的。一代高爐(從開爐到大修停爐為一代)能連續(xù)生產(chǎn)幾年到十幾年。生產(chǎn)時，從爐頂(一般爐頂是由料鐘與料斗組成，現(xiàn)代化高爐是鐘閥爐頂和無料鐘爐頂)不斷地裝入鐵礦石、焦炭、熔劑，從高爐下部的風(fēng)口吹進(jìn)熱風(fēng)(1000～1300攝氏度)，噴入油、煤或天然氣等燃料。裝入高爐中的鐵礦石，主要是鐵和氧的化合物。在高溫下，焦炭中和噴吹物中的碳及碳燃燒生成的一氧化碳將鐵礦石中的氧奪取出來，得到鐵，這個過程叫做還原。鐵礦石通過還原反應(yīng)煉出生鐵，鐵水從出鐵口放出。鐵礦石中的脈石、焦炭及噴吹物中的灰分與加入爐內(nèi)的石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從出鐵口和出渣口分別排出。煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)除塵后，作為工業(yè)用煤氣?，F(xiàn)代化高爐還可以利用爐頂?shù)母邏海脤?dǎo)出的部分煤氣發(fā)電。
3.基本流程
高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產(chǎn)過程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規(guī)定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使?fàn)t喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內(nèi)形成交替分層結(jié)構(gòu)。
爐前操作
一、爐前操作的任務(wù)
1、利用開口機、泥炮、堵渣機等專用設(shè)備和各種工具，按規(guī)定的時間分別打開渣、鐵口(現(xiàn)今渣鐵口合二為一)，放出渣、鐵，并經(jīng)渣鐵溝分別流入渣、鐵罐內(nèi)，渣鐵出完后封堵渣、鐵口，以保證高爐生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。
2、完成渣、鐵口和各種爐前專用設(shè)備的維護(hù)工作。
3、制作和修補撇渣器、出鐵主溝及渣、鐵溝。
4、更換風(fēng)、渣口等冷卻設(shè)備及清理渣鐵運輸線等一系列與出渣出鐵相關(guān)的工作。
高爐基本操作制度:
高爐爐況穩(wěn)定順行：一般是指爐內(nèi)的爐料下降與煤氣流上升均勻，爐溫穩(wěn)定充沛，生鐵合格，高產(chǎn)低耗。
操作制度：根據(jù)高爐具體條件(如高爐爐型、設(shè)備水平、原料條件、生產(chǎn)計劃及品種指標(biāo)要求)制定的高爐操作準(zhǔn)則。
高爐基本操作制度：裝料制度、送風(fēng)制度、爐缸熱制度和造渣制度。
高爐
橫斷面為圓形的煉鐵豎爐。用鋼板作爐殼，殼內(nèi)砌耐火磚內(nèi)襯。高爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸5部分。由于高爐煉鐵技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好，工藝簡單，生產(chǎn)量大，勞動生產(chǎn)效率高，能耗低等優(yōu)點，故這種方法生產(chǎn)的鐵占世界鐵總產(chǎn)量的絕大部分。高爐生產(chǎn)時從爐頂裝入鐵礦石、焦炭、造渣用熔劑(石灰石)，從位于爐子下部沿爐周的風(fēng)口吹入經(jīng)預(yù)熱的空氣。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)中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，在爐內(nèi)上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。煉出的鐵水從鐵口放出。鐵礦石中未還原的雜質(zhì)和石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從渣口排出。產(chǎn)生的煤氣從爐頂排出，經(jīng)除塵后，作為熱風(fēng)爐、加熱爐、焦?fàn)t、鍋爐等的燃料。高爐冶煉的主要產(chǎn)品是生鐵，還有副產(chǎn)品高爐渣和高爐煤氣。
高爐熱風(fēng)爐
煉鐵
熱風(fēng)爐是為高爐加熱鼓風(fēng)的設(shè)備，是現(xiàn)代高爐不可缺少的重要組成部分。提高風(fēng)溫可以通過提高煤氣熱值、優(yōu)化熱風(fēng)爐及送風(fēng)管道結(jié)構(gòu)、預(yù)熱煤氣和助燃空氣、改善熱風(fēng)爐操作等技術(shù)措施來實現(xiàn)。理論研究和生產(chǎn)實踐表明，采用優(yōu)化的熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)、提高熱風(fēng)爐熱效率、延長熱風(fēng)爐壽命是提高風(fēng)溫的有效途徑。
鐵水罐車
鐵水罐車用于運送鐵水，實現(xiàn)鐵水在脫硫跨與加料跨之間的轉(zhuǎn)移或放置在混鐵爐下，用于高爐或混鐵爐等出鐵。
4.發(fā)展過程
我國煉鐵始于春秋時代。那時候的煉鐵方法是塊煉鐵，即在較低的冶煉溫度下，將鐵礦石固態(tài)還原獲得海綿鐵，再經(jīng)鍛打成的鐵塊。冶煉塊煉鐵，一般采用地爐、平地筑爐和豎爐3種。我國在掌握塊煉鐵技術(shù)的不久，就煉出了含碳2%以上的液態(tài)生鐵，并用以鑄成工具。戰(zhàn)國初期，我國已掌握了脫碳、熱處理技術(shù)方法，發(fā)明了韌性鑄鐵。戰(zhàn)國后期，又發(fā)明了可重復(fù)使用的“鐵范”(用鐵制成的鑄造金屬器物的空腹器)。
西漢時期，出現(xiàn)坩堝煉鐵法。同時，煉鐵豎爐規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。1975年，在鄭州附近古滎鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)和發(fā)掘出漢代冶鐵遺址，場址面積達(dá)12萬m2，發(fā)掘出兩座并列的高爐爐基，高爐容積約50m3。西漢時期還發(fā)明了“炒鋼法”，即利用生鐵“炒”成熟鐵或鋼的新工藝，產(chǎn)品稱為炒鋼。同時，還興起“百煉鋼”技術(shù)。東漢(公元25～220年)，光武帝時，發(fā)明了水力鼓風(fēng)爐，即“水排”。我國古代水排的發(fā)明，大約比歐洲早1100多年。
漢代以后，發(fā)明了灌鋼方法。《北齊書·綦母懷文傳》稱為“宿鋼”，后世稱為灌鋼，又稱為團(tuán)鋼。這是中國古代煉鋼技術(shù)的又一重大成就。
據(jù)〈中華百科要覽〉記載：中國是最早用煤煉鐵的國家，漢代時已經(jīng)試用，宋、元時期已普及。到明代(公元1368～1644年)已能用焦炭冶煉生鐵。在公元14～15世紀(jì)之際，鐵的產(chǎn)量曾超過2000萬斤，折合約為1.2萬t。西方最先開始工業(yè)革命的英國，約晚兩個世紀(jì)，才達(dá)到這個水平。
總的來看，中國古代鋼鐵發(fā)展的特點與其他各國不同。世界上長期采用固態(tài)還原的塊煉鐵和固體滲碳鋼，而中國鑄鐵和生鐵煉鋼一直是主要方法。由于鑄鐵和生鐵煉鋼法的發(fā)明與發(fā)展，中國的冶金技術(shù)在明代中葉以前一直居世界先進(jìn)水平。
19世紀(jì)下半葉清政府發(fā)展近代軍事工業(yè)，制造槍炮、戰(zhàn)艦，大量輸入西方國家生產(chǎn)的鋼鐵。1867年進(jìn)口鋼約8250t，1885年約9萬t，1891年增加到170萬擔(dān)(約13萬t)。進(jìn)口鋼逐漸占領(lǐng)了中國的市場，使傳統(tǒng)的冶鐵業(yè)難以維持生產(chǎn)，而國內(nèi)鋼鐵消耗量又不斷增加。因此近代鋼鐵工業(yè)的興起就成為時代的需要。
1871年(清同治十三年)，直隸總督李鴻章、船政大臣沈葆楨請開煤鐵，以濟(jì)軍需，上允其請，命于直隸磁州、福建、臺灣試辦。1875年，直隸磁州煤鐵礦向英國訂購熔鐵機器，因運道艱遠(yuǎn)未能成交。此事表明，當(dāng)時已開始注重舉辦新式鋼鐵事業(yè)。1886年，貴州巡撫潘蔚創(chuàng)辦青廠，先用土爐，后從英國訂購煉鐵、煉鋼設(shè)備，1888年安裝完畢。終因清廷腐敗，缺乏資金、煤和鐵礦石，加上不善管理，無人精通技術(shù)，而于1893年停辦。這是興辦近代鋼鐵廠的一次嘗試。
5.事故預(yù)防
1、煉鐵廠煤氣中毒事故危害最為嚴(yán)重，死亡人員多，多發(fā)生在爐前和檢修作業(yè)中。預(yù)防煤氣中毒的主要措施是提高設(shè)備的完好率，盡量減少煤氣泄漏；
2、在易發(fā)生煤氣泄漏的場所安裝煤氣報警器；
3、進(jìn)行煤氣作業(yè)時，煤氣作業(yè)人員佩帶便攜式煤氣報警器，并派專人監(jiān)護(hù)；
4、爐前還容易發(fā)生燙傷事故，主要預(yù)防措施是提高裝備水平，作業(yè)人員要穿戴防護(hù)服。原料場、爐前還容易發(fā)生車輛傷害和機具傷害事故；
5、煙煤粉塵制備、噴吹系統(tǒng)，當(dāng)煙煤的揮發(fā)分超過10%時，可發(fā)生粉塵爆炸事故。為了預(yù)防粉塵爆炸，主要采取控制磨煤機的溫度、控制磨煤機和收粉器中空氣的氧含量等措施。目前，我國多采用噴吹混合煤的方法來降低揮發(fā)分的含量。
6.生產(chǎn)安全
1、煉鐵安全生產(chǎn)的主要特點
煉鐵是將鐵礦石或燒結(jié)球團(tuán)礦、錳礦石、石灰石和焦炭按一定比例予以混勻送至料倉，然后再送至高爐，從高爐下部吹入1000℃左右的熱風(fēng)，使焦炭燃燒產(chǎn)生大量的高溫還原氣體煤氣，從而加熱爐料并使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在1100℃左右鐵礦石開始軟化，1400℃熔化形成鐵水與液體渣，分層存于爐缸。之后，進(jìn)行出鐵、出渣作業(yè)。
煉鐵生產(chǎn)所需的原料、燃料，生產(chǎn)的產(chǎn)品與副產(chǎn)品的性質(zhì)，以及生產(chǎn)的環(huán)境條件，給煉鐵人員帶來了一系列潛在的職業(yè)危害。例如，在礦石與焦炭運輸、裝卸，破碎與篩分，燒結(jié)礦整粒與篩分過程中，都會產(chǎn)生大量的粉塵;在高爐爐前出鐵場，設(shè)備、設(shè)施、管道布置密集，作業(yè)種類多，人員較集中，危險有害因素最為集中，如爐前作業(yè)的高溫輻射，出鐵、出渣會產(chǎn)生大量的煙塵，鐵水、熔渣遇水會發(fā)生爆炸;開鐵口機、起重機造成的傷害等;煉鐵廠煤氣泄漏可致人中毒，高爐煤氣與空氣混合可發(fā)生爆炸，其爆炸威力很大;噴吹煙煤粉可發(fā)生粉塵爆炸;另外，還有煉鐵區(qū)的噪聲，以及機具、車輛的傷害等。如此眾多的危險因素，威脅著生產(chǎn)人員的生命安全和身體健康。
2、煉鐵生產(chǎn)的主要安全技術(shù)
1)高爐裝料系統(tǒng)安全技術(shù)
裝料系統(tǒng)是按高爐冶煉要求的料坯，持續(xù)不斷的給高爐冶煉。裝料系統(tǒng)包括原料燃料的運人、儲存、放料、輸送以及爐頂裝料等環(huán)節(jié)。裝料系統(tǒng)應(yīng)盡可能的減少裝卸與運輸環(huán)節(jié)，提高機械化、自動化水平，使之安全的運行。
(1)運人、儲存與放料系統(tǒng)。大中型高爐的原料和燃料大多數(shù)采用膠帶機運輸，比火車運輸易于自動化和治理粉塵。儲礦槽未鋪設(shè)隔柵或隔柵不全，周圍沒有欄桿，人行走時有掉入槽的危險;料槽形狀不當(dāng)，存有死角，需要人工清理;內(nèi)襯磨損，進(jìn)行維修時的勞動條件差;料閘門失靈常用人工捅料，如料突然崩落往往造成傷害。放料時的粉塵濃度很大，尤其是采用膠帶機加振動篩篩分料時，作業(yè)環(huán)境更差。因此，儲礦槽的結(jié)構(gòu)應(yīng)是永久性的、十分堅固的。各個槽的形狀應(yīng)該做到自動順利下料，槽的傾角不應(yīng)該小于50°，以消除人工捅料的現(xiàn)象。金屬礦槽應(yīng)安裝振動器。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)壁應(yīng)鋪設(shè)耐磨襯板;存放熱燒結(jié)礦的內(nèi)襯板應(yīng)是耐熱的。礦槽上必須設(shè)置隔柵，周圍設(shè)欄桿，并保持完好。料槽應(yīng)設(shè)料位指示器，卸料口應(yīng)選用開關(guān)靈活的閥門，最好采用液壓閘門。對于放料系統(tǒng)應(yīng)采用完全封閉的除塵設(shè)施。
(2)原料輸送系統(tǒng)。大多數(shù)高爐采用料車斜橋上料法，料車必須設(shè)有兩個相對方向的出入口，并設(shè)有防水防塵措施。一側(cè)應(yīng)設(shè)有符合要求的通往爐頂?shù)娜诵刑?。卸料口卸料方向必須與膠帶機的運轉(zhuǎn)方向一致，機上應(yīng)設(shè)有防跑偏、打滑裝置。膠帶機在運轉(zhuǎn)時容易傷人，所以必須在停機后，方可進(jìn)行檢修、加油和清掃工作。
(3)頂爐裝料系統(tǒng)。通常采用鐘式向高爐裝料。鐘式裝料以大鐘為中心，有大鐘、料斗、大小鐘開閉驅(qū)動設(shè)備、探尺、旋轉(zhuǎn)布料等裝置組成。采用高壓操作必須設(shè)置均壓排壓裝置。做好各裝置之間的密封，特別是高壓操作時，密封不良不僅使裝置的部件受到煤氣沖刷，縮短使用壽命，甚至?xí)霈F(xiàn)大鐘掉到爐內(nèi)的事故。料鐘的開閉必須遵守安全程序。為此，有關(guān)設(shè)備之間必須連鎖，以防止人為的失誤。
2)供水與供電安全技術(shù)
高爐是連續(xù)生產(chǎn)的高溫冶煉爐，不允許發(fā)生中途停水、停電事故。特別是大、中型高爐必須采取可靠的措施，保證安全供電、供水。
(1)供水系統(tǒng)安全技術(shù)。高爐爐體、風(fēng)口、爐底、外殼、水渣等必須連續(xù)給水，一旦中斷便會燒壞冷卻設(shè)備，發(fā)生停產(chǎn)的重大事故。為了安全供水，大中型高爐應(yīng)采取以下措施：供水系統(tǒng)設(shè)有一定數(shù)量的備用泵;所有泵站均設(shè)有兩路電源;設(shè)置供水的水塔，以保證柴油泵啟動時供水;設(shè)置回水槽，保證在沒有外部供水情況下維持循環(huán)供水;在爐體、風(fēng)口供水管上設(shè)連續(xù)式過濾器;供、排水采用鋼管以防破裂。
(2)供電安全技術(shù)。不能停電的儀器設(shè)備，萬一發(fā)生停電時，應(yīng)考慮人身及設(shè)備安全，設(shè)置必要的保安應(yīng)急措施。設(shè)置專用、備用的柴油機發(fā)電組。
計算機、儀表電源、事故電源和通訊信號均為保安負(fù)荷，各電器室和運轉(zhuǎn)室應(yīng)配緊急照明用的帶鉻電池?zé)晒鉄簟?/p>
3)煤粉噴吹系統(tǒng)安全技術(shù)
高爐煤粉噴吹系統(tǒng)最大的危險是可能發(fā)生爆炸與火災(zāi)。
為了保證煤粉能吹進(jìn)高爐又不致使熱風(fēng)倒吹入噴吹系統(tǒng)，應(yīng)視高爐風(fēng)口壓力確定噴吹罐壓力?；旌掀髋c煤粉輸送管線之間應(yīng)設(shè)置逆止閥和自動切斷閥。噴煤風(fēng)口的支管上應(yīng)安裝逆止閥，由于煤粉極細(xì)，停止噴吹時，噴吹罐內(nèi)、儲煤罐內(nèi)的儲煤時間不能超過8～12h。煤粉流速必須大于18m/s。罐體內(nèi)壁應(yīng)圓滑，曲線過渡，管道應(yīng)避免有直角彎。
4)高爐安全操作技術(shù)
(1)開爐的操作技術(shù)。開爐工作極為重要，處理不當(dāng)極易發(fā)生事故。開爐前應(yīng)做好如下工作：進(jìn)行設(shè)備檢查，并聯(lián)合檢查;做好原料和燃料的準(zhǔn)備;制定烘爐曲線，并嚴(yán)格執(zhí)行;保證準(zhǔn)確計算和配料。
(2)停爐的操作技術(shù)。停爐過程中，煤氣的一氧化碳濃度和溫度逐漸增高，再加上停爐時噴入爐內(nèi)水分的分解使煤氣中氫濃度增加。為防止煤氣爆炸事故，應(yīng)做好如下工作：處理煤氣系統(tǒng)，以保證該系統(tǒng)蒸汽暢通;嚴(yán)防向爐內(nèi)漏水。在停爐前，切斷已損壞的冷卻設(shè)備的供水，更換損壞的風(fēng)渣口;利用打水控制爐頂溫度在400℃～500℃之間;停爐過程中要保證爐況正常，嚴(yán)禁休風(fēng);大水噴頭必須設(shè)在大鐘下。設(shè)在大鐘上時，嚴(yán)禁開關(guān)大鐘。
5)高爐維護(hù)安全技術(shù)
高爐生產(chǎn)是連續(xù)進(jìn)行的，任何非計劃休風(fēng)都屬于事故。因此，應(yīng)加強設(shè)備的檢修工作，盡量縮短休風(fēng)時間，保證高爐正常生產(chǎn)。
為防止煤氣中毒與爆炸應(yīng)注意以下幾點：
(1)在一、二類煤氣作業(yè)前必須通知煤氣防護(hù)站的人員，并要求至少有2人以上進(jìn)行作業(yè)。在一類煤氣作業(yè)前還須進(jìn)行空氣中一氧化碳含量的檢驗，并佩帶氧氣呼吸器；
(2)在煤氣管道上動火時，須先取得動火票，并做好防范措施；
(3)進(jìn)入容器作業(yè)時，應(yīng)首先檢查空氣中一氧化碳的濃度，作業(yè)時，除要求通風(fēng)良好外，還要求容器外有專人進(jìn)行監(jiān)護(hù)。
3.煉鐵生產(chǎn)事故的預(yù)防措施和技術(shù)
煉鐵廠煤氣中毒事故危害最為嚴(yán)重，死亡人員多，多發(fā)生在爐前和檢修作業(yè)中。預(yù)防煤氣中毒的主要措施是提高設(shè)備的完好率，盡量減少煤氣泄漏;在易發(fā)生煤氣泄漏的場所安裝煤氣報警器;進(jìn)行煤氣作業(yè)時，煤氣作業(yè)人員佩帶便攜式煤氣報警器，并派專人監(jiān)護(hù)。
爐前還容易發(fā)生燙傷事故，主要預(yù)防措施是提高裝備水平，作業(yè)人員要穿戴防護(hù)服。原料場、爐前還容易發(fā)生車輛傷害和機具傷害事故。
煙煤粉塵制備、噴吹系統(tǒng)，當(dāng)煙煤的揮發(fā)分超過10%時，可發(fā)生粉塵爆炸事故。為了預(yù)防粉塵爆炸，主要采取控制磨煤機的溫度、控制磨煤機和收粉器中空氣的氧含量等措施。目前，我國多采用噴吹混合煤的方法來降低揮發(fā)分的含量。
來源：中國鋼鐵培訓(xùn)網(wǎng)
冀公網(wǎng)安備13050002001422號