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小高炉建设以“人才”为主,具有现代钢厂所不具备的投资少、设备简单、技术容易被群众掌握、建设时间短等优点。建一座8立方米的高炉,能够获得年产3000吨生铁。
一般来说,高炉的结构和人体一样,可大致分为几个部分:1。一缸;②肚皮;3腰;4炉体(胸部);5-炉喉。为保护瓶底不受气体和炉渣的冲刷和侵蚀,往往在瓶口下部预留一层水,称为死层,一般高度为300~400 mm,炉部有出铁口、出渣口和进风口。因此,要做出这种形状,就要为炉内各种熔炼过程创造有利条件,如炉料自上而下的降低,气体自下而上的流动,以及一系列的物理化学变化。
高炉的大小用高炉的有效容积来表示,即高炉出铁口中心到高炉钟形罩下降之间的容积。
高炉有效高度是指从高炉出口中心到钟形罩下降的高度。高炉总高是指从高炉出口中心到顶部平台的总高度。
高炉炉料首先加在喉部,上面有料钟和料斗,料斗旁边有探料孔,能确定炉料水平。为了使炉料顺利下行,便于安装炉喉护板(防止炉壁被物料损坏),炉喉做成圆筒形。喉部侧面有一根煤气管道(一般是小高炉),引导煤气通过除尘器后送入热风炉燃烧。多余的气体可通过放空阀耗散或燃烧,炉喉温度约为500 ~ 700℃
炉体的最大的作用是预热和还原矿石。炉体区域的温度上部约为800 ~ 1000 ℃,下部约为1000 ~ 1200℃。炉料受热下降,体积膨胀,一氧化碳分解产生的炭黑沉积在炉料中,使炉料透气性变差。为了让气体快速通过,需要将料块松动。因此,炉体的形状是上小下大的扁锥形,其下方的炉腹角一般为85° ~ 87°。
1200 ~ 1300摄氏度.因为反应变化不大,所以做成圆柱体,直径比炉膛大1.5倍左右。为了建造方便,一些地方的土高炉可能不需要这部分。
炉子的最大的作用是矿石直接还原的区域,在这里所有的矿石都已经变成液体,焦炭逐渐下降,风口部分完全熔化,所以体积减小,所以这个部分做成一个底大底小的倒锥形。炉膛下部温度为1300 ~ 1400℃
炉膛主要用来储存铁水和渣水,但也有水的直接还原、渗碳、脱硫等功能。其形状为直筒形,底部有出铁口,顶部有出渣口,顶部有进气口。风箱出来的冷空气被热风炉加热,通过风口吹入炉内。风口外端有窥视孔,观察炉内温度和情况。这里的温度为1400 ~ 1500℃(风口燃烧焦点的温度可达1800 ~ 2000℃或更高),所以这里的炉墙要求耐火性和强度高,抗渣侵入能力强。砌砖时,要求炉膛与炉底之间的砖缝小于0.5毫米。
高炉炉壳一般都会采用钢板(为了能够更好的保证一定的强度和密封性)。当钢产量不能够满足需要时,小高炉,尤其是土高炉,一般用红砖代替。
高炉炉料按批次(指一次装入炉内的重量,包括矿石、石灰石和燃料)从炉顶的料斗装入高炉。点火后,从下部的进气口向高炉内吹入空气体。空气体中含有五分之一的助燃氧气和五分之四的非助燃氮气,所以当空气体遇到炉内的赤红焦炭时,就会产生高温和强烈的火焰。焦炭迅速与空气体中的氧化作用结合形成碳酸气(CO2),称为焦炭的燃烧。用化学方程式表示:C(碳)+O2(氧)→CO2(二氧化碳)。
空气体中的氮气不变而是和二氧化碳一起上升,二氧化碳遇到红热的焦炭会生成一氧化碳。此时排出大量热量,使气体温度上升到更高。
大量的一氧化碳和氮气一起上升,还原矿石中的氧化物。与此同时,炉料继续从炉顶装入,并从高压炉顶逐渐下降。因此,高炉内的反应和变化是由两个相对的流动进行的,即一个是气体自下而上的气体运动,另一个是固体炉料自上而下的运动。
炉料中的铁矿石多为氧化铁(如Fe3O4(氧化铁)、Fe2O3(氧化铁)等。).一般铁氧化物的还原顺序由高到低,即Fe2O3(氧化铁)→Fe3O4(氧化铁)→FeO(氧化铁)→Fe(铁)。
这叫间接还原。此外,高温区的液态氧化物可以被固态碳直接还原。这个反应叫做直接还原,比如FeO(液态氧化铁)+C(固态碳)→Fe(铁)+CO2(二氧化碳)。由于固体碳不能进入矿石,而且它们之间的接触面很小,只有当铁和渣处于液态并与热焦炭接触良好时,固体碳才能直接还原氧化铁。然而,在鼓风炉中以这种形式被还原的Fe(铁)的量非常少,因此鼓风炉中的直接还原主要是通过气体还原剂进行,如以下方程式:
二氧化碳、不活泼的一氧化碳、不活泼的氮气、石灰石分解的二氧化碳,通过一氧化碳还原转化,从炉顶逸出,这就是高炉煤气。
氧化铁还原后产生海绵铁,海绵铁慢慢地减少并吸收一些杂质,包括硅、锰、磷、硫等。同时,渗碳使铁的熔点大幅度的降低,高炉下部燃烧产生的高热使其变成液体,这就是水。
除了氧化铁,铁矿石还含有杂质,如二氧化硅和氧化铝,也称为脉石。此外,焦炭燃烧后会留下一些灰烬,其中主要成分是二氧化硅、氧化铝等。这些成分的脉石熔点很高,熔化温度高达1700 ~ 1750℃,这是高炉炉缸中不一定有的。因此,必须加入熔剂(石灰石)以降低其熔点。在通常的炉温下,可以熔化,与铁分离,变成渣,从出渣口流出。石灰石的加入量与炉渣所需的碱度有关。炉渣中CaO(氧化钙)与/SiO2(二氧化硅)的比值称为碱度,取决于炉渣的性能。当炉渣中CaO/SiO2的比值为0.9—1.1时,炉渣的熔化性能更低,而大于1和小于1太多都会增加熔化性能(炉渣的熔化性能是指炉渣自由流动时的温度)。对于高熔融性的炉渣,炉膛温度比较高且较低。CaO(氧化钙)可以脱硫渣,也就应该脱除原料中的硫。
因此,炉渣碱度越高,一般脱硫能力越大。当炉渣中CaO/SiO2之比等于1时,流动性很好。比例太多的线(过酸性渣),渣会变厚,难以流出高炉,不仅堵塞炉膛,还会造成瘤形成,硫也难出。因此,有必要选择正真适合的炉渣碱度。通常情况下,高炉渣中的CaO/SiO2比值在1.05-1.2之间。
铁水比重大,沉在下面,渣比较轻。出钢前从出钢口排出的渣称为上渣,出钢时随水从出钢口排出的渣称为下渣。要求上层渣越多越好。一般上层渣占渣的2/3。高炉冶炼得到的产品主要以此为生,其余为炉渣、煤气和去除炉灰的煤气。
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