高爐煉鐵

由古代豎爐煉鐵發展和改進而來。在中國，高爐因呈直立筒形，爐體細高而得名；在其他國家，因生產中采用鼓風機而廣泛稱為鼓風爐。高爐還可生產煉鋼所需的錳鐵和硅鐵等。高爐煉鐵的主要產品是生鐵，副產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。高爐煤氣是鋼鐵聯合企業能源系統的重要組成部分。與其他煉鐵技術相比，高爐煉鐵技術經濟指標良好，工藝簡單并成熟、勞動生產率高、設備折舊率低、能耗低、產量大，是現代煉鐵的主要方法。

早期高爐使用木炭或煤作燃料，18世紀改用焦炭，19世紀中葉改冷風為熱風（見冶金史）。20世紀初，高爐使用煤氣內燃機式鼓風機和蒸汽渦輪式鼓風機后，高爐煉鐵得到迅速發展。中國在清朝末年開始發展近代鋼鐵工業。1890年開始籌建漢陽鐵廠，1908年組成了包括大冶鐵礦和萍鄉煤礦的漢冶萍公司。1949年以前，中國煉鐵工業技術水平及裝備落后，發展緩慢，生鐵年產量只有25萬噸。1949年至20世紀80年代初，是中國現代鋼鐵工業大規模發展奠定基礎的階段。其間，中國煉鐵學習蘇聯技術，擴建了鞍山鋼鐵公司，新建了武漢鋼鐵公司、包頭鋼鐵公司，自主開發了高爐噴吹煤粉、重油及釩鈦磁鐵礦冶煉等技術。80年代后，中國鋼鐵企業進行了大規模的擴建和技術改造，高爐煉鐵已經發展得比較成熟，實現了高爐爐體結構的標準化，高爐原、燃料質量要求的定量化，高爐操作制度的規范化，高爐技術經濟指標得到很大改善。進入21世紀，中國煉鐵技術發展進入自主創新階段，如自主設計建設的首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司5500立方米高爐。

高爐冶煉過程是在一個密閉的逆流式反應器和熱交換器的豎爐內進行，在爐料與煤氣逆流運動的過程中完成復雜的物理變化和化學反應。高爐冶煉是從爐頂裝入含鐵氧化物的原料（燒結礦、球團礦等）、焦炭、造渣用熔劑（石灰石），從位于爐體下部沿爐周的風口吹入預熱空氣。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）中的碳同吹入爐內空氣中的氧反應生成高溫煤氣（一氧化碳、氮氣、氫氣），煤氣在爐內上升過程中加熱下降爐料，并同時與鐵礦石中的氧反應，從而還原出鐵。鐵礦石中未被還原的雜質與石灰石等熔劑結合生成爐渣，鐵與爐渣經高溫煤氣加熱熔化成鐵水和熔渣，并周期性地從鐵口（過去部分爐渣還從渣口）排出。產生的煤氣從爐頂導出，經除塵后，作為熱風爐、冶金加熱爐、煉焦爐、鍋爐等的燃料。中、小高爐一般設1個鐵口，1或2個渣口；大型高爐（2000～4000立方米以上）采用多鐵口（2～4個），不設渣口，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。高爐煉鐵生產使用的主要原料。鐵礦石中鐵元素多以氧化物形態賦存，根據鐵礦石中鐵氧化物的主要礦物形態，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，統稱為脈石。脈石中常見的氧化物有氧化鎂、氧化鋁、二氧化硅、氧化鈣等。鐵礦石原料分為天然塊礦、燒結礦、球團礦和壓團礦。鐵礦石中富塊礦經破碎和篩分預處理后可直接入爐；貧礦需要富選成精礦粉，再與采礦和處理產生的富礦粉經過造塊后供高爐使用，即經過燒結、球團、壓團工藝過程。 ②熔劑。高爐煉鐵生產的輔助原料，由高爐造渣制度所需。常見的熔劑有石灰石（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、骨架和滲碳來源。高爐所用焦炭要求常溫和高溫強度高、固定碳高、灰分含量低、硫含量低、成分及性能穩定和粒度均勻等。 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、爆炸性弱、燃燒性和反應性好、煤的灰分熔點高等。