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高爐
本詞條是多義詞，共3個(gè)義項
工業(yè)中冶煉的設備
基本信息
| 中文名 | 高爐 |
| 外文名 | Blast Furnace |
| 所屬學(xué)科 | 工業(yè) |
| 所屬領(lǐng)域 | 冶煉 |
| 應用領(lǐng)域 | 設備 |
起源
冶煉設備
歷史
目前所知最古老高爐是中國西漢時(shí)代（紀元前1世紀）熔爐。在紀元前5世紀中國文物中就發(fā)現鑄鐵出土可見(jiàn)該時(shí)代熔煉已經(jīng)實(shí)用化。初期熔爐內壁是用粘土蓋的，用來(lái)提煉含磷鐵礦。西方最早的熔爐則是于瑞典1150年到1350年間出現。這兩國的熔爐都是自行發(fā)展摸索出現，沒(méi)有互相傳達關(guān)系。
使用石炭的近代高爐出現于1709年。由于歐洲當時(shí)森林多用途砍伐導致木炭產(chǎn)量減少、被迫開(kāi)發(fā)使用石炭的煉鐵法導致新技術(shù)出現，大幅增加煉鐵效率。
高爐[冶煉設備]
高爐結構
高爐冶煉用的原料主要由鐵礦石、燃料（焦炭）和熔劑（石灰石）三部分組成。
通常，冶煉1噸生鐵需要1.5-2.0噸鐵礦石，0.4-0.6噸焦炭，0.2-0.4噸熔劑，總計需要2-3噸原料。為了保證高爐生產(chǎn)的連續性，要求有足夠數量的原料供應。
因此，無(wú)論是生鐵廠(chǎng)家還是鋼廠(chǎng)采購原料的工作是尤其重要。
高爐[冶煉設備]
上料、配料系統
高爐上料是煉鐵高爐系統中最重要的一環(huán)，及時(shí)、準確的配料、上料是保證高爐產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量的前提。根據現代化高爐的要求，上料控制系統需要實(shí)現自動(dòng)上料及上料數據的報表打印，體現系統穩定性、先進(jìn)性和經(jīng)濟實(shí)用性，因此從設計的初級階段到完成應用階段，需要一直采用先進(jìn)的控制方案和硬件控制系統，才能最終完成了這一重要的系統。目前國內常用的配料方法有兩種，即容積配料法和重量配料法。容積配料法是利用物料的堆比重，通過(guò)給料設備對物料容積進(jìn)行控制，達到配加料所要求的添加比例的一種方法。此法優(yōu)點(diǎn)是設備簡(jiǎn)單，操作方便。其缺點(diǎn)是物料的堆比重受物料水分、成分、粒度等影響。所以，盡管閘門(mén)開(kāi)口大小不變，若上述性質(zhì)改變時(shí)，其給料量往往不同，造成配料誤差。重量配料法是按照物料重量進(jìn)行配料的一種方法，該法是借助于電子皮帶稱(chēng)和定量給料自動(dòng)調節系統實(shí)現自動(dòng)配料的。
高爐內襯
高爐爐殼內部砌有一層厚345～1150毫米的耐火磚，以減少爐殼散熱量，磚中設置冷卻設備防止爐殼變形。高爐各部分磚襯損壞機理不同，為了防止局部磚襯先損壞而縮短高爐壽命，必須根據損壞、冷卻和高爐操作等因素，選用不同的耐火磚襯。爐缸、爐底傳統使用高級和超高級粘土磚。這部分磚是逐漸熔損的，因收縮和砌磚質(zhì)量不良，過(guò)去常引起重大燒穿事故，爐缸、爐底大多用碳素耐火材料，基本上解決了爐底燒穿問(wèn)題。爐底使用碳磚有三種型式：全部為碳磚；爐底四周和上部為碳磚，下部為粘土磚或高鋁磚；爐底四周和下部為碳磚，上部為粘土磚或高鋁磚。后兩種又稱(chēng)為綜合爐底。設計爐底厚度有減薄趨勢（由0.5d右減至0.3d左右或爐殼內徑的1/4厚度，d為爐缸直徑）。碳磚的缺點(diǎn)是易受空氣、二氧化碳、水蒸氣和堿金屬侵蝕。爐腰特別是爐身下部磚襯，由于磨損、熱應力、化學(xué)侵蝕等，容易損壞。采用冷卻壁的高爐，投產(chǎn)兩年左右，爐身下部磚襯往往全被侵蝕。爐身上部和爐喉磚襯要求具有抗磨性和熱穩定性的材料，以粘土磚為宜。爐腹磚襯被侵蝕后靠“渣皮”維持生產(chǎn)。
近幾年應用噴補技術(shù)修補磚襯已相當普遍。噴補高鋁質(zhì)耐火材料（含Al2O340～60%），壽命為砌襯的3/4。
產(chǎn)品
生鐵是高爐產(chǎn)品（指高爐冶煉生鐵），而高爐的產(chǎn)品不只是生鐵，還有錳鐵等，屬于鐵合金產(chǎn)品。錳鐵高爐不參加煉鐵高爐各種指標的計算。高爐煉鐵過(guò)程中還產(chǎn)生副產(chǎn)品水渣、礦渣棉和高爐煤氣等。
高爐煉鐵的特點(diǎn)：規模大，不論是世界其它國家還是中國，高爐的容積在不斷擴大，如我國寶鋼高爐是4063立方米，日產(chǎn)生鐵超過(guò)10000噸，爐渣4000多噸，日耗焦4000多噸。
冶煉過(guò)程
高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續生產(chǎn)過(guò)程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使爐喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內形成交替分層結構。礦石料在下降過(guò)程中逐步被還原、熔化成鐵和渣，聚集在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出。
鼓風(fēng)機送出的冷空氣在熱風(fēng)爐加熱到800～1350℃以后，經(jīng)風(fēng)口連續而穩定地進(jìn)入爐缸，熱風(fēng)使風(fēng)口前的焦炭燃燒，產(chǎn)生2000℃以上的熾熱還原性煤氣。上升的高溫煤氣流加熱鐵礦石和熔劑，使成為液態(tài)；并使鐵礦石完成一系列物理化學(xué)變化，煤氣流則逐漸冷卻。下降料柱與上升煤氣流之間進(jìn)行劇烈的傳熱、傳質(zhì)和傳動(dòng)量的過(guò)程。
下降爐料中的毛細水分當受熱到100～200℃即蒸發(fā)，褐鐵礦和某些脈石中的結晶水要到500～800℃才分解蒸發(fā)。主要的熔劑石灰石和白云石，以及其他碳酸鹽和硫酸鹽，也在爐中受熱分解。石灰石中CaCO3和白云石中MgCO3的分解溫度分別為900～1000℃和740～900℃。鐵礦石在高爐中于400℃或稍低溫度下開(kāi)始還原。部分氧化鐵是在下部高溫區先熔于爐渣，然后再從渣中還原出鐵。
焦炭在高爐中不熔化，只是到風(fēng)口前才燃燒氣化，少部分焦炭在還原氧化物時(shí)氣化成CO。而礦石在部分還原并升溫到1000～1100℃時(shí)就開(kāi)始軟化；到1350～1400℃時(shí)完全熔化；超過(guò)1400℃就滴落。焦炭和礦石在下降過(guò)程中，一直保持交替分層的結構。由于高爐中的逆流熱交換，形成了溫度分布不同的幾個(gè)區域，①區是礦石與焦炭分層的干區，呈塊狀帶，沒(méi)有液體；②區為由軟熔層和焦炭夾層組成的軟熔帶，礦石開(kāi)始軟化到完全熔化；③區是液態(tài)渣、鐵的滴落帶，帶內只有焦炭仍是固體；④風(fēng)口前有一個(gè)袋形的焦炭回旋區，在這里，焦炭強烈地回旋和燃燒，是爐內熱量和氣體還原劑的主要產(chǎn)生地。
冷卻系統
早期的小高爐爐壁無(wú)冷卻設備，19世紀60年代高爐磚襯開(kāi)始用水冷卻。冷卻設備主要有冷卻水箱和冷卻壁兩種。因高爐各部分熱負荷而異。爐底四周和爐缸使用碳磚時(shí)采用光面冷卻壁。爐底之下可用空氣、水或油冷卻。爐腹使用碳磚時(shí)可從外部向爐殼噴水冷卻，使用其他磚襯時(shí)，用冷卻水箱或鑲磚冷卻壁。爐腰和爐身下部多采用傳統的銅冷卻水箱，左右間距250～300毫米，上下間距1～1.5米。爐身上部可采用各種形式的冷卻設備，一般用鑄鐵或鋼板焊接的冷卻水箱。近幾年來(lái)爐腰和爐身有的用鑲磚冷卻壁汽化冷卻。但爐身下部由于熱負荷較高，多改用強制循環(huán)純水冷卻；爐喉一般不冷卻。冷卻介質(zhì)過(guò)去使用工業(yè)水，現在改用軟水和純水。直流或露天循環(huán)供水系統也已被強制循環(huán)供水系統所代替，后者優(yōu)點(diǎn)是熱交換好、無(wú)沉淀、消耗水量少等。
安全技術(shù)
預防與處理
高爐結瘤的原因是多種多樣的，其基本成因是已熔化的物質(zhì)再凝結，并粘附于爐墻上逐步長(cháng)大，對其成因應提前采取預防措施，防止高爐結瘤事故的出現。
1）穩定原燃料質(zhì)量
原燃料質(zhì)量差、含粉量大，在低料線(xiàn)時(shí)極易導致粉末聚集，誘發(fā)上部結瘤；同時(shí)，粉末聚集層下到軟熔帶時(shí)易引發(fā)透氣性變差，出現小崩料和小滑尺現象，控制不當易誘發(fā)爐涼等事故，影響高爐冶煉的正常進(jìn)行。原燃料質(zhì)量差，容易導致?tīng)t況失常，出現難行懸料，使得頂溫升高，不能得到有效控制，極易導致上部結瘤。為此，在生產(chǎn)組織中，應根據原燃料質(zhì)量確定高爐的冶煉方案，保證高爐穩定順行，對小的爐況波動(dòng)進(jìn)行先期處理，防止出現大的爐況失常。
2）禁止長(cháng)期低料線(xiàn)作業(yè)
長(cháng)期低料線(xiàn)作業(yè)會(huì )破壞高爐順行，使裝料制度受到嚴重破壞，同時(shí)可導致高爐熱制度被打亂，使高爐溫度場(chǎng)紊亂繼而誘發(fā)爐墻結厚甚至結瘤。根據低料線(xiàn)作業(yè)的具體原因應采取不同的針對性措施，對上料能力不足的應選擇適宜的批重，用提高料車(chē)滿(mǎn)載率來(lái)提高上料能力，保證高爐滿(mǎn)料線(xiàn)率。對由于設備故障造成的低料線(xiàn)，應采取相應的措施予以調劑，應注意在趕料線(xiàn)時(shí)可采取適當發(fā)展邊緣的裝料制度，根據料線(xiàn)的深度加足凈焦或適當減輕負荷，確保高爐爐溫充沛、爐況穩定順行。
3）及時(shí)處理邊緣堆積
高爐采取強化冶煉措施后，裝料制度與送風(fēng)制度未及時(shí)進(jìn)行再匹配時(shí)，容易導致邊緣堆積。具體表現為鐵前易憋壓，對減風(fēng)操作爐況好轉敏感，上下渣溫差大，經(jīng)常出現小崩料和滑尺，下料不均，風(fēng)口工作不均衡。為此，對邊緣堆積應及時(shí)處理，采取增大風(fēng)口直徑的送風(fēng)制度、適宜強度的高爐操作、發(fā)展邊緣的裝料制度、降低爐渣堿度的造渣制度、確定適宜爐溫的熱制度進(jìn)行調劑，必要時(shí)采用洗爐劑洗爐或以全倒裝強烈發(fā)展邊緣的操作方法，用高溫煤氣沖刷結厚的爐墻。
4）控制適宜的冷卻強度
高爐冷卻制度不合理也會(huì )促發(fā)爐墻結瘤，為此，應根據高爐的實(shí)際運行情況，對各部位確定適宜的冷卻強度，如對爐身部位冷卻水在開(kāi)爐初期應適當控制其冷卻強度，防止在此部位形成瘤根，進(jìn)而造成高爐結瘤等惡性事故的出現。
5）穩定操作方針
高爐操作可變因素較多，高爐冶煉進(jìn)程是在相對穩定的基礎上運行的。為此，高爐操作者應一絲不茍地貫徹操作方針、統一各班操作，減少人為操作波動(dòng)，使爐內溫度場(chǎng)保穩定均衡，防止人為造成爐況波動(dòng)，導致高爐結瘤。
6）及時(shí)消除爐墻結厚
爐墻結厚如果處理不當或處理不及時(shí)，極易引發(fā)高爐結瘤。因此，對爐墻結厚征兆應及時(shí)采取果斷措施進(jìn)行處理，在高爐強化冶煉時(shí)不定期采取發(fā)展邊緣的裝料制度或采取降低冶煉強度的操作措施對爐況進(jìn)行適當的預防性處理，防止出現惡性結瘤事故。
7）減少附加料大量入爐
附加料低熔點(diǎn)化合物大量入爐，在條件具備時(shí)便會(huì )引發(fā)高爐結瘤事故。為此，在生產(chǎn)組織時(shí)應控制好生產(chǎn)節奏，確定附加料最大配入量，調整好爐料結構，使生產(chǎn)組織在受控狀態(tài)下有序運行，防止高爐結瘤事故的發(fā)生。
8）減少鐵前各工序變料
鐵前各工序的每一次變料都會(huì )給高爐帶來(lái)不同程度的波動(dòng)，在生產(chǎn)組織管理時(shí)，應盡量用長(cháng)遠的眼光組織各工序在一定時(shí)期內不變料，變料后應做好技術(shù)跟蹤與服務(wù)工作，對變料后引起的爐況波動(dòng)做提前判斷、事先預防。高爐結瘤事故是爐況失常的綜合體現，避免小的爐況波動(dòng)，就會(huì )有效地防止其產(chǎn)生的根基，也會(huì )贏(yíng)得高爐操作的主動(dòng)權，達到高爐操作的預期效果。
二、高爐結瘤事故的處理
1）綜合判斷，下化中洗上炸
在爐況失常時(shí)，應臨時(shí)成立爐況處理領(lǐng)導小組，控制方案和措施由高爐操作者具體實(shí)施。領(lǐng)導小組在對高爐爐況進(jìn)行綜合判斷得出結論時(shí)，應在充分研討的基礎上，確定處理爐況方案。在對爐瘤部位進(jìn)行判斷后，應采取下部化中部洗上部炸的措施，對中下部爐瘤應以集中加串焦或加洗爐料進(jìn)行洗爐，用高溫煤氣流沖刷的方式予以處理；同時(shí)，要調整好相應的送風(fēng)制度和裝料制度，使其達到預期的效果。
2）制定措施，降料面露爐瘤
對上部爐瘤，應果斷做出炸瘤決定，及早制定炸瘤措施，確定爐瘤位置，加長(cháng)探尺降料面，將爐瘤徹底裸露，隔離其與爐料的依附，為實(shí)施炸瘤創(chuàng )造必要的條件。在降料面的過(guò)程中，應保證兩個(gè)探尺工作正常，處理爐況不能頻繁拉風(fēng)，有富氧的高爐應充分利用富氧條件處理爐況，防止在處理爐瘤的過(guò)程中導致?tīng)t瘤快速長(cháng)大。
3）前期準備，確定炸瘤方案
對上部爐瘤進(jìn)行爆破時(shí)，應做好前期準備工作，準備好炸瘤工具，如鋼管、炮泥、廢舊布袋等，然后從下至上進(jìn)行炸瘤，注意每次炸瘤炮藥用量，防止損壞爐頂設備等。炸瘤應選準突破口而后予以實(shí)施，并注意人身安全等，應將瘤根徹底清除。
4）爐況恢復，及時(shí)出凈渣鐵
炸瘤之前應加足空焦，炸瘤后也應補充相應的熱量，根據爐瘤大小確定炸瘤后的操作，及時(shí)出凈化瘤后的物質(zhì)量，防止后續事故的再發(fā)生；待爐瘤化解完畢后，逐一穩定每一項操作參數，而后將爐況完全恢復。
窒息措施
一、毒物危害分析
高爐項目涉及有毒物主要為一氧化碳，一氧化碳主要存在于熱風(fēng)爐作業(yè)，爐前出鐵作業(yè)。一氧化碳對人體的危害如下：一氧化碳經(jīng)呼吸道吸入，屬窒息性氣體，主要引起人體急性中毒，一氧化碳進(jìn)入人體，與血紅蛋白結合，導致機體缺氧，患者出現頭痛、頭暈、惡心，甚至死亡。慢性危害不明顯。危害級別Ⅱ級。
二、防毒措施安全檢查
1、生產(chǎn)裝置應密封化、管道化，防止有毒物質(zhì)泄漏、外逸；
2、生產(chǎn)過(guò)程機械化、程序化和自動(dòng)控制使作業(yè)人員不接觸或少接觸有毒物質(zhì)，防止誤操作造成中毒事故；
3、受技術(shù)、經(jīng)濟條件限制，仍然存在有毒物質(zhì)逸散且自然通風(fēng)不能滿(mǎn)足要求時(shí)，應設置必要的機械通風(fēng)排毒；
4、對排出的有毒氣體、液體、固體應經(jīng)過(guò)相應的凈化裝置處理，以達到環(huán)境保護排放標準；
5、對有毒物質(zhì)泄漏可能造成重大事故的設備和工作場(chǎng)所，必須設置可靠的事故處理裝置和應急防護裝置；
7、針對缺氧危險工作環(huán)境以及發(fā)生缺氧窒息和中毒窒息的原因，應配備通風(fēng)換氣設備和搶救器具；
8、有缺氧、窒息危險的工作場(chǎng)所，應在醒目處設置警示標志。
防止危害措施
（1）對高爐出鐵時(shí)在鐵口、砂口、渣溝、擺動(dòng)溜槽、鐵溝等處產(chǎn)生的煙塵采用低壓長(cháng)袋脈沖除塵器除塵；對槽上、槽下系統的含塵煙氣，采用100m三電場(chǎng)高壓靜電除塵器除塵，處理達標后由高煙囪排放。收集下來(lái)的粉塵經(jīng)加濕后運灰車(chē)運走，防止二次揚塵。
（3）熱風(fēng)爐、鍋爐房煙氣由高煙囪直接外排。
（4）高爐煤氣除塵采用濕式——溫（VS）煤氣清洗系統，煤氣經(jīng)除塵后含塵濃度很低。
（5）車(chē)間內、料場(chǎng)還設有灑水抑塵、沖洗地面設施，減少崗位粉塵對人體的危害。
安全技術(shù)措施
（1）運人、儲存與放料系統。大中型高爐的原料和燃料大多數采用膠帶機運輸，比火車(chē)運輸易于自動(dòng)化和治理粉塵。儲礦槽未鋪設隔柵或隔柵不全，周?chē)鷽](méi)有欄桿，人行走時(shí)有掉入槽的危險；料槽形狀不當，存有死角，需要人工清理；內襯磨損，進(jìn)行維修時(shí)的勞動(dòng)條件差；料閘門(mén)失靈常用人工捅料，如料突然崩落往往造成傷害。放料時(shí)的粉塵濃度很大，尤其是采用膠帶機加振動(dòng)篩篩分料時(shí)，作業(yè)環(huán)境更差。因此，儲礦槽的結構應是永久性的、十分堅固的。各個(gè)槽的形狀應該做到自動(dòng)順利下料，槽的傾角不應該小于50°，以消除人工捅料的現象。金屬礦槽應安裝振動(dòng)器。鋼筋混凝土結構，內壁應鋪設耐磨襯板；存放熱燒結礦的內襯板應是耐熱的。礦槽上必須設置隔柵，周?chē)O欄桿，并保持完好。料槽應設料位指示器，卸料口應選用開(kāi)關(guān)靈活的閥門(mén)，最好采用液壓閘門(mén)。對于放料系統應采用完全封閉的除塵設施。
（2）原料輸送系統。大多數高爐采用料車(chē)斜橋上料法，料車(chē)必須設有兩個(gè)相對方向的出入口，并設有防水防塵措施。一側應設有符合要求的通往爐頂的人行梯。卸料口卸料方向必須與膠帶機的運轉方向一致，機上應設有防跑偏、打滑裝置。膠帶機在運轉時(shí)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。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(kāi)閉驅動(dòng)設備、探尺、旋轉布料等裝置組成。采用高壓操作必須設置均壓排壓裝置。做好各裝置之間的密封，特別是高壓操作時(shí)，密封不良不僅使裝置的部件受到煤氣沖刷，縮短使用壽命，甚至會(huì )出現大鐘掉到爐內的事故。料鐘的開(kāi)閉必須遵守安全程序。為此，有關(guān)設備之間必須連鎖，以防止人為的失誤。
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