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高爐
本詞條是多義詞，共3個義項
工業(yè)中冶煉的設備
基本信息
| 中文名 | 高爐 |
| 外文名 | Blast Furnace |
| 所屬學科 | 工業(yè) |
| 所屬領域 | 冶煉 |
| 應用領域 | 設備 |
起源
古代高爐想象圖
商代硬陶的燒成溫度已達1180℃。
這種伴生現(xiàn)象，可能是煉銅爐最早使用含銅鐵礦的原因。純銅熔點是1083℃。銅中含鐵成分愈高，熔點也愈高。煉銅爐在始初階段溫度較低，原料中的鐵不可能大量還原出來。隨著煉銅爐加高、擴大，爐料在爐內經過充分預熱，爐溫逐漸提高，如超過1300℃就有可能煉出生鐵。
冶煉設備
歷史
目前所知最古老高爐是中國西漢時代（紀元前1世紀）熔爐。在紀元前5世紀中國文物中就發(fā)現(xiàn)鑄鐵出土可見該時代熔煉已經實用化。初期熔爐內壁是用粘土蓋的，用來提煉含磷鐵礦。西方最早的熔爐則是于瑞典1150年到1350年間出現(xiàn)。這兩國的熔爐都是自行發(fā)展摸索出現(xiàn)，沒有互相傳達關系。
使用石炭的近代高爐出現(xiàn)于1709年。由于歐洲當時森林多用途砍伐導致木炭產量減少、被迫開發(fā)使用石炭的煉鐵法導致新技術出現(xiàn)，大幅增加煉鐵效率。
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。為了保證高爐生產的連續(xù)性，要求有足夠數(shù)量的原料供應。
因此，無論是生鐵廠家還是鋼廠采購原料的工作是尤其重要。
高爐[冶煉設備]
上料、配料系統(tǒng)
高爐上料是煉鐵高爐系統(tǒng)中最重要的一環(huán)，及時、準確的配料、上料是保證高爐產量和產品質量的前提。根據(jù)現(xiàn)代化高爐的要求，上料控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)自動上料及上料數(shù)據(jù)的報表打印，體現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性、先進性和經濟實用性，因此從設計的初級階段到完成應用階段，需要一直采用先進的控制方案和硬件控制系統(tǒng)，才能最終完成了這一重要的系統(tǒng)。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，通過給料設備對物料容積進行控制，達到配加料所要求的添加比例的一種方法。此法優(yōu)點是設備簡單，操作方便。其缺點是物料的堆比重受物料水分、成分、粒度等影響。所以，盡管閘門開口大小不變，若上述性質改變時，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行配料的一種方法，該法是借助于電子皮帶稱和定量給料自動調節(jié)系統(tǒng)實現(xiàn)自動配料的。
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(jù)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(tǒng)使用高級和超高級粘土磚。這部分磚是逐漸熔損的，因收縮和砌磚質量不良，過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、化學侵蝕等，容易損壞。采用冷卻壁的高爐，投產兩年左右，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(wěn)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。
近幾年應用噴補技術修補磚襯已相當普遍。噴補高鋁質耐火材料（含Al2O340～60%），壽命為砌襯的3/4。
產品
高爐煉鐵的特點：規(guī)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，日產生鐵超過10000噸，爐渣4000多噸，日耗焦4000多噸。
冶煉過程
高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產過程。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。
鼓風機送出的冷空氣在熱風爐加熱到800～1350℃以后，經風口連續(xù)而穩(wěn)定地進入爐缸，熱風使風口前的焦炭燃燒，產生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變化，煤氣流則逐漸冷卻。下降料柱與上升煤氣流之間進行劇烈的傳熱、傳質和傳動量的過程。
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℃或稍低溫度下開始還原。部分氧化鐵是在下部高溫區(qū)先熔于爐渣，然后再從渣中還原出鐵。
焦炭在高爐中不熔化，只是到風口前才燃燒氣化，少部分焦炭在還原氧化物時氣化成CO。而礦石在部分還原并升溫到1000～1100℃時就開始軟化；到1350～1400℃時完全熔化；超過1400℃就滴落。焦炭和礦石在下降過程中，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區(qū)域，①區(qū)是礦石與焦炭分層的干區(qū)，呈塊狀帶，沒有液體；②區(qū)為由軟熔層和焦炭夾層組成的軟熔帶，礦石開始軟化到完全熔化；③區(qū)是液態(tài)渣、鐵的滴落帶，帶內只有焦炭仍是固體；④風口前有一個袋形的焦炭回旋區(qū)，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生地。
冷卻系統(tǒng)
早期的小高爐爐壁無冷卻設備，19世紀60年代高爐磚襯開始用水冷卻。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。爐腹使用碳磚時可從外部向爐殼噴水冷卻，使用其他磚襯時，用冷卻水箱或鑲磚冷卻壁。爐腰和爐身下部多采用傳統(tǒng)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。冷卻介質過去使用工業(yè)水，現(xiàn)在改用軟水和純水。直流或露天循環(huán)供水系統(tǒng)也已被強制循環(huán)供水系統(tǒng)所代替，后者優(yōu)點是熱交換好、無沉淀、消耗水量少等。
安全技術
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再凝結，并粘附于爐墻上逐步長大，對其成因應提前采取預防措施，防止高爐結瘤事故的出現(xiàn)。
1）穩(wěn)定原燃料質量
原燃料質量差、含粉量大，在低料線時極易導致粉末聚集，誘發(fā)上部結瘤；同時，粉末聚集層下到軟熔帶時易引發(fā)透氣性變差，出現(xiàn)小崩料和小滑尺現(xiàn)象，控制不當易誘發(fā)爐涼等事故，影響高爐冶煉的正常進行。原燃料質量差，容易導致爐況失常，出現(xiàn)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，在生產組織中，應根據(jù)原燃料質量確定高爐的冶煉方案，保證高爐穩(wěn)定順行，對小的爐況波動進行先期處理，防止出現(xiàn)大的爐況失常。
2）禁止長期低料線作業(yè)
長期低料線作業(yè)會破壞高爐順行，使裝料制度受到嚴重破壞，同時可導致高爐熱制度被打亂，使高爐溫度場紊亂繼而誘發(fā)爐墻結厚甚至結瘤。根據(jù)低料線作業(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，用提高料車滿載率來提高上料能力，保證高爐滿料線率。對由于設備故障造成的低料線，應采取相應的措施予以調劑，應注意在趕料線時可采取適當發(fā)展邊緣的裝料制度，根據(jù)料線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(wěn)定順行。
3）及時處理邊緣堆積
高爐采取強化冶煉措施后，裝料制度與送風制度未及時進行再匹配時，容易導致邊緣堆積。具體表現(xiàn)為鐵前易憋壓，對減風操作爐況好轉敏感，上下渣溫差大，經常出現(xiàn)小崩料和滑尺，下料不均，風口工作不均衡。為此，對邊緣堆積應及時處理，采取增大風口直徑的送風制度、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行調劑，必要時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促發(fā)爐墻結瘤，為此，應根據(jù)高爐的實際運行情況，對各部位確定適宜的冷卻強度，如對爐身部位冷卻水在開爐初期應適當控制其冷卻強度，防止在此部位形成瘤根，進而造成高爐結瘤等惡性事故的出現(xiàn)。
5）穩(wěn)定操作方針
高爐操作可變因素較多，高爐冶煉進程是在相對穩(wěn)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(tǒng)一各班操作，減少人為操作波動，使爐內溫度場保穩(wěn)定均衡，防止人為造成爐況波動，導致高爐結瘤。
6）及時消除爐墻結厚
爐墻結厚如果處理不當或處理不及時，極易引發(fā)高爐結瘤。因此，對爐墻結厚征兆應及時采取果斷措施進行處理，在高爐強化冶煉時不定期采取發(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行適當?shù)念A防性處理，防止出現(xiàn)惡性結瘤事故。
7）減少附加料大量入爐
附加料低熔點化合物大量入爐，在條件具備時便會引發(fā)高爐結瘤事故。為此，在生產組織時應控制好生產節(jié)奏，確定附加料最大配入量，調整好爐料結構，使生產組織在受控狀態(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給高爐帶來不同程度的波動，在生產組織管理時，應盡量用長遠的眼光組織各工序在一定時期內不變料，變料后應做好技術跟蹤與服務工作，對變料后引起的爐況波動做提前判斷、事先預防。高爐結瘤事故是爐況失常的綜合體現(xiàn)，避免小的爐況波動，就會有效地防止其產生的根基，也會贏得高爐操作的主動權，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，應臨時成立爐況處理領導小組，控制方案和措施由高爐操作者具體實施。領導小組在對高爐爐況進行綜合判斷得出結論時，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行洗爐，用高溫煤氣流沖刷的方式予以處理；同時，要調整好相應的送風制度和裝料制度，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，加長探尺降料面，將爐瘤徹底裸露，隔離其與爐料的依附，為實施炸瘤創(chuàng)造必要的條件。在降料面的過程中，應保證兩個探尺工作正常，處理爐況不能頻繁拉風，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程中導致爐瘤快速長大。
3）前期準備，確定炸瘤方案
對上部爐瘤進行爆破時，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施，并注意人身安全等，應將瘤根徹底清除。
4）爐況恢復，及時出凈渣鐵
炸瘤之前應加足空焦，炸瘤后也應補充相應的熱量，根據(jù)爐瘤大小確定炸瘤后的操作，及時出凈化瘤后的物質量，防止后續(xù)事故的再發(fā)生；待爐瘤化解完畢后，逐一穩(wěn)定每一項操作參數(shù)，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，一氧化碳進入人體，與血紅蛋白結合，導致機體缺氧，患者出現(xiàn)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、生產裝置應密封化、管道化，防止有毒物質泄漏、外逸；
2、生產過程機械化、程序化和自動控制使作業(yè)人員不接觸或少接觸有毒物質，防止誤操作造成中毒事故；
3、受技術、經濟條件限制，仍然存在有毒物質逸散且自然通風不能滿足要求時，應設置必要的機械通風排毒；
4、對排出的有毒氣體、液體、固體應經過相應的凈化裝置處理，以達到環(huán)境保護排放標準；
5、對有毒物質泄漏可能造成重大事故的設備和工作場所，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，應配備通風換氣設備和搶救器具；
8、有缺氧、窒息危險的工作場所，應在醒目處設置警示標志。
防止危害措施
安全技術措施
（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，存有死角，需要人工清理；內襯磨損，進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，儲礦槽的結構應是永久性的、十分堅固的。各個槽的形狀應該做到自動順利下料，槽的傾角不應該小于50°，以消除人工捅料的現(xiàn)象。金屬礦槽應安裝振動器。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，周圍設欄桿，并保持完好。料槽應設料位指示器，卸料口應選用開關靈活的閥門，最好采用液壓閘門。對于放料系統(tǒng)應采用完全封閉的除塵設施。
（2）原料輸送系統(tǒng)。大多數(shù)高爐采用料車斜橋上料法，料車必須設有兩個相對方向的出入口，并設有防水防塵措施。一側應設有符合要求的通往爐頂?shù)娜诵刑?。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。膠帶機在運轉時容易傷人，所以必須在停機后，方可進行檢修、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、大小鐘開閉驅動設備、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，密封不良不僅使裝置的部件受到煤氣沖刷，縮短使用壽命，甚至會出現(xiàn)大鐘掉到爐內的事故。料鐘的開閉必須遵守安全程序。為此，有關設備之間必須連鎖，以防止人為的失誤。
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作者
