全面剖析高炉内部区域结构的组成.pdf

全面剖析高炉内部区域结构的组成

为了直接观察研究高炉内部的结构和反应过程，20世纪30年代

开始，人们对高炉进行了解剖研究。高炉解剖就是将处于正常生产状

态的高炉，按照预定的计划，突然进行停风，而且快速降温以保持高

炉内部原状，然后将高炉炉体进行解剖，并对高炉内部结构进行测绘、

取样分析、拍照录像等调査研究工作。通过高炉解剖，对高炉冶炼过

程炉料的形态性质变化，物理化学反应过程和动量、热量、质量传输

过程有了全面深入的了解。历次高炉解剖的实践研究验证了高炉冶炼

过程主要分为5个主要区域，在下降炉料与上升煤气的相向运动中，

热量传输、铁氧化物还原、软化、熔化与造瘡、碳的燃烧等反应均发

生在这5个区间内。图1是通过高炉解剖得出的高炉内部结构。

由图1可知，高炉冶炼过程的5个区域可区分如下：

(1)块状带。

块状带是炉料软熔前的区域，位于高炉料柱的上部，矿石和焦炭

层逐渐变薄并趋于水平，在此区域内主要进行的是氧化物的热分解和

气体还原剂的间接还原反应，炉料的预热、水分的蒸发、碳酸盐的分

解也在此区间完成。

(2)软熔带。

软熔带是炉料由软化到熔融的区域，位于高炉中部区域。由许多

固态焦炭层和黏结在一起的半熔融的矿石层组成，矿石与焦炭层次分

明，仍呈分层状态。由于矿石呈软熔状态，透气性变差，而焦炭层始

终呈固态，因此上升煤气在穿透软熔带时，主要是从阻力低、透气性

良好的焦炭层中通过，因此软熔带中的焦炭层又被称为“焦窗”。软

熔带是高炉冶炼区别于其他非高炉炼铁工艺(竖炉直接还原、熔融还原)

的主要技术特征。软熔带的上沿是软化线，下沿是熔化线，与矿石的

软化温度和熔化温度有关，温度区间基本一致，软熔带的形状又与上

升煤气的分布状态有关，是下降炉料与上升煤气热量传输的结果。因

此，软熔带的纵剖面结构有V形、W形和∧形，软培带最高的部分称

为软熔带顶部，最低的部分与炉壁相接称为软熔带根部。矿石软熔过

程中，由于矿石之间的间隙和矿石的气孔急剧减小，还原过程几乎停

滞，上升煤气阻力骤然增加，是高炉冶炼过程阻力损失最大的区域。

软熔带在料柱中形成的位置、形状以及径向分布的相对高度、厚度对

高炉冶炼过程具有重大影响，直接关系到料柱透气性和高炉顺行状况。

降低软熔带在高炉中的位置，扩大块状带区域，可以充分发展间接还

原，提高煤气利用率，抑制直接还原，降低热量消耗和燃料消耗，延

长炉料寿命。

图2是软熔带的结构示意图，图3是几种典型的软熔带形状示意

图。

(3)滴落带。

滴落带位于软熔带之下，完全熔化后的液态渣铁呈液滴状穿过固

态焦炭层进入炉缸之前的区域。在此区域内，渣铁在高炉煤气加热的

作用下已经完全熔化，而焦炭由于熔点很高(约3000℃)且尚未燃烧，

仍呈固态存在。该区域料柱的结构特征是由焦炭构成的塔状结构，其

边缘为下降较快的疏松区和更新较慢的中心区——死料柱，这是高炉

料柱的又一重要特征。渣铁液滴在穿透焦炭空隙下降的同时，继续进

行还原、渗碳等高温物理化学反应和非铁元素的还原反应。

(4)风口燃烧带(也称风口回旋区)。

风口燃烧带是焦炭在风口前与高温鼓风进行燃烧反应的区域。由

滴落带下降的焦炭在风口前燃烧，在鼓风动能的作用下，焦炭在剧烈

的回旋运动中燃烧，形成一个“鸟巢”状的回旋区，回旋区内焦炭在

高速鼓风的作用下呈回旋运动并燃烧，该区域是高炉内唯一存在的氧

化性区域。回旋区在高炉径向达不到高炉中心，高炉中心仍存在焦炭

堆积而形成的圆丘形焦炭死料柱，构成滴落带的一部分，在死料柱内

仍有一定数量的液态渣铁与焦炭进行直接还原反应。风口回旋区内是

焦炭的燃烧反应和炉缸煤气的合成反应。图4是风口回旋区的结构示

意图。

图4高炉喷煤操作时的风口回旋区结构示意图

(5)渣铁储存区。

渣铁储存区位于高炉炉缸下部，用于滴落带滴落的液态揸铁储存

的区域。该区域由液态渣铁和浸浮在其中的死焦柱形成，铁滴穿过熔

渣层和渣一铁界面完成脱硫和与硅氧化物的耦合反应，形成合格铁水。

一般按还原反应温度将高炉内划分为三个区间：不高于800℃为

间接还原区，不低于1100℃为直接还原区，800~1100℃为直接还原

和间接还原共存区间。图5是高炉内部结构和温度分布示意图，高炉

内各区域进行的反应和特征见表1。