高炉炼铁原理（初中化学高炉炼铁的原理）

　　高炉炼铁原理（初中化学高炉炼铁的原理）建設小高炉以士为主，它是具有现代钢鉄厂所沒有的优点如：投少、設备简单、技术容易为群众所掌握、建設时間短等等。建立座8立方公尺的高炉，可获得年产3000吨的生铁。
　　一般高炉构造如同人身一样，可分为几部分：1一缸；2一熽腹；3一腰；4一炉身（胸）；5炉喉。为了保护熽底不受到煤气、炉渣的冲刷和侵蚀，口下部常保留一层水，称为死层，一般高度在300400毫米。爐缸部分有出铁口、出渣口及进风口。所以要做成这个形状，是由于必須給炉内发生的各种冶炼过程：炉料自上而下的下降，煤气自下而上的流动，以及一系列的物理化学变化的进行，创造良好的条件。
　　高爐的大小以高炉有效容积来表示，即高炉出铁口中心至高炉料鐘下降之間的容积。
　　高炉的有效高度即指高爐出鉄口中心至料鐘下降的高度。高炉的全高即指高炉出鉄口中心至炉頂平台的全部高度。
　　高炉炉料首先加入炉喉，上面有料鐘和料斗，料斗旁有一个探料孔，可炉料的高低。为了使炉料順利下去，且易于安装炉喉保护板（防止料打坏炉墙），所以将炉喉做成园筒形。炉喉侧面有煤气管（小高炉通常是一个），引导煤气，过除尘器等去尘后，送往热风炉燃烧。多余的煤气可以经放散閥放散或烧掉，炉喉的温度大約500700c
　　炉身主要作用是预热还原矿石。炉身区域內的温度，上部約8001，000C，下部1，0001，200C。由于炉料下降受热，因而体积膨胀，同时一氧化碳分解产生的碳黑，沉积在炉料中，使炉料透气性变坏。为了使煤气很快的通过，必须疏松料块因此炉身的形状为上小下大的平锥形，其底下的炉腹角一般在8587。
　　炉腰主要的作用是还原，液态的炉渣和铁开始生成，温度的在
　　1，2001，300C。由于反应变化不大，故做成筒形它的直比炉缸直径大1。5倍左右。为了砌筑方便，地方一些土高炉亦可不要这部分。
　　炉腹的主要作用是矿石进行直接还原的区域，矿石在此已全部成为液体，焦炭逐渐下降，到风口部分全部熔化，所以体积縮小，因此这部分做成上大下小的倒平锥形。爐腹下部温度在13001，400C。
　　炉缸的作用主要是貯铁水和渣水，但也有一部分直接还原和鉄水的渗碳、脱硫等作用。它的形状为直圆筒形，下面有一个出铁口，上面有一个出渣口，再上面是进风口。从风箱打出来的冷风通过热风炉加热，从风口打入爐内。风口外端有一个窥孔可以观察炉内温度和炉内情况。这里温度在1，4001500（风口燃燒焦点的温度可达1，8002，000或更高），因此这里的炉墙要求有高的耐火度和强度，并且要有抗、抗渣的侵触能力砌磚时因而要求炉缸、炉底的磚缝不大于0。5毫米。
　　一般高炉外壳都用钢板（为了保证有一定的强度和密封性），鋼材产量不能满足需要的情况下，小高爐，尤其是土高爐，一般外部都用紅磚来代替。
　　高炉炉料从炉頂的加料斗按料批（指的一次装进炉内重量，包括矿石、石灰石和燃料）装人高炉中去。点火以后，把空气从高炉下部的进风口打进去。空气中大的含有五分之一助燃的氧气和五分之四不助燃的氮气，所以当空气在子里遇到了赤紅的焦炭，就发生高温和强烈的火焰。焦炭很快地和空气中的氧化合生成碳酸气（二氧化碳），即叫做焦炭的燃燒，用化学方程式表示就是：C（碳）O2（氧）CO2（二氧化碳）
　　空气中的氮气不发生变化而和二氧化碳一起上升，二氧化碳遇着紅热的焦炭就生成一氧化碳，此时燃放出大量的热量，使煤气温度升得最高。
　　CO2（二氧化碳）C（碳）CO（一氧化碳）
　　大量的一氧化碳和鼓风中的氮气一起上升，将矿石里的氧化物还原。同时，炉料又继续不断地从炉頂装人从高拉炉上部逐漸下降。所以高炉內的反应和变化是由二大相对的流动在进行着的，即一种是从下到上的煤气的气体运动，一种是从上到下的固体爐料运动。
　　炉料里铁矿石大多是铁的氧化物〔如Fe3O4（四氧化三铁），Fe2O3（三氧化二铁）等，一般铁的氧化物还原顺序都是高級到低級的，即Fe2O3（三氧化二铁）Fe3O4（四氧化三铁）FeO（一氧化铁）Fe（铁）的。
　　炉料加人高炉内不久，三氧化二铁就被一氧化碳还原成四氧化
　　三铁：3Fe2O3（三氧化二铁）co（一氧化碳）2Fe3O4（四氧化三铁）CO2（二氧化碳）
　　炉料继续下降，四氧化三铁又被还原为一氧化铁。
　　Fe3O（四氧化三铁）co（一氧化碳）3FeO（一氧化铁）CO2（二氧化碳）
　　生成的一氧化铁再被一氧化碳还原，就变成海綿状的铁。
　　EeO（一氧化铁）CO（一氧化碳）Fe（铁）CO2（二氧化碳）
　　这种氧化物完全被气态CO（一氧化碳）或H2（氫）还原的反应
　　叫做间接还原。此外在高温区液态的氧化物可直接被固体碳还原。这种反应叫做直接还原，如：FeO（液态一氧化铁）C（固体碳）Fe（铁）CO2（二氧化碳）。因为固体碳不能进人到矿石中去，同时二者的接触面很小，只有当铁、渣已成液体状态与红热的焦炭接触很好时，固体碳才能直接还原其中的一氧化铁，但在高炉中类似此种形式还原出来的Fe（铁）的数量是很小的，所以高爐內直接还原，主要还是通过气体的还原剂来进行的，如方程式：
　　一氧化碳过还原作用变成的二氧化碳，未起作用的一氧化碳，不起作用的氮气，和石灰石分解出来的二氧化碳，从炉顶逸出，这就是高炉煤气。
　　铁氧化物还原后生成海綿状的铁，逐漸下降，吸收了一些杂质，其中主要的有矽、錳、磷、硫等，同时铁經过渗碳，使其熔点大为降低，高炉下部燃烧生成的高热就把它变成液体，这就是鉄水。
　　铁矿石除了氧化铁外，还有一部杂质，如二氧化矽、三氧化二鋁等这些杂质又称脉石。此外焦炭燃烧后，也留下一些灰烬，其中主要成份也是二氧化矽、三氧化二铝等。这些成份的脉石，熔点都很高，熔化温度高达1，7001，750C，这是高炉炉缸内不是经常可以达到的，因此必须加入熔剂（石灰石），降低其熔点。在通常的炉温下，就能使其熔化，和铁分离，成为炉渣，从渣口流出。加入的石灰石量和炉渣所需的硷度有关。炉渣中CaO（氧化钙）SiO2（二氧化矽）的比值称硷度，硷度大小决定于炉渣的性能。当炉渣中CaOSiO2比值0。91。1时，炉渣的熔化性最低，而过多的大于1小于1时都会使熔化性升高（炉渣的熔化性指炉渣自由流动时的温度），熔化性高的炉渣，炉缸的温度就较高，之则低；CaO（氧化钙）在炉渣有脱硫作用，即能去除生中的硫。
　　FeS（硫化铁）CaO（氧化钙）o（一氧化碳）Fe（铁）CaS
　　（硫化鈣）CO（二氧化碳）
　　因此炉渣的硷度愈高，一般的脱硫能力亦愈大。当炉渣中CaOSiO2比值1时，流动性很好，比值过多大于1（过硷的渣）或小于1（过酸的渣）都使炉渣变稠，这样就很难从高炉流出，不但阻塞缸，生成瘤，而且硫亦困难。因此选擇合适的爐渣硷度是必要的。通常高冶炼时炉渣CaOSiO2的比值在1。051。2之间。
　　因此确定炉渣的硷度后，所需加人的石灰石量就可算而得了。
　　铁水和炉渣都沉在炉底。每隔一时間，在出铁口处放出。
　　铁水比重大，沉在下面，渣比较轻，浮在鉄铁水上面出铁前从渣口放出来的渣称上渣，出铁时从铁口和水一起流出来的称下渣，要求放出的上渣愈多愈好，一般上渣占渣量的23。高炉冶炼最后所得的主要产品为生，其余的为炉渣、煤气和煤气中清除下炉尘。
　　以上便是土法高炉炼铁的全过程
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