炼铁，是将金属铁从含铁矿物（主要为铁的氧化物）中提炼出来的工艺过程，主要有高炉法，直接还原法，熔融还原法，等离子法。从冶金学角度而言，炼铁即是铁生锈、逐步矿化的逆行为，简单的说，从含铁的化合物里把纯铁还原出来。实际生产中，纯粹的铁不常见。更多的是得到铁碳合金。

基本概述

高炉炼铁是指把铁矿石和焦炭，一氧化碳，氢气等燃料及熔剂（从理论上说把活动性比铁的金属和矿石混合后高温也可炼出铁来）装入高炉中冶炼，去掉杂质而得到金属铁（生铁）。

其反应式为：

Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2(高温)(还原反应）

Fe3O4+4CO==3Fe+4CO2(高温)（还原反应）

C+O2==CO2(高温)

C+CO2==2CO(高温)

炉渣的形成:

CaCO3=CaO+CO2(条件：高温）

CaO+SiO2=CaSiO3(条件：高温）

基本流程

高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。铁矿石、焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。焦炭和矿石在炉内形成交替分层结构。

炉前操作

一、炉前操作的任务

1、利用开口机、泥炮、堵渣机等专用设备和各种工具，按规定的时间分别打开渣、铁口（现今渣铁口合二为一），放出渣、铁，并经渣铁沟分别流入渣、铁罐内，渣铁出完后封堵渣、铁口，以保证高炉生产的连续进行。

2.完成渣、铁口和各种炉前专用设备的维护工作。

3、制作和修补撇渣器、出铁主沟及渣、铁沟。

4、更换风、渣口等冷却设备及清理渣铁运输线等一系列与出渣出铁相关的工作。

高炉基本操作制度:

高炉炉况稳定顺行：一般是指炉内的炉料下降与煤气流上升均匀，炉温稳定充沛，生铁合格，高产低耗。

操作制度：根据高炉具体条件(如高炉炉型、设备水平、原料条件、生产计划及品种指标要求)制定的高炉操作准则。

高炉基本操作制度：装料制度、送风制度、炉缸热制度和造渣制度。

高炉

横断面为圆形的炼铁竖炉。用钢板作炉壳，壳内砌耐火砖内衬。高炉本体自上而下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸5部分。由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大，劳动生产效率高，能耗低等优点，故这种方法生产的铁占世界铁总产量的绝大部分。高炉生产时从炉顶装入铁矿石、焦炭、造渣用熔剂（石灰石），从位于炉子下部沿炉周的风口吹入经预热的空气。在高温下焦炭（有的高炉也喷吹煤粉、重油、天然气等辅助燃料）中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气，在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧，从而还原得到铁。炼出的铁水从铁口放出。铁矿石中未还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣，从渣口排出。产生的煤气从炉顶排出，经除尘后，作为热风炉、加热炉、焦炉、锅炉等的燃料。高炉冶炼的主要产品是生铁，还有副产品高炉渣和高炉煤气。

高炉热风炉

热风炉是为高炉加热鼓风的设备，是现代高炉不可缺少的重要组成部分。提高风温可以通过提高煤气热值、优化热风炉及送风管道结构、预热煤气和助燃空气、改善热风炉操作等技术措施来实现。理论研究和生产实践表明，采用优化的热风炉结构、提高热风炉热效率、延长热风炉寿命是提高风温的有效途径。

铁水罐车

铁水罐车用于运送铁水，实现铁水在脱硫跨与加料跨之间的转移或放置在混铁炉下，用于高炉或混铁炉等出铁。

发展过程

我国炼铁始于春秋时代。那时候的炼铁方法是块炼铁，即在较低的冶炼温度下，将铁矿石固态还原获得海绵铁，再经锻打成的铁块。冶炼块炼铁，一般采用地炉、平地筑炉和竖炉3种。我国在掌握块炼铁技术的不久，就炼出了含碳2%以上的液态生铁，并用以铸成工具。战国初期，我国已掌握了脱碳、热处理技术方法，发明了韧性铸铁。战国后期，又发明了可重复使用的“铁范”(用铁制成的铸造金属器物的空腹器)。

西汉时期，出现坩埚炼铁法。同时，炼铁竖炉规模进一步扩大。1975年，在郑州附近古荥镇发现和发掘出汉代冶铁遗址，场址面积达12万m2，发掘出两座并列的高炉炉基，高炉容积约50m3。西汉时期还发明了“炒钢法”，即利用生铁“炒”成熟铁或钢的新工艺，产品称为炒钢。同时，还兴起“百炼钢”技术。东汉(公元25～220年)，光武帝时，发明了水力鼓风炉，即“水排”。我国古代水排的发明，大约比欧洲早1100多年。

汉代以后，发明了灌钢方法。《北齐书·綦母怀文传》称为“宿钢”，后世称为灌钢，又称为团钢。这是中国古代炼钢技术的又一重大成就。

据〈中华百科要览〉记载：中国是最早用煤炼铁的国家，汉代时已经试用，宋、元时期已普及。到明代(公元1368～1644年)已能用焦炭冶炼生铁。在公元14～15世纪之际，铁的产量曾超过2000万斤，折合约为1.2万t。西方最先开始工业革命的英国，约晚两个世纪，才达到这个水平。

总的来看，中国古代钢铁发展的特点与其他各国不同。世界上长期采用固态还原的块炼铁和固体渗碳钢，而中国铸铁和生铁炼钢一直是主要方法。由于铸铁和生铁炼钢法的发明与发展，中国的冶金技术在明代中叶以前一直居世界先进水平。

19世纪下半叶清政府发展近代军事工业，制造枪炮、战舰，大量输入西方国家生产的钢铁。1867年进口钢约8250t，1885年约9万t，1891年增加到170万担(约13万t)。进口钢逐渐占领了中国的市场，使传统的冶铁业难以维持生产，而国内钢铁消耗量又不断增加。因此近代钢铁工业的兴起就成为时代的需要。

1871年(清同治十三年)，直隶总督李鸿章、船政大臣沈葆桢请开煤铁，以济军需，上允其请，命于直隶磁州、福建、台湾试办。1875年，直隶磁州煤铁矿向英国订购熔铁机器，因运道艰远未能成交。此事表明，当时已开始注重举办新式钢铁事业。1886年，贵州巡抚潘蔚创办青厂，先用土炉，后从英国订购炼铁、炼钢设备，1888年安装完毕。终因清廷腐败，缺乏资金、煤和铁矿石，加上不善管理，无人精通技术，而于1893年停办。这是兴办近代钢铁厂的一次尝试。

生产安全

1．炼铁安全生产的主要特点

炼铁是将铁矿石或烧结球团矿、锰矿石、石灰石和焦炭按一定比例予以混匀送至料仓，然后再送至高炉，从高炉下部吹入1000℃左右的热风，使焦炭燃烧产生大量的高温还原气体煤气，从而加热炉料并使其发生化学反应。在1100℃左右铁矿石开始软化，1400℃熔化形成铁水与液体渣，分层存于炉缸。之后，进行出铁、出渣作业。

炼铁生产所需的原料、燃料，生产的产品与副产品的性质，以及生产的环境条件，给炼铁人员带来了一系列潜在的职业危害。

例如，在矿石与焦炭运输、装卸，破碎与筛分，烧结矿整粒与筛分过程中，都会产生大量的粉尘；在高炉炉前出铁场，设备、设施、管道布置密集，作业种类多，人员较集中，危险有害因素最为集中，如炉前作业的高温辐射，出铁、出渣会产生大量的烟尘，铁水、熔渣遇水会发生爆炸；开铁口机、起重机造成的伤害等；炼铁厂煤气泄漏可致人中毒，高炉煤气与空气混合可发生爆炸，其爆炸威力很大；喷吹烟煤粉可发生粉尘爆炸；另外，还有炼铁区的噪声，以及机具、车辆的伤害等。如此众多的危险因素，威胁着生产人员的生命安全和身体健康。

2．炼铁生产的主要安全技术

1)高炉装料系统安全技术

装料系统是按高炉冶炼要求的料坯，持续不断的给高炉冶炼。装料系统包括原料燃料的运人、储存、放料、输送以及炉顶装料等环节。装料系统应尽可能的减少装卸与运输环节，提高机械化、自动化水平，使之安全的运行。

(1)运人、储存与放料系统。大中型高炉的原料和燃料大多数采用胶带机运输，比火车运输易于自动化和治理粉尘。储矿槽未铺设隔栅或隔栅不全，周围没有栏杆，人行走时有掉入槽的危险；料槽形状不当，存有死角，需要人工清理；内衬磨损，进行维修时的劳动条件差；料闸门失灵常用人工捅料，如料突然崩落往往造成伤害。

放料时的粉尘浓度很大，尤其是采用胶带机加振动筛筛分料时，作业环境更差。因此，储矿槽的结构应是永久性的、十分坚固的。各个槽的形状应该做到自动顺利下料，槽的倾角不应该小于50°，以消除人工捅料的现象。金属矿槽应安装振动器。钢筋混凝土结构，内壁应铺设耐磨衬板；存放热烧结矿的内衬板应是耐热的。矿槽上必须设置隔栅，周围设栏杆，并保持完好。料槽应设料位指示器，卸料口应选用开关灵活的阀门，最好采用液压闸门。对于放料系统应采用完全封闭的除尘设施。

(2)原料输送系统。大多数高炉采用料车斜桥上料法，料车必须设有两个相对方向的出入口，并设有防水防尘措施。一侧应设有符合要求的通往炉顶的人行梯。卸料口卸料方向必须与胶带机的运转方向一致，机上应设有防跑偏、打滑装置。胶带机在运转时容易伤人，所以必须在停机后，方可进行检修、加油和清扫工作。

(3)顶炉装料系统。通常采用钟式向高炉装料。钟式装料以大钟为中心，有大钟、料斗、大小钟开闭驱动设备、探尺、旋转布料等装置组成。采用高压操作必须设置均压排压装置。做好各装置之间的密封，特别是高压操作时，密封不良不仅使装置的部件受到煤气冲刷，缩短使用寿命，甚至会出现大钟掉到炉内的事故。料钟的开闭必须遵守安全程序。为此，有关设备之间必须连锁，以防止人为的失误。

2)供水与供电安全技术

高炉是连续生产的高温冶炼炉，不允许发生中途停水、停电事故。特别是大、中型高炉必须采取可靠的措施，保证安全供电、供水。

(1)供水系统安全技术。高炉炉体、风口、炉底、外壳、水渣等必须连续给水，一旦中断便会烧坏冷却设备，发生停产的重大事故。为了安全供水，大中型高炉应采取以下措施：供水系统设有一定数量的备用泵；所有泵站均设有两路电源；设置供水的水塔，以保证柴油泵启动时供水；设置回水槽，保证在没有外部供水情况下维持循环供水；在炉体、风口供水管上设连续式过滤器；供、排水采用钢管以防破裂。

(2)供电安全技术。不能停电的仪器设备，万一发生停电时，应考虑人身及设备安全，设置必要的保安应急措施。设置专用、备用的柴油机发电组。

计算机、仪表电源、事故电源和通讯信号均为保安负荷，各电器室和运转室应配紧急照明用的带铬电池荧光灯。

3)煤粉喷吹系统安全技术

高炉煤粉喷吹系统最大的危险是可能发生爆炸与火灾。

为了保证煤粉能吹进高炉又不致使热风倒吹入喷吹系统，应视高炉风口压力确定喷吹罐压力。混合器与煤粉输送管线之间应设置逆止阀和自动切断阀。喷煤风口的支管上应安装逆止阀，由于煤粉极细，停止喷吹时，喷吹罐内、储煤罐内的储煤时间不能超过8～12h。煤粉流速必须大于18m/s。罐体内壁应圆滑，曲线过渡，管道应避免有直角弯。

4)高炉安全操作技术

(1)开炉的操作技术。开炉工作极为重要，处理不当极易发生事故。开炉前应做好如下工作：进行设备检查，并联合检查；做好原料和燃料的准备；制定烘炉曲线，并严格执行；保证准确计算和配料。

(2)停炉的操作技术。停炉过程中，煤气的一氧化碳浓度和温度逐渐增高，再加上停炉时喷入炉内水分的分解使煤气中氢浓度增加。为防止煤气爆炸事故，应做好如下工作：处理煤气系统，以保证该系统蒸气畅通；严防向炉内漏水。在停炉前，切断已损坏的冷却设备的供水，更换损坏的风渣口；利用打水控制炉顶温度在400℃～500℃之间；停炉过程中要保证炉况正常，严禁休风；大水喷头必须设在大钟下。设在大钟上时，严禁开关大钟。

5)高炉维护安全技术

高炉生产是连续进行的，任何非计划休风都属于事故。因此，应加强设备的检修工作，尽量缩短休风时间，保证高炉正常生产。

为防止煤气中毒与爆炸应注意以下几点：

(1)在一、二类煤气作业前必须通知煤气防护站的人员，并要求至少有2人以上进行作业。在一类煤气作业前还须进行空气中一氧化碳含量的检验，并佩带氧气呼吸器。

(2)在煤气管道上动火时，须先取得动火票，并做好防范措施。

(3)进入容器作业时，应首先检查空气中一氧化碳的浓度，作业时，除要求通风良好外，还要求容器外有专人进行监护。

3．炼铁生产事故的预防措施和技术

炼铁厂煤气中毒事故危害最为严重，死亡人员多，多发生在炉前和检修作业中。预防煤气中毒的主要措施是提高设备的完好率，尽量减少煤气泄漏；在易发生煤气泄漏的场所安装煤气报警器；进行煤气作业时，煤气作业人员佩带便携式煤气报警器，并派专人监护。

炉前还容易发生烫伤事故，主要预防措施是提高装备水平，作业人员要穿戴防护服。原料场、炉前还容易发生车辆伤害和机具伤害事故。

烟煤粉尘制备、喷吹系统，当烟煤的挥发分超过10%时，可发生粉尘爆炸事故。为了预防粉尘爆炸，主要采取控制磨煤机的温度、控制磨煤机和收粉器中空气的氧含量等措施。目前，我国多采用喷吹混合煤的方法来降低挥发分的含量。

发展现状

随着科技手段的进步，现代的高炉炼铁技术已经得到充分的发展。然而从资源、能源及环境的角度看，高炉炼铁系统仍然面临着严峻的压力，烧结、焦化、高炉的能耗及污染不容乐观。