徐 宏

（酒钢集团榆中钢铁有限责任公司，甘肃 兰州 730100）

摘 要 ：高炉容易受到生产条件、高炉炉况等因素影响，导致铁水含碳量下降，尤其使用时间长的高炉下降幅度较为显著，现根据榆钢1号高炉实际生产条件，根据冶炼学原理并结合生产积极，找出原因，为下一步改善双高炉炉况提供理论依据。

关键词 ：高炉 ；渗碳 ；炼铁 ；含碳量

高炉炼铁是铁矿石中铁的氧化物被还原成单质铁的过程，即使用焦炭做燃料和还原剂，在高温下将铁矿石（如Fe₂O₃ 、Fe₃O₄ 、Fe₂ SiO₄ 、Fe₃O₄ ·TiO₂ 等）还原为液态生铁，如图1所示。在铁矿石冶炼时，炉料（矿石、熔剂、焦炭）通过装料设备按照一定的比例一定的顺序从炉顶装入高炉内。冶炼时，高温吹氧，热风从下部风口鼓入与焦炭反应生成高温还原性煤气 ；炉料逐渐被熔化并逐渐下降，在下降过程时，铁矿石被加热、还原、熔化、造渣，发生一系列物理化学变化，生成的液态渣、铁聚集于炉缸内，周期地从高炉排出。煤气流上升过程中，温度不断降低，成分逐渐变化，最后形成高炉煤气从炉顶排出。

高炉冶炼的主要产品是生铁。生铁是铁与碳及其它一些元素的合金。通常，生铁含铁94%左右，含碳4%左右。其余为硅、锰、磷、硫等少量元素。一般来说，生铁和钢的化学成分主要差别是含碳量。钢中含碳量最高不超过2.11%。当铸铁中含碳量大于5.0%时，铸铁脆性很大。生铁可分为炼钢生铁、铸造生铁。炼钢生铁供转炉、电炉炼钢使用，约占生铁产量的80-90%。铸造生铁又称为翻砂铁或灰口铁，主要用于生产耐压铸件，约占生铁产量的10%左右。铸造生铁的主要特点是含硅较高，在1.25~4.25%之间。硅在生铁中能促进石墨化，即使化合碳游离成石墨碳，增强铸件的韧性和耐冲击性并易于切削加工。高炉还可生产特殊生铁，如锰铁、硅铁、镜铁（Mn10-25%）、硅镜铁（Si9-13%，Mn18-24%）等，主要用作炼钢脱氧剂和合金化剂。

2 高炉铁中含碳量

碳溶解在固态或液态铁中的过程称。当炉料融化时，在高炉上部已有部分铁矿石逐渐还原成金属铁。随渗碳着温度的不断升高逐渐有更多的铁被还原出来，刚还原出来的铁呈多孔海绵状，称为海绵铁，早期出现的海绵铁成分较纯，这种铁几乎不舍碳，而在后期高炉内形成的生铁(除了硅、锰、磷和硫等元素的渗入或去除外)的主要是经过渗碳，提高其含碳量。炉内渗碳大致可分三个阶段 ：第一阶段，海绵铁的渗碳.在400℃ -600℃时在高炉内的海绵铁发生CO烟碳析反应，固体海绵铁开始发生如下的渗碳过程，2C→CO₂ +[C]，其中一部分碳参与还原反应，一部分碳吸附在海绵铁上进入生铁，即2CO+3Fe=Fe₃C+CO₂ ，当反应

达到平衡时，海绵铁中含碳量可达1.5%，这一阶段的渗碳量占全部渗碳量的l.5%左右。第二阶段，液态铁的渗碳。经初步渗碳的金属铁在1400℃左右时与炽热的焦炭继续进行固相渗碳，开始熔化为铁水，穿过焦炭滴入炉缸。第三阶段，炉缸内的渗碳过程。

炉缸部分只进行少量的渗碳，一般只有0.1%-0.5%。经过以上阶段铁水在向炉缸滴落的过程中，除了渗碳反应外，还有硅、锰、磷进入生铁，脱除硫等有害杂质，形成最终成分的生铁。炉渣对高炉的炉况和生铁的质量有着决定性的影响。要想炼好铁，必须造好渣。但实验表明，未融化的海绵铁含碳量小于1.0%，当其熔化后，在滴落过程中与焦炭等有良好的接触反应条件，渗碳迅速进行 ：3Fe+C=Fe 3 C在炉腰部位含碳量可达2.5%-3.0% ；在滴落带下部达到最大，近乎饱和 ；在风口区又被氧化一部分，在炉缸仍有少量渗碳过程。

铁中的最终含碳量与温度的关系。在Fe-C平衡相图（如图2所示）上1153℃处共晶点饱和碳量为4.3%，随着温度的提高，饱和碳量高。%C=1.3+2.57×10 -3 T,其中T为铁水温度。按照F e -C相图分析如下所示 ：铁碳合金是铁与碳组成的合金，在合金中当碳含量超过固溶体的溶解限度后，剩余的碳以两种存在方式 ：渗碳体Fe 3 C或石墨。凡成分贯穿包晶转变恒温线的铁碳合金（w(C)＝0.09%-0.53%），冷却到1495℃，w(C)＝0.53%的液相与w(C)＝0.09%的δ相发生包晶反应，生成w(C)＝0.17% 的 γ 相 即 奥 氏 体 A。2）共 晶 转 变（1148 ℃），w(C) ＝2.11-6.69%的合金冷却时，在1148℃都发生共晶转变。共晶转变产物共晶体（γ＋Fe 3 C）是奥氏体与渗碳体的机械混合物，称为莱氏体,用符号Ld表示。莱氏体体中，渗碳体是一个连续分布的基体相，奥氏体则呈颗粒状分布在渗碳体基体中。由于渗碳体很脆，所以莱氏体是一种塑性很差的组织。

铁中的最终含碳量与其他元素的关系，碳在铁水中的溶解度还受铁中其他元素的影。由于Mn、Ti、V、Cr等元素也能与C生成化合物并溶于铁，因而提高了碳的溶解度。

反之铁水中的S、P、Si的增加则使Fe3C等碳化物分解，从而使铁水含碳量降低冶炼普通生铁计算式如下 ：

% C = 1 . 3 4 + 2 . × 1 0- 3 T - 0 . 3 5 [ P ] - 0 . 3 [ S i ] -0.54[S]+0.04[Mn]+0.17[Ti]

3 榆钢高炉铁水含碳量低原因分析

高炉铁水成分以1#号高炉9月3日夜班与9月7日夜班铁次为例进行对比 ：

对两日数据指标的对比可以看出 ：（1）高炉铁水温度下降较为明显，这与1#高炉近期炉况转差有一定联系，高炉为提高煤气利用率，采取抑制边缘的装料制度，导致炉内风量减小，风压高，但是煤气利用率未见好转，操作时工长炉温控制相比有所下降，同时风温使用水平下降，致使铁水物理热下降，影响炉内铁水渗碳。（2）由于高炉原料结构有所变化，黑鹰铁矿粉的含Mn量较高，在烧结矿中的配比由原来的15%下调至12%，使高炉入炉料的Mn含量下降，最终导致铁水Mn含量下降影响铁水渗碳。另外铁水中Ti含量下降，S含量整体上升，也是导致铁水含碳量低的原因。（3）由于高炉炉况顺行转差，加之高炉有减风坐料，高炉炉缸活跃度受到影响，这也使得铁水在炉缸渗碳的效果减弱，从而影响铁水渗碳。

通过对高炉铁水含碳量理论分析和1#高炉铁水含碳量实践检验可以得出影响铁水含碳量的主要因素有 ：铁水温度的影响、铁水温度越高，则渗碳越多 ；焦炭用量及其质量 ；铁水中的其他化学元素 ；炉缸的活跃程度。

4 提高高炉铁水含碳量采取的措施

针对以上原因对高炉铁水含碳量低的问题可以采取的应对措施有 ：（1）调整装料制度，改善炉况，提高煤气利用率，降低工长操作难度，控制炉温在合理的范围内 ；并且对高炉送风管道及送风制度进行改造，满足高风温需要 ；提高送风装置质量，使之满足1220℃风温水平要求，使平均风温水平提高达到1190℃，以提高铁水物理热，最终提高铁水含碳量。（2）对高炉制定合理的炉料结构，做好原燃料的合理配置，使高炉入炉料的成分稳定，保证铁水的含碳量稳定。（3）确保炉况长期稳定顺行，减少减风坐料，保证炉缸活跃，提高铁水在炉缸的渗碳效果。