高炉

鼓风炉是一种冶金炉，用于冶炼生产工业金属，通常是生铁，但也包括铅或铜等其他金属。 鼓风是指强制或提供高于大气压的助燃空气。

在高炉中，燃料（焦炭）、矿石和助熔剂（石灰石）从炉顶连续供应，同时热风（有时富氧）通过 一系列称为风口的管道，因此当材料向下落时，整个炉子都会发生化学反应。 最终产品通常是从底部排出的熔融金属和炉渣相，以及从炉顶排出的废气（烟道气）。 矿石的向下流动以及与向上流动的富含一氧化碳的热燃烧气体接触的熔剂是逆流交换和化学反应过程。

相反，空气炉（如反射炉）是自然吸气的，通常是通过烟道中热气体的对流。 根据这个宽泛的定义，炼铁的炼钢厂、锡的吹炼厂和炼铅厂将被归类为鼓风炉。 然而，该术语通常仅限于用于冶炼铁矿石以生产生铁（用于生产商品钢铁的中间材料）的那些，以及与基本金属冶炼中的烧结厂结合使用的竖炉。

高温炉根据化学还原原理运行，一氧化碳将氧化铁转化为元素铁。 高炉与钢化炉和反射炉的不同之处在于，在高炉中，烟气与矿石和铁直接接触，使一氧化碳扩散到矿石中并还原氧化铁。 高炉作为逆流交换过程运行，而钢化炉则不是。 另一个区别是，炼钢厂以批处理方式运行，而高炉则长时间连续运行。 连续操作也是优选的，因为高炉难以启动和停止。 此外，生铁中的碳使熔点低于钢或纯铁的熔点； 相反，铁不会在工厂里熔化。

必须从生铁中去除二氧化硅。 它与氧化钙（烧过的石灰石）发生反应并形成硅酸盐，硅酸盐以炉渣的形式漂浮到熔融生铁的表面。 历史上，为了防止硫污染，质量xxx的铁是用木炭生产的。

向下移动的矿石、熔剂、焦炭或木炭和反应产物柱必须具有足够的孔隙以便烟道气通过。 为确保这种渗透性，焦炭或木炭的粒度非常重要。 因此，焦炭必须足够坚固，才不会被其上方物料的重量压碎。 除了颗粒的物理强度外，焦炭的硫、磷和灰分含量也必须低。

产生铁水的主要化学反应是：

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

该反应可分为多个步骤，首先是吹入炉内的预热空气与焦炭形式的碳发生反应，产生一氧化碳和热量：

2 C(s) + O2(g) → 2 CO(g)

热的一氧化碳是铁矿石的还原剂，与氧化铁反应生成铁水和二氧化碳。 根据熔炉不同部分的温度（底部温度最高），铁会分几步还原。 在顶部，温度通常在 200 °C 和 700 °C 之间，氧化铁部分还原为氧化铁 (II,III) Fe3O4。

3 Fe2O3(s) + CO(g) → 2 Fe3O4(s) + CO2(g)

在 850 °C 的温度下，在炉子的下方，铁 (II,III) 进一步还原为氧化铁 (II)：

Fe3O4(s) + CO(g) → 3 FeO(s) + CO2(g)

当新鲜进料向下进入反应区时，空气中的热二氧化碳、未反应的一氧化碳和氮气向上通过熔炉。 当物料向下移动时，逆流气体既预热进料又将石灰石分解为氧化钙和二氧化碳：

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

分解形成的氧化钙与铁中的各种酸性杂质（尤其是二氧化硅）发生反应，形成铁橄榄石渣，其本质上是硅酸钙，CaSiO_3：

SiO2 + CaO → CaSiO3

当氧化铁 (II) 向下移动到温度较高的区域（最高 1200 °C）时，它会进一步还原为铁金属：

FeO(s) + CO(g) → Fe(s) + CO2(g)

在此过程中形成的二氧化碳被还原为一氧化碳。