图8 高炉内型结构示意图
高炉内型主要参数包括有效容积、有效高度、炉喉直径和高度、炉身高度、炉腰直径和高度、炉腹高度、炉缸直径和高度、炉身角和炉腹角等。高炉有效容积是表征高炉大小的特征参数，平时所说的高炉大小就是指其有效容积。世界上不同的国家对高炉有效容积的定义也不完全相同。我国之定义为：从炉顶大钟开启下沿（无料钟高炉为从旋转溜槽0°位置下边缘）平面到铁口中心线之间的容积。目前，世界上最大的高炉为日本新日铁公司大分厂的2号高炉，有效容积为5775m，我国最大高炉为首钢唐项目的两座高炉，有效容积为5500m。 4.5 高炉生产原理 4.5.1 高炉内区域特征
高炉内各区域特征见图9所示。
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主要特征：矿石与焦炭呈交替分层分布，固体状态；400-600℃。 主要反应：矿石间接还原。 主要特征：矿石呈软熔状，对煤气阻力大；800-1200℃。 主要反应：发生直接还原、渗碳和焦炭的气化反应。 主要特征：液态铁滴落；1300-1400℃。 主要反应：发生非铁元素还原、脱硫、渗碳及焦炭的气化反应。 主要特征：焦炭作回旋运动；1400-1500℃左右。 主要反应：鼓风中的氧与焦炭、喷吹物发生燃烧反应。 主要特征：渣铁相对静止存于此；1400-1600℃。 主要反应：渣铁进一步接触，脱硫。
图9 高炉内各区域特征
4.5.2 炉料的下降
高炉内炉料的受力情况见图10。
图10 高炉内炉料的受力情况
高炉内炉料的均匀下降是高炉生产稳定顺行的标志。从图10所示可知，炉料下降的前提是风口前焦炭的不断燃烧、炉料熔化、渣铁排放等所释放出空间；下降的基本条件是炉料向下的重力大于向上的摩擦力和气体阻力之和。满足上述两个条件时，炉料顺行，高炉生产正常进行。 4.5.3 炉料的还原
高炉铁氧化物还原反应的平衡曲线见图11。
图11 高炉内铁的各级氧化物与气相间的平衡关系
从图11可看到各级氧化铁与气相的平衡关系。
含铁原料中的铁是以Fe2O3 、Fe3O4、 FeO氧化物的形式存在的。高炉内气氛为还原
气氛，主要的还原剂有焦炭及煤粉中的C、C不完全燃烧产生的CO以及水分解产生的H2等。高炉生产过程就是原料中铁各类氧化物的还原过程。还原顺序为：Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe（低于570℃时，FeO不稳定，还原顺序为：Fe2O3→Fe3O4→Fe）。 高炉内铁氧化物的还原主要有直接还原和间接还原两种形式。
（1）间接还原
铁的氧化物与CO或H2反应生成CO2或H2O的过程称为间接还原，主要发生在高炉中上部的低温区。
主要反应包括：
3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO2 Fe3O4+CO→3FeO+CO2 FeO+CO→Fe+CO2 3Fe2O3+H2→2Fe3O4+H2O Fe3O4+H2→3FeO+H2O FeO+H2→Fe+H2O （2）直接还原
在高炉下部高温区，铁的各级氧化物直接被焦炭或煤粉中的C还原生成CO的过程称 为直接还原。
3Fe2O3+C→2Fe3O4+CO Fe3O4+C→3FeO+CO FeO+C→Fe+CO
在高炉上部的低温区（800℃以下）主要发生间接还原，在高炉下部的高温区（1100℃）主要发生直接还原，800-1100℃区域间接还原与直接还原同时存在。因为直接还原直接消耗大量的C，使高炉能耗升高，所以应努力减少铁氧化物在高炉下部发生还原。 4.6 高炉操作制度
高炉基本操作制度包括：装料制度、送风制度、炉缸热制度和造渣制度。 (1) 装料制度
主要是通过炉料装入顺序、装入方法、料线高度、批重、焦炭负荷、布料方式、布料溜槽倾动角度的变化等调整炉料在炉内的分布，以达到煤气流合理分布的目的。
(2) 送风制度
是根据冶炼条件，选择适宜的风口直径和长度、调整风量、维持较高的风速或鼓风动能，以达到风口活跃和炉缸工作均匀的目的。
(3) 炉缸热制度
主要指炉缸应具有的热量水平。通过上部调剂（装料制度）、下部（喷吹、热风温度）调剂的相互结合，将炉缸温度稳定控制在合理范围内，保证炉缸充足的物理热和温度，达到高炉生产稳定、顺行的目的。
(4) 造渣制度
是根据原燃料条件和对生铁成分的要求，所确定的适宜的炉渣成分。可通过对熔剂添加量的调整，使炉渣碱度稳定在一定范围内，具有良好的流动性和稳定性以及足够的脱硫能
力，满足生铁质量要求。 4.7 高炉生产工艺流程
高炉生产工艺流程见图12所示。
图12高炉生产工艺流程
生产过程简述：储存在矿槽的烧结矿、球团矿、焦炭和熔剂等通过上料设备（料车或皮带等）按照一定顺序和批重运送到高炉顶部上料系统（料钟或无料钟布料器），再按照规定的布料制度和要求布到炉喉料面上。由热风炉来的热风通过风口输送到炉缸，与此处的焦炭和通过风口喷枪喷进炉缸的煤粉进行燃烧，放出热量并生成煤气（CO、CO2、N2、H2等）；煤气上升过程中与炉料进行热交换和还原；焦炭燃烧后在炉缸上部产生空间，加上炉料的重力，使炉料可以均匀、缓慢地下降。在炉料均匀下降过程中，完成与煤气的热交换、逐级还原及熔化、滴落的过程，最终成为液态铁水和炉渣滴落到炉缸中。在炉缸中，铁水与渣充分接触，完成脱硫过程。最后铁水和炉渣按一定的排放制度排放到铁水罐和冲渣池中。装有铁水的铁水罐运送到下一道工序——铁水预处理或转炉。高炉冶炼是连续的、不间断的过程。 4.8 高炉主要经济技术指标和操作参数
高炉主要的经济技术指标包括利用系数、冶炼强度、综合冶炼强度、焦比、喷煤比、燃料比、富氧率、风温等。
（1）利用系数
高炉每立方米有效容积每昼夜(24小时)所生产的铁水量(吨),称为高炉利用系数,单位t/(m·d)。
（2）冶炼强度和综合冶炼强度
高炉每立方米有效容积每昼夜所消耗的焦炭量称为高炉冶炼强度。高炉每立方米有效容积每昼夜所消耗的焦炭量及折合成焦炭后的喷吹煤粉量等燃料的总量。
（3）焦比、喷煤比、燃料比
高炉生产每吨铁所消耗的焦炭量称为焦比；高炉生产每吨铁所消耗的煤粉量称为煤比；高炉生产每吨铁所消耗的焦炭和煤粉等喷吹物的总量称为燃料比。
（4）铁水硅含量。
表征铁水热量的参数主要为铁水物理热（铁水绝对温度）和化学热，铁水化学热充沛
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