噴火器工藝工程和化學

A 高爐 是一種用於冶煉和生產工業金屬的冶金爐，通常是生鐵，也是其他金屬，例如鉛或銅。種類是在大氣壓之上的燃燒空氣。在爆炸爐中，燃料（焦炭），礦石和通量（石灰石）是從爐子頂部連續提供的，而熱空氣（有時富含氧氣）則通過一系列稱為Tuyeres的管，以便作為作為材料下降，化學反應在整個爐子中發生，最終產物通常是熔融的金屬和爐渣相，從底部退出，而廢氣（煙氣氣）則脫離了爐子頂部。

礦石的向下流量的通量以及與熱富含富含共燃燒氣體的向上流的接觸是一種反電交換和化學反應過程。相比之下，通常通過煙道中的熱氣體對流來自然吸氣空氣爐（例如收晶爐）。在這個廣泛的定義下，製造鋼鐵工廠，錫罐轉換植物和鉛冶煉植物將被歸類為爆炸爐。但是，該術語通常僅限於用於生產鐵礦石以生產生鐵（用於生產商品鋼的中間材料）的術語，以及與基金金屬冶煉中的燒結植物一起使用的軸熔爐。據估計，在1900年至2015年之間，爆炸爐佔全球溫室氣體排放的4％以上，但很難脫碳

過程工程和化學

爆炸爐以化學還原原理運行，一氧化碳將氧化鐵轉化為元素鐵。爆炸爐不同於爆炸爐中的粗爐和收音機的爐子，煙氣氣體與礦石和鐵直接接觸，從而使一氧化碳可以擴散到礦石中並減少氧化鐵。吹爐作為逆流交換過程，同時恢復活力爐沒有。另一個區別是，鋼材製造植物以批處理模式運行，而爆炸爐長時間連續運行。連續操作也是優選的，因為爆炸爐難以啟動和停止。此外，用碳中的碳使熔點使熔點更低比鋼或純鐵；相反，鐵不會在工廠融化。必須從生鐵中取出二氧化矽。它與氧化鈣（燃燒的石灰石）反應並形成矽酸鹽，將矽酸鹽漂浮到熔融的生鐵作為爐渣的表面。從歷史上看，最優質的鐵是使用木炭生產的，以防止硫污染。礦石，通量，焦炭或木炭和反應產品的向下移動柱必須具有足夠的孔隙率以使煙氣通過。為了確保這種滲透性，可樂或木炭的粒徑非常重要。因此，可樂必須很強。足以不被其上方的材料的重量壓碎。在顆粒的物理強度外，焦炭還必須低於硫，磷和灰分。

產生熔融鐵的主要化學反應是：

鐵₂O₃ + 3CO→2FE + 3CO₂

該反應可能被分為多個步驟，首先是將預熱的空氣吹入爐子中，以可樂的形式與碳反應，產生一氧化碳和熱量：

2 c_（S） + o_2（g） →2 Co_（G）

熱碳一氧化碳是鐵礦石的還原劑，並與氧化鐵反應產生熔融的鐵和二氧化碳。在爐子的不同部位的溫度下（底部最溫暖）在幾個步驟中減少了鐵的溫度（最溫暖）在頂部，溫度通常在200°C和700°C之間，將氧化鐵部分降低至鐵（II，III），Fe₃O₄.

3 fe₂O_3（s） + CO_（G） →2 Fe₃O_4（s） + CO_2（g）

溫度為850°C，在爐中向下，鐵（II，III）進一步降低至鐵（II）氧化物：

鐵₃O_4（s） + CO_（G） →3 Feo_（S） + CO_2（g）

熱二氧化碳，未反應的一氧化碳和空氣中的氮穿過爐子，新鮮的進料材料向下流入反應區。隨著材料向下行駛，反電流氣體既預熱飼料電荷，又將石灰石分解為氧化鈣和二氧化碳：

caco_3（s） →CAO_（S） + CO_2（g）

分解形成的氧化鈣與鐵（尤其是二氧化矽）中的各種酸性雜質反應，形成一個基本上是矽酸鈣的fayalitic礦渣，Casio ₃:

Sio₂ + CAO→CASIO₃

隨著鐵（II）氧化物以較高的溫度向下移動到該區域，範圍高達1200°C，將其進一步降低到鐵金屬：

feo_（S） + CO_（G） →Fe_（S） + CO_2（g）

在此過程中形成的二氧化碳通過可樂將碳一氧化碳重新還原為一氧化碳：

C_（S） + CO_2（g） →2 Co_（G）

控制爐中氣體氣氛的溫度依賴性平衡稱為boudouard反應：

2co⇌Co₂ + C.

在爆炸爐中生產的“生鐵”的碳含量相對較高，約為4-5％，並且通常含有太多的硫，使其非常脆，並具有有限的立即商業用途。 。進一步加工了在爆炸爐中生產的大多數生鐵鐵，以減少碳和硫含量，並生產各種用於建築材料，汽車，船隻和機械的鋼等級。硫化通常發生在將熔融鋼運輸到鋼廠期間。通過添加氧化鈣與含鐵中的硫化鐵反應，形成硫化鈣（稱為石灰脫硫鈣）。在進一步的過程步驟，即所謂的鹼性氧氣製造中，碳被氧化氧化，將碳氧化氧化生鐵形成粗鋼。儘管爆炸爐的效率一直在發展，但爆炸爐中的化學過程仍然相同。爆炸爐最大的缺點之一是不可避免的二氧化碳生產，因為鐵從碳氧化鐵降低了，截至2016年起，沒有經濟的替代品製造是世界上最大的二氧化碳發射工業之一（請參閱Greenhouse Gases）研究幾種替代方法，例如塑料廢物，生物量或氫作為還原劑，可以顯著降低碳排放。

一項名為ULCOS（Ultra Low CO2鋼製造）的歐洲倡議正在解決高爐溫室氣體排放所帶來的挑戰。已經提出並深入研究了幾個新工藝途徑，以減少至少50％的特定排放（每噸鋼二氧化碳）。有些人依靠二氧化碳捕獲和進一步的存儲（CC），而另一些則選擇通過改用氫，電和生物量來脫碳化鋼的生產。這項技術將CCS納入爆炸爐工藝本身，並被稱為Top Pas Recessige Blast Furnace正在開發並擴展到商業規模的爆炸爐。