过临界速度，所以煤气速度对炉内矿石还原过程没有影响。相反，由于气流速度过快而煤气利用率变坏，对
高炉冶炼不利。因此，煤气流速必须控制在适当的水平上。
（4）煤气压力。提高煤气压力阻碍碳素溶损反应，使其平衡逆向移动，提高气相中 CO2 消失的温度，这就
相当于扩大了间接还原区，对加快还原过程是有利的。同时，从分子运动论的观点看来，提高煤气压力使气
体密度增大，增加了单位时间内与矿石表面碰撞的还原剂分子数，从而加快还原反应。但是，随着压力的提
高，还原速度并不成比例地增加。这是因为提高压力以后，还原产物 CO2 和 H2O 的吸附能力也随之增加，
阻碍还原剂的扩散，同时，由于碳素溶损反应的平衡逆向移动，气相中的 CO2 浓度增加，更接近 CO 间接还
原的平衡组成，这些对铁氧化物的还原是不利的。因此，提高压力对加快还原的作用是不明显的。提高压力
的主要意义在于降低压差，改善高炉顺行，为强化冶炼提供可能性。
（5）矿石粒度。同一重量的矿石，粒度愈小，与煤气的接触面积愈大，煤气利用率愈高。而对每一个矿粒
来说，表面被还原的金属铁层厚度相同的情况下，粒度愈小，相对还原度愈大。因此，缩小粒度能提高单位
时间内的相对还原度，从而加快矿石的还原速度。另一方面，缩小矿石粒度，缩短了扩散行程和减少了扩散
阻力，从而加快了还原反应。
但是，粒度缩小到一定程度以后，固体内部的扩散阻力愈来愈小，最后由扩散速度范围转入化学反应速度范
围，此时进一步缩小粒度也就不再起加快还原的作用。这一粒度称为临界粒度。高炉条件下的临界粒度约为
3-5mm。另外，粒度过小会恶化料柱透气性，不利于还原反应。比较合适的粒度对大高炉来说是 10-
25mm。
（6）矿石气孔度和矿物组成。气孔度是影响矿石还原性的主要因素之一。气孔度大而分布均匀的矿石还原
性好，因为气孔度大，矿石与煤气接触面积大，同时，也减少了矿石内部的扩散阻力。组成矿石的矿物中，
硅酸铁是影响还原性的主要因素，铁以硅酸铁的形态存在时就难还原。
14
、 生铁生成过程中渗碳反应是如何进行的？
答：生铁的形成过程主要是已还原出来的金属铁溶入其他合金元素和渗碳过程。高炉炉身中的铁矿石
一部分在固体状态下就被还原成了金属铁，叫做海绵铁。取样分析表明，炉身上部出现的海绵铁中已经开始
了渗碳过程。不过低温下出现的固体海绵铁是以的形态存在的，所以它溶解的碳很少，最多可达
0.002％。随着温度超过 736 α
℃ 铁转变为奥氏体，溶解碳的能力大大提高。
CO 分解产生的炭黑（粒度极小的固体碳）非常活泼，它也参加铁氧化物的还原反应，同时与已还原生
成的固体铁发生渗碳反应。CO 的分解在)450-600℃范围内最有利，因此炉身上部就可能按上述反应进行渗
碳过程。不过由于固体状态下接触条件不好和海绵铁本身溶解碳的能力很弱，所以固体金属铁中的含碳量是
很低的。根据高炉解剖资料分析，矿石在高炉内随着温度的升高，由固相区块状带经过半熔融状态的软熔带
进入液相滴落带。矿石进入软熔带以后，矿石还原度可达 70％，出现致密的金属铁和炉渣成分的熔解聚合。
再提高温度达到 1300-1400℃时，含有大量 FeO 的初渣从矿石机体中分离出去，焦炭空隙中形成金属铁的
“
”
冰柱 。此时金属铁仍属固体。温度继续提高至 1400℃
“
”
以上， 冰柱 经炽热焦炭的固相渗碳，熔点降低，
才熔化为金属铁滴，穿过焦炭空隙流入炉缸。由于液体状态下与焦炭的接触条件改善，加快了渗碳过程，生
铁含碳立即增加到 2％以上，到炉腹处的金属铁中已含有 4％左右的碳了，与最终生铁成分中的含碳量相差
不多。总之，生铁的渗碳过程从炉身上部的海绵铁开始，大部分渗碳过程在炉腰和炉腹基本完成，炉缸部分
只进行少量渗碳。因此软熔带的位置和滴落带内焦柱的透液性对渗碳起着重要作用。铁滴在滴落带内走过的
途径越长，在滴落带停留的时间越多，它渗入的碳量越多。
15、高炉内炉渣是怎样形成的？
——
答：高炉造渣过程是伴随着炉料的加热和还原而产生的重要过程
物态变化和物理化学过程。
（1）物态变化。铁矿石在下降过程中，受上升煤气的加热，温度不断升高，其物态也不断改变，使高炉内
形成不同的区域：块状带、软熔带、滴落带和下炉缸的渣铁贮存区。
1）块状带。在这里发生游离水蒸发、结晶水和菱铁矿的分解、矿石的间接还原（还原度可达(30-40％）
等现象。但是矿石仍保持固体状态，脉石中的氧化物与还原出来的低级铁和锰氧化物发生固相反应，形成部
分低熔点化合物，为矿石中脉石成分的软化和熔融创造了条件。
2）软熔带。固相反应生成的低熔点化合物在温度提高和上面料柱重力作用下开始软化和相互黏结，随着温
度继续升高和还原的进行，液相数量增加，最终完全熔融，并以液滴或冰川状向下滴落。这个从软化到熔融
的矿石软熔层与焦炭层间隔地形成了软熔带。一般软熔带的上边界温度在 1100℃左右，而下边界温度在
1400-1500℃。在软熔带内完成矿石由固体转变为液体的变化过程以及金属铁与初渣的分离过程：还原出
的金属铁经部分渗碳而熔点降低，熔化成为液态铁滴，脉石则与低价铁氧化物和锰氧化物等形成液态初渣。
3）滴落带。软熔带以下填满焦炭的区域，在软熔带内熔化成的铁滴和汇集成渣滴或冰川流的初渣滴落入此
带，穿过焦柱而进入炉缸。在此带中铁滴继续完成渗碳和溶入直接还原成元素的 Si 、Mn 、P 、S 等，而
炉渣则由中间渣转向终渣。
4）下炉缸渣铁贮存区。这是从滴落带来的铁和渣积聚的地区，在这里铁滴穿过渣层时和渣层与铁层的交界
面上进行着渣铁反应，最突出的是 Si 氧化和脱硫。
（2）炉渣形成过程。块状带内固相反应形成低熔点化合物是造渣过程的开始，随着温度的升高，低熔点化
合物中呈现少量液相，开始软化黏结，在软熔带内形成初渣，其特点是 FeO 和 MnO 含量高，碱度偏低（相
当于天然矿和酸性氧化球团自身的碱度），成分不均匀。从软熔带滴下后成为中间渣，在穿越滴落带时中间