用高炉冶炼含有铅、锌、铜、砷等元素的共生铁矿石的工艺过程。铅、锌、铜、砷等元素对高炉炼铁都是有害元素，中国南方地区的铁矿石大都含有这些元素中的一种或几种，广东大宝山矿是典型代表。铅、锌在高炉内被还原，虽然基本上不溶于铁水中，但它们在高炉内的行为危害高炉炉衬，降低高炉一代寿命，锌还给高炉造成结瘤危害。铜和砷在高炉内是10017<的还原并溶入铁水，它们影响铁水质量并殃及钢的质量，因此生产中只能通过配矿来降低铜和砷进入生铁的数量。

含铅铁矿的高炉冶炼

在铁矿中铅主要以方铅矿(PbS)和铅黄(PhO)的形态存在，在烧结矿中主要为硅酸铅(PbO•SiO₂及2PbO•SiO₂)。铅在高炉中的走向铅的各种化合物在高炉内易分解还原，其基本反应式为PbO+CO=Pb+CO₂，PbS+Fe=Pb+FeS(或借助CaO的置换作用PbS变为PbO再被CO还原)和2PbO•SiO₂+CO+FeO+2CO=2Pb+2CO₂+CaO•FeO•SiO₂。在炉身中部900～1000℃温度区还原完毕，熔滴至高炉下部高温区时一部分铅液穿过渣铁层沉积于炉缸底部，一部分气化，气态铅绝大部分随煤气流上升，少量从渣铁口排出。沉积于炉缸底部的铅液渗入炉底砌体砖缝、气孔甚至基墩以下。炉缸内有铅液积存时，则在出铁过程中随渣铁排出挥发气化，有时铁口泥芯周边可见铅液渗出滴集铁口前。而随气流上升的气态铅遇H₂O和CO₂转化为氧化铅。氧化铅和金属铅部分粘附于炉尘上随煤气逸出，部分粘附于料块上随之下降形成循环富集，部分渗入炉衬、冷却壁填缝、风渣口各缝隙，有时冷凝的铅液会从炉壳开口、缝隙或裂纹处流出。有的凝结于炉衬内表面。

铅对高炉的危害 

渗入炉底砌体的铅液随温度升高体积膨胀产生巨大破坏力，会导致砖层浮动甚至整个炉底砌体毁坏以及炉壳开裂穿漏等事故。当炉缸铅液积存过多时则引起炉前工作失常，如铁口、主沟难以维护，堵死撇渣器酿成跑铁事故等，而随渣铁排出的铅污染炉前环境导致人体铅中毒。渗入炉衬的铅对炉衬起破坏作用，有锌和碱金属共存时尤甚，是形成炉壳爆裂的因素之一。氧化铅与其他组分组成的低熔点化合物或共晶体粘附于炉料上，降低其软熔温度影响料柱透气性，粘结在炉墙上促使形成炉瘤影响高炉正常生产。煤气中的铅尘使煤气洗涤水含铅超标，污染环境。

铅害的防止

首先应按高炉对入炉铁矿含铅要求配矿。在一般烧结生产实践中铅被部分脱除，随配碳和碱度的提高而增减。对含铅铁矿脱铅的试验研究如氯化焙烧和氯化烧结以及回转窑直接还原等虽有较好效果，但因经济环保等问题尚未能实际应用。其次采用炉底排铅技术。中国于1975年在湖南玛瑙山锰矿5m³试验高炉试验成功后广泛应用于中小高炉。1991年8月水城钢铁公司1200m。高压高炉开始采用排铅措施，操作顺利。排铅炉底排铅层采用高铝砖砌筑，排铅沟槽设在炉温600℃水平处，排铅炉底结构示意于图。采用炉底排铅技术的高炉炉底侵蚀缓慢、寿命延长、基本解决了炉前铅污染，多数高炉炉前空气铅浓度达标。一般排铅量占入炉铅量的60％～70％，在炉况顺行炉顶温度较低情况下回收率可进一步提高，当炉顶温度超过400℃或炉缸堆积时排铅量显著降低。

含锌铁矿的高炉冶炼 锌在铁矿中主要为红锌矿(ZnO)和闪锌矿(ZnS)，在烧结矿中主要为铁酸锌(ZnO)•Fe₂O₃或(Zn、Fe)O•Fe₂O₃)。

锌在高炉内的走向与循环

锌的各种化合物皆难以还原，还原反应在>900℃时才能明显进行：先是硫化锌氧化为氧化锌，铁酸锌分解出氧化锌，然后被CO、C、Fe等还原。其基本反应式为ZnO+CO=Zn+CO₂，ZnO+C=Zn+CO。锌的沸点低(906.97℃)还原后即气化挥发随煤气流上升。其中大部分被氧化成氧化锌微粒作为锌尘被煤气带走，进入炉尘及煤气洗涤水。一部分冷凝粘结在上升管、炉喉及炉身上部砖衬以及大钟内表面，氧化形成锌瘤，它的氧化锌含量在60％以上。还有一部分凝结和沉积在料块表面和炉料孔隙中随之下降形成锌的循环。有部分锌随渣、铁排出炉外，在锌瘤和含锌渣皮滑落入炉缸时，排出量会增加。某厂高炉的锌平衡为炉尘中21.8％，煤气洗涤污泥中45.1％，生铁带走15.2％，炉渣带走5.4％，炉衬和渣皮中12.4％。

锌的危害

炉喉锌瘤破坏炉料和气流分布，滑落时会引起风口灌渣和烧毁，使炉况失常。上升管锌瘤和下降管锌尘沉积堵塞煤气通道，使炉顶压力异常，严重时大钟难以打开并使煤气管道结构受损。大钟内表面锌瘤过重时会引起大钟自动开启事故。渗入炉衬砌缝和孔隙中的锌沉积、氧化和体积膨胀，使炉衬受到破坏甚至炉壳开裂。锌在炉内的循环富集使炉内炉料含锌高于入炉料多倍，导致料柱透气性变坏，炉况周期不顺和焦比升高。

锌害预防与处理

首先要减少入炉锌量，一般认为入炉炉料含锌量应<0.05％～0.01％。氯化烧结脱锌率可达80％，但氯气处理和设备腐蚀等问题难以解决。一般烧结过程可部分脱锌随烧结碱度和配炭量增加而提高。当前主要是通过配矿限制锌的入炉量。其次在操作中要稳定炉况、避免炉温剧烈波动，禁止长期低料线作业，保证煤气流合理分布，防止边缘气流过盛和保持较低的炉顶温度(<300℃)，均有利于减缓和消除上升管结瘤。必要时炸除已在上升管、炉喉及炉身上部结下的硬质锌’瘤。此外，提高铁矿石的软熔温度有助于提高低温下锌的还原程度，减少锌循环区的锌量，增加锌从炉顶的排出量，从而有利于炉况顺行和焦比降低。中国某试验高炉试炼高锌铁矿(含锌4.0％左右)，在结，瘤区采用无内衬结构，延长了结瘤周期缩短了处理炉瘤的时间。炉顶设特殊除锌尘设备，基本解决了煤气管道系统的严重堵塞问题。

含铜铁矿的高炉冶炼 

铜在铁矿中主要以氧化铜(Cu₂O)和少量硫化铜(Cu₂S)形态存在，在高炉内易还原并全部进入生铁，其基本反应式为Cu₂O+CO=2Cu+CO₂。冶炼含铜铁矿在高炉操作上无困难，但稍不利于脱硫并随生铁含铜升高产量降低，焦比升高。

铜可提高铸造生铁的耐磨性、强度、硬度、耐蚀性和铸件断面的均匀性。使用含铜生铁炼钢时，铜存留于钢中并有所富集。钢中含铜<0.2％时可增加钢材的抗蚀性和改善其机械性能，但当Cu>0.3％时会降低其焊接性能并有热脆现象，加工中产生网状裂纹故钢含铜量一般以0.3％为界，某些钢种对含铜量有更严格限制，需通过选矿和配矿控制入炉料的含铜量，从而控制生铁和钢的含铜量。

在一般烧结过程中仅有少量被还原出来的铜冷凝成微粒状随废气排出，量微被视为不能脱除。含铜铁矿的氯化焙烧和湿法堆浸以及铁水脱铜的试验研究，虽取得了较好的脱铜效果，但因某些技术、环保和经济问题尚不能实用。

含砷铁矿的高炉冶炼 砷在铁矿和烧结矿中分别主要以臭葱石(FeAsO₄•2H₂O)、砷硫化铁(FeAsS和FeAsS₂)和砷酸钙(caO•As₂O₅和CaO•As₂O₃)形态存在。在高炉内易分解还原，绝大部分以Fe₃As形态进入生铁，少部分被高价铁(锰)的氧化物氧化为As₂O₃随煤气排出，微量进入渣中。生铁中的砷在炼钢时全部进入钢中，增加钢的脆性，钢含砷>0.1％时对焊接性能有不良影响，>0.3％时钢的冲击韧性显著降低。世界许多国家对钢铁脱砷有多种研究，但皆无实用价值。铁矿脱砷的试验研究主要有焙烧脱砷和烧结脱砷，各有氧化、氯化和还原三种，脱砷率皆较高，但因工艺流程长，设备投资大，经济上不合理以及环保等问题在工业上少有采用。中国使用含砷铁矿的高炉的主要对策是一方面从配矿控制入炉砷量以满足钢材质量的要求，另一方面采用高碱度烧结矿抑制砷的挥发防止砷污染以满足环保要求。