8 炉料和煤气运动及其分布

2、炉料下降的速度（平均）
W均

V 24S
式中 V——每昼夜装入高炉的全部炉料体积，m3；
S——炉喉截面积，m2。
或写成
W均

V有有V 24S
'
式中 V有——高炉有效容积，m3；
η有——有效容积积，m3／t。
在一定条件下，利用系数越高，下料速度越快，每吨铁的炉料体积 越大，下料速度也越快。
差和渣量越大时，则P墙摩和P料摩越大，而W有效越小。
应当指出，高炉顺行的基本条件是整个料柱的有效重量大于煤气上
升 不的顺支的撑现力象Δ随P时，都而可且能每在个高局炉部的位某置一，截W面有的效＞某Δ一P。局但部高地炉区生出产现中。炉为料此
操作者须仔细观察分析各个仪表的变化趋势，及时进行调剂。
2、ΔP及其影响因素 （1）ΔP的表达式 P67
（2）沿高炉圆周方向
规律：炉料运动速度不一致
原因：由于热风总管离各风口距离不同，阻力损失则不相同，致使 各风口的进风量相差较大，造成各风口前的下料速度不均匀。另外， 在渣、铁口方位经常排放渣、铁，因此在渣、铁口的上方炉料下降速 度相对较快。
（3）不同高度处炉料的下降速度也不相同
规律：炉身部分由于炉子断面往下逐渐扩大，下料速度变小。到炉 身下部下料速度最小。到炉腹处，由于断面开始收缩，炉料的下降速 度又有增加。
8.2 煤气运动及分布
研究煤气运动，目的是了解煤气的运动性质和控制条件，以改善高炉 的冶炼过程。 一、通过软熔带时的煤气流动
在软熔带是靠焦炭的夹层即焦窗透气，在滴落带和炉缸内是靠焦块之 间的空隙透液和透气。 要求：1、高的高温强度。 的焦焦炭炭的，高其温部强分度碳与及本早身气的化反，应产性生（溶C解＋损C失O2，＝使2C焦O炭）结有构关疏，松反、应易性碎好， 从而降低其高温强度。所以，抑制焦炭的反应性以推迟气化反应进行， 不但改善其高温强度，而且对发展间接还原，抑制直接还原，都是有利 的。
1）风量对ΔP的影响 ΔP∝w 1．8～2．0
降低煤气流速w能明显降低ΔP，煤气流速同煤气量或同鼓风量成正
比。风量又同高炉生产率成正比，这就形成了强化和顺行的矛盾。 问题：是不是考虑到高炉顺行，在生产中我们就不能强化冶炼，采
用大风量了呢？
图8-1 冶炼强度I与料柱全压差ΔP的关系
当冶炼强度达到一定水平后，ΔP几乎不再升高。
3）煤气压力对ΔP的影响 煤气压力升高，煤气体积缩小，煤气流速降低时， ΔP减小，有利于
炉况顺行。同时在保持原ΔP的水平，则允许增加风量以强化冶炼和增
产。这就是当代高炉采用高压操作的优越性。
4）炉料方面对ΔP的影响
首先应提高焦炭和矿石的强度，减少入炉料的粉末。特别要提高矿 石的高温强度，增加其在高温还原状态下抵抗摩擦、挤压、膨胀、热 裂的能力。
它可看作是固体炉料在不熔化状态下在炉内的停留时间。
（2）用料批表示：
生产中常采用由料线平面到达风口平面时的下料批数，作为冶炼 周期的表达方法。如果知道这一料批数，又知每小时下料的批数， 同样可求出下料所需的时间。
V N批 （V矿 V焦）(1 C）
式中 N批——由料线平面到风口平面曲的炉料批数； V——风口以上的工作容积，m3；
3、非正常情况下的炉料运动
（1）炉料的流态化：由于原料的粒度和密度等性质的差异（尤其是当整粒工作 不好时），此时风量大，煤气量过多，则一部分密度小，颗粒也小的料首先变 成悬浮状态，不断运动，进而整个料层均变成流体状态，故称为“流态化”。
实际高炉在风量很大的情况下，产生局部性的或短暂的流态化还是有可能的。
以上说明高炉中心部分的炉料不是静止的，而是运动着，其运动速 度不仅决定于中心部分炉料的熔化和焦炭中碳素消耗于还原反应而产 生的体积收缩的大小，同时还决定于炉缸中心的焦炭，通过炉缸熔池 从燃烧带下方进入燃烧带参加燃烧反应的数量。所谓炉缸中心的“死 料堆”不是静止不动的，只不过运动速度比风口上方的料柱小些而已。
（1）炉型：炉腹角α减小，炉身角β增大，此时炉料与炉墙摩擦阻力 会增大，有效重量W有效则减小，不利于炉料顺行。（P135图）
（2）料柱高度：随着料柱高度增加，有效重量会增加，但是料柱高 度增加到一定程度后，有效重量就不再增加。当料柱逐渐增高时，料 柱的有效重量系数是不断降低的。
（3）炉料的运动状态：运动态的炉料其有效重量都比静止态炉料的 有效重量大。
即
F＝W有效－ΔP
可见，炉料有效重量（W有效）越大，压差ΔP越小，越有利于炉料顺 行。当W有效接近或等于ΔP时，炉料难行或悬料。
注意：F值的大小，对炉料下降的快慢影响并不大。影响下料速度的
因素，主要取决于单位时间内焦炭燃烧的数量，即下料速度与鼓风量
和鼓风中的含氧量成正比。
二、 影响W有效和ΔP的因素 1、影响W有效因素
（2）焦炭中的碳参加直接还原的消耗，占缩小的总体积的11％～ 16％。
（3）固体炉料在下降过程中，小块料不断充填于大块料的间隙以及 受压使其体积收缩,以及矿石熔化，形成液态的渣、铁，引起炉料体积 缩小，可提供30％的空间。
（4）定期从炉内放出渣、铁，空出的空间约15％～20％。 有了空间，炉料就能顺利下降吗？还需要以下条件。
（4）高温区内焦炭运动情况：
主要是指炉芯焦炭的运动。
当渣铁在炉缸内集聚到一定数量后，焦炭柱开始漂浮，这时炉缸中 心部的焦炭一方面受到料柱的压力，一方面又受渣、铁的浮力，使中 心的焦炭经过熔池，从燃烧带下方迂回进入燃烧带，见P87图8-5 高 炉下部炉料运动的模式图。
炉芯焦炭的移动，主要受渣铁的积蓄和排放的影响。在蓄存渣铁期 间，由于液面上升，受浮力作用，沉入炉底的焦炭成为悬浮状。但随 炉缸中未熔化炉料的消耗和渣铁的放出，炉芯焦炭的移动就变得明显； 炉芯部焦炭滞留时间长，其更新周期大约要一周时间。
如炉料粒度相差越大，小块越易堵塞在大块空隙之间，孔隙率ε越小，
为改善料柱透气性，除了筛去粉末和小块外，最好采用分级入炉（如 分成10～25mm和5～10mm两级），达到粒度均匀。
原料做到：“净”（筛除粉末）和“匀”（减少同级原料上、下限 粒度差）。
除此之外，生产中还有很多因素影响ΔP的变化。例如装料制度方面， 发展边缘气流的装料制度有利ΔP降低，但对煤气的利用不利。
其次要改善入炉原料的粒度组成，加强原料的整粒工作。
一般来说，增大原料粒度对改善料层透气性，降低ΔP有利（图8— 2），但当料块直径超过一是数值范围（D＞25mm）后，相对阻力基
本不降低。若小于6mm，相对阻力显著升高，在6～25mm范围，相 对阻力变化不明显，是适于高炉冶炼的矿石的粒度范围。
最后，粒度要均匀。
透气性指数：Q2／ΔP
物理意义：单位压差所允许通过的风量。 透气性指数有一个适宜的波动范围。超过或低于这个范围，说明风 量和透气性不相适应，应及时调整，否则将会引起炉况不顺。所以当 前高炉都装有透气性指数这块仪表，作为操作人员准确判断或处理炉 况的重要依据。
（2）影响ΔP的因素
影响因素可归纳两方面： 一煤气流方面，包括流量、流速、密度、黏度、压力、温度等； 二原料方面，包括孔隙度、透气性、通道的形状和面积以及形状系数等。
3、高炉不同部位处的下料速度
高炉内不同部位，炉料的下料速度是不一样的。下料速度规律：
（1）沿高炉半径
规律：炉料运动速度不相等，紧靠炉墙的地方下料最慢，距炉墙一 定距离处，下料速度最快
原因：这里正是燃烧带的上方，产生很大的自由空间，同时这区域 炉料最松动，有利炉料的下降；此外，由于布料时在距炉墙一定距离 处，矿石量总是相对多些，此处矿石下降到高炉中、下部时，被大量 还原和软化成渣后，炉料的体积收缩比半径上的其他点都要大。
三、炉料运动与冶炼周期 1、高炉下料情况的探测与观察
通过探料尺的变化（探料尺工作曲线P70图8—4 ） 通过观察风口情况：观察各风口前焦炭燃烧的活跃情况，焦块明亮 活跃，表明炉况正常，如不活跃，可能出现难行或悬料。 生产中控制料速的主要方法是：加风量则提高料速，减风量则降低 料速。其次还可通过控制喷吹量来控制料速或用控制炉温来微调料速。
8 炉料和煤气运动及其分布
8.1 炉料运动
一、炉料下降条件及力学分析 1、炉料下降必要条件
炉料下降的必要条件是在高炉内不断存在着的促使炉料下降的自由 空间。形成这一空间的条件是：
（1）焦炭在风口前的燃烧 焦炭占料柱总体积的50％～70％，且有 70％左右的碳在风口前燃烧掉,所以形成较大的自由空间，占缩小的总 体积的35％～40％。
正常生产时，连续作业，前后各批料中焦炭负荷一致，即使存在超越现象， 前后超越结果仍维持原有矿焦结构，影响不明显。但当变料时，对超越问题应 加以注意。如改变铁种时，由于组成新料批的物料不是同时下到炉缸，往往会 得到一些中间产品。为改进操作在生产中摸索出一些经验，如改变铁种时，由 炼钢铁改炼铸造铁，可先提炉温后降碱度；与此相反，由铸造铁改炼炼钢铁时， 则先提碱度后降炉温。这样作的目的就是考虑矿石、熔剂的超越现象所产生的 影响，争取铁种改变时做到一次性过渡到要求的生铁品种。
2、炉料下降的充分条件
炉料能否顺利下降还要受力学因素的支配：
式中
F＝W炉料－P墙摩－P料摩－ΔP F——决定炉料下降的力；
W炉料——炉料在炉内的总重； P墙摩——炉料与炉墙间的摩擦阻力； P料摩——料块相互运动时，颗粒之间的摩擦阻力； ΔP——煤气对炉料的支撑力。
W炉料－P墙摩－P料摩＝W有效 （称为炉料的有效重量）
常遇到的流态化现象如炉尘的吹出。流态化又往往造成煤气管道行程，使正 常作业受到破坏。随着风量加大，炉尘量增加是正常现象，但为了减少炉尘和 消除管道行程，应加强原料的管理和寻求合理的操作制度，采用高压操作和降 低炉顶温度，均可降低煤气流动速度，有助于减少炉尘损失，增加产量。
（2）存在“超越现象”：同时装进高炉的炉料，下降速度快的超过下降速度慢 的现象，即超越现象。