现代冶金工艺学
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、炉缸反应
1.3 关于回旋区的理论
Ø 高炉每个风口前实际都存在着一个燃烧 带，即回旋区空腔加周围疏松焦炭的中 间层。燃烧带里是氧化性气氛。
Ø 软熔带滴下的铁水，已还原的元素又有 部分被再氧化；到炉缸还原。只是热量 转移，对热平衡无影响。
Ø 实践中以CO2降低到1～2％的位置确定燃 烧带尺寸。
13
4.1 高炉下部调剂
4
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.2 炉缸内气氛 v 高炉内绝大部分区域焦炭过剩，是有大量CO的还原性气氛中； v 只有风口前是氧化性气氛。原因：高温热风存在着源自文库量的氧。 v 碳素燃烧反应:
碳过剩，不完全燃烧：2C + O2 = 2CO 氧过剩，完全燃烧： C + O2 = CO2
燃烧反应在气－固界面上进行
Ø 焦炭少部分消耗于直接还原和生铁渗透，大部分风口前燃烧； Ø 喷吹燃料基本上在风口前燃烧。
v 首先，提供高炉冶炼所需热能和化学能的源泉。
Ø 燃 料 在 风 口 前 燃 烧 放 出 大 量 热 ， 并 产 生 高 温 还 原 性 气 体 （ CO、 H2），保证了炉料加热、分解、还原、熔化、造渣等过程。
11
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.3 关于回旋区的理论
Ø 1963年，靳树梁等通过实验，提出了回 旋区袋式效应的概念，认为风口前的运 动不是循环，而是回旋；回旋区是一个 口袋形。
Ø 日本、苏联学者通过数模和内窥探测仪 研究表明，回旋区是椭圆形；回旋区焦 炭在回旋燃烧。
12
4.1 高炉下部调剂
H2O + C = CO + H2
7
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.2 炉缸内气氛
Ø 增加鼓风湿度，煤气中H2、CO增 加，N2相对减少；
Ø 喷吹燃料，H2量显著增加，CO、N2 相对降低；
Ø 富氧鼓风，N2减少，CO相对增 加。
8
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.3 炉缸燃烧反应过程
Ø 通过测量风口区成分、温度、压力的变 化和渣、铁成分等进行。
Ø 回旋区外围是厚约200～300mm的中间 层。回旋区边缘焦炭不断被气流消耗， 从中间层里得到补充，外围焦炭进入中 间层。
10
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.3 关于回旋区的理论
Ø 1955年，出现循环区物理模型，认为是 由于强大鼓风形成的球形空间，位于风 口轴线上。焦炭随气流强烈循环运动。
Ø 1959年，我国高炉炉缸取样，取样管可 一直插到炉缸中心，证明炉缸中心被吹 透。炉况不顺时，只能插到回旋区和燃 烧带边缘，说明中心有紧密的料柱存 在。
Ø 风口前沿炉缸半径的不同位置，燃烧条 件不同，生成的煤气成分各异；
Ø CO2迅速升高达到最大值，然后降低。高 炉内温度最高的燃烧焦点。
Ø 在燃烧带边缘，CO接近理论值34.7％，
9
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.3 炉缸燃烧反应过程
Ø 现代强化高炉上，鼓风>100m/s速度从 喷射入高炉，风口前形成近似球形的空 间区域，焦块随气流激烈回旋运动。回 旋区（raceway）。
燃烧带及其控制原理是高炉下部调剂的理论基础！
Ø 影响因素：鼓风能量、燃烧反应速度和料柱分布。
2.1 鼓风动能
Ø 鼓风克服风口区的各种阻力向炉缸中心穿透的能力。 Ø 实践和理论证明：鼓风动能同燃烧带长度基本成直线关系。
• 鼓风质量，鼓风速度； • 鼓风量，风口数目，单风口截面积，风温，风压。
16
4.1 高炉下部调剂
5
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.2 炉缸内气氛
氧过剩，完全燃烧 C + O2 = CO2
风口
碳过剩，不完全燃烧
2C + O2 = 2CO CO2 + C= 2CO
6
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.2 炉缸内气氛
高炉炉缸煤气成分：
u完全干风鼓风：CO+N2；理论煤气 成分：CO 34.7%,N2 65.3%; u鼓风带入一定水分（喷吹燃料挥发 分）：含有一定量H2。
二、下部调剂的理论基础
2.1 鼓风动能
1. 风量 E∝V。风量增加，鼓风动能显著增加，回旋区和燃烧带扩 大，向中心延伸；燃烧反应空间在各方向都扩大。
2. 风温 E∝T2。提高风温，鼓风体积膨胀，动能增加，燃烧带扩 大。但风温升高，燃烧只需较小反应空间。通常认为风温的影响不 明显，具体看机械和化学因素的变化情况。
3
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.1 重要性 v 燃料燃烧是高炉炉料下降的前题。
Ø 焦炭等燃料燃烧和炉料熔化，为炉料下降创造了了空间； Ø 风口前燃料燃烧得是否均匀有效，对炉料和煤气运动具有重大影响。
v 除燃料燃烧外，包括直接还原、渗碳、渣铁间脱硫等尚未完成的 反应，都在炉缸内完成，最终形成生铁和炉渣，自炉缸内排出。
14
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.4 对煤气流分布的影响
Ø 燃烧带向炉缸中心伸长，可发
展中心气流，炉缸中心温度升
高；缩短而向两侧扩展，可发
展边缘气流，炉缸周围温度升
高。
Ø 大型高炉炉缸直径大，要发
展、吹透中心,否则易中心堆
积控。制燃烧带对高炉冶炼具有重要意义。
15
4.1 高炉下部调剂
二、下部调剂的理论基础
冶金工程专业课
现代冶金工艺学
钢铁冶金 —炼铁
负责：朱苗勇 主讲：魏 国 东北大学钢铁冶金研究所
2013-08
第四章 高炉炼铁基础理论
31
高炉下部调剂
2
高炉上部调剂
3 高炉能量平衡分析（自学）
1
高炉生产流程
燃烧带 渣铁盛聚带
钢铁生产工艺－高炉流程
2
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.1 重要性 v 对高炉冶炼过程极为重要：
3. 风压 E∝1/P2。高压操作时，风压升高，鼓风体积压缩，密度增 大，风速降低故动能减小。若风压升高由增加风量所引起，则E增 加，E∝V。
17
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.4 对煤气流分布的影响
Ø 燃烧带是高炉煤气的发源地。其大小和分布决定着炉缸煤气的初始分 布，在很大程度上决定煤气在炉内的二次（软熔带）和三次分布（炉 喉）。
Ø 一定冶炼条件下扩大燃烧带，可使炉缸截面煤气分布均匀，较多煤气到 达炉缸中心和相邻风口之间，有利于炉缸工作均匀。
Ø 燃烧带过长，炉缸中心气流过分发展，中心“过吹”；若燃烧带过短而 向两侧发展，造成中心堆积，边缘气流过分发展。煤气不能充分利用， 后者还会过分冲刷炉衬，不利于高炉长寿。
1.3 关于回旋区的理论
Ø 高炉每个风口前实际都存在着一个燃烧 带，即回旋区空腔加周围疏松焦炭的中 间层。燃烧带里是氧化性气氛。
Ø 软熔带滴下的铁水，已还原的元素又有 部分被再氧化；到炉缸还原。只是热量 转移，对热平衡无影响。
Ø 实践中以CO2降低到1～2％的位置确定燃 烧带尺寸。
13
4.1 高炉下部调剂
4
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.2 炉缸内气氛 v 高炉内绝大部分区域焦炭过剩，是有大量CO的还原性气氛中； v 只有风口前是氧化性气氛。原因：高温热风存在着源自文库量的氧。 v 碳素燃烧反应:
碳过剩，不完全燃烧：2C + O2 = 2CO 氧过剩，完全燃烧： C + O2 = CO2
燃烧反应在气－固界面上进行
Ø 焦炭少部分消耗于直接还原和生铁渗透，大部分风口前燃烧； Ø 喷吹燃料基本上在风口前燃烧。
v 首先，提供高炉冶炼所需热能和化学能的源泉。
Ø 燃 料 在 风 口 前 燃 烧 放 出 大 量 热 ， 并 产 生 高 温 还 原 性 气 体 （ CO、 H2），保证了炉料加热、分解、还原、熔化、造渣等过程。
11
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.3 关于回旋区的理论
Ø 1963年，靳树梁等通过实验，提出了回 旋区袋式效应的概念，认为风口前的运 动不是循环，而是回旋；回旋区是一个 口袋形。
Ø 日本、苏联学者通过数模和内窥探测仪 研究表明，回旋区是椭圆形；回旋区焦 炭在回旋燃烧。
12
4.1 高炉下部调剂
H2O + C = CO + H2
7
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.2 炉缸内气氛
Ø 增加鼓风湿度，煤气中H2、CO增 加，N2相对减少；
Ø 喷吹燃料，H2量显著增加，CO、N2 相对降低；
Ø 富氧鼓风，N2减少，CO相对增 加。
8
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.3 炉缸燃烧反应过程
Ø 通过测量风口区成分、温度、压力的变 化和渣、铁成分等进行。
Ø 回旋区外围是厚约200～300mm的中间 层。回旋区边缘焦炭不断被气流消耗， 从中间层里得到补充，外围焦炭进入中 间层。
10
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.3 关于回旋区的理论
Ø 1955年，出现循环区物理模型，认为是 由于强大鼓风形成的球形空间，位于风 口轴线上。焦炭随气流强烈循环运动。
Ø 1959年，我国高炉炉缸取样，取样管可 一直插到炉缸中心，证明炉缸中心被吹 透。炉况不顺时，只能插到回旋区和燃 烧带边缘，说明中心有紧密的料柱存 在。
Ø 风口前沿炉缸半径的不同位置，燃烧条 件不同，生成的煤气成分各异；
Ø CO2迅速升高达到最大值，然后降低。高 炉内温度最高的燃烧焦点。
Ø 在燃烧带边缘，CO接近理论值34.7％，
9
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.3 炉缸燃烧反应过程
Ø 现代强化高炉上，鼓风>100m/s速度从 喷射入高炉，风口前形成近似球形的空 间区域，焦块随气流激烈回旋运动。回 旋区（raceway）。
燃烧带及其控制原理是高炉下部调剂的理论基础！
Ø 影响因素：鼓风能量、燃烧反应速度和料柱分布。
2.1 鼓风动能
Ø 鼓风克服风口区的各种阻力向炉缸中心穿透的能力。 Ø 实践和理论证明：鼓风动能同燃烧带长度基本成直线关系。
• 鼓风质量，鼓风速度； • 鼓风量，风口数目，单风口截面积，风温，风压。
16
4.1 高炉下部调剂
5
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.2 炉缸内气氛
氧过剩，完全燃烧 C + O2 = CO2
风口
碳过剩，不完全燃烧
2C + O2 = 2CO CO2 + C= 2CO
6
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.2 炉缸内气氛
高炉炉缸煤气成分：
u完全干风鼓风：CO+N2；理论煤气 成分：CO 34.7%,N2 65.3%; u鼓风带入一定水分（喷吹燃料挥发 分）：含有一定量H2。
二、下部调剂的理论基础
2.1 鼓风动能
1. 风量 E∝V。风量增加，鼓风动能显著增加，回旋区和燃烧带扩 大，向中心延伸；燃烧反应空间在各方向都扩大。
2. 风温 E∝T2。提高风温，鼓风体积膨胀，动能增加，燃烧带扩 大。但风温升高，燃烧只需较小反应空间。通常认为风温的影响不 明显，具体看机械和化学因素的变化情况。
3
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.1 重要性 v 燃料燃烧是高炉炉料下降的前题。
Ø 焦炭等燃料燃烧和炉料熔化，为炉料下降创造了了空间； Ø 风口前燃料燃烧得是否均匀有效，对炉料和煤气运动具有重大影响。
v 除燃料燃烧外，包括直接还原、渗碳、渣铁间脱硫等尚未完成的 反应，都在炉缸内完成，最终形成生铁和炉渣，自炉缸内排出。
14
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.4 对煤气流分布的影响
Ø 燃烧带向炉缸中心伸长，可发
展中心气流，炉缸中心温度升
高；缩短而向两侧扩展，可发
展边缘气流，炉缸周围温度升
高。
Ø 大型高炉炉缸直径大，要发
展、吹透中心,否则易中心堆
积控。制燃烧带对高炉冶炼具有重要意义。
15
4.1 高炉下部调剂
二、下部调剂的理论基础
冶金工程专业课
现代冶金工艺学
钢铁冶金 —炼铁
负责：朱苗勇 主讲：魏 国 东北大学钢铁冶金研究所
2013-08
第四章 高炉炼铁基础理论
31
高炉下部调剂
2
高炉上部调剂
3 高炉能量平衡分析（自学）
1
高炉生产流程
燃烧带 渣铁盛聚带
钢铁生产工艺－高炉流程
2
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.1 重要性 v 对高炉冶炼过程极为重要：
3. 风压 E∝1/P2。高压操作时，风压升高，鼓风体积压缩，密度增 大，风速降低故动能减小。若风压升高由增加风量所引起，则E增 加，E∝V。
17
4.1 高炉下部调剂
一、炉缸反应
1.4 对煤气流分布的影响
Ø 燃烧带是高炉煤气的发源地。其大小和分布决定着炉缸煤气的初始分 布，在很大程度上决定煤气在炉内的二次（软熔带）和三次分布（炉 喉）。
Ø 一定冶炼条件下扩大燃烧带，可使炉缸截面煤气分布均匀，较多煤气到 达炉缸中心和相邻风口之间，有利于炉缸工作均匀。
Ø 燃烧带过长，炉缸中心气流过分发展，中心“过吹”；若燃烧带过短而 向两侧发展，造成中心堆积，边缘气流过分发展。煤气不能充分利用， 后者还会过分冲刷炉衬，不利于高炉长寿。