第五章高炉炉料和 煤气运动(全)

第五章高炉炉料和煤气运动

高炉冶炼各过程都是在炉料和煤气相向运动、互相接触的过程中进行的。没有炉料和煤气的相向运动，其它过程就停止。没有炉料和煤气的接触，传热和传质等过程就不能顺利进行。

煤气上升与炉料下降，双方互为阻力，彼此依赖，互为消长。下降的炉料是上升煤气的阻力，而上升的煤气是下降炉料的阻力。这个矛盾贯穿于高炉冶炼全过程，支配着其它矛盾。生产实践证明，改善料柱透气性，保证煤气流合理分布，使炉料顺利下降，是矛盾统一的关键，也是保证高炉顺行，获得高产、优质、低耗的前提。

第一节炉料下降的条件及力学分析

对固体炉料下降的基本要求：

1、能够被上升煤气充分加热和还原；

2、均匀下降；

3、有利于煤气流合理分布

一、炉料下降的条件

基本条件：高炉下部能不断提供使其炉料下降的空间。

产生空间的原因：

1、风口前焦炭燃烧；

2、直接还原、渗碳消耗固体碳；

3、矿石熔化、炉料下降过程中小块料填充到大块料之间引起的体积收缩；

4、定期排放渣铁。

二、炉料下降受力分析

炉料下降空间只是炉料下降的必要条件，炉料能否顺利下降，还取决于力学条件。

使炉料下降的力是其本身重力（W

料

）；

阻止炉料下降的力有：

1、炉墙对炉料以及料块之间的摩擦力（P

摩

）；

2、上升煤气对炉料的阻力（P

气

）；

3、炉缸液态渣铁对炉料的浮力（P

液

）。

因此，炉料下降的有效作用力（P）：

P=W

料—P

摩

—P

液

—P

气

=P

有效—P

气

P

有效= W

料

—P

摩

—P

液

，炉料有效重量。

从上面可看出，只有P>0,即P 有效>P 气，炉料才能顺利下降，才能保证冶炼顺利进行。

若P ≤0，即P 有效≤P 气，炉料不能顺利下降，炉料将被煤气托起，造成悬料或被流化。

由此可见，要是炉料顺利下降，必须是 P>0,即P 有效>P 气，这要从二方面着手：一是增大P

有效，二是降低P 气。

增加P 有效；

1、增加W 料，即提高焦炭负荷，增加炉料堆比重；

2、减小P 摩，可适当减小炉身角β，增大炉腹角α，适当发展边缘气流，以及保证

炉墙光滑等。

3、减小P 液， P 液随渣铁排放而周期性变化。现代大型高炉采用多铁口轮流出铁，作

到渣铁常流，有利炉料均匀下降。

在一定冶炼条件下（即原料、炉型以及操作制度等），P 有效变化不大，因此，增加P

主要是降低P 气。

P 气：是由于高压、高速的煤气流强行通过料柱而产生的压力损失，其值大小可用煤

气通过料柱的总压差△P 来表示：

△P =P 热—P 顶

P 热、P 顶—分别表示热风压力和炉顶煤气压力。

第二节 高炉料柱压差（ △P ）及其降低方向

一、料柱压差（ △P ）表达式

料柱压差（ △P ），即料层对煤气的阻力通常用Ergun 方程来表示：

上式中，H —料柱高度，m ； u —空炉速度，m/s ；

ε—料柱空隙率； φ—修正系数；

d P —颗粒当量直径，m 。

二、影响料柱压差（ △P ）的因素及降低方向

上式是在散料层固定床中实验得到的，不能用于高炉的定量计算，但可用来定性分析各种因素对料柱压差（ △P ）的影响。

由公式可见，料柱压差（ △P ）主要取决于气流速度和料柱透气性（ε）。降低煤气流速，改善料柱透气性，是降低△P ，改善高炉顺行的主要途径。

三、煤气流速与△P 讨论

3

2)1(75.1εερp d u H P Φ-=∆

根据Eergun公式，△P∞u2，△P随煤气流速增加而迅速增加。因此，曾有人担心提高冶炼强度，会因流速增加，△P迅速升高而破坏高炉顺行。其实，这是一种静止的观点。高炉实践证明，△P与u大致呈一次方的关系（见图）。

从图可以看出，随着冶炼强度的提高，

△P开始直线增加，当冶炼强度达到一定水平后，

△P几乎不再增加。

这是因为高炉炉料处于不断的运动状态，

随着冶强的提高，风量加大，燃烧带扩大，

下料加快，炉料处于松动状态，导致料柱

空隙率（ε）增加的结果。

那么，冶强提高到一定程度后，△P不再升高，是否就可以任意提高冶炼强度？

若冶炼强度（I）过高，风量过大，超过料柱透气性允许的程度，便会引起煤气流分布失常，形成局部过吹的现象，导致炉况恶化以及大量煤气能得不到利用。因此，不是冶炼强度越高越好。

不过，只要风量的增加能与料柱透气性相适应，保持较高的冶炼强度操作，而能耗又不升高是完全可能的。

第三节改善料柱透气性

一、料柱透气性指数（ξ）

料柱透气性指数（ξ）是用来表示高炉透气性好坏的重要指标。

ξ=V风/△P

上式中，V风—高炉入炉风量，m3/min；

△P—料柱压差，Mpa。

透气性指数把风量和压差联系起来，表示单位压差允许通过的风量。

透气性指数能更好地反映出风量与料柱透气性相适应的规律。

实践证明，在一定的条件下，透气性指数有一个适宜的范围，超过或低于这个范围，说明风量与料柱透气性不相适应，应予调整，否则将引起炉况不顺。

由于高炉内各部位料柱状态不同，其影响料柱透气性因素各异，因此，下面就炉内不同部位分别讨论改善料柱透气性问题。

二、改善快状带料柱透气性—“整粒”原理

三、改善软熔带状况

在高炉软熔带及其以下区域（包括滴落带），煤气的压力损失要比上部块状带大（见