高炉煤气及煤气、炉料的运动

一解释题：
1．炉料、煤气的水当量
答案：所谓水当量就是指单位时间内通过高炉某一截面的炉料或煤气，其温
度升高或降低1℃所吸收或放出的热量，即单位时间内使煤气或炉料改变1℃所产生的热量变化。

（包括化学反应热、相变热和热损失等）。

2．炉料有效重力
答案：料柱重力克服散料层内部颗粒间的相互摩擦和由侧压力引起的摩擦力
之后的有效质量力。

3．高炉内的热交换现象
答案：炉缸煤气在上升过程中把热量传给炉料．温度逐渐降低。

而炉料在下
降过程中吸收煤气热量，温度逐渐上升，使还原．熔化和造渣等过程
顺利进行。

这就是热交换现象。

4．透气性指数:
答案：表示通过散料层的风量与压差的比值，即单位压差通过的风量，反
映气流通过料柱时阻力的大小。

以Q/△P表示，其中Q—风量，△P—
压差。

二填空题
1．两种或多种粒度混合的散料床层,其空隙率与大小粒的( )比和( )
比有关。

答案：直径；含量P128
2．高炉炉料下降的力学表达式为( )。

答案：F＝G料－P墙－P料－ΔP浮
3．高炉内运动过程是指在炉内的炉料和( )两流股的运动过程。

答案：煤气
4．高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气三种煤气中，发热值最低的是( )，发
热值最高的是( )。

答案：高炉煤气；焦炉煤气
5．初渣在滴落带以下的焦炭空隙间向下流动，同时煤气也要穿过这些空隙向上
流动。

所以，炉渣的( )和( )对于煤气流的压头损失以及是否造成液泛现象影响极大。

答案：数量；物理性质(粘度和表面张力)
6．在( )区间内，煤气与炉料的温差很小，大约只有50℃左右，是热交换
极其缓慢的区域，常称为热交换的( )。

答案：炉身中下部；空区或热储备区
7．高炉的热交换是指( )与炉料的热量传递。

答案：煤气流
8．高炉内的( )是热量的主要传递者。

答案：煤气
9．越到高炉下部炉料对热量的需求越（）。

答案：大
10．煤气的压降梯度升高至与炉堆积密度相等时，发生( )。

答案：悬料
11．煤气的危害是中毒、( )、爆炸，而氮气的危害是( )。

答案：着火；窒息
12．高炉原料特别是烧结矿，在高炉上部的低温区还原时严重( )、
( )，使料柱( )降低( )恶化。

答案：破裂；粉化；空隙度；透气性
13．炉缸煤气是由( )、H2和N2组成。

答案：CO
14．通常所说的煤气中毒，实际上是( )中毒。

答案：CO
15．由炉料下降的力学分析可知，下降力越大和( )大于煤气浮力时下料顺
畅。

答案：下降有效重量
16．由炉料下降的力学分析可知( )和( )时下料畅顺。

答案：F越大；W有效>△P
17．一氧化碳在空气中的安全含量是( )g/m3, 安全规程要求。

正常作业环境CO浓度不超过( )mg/m3。

答案：0.02 30
18．煤气的水大量小于炉料的水当量时( )吸收（）大量热量。

答案：炉料煤气
19．当煤气流到软熔带的下边界处时，由于软熔带内矿石层的软熔，其空隙极少，
煤气主要通过( )而流动。

答案：焦炭层（焦窗）
20．生产实践和实测结果表面，高炉软熔带的煤气压降占总压降的( )。

答案：60% ~80%
30．产生煤气的( )带是炉缸内温度最高的区域。

答案：燃烧带
三判断题
1．非正常情况下的炉料运行有炉料的流态化和存在“超越现象”。

( )
答案：√
2．煤气运动失常分为流态化和液泛。

( )
答案：√
3．煤气流分布的基本规律是自动调节原理。

( )
答案：√
4．炉缸煤气成分与焦炭成分无关，而受鼓风湿度和含氧影响比较大。

（）
答案：√
5．炉料下降的速度与炉料间摩擦力、煤气浮力无关。

( )
答案：×
6．高炉内热贮备区煤气和炉料不进行热交换。

( )
答案：×
7．高炉中最重要的流体力学现象是煤气流经固体散料层以及流经固液相共存区(软熔带、滴落带及其以下直至风口平面)时的压降及液泛等。

( ) 答案：√
8．从高炉总体上看，高炉下部单位高度的压力降比上部大。

( )
答案：√
9．高炉煤气比转炉煤气容易中毒。

( )
答案：×
10．高炉煤气的体积，在上升过程中是减少的。

( )
答案：×
11．高炉内煤气分布为两次分布，即炉缸和炉身分布。

( )
答案：×
12．高炉下部不断出现下降的空间是上部炉料下降的首要条件。

( )
答案：√
13．靠近炉墙处煤气通过的越多，炉墙附近的温度就越低。

( )
答案：×
14．风口带是高炉热能和气体还原剂的发源地和初始煤气流起点。

( )
答案：√
15．沿高炉高度上炉料的水当量是不变的。

( )
答案：×
16．正常炉况下，沿高度方向上，上部压差梯度小，下部梯度大。

( )
答案：√
17．正常炉况时各高炉的透气性指数都是相同的。

( )
答案：×
18．在无喷吹时，炉缸煤气量大致为风量的1.21倍( )
答案：√
19．炉缸煤气在上升过程中CO浓度增大，同时体积也增大，全焦冶炼时炉顶煤气大致是入炉风量的1.4倍( )
答案：×
20．高炉内运动过程就是指在炉内的炉料和煤气两大流股运动过程。

( )
答案：√
21．在高炉下部高温区，炉料水当量＜煤气水当量。

( )
答案：×
22．进入煤气设备内部工作时，所用照明灯的电压一般不得超过12V。

( )
答案：√
23．高炉内炉料和煤气水当量的变化特点是在高炉上部W气＞W料( )
答案：√
24．高炉内煤气经过三次分布。

( )
答案：√
25．炉料平均密度大有效重力也大，有利于炉料顺利下降。

高炉采用矿焦混合装
料时可使堆密度增加10%，这是这种装料方法能够增产的原因之一。

( )
答:√
26．一般来说，炉料分不少的区域，炉料中透气性好的焦炭分布多的区域，煤气
流就大，相对的煤气中CO2含量就较低，煤气温度就较高，煤气流速也较快。

( ) 答:√
27．为保证炉内料柱的透气性和矿石的加热、还原速度，应适当降低矿石的粒度。

( )
答案：√
四选择题
1．高炉内炉料下降的动力是( )。

A．气压B．煤气的浮力C．炉料与炉墙摩擦力D．重力
答案：D
2．炉内煤气流经软熔带时的阻力损失与下列因素有关( )。

A．软熔带内焦炭层数B．焦炭层厚度C．煤气流速
D．焦炭层空隙度E．软熔层径向宽度
答案：ABDE
3．含一氧化碳最高的煤气是( )。

A．混合煤气B．转炉煤气C．高炉煤气D．焦炉煤气答案：B 4．煤气利用率最高的煤气分布类型是( )。

A．边缘发展型B．中心发展型C．双峰型D．平坦型答案：D 5．纯焦冶炼时，炉缸煤气体积为风量的( )倍。

A．1.21 B．1.35～1.37 C．1.4～1.45 D．1.5 答案：A
6．高炉内煤气在料柱内流动的阻力损失中的( )发生在软熔带。

A．50% B．70% C．90% D．60%～80%
答案：D
205．纯焦冶炼时，炉顶煤气体积为风量的( )倍。

A．1.21 B．1.35～1.37 C．1.4～1.45 D．6～8 答案：B
喷吹燃料时，炉顶煤气体积为风量的( )倍。

A．1.21 B．1.35～1.37 C．1.4～1.45 D．6～8 答案：C
231．高炉喷吹燃料后，煤气生成量比纯焦冶炼时( )。

A．减少B．增加C．不一定D．一样
答案：B
274．炉缸煤气成分主要包括( )。

A．CO、H2、N2 B．CO、CO2、H2 C．CO、CO2、N2 答案：A 318．( )的发热值最高。

A．焦炉煤气B．高炉煤气C．转炉煤气
答案：A
471．炉缸煤气中含量最高的成分是：( )。

A．N2 B．C．O C．H2
答案：A
475．在炉身下部，炉料水当量和煤气水当量描述正确的是( )。

A．炉料水当量远大于煤气水当量
B．炉料水当量等于煤气水当量
C．炉料水当量远小于煤气水当量
答案：A
561．块状带的煤气分布取决于( )。

A．炉料的透气性B．炉缸煤气的初始分布C．软熔带的煤气分布答案：A
615．含一氧化碳最高的煤气是( )。

A．焦炉煤气B．转炉煤气C．高炉煤气
答案：B
648．高炉喷吹煤粉后,料柱阻损与全焦冶炼相比( )。

A．增大B．不变C．降低
答案：A
780．目前，公认的煤气利用比较好的软熔带形状分布为( )。

A．“V”型B．倒“V”型C．“W”型D．倒“W”型
答案：B
五简答题
1 什么是高炉料柱的透气性？受哪些因素的影响？
答案：高炉料柱的透气性指煤气通过料柱时的阻力大小。

煤气通过料柱时的阻力主要决定于炉料的空隙度?(散料体总体积中空隙所
占的比例叫空隙度)，空隙度大，则阻力小，炉料透气性好；空隙度
小，则阻力大，炉料透气性坏。

空隙度是反映炉料透气性的主要参数。

气体力学分析表明，空隙度?、风量Q与压差?p之间有如下关系：
Q??3
?K??1???p?2?? ??
式中Q—风量；?p—料柱全压差；K—比例系数；?—炉料空隙度。

由此可见，炉内Q2?p反映了?31???的变化，因Q2?p与?3成正
比，?的任何一点变化都将敏感地反映在Q2?p上，所以，生产中
用Q2?p作为高炉透气性指标，称为透气性指数。

62．如何根据CO2曲线来分析炉内煤气能量利用与煤气流分布？
答案：①中心与边缘CO2的高低，可说明中心与边缘气流的发展程度；
②CO2曲线平均水平的高低，说明高炉内煤气能量利用的好坏；
③4个方向CO2曲线的对称性，说明炉内煤气流是否偏行；
④CO2曲线平均水平无提高的情况下，CO2最高点移向2、3点，也说
明煤气能量利用有所改善，因为此处正对应炉内截面积大、矿石
多的地方；
⑤某一方向长期出现第2点甚至扩展到第3点CO2含量低于第1点，
说明此方向炉墙破损，有结厚现象。

72．什么是水当量？写出其表达式，用水当量说明炉内的传热过程。

答案：水当量：单位时间通过高炉某一截面的炉料和煤气，温度变化1℃所
吸收或放出的热量。

Ws=Gs·Cs；Wg=Vg·Cg
在高炉上部：Ws﹤Wg，煤气与炉料温差大，炉料被迅速加热；
在高炉下部：Ws﹥﹥Wg，煤气温度迅速降低，而炉料升温不快，煤气
与炉料之间进行激烈的热交换，因为在此区域炉料进行直接还原、渣
铁熔化大量耗热；
在高炉中有一段Ws≈Wg，煤气和炉料之间热交换量很小。

158．炉料下降的条件？
答案：(1)自身的重力必须超过其运动所遇到的阻力。

(2)燃料在风口附近燃烧，形成很大的自由空间。

(3)炉料中碳被炉料中氧所氧化，使其体积缩小。

(4)在炉料下降过程中，小块炉料不断填充于大块炉料之间，同时随
温度升高，炉料逐渐熔化，使其体积缩减。

(5)定期放渣出铁，炉缸内经常保持一定的空间。

177．哪些因素影响炉料的顺利下降？
答案：使炉料下降的力F，可用下式表示：
??p墙?p料）???pF?(W料??p?W效
式中F—决定炉料下降的力；
?W料—炉料自身重力；
—炉料与炉墙之间摩擦力的垂直分量；
—料块之间的内摩擦力；p墙p料
?p—煤气通过料柱时产生的压力降，也就是煤气下降炉料的浮力；?—炉料的有效重力。

W效
?＞?p，是保证炉料顺利下降的基本条件。

由此可见，F＞0，即W效?和?p的各种因素，都将影响炉料的顺利下降。

影响W效
?的因素有：影响W效
(1)炉身角和炉腹角。

炉身角越小和炉腹角越大，炉料有效重力就越大，因为此时炉料与炉墙间摩擦力的垂直分量减小。

另外，炉料
在运动的条件下，其有效重力比静止时大，因为动摩擦系数比静
摩擦系数小。

(2)料柱高度。

在一定限度以内，随着料柱高度的升高，炉料有效重力增加，但高度超过一定限度以后，有效重力反而随料柱高度的
升高而减小，因为此时随着高度升高而增加的p墙和p料的作用
超过了料柱自重增加的作用。

(3)风口数量。

因为风口上方的炉料比较松动，所以当风口数量增加时，风口平面上料柱的动压增加，有效重量增加。

风口前燃烧带
的水平投影越靠近炉墙，炉墙对炉料的摩擦力越小，炉料有效重
量增加。

(4)炉料堆密度。

炉料堆密度越大，有效重量越大。

焦比降低以后，随着焦炭负荷的提高，炉料堆密度增加，这是对高炉顺行有利的
一面。

(5)高炉操作状态。

炉渣黏度大，炉墙不平，煤气流分布失常时，炉料有效重力减小，因为这种情况下，p墙和p料均有所增加。

影响?p的因素有：
(1)煤气流速。

静止状态下的实验结果表明，?p与煤气流速的1.8 次方成正比，因此，随着煤气流速的增加，?p迅速增加。

但在
实际操作中因炉料处于松动状态，通道截面的煤气量比静止时大
得多，所以，?p随煤气流速增加的幅度不会那么大，在正常操
作范围内，大致与煤气流速的一次方成正比，而当高炉冶炼强度
提高到炉料接近流态时，?p的增加就不那么明显了，这就是所
谓松动强化理论的主要依据。

(2)原料粒度和空隙度。

粒度大，则煤气通道的水力学当量直径大，?p降低，有利于顺行，但对还原不利。

粒度均匀，则空隙度大，?p降低，有利于顺行。

因此，从有利于还原和顺行的角度出发，要求高炉原料具有小而均匀的粒度。

(3)煤气黏度和重度。

降低煤气黏度和重度，能降低?p。

喷吹燃料时，由于煤气中的氢含量增加，黏度和重度都降低，对顺行有利。

(4)高炉操作因素。

疏松边缘的装料制度，炉渣流动性良好，渣量少和成渣带薄，均能降低?p，对顺行有利。

提高风温时，由于煤
气体积和黏度增加，?p升高，不利于顺行。

因此，要高风温操作，必须创造高炉接受高风温的条件。

179．响有效质量力的因素？
答案：1)炉身角越小和炉腹角越大，有效质量力越大；
2)高炉H/D比值愈小，有效质量力越大；
3)炉料的平均密度越大，有效质量力越大；
4)风口数目多及风口前燃烧区靠近边沿或水平透影面积扩大，有效
质量力越大；
5)保证适当的冶炼强度，有一定的空间，有效质量力越大。

236．简述煤气发生爆炸的必备条件是什么？
答案：1)煤气中混入空气或空气中混入煤气，达到爆炸范围，并形成爆炸性的混合气体。

2)要有明火、电火或达到煤气燃点以上的温度。

以上两点同时具备，就会发生煤气爆炸。

论述题
29．滴落带内的炉料运动有什么特点？
答案：软熔带以下的滴落带内仅存焦炭，因此这里的炉料运动实际是焦炭的运动。

焦柱内的焦炭因其运动规律不同而分为三个区域：燃烧带上方
的A区，中心基本不动的死料柱C区和两者之间疏松滑动的B区。

A
区内的焦炭直接落入燃烧带燃烧，因此下落速度很快。

B区内的焦炭
沿着中心死料柱形成的滑坡滑入燃烧带燃烧气化，C区内的焦炭不能
直接进入燃烧带，似乎是一个死区，实际上C区焦炭并不死，只是更
新的速度慢些而已，更新的周期大概为7～10天。

C区焦炭的更新是
这样完成的：当积聚在炉缸内的渣铁从铁口放出后，炉缸腾出了一定
的空间，上部的焦炭下沉填入，填入的焦炭既有C区的，也有A、B
两区的，但更多A、B两区的焦炭补入了原死料柱C区下落后腾出的
地方。

下沉焦炭被浸埋入渣铁中，当渣铁给焦炭的浮力大于上部料柱
传递给焦炭的压力时，焦炭就上浮，一部分仍被挤回C区死料柱，一
部分则从燃烧带下方挤入燃烧带燃烧气化。

C区死料柱的焦炭有的是
被滴落铁滴渗碳和渣液中的氧化物的直接还原消耗的，也为C区焦炭
更新创造了条件。

滴落带C区焦炭随出铁放渣而出现的下沉和上浮现象，使炉缸焦炭的空隙度在下沉时增大，从而使炉缸工作活跃，而上浮时变小，造成风压波动甚至回旋区缩小，所以应适当增加铁次，缩短两铁间的时间以
避免焦炭运动给炉缸工作带来的不利影响。

假定以100m3鼓风为基准，其鼓风湿度为f＝2.0%，计算炉缸煤气成份的百分含
量？(以100m3鼓风计算)
答案：由反应式2C焦+O2+(79/21)N2＝2CO+(79/21)N2
得一个O2将生成两个CO
CO＝[(100-f)×0.21+0.5×f]×2
＝[(100-2)×0.21＋0.5×2]×2
＝43.16m3
N2＝(100-f)×0.79=98×0.79＝77.42m3
H2＝100×2%＝2.00m3
∴CO+H2+N2＝122.58m3
∵CO＝43.16/122.58×100%＝35.21%
N2＝77.42/122.58×100%＝63.16%
H2＝2/122.58×100%＝1.63%
炉缸煤气成份CO为35.21%，N2为63.16%，H2为1.63%。

12．计算高炉风口前燃烧1kg碳需要多少风量(大气温度f=2.0%)
答案：V风＝0.9333
(1?0.02)?0.21?0.5?0.02?4.325m(0.3/kg) 3
22．高炉鼓风中湿度为20克/米3富O2率为2%，试计算每米3鼓风的O2含量是多少？
答案：20克水气体的容积是：
0.020×22.4
18=0.025米
0.025
2?0.237米23(1?0.025)?0.23?
鼓风的O2量为23.7%。

25．高炉吨铁发生干煤气量为1700米3/吨，煤气中含N2为56%，鼓风含N2为78%，焦比380公斤/吨，焦炭中含N2为0.3%，煤比110公斤/吨，煤粉中含N2为0.5%，试计算顿吨铁鼓风量为多少？（不考虑炉尘损失）
答案：按N2平衡计算吨铁鼓风量为：
1700?0.540?(380?0.003?110?0.005)?
0.78922.428?1218.78米/吨3
吨铁鼓风量为1218.78米3/吨。

46．已知鼓风中含水为16g/m3，求炉缸初始煤气成分。

答案：f=(16×22.4/18)/1000=0.02=2%
O2=0.21×(1-f)+0.5f=0.21×(1-0.02)+0.5×0.02=0.2158
燃烧1㎏C需风量V风=22.4/24O2=4.323m3
生成炉缸煤气为VCO=2V风O2=2×4.323×0.2158=1.866m3
VN2=V风N2=V风×0.79×(1-f)=4.323×0.79×(1-0.02)=3.347m3
VH2=V风f=4.323×0.02=0.086m3
炉缸煤气量V煤=VCO+VN2+VH2=1.866+3.347+0.086=5.299m
炉缸煤气成分CO=(VCO/V煤)×100%=(1.866/5.299)×100%=35.22%
N2=(VN2/V煤)×100%=(3.347/5.299)×100%=63.16%
H2=(VH2/V煤)×100%=(0.086/5.299)×100%=1.42% 3
60．某高炉炉顶煤气中CO2为17.6%，CH4为0.3%，N2为56.7%，求CO利用率。

(精确到小数点后1位)
答案：ηCO＝CO2/(CO+CO2)×100%＝17.6/(17.6+24.3)×100%＝42.0%
CO利用率为42.0%。

68．已知某高炉风量为5000m3/min，高炉煤气中含N2为50%，若不计焦炭及喷
吹带入的N2量，计算高炉煤气量。

答案：由N2平衡得：V煤气＝5000×79%/50%＝7900m3
该高炉煤气量为7900m3/min。

76．设某日某高炉入炉矿为4000t，品位为50%，生铁中含铁94.5%，铁的回收率98%，渣铁比为0.6，求炉渣量？
答案：铁量为：4000×50%×0.98/0.945＝2074t
渣量为：2074×0.6＝1244t。

79．大气湿度为1%，风口前燃烧每公斤碳所需风量是多少？
答案：燃烧1Kg碳所需氧气：22.4/2×12＝0.933
每立方米湿风含氧：0.21×(1-1%)+0.5×1%＝0.2129
所需风量：0.933/0.2129＝4.38(立方米)
95．已知焦炭含碳82%，焦比580kg，求冶炼1t生铁需要多少风量？
答案：风口前碳不完全燃烧反应2C+O2＝2CO
3
燃烧1kg碳需O2量＝22.4/24m/kg
3
冶炼1t生铁需风量＝22.4×82%/(24×0.21)×580＝2114m/t
冶炼1t生铁需风量2114m3。