高爐氣體運(yùn)動(dòng)

1、碳的氣化與煤氣和爐料運(yùn)動(dòng)高爐內(nèi)碳的氣化反應(yīng)的規(guī)律高爐內(nèi)碳的氣化是另一個(gè)物態(tài)變化：固體的焦炭和煤粉氣化轉(zhuǎn)為氣態(tài)的煤氣。一般來(lái)說(shuō)碳與氧燃燒反應(yīng)生成兩種化合物CO和CO2，產(chǎn)物為CO的稱為不完全燃燒，1 kgC放熱9800 kJ/kg；燃燒產(chǎn)物為CO2的稱為完全燃燒，1kgC放熱33400kJ/kg。研究表明碳在空氣中燃燒時(shí)同時(shí)產(chǎn)生CO和CO2，這兩種氧化物絕對(duì)的相互排斥是不可能的，究竟最終獲得哪一種取決于溫度和環(huán)境的氧勢(shì)，高溫(1200以上)、缺氧時(shí)一定是CO。高爐內(nèi)碳的氣化分為：(1)風(fēng)口前燃燒帶內(nèi)與鼓入的熱風(fēng)燃燒氣化；(2)在燃燒帶以外與礦石和熔劑中氧化物的氧反應(yīng)而氣化。從爐頂裝入高爐的焦炭有

2、65 %80 %在風(fēng)口前燃燒氣化(稱做焦炭在風(fēng)口前的燃燒率)，其余35 %20 %是在下降過程中與爐料氧化物的直接還原中氣化。從風(fēng)口噴吹人爐缸的煤粉有80 %85%在風(fēng)口前氣化，其余20 %15 % (稱為未燃煤粉)是在隨煤氣上升過程中與爐料氧化物中的氧反應(yīng)而氣化。實(shí)際上焦炭和煤粉中有10 %是不氣化的，而是溶入鐵水成生鐵的一種合金元素。在風(fēng)口前燃燒帶，熱風(fēng)帶入的氧在燃料的表面發(fā)生3C+2O2=2CO+CO2反應(yīng)，產(chǎn)生的CO在燃燒帶焦點(diǎn)處又與O2反應(yīng) 成CO2，但是隨著煤氣離開燃燒帶中心，環(huán)境就變?yōu)樘级嗲覠o(wú)自由 氧，CO2與C反應(yīng)而成為CO。 在燃燒帶以外，碳的氣化全通過直接還原途徑而形成CO

3、：(FeO)+C=Fe+CO；(MnO)+CMn+CO；(P2O5)+5C2P+5COSiO2焦灰+C=SiO+CO；(SiO2)+2C=Si+2CO；S+(CaO)+C=(CaS)+CO即使間接還原產(chǎn)生CO2和H2O，也會(huì)在850 以上高溫區(qū)與燃料中的碳反應(yīng) CO2+C=2CO；H2O+C=H2+CO所以高爐內(nèi)燃料中的碳不論在何處氣化，其最終產(chǎn)物都是CO。高爐爐缸燃燒反應(yīng)特點(diǎn)和燃燒產(chǎn)物的成分和數(shù)量 研究表明煤的燃燒要經(jīng)歷三個(gè)次過程：加熱蒸發(fā)和揮發(fā)物分解；揮發(fā)分燃燒和碳結(jié)焦；殘焦燃燒。進(jìn)入高爐的焦炭在煉焦過程中已完成前兩個(gè)次過程，到達(dá)風(fēng)口燃燒帶只需完成最后一個(gè)次程。噴入高爐的煤粉需要完成全部三

4、個(gè)次過程，這三個(gè)次過程；可循序進(jìn)行，也可重疊甚至同時(shí)發(fā)生。焦炭是具有一定粒度的塊狀物，它進(jìn)入爐缸燃燒不受時(shí)間限制，可通過各種方式燃燒直到完全氣化。噴吹煤粉進(jìn)入爐缸燃燒，不僅比焦炭燃燒多了兩個(gè)次過程，而且它是粉狀，能隨氣流流動(dòng)，它應(yīng)在爐缸燃燒帶內(nèi)停留的有限時(shí)間(0.010.04 s)和有限空間(燃燒帶長(zhǎng)度1.21.4 m)內(nèi)完成，否則將隨煤氣上升而成為未燃煤粉，過量的未燃煤粉會(huì)給高爐生產(chǎn)帶來(lái)很多麻煩。所以要采取技術(shù)措施加快煤粉的燃燒過程，：保證煤粉在燃燒帶內(nèi)的燃燒率達(dá)到80%85 %。 在現(xiàn)代高爐上，爐缸燃燒反應(yīng)是在燃料作劇烈旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中與氧反應(yīng)而氣化的，完全替代了20世紀(jì)50年代前高爐沒有強(qiáng)化時(shí)

5、的層狀燃燒。在爐缸燃料中碳的燃燒反應(yīng)的產(chǎn)物是CO，屬不完全燃燒，燃燒產(chǎn)物由CO、H2和N2組成。在已知鼓風(fēng)中氧含量，濕度¦后，可用燃燒1 kg碳；1m3鼓風(fēng)或生產(chǎn)1 t生鐵為基準(zhǔn)計(jì)算出燃燒帶煤氣的成分和數(shù)量。只要原始數(shù)據(jù)正確無(wú)誤，三種計(jì)算所得煤氣成分是相同的。 影響爐缸煤氣成分的因素有鼓風(fēng)濕度、鼓風(fēng)含氧量和噴吹物等。當(dāng)鼓風(fēng)濕度增加時(shí)，由于水分在風(fēng)口前分解成H2和O2，爐缸煤氣中的含H2量和CO量增加，N2含量相對(duì)下降。噴吹含H2量較高的噴吹物時(shí)，爐缸煤氣中含H2量增加，CO和N2相對(duì)下降。當(dāng)鼓風(fēng)中的氧濃度增加時(shí)(如富氧鼓風(fēng))，爐缸煤氣中的CO濃度增加，N2濃度下降，由于N2濃度下降的

6、幅度較大，煤氣中的H2濃度相對(duì)增加。前兩種情況下爐缸煤氣量增加，后一種情況下煤氣量下降。爐缸燃燒反應(yīng)在高爐冶煉過程中的作用爐缸燃燒反應(yīng)在高爐冶煉過程中的作用如下：(1) 焦炭在風(fēng)口前燃燒放出的熱量，是高爐冶煉過程中的主要熱量來(lái)源。高爐冶煉所需要的熱量，包括爐料的預(yù)熱、水分蒸發(fā)和分解、碳酸鹽的分解、直接還原吸熱、渣鐵的熔化和過熱、爐體散熱和煤氣帶走的熱量等，絕大部分由風(fēng)口前燃燒焦炭供給。(2) 爐缸燃燒反應(yīng)的結(jié)果產(chǎn)生了還原性氣體CO，為爐身中上部固體爐料的間接還原提供了還原劑，并在上升過程中將熱量帶到上部起傳熱介質(zhì)的作用。(3) 由于爐缸燃燒反應(yīng)過程中固體焦炭不斷變?yōu)闅怏w離開高爐，為爐料的下降提

7、供了40 %左右的自由空間，保證爐料的不斷下降。 (4) 風(fēng)口前焦炭的燃燒狀態(tài)影響煤氣流的初始分布，從而影響整個(gè)爐內(nèi)的煤氣流分布和高爐順行。(5) 爐缸燃燒反應(yīng)決定爐缸溫度水平和分布，從而影響造渣、脫硫和生鐵的最終形成過程及爐缸工作的均勻性，也就是說(shuō)爐缸燃燒反應(yīng)影響生鐵的質(zhì)量。由此可見，爐缸燃燒反應(yīng)在高爐冶煉過程中起著極為重要的作用，正確掌握爐缸燃燒反應(yīng)的規(guī)律，保持良好的爐缸工作狀態(tài)，是操作高爐和達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基本條件。風(fēng)口燃燒帶和風(fēng)口回旋區(qū) 爐缸內(nèi)燃料燃燒的區(qū)域稱為燃燒帶。它包括氧化區(qū)和還原區(qū)。風(fēng)口前自由氧存在的區(qū)域稱為氧化區(qū)，自由氧消失到CO2消失的區(qū)域稱為還原區(qū)。由于燃燒帶是高爐內(nèi)睢一屬

8、于氧化氣氛的區(qū)域，因此亦稱氧化帶。在燃燒帶中，當(dāng) O2過剩時(shí)，C首先與O2反應(yīng)生成CO2，只有當(dāng)O2開始下降時(shí)，CO2才與C反應(yīng)，使CO急劇增加，CO2逐漸消失。因此，燃燒帶的尺寸可按CO2消失的位置確定，實(shí)踐中常以CO2降到1 %2 %的位置定為燃燒帶的界限。在噴吹含H2燃料時(shí)，由于H2O較CO2有更強(qiáng)的擴(kuò)散能力，燃燒帶向中心相應(yīng)延伸，這種情況下的燃燒帶的邊界定在H2O的濃度降到1%2 %處。在現(xiàn)代高爐中熱風(fēng)以l00 m/s以上的速度通過風(fēng)口射向爐缸中心，遇到由上方滑落下來(lái)的焦炭發(fā)生燃燒反應(yīng)，與此同時(shí)焦炭在高速鼓風(fēng)沖擊下做回旋運(yùn)動(dòng)，其速度因粒度大小、互相碰撞和進(jìn)入回旋區(qū)時(shí)的初速度而在430

9、m/s的大范圍內(nèi)波動(dòng)。做高速回旋運(yùn)動(dòng)的固、氣多相流產(chǎn)生的離心力與作用在此區(qū)域外部的料柱有效重力相平衡，從而在每個(gè)風(fēng)口前形成一個(gè)疏散而近似梨形的空間，通常稱它為風(fēng)口回旋區(qū)。如圖1所示。圖1 風(fēng)口前燃燒帶與回旋區(qū)示意圖從回旋區(qū)上方滴流下來(lái)的液體(約2040 g/s的熔渣和鐵液)被高速氣流拋向爐子中心與焦?；匦\(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的而又未氣化的碎焦形成較致密的回旋區(qū)外殼。回旋區(qū)的尺寸略小于燃燒帶，回旋區(qū)的前端約為燃燒帶氧化區(qū)的邊緣，而燃燒帶的還原區(qū)則在回旋區(qū)外殼之外的焦炭層內(nèi)。燃燒帶和回旋區(qū)的大小及它們?cè)跔t缸截面上的分布對(duì)高爐內(nèi)煤氣流和溫度場(chǎng)的分布有極重要的影響。因此布置好風(fēng)口位置以盡量縮小相鄰兩燃燒帶之間的

10、死區(qū)、控制好與爐缸直徑相適應(yīng)的燃燒帶和回旋區(qū)的大小成為高爐操作的重要內(nèi)容。影響燃燒帶和回旋區(qū)大選的因素有： (1)鼓風(fēng)參數(shù)。如風(fēng)量、風(fēng)溫、風(fēng)壓、濕度等。一般來(lái)說(shuō)能增大鼓風(fēng)通過風(fēng)口時(shí)的風(fēng)速，從而增加鼓風(fēng)動(dòng)能的，都可使燃燒帶和回旋區(qū)增大，如加大風(fēng)量、提高風(fēng)溫；而增加風(fēng)壓卻相反，它使同樣質(zhì)量鼓風(fēng)的體積縮小，降低鼓風(fēng)動(dòng)能。 (2)燃料燃燒速度。碳的氣化反應(yīng)速率高，則氣化性物質(zhì)消耗快，燃燒帶縮小。富氧鼓風(fēng)，燃料的反應(yīng)性好，介質(zhì)溫度高等都將縮小燃燒帶。 (3)上部爐料和煤氣分布情況。如果燃燒帶上方的分布為邊緣礦石少、焦炭多的邊緣發(fā)展型，則燃燒帶縮小；若實(shí)行的是中心加焦技術(shù)，邊緣礦石多、而中心焦炭多的中心發(fā)

11、展型，則燃燒帶向中心延伸。如果上部爐料負(fù)荷重；堆密度大，作用于回旋區(qū)上的有效重力大，回旋區(qū)會(huì)縮?。欢固苛６却?，落入回旋區(qū)的液態(tài)物數(shù)量多，它們受鼓風(fēng)沖擊而運(yùn)動(dòng)時(shí)消耗鼓風(fēng)動(dòng)能多，鼓風(fēng)動(dòng)能衰減快，回旋區(qū)和燃燒帶都會(huì)縮小。(4)噴吹煤粉。噴吹煤粉的影響是多方面的：1)噴吹煤粉在直吹管內(nèi)部分分解和燃燒，增加了通過風(fēng)口時(shí)的混合氣體(鼓風(fēng)加部分煤粉分解燃燒產(chǎn)生的煤氣)，動(dòng)能增加；2)燃燒帶形成的煤氣中含H2量增加；3)噴吹煤粉后煤粉置換部分焦炭，爐料中負(fù)荷增大，堆密度增加；4)低噴煤量時(shí)中心氣流發(fā)展，大噴煤量時(shí)未燃煤粉造成中心打不開等。因此噴吹煤粉對(duì)燃燒帶和回旋區(qū)大小的影響要視具體情況分析確定。風(fēng)速、鼓風(fēng)

12、動(dòng)能和計(jì)算方法 高爐煉鐵中鼓風(fēng)通過風(fēng)口時(shí)所達(dá)到的速度，它有標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速和實(shí)際風(fēng)速兩種表示方法，單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)風(fēng)口鼓入高爐內(nèi)鼓風(fēng)所具有的機(jī)械能稱為鼓風(fēng)動(dòng)能。風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能與冶煉條件有關(guān)，它們?cè)谝欢ǔ潭壬蠜Q定著燃燒帶和回旋區(qū)的大小，也就決定著初始煤氣的分布。風(fēng)速是用單位時(shí)間內(nèi)通過一個(gè)風(fēng)口的風(fēng)量Q(m3/s)除以風(fēng)口截面積(m2)求得。用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的風(fēng)量Q0算得的風(fēng)速稱標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速： m/s而用冶煉實(shí)際風(fēng)溫(t風(fēng))和熱風(fēng)壓力條件下算得的為實(shí)際風(fēng)速： m/s鼓風(fēng)動(dòng)能按下式計(jì)算： kg·m/s或 kN·m/s式中: Q0鼓風(fēng)量，m3/s；n風(fēng)口個(gè)數(shù)；d風(fēng)口直徑，m；¦每個(gè)風(fēng)口的截面

13、積，pd2/4，m2；t風(fēng)熱風(fēng)溫度，；p熱風(fēng)壓力，MPa；P0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)鼓風(fēng)密度，kg/m3；g重力加速度，9.81m/s2。風(fēng)口前理論燃燒溫度和爐缸溫度 風(fēng)口前焦炭燃燒所能達(dá)到的最高溫度，即假定風(fēng)口前焦炭燃燒放出的熱量全部用來(lái)加熱燃燒產(chǎn)物時(shí)所能達(dá)到的最高溫度叫做風(fēng)口前理論燃燒溫度，也叫高爐火焰溫度或絕熱火焰溫度。用下式汁算：式中：t理風(fēng)口前理論燃燒溫度，；Q碳風(fēng)口前碳燃燒成CO所放出的噸鐵熱量，kJ/t；Q風(fēng)鼓風(fēng)帶人的噸鐵物理熱，kJ/t; Q燃燃料帶入的噸鐵物理熱，kJ/t；Q水鼓風(fēng)和噴吹物中的噸鐵水分分解熱，kJ/t; Q噴噴吹物噸鐵分解熱，kJ/t；cCO, N2CO和N2的熱容，kJ

14、/(m3·)；cH2H2的熱容，kJ/(m3·)；VCO、VN2、VH2爐缸噸鐵煤氣中CO、N2、H2的量，m3/t。理論燃燒溫度是指燃燒帶在理論上能達(dá)到的最高溫度，生產(chǎn)中一般指燃燒帶燃燒焦點(diǎn)的溫度。而爐缸溫度一般是指爐缸渣鐵的溫度，兩者有本質(zhì)上的區(qū)別。理論燃燒溫度可達(dá)18002400 ，而爐缸溫度一般在1500 左右。影響理論燃燒溫度的因素影響理論燃燒溫度的因素如下： (1) 鼓風(fēng)溫度。鼓風(fēng)溫度升高，則鼓風(fēng)帶入的物理熱增加，理 論燃燒溫度升高。鼓風(fēng)濕度為1.5 %且無(wú)富氧無(wú)噴吹時(shí)，鼓風(fēng)溫度和理論燃燒溫度的數(shù)值對(duì)應(yīng)如下： 風(fēng)溫/ 800900100011001200 理論燃

15、燒溫度/ 19942013215422372319 (2) 鼓風(fēng)富氧度。鼓風(fēng)含氧量提高以后，N2含量減少，此時(shí)雖因風(fēng)量減少而使Q風(fēng)有所降低。但由于VN2降低的幅度大，理論燃燒溫度顯著升高。風(fēng)溫為1100 ，鼓風(fēng)濕度為1.5 %，無(wú)噴吹時(shí)有下列關(guān)系： 鼓風(fēng)含氧量/%2122232425理論燃燒溫度/22372267231423602404 (3) 噴吹燃料。由于噴吹物分解吸熱和VH2比增加，理論燃燒溫度降低。由于各種噴吹燃料的分解熱不同：含H2 2 %24 %的天然氣分解熱為3350 kJ/m3，含H2 11%13 %的重油分解熱為1675 kJ/kg，含H2 2 %4 %的無(wú)煙煤分解熱為104

16、7 kg/kg，所以，噴吹天然氣降低理論燃燒溫度最劇烈，重油次之，無(wú)煙煤降低最少。(4)鼓風(fēng)濕度。鼓風(fēng)濕度的影響與噴吹物相同，由于水分分解吸熱，理論燃燒溫度降低。煤氣上升過程中量、成分和溫度的變化 燃燒帶內(nèi)形成的煤氣進(jìn)入爐缸、爐腹及其在上升過程中，由于在高溫區(qū)內(nèi)各種形成CO的碳?xì)饣磻?yīng)的發(fā)生，使煤氣的量和成分都有變化。主要表現(xiàn)為CO數(shù)量和百分比都增大。由高溫區(qū)進(jìn)人中溫間接還原區(qū)時(shí)的煤氣，常被稱為爐腹煤氣，其數(shù)量和成分可按以下各式計(jì)算： VCO=VCO燃+2jCO2+22.4 (1/12WCd+1/44WCO2熔+1/28WCO焦揮) VH2=VH2燃+11.2(WH2有機(jī)+WH2揮發(fā))VN2=

17、 VN2燃+22.4/28(WN2有機(jī)+WN2揮發(fā))爐腹煤氣量 V腹=VCO+VH2+VN2式中：VCO燃、VH2燃、VN2燃燃燒帶生成的CO、H2、N2量，m3/t； WCd直接還原耗碳，包括Fe、少量元素及脫硫等耗碳，kg/t；jCO2熔劑在高溫區(qū)分解的分?jǐn)?shù)，即熔劑分解出CO2再與C反應(yīng)的分?jǐn)?shù)，一般在0.5-0.75之間； WCO2熔噸鐵消耗熔劑中CO2總量，kg/t； WH2有機(jī)、WN2有機(jī)噸鐵消耗焦炭中有機(jī)H2和有機(jī)N2的量，kg/t；WCO焦揮、WH2揮發(fā)、WN2揮發(fā)噸鐵消耗焦炭揮發(fā)分中CO、H2和N2的量，kg/t。 在間接還原區(qū)內(nèi)，煤氣中部分CO和H2參與間接還原而轉(zhuǎn)化為CO2、

18、H2O，易分解熔劑分解出少量CO2、也進(jìn)入煤氣。由于生產(chǎn)中爐頂煤氣無(wú)法分析出H2O還，所以無(wú)論是取樣分析或計(jì)算都是干煤氣成分，H2還原生成的H2O還不算在爐頂煤氣成分中，而單獨(dú)算出。另外過去長(zhǎng)時(shí)間認(rèn)為爐頂煤氣中有CH4，理論上講高爐內(nèi)沒有生成CH4的條件，相反焦炭和噴吹燃料(特別是天然氣90 %以上是CH4)帶入的CH4在高爐內(nèi)要分解，現(xiàn)代的氣相色譜儀分析爐頂煤氣表明爐頂煤氣中沒有CH4，用奧氏分析儀吸收法分析煤氣出現(xiàn)CH4，純屬分析誤差所造成。 爐頂煤氣的量可按以下各式計(jì)算： VCO2頂= VCO2間+22.4/44(1-jCO2)WCO2熔+ WCO2焦揮 VCO頂= VCO+ VCO2間

19、 VH2頂= VH2+ VH2間VN2頂= VN2V頂總= VCO2頂+ VCO頂+ VH2頂+ VN2頂式中 VCO2間、VH2間間接還原生成的CO2量、消耗的H2量，m3/t； WCO2焦揮噸鐵消耗焦炭揮發(fā)分中CO2的量，kg/t。其余同爐腹煤氣計(jì)算式。高爐內(nèi)煤氣量、成分以及煤氣溫度沿高爐高度的變化示于圖2。圖2 煤氣上升過程中量、成分以及煤氣溫度沿高爐高度的變化 1爐頂煤氣量V頂；2風(fēng)量V風(fēng)：3爐缸燃燒帶煤氣量V燃； 4風(fēng)口中心線；5一煤氣溫度 由于爐缸燃燒帶內(nèi)形成的煤氣中CO量是鼓風(fēng)中氧量(包括熱 風(fēng)中的自由氧和濕分中的氧)的1倍，所以在不富氧時(shí)V燃/V風(fēng)»1.25，富氧鼓風(fēng)

20、后此比值增大，增大數(shù)值與富氧率相對(duì)應(yīng)。爐頂煤氣量因直接還原、熔劑分解、焦炭揮發(fā)分的析出等又比V燃增大，V頂/V風(fēng)»1.4。煤氣溫度由于熱交換，將熱量傳給爐料及消耗于各種反應(yīng)而降低。影響爐頂煤氣成分的因素 因冶煉條件的變化而引起爐頂煤氣成分(體積分?jǐn)?shù))的變化，主要指煤氣中(CO和CO2數(shù)量的變化，其他成分的變化不十分明顯。爐頂煤氣中的(CO+CO2)量基本穩(wěn)定在40 %42 %之間，下列因素影響其值的波動(dòng)： (1) 當(dāng)焦比升高時(shí)，單位生鐵的爐缸煤氣量增加，煤氣利用率 降低，煤氣中的CO升高，CO2降低。同時(shí)，由于入爐風(fēng)量增加，帶入的N2在煤氣中的比例增加，(CO+CO2)含量下降； (

21、2)當(dāng)爐內(nèi)鐵的直接還原度rd提高時(shí)，煤氣中的CO增加，CO2下降，同時(shí)，由于風(fēng)口前燃燒的碳量減少，入爐風(fēng)量降低，帶入的N2量下降，(CO+CO2)含量升高； (3)熔劑用量增加時(shí)，由于分解產(chǎn)生CO2，煤氣中CO2和(CO+ CO2)含量增加，N2下降。 (4)礦石氧化度提高時(shí)，即礦石中的Fe2O3增加時(shí)，間接還原消耗的CO增加，產(chǎn)生同體積的CO2，因此，煤氣中的CO2增加，CO下降，(CO+CO2)含量沒有變化; (5)鼓風(fēng)含氧量增加時(shí)，由于煤氣中的N2的比例下降，CO和CO2升高，(CO+CO2)含量可增大到45。(6)噴吹燃料時(shí)，由于煤氣中H2所占的比例增加，N2和(CO+CO2)含量下降

22、。爐料與煤氣的水當(dāng)量水當(dāng)量是為了研究高爐熱交換過程而引出的概念。單位時(shí)間內(nèi)通過高爐某一截面的爐料或煤氣升高(或降低)1所吸收(或放出)的熱量，稱為爐料或煤氣的水當(dāng)量。用爐料流股或煤氣流股的質(zhì)量(或體積)與其平均熱容的乘積表示：= G料c料= G氣c氣式中：、爐料和煤氣的水當(dāng)量，kJ/(h·)；G料、G氣爐料和煤氣流股的質(zhì)量或體積流量，kg/h或m3/h； c料、c氣爐料和煤氣的平均表觀熱容，既包括物理加熱吸收的熱量，還包括吸熱反應(yīng)吸收的熱量，kJ/(kg·)或kJ/(m3·)。 高爐冶煉中還用每噸生鐵的爐料或煤氣升高(或降低)1所 吸收(或放出)的熱量來(lái)表示水當(dāng)量

23、。在現(xiàn)代高爐上，水當(dāng)量沿高爐高度上的變化規(guī)律是：煤氣水當(dāng) 量上、下部基本相同(約20002500 kJ/(t·)，這是因?yàn)镚氣上部大，下部小，而ct相反，上部小，下部大，兩者乘積基本相同；爐料水當(dāng)量上部小，下部大(上部18002200 kJ/(t·)，下部50006000 kJ/(t·)，這是由于上部不僅吸熱反應(yīng)少，而且CO間接還原還放熱，所以表觀c氣小，下部則有大量的吸熱反應(yīng)，還需爐渣和生鐵熔化耗熱，所以表觀c氣很大。煤氣上升過程中的熱交換的規(guī)律 煤氣上升過程中經(jīng)過三個(gè)不同的熱交換區(qū)(圖3)，即爐料水當(dāng)量大于煤氣水當(dāng)量(>)的下部熱交換區(qū)、爐料水當(dāng)量與煤氣

24、水當(dāng)量相同(»)的中部熱交換空區(qū)、爐料水當(dāng)量小于煤氣水當(dāng)量(<)的上部熱交換區(qū)。 下部熱交換區(qū)的特點(diǎn)是，由于此區(qū)內(nèi)發(fā)生Fe、Mn、Si、P等元 素的直接還原、部分碳酸鹽的分解、爐料的熔化和渣鐵的過熱等大 量的吸熱反應(yīng)，煤氣降溫快和爐料升溫慢，爐料與煤氣之間的熱交 換非常激烈。煤氣從離開燃燒帶時(shí)的溫度18002000 下降到中部空區(qū)950 ，而爐料從中部空區(qū)的950上升到渣鐵出爐溫度1500，煤氣和爐料之間的溫度差達(dá)到300500。中部空區(qū)，爐料和煤氣溫度接近，只有2050左右的溫差，而且此區(qū)內(nèi)爐料和煤氣水當(dāng)量相等，因此熱交換非常緩慢或者基本上不發(fā)生熱交換過程，屬于熱交換呆滯區(qū)。

25、空區(qū)和下部熱交換區(qū)的界線是碳酸鹽開始大量分解和碳的氣化反應(yīng)(CO2+C=2CO)明顯發(fā)展的溫度線，即9501100 的區(qū)域。上部熱交換區(qū)的特點(diǎn)是，由于此區(qū)內(nèi)發(fā)生高級(jí)氧化物的間接還原是放熱反應(yīng)，爐料吸熱量少，爐料水當(dāng)量小于煤氣水當(dāng)量：因此爐料升溫快而煤氣降溫慢，同時(shí)，上升煤氣遇到剛?cè)霠t的冷料，煤氣與爐料間有較大溫差，所以熱交換激烈，爐料由2030 常溫升高到中部空區(qū)950 ，而煤氣溫度則從950 下降到200300 爐頂溫度。爐內(nèi)煤氣和爐料的溫度分布如圖3所示。圖3 高爐內(nèi)熱交換過程示意圖a高爐內(nèi)熱交換分區(qū)；b大、小高爐內(nèi)爐料和煤氣溫度沿爐子高度的變化高爐料柱的散料特性 料柱的散料特性如下： (

26、1)空隙度 e。單位體積的爐料內(nèi)空隙體積所占份額稱為爐料的空隙度e，可以通過體積測(cè)量或爐料的實(shí)際密度和堆密度測(cè)量得出：與爐料篩分組成、形狀和堆放方式等有關(guān)，高爐爐料(焦炭，礦石等)的空隙度在0.350.5之間，它是決定料柱透氣性的重要因素之一。 (2)形狀參數(shù)。有兩個(gè)參數(shù)說(shuō)明形狀的不同，一個(gè)是形狀系數(shù)(球形度) f，一個(gè)是水力學(xué)直徑d當(dāng)，對(duì)粒度組成不均勻的料常用比表面積平均直徑de作為參數(shù)： 式中：d實(shí)、d0分別為實(shí)際顆粒和實(shí)際顆粒體積相等的球的直徑，m；V料層內(nèi)爐料之間空隙的體積，m3；S料層內(nèi)爐料的全部表面積，m2； d當(dāng)水力學(xué)直徑(也叫當(dāng)量直徑)，m； de比表面平均直徑，m；e料層的空

27、隙度； wi第i級(jí)顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；di第i級(jí)顆粒的直徑，m。 (3)堆角(安息角)。爐料在自然堆放形成料堆，料堆斜面與水平面形成的角稱為自然堆角，在高爐內(nèi)爐料從裝料設(shè)備(大料鐘、無(wú)鐘溜槽)上落入爐喉料面，不同于自然堆料，它受到上升煤氣流的浮力、爐墻及中心料等影響，堆角比自然堆角要小。堆角的變化是進(jìn)行高爐操作上部調(diào)節(jié)的重要依據(jù)。高爐爐料上述散料特性的實(shí)測(cè)結(jié)果之一列于表1表1 高爐爐料的散料特性爐料種類堆角孔隙度e比表面平均直徑de/mm形狀系數(shù)f透氣性指數(shù) K/mm自然爐內(nèi)焦炭36°44°28°33°0.50390.724.0球團(tuán)礦28°32

28、°0.3612.70.920.48燒結(jié)礦32°36°29°33°0.487100.650.59塊礦36°40°24°33°0.4130.50.871.57高爐煤氣是從爐缸向上運(yùn)動(dòng)到達(dá)爐頂?shù)倪^程 高爐煤氣在風(fēng)口前燃燒帶內(nèi)形成后，在爐缸與爐頂壓力差的推動(dòng)之下向上運(yùn)動(dòng)。燃燒帶的大小決定著煤氣流初始分布狀況，煤氣流穿過料柱向上運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)之一就是盡量沿阻力小的途徑流動(dòng)，因此上升過程中，哪部分阻力小，煤氣量就多，相反阻力大的地方，煤氣量就少。爐缸煤氣是沿著軟熔帶與滴落帶之間的下落焦炭的疏松區(qū)向爐子中心區(qū)上升。也有部分

29、穿過軟熔帶根部與 爐墻間的焦炭層向邊緣流動(dòng)。這初始分布取決于燃燒帶的大小以及燃燒帶上方兩側(cè)爐料的透氣性。燃燒帶小、邊緣焦炭多、礦石少時(shí)，初始煤氣向邊緣流得多；而中心加焦，邊緣礦石多，燃燒帶向中心伸展時(shí)，初始煤氣向中心流得多。煤氣上升穿過滴落帶，其中既有透氣良好的焦炭，還有向下滴落的液體爐渣和鐵，它們的流動(dòng)互相影響。向下流動(dòng)的渣鐵占據(jù)了部分焦炭的空隙，特別是有部分爐渣滯留在其中(其值約為0.04)，使滴落帶的 e下降，影響了煤氣流運(yùn)動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)“液泛”現(xiàn)象。當(dāng)煤氣流到軟熔帶的下邊界處時(shí)，由于軟熔帶內(nèi)礦石層的軟 熔，其空隙極少，煤氣主要通過焦炭層(焦窗)而流動(dòng)，煤氣流在這里產(chǎn)生了橫向運(yùn)動(dòng)，由

30、于軟熔帶的形狀、位置和厚薄的不同，穿過的煤氣在方向和數(shù)量都有差別，所以軟熔帶成為高爐煤氣的二次分配器。從煤氣流分布來(lái)說(shuō)，倒形比W形的好，因?yàn)樵诘剐螘r(shí)煤氣由內(nèi)圓向外圓流動(dòng)比較順暢；而在W形時(shí)，既有內(nèi)圓向外圓的流動(dòng)，又有外圓向內(nèi)圓的流動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生煤氣流的沖突，不利于煤氣的分布。由于高爐塊狀帶料柱是由分層的礦石和焦炭組成，它們的透氣阻力差別很大，而且高爐的截面積從下往上逐漸縮小，料面又是按爐料堆角向中心傾斜，煤氣在這類不等截面、不等高度和透氣阻差別很大的料層間向上運(yùn)動(dòng)，不斷地改變著方向，實(shí)際上在塊狀帶內(nèi)形成了偏向中心的之字形流動(dòng)。到達(dá)爐頂煤氣流的分布常用爐喉料面以下水平截面上的分布來(lái)表示。常用的是通過

31、煤氣中CO2曲線、十字測(cè)溫的爐喉溫度曲線以及紅外線熱圖像儀測(cè)定給出料面等溫線，分色的溫度區(qū)帶等來(lái)判斷。煤氣在塊狀帶內(nèi)運(yùn)動(dòng)的阻力損失(Dp)和對(duì)其影響的因素 高爐內(nèi)煤氣穿過塊狀帶的運(yùn)動(dòng)常被假定為氣體沿著彼此平行、有著不規(guī)則形狀和不穩(wěn)定截面、互不相通的管束的運(yùn)動(dòng)。這樣應(yīng)用流體力學(xué)中氣體通過管道的阻力損失一般公式和類似高爐爐料的散料上研究測(cè)得的修正阻力系數(shù)，得到高爐塊狀帶內(nèi)阻力損失變化規(guī)律的半經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式，最常用的有扎沃隆科夫公式： 和厄根公式： 式中：Dp塊狀帶內(nèi)煤氣流阻力損失(壓差、壓強(qiáng)降)；H料層高度，m；g、r煤氣的密度，kg/m3； w煤氣的空爐速度，m/s；u煤氣的運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s；e爐

32、料的空隙度；g重力加速度，m/s2；d當(dāng)爐料空隙的當(dāng)量直徑，m；d爐料顆粒的比表面平均直徑，m；f爐料形狀系數(shù)。 扎氏認(rèn)為高爐內(nèi)塊狀帶的煤氣流運(yùn)動(dòng)處于不穩(wěn)定紊流區(qū)，即處于層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鬟^渡區(qū)；而厄根認(rèn)為它處于紊流區(qū)，這樣造成兩者表達(dá)式有差別?，F(xiàn)在高爐工作者普遍認(rèn)為現(xiàn)代高爐上塊狀帶內(nèi)的煤氣運(yùn)動(dòng)屬紊流狀態(tài)，所以常用厄根公式來(lái)表達(dá)煤氣在塊狀帶內(nèi)阻力損失變化的規(guī)律。從厄根公式可以看出影響Dp的因素有煤氣的性能(分子上)和爐料的特性(分母上)。煤氣性能主要是它的密度和速度；爐料的特性是其形狀系數(shù)，爐料顆粒的平均直徑和爐料的空隙度。降低Dp的措施是增加煤氣含H2量(噴吹含H2燃料)以降低煤氣的密度和黏度，

33、高壓操作縮小爐內(nèi)煤氣體積以降低煤氣速度；在不影響還原速度的情況下適當(dāng)增大爐料的粒度，最重要的是提高爐料的空隙度，這就要限制爐料粒度的上限和篩除粒度小于5 mm的粉末。高爐料柱的透氣性 高爐料柱的透氣性指煤氣通過料柱時(shí)的阻力大小。煤氣通過料柱時(shí)的阻力主要取決于爐料的空隙度s(散料體總體積中空隙所占的比例叫做空隙度)，空隙度大，則阻力小，爐料透氣性好；空隙度小，則阻力大，爐料透氣性壞?？障抖仁欠从碃t料透氣性的主要參數(shù)。氣體力學(xué)分析表明，空隙度e、風(fēng)量Q與壓差Dp之間有如下關(guān)系(可從厄根公式推出)：式中：Q風(fēng)量；Dp料柱全壓差；K比例系數(shù)；e爐料空隙度。由此可見，爐內(nèi)Q2/Dp反映了e/(1-e)的

34、變化，因Q2/Dp與e3成正比，e的任何一點(diǎn)變化都將敏感地反映在Q2/Dp上，所以，生產(chǎn)中用Q2/Dp作為高爐透氣性指標(biāo)，稱為透氣性指數(shù)。 料柱透氣性在高爐冶煉過程的作用 高爐料柱的透氣性直接影響爐料順行，爐內(nèi)煤氣流分布和煤氣利用率。料柱具有良好的透氣性，使上升煤氣流均勻與穩(wěn)定而且順利地通過，是保證下料順行和充分發(fā)揮上升煤氣流的還原和傳熱作用的基本前提。尤其是高強(qiáng)度冶煉時(shí)，爐缸煤氣量大，如果此時(shí)料柱透氣性不好，則煤氣流阻力增加，風(fēng)壓升高，繼而出現(xiàn)崩料、懸料等現(xiàn)象，冶煉過程不能正常進(jìn)行。這就是風(fēng)量與料柱透氣性不相適應(yīng)的結(jié)果。 其次，由于爐料質(zhì)量差而造成爐內(nèi)透氣性惡化和分布不均勻時(shí)，不僅壓差升高和

35、下料不順，而且引起煤氣流分布不均，出現(xiàn)管道行程和煤氣流偏行等現(xiàn)象，從而使煤氣利用率下降，爐料的預(yù)熱與還原不充分，直接還原度增加，熱量消耗增大，影響高爐焦比和生鐵產(chǎn)量。因此，為了保證高爐冶煉過程正常進(jìn)行和獲得良好的生產(chǎn)指 標(biāo)，必須通過各種途徑提高高爐料柱的透氣性。改善塊狀帶料柱的透氣性為了提高塊狀帶料柱的透氣性，首先應(yīng)提高礦石和焦炭的強(qiáng)度，減少入爐粉末。尤其要提高礦石和焦炭的熱強(qiáng)度，增強(qiáng)高溫還原狀態(tài)下抵抗摩擦、擠壓、膨脹和熱裂的能力，減少或避免爐內(nèi)再次產(chǎn)生粉末，這樣可以提高料柱空隙度e、降低Dp。其次，要嚴(yán)格控制粒度。實(shí)踐表明，隨著原料粒度的增大，通過料層的煤氣阻力減小，但粒度超過25 mm以后

36、，相對(duì)阻力基本不降低。相反，隨著粒度的減小，煤氣阻力增加，但在大于6 mm的范圍內(nèi)阻力增加不明顯，而粒度小于6 mm 時(shí)，相對(duì)阻力明顯增加。因此，適合于高爐冶煉的礦石粒度范圍是625 mm。小于6 mm的粉末對(duì)透氣性危害極大，必須全部篩除，而25 mm以上的大塊，對(duì)改善透氣性已無(wú)明顯效果，但對(duì)還原不利，因此應(yīng)當(dāng)把上限控制在25 mm以下。第三，要盡量使粒度均勻。在適宜的粒度范圍內(nèi)使粒度均勻，有利于提高爐料空隙度。理論計(jì)算表明，對(duì)于一種粒度均勻的散料來(lái)說(shuō)，無(wú)論粒度大小，空隙度均在0.5左右。但隨著大小粒度以不同比例混合后，其空隙度大幅度變化，如圖4所示。因此，應(yīng)盡量使粒度均勻，有利于提高塊狀帶透

37、氣性。爐料的粒度差較大時(shí)，應(yīng)分級(jí)入爐。 圖4 爐料空隙度e與阻力因子(1-e )/ e3的關(guān)系從圖4可以看出高爐內(nèi)爐料空隙度對(duì)透氣性的影響。當(dāng)前高爐使用爐料的正處在其變化極為敏感區(qū)域 e=0.45左右，若e<0.45時(shí)的降低，阻力因子(1-e )/e3上升高極快，料柱透氣性指也隨之急劇升高，例如當(dāng)?shù)V石含粉量由5 %增加到10 %和15 %時(shí)，透氣性指數(shù)升高22.6 %和50 %。煤氣通過軟熔帶時(shí)的阻力損失的影響因素 當(dāng)爐料開始軟化時(shí)，隨著體積的收縮，空隙度不斷下降，煤氣通過時(shí)的阻力損失急劇升高，在開始滴落前Dp 達(dá)到最高，Dp約為礦石開始軟熔時(shí)卸的4倍，是原礦石層的8.5倍。由于礦石軟熔

38、層的阻力很大，所以煤氣流絕大部分是從焦炭層(一般稱之為焦窗)穿過的。研究表明煤氣流經(jīng)軟熔帶的阻力損失與軟熔層徑向?qū)挾菳、焦炭層厚度hC、層數(shù)n和空隙度 e 等有關(guān)，并可用下式表達(dá)： 式中，l為軟熔帶的總高度。從上式可以看出焦炭層對(duì)軟熔帶內(nèi)煤氣的阻力損失起著決定性作用，軟熔帶內(nèi)焦窗數(shù)n越多，焦炭層hC。厚度和焦炭層的空隙度越大，阻力損失就越小，煤氣流通過越容易，二次分配也更趨合理。所以擴(kuò)大焦炭批重以增加其厚度，改善焦炭熱強(qiáng)度，減少在爐內(nèi)的破碎和粉化以保持焦炭有較大的空隙度，對(duì)降低軟熔帶的Dp是極為重要的。當(dāng)然也要重視改善礦石的軟熔性能以減小其軟熔層的寬度和厚度，降低Dp。影響滴落帶煤氣運(yùn)動(dòng)的阻力

39、主要的因素滴落帶是已經(jīng)熔化成液體的渣鐵在焦炭縫隙中滴狀下落的區(qū)域。在這里，煤氣運(yùn)動(dòng)的阻力，受固體焦炭塊和熔融渣鐵兩方面的影響。一方面，焦炭粒度均勻、高溫機(jī)械強(qiáng)度好、粉末少，爐缸充填床內(nèi)的空隙度大，煤氣阻力?。淮藭r(shí)焦炭空隙度 eC尤為重要，因?yàn)槊簹鈱?shí)際通過的空隙度 e 是焦炭空隙度eC扣除滴落渣鐵占有的空隙ht，即e= eC-ht；同時(shí)焦炭反應(yīng)性好說(shuō)明氣化反應(yīng)(C+CO2=CO)易于進(jìn)行，這意味著焦炭在高溫容易破裂，增加煤氣阻力。因此，從高爐冶煉的角度看，希望焦炭的反應(yīng)性差一些為好。另一方面，為了降低煤氣阻力，要求渣量少、流動(dòng)性好，盡可能降低ht。當(dāng)渣量過大、流動(dòng)性不好時(shí)，由于煤氣通道減小，煤氣

40、流速增加，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)渣鐵被上升氣流吹起，無(wú)法進(jìn)行正常的冶煉這種現(xiàn)象叫做液泛。當(dāng)初渣中FeO含量過多時(shí)，會(huì)在滴落帶與焦炭作用產(chǎn)生大量的CO，以氣泡的形態(tài)存在于渣中，使渣易于上浮，更容易發(fā)生液泛現(xiàn)象，大大增加煤氣阻力，破壞高爐順行。因此，改善礦石的還原性，使礦石在進(jìn)入滴落帶以前充分被還原，盡量降低初渣中的FeO，不僅是降低直接還原度從而降低高爐熱消耗的主要措施，也是減小滴落帶煤氣阻力，保證高爐順行的重要條件。爐料在爐內(nèi)連續(xù)下降的條件 爐料在爐內(nèi)連續(xù)下降是由兩個(gè)條件保證的：爐子下部有供爐料下降的空間；爐料的自重能克服下降過程中所遇到的阻力。(1)爐子下部空間的騰出。冶煉過程中，焦炭中的固定碳在風(fēng)

41、口前燃燒和參加直接還原變?yōu)闅怏w離開高爐；礦石、熔劑和焦炭灰分則熔化和還原成渣鐵而排出爐外，從而使?fàn)t內(nèi)不斷形成自由空間，為爐料的連續(xù)下降創(chuàng)造了必要條件。風(fēng)口前焦炭的燃燒提供35 %40 %的空間，參加直接還原消耗焦炭提供15 %左右的空間，而礦石和熔劑在下降過程中重新排列、壓緊并熔化成液相而體積縮小提供30 %左右的空間，此外放出渣鐵也提供一部分空間。(2)阻力的克服。要克服的一系列阻力包括：1)爐料與爐墻的摩擦阻力；2)料塊之間的內(nèi)摩擦阻力；3)上升煤氣的浮力。只有爐料的自身重力超過這三種阻力之和的情況下，爐料才能連續(xù)不斷地下降，維持正常的冶煉過程。影響爐料的順利下降的因素 使?fàn)t料下降的力F，

42、可用下式表示： F=(W¢料-p墻-p料)-DpW¢效-Dp式中：F決定爐料下降的力；W¢料爐料自身重力；p墻爐料與爐墻之間摩擦力的垂直分量；p料料塊之間的內(nèi)摩擦力；Dp煤氣通過料柱時(shí)產(chǎn)生的壓力降，也就是煤氣對(duì)下降爐料的浮力；W¢效爐料的有效重力。 由此可見，F(xiàn)>0，即W¢效>Dp是保證爐料順利下降的基本條件。影響W¢效和Dp的各種因素，都將影響爐料的順利下降。影響W¢效的因素有： (1)爐身角和爐腹角。爐身角越小和爐腹角越大，爐料有效重力就越大，因?yàn)榇藭r(shí)爐料與爐墻間摩擦力的垂直分量減小。另外，爐料在運(yùn)動(dòng)的條件下

43、，其有效重力比靜止時(shí)大，因?yàn)閯?dòng)摩擦系數(shù)比靜摩擦系數(shù)小。 (2) 料柱高度。在一定限度以內(nèi)，隨著料柱高度的升高，爐料有效重力增加，但高度超過一定限度以后，有效重力反而隨料柱高度的升高而減小，因?yàn)榇藭r(shí)隨著高度升高而增加的p墻和p料的作用超過了料柱自重增加的作用。矮胖高爐之所以比較順行，就是因?yàn)榱现叨认鄬?duì)較小。 (3)風(fēng)口數(shù)量。因?yàn)轱L(fēng)口上方的爐料比較松動(dòng)，所以當(dāng)風(fēng)口數(shù)量增加時(shí)，風(fēng)口平面上料柱的動(dòng)壓力增加，有效重量增加。風(fēng)口前燃燒帶的水平投影越靠近爐墻，爐墻對(duì)爐料的摩擦力越小，爐料有效重量增加。 (4)爐料堆密度。爐料堆密度越大，有效重量越大。焦比降低以后，隨著焦炭負(fù)荷的提高，爐料堆密度增加，這是對(duì)

44、高爐順行有利的一面。 (5)高爐操作狀態(tài)。爐渣黏度大，爐墻平，煤氣流分布失常(即中心堆積或邊緣堆積)時(shí)，爐料有效重力減小，因?yàn)檫@種情況下，p墻和p料均有所增加。 影響Dp的因素有： (1)煤氣流速。靜止?fàn)顟B(tài)下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Dp與煤氣流速的1.8次方成正比，因此，隨著煤氣流速的增加，Dp迅速增加。但在實(shí)際操作中因爐料處于松動(dòng)狀態(tài)，通道截面的煤氣量比靜止時(shí)大得多，所以，Dp隨煤氣流速增加的幅度不會(huì)那么大，在正常操作范圍內(nèi)，大致與煤氣流速的一次方成正比，而當(dāng)高爐冶煉強(qiáng)度高到爐料接近流態(tài)化狀態(tài)時(shí)，Dp的增加就不那么明顯了，這就是所謂松動(dòng)強(qiáng)化理論的主要依據(jù)。 (2)原料粒度和空隙度。粒度大，則煤氣通道

45、的水力學(xué)當(dāng)量直徑大，Dp降低，有利于順行，但對(duì)還原不利。粒度均勻，則空隙度大，Dp降低，有利于順行。因此，從有利于還原和順行的角度出發(fā)，要求高爐原料具有小而均勻的粒度。 (3)煤氣黏度和重度。降低煤氣黏度和重度，能降低Dp。噴吹燃料時(shí)，由于煤氣中的氫含量增加，黏度和重度都降低，對(duì)順行有利。(4)高爐操作因素。疏松邊緣的裝料制度，爐渣流動(dòng)性良好，渣量少和成渣帶薄，均能降低Dp，對(duì)順行有利。提高風(fēng)溫時(shí)，由于煤氣體積和黏度增加，Dp升高，不利于順行。因此，要高風(fēng)溫操作，必須創(chuàng)造高爐接受高風(fēng)溫的條件。塊狀帶爐料下降運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn) 高爐裝料的特征是爐料按批入爐，形成礦石層和焦炭層間隔的料柱，而且料面呈中心低

46、邊緣高的斜面。由于風(fēng)口燃燒帶相對(duì)位于邊緣，焦炭不斷地落入燃燒，而且爐身向下逐漸擴(kuò)散，所以邊緣下料速度高于中心，使料層越往下越趨于平坦，每批料料層厚度減薄。就整體而言，塊狀帶的爐料下降是保持礦、焦層間隔的層狀活塞流。根據(jù)圓筒存?zhèn)}內(nèi)散料下降的一般規(guī)律，并考慮高爐內(nèi)有上升煤氣流浮力的影響，導(dǎo)出的塊狀帶爐料下降的有效質(zhì)量力的表達(dá)式是： 式中：q有效爐身料柱的有效質(zhì)量力，kg；g料爐料的堆積密度，kg/m3；Dp/H單位料柱高度上煤氣的阻力損失，也就是煤氣流給于料柱的浮力，kg/m3；f爐料與爐墻之間的摩擦系數(shù)；n爐料對(duì)爐墻的側(cè)壓力系數(shù)；H、d高爐的直徑和高度，m。 從上式可以看出，影響q有效有效的因素

47、是： (1) q有效不隨H的增加而無(wú)限增大，H到一定值時(shí)，q有效與再增大的H無(wú)關(guān)，而為一定值； (2)高爐角值小，即高爐矮胖，q有效值大； (3)爐身角小、爐腹角大，爐料與爐墻的摩擦力減小，q有效增大； (4) 是最重要的因素，只有>0時(shí)爐料才能下降，這就要增大爐料的堆積密度丁料和降低煤氣的浮力。 如果由于某種原因使升高，其值達(dá)到了料時(shí)，q有效=0，此時(shí)爐料就出現(xiàn)懸料。滴落帶內(nèi)爐料運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)軟熔帶以下的滴落帶內(nèi)僅存焦炭，因此這里的爐料運(yùn)動(dòng)實(shí)際是焦炭的運(yùn)動(dòng)，其特點(diǎn)如圖5所示。圖5 滴落帶內(nèi)焦炭運(yùn)動(dòng)示意圖 A焦炭向風(fēng)口區(qū)下降的主流區(qū)；B滑移區(qū)；C死料堆焦柱(也稱焦塔)內(nèi)的焦炭因其運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同而分為三個(gè)區(qū)域：燃燒帶上方的A區(qū)，中心基本不動(dòng)的死料柱C區(qū)和兩者之間疏松滑動(dòng)的B區(qū)。A區(qū)內(nèi)的焦炭直接落入燃燒帶燃燒，因此下落速度很快。B區(qū)的焦炭沿著中心死料柱形成的滑坡滑人燃燒帶燃燒氣化，C區(qū)的焦炭不能直接進(jìn)入燃燒帶，似乎是一個(gè)死區(qū)，所以在過去對(duì)高爐內(nèi)發(fā)生的變化不甚了解的時(shí)代把它稱為死料柱，一直沿用至今。實(shí)際上C區(qū)焦炭并不死，只是更新的速度慢一些而已，更新