高爐爐料和煤氣運(yùn)動(dòng)

1、第四章高爐爐料和煤氣運(yùn)動(dòng)4.1 爐缸反應(yīng)4.2 煤氣運(yùn)動(dòng)4.3 爐料運(yùn)動(dòng) 4.4 高爐能量利用計(jì)算4.1 爐缸反應(yīng) 從爐頂加入的焦炭，其中7075%是在風(fēng)口前與鼓風(fēng)中的O2燃燒，1721%參加直接還原反應(yīng)，10%左右溶解進(jìn)入鐵水。 焦炭在風(fēng)口前燃燒：（1）產(chǎn)生熱量和氣體還原劑；（2）產(chǎn)生空間使?fàn)t料下降；（3）直接還原、滲碳、渣鐵間的反應(yīng)1. 爐缸燃燒反應(yīng)機(jī)理 (a) 碳素燃燒反應(yīng) 完 全 燃 燒： 不完全燃燒： 假定鼓風(fēng)中沒有水分（稱為干風(fēng)），這時(shí)爐缸煤氣成分由CO、N2組成實(shí)際鼓風(fēng)中除O2和N2外，還有一定量的水分：(b) 爐缸煤氣成分 設(shè)鼓風(fēng)濕份為 （體積百分比），則： 1m3鼓風(fēng)中干風(fēng)的

2、體積 (1-f) m31m3鼓風(fēng)中水的體積： f1m3鼓風(fēng)中氧的體積：0.21(1-f）1-ffm3m31m3鼓風(fēng)1m3鼓風(fēng)的燃燒反應(yīng)：CO的體積= H2的體積= N2的體積= 1m3鼓風(fēng)產(chǎn)生的煤氣總體積： 燃燒反應(yīng)產(chǎn)物成分鼓風(fēng)濕度(%)燃燒產(chǎn)物組成（%）COH2N20123534.735.035.235.4535.9300.81.62.434.065.364.263.262.1160.06結(jié)論：鼓風(fēng)濕度越高，煤氣中CO、H2濃度增加,N2減少 f=1.25%相當(dāng)于10g/m3f=1%相當(dāng)于：不同鼓風(fēng)濕度煤氣的變化(C）1kgC燃燒需要的風(fēng)量和產(chǎn)生的煤氣量i）燃燒1kg碳素所需要的風(fēng)量 24k

3、g 22.4m3 1kg x=22.4/24=0.933m3O2/kgC當(dāng) 時(shí) 當(dāng) 時(shí) ii）燃燒1kg碳素生成的煤氣體積 1m3鼓風(fēng)產(chǎn)生的煤氣總體積：已知1kgC燃燒需要的風(fēng)量： 其中： ，其中 時(shí) 時(shí) 時(shí) 時(shí) 結(jié)論： （1） 濕份增加，爐缸煤氣體積變化不大； （2） 爐缸煤氣體積大約是風(fēng)量的1.21倍； （3） 但爐頂煤氣體積是鼓風(fēng)量的1.31.4倍。不同鼓風(fēng)濕度煤氣的變化2: 燃燒帶與風(fēng)口回旋區(qū)（1）風(fēng)口回旋區(qū) 鼓風(fēng)以100200m/s的速度從風(fēng)口吹入充滿焦炭的爐缸區(qū)域，在風(fēng)口前形成一個(gè)近似球形的空間。在球形空間內(nèi)部，氣流夾帶著焦炭作回旋運(yùn)動(dòng)，焦塊的運(yùn)動(dòng)速度420m/s（前蘇聯(lián)測(cè)定），稱

4、這一球形區(qū)域?yàn)轱L(fēng)口回旋區(qū)。（2） 燃燒帶 在回旋區(qū)外圍有一層100200mm的焦炭疏松層稱中間層，將回旋區(qū)和中間層統(tǒng)稱為燃燒帶。 實(shí)踐中常以CO2降至12%的位置定為燃燒帶界限。大型高爐的燃燒帶長(zhǎng)度在100015000mm左右 風(fēng)口回旋風(fēng)口附近煤氣成分的變化強(qiáng)化供風(fēng)風(fēng)口附近煤氣成分的變化3.燃燒帶對(duì)高爐冶煉過程的影響1 ）燃燒帶是爐內(nèi)焦炭燃燒的主要場(chǎng)所，而焦炭燃燒所騰出來(lái)的空間是促使?fàn)t料下降的主要因素。生產(chǎn)中的高爐的燃燒帶上方總是比其它地方松動(dòng)，且下料快（稱焦炭松動(dòng)區(qū)或活性焦炭區(qū)），燃燒帶內(nèi)燃燒的焦炭的80%來(lái)自風(fēng)口上方。因此，當(dāng)燃燒帶占整個(gè)爐缸面積的比例大時(shí)，爐缸活躍面積大，料柱比較松動(dòng)，有

5、利于高爐順行。 因此，從高爐順行的角度來(lái)說，希望燃燒帶水平投影面積大些，多伸向爐缸中心，并盡量縮小風(fēng)口之間爐料的呆滯區(qū)（多風(fēng)口設(shè)計(jì)思想）(下) 2）燃燒帶是爐缸煤氣的發(fā)源地，燃燒帶的大小影響煤氣流的初始分布。燃燒帶伸向中心，則中心氣流發(fā)展，爐缸中心溫度升高；相反，燃燒帶小，邊緣氣流發(fā)展，中心溫度較低，對(duì)各種反應(yīng)進(jìn)行不利。爐缸中心不活躍和熱量不足，對(duì)高爐順行極為不利。因此，從煤氣流分布合理和爐缸中心溫度充足的角度來(lái)說，也希望燃燒帶向中心延伸 （上） 回旋區(qū)截面積占爐缸截面積的4748%時(shí)高爐生產(chǎn)指標(biāo)最好，小高爐可達(dá)50%。對(duì)d = 6.813.4m（相當(dāng)于10004000m3）的高爐，回旋區(qū)深度

6、L = 0.424 + 0.068 d + 0.003 d2。4.下部調(diào)劑原理 定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)進(jìn)入高爐的鼓風(fēng)質(zhì)量所具有的動(dòng)能，它是選擇風(fēng)口直徑的主要依據(jù)。鼓風(fēng)動(dòng)能大，燃燒帶加長(zhǎng)，有利于吹透中心。，（ ） 單位時(shí)間的鼓風(fēng)質(zhì)量 （ ）風(fēng)速 （ ） 每秒鐘進(jìn)入一個(gè)風(fēng)口的鼓風(fēng)質(zhì)量：（ ）高爐風(fēng)量（ ）標(biāo)態(tài)下空氣重度（1.2875 ）送風(fēng)風(fēng)口個(gè)數(shù)重力加速度（ ） 影響燃燒帶的因素-鼓風(fēng)動(dòng)能、燃燒反應(yīng)速度、爐料分布狀況1）鼓風(fēng)動(dòng)能及其與燃燒帶的關(guān)系 若風(fēng)溫為T（=273+t），風(fēng)壓 ，則每秒進(jìn)入一個(gè)風(fēng)口的實(shí)際鼓風(fēng)體積 ：注： 為吹入高爐的實(shí)際風(fēng)量（Nm3/min）,用每天燒掉的焦炭量來(lái)反推：每天加入高爐

7、的焦炭高爐中加入1噸焦炭需要的風(fēng)量每天加入高爐的焦炭（t）；焦炭固定碳含量（%）；風(fēng)口前燒掉的碳量占入爐總碳量之比，則高爐內(nèi)每加入1噸焦炭所需要的風(fēng)量一般波動(dòng)在25003000Nm3/t，若取當(dāng)休風(fēng)率為0時(shí)： ，即每天裝入高爐內(nèi)的焦炭的2倍。日本統(tǒng)計(jì)了大型高爐鼓風(fēng)動(dòng)能與高爐有效容積的關(guān)系：我國(guó)：1000m3以上的高爐鼓風(fēng)動(dòng)能在4070kW 300m3左右的高爐 3040kW 100m3以下的小高爐 1015kW 55m3高爐 69kW 13m3高爐 25kW隨冶煉強(qiáng)度升高，鼓風(fēng)動(dòng)能相應(yīng)減小。 2）影響鼓風(fēng)動(dòng)能的因素鼓風(fēng)動(dòng)能 燃燒帶大小a） 風(fēng)量 E=f(V2)b） 風(fēng)溫 E=f(T2)c) 風(fēng)

8、壓 E=f(1/p2)d) 風(fēng)口截面積E=f(1/S2)5 燃燒溫度及爐內(nèi)溫度分布（1）理論燃燒溫度 定義：風(fēng)口前焦炭燃燒產(chǎn)生的煤氣所能達(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。風(fēng)口前碳燃燒成CO放出的熱量（kCal/t）鐵）；鼓風(fēng)帶入的物理熱（kCal/t鐵）；燃料帶入的物理熱，包括進(jìn)入高溫區(qū)的焦碳的物理熱（1500)、 煤粉的物理熱；鼓風(fēng)和噴吹煤粉中的水分解吸熱（kCal/t鐵）；煤粉分解吸熱（kCal/t鐵）；CO和N2的比熱， ；H2的比熱， ；爐缸煤氣中CO、N2、H2的體積，m3/tFe。 理論燃燒溫度可達(dá)18002400，它代表風(fēng)口區(qū)

9、最高溫度，其數(shù)值表示了傳熱推動(dòng)力的大小，但它并不代表爐缸鐵水溫度和生鐵含硅量的高低。（2）影響理論燃燒溫度的因素 在實(shí)際使用過程中，各高爐根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及按上述定義公式計(jì)算的 ，經(jīng)過回歸得到使用方便的經(jīng)驗(yàn)公式：日本君津廠： 日本中山廠： 澳大利亞BHP： 以上各式中： 鼓風(fēng)溫度（）； 鼓風(fēng)富氧量（m3/1000m3鼓風(fēng)）；噴吹重油量（kg/1000m3鼓風(fēng)）； 噴煤量（kg/1000m3鼓風(fēng)）；鼓風(fēng)濕份（g/m3）首鋼1高爐： 武鋼1高爐： kg/t g/m3從以上公式可以看出： 富氧1%：提高理論燃燒溫度4045； 濕份1g/m3：影響理論燃燒溫度6左右； 100風(fēng)溫：提高影響理論燃燒

10、溫度7580； 噴煤10kg/t：影響理論燃燒溫度1520； 高爐冶煉過程中必須維持一定的理論燃燒溫度才能保證順行。過低：傳熱推動(dòng)力小，渣鐵溫度不足，流動(dòng)性差，脫硫困難；過高：爐缸煤氣體積膨脹，壓差升高，且大量產(chǎn)生SiO。日本高爐理論燃燒溫度與高爐有效容積的關(guān)系有效容積（m3）10002000300040005000下限21152170230023002350上限22402300242024202470首鋼1號(hào)高爐燃料比與理論燃燒溫度的關(guān)系時(shí) 間1950.61954.31957.51966.21980.1燃料比（kg/t）1050892789532515（）193020562164220722

11、63燃料比要求噴煤100kg/t ，需要補(bǔ)償風(fēng)溫130180武鋼100風(fēng)溫可增加噴煤59kg/t(100kg/t 169) 理論燃燒溫度與焦比關(guān)系 K=600kg/t、C固=82%、冶煉1噸生鐵需在風(fēng)口前燃燒的碳量 = 6000.820.7 = 344.4kg鼓風(fēng)物理熱 燃料帶入高溫區(qū)的物理熱 水份分解熱 煤粉分解熱 (風(fēng)口前碳素燃燒率) 當(dāng)K=700kg/t時(shí)， 結(jié)論： t理與焦比關(guān)系不大，但焦比升高，噸鐵煤氣量增加，每噸 生鐵的總熱量增加，爐子變熱。 （3）爐缸內(nèi)溫度分布爐缸內(nèi)溫度分布當(dāng)爐缸中心渣鐵溫度2000，渣鐵溫度 14501550高爐上部：煤氣溫度比爐料溫度高100250概念：水當(dāng)

12、量（熱容比）W： 流股每小時(shí)流量(質(zhì)量或體積)與相應(yīng)流股比熱的乘積，即流股每升(降)溫1所吸收(放出)的熱量。由于散料在熱交換時(shí)還有化學(xué)反應(yīng)，所以把比熱的概念加以擴(kuò)展，它包括了化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)對(duì)爐料溫度變化的影響。Wm=GmCm Gm：每小時(shí)通過高爐某一截面的爐料質(zhì)量（t/h） Wg=V Cg V：每小時(shí)通過高爐某一截面的煤氣體積（m3/h） 水當(dāng)量在高爐高度上的變化： HW 高爐上下的煤氣成分及體積流量稍有變化，引起Wg變化不大；煤氣水當(dāng)量 ：Wg爐料水當(dāng)量 ：Wm 高爐上部水當(dāng)量較小（爐料吸熱、水分蒸發(fā)、石灰石分解吸熱+間接還原放熱）； 高爐下部爐料水當(dāng)量很大（直接還原大量吸熱、熔化渣鐵及過

13、熱吸熱） 高爐上部： 高爐中部： 空區(qū) 高爐下部： 理想高爐縱向溫度分布 （1）上部熱交換區(qū)：礦、焦進(jìn)入高爐后溫度很快升高，煤氣溫度則下降很慢，到9001000范圍內(nèi)，二者溫差很小，熱交換趨于停止：特點(diǎn)： 爐料溫度升高（950-20）=930煤氣溫度降低（950-250）=700 根據(jù)熱平衡關(guān)系： (20 爐料溫度 250 煤氣出口溫度950 空區(qū)溫度 )（2）下部熱交換區(qū) 煤氣溫度降低：2000950 = 1050(950經(jīng)過空區(qū)后的溫度) 爐料溫度升高：1550950 = 600 爐料進(jìn)行直接還原大量吸熱、渣鐵熔化及過熱耗熱 根據(jù)熱平衡關(guān)系：（3）熱交換空區(qū)（熱儲(chǔ)備區(qū)） 大、小高爐空區(qū)高度

14、比較 煤氣與爐料的溫差很?。?550）,空區(qū)的溫度一般在8501000。不加熔劑時(shí)為9001000(取決于直接還原開始溫度),加大量熔劑時(shí)為石灰石大量分解溫度8501000。 空區(qū)起著緩沖作用，如高爐偶然間坐料或崩料，不會(huì)影響到焦比。空區(qū)越大，高爐熱慣性越大、波動(dòng)就越?。幌喾?，空區(qū)越小，高爐熱慣性小，爐況容易波動(dòng)。 （4） 爐頂煤氣溫度和渣鐵溫度上部熱交換區(qū)：上部換熱區(qū) a）焦比K： K 煤氣量 b) 富氧： 煤氣量 c) 風(fēng)溫： 風(fēng)溫 K d) 噴煤： 煤氣量 e）熱燒結(jié)礦：f）冶煉強(qiáng)度： 同步變化（料速）（焦炭消耗量/天 ） g) 爐頂打水： 下部熱交換區(qū)：下 部換熱區(qū)a）焦比K： 煤氣量

15、 K b) 富氧： 煤氣量 c) 風(fēng)溫： 風(fēng)溫 K d) 噴煤： 煤氣量 煤氣量 煤氣量 4.3 爐料運(yùn)動(dòng)礦石：塊礦、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、錳礦焦炭熔劑：石灰石附加物：碎鐵批料大 高 爐：負(fù)荷可達(dá) 3.54.5中小高爐：負(fù)荷可達(dá) 2.53.0負(fù)荷大小決定于： （1）礦石還原性；（2）風(fēng)溫水平； （3）噴煤量； （4）冶煉鐵種； （5）焦炭質(zhì)量； （6）操作水平 確定料批的順序： （1）先確定批焦 （2）根據(jù)負(fù)荷確定批礦 （3）根據(jù)爐渣堿度確定石灰石用量4.3.1 爐料下降 1.爐內(nèi)存在使其下降的空間(必要條件)(1)焦炭在風(fēng)口前燃燒 占3540(2)焦炭參加直接還原反應(yīng) 占15% (3)礦石、熔劑熔

16、化時(shí)體積收縮 占30%(4)定期排放渣鐵重點(diǎn)(1)焦炭燃燒：增加風(fēng)量，可使?fàn)t料下降變快； (2)勤放渣鐵：使?fàn)t缸騰出空間 2.爐料下降的力學(xué)條件(充分條件) 1）決定爐料下降的力： 其中： 爐料自重爐料與爐墻之間的摩擦力料塊之間的內(nèi)摩擦力煤氣通過料柱時(shí)的阻力損失（壓降） 稱為爐料有效重量稱為爐料有效重量系數(shù) 散料料柱的特點(diǎn):爐料順利下降 難行、懸料 不同于一般的大塊固體，內(nèi)部無(wú)結(jié)合力不同于一般的流體，有很大的內(nèi)摩擦力雅森公式（Janssen）：料柱下降力的另一表達(dá)式式中： 散料在h處所受的靜壓力, D散料柱直徑，mH散料柱總高度，m散料柱內(nèi)氣流產(chǎn)生的阻力損失,散料堆比重，爐料與爐墻的摩擦系數(shù)，

17、取0.7爐料的側(cè)壓力系數(shù)（爐料與爐料之間的摩擦 系數(shù)），取0.5壓降梯度，相當(dāng)于把爐料放入比重為的流體中所受的浮力當(dāng)爐料順利下降難行、懸料2）影響的因素(1)爐身角和爐腹角爐身角 越小爐腹角 越大高爐越矮胖，(2)料柱高度在一定范圍內(nèi)：料柱高度H超過一定值后 且會(huì)形成料拱(3) 風(fēng)口數(shù)目 風(fēng)口數(shù)目增加，燃燒帶水平投影面積占爐缸面積比例大，料柱松動(dòng)，爐料之間內(nèi)摩擦系數(shù)下降； (4) 爐料堆比重 高爐噴煤粉后，焦炭負(fù)荷升高(5)高爐操作狀態(tài) 爐渣粘度大、爐墻不平（結(jié)厚、結(jié)瘤）、煤氣分布失常，4.3.2 影響 的因素 料柱壓差 的表達(dá)式 =P缸-P喉=P熱-P頂根據(jù)流體力學(xué)，氣體通過散料層時(shí)的阻力損

18、失為：（1） 式中： 高度為H的料柱內(nèi)的阻損上升氣流的重度上升氣流速度散料層空隙率顆粒形狀系數(shù) 顆粒平均直徑（m）與雷諾數(shù)有關(guān)的常數(shù)重力加速度 9.8Ergun通過實(shí)驗(yàn)研究指出：流體動(dòng)粘度將(2)、(3)代入(1) 粘度 動(dòng)能 氣體密度（kg/m3） 氣體粘度 （2） （3） （4） （5） 上式中第一項(xiàng)表示由流體粘度產(chǎn)生的阻力，在層流流動(dòng)（低流速）時(shí)起作用；第二項(xiàng)表示由流體動(dòng)能產(chǎn)生的阻力，在高速氣流（紊流）時(shí)起決定作用。高爐中煤氣實(shí)際流速高達(dá)1020=10003000（6） （7） K稱為透氣性指數(shù)，是散料特性的函數(shù)。現(xiàn)場(chǎng)用K= V風(fēng)/ 代表料柱的透氣性指數(shù)。4.3.3 改善料柱透氣性上式中

19、第一項(xiàng)表示由流體粘度產(chǎn)生的阻力，在層流流動(dòng)（低流速）時(shí)起作用；第二項(xiàng)表示由流體動(dòng)能產(chǎn)生的阻力，在高速氣流（紊流）時(shí)起決定作用。高爐中煤氣實(shí)際流速高達(dá)1020=10003000現(xiàn)場(chǎng)用K= V風(fēng)/ 代表料柱的透氣性指數(shù),是散料特性的函數(shù)。 不同爐料的透氣性指數(shù)爐料息止角（mm）K焦炭364400.5390.724球團(tuán)283200.3612.70.920.48燒結(jié)323600.487100.650.594.3.3 改善料柱透氣性不同爐料的透氣性指數(shù)爐料息止角（mm）K焦炭364400.5390.724球團(tuán)283200.3612.70.920.48燒結(jié)323600.487100.650.59公式（6）

20、1)只適用于塊狀帶； 2)只適用于固定床； 3) 礦、焦分層計(jì)算。但實(shí)際測(cè)定值理論計(jì)算值，主要是在礦、焦界面上發(fā)生了滲混現(xiàn)象。4)5)1 改善塊狀帶透氣性a）爐料顆粒尺寸篩除5mm的顆粒。小顆粒比表面積大，氣流與顆粒間產(chǎn)生的摩擦阻力大。但顆粒太大影響其還原性，故一般礦粒下限取8mm，上限取45mm。b）料柱空隙度 爐料顆粒尺寸差越大，越小，大塊料體積占70%時(shí)，最小。 4025mm k=0.625 i）分級(jí)入爐 2512mm k=0.48 125mm k=0.417ii)減少粉末：-5mm 實(shí)際空隙率在3040% c）冶煉強(qiáng)度I上升氣流速度煤氣量e）噴煤焦炭負(fù)荷iii）提高礦石和焦炭強(qiáng)度d）高

21、風(fēng)溫煤氣體積膨脹料柱透氣性f）富氧煤氣量g）高壓操作h）加濕鼓風(fēng)（上升氣流速度） 2 改善軟熔帶透氣性 正常的填充床中，料柱的阻力與氣流實(shí)際流速的關(guān)系為：或按經(jīng)驗(yàn) 高爐中吹出管道時(shí)呈局部流態(tài)化。液泛爐腹有液態(tài)渣鐵充填時(shí)的流體力學(xué)現(xiàn)象 液態(tài)渣（鐵）貼壁流動(dòng)，氣體在中心通過，兩者不發(fā)生矛盾液渣數(shù)量增多，直至下泄困難，并開始在料層內(nèi)積聚， ；當(dāng)液相數(shù)量積聚到一定數(shù)量時(shí)，其質(zhì)量 產(chǎn)生的浮力，液體下泄，料層 ， 此過程重復(fù)出現(xiàn).煤氣以氣泡形式穿越渣層， ，煤氣將泡沫渣向上吹，因上部溫度低，粘度聚增，直至凝固，造成下部懸料， 在逆流接觸的氣-液反應(yīng)器或傳質(zhì)分離設(shè)備中，氣體從下往上流動(dòng)，當(dāng)氣體的流速增大至某

22、一數(shù)值，液體被氣體阻攔不能向下流動(dòng)，愈積愈多，最后從塔頂溢出，稱為液泛。大渣量、高冶煉強(qiáng)度操作、焦炭質(zhì)量差時(shí)可能出現(xiàn)液泛現(xiàn)象。懸料因子公式中: 煤氣流空爐速度，cm/s； 散料空隙率 重力加速度980cm/s2； 煤氣和爐渣的密度，g/cm3； 爐料比表面積，cm2/cm3；爐渣粘度，厘泊 流量比液體與氣體的空爐速度比 L、G分別為液體與氣體的空爐質(zhì)量流速 （g/ ）cm2 .s高爐是四周側(cè)面進(jìn)風(fēng)，發(fā)生液泛現(xiàn)象的壓力降要比自然底部進(jìn)風(fēng)高出5倍。所以實(shí)際高爐爐腹處發(fā)生液泛現(xiàn)象的流速還是比較高的。 大渣量、高冶煉強(qiáng)度操作、焦炭質(zhì)量差時(shí)可能出現(xiàn)液泛現(xiàn)象。流量比懸料因子 冶煉強(qiáng)度高時(shí)下部壓力增加較快，

23、而上部壓力增加較慢，說明下部料柱透氣性是限制因素。高爐噴吹煤粉時(shí)，K高爐富氧大噴煤的前提是提高入爐礦石品位,減少渣量。3 軟融帶形狀“”型軟融帶：冶煉強(qiáng)度高、中心氣流大、爐缸活躍、熱量充足的大型高爐。這種軟融帶由于中心氣流發(fā)展、爐缸活躍，軟融帶高度高、面積大、焦窗數(shù)量多，對(duì)煤氣阻力小，可得到較好的生產(chǎn)指標(biāo)。同時(shí)煤氣流相對(duì)集中在中心，邊緣氣流較小，可減輕邊緣熱負(fù)荷和煤氣流對(duì)爐墻的侵蝕，有利于延長(zhǎng)高爐壽命。“V”型軟融帶：冶煉強(qiáng)度低、中心氣流小、爐缸不活躍、熱量不充足的小型高爐。這種軟融帶由于中心氣流不發(fā)展，軟融帶高度低、面積小、焦窗數(shù)量少，對(duì)煤氣阻力大，生產(chǎn)指標(biāo)較差。同時(shí)煤氣流產(chǎn)生邊緣效應(yīng)，中心

24、熱負(fù)荷加重，煤氣流對(duì)爐墻的侵蝕嚴(yán)重，不利于延長(zhǎng)高爐壽命?！癢”型軟融帶：冶煉強(qiáng)度高、中心氣流大、爐缸活躍、熱量充足的大型高爐。這種軟融帶是適當(dāng)發(fā)展中心和邊緣氣流的結(jié)果,能保持高爐順行,改善煤氣能量利用,不能進(jìn)一步強(qiáng)化和降低燃料消耗。 軟融帶愈窄、焦炭層數(shù)愈多、夾層愈高，空隙率愈大，則軟溶帶透氣阻力愈小,透氣性愈好。“中心裝焦”：日本鋼管公司提出的理想煤氣分布 煤氣走中心，減小整個(gè)料柱阻力；邊緣較均勻的煤氣分布改善煤氣熱能利用；抑制邊緣氣流，減小爐體熱損失 。4.3.4 煤氣流合理分布 兩股煤氣流 1）煤氣流通過料層時(shí)的阻力損失結(jié)論：煤氣流通過燒結(jié)礦層產(chǎn)生的阻力損失是通過焦 層時(shí)阻力損失的8倍

25、單位礦石通過的煤氣量相等，但料柱阻力最大。 煤氣熱能和化學(xué)能得到最大限度利用，但煤氣阻力最大，對(duì)高爐順行不利。 大量煤氣通過阻力小的焦層，料柱阻力最小，但單位礦石通過的煤氣量最少。 煤氣阻力最小，高爐順行，但煤氣熱能和化學(xué)能利用最差。 焦炭多的一側(cè)通過的煤氣多。煤氣能量利用界于上述兩者之間，煤氣阻力界于上述兩者之間。 這種布料方式兼顧了高爐順行和煤氣能量利用。 2）爐料分布方式與煤氣流阻力的關(guān)系 3）爐喉煤氣成分檢測(cè)方法煤氣走的多的地方： 焦炭布得多，CO2、溫度煤氣走得少得地方： 焦炭布得少，CO2、溫度煤氣是熱量的載體，煤氣流通多的地方，溫度也較高。CO2高的部位，煤氣流經(jīng)少，溫度低，透氣

26、性差。曲線2：邊緣輕、中心重，由于邊緣流過的煤氣多，稱為邊緣氣流型；（原燃料條件差時(shí)）4）高爐內(nèi)煤氣的合理分布 曲線3：中心輕，邊緣重，稱中心氣流型（大高爐用）； 曲線1：兩股氣流相當(dāng)，稱雙峰曲線。煤氣曲線分析：a）b）曲線平坦程度，用來(lái)衡量煤氣利用情況 c）曲線對(duì)應(yīng)性：看爐內(nèi)煤氣分布是否均勻，有無(wú)管道或者長(zhǎng)期某側(cè)透氣性差，甚至出現(xiàn)爐瘤癥狀的煤氣曲線。 d）分析各點(diǎn)煤氣的CO2%：由于煤氣曲線上各點(diǎn)的距離不相等，而各點(diǎn)所代表的圓環(huán)面積不一樣，所以各點(diǎn)的CO2%值對(duì)應(yīng)的煤氣利用不一樣，其中2點(diǎn)最大，1、3點(diǎn)次之。煤氣最高點(diǎn)從3點(diǎn)移到2點(diǎn)，雖然最高值相等，也能使煤氣能量利用改善。4.3.5上部調(diào)劑

27、原理下部-供風(fēng)、噴吹、富氧等上部-爐料（形狀、大小、加料方式等）1） 影響爐喉布料的因素 種類-粒度-自然堆角-料層厚度 裝料設(shè)備-鐘式、旋轉(zhuǎn)溜槽爐料堆角首鋼1號(hào)高爐不同料線深度時(shí)的爐料堆角爐料H = 1.7 mH = 1.9 mH = 2.1 m礦 石30.8031.150-31.50焦 炭28.320-30.450320 礦石在爐內(nèi)堆角大于焦炭堆角武鋼1號(hào)高爐實(shí)測(cè)爐料堆角燒結(jié)礦批重 焦炭批重 燒結(jié)礦堆比重 焦炭堆比重 自然堆角H = 1.6m時(shí)的堆角爐料堆角燒 結(jié)焦 炭30082801424024180302）裝料制度a 料線 高爐正常操作時(shí)，料線深度一般是固定不變的，并且料線深度一般不超

28、過碰撞點(diǎn)。 在其它條件不變時(shí)，料線越深，礦石堆尖越靠近邊緣，相應(yīng)加重了邊緣。因此，為加重邊緣，可適當(dāng)降低料線。b.批重當(dāng)料線一定時(shí)，爐料堆尖位置也一定，此時(shí)爐料在 邊緣和中心的厚度決定于批重的大小。批重特征數(shù): D 越大表明爐料在邊緣分布越多。 礦石批重過小：中心布不到礦石，邊緣礦石也很少， 出現(xiàn)邊緣和中心兩頭輕的煤氣分布。 臨界礦石批重 ：礦石剛好能布到高爐中心（ = 0）。批重大于臨界批重時(shí)，隨礦批增加，礦石在爐內(nèi)分布均勻，D變小，相對(duì)加重中心。因此，減小批重加重邊緣，增加批重加重中心。批重過大時(shí)：爐料在邊緣和中心的厚度均很大，此時(shí)不僅加重中心，也加重邊緣，出現(xiàn)邊緣、中心兩頭堵的煤氣分布增

29、加了料柱阻力，不利于高爐順行。合理批重應(yīng)選擇在緩變區(qū)，一般中心礦層150300mm，=2.54c）裝料順序（鐘式高爐） 分裝礦石和焦炭分開兩次入爐 同裝礦石和焦炭只開一次大鐘同時(shí)入爐 雙裝將兩批礦石和焦炭分別加在一起，一次裝入爐內(nèi)正裝：邊緣重、中心輕(焦、礦)正同裝正分裝倒裝：邊緣輕、中心重(礦、焦)倒同裝倒分裝 由于爐內(nèi)邊緣下料較快，經(jīng)過一段時(shí)間后料面變平坦，先入爐的料首先在爐墻邊上堆起一個(gè)堆角，以后以平行層往爐喉料面鋪開，所以先入爐的料邊緣布得較多，而后入爐的料在已經(jīng)形成的堆角上則較多滾向中心。所以正裝加重邊緣，倒裝加重中心。 分裝時(shí)，后下料與先下料之間有一段時(shí)間間隔，在這段時(shí)間內(nèi)，料面變

30、得平坦一些了，所以較同裝有更多的料落在邊緣。 上述規(guī)律的前提是：邊緣最重 邊緣最輕 出現(xiàn)布料反常：正裝加重中心，倒裝加重邊緣 裝料次序的改變不影響煤氣分布。 同裝改分裝時(shí)，界面效應(yīng)減小，能改善料柱透氣性。正分裝界面效應(yīng)最小。裝料方法：將57批料組成一個(gè)循環(huán)無(wú)料鐘爐頂布料方式無(wú)料鐘爐頂?shù)牟剂喜僮?旋轉(zhuǎn)溜槽：旋轉(zhuǎn)、傾動(dòng)，爐料可布到爐喉截面的任一位置。 合理批重下限爐喉直徑m2.53.54.75.96.77.38.29.81111.4高爐容積m31002506001200150020003000400050005500進(jìn)入緩變區(qū)批重t4.57.912.8202734426387964.4 高爐能量利

31、用計(jì)算1 直接還原度計(jì)算2 配料計(jì)算 3 物料平衡4 熱平衡計(jì)算5 Rist操作線 1 直接還原度計(jì)算（碳平衡計(jì)算法）Fe2O3 Fe3O4 FeO FeCO CO、Ca. 計(jì)算 COFeO C Fe H2FeO + CO = Fe + CO2 56 12 1000Feri =X 氣化碳量= KC焦% + MC煤% + C附加物 + C熔劑 - C生鐵 - C爐塵(煤氣中的總碳量) K、M 分別是焦比和煤比(Kg/t) C焦%、C煤%分別為焦炭和煤粉中的總碳量（%）（包括揮發(fā)分中CO、CO2 、CH4中的碳） C附加物碎鐵帶入高爐中的碳 = 碎鐵量（Kg/t）碎鐵含碳量（%） C熔劑熔劑分解出

32、的CO2中的碳 = CO212/44 C生鐵 1000C C爐塵 爐塵量（Kg/t）爐塵含碳量（%） CO2氣化的碳 CO 爐頂煤氣， 其中變成CO2的為： CH4爐頂煤氣中的CO2中的碳 扣除部分：Fe2O3 FeO+CO2 MnO2 MnO+CO2 A為礦比（Kg/t） 石灰石和焦炭揮發(fā)分中的CO2中的碳： 12/44(CO2溶劑+KCO2%焦炭) b 計(jì)算 FeO + H2 = Fe + H2OH還參加還原反應(yīng)的H2 Fe3O4 + H2 = FeO + H2O FeO + H2 = Fe + H2O 為參加反應(yīng)的H2的比例=0.60.7H還=入爐總H2量(H2總)50% ( =50%為

33、H2在高爐中的利用率) 入爐總H2量（H2總）=各種燃料帶入高爐的H2的量（H2燃料） +2/18（H2O鼓風(fēng)+H2O煤粉） 2 配料計(jì)算 目的：根據(jù)已知的原料條件和冶煉條件，確定礦石和熔劑的消耗量，為冶煉規(guī)定成分的生鐵獲得最合適的爐渣成分。 a）原料成分原料成分表（%） TFeMnPSFe2O3FeOMnO2MnOCaOMgOSiO2Al2O3P2O5FeS2FeSSO2燒損CO2 燒結(jié)礦52.80.0930.0470.03155.3018.180.1210.803.749.761.000.110.090.9100天然礦43.000.1650.0210.13451.109.200.269.0

34、02.1016.342.320.050.259.38100混合礦52.490.0950.0470.03455.1417.90.010.1210.763.709.961.050.110.010.091.15100石灰石0.0040.00340.6812.151.380.340.010.0145.4100爐 塵48.210.1120.0370.08761.106.800.1455.211.9010.048.540.0850.24C5.94100注：配礦比 燒結(jié)礦：天然礦=97：3b） 焦炭成分焦炭成分表（%）Cs灰份 12.17%揮發(fā)份 0.9%有機(jī)物 1.3%游離水全硫SiO2 Al2O3 Ca

35、O MgO FeO FeS P2O5 CO2 CO CH4 H2 N2 H2 N2 S85.635.65 4.83 0.76 0.12 0.75 0.05 0.010.33 0.33 0.03 0.06 0.15 0.4 0.4 0.51004.80.52c）噴吹物成分煤粉成分表（%） 成分品種 C H2 O2 H2O N2 S灰分% 21.25 SiO2 Al2O3 CaO MgO eO煤粉67.84 4.35 4.05 0.79 0.42 0.66 11.48 7.42 0.60 0.30 1.45100d）焦比 450 kg/t(干焦) 煤比 75 kg/t 爐塵量 50 kg/te)

36、元素分配率各種元素分配率表元素FeMnPSTi生鐵0.9970.51.00.020.03爐渣0.0030.500.980.97煤氣0000.06注：冶煉鑄造生鐵時(shí)，Mn的收得率可達(dá)0.60.75；爐渣堿度高時(shí)，Mn 的收得率也提高，如寶鋼高爐渣R=1.25時(shí)，Mn=0.70.75。f) 生鐵成分（煉鋼生鐵）設(shè)Fe=95%, Si=0.7% S=0.03%，預(yù)計(jì)生鐵中的其它成份如下：Si=0.7%S=0.03%P=0.085%C= 4.3-0.27Si-0.32P+0.03Mn-0.032S= 4.1Fe=100-C-Si-Mn-P-S=94.99% 通過生鐵成分預(yù)算，如某種元素成分超出鐵種范圍

37、，如P超過制鋼生鐵上限，則應(yīng)改變配礦，減少高磷礦配比。預(yù)算生鐵成份表(%)成份SiMnSPCFe%0.70.0860.030.0854.194.99100g）爐渣堿度R高堿度低MgO渣：R2=1.21.25, MgO 68% (脫硫渣)低堿度高M(jìn)gO渣：R2=0.951.1, MgO10% (15%)34%時(shí)，脫除每千克硫耗熱1995 Kcal / kg S 當(dāng)渣中MgO34%時(shí)，脫除每千克硫耗熱1367 Kcal / kg S Q2 = 1995S渣 Kcal (3) 碳酸鹽分解吸熱 Q3 CaCO3分解1kg CO2吸熱966 Kcal CaCO3CaO + CO2 MgCO3分解1kg

38、CO2吸熱594 Kcal MgCO3MgO+ CO2 MnCO3分解1kg CO2吸熱522 Kcal a) 熔劑中以 CaCO3形式存在的CO2 ： CO2CaCO3=CaO%44/56 b) 熔劑中以 MgCO3形式存在的CO2 ： CO2MgCO3=MgO%44/40 c) 混合礦中以 CaCO3形式存在的CO2 ：CO2 CaCO3混= A燒損% d) 混合礦中以MgCO3形式存在的CO2 ：CO2 MgCO3混=A燒損% Q3=（CO2 CaCO3熔 + CO2 CaCO3混）966 + （CO2 MgCO3 + CO2 MgCO3混）594（4）水分分解熱 Q4 Q4 = 258

39、1V水汽 kcal ( 分解1m3水需耗熱2581 KCal) V水汽 = 鼓風(fēng)中的水(V風(fēng)f) + 煤粉中的水（MH2O%煤22.4/18 （5）爐料游離水的蒸發(fā)熱（焦炭中）和結(jié)晶水分解蒸發(fā)熱（礦中） Q5 1Kg水中由20升到100吸熱80KCal,再變成100水蒸氣吸熱540Kcal,總吸熱為620Kcal. 燒結(jié)礦溫度比較高（無(wú)論冷礦或熱礦），一般無(wú)游離水 Q5 = 濕焦比焦炭游離水%620 （天然礦中結(jié)晶水忽略不計(jì)）（6）鐵水帶走的熱 Q6 生鐵含熱值 q鐵 （kcal / kg）煉鋼生鐵堿性轉(zhuǎn)爐生鐵鑄造生鐵硅鐵錳鐵270280260270300310320330280290 Q6

40、=1000q鐵 （7）爐渣帶走的熱 Q7 Q7 = 渣量 q渣 爐渣熱焓值（kcal / kg）爐渣種類q渣熔化熱(kcal / kg)出爐溫度 ()溫度黏度曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度 堿性轉(zhuǎn)爐生鐵爐渣40043013001350鑄造生鐵爐渣45048040042014401520錳鐵爐渣44048014251480硅鐵爐渣480500最高達(dá)1680含氟爐渣42048513001550含釩鈦爐渣13001400（8）噴吹物分解熱Q8 煤粉分解吸熱 300 kcal / kg 無(wú)煙煤分解吸熱 240 kcal / kg 重油分解吸熱 500kcal / kg 煙煤分解吸熱280 kcal / kg煉鐵91N

41、O.4 P37Q8 = 煤比 300 （9）爐頂煤氣帶走熱 Q9 a) 干煤氣帶走熱 b) 水蒸氣帶走熱 c) 爐塵帶走熱a) 煤氣帶走熱Q煤氣 Q煤氣 = V煤氣C煤氣t煤氣C煤氣 = CCOCO% + CCO2CO2% + CN2N2% + CH2H2% + CCH4CH4%氣體比熱（kcal / Nm3 ）RO2N2O2H2O干空氣濕空氣COH2H2SCH4C2H400.38700.31030.31230.35620.31070.31640.31110.3050.3620.3740.4221000.41080.31080.31510.35870.31170.31740.31110.308

42、0.3680.3950.5032000.43180.31120.31930.36240.31280.31860.3130.3100.3760.4220.5563000.44920.31240.32440.36730.31480.32070.3150.3110.3840.4520.6044000.46420.31460.32950.37240.31770.32370.3180.3110.3930.4830.655000.48850.31750.33450.37810.32100.32710.3210.3120.4020.5120.6916000.49180.32050.33900.38400.3

43、2440.33050.3250.3130.4110.5420.7287000.50340.32370.34320.39020.32780.33400.3280.3140.4200.5690.7628000.51390.32680.34700.39650.33110.33740.3320.3150.4290.5960.7989000.52340.33000.35020.40280.33420.34060.3350.3160.4370.620.82410000.53180.33290.35350.40920.33720.34370.3380.3170.4450.6440.85211000.5396

44、0.33570.35630.41550.34000.34660.3410.3190.4520.66512000.54660.33830.35880.42170.34260.34930.3440.3200.4590.68513000.55310.34130.36120.42770.34520.35200.3460.3230.46514000.55900.34330.36350.43350.34750.35440.3490.3250.47115000.56450.34560.36570.43920.34970.35670.3510.3270.47716000.56960.34760.36780.4

45、4470.35180.35890.3530.32917000.57420.34930.36980.450.35370.36090.3550.331b)水蒸氣帶走熱 Q水汽Q水汽 = C水汽 VH2O(t頂 - 100)煤氣中的水爐塵帶走熱 Q塵 = C塵t頂爐塵量 C塵 = 0.180.2kcal / kgQ9 = Q煤氣 + Q水汽 + Q塵（10）外部熱損失Q10此項(xiàng)熱損失：鑄造生鐵 610% 煉鋼生鐵 38% 若算出后高于此值，說明焦比定的太高現(xiàn)在外部熱損失一般均在10%以上，其原因是由于支出減少 石灰石分解的吸熱 直接還原度 Si t頂 V煤氣 （11）熱平衡指標(biāo) a) 碳素?zé)崮芾孟?/p>

46、數(shù) KC 指高爐內(nèi)每加入1kg固定碳，燃燒放出的熱量與這1kg碳完全燃燒成 CO2時(shí)放出的熱量之比：一般為4555%, KC過高表明煤氣中CO2 Q1碳素氧化放熱 Kcal C總?cè)剂蠋氲奶剂?爐塵帶走的碳量 b) 有效熱量利用系數(shù) KT 指高爐內(nèi)有效熱量消耗（煤氣帶走熱、熱損失兩項(xiàng)除外）與總熱量消 耗之比，一般為7585%一般，熱收入中碳氧化放熱占70%左右鼓風(fēng)物理熱占20%左右熱支出中氧化物分解及去硫占60%爐渣和鐵水帶走約占20%5 賴斯特（Rist）操作線 高爐生產(chǎn)是一個(gè)極其復(fù)雜的物理化學(xué)過程，從鐵礦石、焦炭進(jìn)入高爐開始，到鐵礦石被還原，最終變成液態(tài)的渣鐵，從爐缸下部的鐵口排出。整個(gè)過

47、程包括了一系列傳熱、傳質(zhì)過程。 如果讓我們用一句話來(lái)高度概括高爐煉鐵過程：（1）FeO分離（2）渣鐵分離使鐵礦石實(shí)現(xiàn)了 法國(guó)冶金學(xué)家賴斯特（Rist）先生，在他的博士論文中提出了一個(gè)高爐控制數(shù)學(xué)模型，這個(gè)模型根據(jù)：賴斯特（Rist）操作線 入爐原料條件 爐頂煤氣成分 鐵水成分建立的高爐處于穩(wěn)定狀態(tài)下的控制模型，并以高溫區(qū)熱量狀態(tài)指數(shù)（ ）作為調(diào)節(jié)爐況的依據(jù)。dqQ/SiO2、MnO、P2O5 鼓風(fēng)、富氧、水份 Fe2O3、Fe3O4、FeO這一模型的精彩之處在于抓住了高爐過程的實(shí)質(zhì)氧的遷移 氧的來(lái)源焦炭煤粉C鼓風(fēng) OH O Fe O鐵礦石 Si OMn O P O CO2CO或氣化的碳通過化學(xué)反應(yīng)進(jìn)入煤氣中的碳間接還原和直接還原燃燒反應(yīng)CO CO2 氧的去向Fe2O3、Fe3O4、FeO在直角坐標(biāo)系中，用Y軸表示氧的來(lái)源；用X軸表示氧的去向: 還原每個(gè)鐵原子傳遞出的氧原子數(shù)越多，則反映在煤氣中每個(gè)碳原子結(jié)合的氧原子數(shù)也越多。 SiO2、MnO、P2O5鼓風(fēng)、富氧、濕份Y軸：以還原1kmolFe所能傳遞的氧原子數(shù)； Y=O/Fe（kmolO/kmolFe）X 軸：1kmol的氣化碳所結(jié)合的氧原子數(shù)； X=O/C（kmolO/kmolC）(還原1kmolFe進(jìn)入煤氣中的氧原子數(shù)與進(jìn)入煤氣中的碳原子數(shù)之比)直線斜率為： 表示還原每個(gè)鐵原子所消耗的碳原子數(shù)