高爐爐料和煤氣運(yùn)動(dòng)

第四章高爐爐料和煤氣運(yùn)動(dòng)4.1爐缸反響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爐缸反響從爐頂參與的焦炭，其中70~75%是在風(fēng)口前與鼓風(fēng)中的O2熄滅，17~21%參與直接復(fù)原反響，10%左右溶解進(jìn)入鐵水。焦炭在風(fēng)口前熄滅：〔1〕產(chǎn)生熱量和氣體復(fù)原劑；〔2〕產(chǎn)生空間使?fàn)t料下降；〔3〕直接復(fù)原、滲碳、渣鐵間的反響1.爐缸熄滅反響機(jī)理(a)碳素熄滅反響完全燃燒：不完全熄滅：

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)踐鼓風(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〕，那么：1m3鼓風(fēng)中干風(fēng)的體積(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)的熄滅反響：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：

熄滅反響產(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濃度添加,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熄滅需求的風(fēng)量和產(chǎn)生的煤氣量i〕熄滅1kg碳素所需求的風(fēng)量24kg22.4m31kgx=22.4/24=0.933m3O2/kgC當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)ii〕熄滅1kg碳素生成的煤氣體積1m3鼓風(fēng)產(chǎn)生的煤氣總體積：知1kgC熄滅需求的風(fēng)量：其中：

，其中時(shí)時(shí)時(shí)時(shí)結(jié)論：〔1〕濕份添加，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1.3~1.4倍。不同鼓風(fēng)濕度煤氣的變化2:熄滅帶與風(fēng)口盤旋區(qū)〔1〕風(fēng)口盤旋區(qū)鼓風(fēng)以100～200m/s的速度從風(fēng)口吹入充溢焦炭的爐缸區(qū)域，在風(fēng)口前構(gòu)成一個(gè)近似球形的空間。在球形空間內(nèi)部，氣流夾帶著焦炭作盤旋運(yùn)動(dòng)，焦塊的運(yùn)動(dòng)速度4～20m/s〔前蘇聯(lián)測(cè)定〕，稱這一球形區(qū)域?yàn)轱L(fēng)口盤旋區(qū)?！?〕熄滅帶在盤旋區(qū)外圍有一層100～200mm的焦炭疏松層稱中間層，將盤旋區(qū)和中間層統(tǒng)稱為熄滅帶。實(shí)際中常以CO2降至1～2%的位置定為熄滅帶界限。大型高爐的熄滅帶長(zhǎng)度在1000～15000mm左右風(fēng)口盤旋風(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.熄滅帶對(duì)高爐冶煉過程的影響1〕熄滅帶是爐內(nèi)焦炭熄滅的主要場(chǎng)所，而焦炭熄滅所騰出來的空間是促使?fàn)t料下降的主要要素。消費(fèi)中的高爐的熄滅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)〕，熄滅帶內(nèi)熄滅的焦炭的80%來自風(fēng)口上方。因此，當(dāng)熄滅帶占整個(gè)爐缸面積的比例大時(shí)，爐缸活潑面積大，料柱比較松動(dòng)，有利于高爐順行。因此，從高爐順行的角度來說，希望熄滅帶程度投影面積大些，多伸向爐缸中心，并盡量減少風(fēng)口之間爐料的凝滯區(qū)〔多風(fēng)口設(shè)計(jì)思想〕(下)2〕熄滅帶是爐缸煤氣的發(fā)源地，熄滅帶的大小影響煤氣流的初始分布。熄滅帶伸向中心，那么中心氣流開展，爐缸中心溫度升高；相反，熄滅帶小，邊緣氣流開展，中心溫度較低，對(duì)各種反響進(jìn)展不利。爐缸中心不活潑和熱量缺乏，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說，也希望熄滅帶向中心延伸〔上〕盤旋區(qū)截面積占爐缸截面積的47~48%時(shí)高爐消費(fèi)目的最好，小高爐可達(dá)50%。對(duì)d=6.8~13.4m〔相當(dāng)于1000~4000m3〕的高爐，盤旋區(qū)深度L=0.424+0.068d+0.003d2。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)口直徑的主要根據(jù)。鼓風(fēng)動(dòng)能大，熄滅帶加長(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〔〕影響熄滅帶的要素---鼓風(fēng)動(dòng)能、熄滅反響速度、爐料分布情況1〕鼓風(fēng)動(dòng)能及其與熄滅帶的關(guān)系假設(shè)風(fēng)溫為T〔=273+t〕，風(fēng)壓，那么每秒進(jìn)入一個(gè)風(fēng)口的實(shí)踐鼓風(fēng)體積：注：為吹入高爐的實(shí)踐風(fēng)量〔Nm3/min〕,用每天燒掉的焦炭量來反推：每天參與高爐的焦炭高爐中參與1噸焦炭需求的風(fēng)量——每天參與高爐的焦炭〔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，那么高爐內(nèi)每參與1噸焦炭所需求的風(fēng)量普通動(dòng)搖在2500~3000Nm3/t，假設(shè)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40~70kW300m3左右的高爐30~40kW100m3以下的小高爐10~15kW55m3高爐6~9kW13m3高爐2~5kW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)能的要素鼓風(fēng)動(dòng)能熄滅帶大小a〕風(fēng)量E=f(V2)b〕風(fēng)溫E=f(T2)c)風(fēng)壓E=f(1/p2)d)風(fēng)口截面積E=f(1/S2)5熄滅溫度及爐內(nèi)溫度分布〔1〕實(shí)際熄滅溫度定義：風(fēng)口前焦炭熄滅產(chǎn)生的煤氣所能到達(dá)的最高溫度，即假定風(fēng)口前焦炭熄滅放出的熱量全部用來加熱熄滅產(chǎn)物時(shí)所能到達(dá)的最高溫度?！L(fēng)口前碳熄滅成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。實(shí)際熄滅溫度可達(dá)1800～2400℃，它代表風(fēng)口區(qū)最高溫度，其數(shù)值表示了傳熱推進(jìn)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?！?〕影響實(shí)際熄滅溫度的要素在實(shí)踐運(yùn)用過程中，各高爐根據(jù)實(shí)踐消費(fèi)數(shù)據(jù)，以及按上述定義公式計(jì)算的，經(jīng)過回歸得到運(yùn)用方便的閱歷公式：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/tg/m3從以上公式可以看出：富氧1%：提高實(shí)際熄滅溫度40~45℃；濕份1g/m3：影響實(shí)際熄滅溫度6℃左右；↓100℃風(fēng)溫：提高影響實(shí)際熄滅溫度75~80℃；噴煤10kg/t：影響實(shí)際熄滅溫度15~20℃；↓高爐冶煉過程中必需維持一定的實(shí)際熄滅溫度才干保證順行。過低：傳熱推進(jìn)力小，渣鐵溫度缺乏，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。日本高爐實(shí)際熄滅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)高爐燃料比與實(shí)際熄滅溫度的關(guān)系時(shí)間1950.61954.31957.51966.21980.1燃料比（kg/t）1050892789532515（℃）19302056216422072263燃料比↓——要求↓噴煤100kg/t，需求補(bǔ)償風(fēng)溫130～180℃武鋼100℃風(fēng)溫可添加噴煤59kg/t(100kg/t169℃)實(shí)際熄滅溫度與焦比關(guān)系①K=600kg/t、C固=82%、冶煉1噸生鐵需在風(fēng)口前熄滅的碳量=600×0.82×0.7=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)口前碳素熄滅率)②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，噸鐵煤氣量添加，每噸生鐵的總熱量添加，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<1400℃時(shí)，爐缸中心堆積，排泄渣鐵才干變差4.2煤氣運(yùn)動(dòng)1煤氣上升過程中體積、成份變化爐內(nèi)煤氣成分變化爐缸煤氣中CO%達(dá)35%左右，高爐噴煤及富氧后，CO％可達(dá)40％以上。CO︰煤氣上升過程中，首先吸收直接復(fù)原產(chǎn)生的CO，但至中溫區(qū)，由于間接復(fù)原反響耗費(fèi)了CO，故CO先添加后減少。CO2：在爐缸、爐腹處幾乎為零，以后由于間接復(fù)原和石灰石分解才逐漸添加。由于間接復(fù)原時(shí)氣體體積不變，圖中虛線之左半部為間接復(fù)原產(chǎn)生，而右半部為石灰石分解產(chǎn)生。H2：風(fēng)口前鼓風(fēng)中的水分分解、噴吹煤粉中的H2、焦炭有機(jī)物和揮發(fā)份中的H2是H2的主要來源，它在上升過程中有1/3~1/2參與復(fù)原反響變成水。CH4：在高溫下少量H2與C反響生成CH4，上升過程中又參與了焦炭揮發(fā)份中的CH4，但數(shù)量很少。N2：鼓風(fēng)帶入的N2，焦炭有機(jī)物和揮發(fā)份中的N2，上升過程中N2的絕對(duì)量不變。爐頂煤氣成分：CO2CON2H2CH416~22%18~2555~57~4~0.3CO2+CO≈40%普通情況下鼓風(fēng)量：爐缸煤氣量：爐頂煤氣量=1：1.21：1.3~1.42與爐頂煤氣成分有關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算爐頂煤氣是爐內(nèi)反響的產(chǎn)物，它的變化反響了爐內(nèi)冶煉情況的變化，所以用爐頂煤氣成分可以推斷爐況的變化。設(shè)爐頂煤氣成分：CO2%、CO%、N2%、H2%、CH4高爐焦比：K〔kg/t〕，焦炭含碳量C%K生鐵含碳：[C]石灰石量：Φ〔kg/t〕，石灰石中的CO2含量為CO2%Φ噴煤量：M〔kg/t〕，煤粉含碳C%m；〔1〕根據(jù)碳平衡計(jì)算1噸生鐵的煤氣量1m3煤氣含碳量=1噸生鐵生成的煤氣中的碳=氣化的碳量那么，1噸生鐵的煤氣體積〔2〕根據(jù)N2平衡計(jì)算風(fēng)量忽略焦炭及煤粉中的N2：知道后也可以反推風(fēng)口前熄滅的碳量風(fēng)口前碳素熄滅率風(fēng)口前焦炭熄滅率例題：某高爐冶煉條件如下：焦比：K=650kg/t、C%K=82%、C爐塵=10kg/t熔劑：Φ=120kg/t，CO2%φ=43%鼓風(fēng)濕度=1%爐頂煤氣成分：CO212.3%、CO27.2%、CH40.3%、N257.7%求：噸鐵煤氣量、風(fēng)量及風(fēng)口前碳素熄滅率？解：噸鐵煤氣量噸鐵風(fēng)量風(fēng)口前碳素熄滅率熱量傳送給爐料3高爐內(nèi)換熱過程煤氣上升過程中本身溫度下降爐料下降過程中溫度升高—————→高爐下部：煤氣溫度比渣鐵溫度高＞500℃煤氣溫度>2000℃，渣鐵溫度1450~1550℃高爐上部：煤氣溫度比爐料溫度高100~250℃概念：水當(dāng)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)反響，所以把比熱的概念加以擴(kuò)展，它包括了化學(xué)反響熱效應(yīng)對(duì)爐料溫度變化的影響。Wm=Gm·CmGm：每小時(shí)經(jīng)過高爐某一截面的爐料質(zhì)量〔t/h〕Wg=V·CgV：每小時(shí)經(jīng)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+間接復(fù)原放熱〕；高爐下部爐料水當(dāng)量很大〔直接復(fù)原大量吸熱、熔化渣鐵及過熱吸熱〕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，煤氣溫度那么下降很慢，到900~1000℃范圍內(nèi)，二者溫差很小，熱交換趨于停頓：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：2000－950=1050℃(950經(jīng)過空區(qū)后的溫度)爐料溫度升高：1550－950=600℃爐料進(jìn)展直接復(fù)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)〔熱貯藏區(qū)〕大、小高爐空區(qū)高度比較煤氣與爐料的溫差很小〔25~50℃〕,空區(qū)的溫度普通在850~1000℃。不加熔劑時(shí)為900~1000℃(取決于直接復(fù)原開場(chǎng)溫度),加大量熔劑時(shí)為石灰石大量分解溫度850~1000℃?？諈^(qū)起著緩沖作用，如高爐偶爾間坐料或崩料，不會(huì)影響到焦比?？諈^(qū)越大，高爐熱慣性越大、動(dòng)搖就越小；相反，空區(qū)越小，高爐熱慣性小，爐況容易動(dòng)搖?！?〕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↑〕〔焦炭耗費(fèi)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↓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)3.5~4.5中小高爐：負(fù)荷可達(dá)2.5~3.0負(fù)荷大小決議于：〔1〕礦石復(fù)原性；〔2〕風(fēng)溫程度；〔3〕噴煤量；〔4〕冶煉鐵種；〔5〕焦炭質(zhì)量；〔6〕操作程度確定料批的順序：〔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)口前熄滅占35~40(2)焦炭參與直接復(fù)原反響占15%(3)礦石、熔劑熔化時(shí)體積收縮占30%(4)定期排放渣鐵重點(diǎn)(1)焦炭熄滅：添加風(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〕決議爐料下降的力：

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—煤氣經(jīng)過料柱時(shí)的阻力損失〔壓降〕稱為爐料有效分量稱為爐料有效分量系數(shù)

散料料柱的特點(diǎn):爐料順利下降難行、懸料

不同于普通的大塊固體，內(nèi)部無結(jié)合力不同于普通的流體，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)，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〕影響的要素(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超越一定值后且會(huì)構(gòu)成料拱(3)風(fēng)口數(shù)目風(fēng)口數(shù)目添加，熄滅帶程度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)高爐操作形狀爐渣粘度大、爐墻不平〔結(jié)厚、結(jié)瘤〕、煤氣分布失常，4.3.2影響的要素料柱壓差的表達(dá)式=P缸-P喉=P熱-P頂根據(jù)流膂力學(xué)，氣體經(jīng)過散料層時(shí)的阻力損失為：〔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—顆粒外形系數(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經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研討指出：—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)起決議作用。高爐中煤氣實(shí)踐流速高達(dá)10~20=1000~3000〔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)起決議作用。高爐中煤氣實(shí)踐流速高達(dá)10~20=1000~3000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36~4400.5390.724球團(tuán)28~3200.3612.70.920.48燒結(jié)32~3600.487~100.650.594.3.3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36~4400.5390.724球團(tuán)28~3200.3612.70.920.48燒結(jié)32~3600.487~100.650.59公式〔6〕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)踐測(cè)定值＞實(shí)際計(jì)算值，主要是在礦、焦界面上發(fā)生了滲混景象。4)5)1改善塊狀帶透氣性a〕爐料顆粒尺寸篩除＜5mm的顆粒。小顆粒比外表積大，氣流與顆粒間產(chǎn)生的摩擦阻力大。但顆粒太大影響其復(fù)原性，故普通礦粒下限取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。40~25mmk=0.625i〕分級(jí)入爐25~12mmk=0.4812~5mmk=0.417ii)減少粉末：-5mm

實(shí)踐空隙率在30~40%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)踐流速的關(guān)系為：或按閱歷高爐中吹出管道時(shí)呈部分流態(tài)化。液泛—爐腹有液態(tài)渣鐵充填時(shí)的流膂力學(xué)景象液態(tài)渣〔鐵〕貼壁流動(dòng)，氣體在中心經(jīng)過，兩者不發(fā)生矛盾液渣數(shù)量增多，直至下泄困難，并開場(chǎng)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，此過程反復(fù)出現(xiàn).煤氣以氣泡方式穿越渣層，，煤氣將泡沫渣向上吹，因上部溫度低，粘度聚增，直至凝固，呵斥下部懸料，

在逆流接觸的氣-液反響器或傳質(zhì)分別設(shè)備中，氣體從下往上流動(dòng)，當(dāng)氣體的流速增大至某一數(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)能夠出現(xiàn)液泛景象。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；—爐料比外表積，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高爐是周圍側(cè)面進(jìn)風(fēng)，發(fā)生液泛景象的壓力降要比自然底部進(jìn)風(fēng)高出5倍。所以實(shí)踐高爐爐腹處發(fā)生液泛景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)能夠出現(xiàn)液泛景象。流量比懸料因子

冶煉強(qiáng)度高時(shí)下部壓力添加較快，而上部壓力添加較慢，闡明下部料柱透氣性是限制要素。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檔次,減少渣量。3軟融帶外形“∧〞型軟融帶：冶煉強(qiáng)度高、中心氣流大、爐缸活潑、熱量充足的大型高爐。這種軟融帶由于中心氣流開展、爐缸活潑，軟融帶高度高、面積大、焦窗數(shù)量多，對(duì)煤氣阻力小，可得到較好的消費(fèi)目的。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，有利于延伸高爐壽命?！癡〞型軟融帶：冶煉強(qiáng)度低、中心氣流小、爐缸不活潑、熱量不充足的小型高爐。這種軟融帶由于中心氣流不開展，軟融帶高度低、面積小、焦窗數(shù)量少，對(duì)煤氣阻力大，消費(fèi)目的較差。同時(shí)煤氣流產(chǎn)生邊緣效應(yīng)，中心熱負(fù)荷加重，煤氣流對(duì)爐墻的侵蝕嚴(yán)重，不利于延伸高爐壽命?！癢〞型軟融帶：冶煉強(qiáng)度高、中心氣流大、爐缸活潑、熱量充足的大型高爐。這種軟融帶是適當(dāng)開展中心和邊緣氣流的結(jié)果,能堅(jiān)持高爐順行,改善煤氣能量利用,不能進(jìn)一步強(qiáng)化和降低燃料耗費(fèi)。軟融帶愈窄、焦炭層數(shù)愈多、夾層愈高，空隙率愈大，那么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〕煤氣流經(jīng)過料層時(shí)的阻力損失結(jié)論：煤氣流經(jīng)過燒結(jié)礦層產(chǎn)生的阻力損失是經(jīng)過焦層時(shí)阻力損失的8倍單位礦石經(jīng)過的煤氣量相等，但料柱阻力最大。煤氣熱能和化學(xué)能得到最大限制利用，但煤氣阻力最大，對(duì)高爐順行不利。大量煤氣經(jīng)過阻力小的焦層，料柱阻力最小，但單位礦石經(jīng)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)經(jīng)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，用來衡量煤氣利用情況c〕曲線對(duì)應(yīng)性：看爐內(nèi)煤氣分布能否均勻，有無管道或者長(zhǎng)期某側(cè)透氣性差，甚至出現(xiàn)爐瘤病癥的煤氣曲線。d〕分析各點(diǎn)煤氣的CO2%：由于煤氣曲線上各點(diǎn)的間隔不相等，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)劑原理下部----供風(fēng)、噴吹、富氧等上部----爐料〔外形、大小、加料方式等〕1〕影響爐喉布料的要素種類---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=1.7mH=1.9mH=2.1m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?zé)Y(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3008’28014’24024’18030’2〕裝料制度a料線高爐正常操作時(shí)，料線深度普通是固定不變的，并且料線深度普通不超越碰撞點(diǎn)。在其它條件不變時(shí)，料線越深，礦石堆尖越接近邊緣，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議于批重的大小。批重特征數(shù):D越大闡明爐料在邊緣分布越多。礦石批重過?。褐行牟疾坏降V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〕。批艱苦于臨界批重時(shí)，隨礦批添加，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，添加批重加重中心。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添加了料柱阻力，不利于高爐順行。合理批重應(yīng)選擇在緩變區(qū)，普通中心礦層150~300mm，=2.5~4c〕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同，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，而后入爐的料在曾經(jīng)構(gòu)成的堆角上那么較多滾向中心。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動(dòng)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5~7批料組成一個(gè)循環(huán)無料鐘爐頂布料方式無料鐘爐頂?shù)牟剂喜僮餍D(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高爐能量利用計(jì)算1直接復(fù)原度計(jì)算2配料計(jì)算3物料平衡4熱平衡計(jì)算5Rist操作線1直接復(fù)原度計(jì)算〔碳平衡計(jì)算法〕Fe2O3Fe3O4FeOFeCOCO、Ca.計(jì)算COFeOCFeH2FeO+CO=Fe+CO256121000[Fe]×ri=X氣化碳量=K×C焦%+M×C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—熔劑分解出的CO2中的碳=?×CO2％?×12/44C生鐵—1000[C]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：①Fe2O3FeO+CO2

②MnO2MnO+CO2A為礦比〔Kg/t〕③石灰石和焦炭揮發(fā)分中的CO2中的碳：12/44(?×CO2％溶劑+K×CO2%焦炭)b計(jì)算FeO+H2=Fe+H2OH還—參與復(fù)原反響的H2β—Fe3O4+H2=FeO+H2O①FeO+H2=Fe+H2O②β為參與反響②的H2的比例β=0.6～0.7H還=入爐總H2量(H2總)×50%(=50%為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)知的原料條件和冶煉條件，確定礦石和熔劑的耗費(fèi)量，為冶煉規(guī)定成分的生鐵獲得最適宜的爐渣成分。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43.000.1650.0210.13451.109.200.269.002.1016.342.320.050.259.38100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SiO2Al2O3CaOMgOFeOFeSP2O5

CO2COCH4H2N2H2N2S85.635.654.830.760.120.750.050.010.330.330.030.060.150.40.40.51004.80.52c〕噴吹物成分煤粉成分表〔%〕

成分品種CH2O2H2ON2S灰分%21.25ΣSiO2Al2O3CaOMgOeO煤粉67.844.354.050.790.420.6611.487.420.600.301.45100d〕焦比450kg/t(干焦)煤比75kg/t爐塵量50kg/te)元素分配率各種元素分配率表元素FeMnPSTi生鐵0.9970.51.00.02～0.03爐渣0.0030.500.98～0.97煤氣0000.06注：冶煉鑄造生鐵時(shí)，Mn的收得率可達(dá)0.6～0.75；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)，ηMn=0.7～0.75。f)生鐵成分〔煉鋼生鐵〕設(shè)[Fe]=95%,[Si]=0.7%[S]=0.03%，估計(jì)生鐵中的其它成份如下：[Si]=0.7%[S]=0.03%[P]=0.085%[C]=4.3-0.27×[Si]-0.32×[P]+0.03×[Mn]-0.032×[S]=4.1[Fe]=100-[C]-[Si]-[Mn]-[P]-[S]=94.99%經(jīng)過生鐵成分預(yù)算，如某種元素成分超出鐵種范圍，如[P]超越制鋼生鐵上限，那么應(yīng)改動(dòng)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=1.2～1.25,MgO6～8%(脫硫渣)低堿度高M(jìn)gO渣：R2=0.95～1.1,MgO>10%(<15%)<排堿渣里取R=1.03.h〕碎鐵參與量：P碎鐵=0以下以冶煉一噸生鐵為單位做配料計(jì)算：⑴根據(jù)鐵平衡求礦比A(kg/t)〔2〕根據(jù)爐渣堿度計(jì)算石灰石量ΦSiO2SiO2礦=1854.33×9.96%=184.63kgSiO2焦=450×5.65%=25.43kgSiO2煤=75×11.48%=8.61kgSiO2塵=50×10.04%=5.02kgSiO2生鐵=1000[Si]×60/28=15kgSiO2碎鐵=0CaOCaO礦=199.46kgCaO焦=3.42kgCaO煤=0.45kgCaO爐塵=2.61kgCaO碎鐵=0CaO有效=CaO%Φ-R×SiO2%Φ=39.26%對(duì)于大型高爐，要求爐料中不加生石灰，此時(shí)首先要確定燒結(jié)料礦配比：設(shè)冶煉一噸生鐵需求的高堿度燒結(jié)礦Xkg、塊礦Ykg鐵平衡：Fe%燒結(jié)×X+Fe%塊礦×Y=Fe生鐵+Fe渣+Fe塵-Fe焦-Fe煤堿度平衡：解上述方程組：燒結(jié)礦：、塊礦：〔3〕爐渣成分及渣量硫進(jìn)入渣中的硫量：S渣S渣=S礦+S焦+S煤粉+S石灰石-S生鐵-S煤氣S礦=1854.33×0.034%=0.63kgS焦=450×0.52%=2.34kgS煤粉=75×0.66%=0.5kgS石灰石=8.94×0.003%=0ΣS入=S礦+S焦+S煤粉+S石灰石為硫負(fù)荷S生=1000[S]=0.3kgS煤氣=ΣS入×0.06=0.21kgS生=0.63+2.34+0.5-0.3-0.21=2.96kg/t生鐵渣中FeO量渣中MnO量渣中SiO2量渣中CaO量渣中Al2O3量渣中MgO量渣中K2O、Na2O量爐渣中排堿率按80～85%計(jì)算注：渣中S全部以CaS形狀存在。因此，渣中的Ca2+是以CaO和CaS兩種形狀存在，但在計(jì)算渣量時(shí)CaO量包括了CaS中的Ca2+，即把CaS中的Ca2+折合成相應(yīng)Ca2+量的CaO量。由于CaS與CaO的分量差剛好為S渣/2，因此在計(jì)算渣量時(shí)，S只計(jì)入一半。終成分表成份FeOMnOSiO2CaOAl2O3MgOS/2ΣRkg3.681.14198.77204.3644.9770.472.96/2524.871.03%0.700.2237.8738.948.5713.420.28100校驗(yàn)爐渣物性：將四元總和調(diào)成100%37.87+38.94+8.57+13.42=98.8%SiO2’=37.87/0.988=38.33%CaO‘=38.94/0.988=39.41%Al2O3’=8.57/0.988=8.67%MgO'=13.42/0.988=13.58%(4)生鐵成分校驗(yàn)(a)生鐵含磷量：(b)生鐵含硫量：[S]=0.03%(c)生鐵含硅量：[Si]=0.7%(d)生鐵含錳量：(e)生鐵含鐵量：[Fe]=94.99%[Fe]=0.997×(A×Fe%礦+K×Fe%焦+M×Fe%煤-爐塵量×Fe%塵)/1000(f)生鐵含碳量：[C]=100-[Si]-[Mn]-[P]-[S]-[Fe]=4.093%生鐵成分表FeSiMnPSCΣ94.990.70.0880.0890.034.093100以下物料平衡計(jì)算，必需以上表為根據(jù)。3物料平衡物料平衡是在配料計(jì)算的根底上編算的，計(jì)算內(nèi)容包括風(fēng)量、煤氣成分及煤氣量，列出收支平衡表。它能協(xié)助了解冶煉過程物化反響，檢查配料計(jì)算的正確性，校核高爐冷風(fēng)流量表的誤差，核定煤氣量和煤氣成分，并能檢查現(xiàn)場(chǎng)爐料稱量的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步為熱平衡作預(yù)備。3-1原始條件(2)鼓風(fēng)濕度，取大氣自然濕度12g/Nm3(f=1.5%)武漢地域氣候資料〔55年平均〕月份123458101112濕度g/m3679.814.519.929.315.210.510.7(1)選定直接復(fù)原度：可以根據(jù)類似條件下的煤氣成分來計(jì)算包鋼1#BF實(shí)測(cè)：rd=0.5915梅山1#BFrd=0.4743本例題選rd=0.45生成CH4的碳量噴煤時(shí)：占焦炭和煤粉固定碳量的1.2%C+2H2=CH4純焦冶煉時(shí)：占焦炭固定碳量的0.5~1.0%3-2根據(jù)碳平衡計(jì)算風(fēng)量〔Nm3/t生鐵〕焦炭C碎鐵碳C爐塵碳C耗碳生鐵CO2+C=2COC+2H2=CH4耗碳FeO+C=Fe+CO

MnO+C=Mn+COC+1/2O2=CO〔1〕風(fēng)口前熄滅的碳量C風(fēng)〔kg/t鐵〕C風(fēng)=C焦+C煤+C碎鐵-C生-C直-CCH4-C塵入爐總固定碳量：C總=C焦+C煤-C塵(a)C焦=450×85.63%=385.335kg(b)C煤粉=75×67.84%=50.88kg(c)C碎鐵=0(d)C爐塵=50×5.94%=2.97kgC總=385.335+50.88-2.97=433.245kg(e)C生鐵=1000[C]=40.93Kg(f)C直=CSi+CMn+CP+CFe+CCO2+CSSiO2+2C=Si+2COMnO+C=Mn+COP2O5+5C=2P+5COFeO+C=Fe+COCO2+C=2COFeS+CaO+C=Fe+CaS+CO1232g〕CCH4=C總×1.2%=433.245×1.2%=5.2kgC風(fēng)=385.335+50.88-2.97-40.93-100.87-5.2=286.245kg風(fēng)口前熄滅的碳量占入爐總碳量的比：〔2〕風(fēng)量計(jì)算V風(fēng)a)鼓風(fēng)中的氧=0.21+0.29×f+0.79×O22C+O2=2COb)熄滅C風(fēng)量的碳耗費(fèi)的氧量=c)噴吹物中提供的氧〔煤分中的H2O和有機(jī)物中的O2〕3-3計(jì)算煤氣成分和煤氣量煤氣體積=VCH4+VH2+VCO2+VCO+VN2C+2H2=CH4(1)甲烷體積VCH4=由碳素反響生成的CH4+焦炭揮發(fā)分中的CH4(2)H2的體積VH2VH2=入爐總H2-參與復(fù)原反響的H2-生成CH4耗費(fèi)的H2a)參與復(fù)原反響的H2=入爐總H2×40%=32.624m3(參與復(fù)原反響的H2-為入爐總H2的40%)c)生成甲烷反響耗:VH2=81.56-32.624-21.47=27.47m3C+2H2=CH41244.8CCH4x(3)CO2體積VCO2=間接復(fù)原生成的CO2+石灰石分解出的CO2+焦炭揮發(fā)分中的CO2+混合礦中的CO2a)間接復(fù)原反響生成的CO2Fe2O3+CO=2FeO+CO2Fe2O3+H2=2FeO+H2OFeO+CO=Fe+CO2FeO+H2=Fe+H2OMnO2+CO=MnO+CO2MnO2+H2=MnO+H2OFe2O3+CO=2FeO+CO216022.4(A×Fe2O3%礦-爐塵量×Fe2O3%塵)×(A×Fe2O3%礦-爐塵量×Fe2O3%塵)FeO+CO=Fe+CO25622.4(1-rd)(1000[Fe]-Fe碎鐵)yy=(1-rd)(1000[Fe]-Fe碎鐵)×22.4/56MnO2+CO=MnO+CO28722.4A×MnO2%礦ZZ=A×MnO2%礦×22.4/87間接復(fù)原生成的CO2=X+Y+Z-參與復(fù)原反響的H2=318.37m3b)石灰石分解的CO2石灰石分解的CO2的50%進(jìn)入煤氣中石灰石分解的c)焦炭揮發(fā)分中的d)混合礦中分解出的VCO2=331.95(4)CO的體積VCOVCO=風(fēng)口前熄滅生成的CO+各元素直接復(fù)原反響生成的CO+焦炭及煤粉中的CO–間接復(fù)原耗費(fèi)掉的COa)風(fēng)口前熄滅生成的b)各元素直接復(fù)原反響生成的c)焦炭及煤粉中的d)間接復(fù)原耗費(fèi)掉的CO=間接復(fù)原生成的CO2量=318.37m3VCO=534.32+188.3+1.32–318.37=405.57m3(5)N2的體積VN2VN2=鼓風(fēng)中的N2+焦炭及煤粉中的N2=V風(fēng)×〔1-f〕×0.79+(K×N2%焦+M×N2%煤)×22.4/28=960.84+2.45=963.29m3爐頂煤氣成分表成分CO2CON2H2CH4ΣV煤氣/V風(fēng)m3331.95405.57963.2927.4710.941739.22%19.0923.3255.391.580.631001.413-4編制物料平衡表〔1〕計(jì)算鼓風(fēng)質(zhì)量〔鼓風(fēng)實(shí)踐含氧〕(2)計(jì)算煤氣質(zhì)量煤氣分量=1.365×1739.22=2373.63kg(3)煤氣中的水a(chǎn))H2參與復(fù)原反響生成的水=32.624b)焦炭中的H2O=c〕混合礦帶入的水：結(jié)晶水物料平衡表

收入kg支出kg1混合礦1854.331生鐵10002焦炭（濕）468.752爐塵503石灰石8.943爐渣524.874煤粉754煤氣2373.635鼓風(fēng)1580.55水分45.856碎鐵0Σ3987.523994.354熱平衡計(jì)算〔全爐熱平衡〕熱平衡計(jì)算的目的是為了了解高爐內(nèi)熱量供應(yīng)和耗費(fèi)分配情況，碳的熱能利用系數(shù)和高爐有效熱量利用系數(shù)，以確定高爐冶煉過程中熱能利用的好壞，找出改善熱能利用的途徑。供應(yīng)高爐的熱量之和應(yīng)該等于各項(xiàng)熱量耗費(fèi)之和。知條件：風(fēng)溫t風(fēng)，爐頂煤氣溫度t頂，燒結(jié)礦溫度t燒結(jié)熱收入項(xiàng)：〔1〕碳的氧化放熱Q1kcal〔2〕鼓風(fēng)物理熱Q2kcal〔3〕成渣熱Q3kcal〔4〕氧化放熱及CH4生成放熱Q4Kcal〔5〕爐料帶入的物理熱Q5Kcal熱支出項(xiàng)：〔1〕氧化物分解熱Q1’〔2〕脫硫耗熱Q2’〔3〕碳酸鹽分解熱Q3’〔4〕水分分解熱Q4’〔5〕爐料游離水的蒸發(fā)熱Q5’〔6〕鐵水帶走物理熱Q6’〔7〕爐渣帶走熱Q7’〔8〕噴吹物分解熱Q8’〔9〕爐頂煤氣帶走熱Q9’〔10〕冷卻水帶走及其它熱損失Q10’4-1冶煉一噸生鐵的熱收入Q1=4275×VCO2+1254×VCOkcalC+O2=CO2+95.76Kcal/molC(7980Kcal/KgC)2C+O2=2CO+56.16kcal/molO2VCO2=VCO2煤氣-VCO2爐料帶入VCO2爐料帶入=焦炭揮發(fā)分中的CO2+混合礦燒損中的CO2+石灰石分解出的CO2×50%+煤粉中的CO2(雖然它在風(fēng)口前曾經(jīng)燒掉，但在前面計(jì)算煤粉中含氧量時(shí)沒有思索煤粉中CO2中的氧，故這里應(yīng)計(jì)入)VCO=VCO煤氣-VCO爐料帶入〔焦炭揮發(fā)物中和煤粉中的CO〕〔2〕鼓風(fēng)物理熱Q2Q2=〔V干風(fēng)×C干風(fēng)+V水汽×C水汽〕×t風(fēng)溫V干風(fēng)、V水汽——分別為鼓風(fēng)中干風(fēng)體積和水汽體積〔Nm3/噸生鐵〕C干風(fēng)、C水汽——分別為干風(fēng)和水汽的比熱〔kcal/Nm3℃〕不同溫度下干風(fēng)、水汽之比熱〔kcal/Nm3℃〕溫度℃70080090010001100120013001400干風(fēng)比熱0.32710.33110.33450.33760.34050.34330.34580.3481水汽比熱0.39150.39760.40370.40990.41610.42210.42780.4334〔3〕成渣熱Q3爐料中以碳酸鹽方式存在的CaO和MgO,在高爐內(nèi)生成鈣鋁硅酸鹽時(shí)，每kg能放出270kcal/kg。混合礦中的燒損，主要來自燒結(jié)礦中未礦化的碳酸鹽和天然礦中的碳酸鹽，1mol碳酸鹽可分解出1molCO2，因此可根據(jù)混合礦中的燒損量中的CO2計(jì)算出混合礦中的碳酸鹽量。石灰石中的CaO+MgO量=Φ×〔CaO%Φ+MgO%Φ〕Q3=[(CaO+MgO)混合礦+〔CaO+MgO〕熔劑]×270Kcal/噸生鐵〔4〕氫的氧化放熱及CH4生成時(shí)的放熱Q4氫氧化放熱QH2=2581×參與復(fù)原反響的氫量〔m3〕(KCal)每m3H2氧化生成水時(shí)的放熱量生成CH4時(shí)放熱QCH4=1124×生成甲烷體積Q4=QH2+QCH4〔5〕爐料帶入的物理熱Q5〔忽略焦炭、塊礦物理熱〕Q5=A×燒結(jié)礦配比×C燒結(jié)礦×t燒結(jié)跨礦t(℃)100200300400500C燒結(jié)礦

(kcal/kg.℃)0.160.170.180.190.2燒結(jié)礦CP=[0.115+0.275×10-7×〔T-373〕-0.0125×10-5×(T-373)2]kcal/Kg.℃甲烷生成熱〔Kcal/Kg〕4-2冶煉一噸生鐵的熱支出〔1〕氧化物分解熱Q1包括：氧化鐵、氧化錳、二氧化硅、五氧化二磷等的分解熱，首先應(yīng)了解爐料中氧化物的存在方式：燒結(jié)礦中的FeO有20~25%存在于硅酸鹽中，其他FeO以Fe3O4形狀存在；天然礦中都以Fe3O4方式存在。焦炭、煤粉中的FeO主要以硅酸鹽方式存在。FeO2FeO?SiO2氧化鐵Fe3O4Fe2O3a)鐵氧化物分解熱QFei)FeO：以硅酸鹽存在的FeO收入FeOFe2SiO4燒結(jié)=〔A×燒結(jié)礦配比%×FeO%燒結(jié)-爐塵量×FeO%爐塵〕×20~25%FeOFe2SiO4焦炭=K×FeO%焦FeOFe2SiO4煤粉=M×FeO%煤粉支出FeOFe2SiO4爐渣=渣量×FeO%渣ΣFeOFe2SiO4=FeOFe2SiO4燒結(jié)+FeOFe2SiO4焦炭+FeOFe2SiO4煤粉-FeOFe2SiO4爐塵Ⅱ〕FeOFe3O4=A×燒結(jié)配比×FeO%燒結(jié)×75%+A×塊礦配比×FeO%塊Fe2O3Fe3O4=FeOFe3O4×160/72Ⅲ〕自在Fe2O3Fe2O3自在=A×Fe2O3%混-Fe2O3Fe3O4–爐塵量×Fe2O3%氧化鐵分解熱:FeOFe2SiO4：973.33kcal/kgFe3O4：1146.38kcal/kgFe2O3自在：1230.69kcal/kgQFe=ΣFeOFe2SiO4×973.33+Fe3O4×1146.38+Fe2O3自在×1230.69kcalb)SiO2分解熱QSi由SiO2分解出1KgSiO2吸熱7423KcalQSi=1000×[Si]×7423kcalc)P2O5分解吸熱QP由P2O5分解出1kgP需求吸熱8540kcal/kgQP=1000×[P]×8540kcald)錳氧化物分解吸熱QMn1KgMnO2分解成MnO需求吸熱333.5Kcal，由MnO分解成1kgMn需吸熱1758.5Kcal。QMnO2→MnO=A×MnO2%混×333.5KcalQMnO→Mn=1000×[Mn]×1758.5KcalQMn=QMnO2→MnO+QMnO→Mne)氧化銅分解吸熱QCuQCu=A×CuO%混×481.25kcalQ1‘=QFe+QMn+QP+QSi+QCu(2)脫硫耗熱Q2‘爐渣中CaO、MgO同時(shí)參與脫硫，按普通閱歷：當(dāng)渣中MgO>3~4%時(shí)，脫除每千克硫耗熱1995Kcal/kgS當(dāng)渣中MgO<3~4%時(shí)，脫除每千克硫耗熱7Kcal/kgS∴Q2‘=1995×S渣Kcal(3)碳酸鹽分解吸熱Q3‘CaCO3分解1kgCO2吸熱966KcalCaCO3→CaO+CO2MgCO3分解1kgCO2吸熱594KcalMgCO3→MgO+CO2MnCO3分解1kgCO2吸熱522Kcala)熔劑中以CaCO3方式存在的CO2：CO2CaCO3Φ=Φ×CaO%Φ×44/56b)熔劑中以MgCO3方式存在的CO2：CO2MgCO3Φ=Φ×MgO%Φ×44/40c)混合礦中以CaCO3方式存在的CO2：CO2CaCO3混=A×燒損%×d)混合礦中以MgCO3方式存在的CO2：CO2MgCO3混=A×燒損%×Q3‘=〔CO2CaCO3熔+CO2CaCO3混〕×966+〔CO2MgCO3Φ+CO2MgCO3混〕×594〔4〕水分分解熱Q4Q4‘=2581×V水汽kcal(分解1m3水需耗熱2581KCal)V水汽=鼓風(fēng)中的水(V風(fēng)×f)+煤粉中的水〔M×H2O%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〔無論冷礦或熱礦〕，普通無游離水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270~280260~270300~310320~330280~290Q6‘=1000×q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400~4301300~1350鑄造生鐵爐渣450~480400~4201440~1520錳鐵爐渣440~4801425~1480硅鐵爐渣480~500最高達(dá)1680含氟爐渣420~4851300~1550含釩鈦爐渣1300~1400〔8〕噴吹物分解熱Q8‘煤粉分解吸熱300kcal/kg無煙煤分解吸熱240kcal/kg重油分解吸熱500kcal/kg煙煤分解吸熱280kcal/kg煉鐵91NO.4P37Q8‘=煤比×300〔9〕爐頂煤氣帶走熱Q9‘a(chǎn))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=CCO×CO%+CCO2×CO2%+CN2×N2%+CH2×H2%+CCH4×CH4%氣體比熱〔kcal/Nm3?℃〕℃RO2N2O2H2O干空氣濕空氣COH2H2SCH4C2H400.38700.31030.31230.35620.31070.31640.31110.3050.3620.3740.4221000.41080.31080.31510.35870.31170.31740.31110.3080.3680.3950.5032000.43180.31120.31930.36240.31280.31860.3130.3100.3760.4220.5563000.44920.31240.32440.36730.31480.32070.3150.3110.3840.4520.6044000.46420.31460.32950.37240.31770.32370.3180.3110.3930.4830.655000.48850.31750.33450.37810.32100.32710.3210.3120.4020.5120.6916000.49180.32050.33900.38400.32440.33050.3250.3130.4110.5420.7287000.50340.32370.34320.39020.32780.33400.3280.3140.4200.5690.7628000.51390.32680.34700.39650.33110.33740.3320.3150.4290.5960.7989000.52340.33000.35020.40280.33420.34060.3350.3160.4370.620.82410000.53180.33290.35350.40920.33720.34370.3380.3170.4450.6440.85211000.53960.33570.35630.41550.34000.34660.3410.3190.4520.66512000.54660.33830.35880.42170.34260.34930.3440.3200.4590.68513000.55310.34130.36120.42770.34520.35200.3460.3230.46514000.55900.34330.36350.43350.34750.35440.3490.3250.47115000.56450.34560.36570.43920.34970.35670.3510.3270.47716000.56960.34760.36780.44470.35180.35890.3530.32917000.57420.34930.36980.450.35370.36090.3550.331b)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=0.18~0.2kcal/kgQ9‘=Q煤氣+Q水汽+Q塵〔