轉(zhuǎn)爐煙氣的特征

1、.第一章 轉(zhuǎn)爐煙氣的性質(zhì)及特征第一節(jié) 轉(zhuǎn)爐煉鋼的基本原理純氧頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼是通過氧槍直接向爐內(nèi)吹入氧氣,與熔池鐵水中的硅、錳、磷、碳、硫等發(fā)生氧化反應(yīng),并由于這些反應(yīng)的放熱 ,使熔池的溫度升高。冶煉的基本任務(wù)是:1.把熔池中的碳氧化到一定范圍內(nèi).2.去掉金屬中的雜質(zhì)磷、硫等。3.去除金屬中的有害氣體和非金屬夾雜。4.調(diào)整金屬到規(guī)定的成分要求。5.使熔池溫度達到規(guī)定的要求。這些任務(wù)主要通過上述的氧化反應(yīng)及由于這些氧化反應(yīng)而產(chǎn)生的物理現(xiàn)象來完成。其反應(yīng)的機理如下:吹入爐內(nèi)的氧氣首先與熔池中的鐵反應(yīng)生成氧化鐵,存在于渣中。2Fe+ O2=2FeO渣中的氧化鐵又與熔池中的硅、錳、磷、碳等進行反應(yīng)。2Fe

2、O+(S i)=(S iO2)+2Fe(FeO)+(Mn)=(Mn0)+(Fe)5(FeO)+2(P)=(P 205)+5(Fe)(FeO)+(C)=CO+(Fe)2(FeO)+(C)=CO2+2(Fe)在轉(zhuǎn)爐吹煉的全過程中各元素含量的變化如圖 1-1 所示。吹煉時間(%) 圖 1-1 轉(zhuǎn)爐吹煉過程中各元素的變化由于在熔池中進行的這些反應(yīng)都是放熱反應(yīng),所以熔池的溫度迅速上升,平均每分鐘上升 20 以上。當(dāng)碳氧反應(yīng)生成的一氧化碳或二氧化碳從熔池中析出上浮時,引起熔池的沸騰,對金屬液體起攪拌作用,有利于去除有害氣體和非金屬夾雜物。第二節(jié) 轉(zhuǎn)爐煙氣的成份轉(zhuǎn)爐吹煉過程中的主要反應(yīng)是碳氧反應(yīng),轉(zhuǎn)爐爐氣也

3、主要是來自于鐵水中碳的氧化。在轉(zhuǎn)爐熔池中,碳的氧化物主要是一氧化碳,也有少量的二氧化碳。在一氧化碳從熔池析出后又有一小部分要與爐內(nèi)的氧繼續(xù)發(fā)生反應(yīng),生成二氧化碳。故產(chǎn)生爐氣的主要化學(xué)反應(yīng)為:C + O2=co C + O2=CO2 CO+ O2=CO2加入爐內(nèi)石灰的生燒部分在高溫下分解CaCO3=CaO+CO2爐料及爐襯中的水份在高溫下分解:2H2O = 2 H2 +O2 吹入爐內(nèi)的氧氣中含有少量氮氣,以及部分未進行反應(yīng)的氧氣,也會同爐氣一起逸出爐口。所以爐氣的主要成分是 C0 、 CO2 、O2、N2 、Hz 等。其組成大致如表 1-1 所示。表 1-1 爐氣的主要成分氣體C0CO2O2N2

4、H2含量%8090101411當(dāng)爐氣冒出爐口進入煙罩時,由于一部分空氣混入,使?fàn)t氣中的部分一氧化碳燃燒,二氧化碳的比例增加。由于空氣帶入氮氣,使氮的比例也增加。根據(jù)處理的方式不同即分為燃燒法和未燃燒法吸入的空氣量不同,則煙氣成分也不一樣。采用未燃燒法回收的煙氣煤氣成分如表1-2所示。表 1-2 回收煤氣成分成分COCO2N2O2H2硫化物含量 %60-8010-1410-150.1-0.50.2-2.00.1-0.5鐵水中含碳一般為4%左右.在吹煉前期鐵水溫度較低,鐵水中易氧化的元素硅、錳等首先氧化,其次是磷等元素,同時也有少部分鐵隨之氧化,碳的氧化速度是比較低的,此時吹入的氧氣主要是用于上述

5、元素的氧化,故爐氣中CO含量較低,爐氣量較少,爐氣溫度較低。隨著上述元素氧化反應(yīng)的大量放熱,熔池溫度不斷提高,鐵水中硅、錳氧化得差不多之后,熔池溫度已超過1400,此時將出現(xiàn)碳和氧的劇烈反應(yīng),爐氣中CO含量相應(yīng)地逐漸增加,爐氣量也隨之增加,爐氣溫度也逐漸升高。在吹煉后期隨著溶池中含碳量的減少,碳氧反應(yīng)減弱,爐氣中CO含量亦相應(yīng)減少,爐氣量也逐漸下降而爐氣溫度則隨熔池溫度的升高而升高。圖12為吹煉過程中爐氣CO及CO2含量變化規(guī)律,表1-3為30噸轉(zhuǎn)爐廠實測吹煉過程中爐氣成分的變化情況。吹煉時間()圖12 吹煉過程中爐氣中CO、CO2含量變化表 1-3 30噸轉(zhuǎn)爐爐氣成分實測表時間COCO202

6、135”67.620.42.4348”74.010.62.4623”70.010.04.01O55”80.06.02.013lO”82.85.62.0平均76.299.222.51第三節(jié) 轉(zhuǎn)爐爐氣的溫度如上所述,爐內(nèi)的氧化反應(yīng),特別是碳氧反應(yīng)是放熱反應(yīng)。C +2/102=CO+2430千卡/公斤碳C+O2=CO2+5448千卡/公斤碳放熱采用+號,吸熱采用一號CO+1/2O2=CO+3018千卡/公斤碳隨著吹煉的進行熔池的溫度不斷升高,爐氣的溫度也在不斷增高。爐氣的溫度與爐內(nèi)反應(yīng)及工藝操作有關(guān),其波動范圍較大,一般在1450-1600之間,其平均溫度為1520左右。煙氣進入煙罩內(nèi)時它的溫度也在

7、發(fā)生變化,其變化程度決定于從爐口與煙罩之間縫隙吸入的空氣量的多少。在未燃燒法中只吸入少量的空氣,爐氣中的CO大約有10% 燃燒,使煙氣的溫度能從1520升到1700-1800。在燃燒法中,從爐口噴出的高溫可燃氣體與大量的空氣混合而燃燒,燃燒后的煙氣溫度與空氣過剩系數(shù)有關(guān),按燃料燃燒計算可知,當(dāng)=1時,煙氣理論燃燒溫度可達到2500-2800。在用余熱鍋爐回收余熱 = 實際吸入空氣量/燃燒爐氣中全部一氧化碳所需空氣量的情況下,按照現(xiàn)有的技術(shù)水平,空氣過剩系數(shù)最少可達1.2,而一般為1.52.0,這時煙氣溫度為22001800。當(dāng)空氣過剩系數(shù)大于1 以后,其大于1 的部份沒有一氧化碳與之進行氧化反

8、應(yīng),故不能使煙氣溫度升高,由于吸入大量的冷空氣反而起降溫作用。因此只有當(dāng)空氣過剩系數(shù)為1 時煙氣溫度最高.故不回收余熱的情況下,為了避免過高的煙氣溫度,一般要求較大的空氣過剩系數(shù),通常為34,有時更大一些,這時煙氣溫度約為1550-1250oO l 2 3 4 5空氣過剩系數(shù)a值圖 1-3 空氣過剩系數(shù)與理論燃燒溫度之間的關(guān)系與爐氣成份變化一樣,在吹煉過程中隨著爐內(nèi)碳氧反應(yīng)劇烈程度的變化,爐氣的溫度也是變化著的.在吹煉初期爐氣溫度較低,隨著硅、錳的氧化及熔池溫度升高,碳氧反應(yīng)越來越劇烈,爐氣的溫度也越來越高。圖1-4為轉(zhuǎn)爐吹煉過程中爐氣溫度的變化規(guī)律。圖1-5為某30T頂吹轉(zhuǎn)爐廠測得爐氣溫度變

9、化的情況。吹煉時問圖 1-4 吹煉過程中爐氣溫度的變化2 4 6 8 10 12 14 吹氧時間(分)圖 1-5 30T 轉(zhuǎn)爐爐氣溫度測量值第四節(jié) 轉(zhuǎn)爐爐氣量一、爐氣量的變化規(guī)律 從轉(zhuǎn)爐析出的爐氣量是設(shè)計煙氣凈化與回收系統(tǒng)的基本參數(shù)之一,因此我們必須對轉(zhuǎn)爐吹煉過程中爐氣量、煙氣量的變化規(guī)律有充分的了解。在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中,不管采用燃燒法還是未燃燒法,煙氣量都是隨著爐氣量的變化而變化的,而爐氣量又是隨著碳氧反應(yīng)的劇烈程度而變化著的。第二節(jié)己講過,在吹煉的前期碳氧反應(yīng)較弱因此爐氣量較小,而在中期碳氧反應(yīng)最劇烈,則爐氣量也就最大,煙氣量也就最大,而在吹煉后期,由于熔池中碳已很少,碳氧反應(yīng)大大減弱,此時

10、爐氣量減少,煙氣量也減少,從圖1-6中可以清楚地看出吹煉全過程煙氣量的變化規(guī)律。0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100吹氧時問圖 1-6 吹氧時間與爐氣量關(guān)系吹煉過程中的最大煙氣量對于煙氣凈化系統(tǒng)的設(shè)計是最有意義的.最大爐氣量受到轉(zhuǎn)爐噸位、最大降碳速度等因素的影響,如25噸轉(zhuǎn)爐的最大煙氣量約為16000標(biāo)米3/小時,120噸轉(zhuǎn)爐約為54000標(biāo)米3/小時,150噸轉(zhuǎn)爐的最大煙氣量約為69000標(biāo)米3/小時.第五節(jié) 影響煙氣量的因素影響最大脫碳速度的因素十分復(fù)雜,它決定于吹煉中熱力學(xué)和動力學(xué)的全部過程和煙氣量的變化。影響最大脫碳速度的主要因素如下:一、 供氧強度供氧強度

11、提高,單位時間內(nèi)向熔池內(nèi)提供的氧氣量增加,加劇了碳氧反應(yīng),使最大脫碳速度增加。由于脫碳速度增加,使?fàn)t氣量增加。二、 噴槍孔數(shù)采用單孔噴槍吹煉時,降碳不易平穩(wěn),最大降碳速度與平均降碳速度差別很大,一般最高達0.4%以上,而采用多孔噴搶時,可使供氧均勻,降碳平穩(wěn)而供氧強度高,吹煉時間短。三、槍位的影響氧槍噴頭到熔池面高度被稱為槍位。槍位低,沖擊面積小,沖擊深度大,鋼、渣攪拌能力強,最大降碳速度相應(yīng)增加,爐氣量增加。反之,槍位高,鋼、渣攪拌能力減弱,最大降碳速度相應(yīng)減少,爐氣量減少。四、造渣劑及冷卻劑加入的影響當(dāng)用礦石或鐵皮作為冷卻劑加入爐內(nèi)時,對最大降碳速度和最大爐氣量影響較大。鐵礦石中一般含有8

12、0% 的Fe2O3.在煉鋼的溫度下加入時有90%的Fe2O3 發(fā)生如下反應(yīng)。Fe2O3+3C=2Fe+3CO這說明如果礦石加入量大且集中,爐氣量甚至可比正常量增加50%左右,造成風(fēng)機能力不足,爐口大量冒煙,以至于噴濺等.故一般要求礦石在降碳前期分批多次加入,使?fàn)t內(nèi)反應(yīng)平穩(wěn).第六節(jié) 煙氣量的計算爐氣量的計算方法有多種,究竟采用哪種合適,需要根據(jù)生產(chǎn)實際及本單位具備的條件來決定。一、按最大降碳速度計算用該法計算時, 首先必須測定出本廠的實際最大脫碳速度及CO和CO2 占爐氣體積的百分?jǐn)?shù)。由反應(yīng):C + O2= CO C + O2= CO2 12 克22.4 升12克22.4升可知,不管反應(yīng)生成CO

13、,還是CO2消耗一個克分子碳,就能生成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下為22.4升的CO或C02,也就是說,消耗一公斤分子碳就能生成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下為22.4米 3的CO,那么每小時由碳氧反應(yīng)生成的一氧化碳和二氧化碳的體積為：V(CO + C02)=GVc 22.4/12 60每小時內(nèi)產(chǎn)生的爐氣量為Vo=GVc 22.4/12 60 1/(CO +CO2)(標(biāo)米3/ 小時)式中Vo最大降碳速度時產(chǎn)生的爐氣量,標(biāo)米3VCO+CO2最大降碳速度時產(chǎn)生的CO量與CO2量之和,標(biāo)米3G最大鐵水裝入量,公斤Vc 最大降碳速度 ,%/分22.4公斤分子氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積,標(biāo)米3/公斤分子12碳的分子量CO,CO2爐氣中CO和CO

14、2的體積百分?jǐn)?shù)。二、按經(jīng)驗公式計算此公式系假定吹煉期平均爐氣量為1,考慮到強化冶煉和加礦石時爐氣量突然增大的因素,取其最大可能系數(shù)為1.8.其計算公式如下Vo=G(C1-C2)22.4/1260/t1.8(標(biāo)米 3/ 小時)式中 V 。按經(jīng)驗公式計算的最大爐氣量,標(biāo)米3/小時 G 最大鐵水裝入量,公斤C 鐵水中含碳量,%C2 終點鋼水含碳量,%,t 吹煉時間,分1.8經(jīng)驗系數(shù)。三、計算實例某轉(zhuǎn)爐容量為120噸,最大鐵水裝入量145噸,供氧強度為2.5標(biāo)米3/噸分,鐵水含碳量為4.2% 。冶煉時間為22分鐘,鋼水含碳量為0.10%,最大降碳速度為0.25%/分。爐氣成分 : CO CO2 N2

15、0285% 11% 3.5% 0.5%爐氣量計算1、按最大脫碳量計算Vo= G Vc22.4/1260 1/(CO+CO2)=1450000.002522.4/12 601/( 0.85+0.11)=42292標(biāo)米3/ 小時2、按供氧強度計算廢鋼法Vo=2GK60=21452.560=43500標(biāo)米3/ 小時3、按供氧強度計算礦石法Vo=2.56GK 60=2.56 145 2.5 60=55680標(biāo)米3/ 小時4、按經(jīng)驗公式計算Vo=G(C1-C2)22.4/1260/t1.8(標(biāo)米 3/ 小時)=14500(0.24-.0001) 22.4/12 60/22 1.8(標(biāo)米 3/ 小時)=5

16、4478標(biāo)米3/ 小時爐氣冒出爐口,進入煙罩時,有一部分一氧化碳與空氣結(jié)合,燃燒成二氧化碳。燃燒量的大小取決于吸入空氣量的多少。吸入的空氣量可用空氣系數(shù)來表示,值的意義是實際吸入量與燃燒爐氣中全部的一氧化碳所需要的空氣量之比 ,在調(diào)節(jié)排煙量的未燃燒法中=00.15在固定排煙量的部分燃燒法中0.3?？諝庵泻屑s21%的氧氣,79%的氮氣,根據(jù)化學(xué)反應(yīng)平衡式可知. CO +02 =CO2燃燒一個體積CO氣體,需要0.5體積氧氣,則代入的氮氣量約為:79/210.5=1.88個體積氮氣當(dāng)采用未燃燒法時,一般只有10%CO 燃燒為CO2故此時進入煙罩的煙氣量為:V= V。+ V。CO% 10/1001

17、.88=1.169 V。式中V總煙氣量 V。為爐氣量CO% 爐氣中C0% 百分含量。當(dāng)空氣過剩系數(shù)為時V=Vo+(VoCO%1.88)+Vo(-1)CO%=Vo+1.69Vo+0.9(-1)=Vo(1+1.69+0.45-0.45)=(0.55+2.14)Vo例:假設(shè)某轉(zhuǎn)爐產(chǎn)生爐氣量5000Nm3/h,當(dāng)采用未燃燒法時煙氣量為:V煙氣 =1.17V爐氣 =1.17 5000=58500Nm3/h當(dāng)采用燃燒法時,如果空氣系數(shù)為3則煙氣量為:V煙氣= (0.55+2.14)V爐氣=(0.55+2.143)50000=348500Nm3/h顯然采用未燃燒法煙氣量比采用燃燒法時煙氣量小得多。因此其設(shè)備

18、費用及操作費用都比燃燒法低得多。第七節(jié) 爐氣的測定由于生產(chǎn)條件的不同、計量系統(tǒng)的誤差以及其它種種客觀因素的影響,頂吹轉(zhuǎn)爐爐氣的成份、溫度、流量等實際值，與資料提供的數(shù)值有一定的差距,因此在實際生產(chǎn)中往往需要對轉(zhuǎn)爐爐氣的成份、溫度、流量進行測量。因為轉(zhuǎn)爐爐氣溫度高,成分變化大,流量波動也大,且在爐口水平截面上溫度、流量、成份的分布也不均勻，因此采用一般的方法是難以進行測量的。一、爐氣溫度的測定據(jù)所測爐口大小,選擇合適長度的水冷套管或外套紙管的不銹鋼管,在管內(nèi)裝有0.5毫米鎢5-錸20抽氣熱電偶,點測爐氣溫度,用XNX-1042電子電位差計記錄溫度曲線。測點一般選在爐口下200-300毫米爐襯與氧

19、槍之間處。二、爐氣成份的測定采用直徑為162毫米,適合長度的不銹鋼管,外套紙管,不銹鋼管前端有露出200毫米左右的剛玉陶瓷管，陶瓷管與不銹鋼之間用石棉繩充填并用高溫耐火泥封死,配以抽氣泵點取爐氣樣,取樣位置與測溫位置相同。試樣應(yīng)在取樣后2 小時之間用氣相色譜儀或亨氏、奧氏分析儀分析。三、測試時注意事項在測試溫度或取爐氣成份樣時,必須注意以下幾點。1.爐氣中含CO量60%以主,測試、取樣時必須注意安全,防止CO中毒。應(yīng)將間隔排放的CO氣體排入煙罩。為保證取樣可靠,應(yīng)事先將取樣系統(tǒng)內(nèi)的空氣排除干凈,并注意安全，防止爆炸。2.取樣測試點均取在爐口下，且由于吹煉過程中噴濺等原因,很容易將偶頭取樣孔堵塞

20、，為此必須采取一定的防護措施。3.如上所述,爐氣的溫度、成分等在爐口水平截面上的分布是不均勻的,因此取樣測試時必須選好位置,以便所得到的數(shù)據(jù)有代表性,倘若能在平面上多取些點,然后加權(quán)平均則更能精確可靠。不過這樣做將會給測試工作帶來很大的困難。第八節(jié) 煙塵的性質(zhì)一、煙塵的成份在向金屬熔池吹氧的過程中，在氧射流與熔池直接作用的反應(yīng)區(qū)內(nèi),局部溫度可高達2500-2800,造成一定數(shù)量的鐵和鐵的氧化物的蒸發(fā)。蒸發(fā)的鐵或鐵的氧化物隨爐氣逸出,使?fàn)t口排出的煙氣帶著濃密的煙塵。除此之外,由于噴濺和噴射的原因,在爐氣中還包含著一些由爐氣機械夾帶出的渣粒。在下料的過程中一些散狀料（如白灰、螢 石、礦石、鐵皮、白

21、云石等）的細粒、粉沫、灰塵也被爐氣帶入煙道。工業(yè)廢氣的含塵量，通常是以每標(biāo)準(zhǔn)立方米含塵量的重量來表示的,如：克/標(biāo)米 3、毫克/標(biāo)米3等。氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐中的煙塵量一般為金屬裝入量的0.81.3%,煙氣中的含塵量平均為6080克/標(biāo)米3在吹煉中期或加料瞬間含塵量最高達120克/標(biāo)米3，轉(zhuǎn)爐煙塵的成份如表1-4所示表 1-4 煙塵成分表成分%FeOFe2O3Fe?？侳eSiO2MnOCaOMgOP2O5C未燃法67.1616.200.5863.43.640.749.040.390.571.68燃燒法2.3926.4066.50.81.61.6從表中可見,氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的煙塵主要是鐵的氧化物,含鐵量

22、高達60% 以上,在未燃燒法中CO含量高達5070%,煙塵的主要成分是低價氧化鐵Fe0,而在燃燒法中,由于吸入大量空氣,CO全部燃燒,煙氣呈氧化性,所以煙氣的主要成份是高價的氧化鐵Fe2O3.顯然可以做為煉鋼和煉鐵的原料.二、 煙塵的粒度轉(zhuǎn)爐煙塵的粒度是極細的,未燃法產(chǎn)生的煙塵粒度大部分為1020m。而燃燒法的煙塵粒度小于1m的約占95%左右（見表1-5），使凈化更為困難。因此建議轉(zhuǎn)爐車間應(yīng)配套建設(shè)未燃法煤氣回收系統(tǒng)，并為保證安全與回收煤氣的質(zhì)量，應(yīng)裝備爐口微差壓與煤氣中的氧含量監(jiān)測裝置。表 1-5 氧氣轉(zhuǎn)爐煙塵粒度組成未燃法燃燒法粒度，m%粒度，m%201615102072.30.51455109.90.55051.8氧氣轉(zhuǎn)爐在吹煉期間產(chǎn)生大量含塵爐氣，其溫度高達14001600，爐氣中含大量CO并有含鐵量為60%左右的粉塵（約占鐵水裝入量的1%2%）。如果讓這些爐氣出爐口后任意放散，不但會污染環(huán)境，同時也浪費了大量能源和有用物質(zhì)。通常每煉1t鋼可收得轉(zhuǎn)爐煤氣70100m3、粉塵1020kg、回收蒸汽約7090