高爐爐料和煤氣運動

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

2、體積 (1-f) m31m3鼓風中水的體積： f1m3鼓風中氧的體積：0.21(1-f）1-ffm3m31m3鼓風1m3鼓風的燃燒反應：CO的體積= H2的體積= N2的體積= 1m3鼓風產(chǎn)生的煤氣總體積： 燃燒反應產(chǎn)物成分鼓風濕度(%)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：鼓風濕度越高，煤氣中CO、H2濃度增加,N2減少 f=1.25%相當于10g/m3f=1%相當于：不同鼓風濕度煤氣的變化(C）1kgC燃燒需要的風量和產(chǎn)生的煤氣量i）燃燒1kg碳素所需要的風量 24k

3、g 22.4m3 1kg x=22.4/24=0.933m3O2/kgC當 時 當 時 ii）燃燒1kg碳素生成的煤氣體積 1m3鼓風產(chǎn)生的煤氣總體積：已知1kgC燃燒需要的風量： 其中： ，其中 時 時 時 時 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量的1.21倍； （3） 但爐頂煤氣體積是鼓風量的1.31.4倍。不同鼓風濕度煤氣的變化2: 燃燒帶與風口回旋區(qū)（1）風口回旋區(qū) 鼓風以100200m/s的速度從風口吹入充滿焦炭的爐缸區(qū)域，在風口前形成一個近似球形的空間。在球形空間內(nèi)部，氣流夾帶著焦炭作回旋運動，焦塊的運動速度420m/s（前蘇聯(lián)測定），稱

4、這一球形區(qū)域為風口回旋區(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度在100015000mm左右 風口回旋風口附近煤氣成分的變化強化供風風口附近煤氣成分的變化3.燃燒帶對高爐冶煉過程的影響1 ）燃燒帶是爐內(nèi)焦炭燃燒的主要場所，而焦炭燃燒所騰出來的空間是促使爐料下降的主要因素。生產(chǎn)中的高爐的燃燒帶上方總是比其它地方松動，且下料快（稱焦炭松動區(qū)或活性焦炭區(qū)），燃燒帶內(nèi)燃燒的焦炭的80%來自風口上方。因此，當燃燒帶占整個爐缸面積的比例大時，爐缸活躍面積大，料柱比較松動，有

5、利于高爐順行。 因此，從高爐順行的角度來說，希望燃燒帶水平投影面積大些，多伸向爐缸中心，并盡量縮小風口之間爐料的呆滯區(qū)（多風口設計思想）(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，對各種反應進行不利。爐缸中心不活躍和熱量不足，對高爐順行極為不利。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%時高爐生產(chǎn)指標最好，小高爐可達50%。對d = 6.813.4m（相當于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：單位時間內(nèi)進入高爐的鼓風質(zhì)量所具有的動能，它是選擇風口直徑的主要依據(jù)。鼓風動能大，燃燒帶加長，有利于吹透中心。，（ ） 單位時間的鼓風質(zhì)量 （ ）風速 （ ） 每秒鐘進入一個風口的鼓風質(zhì)量：（ ）高爐風量（ ）標態(tài)下空氣重度（1.2875 ）送風風口個數(shù)重力加速度（ ） 影響燃燒帶的因素-鼓風動能、燃燒反應速度、爐料分布狀況1）鼓風動能及其與燃燒帶的關系 若風溫為T（=273+t），風壓 ，則每秒進入一個風口的實際鼓風體積 ：注： 為吹入高爐的實際風量（Nm3/min）,用每天燒掉的焦炭量來反推：每天加入高爐

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

8、壓 E=f(1/p2)d) 風口截面積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：風口前焦炭燃燒產(chǎn)生的煤氣所能達到的最高溫度，即假定風口前焦炭燃燒放出的熱量全部用來加熱燃燒產(chǎn)物時所能達到的最高溫度。風口前碳燃燒成CO放出的熱量（kCal/t）鐵）；鼓風帶入的物理熱（kCal/t鐵）；燃料帶入的物理熱，包括進入高溫區(qū)的焦碳的物理熱（1500)、 煤粉的物理熱；鼓風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18002400，它代表風口區(qū)

9、最高溫度，其數(shù)值表示了傳熱推動力的大小，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 在實際使用過程中，各高爐根據(jù)實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及按上述定義公式計算的 ，經(jīng)過回歸得到使用方便的經(jīng)驗公式：日本君津廠： 日本中山廠： 澳大利亞BHP： 以上各式中： 鼓風溫度（）； 鼓風富氧量（m3/1000m3鼓風）；噴吹重油量（kg/1000m3鼓風）； 噴煤量（kg/1000m3鼓風）；鼓風濕份（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：傳熱推動力小，渣鐵溫度不足，流動性差，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系有效容積（m3）10002000300040005000下限21152170230023002350上限22402300242024202470首鋼1號高爐燃料比與理論燃燒溫度的關系時 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 ，需要補償風溫130180武鋼100風溫可增加噴煤59kg/t(100kg/t 169) 理論燃燒溫度與焦比關系 K=600kg/t、C固=82%、冶煉1噸生鐵需在風口前燃燒的碳量 = 6000.820.7 = 344.4kg鼓風物理熱 燃料帶入高溫區(qū)的物理熱 水份分解熱 煤粉分解熱 (風口前碳素燃燒率) 當K=700kg/t時， 結(jié)論： t理與焦比關系不大，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

12、量（熱容比）W： 流股每小時流量(質(zhì)量或體積)與相應流股比熱的乘積，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還有化學反應，所以把比熱的概念加以擴展，它包括了化學反應熱效應對爐料溫度變化的影響。Wm=GmCm Gm：每小時通過高爐某一截面的爐料質(zhì)量（t/h） Wg=V Cg V：每小時通過高爐某一截面的煤氣體積（m3/h） 水當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；煤氣水當量 ：Wg爐料水當量 ：Wm 高爐上部水當量較小（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： 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)熱平衡關系：（3）熱交換空區(qū)（熱儲備區(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。不加熔劑時為9001000(取決于直接還原開始溫度),加大量熔劑時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，不會影響到焦比?？諈^(qū)越大，高爐熱慣性越大、波動就越小；相反，空區(qū)越小，高爐熱慣性小，爐況容易波動。 （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) 風溫： 風溫 K d) 噴煤： 煤氣量 e）熱燒結(jié)礦：f）冶煉強度： 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) 風溫： 風溫 K d) 噴煤： 煤氣量 煤氣量 煤氣量 4.3 爐料運動礦石：塊礦、燒結(jié)礦、球團礦、錳礦焦炭熔劑：石灰石附加物：碎鐵批料大 高 爐：負荷可達 3.54.5中小高爐：負荷可達 2.53.0負荷大小決定于： （1）礦石還原性；（2）風溫水平； （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)焦炭在風口前燃燒 占3540(2)焦炭參加直接還原反應 占15% (3)礦石、熔劑熔

16、化時體積收縮 占30%(4)定期排放渣鐵重點(1)焦炭燃燒：增加風量，可使爐料下降變快； (2)勤放渣鐵：使爐缸騰出空間 2.爐料下降的力學條件(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:爐料順利下降 難行、懸料 不同于一般的大塊固體，內(nèi)部無結(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，相當于把爐料放入比重為的流體中所受的浮力當爐料順利下降難行、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 且會形成料拱(3) 風口數(shù)目 風口數(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，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 的表達式 =P缸-P喉=P熱-P頂根據(jù)流體力學，氣體通過散料層時的阻力損

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)有關的常數(shù)重力加速度 9.8Ergun通過實驗研究指出：流體動粘度將(2)、(3)代入(1) 粘度 動能 氣體密度（kg/m3） 氣體粘度 （2） （3） （4） （5） 上式中第一項表示由流體粘度產(chǎn)生的阻力，在層流流動（低流速）時起作用；第二項表示由流體動能產(chǎn)生的阻力，在高速氣流（紊流）時起決定作用。高爐中煤氣實際流速高達1020=10003000（6） （7） K稱為透氣性指數(shù)，是散料特性的函數(shù)。現(xiàn)場用K= V風/ 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、第一項表示由流體粘度產(chǎn)生的阻力，在層流流動（低流速）時起作用；第二項表示由流體動能產(chǎn)生的阻力，在高速氣流（紊流）時起決定作用。高爐中煤氣實際流速高達1020=10003000現(xiàn)場用K= V風/ 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、焦分層計算。但實際測定值理論計算值，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，最小。 4025mm k=0.625 i）分級入爐 2512mm k=0.48 125mm k=0.417ii)減少粉末：-5mm 實際空隙率在3040% c）冶煉強度I上升氣流速度煤氣量e）噴煤焦炭負荷iii）提高礦石和焦炭強度d）高

21、風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（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際流速的關系為：或按經(jīng)驗 高爐中吹出管道時呈局部流態(tài)化。液泛爐腹有液態(tài)渣鐵充填時的流體力學現(xiàn)象 液態(tài)渣（鐵）貼壁流動，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， ；當液相數(shù)量積聚到一定數(shù)量時，其質(zhì)量 產(chǎn)生的浮力，液體下泄，料層 ， 此過程重復出現(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-液反應器或傳質(zhì)分離設備中，氣體從下往上流動，當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，愈積愈多，最后從塔頂溢出，稱為液泛。大渣量、高冶煉強度操作、焦炭質(zhì)量差時可能出現(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)面進風，發(fā)生液泛現(xiàn)象的壓力降要比自然底部進風高出5倍。所以實際高爐爐腹處發(fā)生液泛現(xiàn)象的流速還是比較高的。 大渣量、高冶煉強度操作、焦炭質(zhì)量差時可能出現(xiàn)液泛現(xiàn)象。流量比懸料因子 冶煉強度高時下部壓力增加較快，

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，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，對煤氣阻力小，可得到較好的生產(chǎn)指標。同時煤氣流相對集中在中心，邊緣氣流較小，可減輕邊緣熱負荷和煤氣流對爐墻的侵蝕，有利于延長高爐壽命?！癡”型軟融帶：冶煉強度低、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，對煤氣阻力大，生產(chǎn)指標較差。同時煤氣流產(chǎn)生邊緣效應，中心

24、熱負荷加重，煤氣流對爐墻的侵蝕嚴重，不利于延長高爐壽命?！癢”型軟融帶：冶煉強度高、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,不能進一步強化和降低燃料消耗。 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。 煤氣熱能和化學能得到最大限度利用，但煤氣阻力最大，對高爐順行不利。 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系 3）爐喉煤氣成分檢測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）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，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）曲線對應性：看爐內(nèi)煤氣分布是否均勻，有無管道或者長期某側(cè)透氣性差，甚至出現(xiàn)爐瘤癥狀的煤氣曲線。 d）分析各點煤氣的CO2%：由于煤氣曲線上各點的距離不相等，而各點所代表的圓環(huán)面積不一樣，所以各點的CO2%值對應的煤氣利用不一樣，其中2點最大，1、3點次之。煤氣最高點從3點移到2點，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、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 裝料設備-鐘式、旋轉(zhuǎn)溜槽爐料堆角首鋼1號高爐不同料線深度時的爐料堆角爐料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號高爐實測爐料堆角燒結(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，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。 在其它條件不變時，料線越深，礦石堆尖越靠近邊緣，相應加重了邊緣。因此，為加重邊緣，可適當降低料線。b.批重當料線一定時，爐料堆尖位置也一定，此時爐料在 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?。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）。批重大于臨界批重時，隨礦批增加，礦石在爐內(nèi)分布均勻，D變小，相對加重中心。因此，減小批重加重邊緣，增加批重加重中心。批重過大時：爐料在邊緣和中心的厚度均很大，此時不僅加重中心，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)過一段時間后料面變平坦，先入爐的料首先在爐墻邊上堆起一個堆角，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，后下料與先下料之間有一段時間間隔，在這段時間內(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，界面效應減小，能改善料柱透氣性。正分裝界面效應最小。裝料方法：將57批料組成一個循環(huán)無料鐘爐頂布料方式無料鐘爐頂?shù)牟剂喜僮?旋轉(zhuǎn)溜槽：旋轉(zhuǎn)、傾動，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進入緩變區(qū)批重t4.57.912.8202734426387964.4 高爐能量利

31、用計算1 直接還原度計算2 配料計算 3 物料平衡4 熱平衡計算5 Rist操作線 1 直接還原度計算（碳平衡計算法）Fe2O3 Fe3O4 FeO FeCO CO、Ca. 計算 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 計算 FeO + H2 = Fe + H2OH還參加還原反應的H2 Fe3O4 + H2 = FeO + H2O FeO + H2 = Fe + H2O 為參加反應的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+H2O煤粉） 2 配料計算 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，Mn的收得率可達0.60.75；爐渣堿度高時，Mn 的收得率也提高，如寶鋼高爐渣R=1.25時，Mn=0.70.75。f) 生鐵成分（煉鋼生鐵）設Fe=95%, Si=0.7% S=0.03%，預計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，則應改變配礦，減少高磷礦配比。預算生鐵成份表(%)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MgO渣：R2=0.951.1, MgO10% (15%)34%時，脫除每千克硫耗熱1995 Kcal / kg S 當渣中MgO34%時，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 = 鼓風中的水(V風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（無論冷礦或熱礦），一般無游離水 Q5 = 濕焦比焦炭游離水%620 （天然礦中結(jié)晶水忽略不計）（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 a) 碳素熱能利用系

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)是一個極其復雜的物理化學過程，從鐵礦石、焦炭進入高爐開始，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高度概括高爐煉鐵過程：（1）FeO分離（2）渣鐵分離使鐵礦石實現(xiàn)了 法國冶金學家賴斯特（Rist）先生，在他的博士論文中提出了一個高爐控制數(shù)學模型，這個模型根據(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、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質(zhì)氧的遷移 氧的來源焦炭煤粉C鼓風 OH O Fe O鐵礦石 Si OMn O P O CO2CO或氣化的碳通過化學反應進入煤氣中的碳間接還原和直接還原燃燒反應CO CO2 氧的去向Fe2O3、Fe3O4、FeO在直角坐標系中，用Y軸表示氧的來源；用X軸表示氧的去向: 還原每個鐵原子傳遞出的氧原子數(shù)越多，則反映在煤氣中每個碳原子結(jié)合的氧原子數(shù)也越多。 SiO2、MnO、P2O5鼓風、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進入煤氣中的氧原子數(shù)與進入煤氣中的碳原子數(shù)之比)直線斜率為： 表示還原每個鐵原子所消耗的碳原子數(shù)