第3章-高爐冶煉原理

1、第 三 章 高爐冶煉原理,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論 第二節(jié) 高爐爐渣 第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng) 第四節(jié) 高爐工藝計(jì)算,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,高爐原料中的游離水對(duì)高爐冶煉有何影響？ 游離水存在于礦石和焦炭的表面和空隙里。爐料進(jìn)入高爐之后，由于上升煤氣流的加熱作用，游離水首先開(kāi)始蒸發(fā)。游離水蒸發(fā)的理論溫度是100，但是要料塊內(nèi)部也達(dá)到100，從而使?fàn)t料中的游離水全部蒸發(fā)掉，就需要更高的溫度。根據(jù)料塊大小的不同，需要到120。或者對(duì)大塊來(lái)說(shuō)，甚至要達(dá)到200游離水才能全部蒸發(fā)掉。 一般用天然礦或冷燒結(jié)礦的高爐，其爐頂溫度為150300，因此，爐料中的游離水進(jìn)入高爐之后，不久就蒸發(fā)完

2、畢，不增加爐內(nèi)燃料消耗。相反，游離水的蒸發(fā)降低了爐頂溫度，有利于爐頂設(shè)備的維護(hù)，延長(zhǎng)其壽命。另一方面，爐頂溫度降低使煤氣體積縮小，降低煤氣流速，從而減少爐塵吹出量。,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,高爐原料中的結(jié)晶水對(duì)高爐冶煉有何影響？ 爐料中的結(jié)晶水主要存在于水化物礦石（如褐鐵曠2Fe2O33H2O）和高嶺土（Al2O32SiO22H2O）中間。高嶺土是粘土的主要成分，有些礦石中含有高嶺土。試驗(yàn)表明，褐鐵礦中的結(jié)晶水從200開(kāi)始分解，到400500才能分解完畢。高嶺土中的結(jié)晶水從400開(kāi)始分解，但分解速度很慢，到500600迅速分解，全部除去結(jié)晶水要達(dá)到8001000。 高溫下分解出來(lái)的結(jié)

3、晶水與高爐內(nèi)的碳發(fā)生下列反應(yīng)： 5001000： 2H2O+C=CO2 +H2 -83134kJ 1000以上 H2OC=COH2 -124450kJ 可見(jiàn)，高溫區(qū)分解結(jié)晶水，對(duì)高爐冶煉是不利的，它不僅消耗焦炭，而且吸收高溫區(qū)熱量，增加熱消耗，降低爐缸溫度。 到達(dá)高溫區(qū)分解參加上述反應(yīng)的結(jié)晶水，一般達(dá)3050。,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,高爐內(nèi)碳酸鹽分解的規(guī)律 ？ 爐料中的碳酸鹽主要來(lái)自熔劑（石灰石或白云石），有時(shí)礦石也帶入一少部分。爐料中的碳酸鹽主要有CaCO3、MgCO3、MnCO3、FeCO3等，這些碳酸鹽在下降過(guò)程中逐漸被加熱發(fā)生分解反應(yīng)。碳酸鹽分解反應(yīng)的一般化學(xué)式為： MeC

4、O3 MeOCO2 -Q 式中，Me表示Ca、Mg、Mn、Fe等元素。 CaCO3開(kāi)始分解的溫度為T(mén)=530。因此。低于530時(shí)，CaO就要與空氣中的CO2作用生成CaCO3。這就是自然界中找不到天然的游離狀態(tài)的CaO，而遇到的總是碳酸鈣的原因。 各種碳酸鹽開(kāi)始分解的溫度（亦即總壓為105Pa時(shí)開(kāi)始“化學(xué)沸騰”的溫度）為： BaCO3 CaCO3 MgCO3 MnCO3 FeCO3 1360 900920 640660 525 380400,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,高爐內(nèi)碳酸鹽的分解對(duì)高爐冶煉有重要影響 首先，碳酸鹽的分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，要消耗一部分

5、熱量，增加高爐熱支出。CaCO3的分解熱為4045kJ/kgCO2，MgCO3的分解熱為2487kJ/kgCO2。 其次，一部分石灰石在高溫區(qū)分解（大約50）產(chǎn)生的CO2與焦炭作用，一方面消耗熱量： CO2+C=2CO-165805kJ 同時(shí)由于消耗了焦炭，減少了風(fēng)口前燃燒的碳量。 此外，分解產(chǎn)生的CO2 沖淡了煤氣，降低了煤氣的還原能力。 由于碳酸鹽分解造成上述三項(xiàng)高爐熱能和化學(xué)能的損失，從而引起焦比升高，因此，生產(chǎn)中要求盡量少加或不加石灰石，同肘，加進(jìn)去的石灰石希望盡量在高爐上部分解完畢，以免增加爐缸熱消耗。 生產(chǎn)實(shí)踐和理論計(jì)算表明，每噸鐵少加100kg石灰石，可以降低焦比30kg（只考慮

6、分解熱和CO2的影響）。,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,為了消除碳酸鹽分解的不良影響，采取如下措施： 1）采用自熔性或熔劑性燒結(jié)礦，不加或少加石灰石。熟料率低的高爐可配用高堿度或超高堿度燒結(jié)礦。 2）縮小石灰石粒度，改善石灰石分解條件，這對(duì)使用生礦物高爐尤為重要。 3）用生石灰代替石灰石。,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,什么叫還原劑？ 就高爐冶煉過(guò)程來(lái)說(shuō)，還原劑就是從鐵氧化物中奪取氧，使鐵氧化物中的鐵變?yōu)榻饘勹F或鐵的低價(jià)氧化物的物質(zhì)。由于礦石中的鐵都是以氧化物的形態(tài)存在，因此，必須奪取與鐵結(jié)合的氧，使鐵游離出來(lái)才能得到金屬鐵。所以，高爐冶煉過(guò)程中必須使用還原劑。高爐冶煉過(guò)程中的還原劑有

7、C、CO和H2 。,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,鐵的間接還原？ 用CO還原鐵氧化物的反應(yīng)叫作間接還原。因?yàn)楦郀t中的CO是由C被爐料和鼓風(fēng)中的氧燃燒氧化而來(lái)的，所以間接還原反應(yīng)是間接消耗C的反應(yīng)。 3Fe2O3CO=2Fe3O4CO237130kJ （1） Fe3O4CO3FeOCO2-20888kJ （2） FeOCO=FeCO213605kJ （3） 低于570時(shí)： Fe3O44CO=3Fe4CO217163kJ （4） 2MnO2CO=Mn2O3CO2226797kJ （5） 3Mn2O3CO=2Mn3O4CO2170203kJ （6） Mn3O4CO=3MnOCO251906kJ

8、（7）,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,鐵的直接還原？ 用C還原鐵氧化物的反應(yīng)叫作直接還原。因?yàn)檫@種反應(yīng)直接消耗C，所以叫作直接還原。 用C還原： FeO+C=Fe+CO-152161kJ （8） MnOC=MnCO2-287327kJ （9） MnSiO3CaOCMnCaSiO3CO -228304kJ （10） SiO22C=Si2CO -628277kJ （11） Fe2SiO42C=2FeSiO22CO -352671kJ （12） P2O5 + 5C2P5CO -961106kJ （13）,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,鐵的直接還原度？ 鐵的直接還原度rd就是高爐內(nèi)還原生成的鐵

9、中以直接還原的方式還原出來(lái)的鐵所占的比例。表示方法： 假定將鐵的高級(jí)氧化物（Fe2O3、Fe3O4）還原到低級(jí)氧化物（FeO）全部是間接還原，則FeO中以直接還原的方式還原出來(lái)的鐵量與鐵氧化物中還原出來(lái)的總鐵量之比稱(chēng)為鐵的直接還原度，以rd表示:,Fe直FeO以直接還原的方式還原的鐵量； Fe生生鐵中的鐵量； Fe料爐料中以元素鐵的形式帶入的鐵量，通常指的是當(dāng)作爐料加入的廢鐵中的鐵。,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,高爐內(nèi)鐵的直接還原度 ？ 三種方法進(jìn)行計(jì)算： 1）按直接還原鐵所消耗的碳量計(jì)算：這種方法的要點(diǎn)是，先通過(guò)CN平衡法求出每噸生鐵所消耗的鼓風(fēng)量V風(fēng)，然后根據(jù)鼓風(fēng)量計(jì)算風(fēng)口前燃燒的碳

10、量C風(fēng)，進(jìn)一步從全部入爐的總碳量中減去風(fēng)口前燃燒的碳量和除了直接還原鐵以外的其他各項(xiàng)碳消耗，即得直接還原鐵所消耗的碳量，最后把直接還原鐵所消耗的碳量換算成直接還原的鐵量，比上全部還原生成的鐵量就是直接還原度rd。,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,高爐內(nèi)鐵的直接還原度 ？ 三種方法進(jìn)行計(jì)算： 2）按間接還原FeO生成的CO2和H2O 計(jì)算：這種方法的要點(diǎn)是，先計(jì)算爐頂煤氣中以間接還原（包括H2還原）的方式還原FeO所生成的CO2和還原生成的水H2O還，進(jìn)而算出間接還原生成的鐵量，比上全部還原生成的鐵而得鐵的間接還原度ri，然后由rd=1ri 而得出rd。,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,高爐

11、內(nèi)鐵的直接還原度 ？ 三種方法進(jìn)行計(jì)算： 3）按直接還原奪取的氧量計(jì)算：這種方法的要點(diǎn)是，先計(jì)算爐頂煤氣中間接還原生成的CO2和H2O還，進(jìn)而算出間接還原奪取的氧量，并從爐料中鐵氧化物中還原奪取的全部氧量中減去此數(shù)為直接還原奪取的氧量，由此算出直接還原生成的鐵，比上還原生成的全部鐵量就是直接還原度rd。 需要說(shuō)明的是，上述三種計(jì)算中，假定H2全部在高溫區(qū)參加FeO的直接還原反應(yīng)，沒(méi)有參加從高級(jí)氧化物還原到FeO的反應(yīng)。,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,高爐內(nèi)的直接還原度與高爐內(nèi)鐵的直接還原度？ 高爐內(nèi)除了一部分鐵氧化物是通過(guò)直接還原的方式還原以外，還有Si、Mn、P、S等元素也是以直接還原的

12、方式還原出來(lái)的，另外，一部分碳酸鹽分解產(chǎn)生的CO2和爐料帶入的部分結(jié)晶水也被C還原。應(yīng)該說(shuō)這些反應(yīng)也是直接還原。因此，所謂高爐內(nèi)的直接還原度和鐵的直接還原度是兩種不同的概念。前者包括Fe、Mn、Si、P等元素的直接還原，而后者僅指鐵的直接還原。 C 4.3-0.27Si-0.32P0.3Mn一 0.032S,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,直接還原和間接還原在高爐冶煉過(guò)程中的作用？ 一般認(rèn)為，從鐵的高級(jí)氧化物還原到FeO的過(guò)程，是全部以間接還原的方式進(jìn)行的，即：,而從FeO還原到金屬鐵。則一部分以間接還原方式另一部分以直按還原方式進(jìn)行。全部還原生成的鐵中，以直接還原方式還原出來(lái)的鐵所占的比例

13、就是所謂的直接還原度。,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,假定Fe=94，C4.0，Si=l.0，Mn=0.8，P=0.2， 熔劑消耗量為0.05kg/kgFe（熔劑含CO2=42），CCH4=0.006kg/kgFe， 當(dāng)rd=1 時(shí) rdri=1,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,高爐內(nèi)Mn還原過(guò)程 Mn氧化物也是逐級(jí)還原的，順序?yàn)椋杭矗?前兩個(gè)反應(yīng)是不可逆反應(yīng)，很容易進(jìn)行。第三個(gè)反應(yīng)是可逆反應(yīng)。 （MnO）C=MnCO -287327kJ 煉普通生鐵時(shí)，有4060的Mn進(jìn)入生鐵，有510的Mn 揮發(fā)進(jìn)入煤氣，其余進(jìn)入爐渣。,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理

14、論,從鐵氧化物中還原鐵和從復(fù)雜化合物中還原鐵 高爐原料中的鐵氧化物常與其他化合物結(jié)合形成復(fù)雜化合物，比如燒結(jié)礦中的2FeOSiO2、MnOSiO2 ，熔劑性燒結(jié)礦中的CaOFe2O3等。形成這些復(fù)雜化合物時(shí)放出熱量。能位降低，因此，從這些化合物中還原鐵要比從自由鐵氧化物中還原鐵困難，要消耗更多的熱量。 比如：FeOC=FeCO-152161 kJ 2FeOSiO22C=2Fe+SiO2+ 2CO -352671kJ 如果渣中含有較多的CaO，就可以促進(jìn)2FeOSiO2的還原。因?yàn)镃aO對(duì)SiO2的親和力比FeO大，它能把2FeOSiO2中的FeO置換出來(lái)，使其成為自由FeO，而CaO則與SiO

15、2結(jié)合形成更加穩(wěn)定2CaOSiO2，并放出熱量。,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,高爐內(nèi)Si還原過(guò)程 SiO2是非常穩(wěn)定的化合物，分解壓力很小，很難還原。根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算，SiO2用CO還原，需要到1800以上的高溫下才能進(jìn)行，顯然高爐條件下用CO還原SiO2是不可能的。液體狀態(tài)下用固體碳還原也需要1700以上的高溫，并且吸收大量熱量： SiO22CSi2CO -628277 kJ 還原IkgSi需要的熱量為從FeO中還原1kgFe的8倍，為從MnO中還原IkgMn的4倍。另外，爐渣中的SiO2常與CaO、MgO等結(jié)合成復(fù)雜化合物，使SiO2的還原變得更加困難。但是高爐冶煉中仍然有大量的Si還

16、原進(jìn)入生鐵。這主要是因?yàn)楦郀t條件下存在有利于Si還原的條件。,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,高爐內(nèi)Si還原過(guò)程 首先，風(fēng)口燃燒帶高溫條件下SiO2氣化產(chǎn)生出氣體： SiO2CSiOCO 而SiO的蒸汽壓力很大，1890下達(dá)到105Pa，故極易揮發(fā)，由與氣態(tài)SiO2與碳接觸良好，因而促進(jìn)出的還原： SiO氣C=SiCO 另外；風(fēng)口前氣化產(chǎn)生的SiO在上升過(guò)程中與下降的鐵水接觸，被鐵水中的C所還原，還原產(chǎn)生的Si很容易進(jìn)入生鐵 SiO氣+C =SiCO,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,高爐內(nèi)Si還原過(guò)程 其次，由于還原產(chǎn)生的Si溶解于生鐵中形成穩(wěn)定的FeSi化合物，如Fesi、Fe3Si、F

17、esi2等，同時(shí)放出熱量，抵償了部分熱消耗， SiO22CFeFesi+2CO -554603 kJ 有利于Si的還原。由于鐵的存在，Si開(kāi)始還原的溫度可降到1050。,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,通常用生鐵中的含Si量來(lái)表示爐溫 Si無(wú)論從液態(tài)中還原還是從氣態(tài)中還原，都需要很高的溫度，爐缸溫度越高。還原進(jìn)入生鐵的Si就越多，反之，生鐵中的Si就越少。生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，爐缸溫度（渣鐵溫度）與生鐵含Si量成直線(xiàn)關(guān)系，因此，通常用生鐵含Si量來(lái)表示爐溫。生鐵含Si量成為爐缸溫度的代名詞。當(dāng)然，有時(shí)也有不完全相符的現(xiàn)象，這表明爐缸工作失常，極個(gè)別的情況下才出現(xiàn)，一般情況下都是相符的。,第一節(jié)

18、高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,鐵礦石還原的機(jī)理 所謂鐵礦石還原機(jī)理，就是對(duì)鐵礦石還原過(guò)程的微觀(guān)解釋?zhuān)搓P(guān)于鐵礦石在還原過(guò)程中鐵氧化物的氧是怎樣被還原劑奪走和這種還原過(guò)程的快慢受哪些因素的限制等問(wèn)題的理論說(shuō)明，它是解決反應(yīng)速度問(wèn)題的主要理論根據(jù)。 關(guān)于鐵礦石還原的機(jī)理，主要有以下四種： 1）二步還原理論： 2）吸附自動(dòng)催化理論： 3）固相擴(kuò)散理論： 4）未反應(yīng)核模型理論：,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,1）二步還原理論： 這是1924年蘇聯(lián)巴依科夫等人提出來(lái)的。按照這種理論，還原反應(yīng)是分如下兩個(gè)步驟進(jìn)行的：,總的結(jié)果是，F(xiàn)eO固CO氣=Fe固CO2氣 ，而第一步經(jīng)常是反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)。 從熱力學(xué)

19、上看，第一步即鐵氧化物的自行分解是不可能的，因此這一理論已被否定。,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,2）吸附自動(dòng)催化理論： 這是40年代蘇聯(lián)邱發(fā)洛夫等人提出來(lái)的。按照這種理論，還原反應(yīng)是在固體氧化物表面上進(jìn)行的，首先還原劑吸附在固體氧化物表面，經(jīng)過(guò)界面反應(yīng)，從氧化物晶格中奪取氧，最后反應(yīng)產(chǎn)物從固體表面脫附。進(jìn)行界面反應(yīng)的動(dòng)力是還原劑對(duì)氧的親和力。這一過(guò)程可以用下式表示：,整個(gè)反應(yīng)由吸附擴(kuò)散、界面反應(yīng)和脫附擴(kuò)散等步驟組成，其中最慢的一步就是反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)。界面反應(yīng)過(guò)程中有反應(yīng)速度由緩慢到加快的自動(dòng)催化現(xiàn)象。 這一理論較圓滿(mǎn)地解釋了還原反應(yīng)的吸附特性，但還沒(méi)有全面解釋整個(gè)反應(yīng)過(guò)程。,第一節(jié) 高

20、爐中蒸發(fā)分解及還原理論,3）固相擴(kuò)散理論： 這種理論的要點(diǎn)是，鐵氧化物的還原過(guò)程中，反應(yīng)層內(nèi)有FeO，F(xiàn)e等原子或離子的固相擴(kuò)散，從而使固體內(nèi)部沒(méi)被還原的部分裸露出來(lái)，促使反應(yīng)不斷進(jìn)行。它實(shí)際上是吸附自動(dòng)催化理論的補(bǔ)充和發(fā)展。,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,4）未反應(yīng)核模型理論： 它比較全面地解釋了鐵氧化物的整個(gè)還原過(guò)程，是目前得到公認(rèn)的理論。 這種理論的要點(diǎn)是，由于鐵氧化物有從高級(jí)到低級(jí)逐級(jí)還原的特點(diǎn)，當(dāng)一個(gè)鐵礦石顆粒還原到一定程度后，外部形成了多孔的還原產(chǎn)物鐵的殼層，而內(nèi)部尚有一個(gè)未反應(yīng)的核心。隨著反應(yīng)的推進(jìn)，這個(gè)未反應(yīng)核心逐漸縮小，直到完全消失。整個(gè)還原反應(yīng)過(guò)程按以下順序進(jìn)行：氣體還

21、原劑的外擴(kuò)散還原劑內(nèi)擴(kuò)散還原氣體吸附界面化學(xué)反應(yīng)氧化氣體脫附氧化氣體內(nèi)擴(kuò)散氧化氣體外擴(kuò)散（如圖3-3所示）。氣體在固體還原產(chǎn)物層內(nèi)擴(kuò)散時(shí)，F(xiàn)e、FeO等原子和離子的固相擴(kuò)散可能同時(shí)存在，而界面反應(yīng)時(shí)具有吸附自動(dòng)催化特性。還原過(guò)程的各個(gè)階段中，最慢的一步將是還原反應(yīng)的限制性環(huán)節(jié)。,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,哪些因素影響鐵礦石的還原速度？ 鐵礦石還原速度的快慢，主要取決于煤氣流和礦石的持性，煤氣流特性主要是煤氣溫度、壓力、流速和成分等，礦石特性主要是粒度、氣孔度和礦物組成等。 1）煤氣中CO和H2 的濃度； 2）煤氣溫度； 3）煤氣流速； 4）煤氣壓力；

22、5）礦石粒度； 6）礦石氣孔度和礦物組成： 各種礦石還原性由高到低的順序是： 球團(tuán)礦褐鐵礦燒結(jié)礦菱鐵礦赤鐵礦磁鐵礦,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,生鐵生成過(guò)程中滲碳反應(yīng) 生鐵的形成過(guò)程主要是已還原出來(lái)的金屬鐵溶入其他合金元素和滲碳過(guò)程。 高爐爐身中的鐵礦石一部分在固體狀態(tài)下就被還原成了金屬鐵，叫做海綿鐵。不過(guò)低溫下出現(xiàn)的固體海綿鐵是以Fe的形態(tài)存在的，所以它溶解的碳很少，最多可達(dá)0.022。大量的滲碳過(guò)程在下部高溫區(qū)液體狀態(tài)下進(jìn)行： 3Fe液+CFe3C液 由FeC狀態(tài)圖可知，含碳量4.3為共晶生鐵，此時(shí)鐵的熔點(diǎn)最低，因此一般生鐵中的含碳量為4左右。 生鐵中的最終含碳量與生鐵中其他合金元素

23、含量有關(guān)。凡是能與碳作用形成穩(wěn)定化合物的元素能促進(jìn)滲碳，如：Mn、Cr、V、Ti等。含Mn1520的鏡鐵含碳量達(dá)5.5，含Mn達(dá)80的錳鐵含碳量達(dá)7。凡是能促進(jìn)碳化物分解，與鐵作用形成穩(wěn)定化合物的元素能阻止?jié)B碳，如：Si、P、S等。鑄造生鐵由于含S量較高，含碳量只有3.54.0，硅鐵含碳量更低，一只有2。一般煉鋼生鐵含碳量在3.84.2之間。,第一節(jié) 高爐中蒸發(fā)分解及還原理論,高爐內(nèi)碳的氣化反應(yīng) CO2與固體C之間的反應(yīng) CO2C=2CO -165766kJ 叫做碳的氣化反應(yīng)（或稱(chēng)CO2的分解反應(yīng)）。它是一個(gè)吸熱反應(yīng)，吸熱量很大，因此高溫對(duì)這個(gè)反應(yīng)是有利的。 高爐冶煉過(guò)程中，氣化反應(yīng)的發(fā)展程度

24、決定直接還原與間接還原。由于高溫下氣化反應(yīng)很快，通過(guò)反應(yīng) FeOCO=FeCO2 產(chǎn)生的CO2立即與固體C作用形成CO，總的結(jié)果是： FeO+CFeCO 這就是直接還原。所以，高溫區(qū)只有直接還原。低溫下氣化反應(yīng)很慢，產(chǎn)生的CO2不變?yōu)镃O，這就是間接還原。因此，高爐低溫區(qū)只有間接還原。這個(gè)溫度界限大約為9001000。,第二節(jié) 高爐爐渣,高爐爐渣是怎樣形成的 開(kāi)始形成的爐渣稱(chēng)為初渣，最后排出爐外的稱(chēng)為末渣（或稱(chēng)終渣），初渣到末渣之間，其化學(xué)成分和物理性質(zhì)處于不斷變化過(guò)程中的稱(chēng)為中間渣。 礦石中的脈石、熔劑和焦炭灰分是爐渣的主要來(lái)源。 焦炭在風(fēng)口燃燒生成氣體，灰分才進(jìn)入爐渣。 石灰石在下降過(guò)程中

25、，從750開(kāi)始分解，950開(kāi)始大量分解，到1000以上分解完畢。由于分解產(chǎn)生的CaO與脈石接觸不好，所以初渣中CaO含量很少，只有在滴下帶，大量的初渣流過(guò)其表面時(shí) 才逐漸溶解進(jìn)去參加造渣，這個(gè)過(guò)程直到風(fēng)口才能全部完成。 礦石在下降過(guò)程中經(jīng)歷了塊狀帶、軟熔帶和滴下帶，其造渣過(guò)程則從塊狀帶中的固相反應(yīng)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)軟化、融著、半熔融而成為初渣，又經(jīng)過(guò)滴下帶中間渣的一系列變化過(guò)程后進(jìn)入爐缸而成為終渣，定期從渣鐵口排放出去。,第二節(jié) 高爐爐渣,第二節(jié) 高爐爐渣,高爐爐渣的主要成分 1）礦石中的脈石； 2）焦炭灰分； 3）熔劑氧化物； 4）被侵的爐襯； 5）初渣中含有大量礦石中的氧化物，（如FeO，MnO等

26、）。 對(duì)爐渣性質(zhì)起決定性作用的是前三項(xiàng)。脈石和灰分的主要成分是SiO2和Al2O3，稱(chēng)酸性氧化物；熔劑氧化物主要是CaO和MgO，稱(chēng)堿性氧化物。當(dāng)這些氧化物單獨(dú)存在時(shí)，其熔點(diǎn)都很高，SiO2 熔點(diǎn)1713，Al2O3熔點(diǎn)2050，CaO熔點(diǎn)2570，MgO熔點(diǎn)2800，高爐條件下不能熔化。只有它們之間相互作用形成低熔點(diǎn)化合物，才能熔化成具有良好流動(dòng)性的熔渣。原料中加入熔劑的目的就是為了中和脈石和灰分中的酸性氧化物，形成高爐條件下能熔化并自由流動(dòng)的低熔點(diǎn)化合物。爐渣的主要成分就是上述四種氧化物。用特殊礦石冶煉時(shí)，根據(jù)不同的礦石種類(lèi)，爐渣中還會(huì)有CaF2、TiO2、BaO、MnO等氧化物。另外，高

27、爐渣中總是含有少量的FeO和硫化物。,第二節(jié) 高爐爐渣,爐渣在高爐冶煉過(guò)程中起的作用 由于爐渣具有熔點(diǎn)低、密度小和不溶于生鐵的特點(diǎn)，所以高爐冶煉過(guò)程中渣、鐵才能得以分離，獲得純凈的生鐵，這是高爐造渣過(guò)程的基本作用。另外，爐渣對(duì)高爐冶煉還有以下幾方面的作用： 1）渣鐵之間進(jìn)行合金元素的還原及脫硫反應(yīng)，起著控制生鐵成分的作用。比如，高堿度渣能促進(jìn)脫硫反應(yīng)，有利于錳的還原，從而提高生鐵質(zhì)量，SiO2含量高的爐渣促進(jìn)Si的還原，從而控制生鐵含Si量等。 2）爐渣的形成造成了高爐內(nèi)的軟熔帶及滴下帶，對(duì)爐內(nèi)煤氣流分布及爐料的下降都有很大的影響，因此，爐渣的性質(zhì)和數(shù)量對(duì)高爐操作直接產(chǎn)生作用。 3）爐渣附著在

28、爐墻上形成渣皮，起保護(hù)爐襯的作用。但是另一種情況下又可能侵蝕爐襯，起破壞性作用。因此，爐渣成分和性質(zhì)直接影響高爐壽命。 在控制和調(diào)整爐渣成分和性質(zhì)時(shí)，必須兼顧上述幾方面的作用。,第二節(jié) 高爐爐渣,爐渣堿度？ 四元堿度 R=（CaOMgO）/（SiO2Al2O3） 三元堿度 R（CaOMgO）/SiO2 二元堿度 RCaO/SiO2 實(shí)際生產(chǎn)中大部分使用二元堿度指標(biāo)。不過(guò)爐渣中的MgO和Al2O3的變化情況也應(yīng)該定期了解。 實(shí)際生產(chǎn)中的爐渣堿度，一般都在0.91.2之間。 MgO為79，還有達(dá)到1112的，但三元堿度相差不多，均在1.3左右。 Al2O3，我國(guó)東北地區(qū)為68，其他地區(qū)為1014。

29、,第二節(jié) 高爐爐渣,堿性爐渣和酸性爐渣 爐渣成分可分為堿性氧化物和酸性氧化物兩大類(lèi)?，F(xiàn)代爐渣結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為熔融爐渣是由離子組成的。熔融爐渣中能提供氧離子O2-的氧化物稱(chēng)為堿性氧化物，反之，能吸收氧離子的氧化物稱(chēng)為酸性氧化物，有些既能提供又能吸收氧離子的氧化物則稱(chēng)為中性氧化物或兩性氧化物。組成爐渣的各種氧化物按其堿性的強(qiáng)弱排列如下： K2O、Na2O、BaO、PbO、CaO、MnO、FeO、ZnO、MgO、CaF2、Fe2O3、Al2O3、TiO2、SiO2、P2O5。 其中 CaF2以前可視為堿性氧化物，F(xiàn)e2O3、Al2O3為中性氧化物，而TiO2、SiO2、P2O5為酸性氧化物。堿性氧化物可

30、與酸性氧化物結(jié)合形成鹽類(lèi)，如CaOSiO2、2FeOSiO2等，并且酸堿性相距越大，結(jié)合力就越強(qiáng)。以堿性氧化物為主的爐渣稱(chēng)為堿性爐渣，以酸性氧化物為主的爐渣稱(chēng)為酸性爐渣。爐渣的許多物理化學(xué)性質(zhì)與爐渣酸堿性有關(guān)。,第二節(jié) 高爐爐渣,爐渣的軟化特性 一般礦石軟化溫度波動(dòng)在9001200之間。 爐渣的軟熔特性與礦石的軟化特性有關(guān)，其對(duì)高爐冶煉的影響是，礦石軟化溫度愈低，初渣出現(xiàn)得愈早，軟熔帶位置越高，初渣溫度低，進(jìn)入爐缸后吸收爐缸熱量，增加高爐熱消耗；軟化區(qū)間愈大，軟熔帶融著層愈寬，對(duì)煤氣流的阻力愈大，對(duì)高爐順行不利。 一般希望礦石軟化溫度要高些，軟化區(qū)間要窄些。這樣軟熔帶位置較低，初渣溫度較高，軟

31、熔帶融著層較窄，對(duì)煤氣阻力較小。,第二節(jié) 高爐爐渣,爐渣的熔化溫度 爐渣的熔化溫度指爐渣完全熔化為液相的溫度，或液態(tài)爐渣冷卻時(shí)開(kāi)始析出固相的溫度，即相圖中的液相線(xiàn)溫度。單一晶體具有確定的熔點(diǎn)，而爐渣沒(méi)有確定的熔點(diǎn)，爐渣從開(kāi)始熔化到完全熔化是在一定的溫度范圍內(nèi)完成的。 熔化溫度是爐渣熔化性的標(biāo)志之一，熔化溫度高，表明它難熔；熔化溫度低，表明它易熔。難熔爐渣在爐內(nèi)溫度不足的情況下，可能粘度升高，影響成渣帶以上的透氣性，不利于高爐順行，但難熔爐渣成渣帶低，進(jìn)入爐缸時(shí)溫度高，增加爐缸熱量，對(duì)高爐冶煉有利。易熔爐渣流動(dòng)性好，有利于高爐順行，但降低爐缸熱量，增加爐缸熱消耗。因此，選擇爐渣熔化溫度時(shí)，必須兼

32、顧流動(dòng)性和熱量?jī)煞矫娴囊蛩亍８鞣N不同成分爐渣的熔化溫度可以從四元系熔化溫度圖中查得 。,第二節(jié) 高爐爐渣,第二節(jié) 高爐爐渣,第二節(jié) 高爐爐渣,第二節(jié) 高爐爐渣,爐渣熔化性溫度 爐渣熔化之后能自由流動(dòng)的溫度叫作熔化性溫度。有的爐渣雖然熔化溫度不高，但熔化之后卻不能自由流動(dòng)，仍然十分粘稠，只有把溫度進(jìn)一步提高到一定程度之后才能達(dá)到自由流動(dòng)的狀態(tài)，因此，為了保證高爐的正常生產(chǎn)，只了解爐渣的熔化溫度還不夠，還必須了解爐渣自由流動(dòng)的溫度。即熔化性溫度。,第二節(jié) 高爐爐渣,爐渣熔化性溫度,第二節(jié) 高爐爐渣,爐渣熔化性溫度 爐渣的熔化性溫度是通過(guò)繪制爐渣粘度一溫度曲線(xiàn)的方法來(lái)確定的，如圖39所示、曲線(xiàn)中的明

33、顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)f，或者對(duì)象曲線(xiàn)那樣沒(méi)有明顯轉(zhuǎn)折點(diǎn)的長(zhǎng)渣來(lái)說(shuō)其粘度值為2025P（泊）的點(diǎn)e 所對(duì)應(yīng)的溫度稱(chēng)為熔化性溫度。因?yàn)闋t渣自由流動(dòng)的最大粘度為2025P。有時(shí)也把45斜線(xiàn)與粘度一溫度曲線(xiàn)相切點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度作為熔化性溫度，各種爐渣的熔化性溫度都由粘度試驗(yàn)得出的粘度溫度曲線(xiàn)求得。 熔化性溫度說(shuō)明該溫度下?tīng)t渣能否自由流動(dòng)，因此，爐渣熔化性溫度的高低影響高爐順行和爐渣能否順利排出。只有熔化性溫度低于高爐正常生產(chǎn)所能達(dá)到的爐缸溫度，才能保證高爐順行和爐渣的正常排放。,第二節(jié) 高爐爐渣,爐渣粘度 爐渣粘度直接關(guān)系到爐渣流動(dòng)性的好壞，而爐渣流動(dòng)性又直接影響高爐順行和生鐵質(zhì)量。 爐渣粘度是流動(dòng)性的倒數(shù)。 粘度

34、是指速度不同的兩層液體之間的內(nèi)摩擦系數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，流速不同的兩層液體之間的內(nèi)摩擦力與接觸面積的大小和速度差的大小成正比，與兩液層之間的距離成反比，即：,比例系數(shù)，或稱(chēng)粘度系數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)粘度，單位用Pas（帕秒）表示，過(guò)去使用“泊”(P)為單位，1P0.1Pas 。,第二節(jié) 高爐爐渣,爐渣粘度 爐渣粘度對(duì)高爐冶煉的影響，首先是粘度大小影響成渣帶以下料柱的透氣性。爐渣粘度過(guò)高，則在滴下帶不能順利流動(dòng)，降低焦炭骨架的空隙度，增加煤氣阻力，影響高爐順行。其次、粘度影響爐渣的脫硫能力。粘度低流動(dòng)性好的爐渣有利于脫硫，粘度大流動(dòng)性差的爐渣不利于脫硫。這是因?yàn)檎扯鹊偷臓t渣有利于硫離子的擴(kuò)散，促進(jìn)脫硫反應(yīng)。第

35、三，爐渣粘度影響放渣操作。粘度過(guò)高的爐渣發(fā)生粘溝、渣口凝渣等現(xiàn)象，造成放渣困難。最后，爐渣粘度影響高爐壽命。粘度高的爐渣在爐內(nèi)容易形成渣皮，起保護(hù)爐襯的作用，而粘度過(guò)低，流動(dòng)性過(guò)好的爐渣沖刷爐襯，縮短高爐壽命。,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),爐料在爐內(nèi)為什么能連續(xù)下降？ 爐料下降的動(dòng)力是自重，即爐料是靠本身的重力作用下降的、而冶煉過(guò)程中，焦炭中的固定碳在風(fēng)口前燃燒和參加直接還原變?yōu)闅怏w離開(kāi)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。鳳口前焦炭的燃燒提供3540%的空間，參加直接還原消耗焦炭提供15左右的空

36、間，而礦石和熔劑在下降過(guò)程中重新排列、壓緊并熔化成液相而體積縮小提供33左右的空間，此外放出渣鐵也提供一部分空間。但在實(shí)際冶煉過(guò)程中要保證爐料的連續(xù)下降，還要克服一系列的阻力，包括：爐料與爐墻的摩擦阻力；料塊之間的內(nèi)摩擦阻力；上升煤氣的浮力。只有爐料的自身重力超過(guò)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(guò)程。,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),影響爐料的順利下降的因素,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),高爐冶煉周期 爐料在爐內(nèi)的停留時(shí)間稱(chēng)為冶煉周期。高爐風(fēng)量大，則風(fēng)口前焦炭的燃燒速度快，下料快，冶煉周期短，高爐產(chǎn)量高。 計(jì)算冶煉周期的方法有兩種： 1）按時(shí)間計(jì)算：,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),高

37、爐冶煉周期 2）按上料批數(shù)計(jì)算：,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),爐缸燃燒反應(yīng)在高爐冶煉過(guò)程中起什么作用？ 首先，焦炭在風(fēng)口前燃燒放出的熱量，是高爐冶煉過(guò)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(guò)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。 其次，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(guò)程中將熱量帶到上部起傳熱介質(zhì)的作用。 第三，由于爐缸燃燒反應(yīng)過(guò)程中固體焦炭不斷變?yōu)闅怏w離開(kāi)高爐，為爐料的下降提供了40左右的自由空間，保證爐料的不斷下降。,第三節(jié) 爐料與煤氣

38、運(yùn)動(dòng),爐缸燃燒反應(yīng)在高爐冶煉過(guò)程中起什么作用？ 第四，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。 第五，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(guò)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(jiàn)，爐缸燃燒反應(yīng)在高爐冶煉過(guò)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。,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),爐缸燃燒反應(yīng)有什么特點(diǎn)？ 爐缸燃燒反應(yīng)與一般燃燒反應(yīng)不同，它是在充滿(mǎn)焦炭的環(huán)境中進(jìn)行的，即空氣量一定而焦炭過(guò)剩的條件下進(jìn)行的，由于沒(méi)有過(guò)剩氧，燃燒反應(yīng)的

39、最終產(chǎn)物是CO和H2，而沒(méi)有CO2 。 焦炭的燃燒反應(yīng)在氧氣量充足而固體碳不足時(shí)為完全燃燒： CO2=CO2 +33412kJ/kgC 當(dāng)氧氣不足而固體碳過(guò)剩時(shí)為不完全燃燒：,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),爐缸燃燒反應(yīng)有什么特點(diǎn)？ 高爐內(nèi)由于有過(guò)剩碳的存在，且風(fēng)口前溫度很高，即使在氧氣充足的地方產(chǎn)生的CO2也會(huì)與固體碳反應(yīng)： CO2+C2CO -165766kJ 因此，燃燒反應(yīng)的最終產(chǎn)物是CO。 鼓風(fēng)中還有不參加反應(yīng)的氮，用干風(fēng)時(shí)焦炭燃燒的實(shí)際反應(yīng)為： 鼓風(fēng)中還有一部分水分。水分在高溫下與碳發(fā)生反應(yīng)： H2O+CH2+CO -124480kJ 因此，爐缸燃燒反應(yīng)的最終產(chǎn)物由CO、H2 和N2 組成。

40、,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),風(fēng)口燃燒帶和鳳口回旋區(qū)？ 爐缸內(nèi)燃料燃燒的區(qū)域稱(chēng)為燃燒帶。它包括氧氣區(qū)和還原區(qū)，如圖所示。風(fēng)口前自由氧存在的區(qū)域稱(chēng)為氧氣區(qū)，自由氧消失到CO2消失的區(qū)域稱(chēng)為還原區(qū)。由于燃燒帶是高爐內(nèi)唯一屬于氧化氣氛的區(qū)域，因此亦稱(chēng)氧化帶。在燃燒帶中，當(dāng)O2過(guò)剩時(shí)，C首先與O2反應(yīng)生成CO，只有當(dāng)O2 開(kāi)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12%的位置定為燃燒帶的界限。,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),風(fēng)口燃燒帶和鳳口回旋區(qū)？ 現(xiàn)代高爐中，由于冶煉強(qiáng)度高和風(fēng)口風(fēng)速大，當(dāng)鼓風(fēng)動(dòng)能達(dá)到一

41、定程度后，風(fēng)口前焦炭處于回旋運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并形成一個(gè)疏散而近似球形的自由空間，通常稱(chēng)為風(fēng)口回旋區(qū)。風(fēng)口回旋區(qū)與燃燒帶基本一致，但回旋區(qū)系指在鼓風(fēng)動(dòng)能的作用下焦炭塊作機(jī)械運(yùn)動(dòng)的區(qū)域，而燃燒帶是根據(jù)煤氣成分來(lái)確定的。回旋區(qū)前端即為燃燒帶氧氣區(qū)的邊緣，而還原區(qū)在回旋區(qū)的外圍焦炭層內(nèi)。,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),什么叫鼓風(fēng)動(dòng)能？如何計(jì)算 鼓風(fēng)動(dòng)能就是鼓風(fēng)所具有的機(jī)械能。鼓風(fēng)具有一定的質(zhì)量，而且以很高的速度（達(dá)每秒100m左右）通過(guò)風(fēng)口向高爐中心運(yùn)動(dòng)，因此，它具有一定動(dòng)能，直接影響著風(fēng)口前焦炭回旋區(qū)的大小。 鼓風(fēng)動(dòng)能按下式計(jì)算：,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),什么叫鼓風(fēng)動(dòng)能？如何計(jì)算？ 1000m3以上大高爐的鼓風(fēng)

42、動(dòng)能一般在40007000kgm/s之間， 300m3左右的中型高爐在30004000kgm/s之間， 100m3左右的小型高爐在10001500kgm/s之間。 容積再小的高爐鼓風(fēng)動(dòng)能應(yīng)更小。,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),風(fēng)口前理論燃燒溫度？它與爐缸溫度有什么區(qū)別？ 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)到的最高溫度叫作風(fēng)口前理論燃燒溫度。 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。,第

43、三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),哪些因素影響理論燃燒溫度？ 影響理論燃燒溫度的因素有： 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)濕度和理論燃燒溫度的數(shù)值對(duì)應(yīng)如下：,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),哪些因素影響理論燃燒溫度？ 影響理論燃燒溫度的因素有： 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：,3）鼓風(fēng)濕度：鼓風(fēng)濕度的影響與噴吹物相同，由于水分分懈吸熱，理論燃燒溫度降低。,第三

44、節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),哪些因素影響理論燃燒溫度？ 影響理論燃燒溫度的因素有： 4）噴吹燃料：由干噴吹物分解吸熱和VH2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 2224%的天然氣分解熱為3350kJ/m3，含H21113%的重油分解熱為3875kJ/kg，含H2 24的無(wú)煙煤分解熱為l047kJ/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。風(fēng)溫1100，鼓風(fēng)濕度1.5。無(wú)富氧時(shí)有：,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),計(jì)算爐腹煤氣成分與數(shù)量 ？ 爐腹煤氣指高爐高溫區(qū)煤氣，即進(jìn)入間接還原區(qū)以前的煤氣，這個(gè)位置大致在爐腹和爐腰，所以叫作爐腹煤氣。爐腹煤氣中各成分的

45、數(shù)量等于爐缸煤氣相應(yīng)成分的數(shù)量加上直接還原生成的CO和焦炭揮發(fā)分中的各種成分：,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),如何計(jì)算爐頂煤氣成分與數(shù)量 ？ 爐頂煤氣是爐腹煤氣進(jìn)入間接還原區(qū)參加間接還原以后離開(kāi)高爐的煤氣。因此，從爐腹煤氣中減去參加還原反應(yīng)的CO和H2，再加上還原和熔劑分解產(chǎn)生的CO2以及C與H2作用生成的CH4，即為爐頂煤氣。爐頂煤氣一般都計(jì)算干成分，因此，H2參加反應(yīng)產(chǎn)生的H2O不算在煤氣成分當(dāng)中。 計(jì)算中有兩個(gè)假定條件：即假定人爐總碳量的1.2與H2作用生成CH4；假定40的H2參加還原。 參加還原反應(yīng)的CO數(shù)量，根據(jù)原料成分中高級(jí)氧化物（Fe2O3、MnO2、Mn2O3等）的數(shù)量和直接還原度

46、計(jì)算：,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),煤氣上升過(guò)程中壓力分布規(guī)律如何？ 煤氣從爐缸上升到爐頂，通過(guò)軟熔帶、塊狀帶要克服沿料柱的阻力，即阻力損失。這種阻力損失與料柱高低、煤氣流速、爐料孔隙度以及煤氣的性質(zhì)有關(guān)。一般可將高爐散料柱視作許多平行的管道。參考管道阻力損失計(jì)算，得出高爐散料柱內(nèi)煤氣壓力降公式如下：,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),煤氣上升過(guò)程中壓力分布規(guī)律如何？ 由上式可以看出： l）散料柱內(nèi)壓降P代表散料柱的阻力，其值越大，表明料柱透氣性越差，對(duì)順行不利； 2）減少P改善料柱透氣性的方向是： 降低煤氣速度，這可以通過(guò)提高頂壓，控制冶煉強(qiáng)度，增大空隙度的辦法解決； 增大當(dāng)量直徑

47、d和料柱空隙度，這可以通過(guò)爐料整粒的辦法解決； 降低H，這可以通過(guò)改進(jìn)爐型設(shè)計(jì)來(lái)解決。 3）在散料柱中和管道中不同，d、是可變因素，因此高爐工作者常常在改變d、中探求既有利于高爐強(qiáng)化又不過(guò)分增加料柱阻力的方案。例如高壓操作，松動(dòng)操作等（大風(fēng)吹松即是一例）。,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),什么叫高爐料柱的透氣性？ 高爐料柱的透氣性指煤氣通過(guò)料柱時(shí)的阻力大小。煤氣通過(guò)料柱時(shí)的阻力主要取決于爐料的孔隙度。（散料體總體積中孔隙所占的比例叫作孔隙度），孔隙度大，則阻力小，爐料透氣性好；孔隙度小，則阻力大，爐料透氣性壞?？紫抖仁欠从碃t料透氣性的主要參數(shù)。氣體力學(xué)分析表明，孔隙度、風(fēng)量Q與壓差P之間有如下關(guān)系：,

48、第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),如何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，這樣可以提高料柱孔隙度、降低 P。 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(guò)料層的煤氣阻力減小，但粒度超過(guò)25mm以后，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，但在大干6mm的范圍內(nèi)阻力增加不明顯，而粒度小于6mm時(shí)，相對(duì)阻力明顯增加。因此，適合干高爐冶煉的礦石粒度范圍是625mm。小于6mm的粉末對(duì)透氣性危害極大，必須全部篩除，而

49、25mm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25mm以下。,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),如何改善塊狀帶料柱的透氣性？ 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，有利于提高爐料孔隙度。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，孔隙度均在0.5左右、但隨著大小粒度以不同比例混合后，其孔隙度大幅度變化，如圖所示。因此；應(yīng)盡量使粒度均勻，有利于提高塊狀帶透氣性。爐料的粒度差較大時(shí)，應(yīng)分級(jí)入爐。,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),軟熔帶的位置和結(jié)構(gòu)形狀如何影響煤氣流運(yùn)動(dòng)的阻力與煤氣流分布 ？ 國(guó)內(nèi)外高爐解體的研究結(jié)果表明，爐料在下降

50、過(guò)程中直到礦石完全熔化成渣鐵以前始終保持著清晰可辨的焦礦分層結(jié)構(gòu)。只是每一層的厚度變薄和趨于平坦。根據(jù)爐內(nèi)溫度分布的特點(diǎn)，當(dāng)爐料下降到礦石軟化和熔化溫度時(shí)，就形成各種不同形狀結(jié)構(gòu)的由礦石軟熔層和焦炭夾層（常稱(chēng)“焦窗”）間隔而成的軟熔帶。這種軟熔帶的位置、形狀和結(jié)構(gòu)（“焦窗”數(shù)目和尺寸）對(duì)煤氣運(yùn)動(dòng)的阻力以及高爐中下部煤氣流的再分布有著重大影響。 根據(jù)原料和操作條件，軟熔帶大致可以分為以下三種類(lèi)型：“”形、“”形和“W”形。,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),軟熔帶的位置和結(jié)構(gòu)形狀如何影響煤氣流運(yùn)動(dòng)的阻力與煤氣流分布 ？ ”形軟熔帶一般出現(xiàn)在冶煉強(qiáng)度高，中心氣流較大，爐缸活躍、穩(wěn)定、

51、熱量充足的高爐。這種軟熔帶由于中心氣流發(fā)展，爐缸活躍，對(duì)煤氣的阻力較小，煤氣能利用率高，可以得到較好的生產(chǎn)指標(biāo)；同時(shí)，煤氣流相對(duì)集中于中心，邊緣氣流較小，可減輕邊緣熱負(fù)荷和煤氣對(duì)爐墻的沖刷作用，有利于延長(zhǎng)高爐壽命。,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),軟熔帶的位置和結(jié)構(gòu)形狀如何影響煤氣流運(yùn)動(dòng)的阻力與煤氣流分布 ？ “”形軟熔帶出現(xiàn)在邊緣氣流發(fā)展、中心氣流不足的高爐。這種形狀的軟熔帶由于中心堆積，料柱緊密，透氣性差，p升高，不利于順行；另外，大量煤氣從邊緣通過(guò)，煤氣能利用率低，高爐熱消耗增加；同時(shí)煤氣流沖刷爐墻，影響高爐壽命。因此，高爐操作中應(yīng)盡量避免形成這種軟熔帶。 “W”形軟熔帶是傳統(tǒng)的兩道氣流型軟熔帶

52、，它在順行和煤氣能利用方面一般能滿(mǎn)足要求，但不能滿(mǎn)足進(jìn)一步提高冶煉強(qiáng)度和降低燃料比的要求，只適應(yīng)于冶煉強(qiáng)度不太高的高爐操作制度。,第三節(jié) 爐料與煤氣運(yùn)動(dòng),軟熔帶的位置和結(jié)構(gòu)形狀如何影響煤氣流運(yùn)動(dòng)的阻力與煤氣流分布 ？ 軟熔帶位置的高低對(duì)高爐冶煉的影響是：頂點(diǎn)位置較高的“”形軟熔帶，由于增加了軟熔帶中的焦窗數(shù)目，減小煤氣阻力，有利于強(qiáng)化冶煉，軟熔帶位置較低，則由于焦窗數(shù)目減少，煤氣阻力增加，不利于強(qiáng)化，但卻擴(kuò)大了塊狀帶間接還原區(qū)，有利于提高煤氣利用率。 軟熔帶寬度和軟熔層厚度對(duì)煤氣阻力的影響是：當(dāng)軟熔帶寬度增加時(shí)，由于煤氣通過(guò)軟熔帶的橫向通道加長(zhǎng)，煤氣阻力增加；而軟熔帶厚度增加意味著礦石批重加大，雖因焦窗厚度相應(yīng)