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炉料在炉内的物理化学变化.doc第一节 炉料在炉内的物理化学变化 炉料从炉顶装入高炉后，自上而下运动。被上升的煤气流加热，发生了吸附水的蒸发、结晶水的分解、碳酸盐的分解、焦炭中挥发分的挥发等反应。 图3-1 炉内的状况 一、高炉炉内的状况 通过国内外高炉解剖研究得到如图31所示的典型炉内状况。按炉料物理状态，高炉内大致可分为五个区域或称五个带: 1)炉料仍保持装料前块状状态的块状带; 2)矿石从开始软化到完全软化的软熔带; 3)已熔化的铁水和炉渣沿焦炭之间的缝隙下降的滴落带; 4)由于鼓风动能的作用，焦炭作回旋运动的风口带; 5)风口以下，贮存渣铁完成必要渣铁反应的渣铁带。 高炉解剖肯定了软熔带的存在。软熔带的形状和位置对高炉内的热交换，还原过程和透气性有着极大的影响。 二、水分的蒸发与结晶水的分解 在高炉炉料中，水以吸附水与结晶水两种形式存在。 1(吸附水 吸附水也称物理水，以游离状态存在于炉料中。常压操作时，吸附水一般在105?以下即蒸发，高炉炉顶温度常在250?左右，炉内煤气流速很快，因此吸附水在高炉上部就会蒸发完。蒸发时消耗的热量是高炉煤气的余热。所以不会增加焦炭的消耗。相反，由于吸附水蒸发吸热，使煤气的温度降低，体积缩小，煤气流速降低，一方面减少了炉尘的吹出量，另一方面对装料设备和炉顶金属结构的维护还带来好处。 2(结晶水 结晶水也称化合水，以化合物形态存在于炉料中。高炉炉料中的结晶水一般存在于褐铁矿(nFe0?mH0)和高岭土(A10?2Si0?2H0)中，结晶水在高炉内大量分解的温度在400,2322322600?，分解反应如下: 这些反应都是吸热反应，消耗高炉内的热量。 三、挥发物的挥发 挥发物的挥发，包括燃料挥发物的挥发和高炉内其他物质的挥发。 燃料中的挥发分存在于焦炭及煤粉中，焦炭中挥发分质量分数为0.7,l.3,。焦炭在高炉内到达风口前已被加热到l400,1600?，挥发分全部挥发。由于挥发分数量少，对煤气成分和冶炼过程影响不大。但在高炉喷吹燃料的条件下，由于煤粉中挥发分含量高，则引起炉缸煤气成分的变化，对还原反应有一定的影响。 除燃料中挥发物外，高炉内还有许多化合物和元素进行少量挥发(也称气化)，如S、P、As、K、Na、Zn、Pb、Mn和Si0、Pb0、K0、Na0等。这些元素和化合物的挥发对高炉炉况和22炉衬都有影响。 四、碳酸盐的分解 炉料中的碳酸盐主要来自石灰石(CaC0)和白云石(CaC0?MgC0)，有时也来自碳酸铁333(FeC0)和碳酸锰(MnC0)。 33其中MnC0、FeC0和MgC0的分解温度较低，一般在高炉上部分解完毕，对高炉冶炼影333响不大，CaC0的分解温度较高约910?，且是吸热反应，对高炉冶炼影响较大。CaC0的分解33反应式为: CaC0=CaO+C0 178000kJ 32若部分石灰石来不及分解而进入高温区则石灰石分解生成的C0在高温区与焦炭作用: 2C0+C=2C0 165800kJ 2此反应既消耗热量又消耗碳素，使焦比升高。为此，目前多采用使用自熔性或熔剂性烧结矿，减少石灰石用量，缩小石灰石的粒度等措施来降低焦比。 第二节 还原过程和生铁的形成 高炉炼铁的目的，是将铁矿石中的铁和一些有用元素还原出来，所以还原反应是高炉内最基本的化学反应。 一、基本概念 1(还原反应 还原反应的通式为MeO，X=Me+X0。还原反应是还原剂X夺取金属氧化物Me0中的氧，使之变为金属或该金属低价氧化物的反应。高炉炼铁常用的还原剂主要有C0、H和固体碳。 22(铁氧化物的还原顺序 氧化物的分解顺序是由高级向低级逐渐转化的，还原顺序与分解顺序相同，遵循逐级还原的原则，从高级氧化物逐级还原到低级氧化物，最后获得单质。因此，铁氧化物的还原顺序为: 当温度小于570?时，按Fe0?Fe0?Fe的顺序还原。 2334当温度大于570?时，按Fe0?Fe0?Fe0?Fe的顺序还原。 2334二、高炉内铁氧化物的还原 1(用C0和H还原铁氧化物 2矿石从炉顶入炉后，在温度未超过900,1000?时，铁氧化物中的氧是被煤气中的CO和H夺取而产生C0和H0的。这种还原不直接用焦炭中碳素作还原剂，所222以叫间接还原。 当温度大于570?时，用C0作还原剂 当温度大于570?时，用H作还原剂 2用C0作还原剂的还原反应主要在高炉内小于800?的区域进行;用H作还原2剂的还原反应主要在高炉内800,1100?的区域进行。 2(用固体碳还原铁氧化物 用固体碳还原铁氧化物，生成C0的还原反应叫铁的直接还原。由于矿石在炉内下降过程中，先进行间接还原，残留的铁氧化物主要以FeO形式存在，因此在高炉内具有实际意义的只有FeO+C=Fe+C0的反应。由于固体碳与铁氧化物进行固相反应，接触面很小，直接进行反应受到很大限制，所以通常认为直接还原要通过气相进行反应，其反应过程如下: 在上述反应中，虽然Fe0仍是与C0反应，但气体产物C0在高炉下部高温区几乎2100,和碳发生气化反应，最终结果是直接消耗了碳素。CO只是从中起到了一个传递氧的作用。正因为碳的气化反应的存在和发展，使高炉内出现了间接还原和直接还原两种方式。如图32所示，直接还原一般在大于ll00?的区域进行，800,1100?区域为直接还原与间接还原同时存在区，低于800?的区域是间接还原区。 图3-2直接还原和间接还原区域分布 ?低于800?区域; ?800?-1100?区域; ?高于1100?区域 三、直接还原与间接还原的比较 1(铁的直接还原度 巴甫洛夫假定，铁矿石在高炉内全部以间接还原的形式还原至Fe0，从Fe0开始以直接还原的形式还原的铁量与还原出来的总铁量之比，称为铁的直接还原度，记作。 d2(直接还原与直接还原的比较 间接还原是以气体为还原剂，是一个可逆反应，还原剂不能全部利用，需要有一定过量的还原剂。直接还原与间接还原相反，由于反应生成物C0随煤气离开反应面，而高炉内存在大量焦炭，所以可以认为直接还原反应是不可逆反应，lmol碳就可以夺取铁氧化物中1mol的氧原子，不需过量的还原剂。因此，从还原剂需要量角度看，直接还原比间接还原更能有利于降低焦比。 间接还原大部分是放热反应，而直接还原是大量吸热的反应。由于高炉内热量收入主要来源于碳素燃烧，所以从热量的需要角度看，间接还原比直接还原更能有利于降低焦比。 通过上述两方面的比较可以看到:高炉内全部直接还原(=1)行程和全部间接d还原(=0)行程都不是高炉的理想行程。只有直接还原与间接还原在适宜的比例范围d内，维持适宜的，才能降低焦比，取得最佳效果。 这一适宜的为0(2,0(3，而高dd炉实际操作中的，常在0(4,0(5之间，有的甚至更高，均大于适宜的。所以，高炉dd炼铁工作者的奋斗目标，仍然是降低，这是降低焦比的重要内容。 d发展间接还原，降低，降低焦比的基本途径是: d改善矿石的还原性，控制高炉煤气的合理分布，采用氧煤强化冶炼新工艺。降低单位生铁的热量消耗的措施有: 提高风温，提高矿石品位，使用自熔性或熔剂性烧结矿，减小外部热损失，降低焦炭灰分等。 四、高炉内非铁元素的还原 高炉内除铁元素之外，还有锰、硅、磷等其他元素的还原。根据各氧化物分解压的大小，可知铜、砷、钴、镍在高炉内几乎全部被还原;锰、钒、硅、钛等较难还原，只有部分还原进入生铁。 1(锰的还原 锰是高炉冶炼经常遇到的金属，是贵重金属元素。高炉内的锰由锰矿带入，有的铁矿石中也含有少量的锰。 高炉内锰氧化物的还原与铁氧化物的还原相似，也是由高级向低级逐级还原直到金属锰，顺序为: 其中从Mn0到Mn0可通过间接还原进行还原反应，而Mn0是相当稳定的化合物，分2解压力比Fe0小得多。所以，在高炉内Mn不可能由间接还原获得，只能靠直接还原取得。Mn0开始直接还原的温度约在1100-1200?之间，此时Mn0已与脉石组成硅酸盐初渣，故Mn是在液态初渣中由Mn0以直接还原形式还原而得: Mn0的直接还原是吸热反应，由Mn0还原出来lkg锰比还原同等数量的铁的热量消耗要大一倍。因此高炉炉温是锰还原的重要条件，其次适当提高炉渣碱度，增加Mn0的活度，也有利于锰的直接还原。还原出来的锰可溶于生铁或生成MnC溶于生铁。冶炼普通生3铁时，有40,60,的锰进入生铁，5,l0,的锰挥发进入煤气，其余进入炉渣。 2(硅的还原 生铁中的硅主要来源于矿石和焦炭灰分中的Si0，Si0是稳定的化合物，它的生成热22大，分解压小，比Fe、Mn难还原。硅的还原只能在高炉下部高温区(1300?以上)以直接还原的形式进行: 由于Si0在还原时要吸收大量热量，所以硅在高炉内只有少量被还原。还原出来的硅可2溶于生铁或生成FeSi再溶于生铁。较高的炉温和较低的炉渣碱度有利于硅的还原，以便获得含硅较高的铸造生铁。 由于硅的还原与炉温密切相关，所以铁水中的含硅量可作为衡量炉温水平的标志。 3(磷的还原 炉料中的磷以磷酸钙(CaO)?P0的形态存在，有时也以磷酸铁(FeO)?P0?8H03253252的形态存在。磷酸铁又称蓝铁矿，蓝铁矿的结晶水分解后，形成多微孔的结构较易还原，反应式为: 磷酸钙是很稳定的化合物，它在高炉内首先进入炉渣。在1100,1300?时用碳作还原剂还原磷，其还原率能达60,;当有Si0存在时，可以加速磷的还原: 2磷虽难还原，反应吸热量大，但在高炉冶炼条件下，全部被还原以FeP形态溶于生铁。2因此，降低生铁中的含磷量的唯一途径是控制炉料中的含磷量。 4(铅、锌、砷的还原 我国的一些铁矿石含有铅、锌、砷等元素，这些元素在高炉冶炼条件下易被还原。 还原出来的铅，不溶于铁，而且因密度大于铁易沉积于炉底，渗入砖缝，破坏炉底;部分铅在高炉内易挥发上升，遇到C0和H0将被氧化，随炉料一起下降时又被还原，在炉内22循环。 还原出来的锌，在炉内挥发、氧化、体积增大使炉墙破坏，或凝附于炉墙形成炉瘤。 还原出来的砷，与铁化合影响钢铁性能，使钢冷脆，焊接性能大大降低。 五、还原反应动力学 铁矿石的还原属异相反应，各反应相之间有明显的界面。根据动力学研究，被还原气体包围的铁矿石，还原反应是由矿石颗粒表面向中心进行的，如图33所示。 因此，提高还原气体的浓度和还原温度;使用粒度较小，气孔率较大的人造矿石将改善还原条件，加快还原反应速度。 图3-3 矿球反应过程模型 六、生铁的生成与渗碳过程 生铁的生成，主要是渗碳和已还原的元素进入生铁中，最终得到含Fe、C、Si、Mn、P、S等元素的生铁。 矿石在加入高炉内即开始还原，在高炉炉身部位，就已有部分铁矿石在固态时被还原成金属铁。这种铁叫海绵铁。当温度升高到727?以上时，固体海绵铁发生如下渗碳过程: 根据高炉解剖资料分析:经初步渗碳的金属铁在1400?左右时，与炽热的焦炭继续进行固相渗碳，才开始熔化成铁水，穿过焦炭滴入炉缸，熔化后的金属铁与焦炭接触条件改善，渗碳反应加快:3Fe+C=FeC至炉腹处，生铁的最终含碳质量分数4,左右。生液焦3液铁在渗碳的同时还溶入由直接还原得到的Si、Mn、P等元素，形成最终成分的生铁。 生铁的最终含碳量与生铁中合金元素的含量有着密切关系。Mn、Cr、V、Ti等元素由于能与碳生成碳化物，所以有助于增加生铁中的含碳量。另外有一些元素如Si、P、S等能与铁生成化合物，促进碳化物分解，阻止渗碳，能促使生铁的含碳量降低。冶炼锰铁时，碳的质量分数可以达到7,;普通生铁的含碳质量分数一般在4,左右。 第三节 高炉炉渣与脱硫 高炉生产过程中，铁矿石中的铁氧化物还原出金属铁;铁矿石中的脉石和焦炭(燃料)中的灰分等与熔剂相互作用生成低熔点的化合物，形成非金属的液相，即为炉渣。 一、高炉渣的成分与作用 1(高炉渣的成分 高炉炉渣主要来源于矿石中的脉石、焦炭(燃料)中的灰分、熔剂中的氧化物、被侵蚀的炉衬等。 组成炉渣的氧化物很多，高炉渣的主要成分有Si0、Ca0、AlO、Mg0、Mn0、Fe0、CaS、223CaF等。对炉渣性能影响较大且炉渣中含量最多的是Si0、Ca0、Al0、Mg0四种。 2223炉渣中的各种氧化物可分为碱性氧化物和酸性氧化物两大类。以碱性氧化物为主的炉渣称碱性炉渣;以酸性氧化物为主的炉渣称酸性炉渣。常用炉渣中碱性氧化物和酸性氧化物的质量百分数之比表示炉渣碱度(R): 实际生产中，由于Ca0和Si0的质量分数之和在炉渣中约占80,，而且这两种物质2分别代表炉渣成分中的强碱性和强酸性氧化物，所以高炉炉渣碱度一般用R=m(CaO),m (Si0)表示。 2炉渣的很多物理化学性质与炉渣碱度有关。炉渣的碱度根据高炉原料和冶炼产品的不同，一般在1.0,1.3之间。 2(高炉渣的作用 炉渣和生铁是高炉冶炼生成的两种产物。炉渣对生铁的产量和质量有极其重要的影响。炉渣的具体作用如下: 1)炉渣与生铁互不溶解，且密度不同，因而使渣铁得以分离，得到纯净的生铁; 2)渣铁之间进行合金元素的还原及脱硫反应，炉渣起调整成分的作用; 3)炉渣对高炉炉况顺行、炉缸热制度以及炉龄等方面也有很大影响。 炉渣的上述作用是由炉渣的物理性能决定的，其物理性能包括:炉渣的黏度，炉渣的熔化性和稳定性等，它们由炉渣的化学成分决定。 二、成渣过程 加入高炉内的炉料，与煤气接触，将发生如下变化: 1)焦炭在风口以上保持固态，直到风口处才完全燃烧，灰分进入炉渣。焦炭是料柱的骨架，对炉内透气性影响很大。 2)石灰石在下降过程中，受热后逐渐分解，到1000?以上的区域分解完毕。分解生成的Ca0由于与矿石中脉石接触不良，故初渣中Ca0很少，只有在滴落带，大量初渣流过其表面时，才被溶解，参与造渣。 3)矿石在下降过程中，经历了块状带、软熔带、滴落带、风口带、渣铁带。矿石的软化是由于在块状带固相反应生成了低熔点的化合物，此时半熔融的含有很多已还原的铁的“冰柱”沿焦炭缝隙流下，炉渣从冰柱中分离出来，为初渣。分离出来的初渣是自然碱度。随后渣中(FeO)不断还原进入铁中，至滴落带，炉渣以滴状下落，渣中Fe0已降到2,3,，当温度达1400?以上时，金属铁由于渗碳而熔点降低，也以滴状下落。 滴落的初渣成分不断变化，初渣开始是自然碱度，以后随着Si0的还原，石灰石渣化并加2入焦炭灰分，经过碱度波动之后形成终渣。 成渣过程中，软熔带对炉内料柱透气性影响很大，习惯上把这一带叫成渣带，成渣带的厚薄、位置的高低和波动对高炉冶炼有很重要的影响。 三、生铁去硫 硫是影响钢铁质量的重要因素，高炉中的硫来自矿石、焦炭和喷吹燃料，使用天然矿石冶炼时，熔剂也会带入少量的硫。炉料中焦炭带入的硫最多，占70,80,。冶炼每吨生铁由炉料带入的总硫量称硫负荷。 1(硫在煤气、渣、铁中的分配 炉料带入高炉内部的硫在冶炼过程中又全部转入炉渣、生铁、煤气中。所以:若以lkg为计算单位，则上式可写成 式中 ?每公斤铁由炉料带入的总硫量; ?每公斤铁随煤气挥发的硫量; n?每公斤铁相对渣量; m(s)?炉渣中含硫量，%; ms?生铁中含硫量，%。 渣中含硫量与铁中含硫量之比称为硫的分配系数，用L表示。L=m(S),mS代入上ss式得: 由此可以看出，欲得到低硫生铁应采取如下措施: 降低硫负荷;增大硫的挥发量:加大渣量;增大硫的分配系数L。 s由于实际生产中，一定的原料条件m(S)变化不大，且不提倡大渣量操作，而气化去硫m也仅占很少一部分。所以欲得到低S生铁，只有提高炉渣的去硫能力。 2(炉渣去硫 在高炉操作中，一定的原料条件下，实际而有效地降低生铁含硫的措施是提高高炉炉渣的脱硫能力，即提高硫在渣铁间的分配系数L。除气化去硫外，硫在高炉全部s变成CaS和FeS。CaS不溶于生铁而进入炉渣中，FeS则溶于生铁，生铁去硫主要是将溶于生铁的FeS 变成不溶于生铁的CaS，反应式如下: FeS+(CaO)=(CaS)+(FeO) 生成的FeO在高温下与焦炭作用: (FeO)+C=Fe+CO-Q 因此，总的脱硫反应可写成: FeS+(CaO)+C=(CaS)+Fe+CO-Q 从上述脱硫反应式可以看到，要提高炉渣的脱硫能力必须具备以下条件: 1)适当高的炉渣碱度。碱度高则Ca0多，对脱硫有利。 2)要有足够的炉温。脱硫反应是吸热反应，温度高，则有利于反应的进行。 3)黏度小。可使生成物CaS很快脱离反应的接触面，降低(CaS)的浓度，促进反应的进行。 3(炉外脱硫 当炉料中含硫较高时，若操作不当，难免有时生铁含硫超过规定标准，此时，可采用炉外脱硫的办法，以保证生铁的质量。目前高炉常用的炉外脱硫剂是苏打粉(NaC0)。出铁时，用占铁水质量l,的苏打粉加入铁水罐，脱硫效率可达70,80,23或更高。反应式为: NaC0+FeS=NaS+FeO+C0-Q 2322此外，炉外脱硫剂还有石灰、白云石、电石、复合脱硫剂等。为了满足炼钢对铁水的要求，也可采用铁水预处理技术。 实际生产中，如果选择合理的操作制度，保证充沛的炉温，生铁的含硫量是可以控制的。因为炉料中的硫大部分是由焦炭带入的，所以降低焦比是控制入炉硫量，保证生铁质量的有效措施。 第四节 高炉风口区碳素的燃烧 焦炭是高炉炼铁的主要燃料。随着喷吹技术的发展，煤、重油、天然气等已代替部分焦炭作为高炉燃料使用。 一、燃料燃烧 1(燃烧反应 焦炭中的碳除部分参加直接还原。进入生铁和少量与H反应生成CH之外，24有70,以上在风口前燃烧，高炉炉缸内的燃烧反应与一般的燃烧反应不同，它是在充满焦炭的环境中进行，即空气量一定而焦炭过剩的条件下进行的。 燃烧反应的机理一般认为分两步进行: 所以，风口前碳素的燃烧只能是不完全燃烧，生成C0并放出热量。 由于鼓风中总含有一定的水蒸气，灼热的C与H0发生下列反应: 2C+H0=CO+H 124390kJ 22因此，实际生产中的条件下，风口前碳素燃烧的最终产物由C0、H、N组成。2(燃22烧反应的作用 风口前碳素燃烧反应是高炉内最重要的反应之一，燃烧反应有以下几方面作用:1)为高炉冶炼过程提供主要热源; 2)为还原反应提供C0、H等还原剂; 23)为炉料下降提供必要的空间。 二、回旋区及燃烧带 当鼓风以很高的速度(100,200m,s)从风口鼓入高炉时，具备足够的动能吹动风口前端的焦炭块，形成一个比较疏松的球形空间。沿着球形空间内部，煤气流夹带着焦炭作回旋运动，并迅速燃烧。回旋运动主要发生在风口中心线以上，风口前产生焦炭和煤气流回旋运动的区域称为回旋区。在回旋区外围，有一层厚约l00,300mm的中间层，此层的焦炭既受高速煤气流的冲击作用，又受阻于外围包裹着的紧密焦炭，因此比较疏松，但又不能和煤气流一起运动。 回旋区和中间层组成焦炭在炉缸内进行燃烧反应的区域称为燃烧带。如图3-4所示。 三、影响燃烧带大小的因素 燃烧带的大小决定着煤气在炉内的初始分布，对炉内煤气温度和炉缸温度分布，及高炉顺行都有影响。当燃烧带沿水平方向上截面积越大，相邻两燃烧带之间的不活跃区越小时，炉缸工作越均匀。 图3-4风口前焦炭循环 运动示意图 (a)风口区域的垂直平面; (b)风口区域的水平截面 1?气流中心线;2?焦炭的中间层 影响燃烧带大小的有以下各因素: 1(鼓风动能与下部调剂 下部调剂的作用是通过改变进风状态控制煤气流的初始分布，使整个炉缸温度分布均匀稳定，热量充沛，工作活跃。也就是控制适宜的燃烧带与煤气流的合理分布。为此，要通过日常鼓风参数的调剂实现合适的鼓风动能，以达到控制燃烧带大小的目的。经常调剂的鼓风参数有风温、风量、喷吹量、鼓风湿度等。此外，风口数目、风口直径等也影响鼓风动能的大小。 2(燃烧反应速度 一般情况下，燃烧反应速度快，燃烧反应可在较小的区域进行，使燃烧带缩小;反之，则燃烧带大。 3(炉缸料柱阻力 炉缸内料柱疏松，燃烧带则延长;反之，燃烧带则缩小。 4(焦炭的性质 焦炭的粒度、气孔度、反应性等对燃烧大小也有一定的影响。 第五节 炉料和煤气的运动 在高炉冶炼过程中，各种物理化学反应都是在炉料和煤气相向运动的条件下进行的。这个过程伴随着热量与物质的传递与输送。因此，保证炉料在高炉内顺利下降和煤气流的合理分布，是高炉冶炼顺行，获得高产、优质、低耗的前提。 一、炉料运动 在高炉的冶炼过程中，炉料在炉内的运动是一个固体散料的缓慢移动床，炉料均匀而有节奏地下降是高炉顺行的重要标志。 炉料在炉内下降的基本条件是高炉内不断形成促使炉料下降的自由空间。形成这一空间的因素有:焦炭在风口前燃烧生成煤气;炉料中的碳素参加直接还原;炉料在下降过程中重新排列、压紧并熔化成液相，体积缩小;定时放出渣铁等。其中风口前焦炭的燃烧，对炉料的下降影响最大。除此之外，炉料在炉内能否顺利下降还要受到力学因素的支配。 二、煤气运动 高炉煤气主要产生于炉缸风口前燃料的燃烧。炉缸煤气是高炉冶炼过程中热能与化学能的来源;所以，煤气在上升过程中经过一系列的传热传质后，从炉顶逸出，其体积、成分、温度和压力均发生了变化。 1(煤气的体积与成分的变化 煤气量取决于冶炼强度。鼓风成分、焦比等因素。炉缸煤气在高炉内上升过程中体积与成分如图35。由图可以看出，煤气的体积总量在上升过程中是增加的。 图3-5 高炉煤气上升过程中体积、成分的变化 1)C0:煤气上升过程中，CO在高炉下部高温区开始增加，这是因为，一方面吸收Fe、Si、Mn、P等元素直接还原生成的C0;另一方面部分碳酸盐在高温区分解生成的C02与C作用生成C0。但至中温区，C0开始参加间接还原生成同体积的C0，煤气中的C02含量会相应减小。 2)C0:C0在高温区是不稳定的，所以在炉缸、炉腹部位几乎为零，从中温区开22始增加，一方面间接还原生成C0，另一方面碳酸盐分解生成C0。 223)H:高温区的H来源于风中H0和焦炭中的有机H和喷吹燃料中的挥发H，222汽22上升过程中由于参加间接还原和生成CH，含量逐渐减少，但由于炉料中结晶水和碳作用生4成部分H，又可适量增加煤气中H的含量。 224)N:鼓风带入的N，焦炭中的有机N和喷吹燃料中的挥发N，在上升过程中2222不参加任何反应，绝对量不变。 5)CH:高温时少量焦炭与H作用生成CH，上升过程中又加入焦炭挥发分中的CH，但数4244量很少，变化不大。 纯焦冶炼时，炉顶煤气量为鼓风量的l.35,1.37倍;喷吹燃料时，为1.40,1.45倍。炉顶煤气成分为: C0 CO N H CH 222415,22, 20,25, 55,57, 约2.0, 约0.3, 炉顶煤气中C0与C0的总含量基本稳定在38,42,之间。 22(煤气温度的变化 炉缸煤气在上升过程中把热量传递给炉料，温度逐渐降低;而炉料在下降过程吸收煤气的热量，温度逐渐上升，这便是炉内热交换现象。一般讨论高炉内热交换时，将高炉分为三个区域(如图36所示): 图3-6 理想高炉的竖向温度分布图 1?煤气;2?炉料 6.方向角：指北或指南方向线与目标方向线所成的小于90°的水平角，叫做方向角。如图4，OA、OB、OC、OD的方向角分别是；北偏东30°，南偏东45°(东南方向)、南偏西为60°，北偏西60°。1)在高炉上部区域，炉顶温度即煤气离开高炉时的温度是评价高炉热交换的重要指标。降低炉顶温度的措施有:煤气在炉内分布合理，煤气与炉料充分接触;提高风温、降低焦比;富氧鼓风等方面。此外，炉顶温度的高低还与炉料的性质有关。 10、做好培优扶差工作，提高数学及格率，力争使及格率达95%。2)在高炉下部区域，炉缸所具有的温度水平是反映炉缸热制度的重要参数。提高炉缸温度的措施有:提高风温，富氧鼓风等方面。 tanA是一个完整的符号，它表示A的正切，记号里习惯省去角的符号“”；3)在高炉上部和下部热交换区之间存在一个热交换达到平衡的空区，此区的特点是炉料与煤气的温差很小，该区煤气的温度对大量使用石灰石的高炉约为900?，对大量使用烧结矿的高炉约为1000?。 9、向40分钟要质量，提高课堂效率。3(煤气压力的变化 煤气在炉内上升过程中，由于克服料柱的阻力产生很大的压头损失(?p)可表示为?p =P-P。煤气在上升过程中，在高炉下部压力变化比较大而在高炉上部比较小，如图3炉缸炉喉7所示。随着风量加大(冶炼强度提高)，高炉下部压差变化更大，说明此时高炉下部料柱阻力增长值提高。当压头损失?p增加到一定程度时，将妨碍高炉顺行，由此可见，改善高炉下部料柱的透气性是进一步提高冶炼强度，促进高炉顺行的重要措施。 图37 本钢高炉煤气静压力分布 4.坡度：如图2，坡面与水平面的夹角叫做坡角坡角的正切称为坡度 (或坡比)。用字母i表示，即1?冶炼强度0.985;2?冶炼强度1.130;3?冶炼强度1.495 五、教学目标：三、影响?p的因素 在高炉冶炼过程中，影响?p的因素很多，归纳起来主要可分为煤气流和原料两个方面。 1(煤气流 (1)煤气流速的影响 随着煤气流速的增加，?p 迅速增加。因此，降低煤气流速能明显降低?p。煤气流速同煤气量或同鼓风量成正比。所以提高风量，煤气量增加，?p增加，不利于高炉顺行。 11.弧长及扇形的面积(2)煤气温度和压力的影响 煤气的体积受温度影响很大，所以炉内温度升高，煤气体积膨胀，煤气流速增加，?p增大;当炉内煤气压力升高，煤气体积缩小，煤气流速降低，?p减少，有利于炉况顺行。 4.二次函数的应用： 几何方面(3)煤气的密度和黏度的影响 降低煤气的密度和黏度能降低?p。高炉喷吹燃料后，由于煤气中H含量增加，煤气的密度和黏度都相应减少，因而有利于炉况顺行。 24.二次函数的应用： 几何方面2(原料 (1)粒度的影响 从降低?p以有利于高炉顺行的角度看，增加原料的粒度是有利的，但是对矿石的还原反应不利。所以在保证高炉顺行的前提下，应尽量减小入炉原料的粒度。 6 确定圆的条件:(2)孔隙度的影响 入炉原料的孔隙度大，透气性好，?p将降低有利于炉况的顺行。对同一粒度，孔隙度随粒度大小变化不大。但粒度大小相差悬殊，小颗粒的炉料填充在大颗粒炉料之间的缝隙中，孔隙度会大大下降，?p将增加，不利于炉况顺行。所以要大力改善原料的粒度组成，如加强原料的整粒工作，筛除粉末，分级入炉。 3(其他方面 高炉炼铁的操作制度对?p也有很大影响。对装料制度来讲，一切疏松边缘的装料制度，均能促进?p的下降，有利于顺行;对造渣制度来讲，渣量少，成渣带薄，初渣黏度小都会使?p下降，有利于顺行。