炉缸反应和煤气运动.pptVIP

4.1炉缸反应 1.炉缸燃烧反应机理 2.炉缸燃烧反应过程 ①炉缸风口水平煤气成分和温度变 ②燃烧带及其大小的确定 3.燃烧带对高炉冶炼过程的影响 ①对煤气流分布的影响 ②对炉缸工作均匀化的影响 ③对炉料下降的影响 4.下部调剂原理 ①鼓风动能及其与燃烧带的关系 ②鼓风动能的计算 ③ 影响鼓风动能的因素 5.风口区理论燃烧温度 ①理论燃烧温度 ②理论燃烧温度的影响因素 4.2煤气运动 1.煤气上升过程中的变化 2.高炉热交换 4.1炉缸反应 首先，燃料燃烧是高炉冶炼所需热能和化学能的源泉。 其次，燃料燃烧是高炉炉料下降的前导。 第三，炉缸反应除燃料燃烧外，还包括直接还原、渗碳、渣、铁间脱硫等尚未完成的反应，都集中在炉缸内来最后完成，最终形成生铁和炉渣，自炉缸内排出。 4.1.1炉缸燃烧反应机理 高炉内绝大部分区域都处于焦炭过剩并有大量CO的还原性气氛中，只有风口前例外，是氧化性气氛。因为这里有着从风口喷射出来的强大鼓风气流，存在着大量的自由氧并且使碳素激烈的燃烧。 理论研究指出，碳素燃烧的最初产物既有CO2，也有CO。 前者为完全燃烧，发生在氧过剩的地方； 后者为不完全燃烧，发生在碳过剩，氧不足的地方。 由表可见： ⑴增加鼓风湿度（加湿鼓风），则煤气中H2、CO含量增加，N2相对减少； ⑵ 喷吹燃料，其中C-H化合物分解，使炉缸煤气含H2量显著增加，CO、N2相对降低； ⑶富氧鼓风时，由于N2减少，因而CO相对增加。 它们都程度不同的富化了还原性煤气，对降低焦比和强化高炉都很有效。 4.1.2 炉缸燃烧反应过程 研究炉缸反应过程，是通过测量风口区成分、温度、压力的变化和渣、铁成分等来进行的。 研究工具和方法主要有水冷取样管，快速摄影、录像机，内窥探测仪，高炉解剖，模型模拟实验等。 4.1.2.1 炉缸风口水平煤气成分和温度的变化 炉缸燃烧反应的经典曲线说明以下几个关系。 1. O2与CO2： C+O2=CO2 （4-1） 风口前O2充足，与C激烈燃烧生成大量CO2,O2激烈降低及至消失，CO2迅速升高达到最大值。 炉缸风口水平煤气成分和温度的变化 2. CO2与CO：CO2+C焦=2CO （4-4） CO2达最大值后，逐渐降低；已出现的CO则迅速升高,在燃烧带边缘，CO接近达到理论值34.7％，而向炉缸中心则高达40～50％，甚至更高，这是由于直接还原反应也产生大量CO的结果。 3. O2与H2：H2O+C=CO+H2 （4-8） 在通常鼓风条件下，O2消失后，鼓风中的水蒸气始被C分解成H2。 炉缸风口水平煤气成分和温度的变化 4. CO2与温度分布： 风口前随着C的激烈燃烧，CO2升高，温度也逐渐升高。当CO2达到最大值，温度亦达最高点。这是高炉内温度最高之处，成为燃烧焦点。根据压力条件的不同，焦点温度变动在1900～2200℃范围内。随着向炉缸中心深入，CO2消失。CO大量生成〔 CO2+C焦=2CO 〕，直接还原热量消耗的增加，温度逐渐降低。一般风口水平炉缸中心温度约为1400℃左右。 炉缸风口水平煤气成分和温度的变化 这个经典曲线是在强化程度较低的高炉上获得的。在现代强化高炉上，鼓风以100m/s以上的速度从风口喷射而入高炉，使风口前形成一个近似球形空间的回旋区，焦块随着鼓风气流处于激烈的回旋运动状态（图4-2）。国外称此空间为回旋区（raceway）。回旋区外围是厚约200～300mm的中间层。 中间层焦炭一方面受高速回旋气流的冲击，堆积的比较疏松，另一方面又受到四周焦炭的阻力而不能随意移动。边缘的焦炭不断被气流带走、燃料消耗，又从中间层里得到不断补充，而外围焦炭又继续补充进入中间层。这就是现代化强化高炉风口区焦炭的燃烧和运动过程。 炉缸风口水平煤气成分和温度的变化 由图4－2看到，风口前径向煤气分布也发生了一些变化。 在回旋区两端，O2两度出现激烈下降，而CO2相应出现两个高峰。在空腔里，O2维持相当高水平，而CO2相应维持在较低水平。这充分证明激烈的燃烧反应C+ O2= CO2 是在回旋区边缘（与中间层交界）处进行的，而空腔里焦炭甚少。在中间层则进行着CO2＋C＝2CO的激烈反应，因此CO2迅速下降，CO急剧升高。 炉缸风口水平煤气成分和温度的变化 近年来，日本、苏联的学者通过数模和内窥探测仪研究表明， 回旋区是椭圆形； 回旋区不存在气流、焦炭的循环，只有焦炭在回旋燃烧。 当气流沿风口轴线射