高炉冶炼基本原理第七-八章.docVIP

炉料与煤气运动及其分布 第一节 炉料的下降与力学分析 一、炉料的下降与力学分析炉料与煤气运动及其分布 炉料下降的必要条件是在高炉内不断存在着的促使炉料下降的自由空间。形成这一空间的因素有： 1．风口前燃料的燃烧，形成较大的自由空间；占缩小的总体积的44％～52％。 2．炉料中的碳素参加直接还原的消耗，占缩小的总体积的11％～16％。 3．固体炉料的熔化，形成液态的渣、铁，引起炉料体积缩小。 4．定期从炉内放出渣、铁，炉缸内经常保持有一定空间，使上面炉料得以下降两项约占体积缩小的部分的25％～35％。 5．固体炉料在下降过程中，小块料不断充填于大块料的间隙以及受压使之体积收缩，约占体积缩小的部分的5％～15％。 风口前焦炭的燃烧，对炉料的下降有决定性影响，尤其在焦比较高的情况。这不仅是因燃烧产生的自由空间较大，而且若没有焦炭燃烧，那么其它因素也就不存在于。这可从风量(或冶炼强度)与下料速度成正比关系中得到证明。 焦比较低的高炉，炉料的熔化和出渣、出铁(3、4项)对炉料下降的影响因素增大。如果原料的整料工作不好，则最后一项对下料的影响较大。 只有以上的因素并不能保证炉料就可以顺利下降。例如高炉在难行、悬料之时，风口前的燃烧虽还在缓慢进行，但炉料的下降却停止了。所以炉料的下降除具备以上必要条件外，还应具备以下充分条件。 二、炉料下降的充分条件 除炉料下降的必要条件外，能否顺利下降还要受力学因素的支配。 P＝Q炉料－P墙摩－P料摩－ΔP 式中 P——决定炉料下降的力； Q炉料—炉料在炉内的总重； P墙摩—炉料与炉墙间的摩擦阻力； P料摩—料块相互运动时，颗粒之间的摩擦阻力； ΔP—煤气对炉料的支撑力。 Q炉料－P墙摩－P料摩＝Q有效 (称为炉料的有效重量) 即 P＝Q有效－ΔP 可见，炉料有效重量(Q有效)越大，压差ΔP越小，此时P值越大即越有利于炉料顺行。反之，不利于顺行。当Q有效接近或等于ΔP时，炉料难行或悬料。要注意的是，P0是炉料能否下降的力学条件，并且其值越大，越有利炉料下降。但是P值的大小，对炉料下降的快慢影响并不大。影响下料速度的因素，主要取决于单位时间内焦炭燃烧的数量，即下料速度与鼓风量和鼓风中的含氧量成正比。 第二节 影响Q有效和ΔP的因素 炉料的有效重量(Q有效)指的是高炉料柱本身的重量在克服了各种摩擦阻力后，作用于炉缸底部的垂直重量。 高炉料是一种散粒状物体，它与一般连续物体的区别在于它的内部没有结合力或很小结合力。与一般液体的区别在于它具有很大的内摩擦力。由料块组成的料柱重量所产生的压力，从一块传到另一块，对四周的墙壁还要产生较大的侧压力和摩擦力。因此，料柱本身重量最后作用在炉底的重量(Q有效)要比实际重量小得多。 由于Q有效的绝对值受炉容大小的影响，为便于比较，有时采用有效重量系数，即(Q有效／Q炉料×100％)。 一、影响有效重量(Q有效)的因素 1．炉腹角α(炉腹与炉腰部分的夹角)减少，炉身角β(炉腰与炉身部分夹角)增大，此时炉料与炉墙摩擦阻力会增大，即P墙摩增大，有效重量Q有效则减小，不利炉料顺行。反之，α增大，β缩小，有利Q有效提高，有利炉料顺行。 2．一般认为，随着料柱高度增加，有效重量会增加，但是料柱高度增加到一定程度后，有效重量就不再增加。有的炉型不合理的高炉。由于炉身形成拱料，增加摩擦阻力，此时当高炉高度超过一定值后，有效重量反而会降低。应当理解的是，当料柱逐渐增高时，料柱的有效重量系数是不断降低的。因此说当前高炉炉型趋于矮胖型(H/D减小)这是有利顺行的，尤其适合于高度较高的大型高炉。 3．炉料的运动状态 凡是运动状态的炉料下降过程中的摩擦阻力均小于静止状态的炉料。所以说运动态的料其有效重量都比静止态炉料的有效重量大。 ４．风口数目 通过实际测定，增加风口，有利提高Q有效。这是因为随着风口数目增加，扩大了燃烧带炉料的活动区域，减小于P墙摩和P料摩，所以有利Q有效提高。 5．炉料的堆积密度越大，Q炉料增大，有利Q有效增大。因此，焦比降低后，随着焦炭负荷提高，炉料堆积密度提高，对顺行是有利的。 6．在生产高炉上，影响Q有效因素更为复杂，如渣量的多少，成渣位置的高低，初成渣的流动性，炉料下降时的均匀程度以及炉墙表面的光滑程度等，都会造成P墙摩、P料摩的改变，从而影响炉料有效重量的变化而影响炉料顺行。 目前对高炉软熔带以下的高温区(即存在固、液相的混合区域)，有关炉料有效重量的直接数据还较少，尚待近一步研究。 应当指出，高炉顺行的基