5.高炉冶炼过程的传输现象(08级).pptVIP

5 高炉冶炼过程的传输现象 5.1 高炉中的动量传输 5.1.1 煤气流经固体散料层的一般规律 5.1.2逆流运动中散料的有效重量 5.1.3散料的流态化 5.1.4充液散料层的流体力学现象 5.1.5高炉过程中的炉料下降 5.2 高炉内的热量传输 5.2.1 炉内温度分布规律 5.2.2 水当量 5.2.3 高炉条件下的传热方式和给热系数 5.1 高炉中的动量传输 5.2 高炉内的热量传输 5.2.1 炉内温度分布规律 圆周及半径方向－温度分布根据煤气流分布状况是千差万别的 高度方向－有共同规律 * * 引 言 热力学－反应的可能性，反应能到何种程度 动力学和传输原理－反应的速率问题 反应、生成物能否及时传递 热量补偿能否及时完成等 传输现象：同一物质或不同介质间，由于存在速度差、温度差或浓度差而发生的动量、热量和质量传递的不可逆过程 总是以某种速率自发地进行，力求消除初始的速度差、温度差或浓度差以趋向于稳定态 三种传输现象具有极强的相似性 本章内容 引言 动量传输：具有一定运动速度的流体分子在运动过程中，由于与其他分子发生碰撞、摩擦或位置的交换，在与流动方向上发生了动量传递下现象 炉渣流动时表现出的黏滞性 煤气在散料层中流动时产生的压降 高炉中的动量传输 最重要的是煤气 固体散料层 固液共存区 压力降和液泛 5.1.1 煤气流经固体散料层的一般规律 孔隙度ε（m3/m3）： 主要流体力学参数 直径相同时： ε=0.467（最大） 不稳定 ε=0.263（最小） 稳定 ε实际＝0.37～0.40 附壁效应：靠炉墙处，由于ε实际较大，且通道较为光滑，气体易通过，即所谓“附壁效应” 不均匀粒度炉料时，ε将进一步下降（小粒添充于大粒的孔隙中），粒度差别越大，ε越小 大小颗粒单独存在时，ε均约为0.40 大小颗粒加以混合，则ε0.40 当大颗粒占64％，小颗粒占36％时，ε为最小，且当粒径比愈小时，ε降低得愈厉害。 ε 粗粒比例 0.4 0 d小/d大 ↓ ， ε ↓ 64 ε↑→ΔP↓ 比表面积S （m2/m3）： 对1m3散料有N个球，其总表面积： 球体积： ，料总体积（1－ε），则 比表面积 料块S↑→摩擦阻力↑、ΔP↑ 形状系数φ：实际炉料并非规则球形，为了修正，引入φ 料块φ↑→摩擦阻力↓、ΔP↓ 式中： 为与实际颗粒体积相等的球的表观直径，亦可下式计算： G－料层试样重量 N－料层中料块个数 r－料块密度 dp－料块平均粒径 当量直径 水力学当量直径dl： 式中：V－料层内物料之间空隙的体积； S－料层内物料的全部表面积； d－散料颗粒的直径。 比表面积平均直径de： 式中：xi－第i级别颗粒的重量分数； di－第i级别颗粒的直径。 料块当量直径↑→摩擦阻力↓、ΔP↓ 煤气流经散料层的阻力损失 欧根公式 式中：ΔP/L－散料层的压力降梯度（牛顿/米2/米）； μ－气体粘度（Pa·s）； ω空－气体的空炉流速（m/s）； de－颗粒的当量直径（m）； ρ－气体密度（kg/m3）； ε－散料层的空隙率； φ－颗粒的形状系数。 第一项代表层流情况，第二项代表紊流情况 高炉煤气流速可高达10～20m/s，相应的Re≈1000～3000，高炉处于紊流状态，第一项可舍去： 炉料特性 煤气特性 1.75 0.87 30.5mm 0.41 36~38° 白云石 0.59 0.65 7~12mm 0.48 32~36° 烧结矿 0.48 0.92 12.7mm 0.36 28~32° 球团矿 4.0 0.72 36mm 0.50 36~44° 焦炭 透气性指数 形状因子 比表面平均直径 空隙率 息止角 炉料种类 不同炉料特性 透气性指数 焦炭的透气性大大由于矿石，炉内固相区决定煤气流分布的是矿石层对焦炭层的相对厚度 对欧根公式的分析 炉料方面[ ] 形状系数φ：一般无法调节 粒度影响：为使ΔP↓→de ↑（料块S ↑，摩擦阻力↑）；为了传热和还原→de↓。二者矛盾 一般是保证传热和改善间接还原，即使用较小粒度的矿石。改善透气性的重点是增加空隙率 空隙率：入炉炉料粒度均匀，无粉末（影响最大） 措施 整粒→按粒度分级入炉 炉料具有较高的机械强度 煤气方面[ ] 煤气流密度：一般情况下是无法调节的 煤气流速：决定因素 温度升高，气体体积膨胀→ω空↑→ΔP↑ 例如：1650℃下空气体积是常温的6.5倍 炉顶