钢铁冶金学(炼铁部分)(4)

t气顶?t气空-?料，由此可分析影响炉顶煤气温度的因素：即凡是使由（t料空-t料顶）?气?料?(即使ω气↓)均可使炉顶煤气?气此可分析影响炉顶煤气温度的因素：即凡是使

温度↓。措施有：提高风温，减少焦比→煤气量↓→ω气↓；富氧→煤气量↓ →ω气↓。 ②空区：ω气＝ω料，炉料吸热与煤气放热基本上保持平衡，因此炉料和煤气的温度变化都不大。

③ 下部热交换区：?料??气，炉料升高1℃所吸收的热量＞ 煤气降低1℃所放出的热量。同理可得到即煤气冷却快，炉料加热慢。可见影响炉缸渣铁温度的主要因素是t气缸和

‘?气‘?缸'‘。提高炉缸渣铁温度的措施：为使w气↑→ 焦比不变时，提高风

温、富氧；为使ω′料↓→减小直接还原比例、减小渣量。

注：

1、高炉是一个以煤气上升、炉料下降的逆流式移动床为特征的反应器，存在着多相物质间的传质、传热和动量传输，传输过程非常复杂。

高炉中的软熔带是传递阻力最大的地方，因此要求软熔带应尽可能薄、位置应尽 可能低。

2、附壁效应：靠炉墙处，由于实际的孔隙度ε实际较大，且通道较为光滑，故此处气体易通过，即所谓―附壁效应‖。

球的面积?d26A?3?=料 3、比表面积S=

球的体积?d/6d1-?形状系数??与实际颗粒体积相等的球的表面积d ?实际颗粒的表面积ds4、炉料下降的条件:（1）自身重力＞ 阻力。阻力：炉料―炉墙间摩擦力(P墙)、

不同速度炉料间的摩擦力(P料)、上升煤气流对炉料的浮力(ΔP浮)。炉料下降的有效作用力F＞0，F=(w料重－P墙－P料－ΔP浮)＞0=(w有效重量－ΔP浮)＞0。（2）除有下降的能力外，还需要有空间。提供空间：风口燃烧焦炭、周期性出渣铁（主要）、炉料的重新排列组合、炉料的软化熔融。

当有空间条件下，且w有效＞ ΔP浮时，炉料可顺利下降！

5、煤气分布关系到：炉内温度分布、软熔带形状、炉况顺行、煤气利用。 影响煤气分布的因素：①燃烧带：鼓风动能大——发展中心煤气流，鼓风动能小——发展边缘煤气流，通过送风制度调整。②炉料：分布焦炭多、大块料多处——煤气流发展，矿石多、小块料多处——煤气流抑制，通过装料制度调整。 高炉煤气分布的三个阶段：原始分布——炉缸燃烧带、再分布——炉身下部软熔带、第三次分布——炉身上部块状带。煤气沿高炉截面分布状况的检测方法：1、炉喉径向煤气CO2测定；2、炉喉径向煤气t测定。

6、高炉条件下的传热方式和给热系数，传导传热、对流传热、辐射传热。高炉

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上部：传导、对流热交换；高炉中下部：对流、辐射热交换；炉缸：辐射、传导热交换。

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第六章 高炉冶炼工艺及强化

1、提高风温后高炉冶炼进程将发生什么变化？并说明原因。 答：（1）风口前燃烧碳量C风口减少。原因：①风温提高，焦比下降，C风口↓；② 热风带入显热代替了部分焦炭的燃烧热，C风口↓。

（2）高炉内温度场发生变化：炉缸温度t缸↑，炉身温度t身↓，炉顶温度t顶↓，中温区(900～1000℃)略有扩大。 原因：风温提高，风口前理论燃烧温度t理上升---每上升100℃风温，理论燃烧温度上升60-80℃，导致t缸↑；C风减少、煤气量减少，煤气和炉料水当量的比值下降，炉身和炉顶煤气温度均下降。

（3）直接还原度略有上升。 原因： C风↓ → CO↓；t身↓ → 间接还原↓；中温区扩大，使间接还原↑。---- ri稍↓，rd稍↑

（4）炉内料柱阻损ΔP↑。

?焦比??料柱透气性???下部煤气流??速???????P??下部透气性 原因? ??t缸????顺行条件变坏?SiO挥发量???????隙??堵塞料柱孔??

（5）有效热消耗Q有效减少，使焦比下降。原因：风温提高以后，焦比降

低，由焦炭带入炉内的灰分和硫量减少，导致单位生铁的渣量和脱硫好热减少；产量提高，单位铁水热损失降低，焦比降低。

（6）改善铁水质量。原因：①风温↑→ 焦比下降，高炉的硫负荷下降，炉缸温度升高，热量充沛，→ 易于冶炼低硫铁水；②风温↑→ 炉缸温度、铁水含硅量可控制在下限水平，→ 易于冶炼低硅铁水。

2.如何实现高炉系统的高压操作？高压操作以后对高炉冶炼的进程影响如何？并说明原因。

答：高压操作流程：风机→热风炉→高炉→炉顶煤气→除尘→高压阀组→净煤气管道。用控制高压阀组的开闭度和鼓风压力，提高高炉炉顶煤气压力。

高压操作综合效果：提高高炉产量（在风量不增加时，①ΔP减小，高炉顺行容易，可接纳更多风量。②由于一方面压力增大，鼓风体积减小，鼓风动能降低；另一方面CO和O2分压增大，反应速度加快，导致燃烧带减小。因此可增加鼓风量，提高另外冶炼强度，从而提高产量）、降低高炉焦比（①炉况顺行，煤气利用率提高；②炉尘吹出量大幅减少；③产量提高单位生铁热损失减少；④有利于间接还原发展；⑤生铁含Si可控制在下限水平）、促进顺行、改善铁水质量（①抑制了C+SiO2=CO2+Si的正反应进行，[Si]降低，有利于冶炼低硅生铁；②降低了焦比，减少了带入的有害元素，改善铁水质量）、减少炉尘吹出量。

高压操作具体影响：（1）燃烧带缩小。原因：①炉内压力↑ → 鼓风体积↓ → 鼓风动能↓(当顶压由15 kPa→80 kPa时，E降到原来的76%)；②P缸↑→燃烧带内Pco2、Po2↑，燃烧速度加快。 为了维持合理的燃烧带大小以利于煤气流分布合理，故可增大风量", 从而对增产有积极作用！

（2）对还原的影响(rd↓，[Si]↓)。①对铁氧化物还原的影响：因为热力学上抑制了C+CO2 = 2CO正反应，动力学上加快扩散和反应速度，所以高压有利于间接还原发展，使ri↑；高压抑制了直接还原发展，使rd↓。②对Si还原的影响：因为抑制了C＋SiO2 == SiO(g)＋CO正反应，使rdSi↓，[Si]↓。所以说高压操作对低硅铁水冶炼有利！但高压使石灰石分解推迟、分解温度升高、分解位置下降，对焦比下降不利。

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（3）料柱阻力损失ΔP↓。由于，料层气流阻损ΔP与气体压力成反比，ΔP高压

＜ΔP常压。高压操作有利于顺行(下料通畅)。

如果ΔP维持常压时的水平，则入炉风量可以↑， 从而产量↑，高压操作有利于增加高炉铁水产量。

（4）影响炉顶布料，并大幅度减少炉尘吹出量。由于：① P顶↑，h动↓，另煤气流速↓，炉尘吹出的粒径变小、吹出量大大减少；② P顶↑，h动↓，影响着炉料落入料面的运动轨迹。表现为炉料堆尖变陡、料面漏斗状加深、边沿料层加厚，导致炉喉径向分布发生变化，有可能影响边沿区域的炉料透气性，必须与上部调剂相适应。

（5）焦比降低—— 综合―间接作用‖。

3.高炉喷煤的效果何在？喷吹煤粉对高炉冶炼的影响如何？原因何在？ 答：主要目的：代替部分资源贫乏、价格昂贵的冶金焦炭。

(1) 对风口燃烧带的影响。A.风口前燃烧的热值降低。原因：1）煤粉在燃烧前的脱气和结焦要消耗热量；2）具有部分的未燃煤粉。B.燃烧带扩大。原因：1）炉缸的煤气量增加；2）部分煤粉在直吹管和风口内燃烧，形成高温（高于鼓风温度），从而促进中心气流发张，鼓风动能增加。C.风口前理论燃烧温度下降。原因：1）煤粉是冷态的；2）煤粉分解需要消耗热量。

（2）对高炉温度场的影响。A.炉内温度场变化。原因：1）高温区上移，炉身各炉顶略有上升；2）炉缸边缘温度下降，理论燃烧温度降低所致；3）炉缸中心温度升高，因为煤气量、煤气含氢、鼓风动能增加，煤气穿透力增强所致。B.存在热滞后现象。原因：1）喷入煤粉分解需要吸热，致使炉缸温度暂时下降；2）被还原性强的气体作用后的炉料，下降到炉缸，由于这部分炉料直接还原耗热少，炉缸温度回升；3）―热滞后‖时间约为3-4小时。

（3）对还原的影响。喷吹后，间接还原发展，直接还原度下降。原因：1）还原组分（CO+H2）浓度增加，煤气量增加；2）碳的熔损反应减少：a.炉下部温度降低，b.焦比降低，焦与气反应表面积下降；3）焦比下降，单位生铁的炉料容积减小，矿石在炉内停留时间变长。

（4）对煤气分布的影响。喷出后，煤气量增加。原因;1)焦比减少，透气性变差；2）煤气量增加，流速增大。

（5）对顺行的影响。A.不利的一面：煤气阻力损失ΔP↑。原因：1）煤气量↑→ 煤气流速增大；2）焦炭量↓→ 料柱透气性↓。B.有利的一面：焦炭负荷加重→W有效↑?焦比↓→焦炭量↓所致。

（6）对铁水质量的影响。喷吹后，焦比降低，只要喷吹物含S量低于焦炭，铁水硫含量↓，质量普遍提高。

4.说明富氧鼓风对高炉冶炼的影响及其原因。喷吹煤粉与富氧鼓风有何关系？ 答：富氧对高炉冶炼的影响及其原因：① 提高产量，每富氧1%，增产3%～5%；② 提高理论燃烧温度t理，每富氧1%, 提高45～50℃ (炉缸煤气量↓所致)；③ 燃烧带有缩小的趋势(N2↓, t理↑→加快碳的燃烧过程)；④ 高温区下移，炉身、炉顶温度↓(煤气量↓所致)；⑤ 直接还原度略有升高，1）炉身温度下降，直接还原升高，2）冶炼强度提高，停留时间简短，直接还原升高，3)尽管CO增加，直接还原度减少，但影响不大。

富氧鼓风与喷煤相结合对于扩大喷煤量和增加富氧量均有好处：1）富氧的热量不足由喷煤补偿；2）喷煤的t理不足由富氧弥补；3）富氧的煤气量不足由喷煤补偿；4）喷煤的燃烧率由富氧来提高。

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5.何谓高炉四大操作制度?何谓“上部调剂”和“下部调剂”,各起什么作用，为何两者要相结合？

答：高炉操作制度是指高炉为达到优质、低耗、高产、长寿和高效益，而在一定冶炼条件下所采取的一系列规则和手段的集合。包括：装料制度、送风制度、造渣制度和热制度。(1)装料制度是炉料装入炉内方式的总称，具体指炉料装入炉内时，炉料的装入顺序、批重大小及料线高低等的合理规定。(2)送风制度是指在一定冶炼条件下，通过风口向炉内鼓风的各种控制参数的总称(即鼓入炉内的风的数量、质量和风口进风状态)。(3)造渣制度是指控制炉渣各种理化性能的总称。(4)热制度是指炉内的热状态，就是根据冶炼条件和不同铁种，为达到最好的冶炼效果而选择最适当的炉缸温度（热制度实质上是多种操作制度的综合结果）。

―上部调节‖是通过改变装料制度来调节炉况。即通过对炉料在高炉上部的分布状况的调节来保证顺行、煤气利用等炉况的正常。

―下部调节‖是通过改变送风制度来调节炉况。即通过对各送分参数和喷吹参数的变动来控制风口燃烧带状况和煤气流的初始分布，从而来调控炉况。

与上部调节相配合是控制炉况顺行、煤气流合理分布和提高煤气利用的关键。一般来说下部调节的效果较上部调节快。（以稳定热制度([Si]、T铁、T渣)为目标，以造渣制度[(CaO)/(SiO2)、(%MgO)、(%Al2O3)]等为基础，以装料制度(上部调剂)和送风制度(下部调剂)为调剂手段，下部调剂为基础，上、下部调剂相结合，达到下料均匀(炉况稳定顺行)、煤气流分布合理、炉温稳定、铁水质量合格(炉缸工作良好)，实现优质、低耗、高产、长寿和高效益。） 6.提高风温可采取什么措施？风温的进一步提高受何限制？

答：风温升高超过极限时，致使炉况不顺（焦比升高、产量下降）。接收高风温的条件：（1）精料，改善料柱的透气性；（2）高压操作，降低煤气流速ΔP↓；（3）降低风口理论燃烧温度，通过热分解①喷吹燃料②加湿鼓风（在不喷吹燃料时）。

获得高风温：（1）烧出高风温：①空气预热（添加预热炉）；②高发热值燃料。（2）热风炉能够承受高风温①改进热风炉结构②改进材质（钢、耐火材料）③采用高温热风阀④改善保温问题。

7.何谓“加湿鼓风”、“脱湿鼓风”？说明各自对高炉冶炼的影响。

答：加湿鼓风：在鼓风中加入水蒸气以提高鼓风湿度。通常水蒸气在冷风管道中加入，最大特征—强化高炉冶炼、促进顺行。

脱湿鼓风：把鼓风中的水分脱除一部分，使鼓风湿度保持在低于大气湿度的稳定水平。通常用氯化锂作脱湿剂吸收鼓风中水分，或用冷却法脱除鼓风中水分。最大特征—节省燃料消耗。

不喷煤高炉(全焦冶炼)?加湿鼓风。影响：①鼓风含氧量增加，冶强↑；焦比不变时，产量↑；②充分利用高风温(水分耗热，为高风温创造了条件)；③H2浓度↑，有利还原，rd↓；④消除大气湿度波动对高炉炉况的影响—— 稳定湿度；⑤可减少单位碳量在风口燃烧所需风量→煤气量↓，ΔP↓；⑥保持ΔP一定时，可加风，冶强↑，产量↑。对于不喷吹燃料的高炉，加湿鼓风不失为一种调剂炉况的手段。

喷煤高炉?脱湿鼓风。影响：①节省湿分的耗热以弥补喷煤分解耗热(将湿分分解消耗的热量节省下来用于喷煤更合算！)；②可以消除大气湿度波动的影响—稳定湿度。

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