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高炉主控操作

来源:用户分享 时间:2025/9/30 16:39:08 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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(1)降低炉渣碱度。

(2)保持炉渣碱度不变的同时提高渣中MgO含量,炉渣排碱能力可提高。 (3)必要时适当加大渣量。

35、高炉内碳的气化反应有什么规律? 答:高炉内碳的气化是另一个物态变化:固体的焦炭和煤粉气化转为气态的煤气。一般来说碳与氧燃烧反应生成两种化合物CO和CO2。产物为CO的称为不完全燃烧,燃烧产物为CO2的称为完全燃烧。研究表明碳在空气中燃烧时同时产生CO和CO2,这两种氧化物绝对的相互排斥是不可能的,究竟最终获得哪一种取决于温度和环境的氧势,高温(1200℃>以上)、缺氧时一定是CO。

高炉内碳的气化分为:(1)风口前燃烧带内与鼓入的热风燃烧气化。(2)在燃烧带以外

与矿石和熔剂中氧化物的氧反应而气化。从炉顶装入高炉的焦炭有65~80%在风口前燃烧气化(称做焦炭在风口前的燃烧率),其余35~20 %是在下降过程中与炉料氧化物的直接还原中气化。从风口喷吹入炉缸的煤粉有80~85%在风口前气化,其余20~15%(称为未燃煤粉)是在随煤气上升过程中与炉料氧化物中的氧反应而气化。实际上焦炭和煤粉中有10%是不气化的,而是溶入铁水成为生铁的一种合金元素。在风口前燃烧带,热风带入的氧多,在燃料的表面产生的CO在燃烧带焦点处又与O2反应成CO2,但是随着煤气离开燃烧带中心,环境就变为碳多且无自由氧,CO2与O2反应而成为CO。在燃烧带以外,碳的气化全通过直接还原途径而形成CO。所以高炉内燃料中的碳不论在何处气化,其最终产物都是CO。

36、 高炉炉缸燃烧反应有什么特点?燃烧产物的成分和数量如何计算?

答:研究表明煤的燃烧要经历三个次过程:加热蒸发和挥发物分解;挥发分燃烧和碳结焦;残焦燃烧。进入高炉的焦炭在炼焦过程中已完成前两个次过程,到达风口燃烧带只需完成最后一个次过程。喷入高炉的煤粉需要完成全部三个次过程,这三个次过程可循序进行,也可重叠甚至同时发生。焦炭是具有一定粒度的块状物,它进入炉缸燃烧不受时间限制,可通过各种方式燃烧直到完全气化。喷吹煤粉进入炉缸燃烧,不仅比焦炭燃烧多了两个次过程,而且它是粉状,能随气流流动,它应在炉缸燃烧带内停留的有限时间(0.01-0.04s)和有限空间(燃烧带长度1.2—1.4m)内完成,否则将随煤气上升而成为未燃煤粉,过量的未燃煤粉会给高炉生产带来很多麻烦。所以要采取技术措施加快煤粉的燃烧过程,保证煤粉在燃烧带内的燃烧率达到80~85%。

在现代高炉上,炉缸燃烧反应是在燃料作剧烈旋转运动中与氧反应而气化的,完全替代了20世纪50年代前高炉没有强化时的层状燃烧理论。在炉缸燃料中碳的燃烧反应的产物是CO,属不完全燃烧,燃烧产物由CO、H2和N2组成。 影响炉缸煤气成分的因素有鼓风湿度、鼓风含氧量和喷吹物等。当鼓风湿度增加时,由于水分在风口前分解成H2和O2,炉缸煤气中的含H2量和CO量增加,N2含量相对下降。喷吹含H2量较高的喷吹物时,炉缸煤气中含H2量增加,CO和N2相对下降。当鼓风中的氧浓度增加时(如富氧鼓风),炉缸煤气中的CO浓度增加,N2浓度下降,由于N2浓度下降的幅度较大,煤气中的H2浓度相对增加。前两种情况下炉缸煤气量增加,后一种情况下煤气量下降。

37、 炉缸燃烧反应在高炉冶炼过程中起什么作用?

答:炉缸燃烧反应在高炉冶炼过程中的作用如下:

首先,焦炭在风口前燃烧放出的热量,是高炉冶炼过程中的主要热量来源。高炉冶炼所需要的热量,包括炉料的预热、水分蒸发和分解、碳酸盐的分解、直接还原吸热、渣铁的熔化和过热、炉体散热和煤气带走的热量等,绝大部分由风口前燃烧焦炭供给。

其次,炉缸燃烧反应的结果产生了还原性气体CO,为炉身中上部固体炉料的间接还原提供了还原剂,并在上升过程中将热量带到上部起传热介质的作用。 第三,由于炉缸燃烧反应过程中固体焦炭不断变为气体离开高炉,为炉料的下降提供了36(左右的自由空间,保证炉料的不断下降。 第四,风口前焦炭的燃烧状态影响煤气流的初始分布,从而影响整个炉内的煤气流分布和高炉顺行。

第五,炉缸燃烧反应决定炉缸温度水平和分布,从而影响造渣、脱硫和生铁的最终形成过程及炉缸工作的均匀性,也就是说炉缸燃烧反应影响生铁的质量。由此可见,炉缸燃烧反应在高炉冶炼过程中起着极为重要的作用,正确掌握炉缸燃烧反应的规律,保持良好的炉缸工作状态,是操作高炉和达到高产优质的基本条件。

38、 什么叫风口燃烧带和风口回旋区?

答:炉缸内燃料燃烧的区域称为燃烧带,它包括氧化区和还原区。风口前自由氧存在的区域称为氧化区,自由氧消失到CO2消失的区域称为还原区。由于燃烧带是高炉内惟一属于氧化气氛的区域,因此亦称氧化带。

在现代高炉中热风以100m/s以上的速度通过风口射向炉缸中心,遇到由上方滑落下来的焦炭发生燃烧反应,与此同时焦炭在高速鼓风冲击下做回旋运动,其速度因粒度大小、互相碰撞和进入回旋区时的初速度而在, 4~30m/s的大范围内波动。做高速回旋运动的固、气多相流产生的离心力与作用在此区域外部的料柱有效重力相平衡,从而在每个风口前形成一个疏散而近似梨形的空间,通常称它为风口回旋区。从回旋区上方滴流下来的液体(约20~40g/s的熔渣和铁液)被高速气流抛向炉子中心与焦粒回旋运动中产生的而又未气化的碎焦形成较致密的回旋区外壳。回旋区的尺寸略小于燃烧带,回旋区的前端约为燃烧带氧化区的边缘,而燃烧带的还原区则在回旋区外壳之外的焦炭层内。

燃烧带和回旋区的大小及它们在炉缸截面上的分布对高炉内煤气流和温度场的分布有极重要的影响。因此布置好风口位置以尽量缩小相邻两燃烧带之间的死区、控制好与炉缸直径相适应的燃烧带和回旋区的大小成为高炉操作的重要内容。

影响燃烧带和回旋区大小的因素有:

(1)鼓风参数。如风量、风温、风压、湿度等。一般来说能增大鼓风通过风口时的风速,从而增加鼓风动能的,都可使燃烧带和回旋区增大,如加大风量、提高风温;而增加风压却相反,它使同样质量鼓风的体积缩小,降低鼓风动能。 (2)燃料燃烧速度。碳的气化反应速率高,则气化性物质消耗快,燃烧带缩小。富氧鼓风,燃料的反应性好,介质温度高等都将缩小燃烧带。

(3)上部炉料和煤气分布情况。如果燃烧带上方的分布为边缘矿石少、焦炭多的边缘发展型,则燃烧带缩小;若实行的是中心加焦技术,边缘矿石多、而中心焦炭多的中心发展型,则燃烧带向中心延伸。如果上部炉料负荷重;堆密度大,作用于回旋区上的有效重大,回旋区会缩小;而焦炭粒度大,落入回旋区的液态

物数量多,它们受鼓风冲击而运动时消耗鼓风动能多,鼓风动能衰减快,回旋区和燃烧带都会缩小。

(4)喷吹煤粉。喷吹煤粉的影响是多方面的:1)喷吹煤粉在直吹管内部分分解和燃烧,增加了通过风口时的混合气体(鼓风加部分煤粉分解燃烧产生的煤气),动能增加;2)燃烧带形成的煤气中含H2量增加;3)喷吹煤粉后煤粉置换部分焦炭,炉料中负荷增大,堆密度增加;4)低喷煤量时中心气流发展,大喷煤量时未燃煤粉造成中心打不开等。因此喷吹煤粉对燃烧带和回旋区大小的影响要视具体情况分析确定。

39、 什么叫风速?什么叫鼓风动能?如何计算风速? 答:高炉炼铁中鼓风通过风口时所达到的速度,它有标准风速和实际风速两种表示方法。单位时间内每个风口鼓入高炉内鼓风所具有的机械能称为鼓风动能。风速和鼓风动能与冶炼条件有关,它们在一定程度上决定着燃烧带和回旋区的大小,也就决定着初始煤气的分布。

风速是用单位时间内通过一个风口的风量除以风口截面积求得。用标准状态下的风量算得的风速称标准风速;而用冶炼实际风温和热风压力条件下算得的为实际风速。

40、什么叫风口前理论燃烧温度?它与炉缸温度有什么区别? 答:风口前焦炭燃烧所能达到的最高温度,即假定风口前焦炭燃烧放出的热量全部用来加热燃烧产物时所能达到的最高温度叫做风口前理论燃烧温度,也叫高炉火焰温度或绝热火焰温度。

理论燃烧温度是指燃烧带在理论上能达到的最高温度,生产中一般指燃烧带燃烧焦点的温度。而炉缸温度一般是指炉缸渣铁的温度,两者有本质上的区别。理论燃烧温度可达1800~2400℃而炉缸温度一般在1500℃左右。

41、哪些因素影响理论燃烧温度? 答:影响理论燃烧温度的因素有:

(1)鼓风温度。鼓风温度升高,则鼓风带入的物理热增加,理论燃烧温度升高。 (2)鼓风富氧度。鼓风含氧量提高以后,N2含量减少,此时虽因风量减少而使Q风有所降低。但由于V N2降低的幅度大,理论燃烧温度显著升高。

(3)喷吹燃料。由于喷吹物分解吸热和V H2增加,理论燃烧温度降低。由于各种喷吹燃料的分解热不同,所以,喷吹天然气降低理论燃烧温度最剧烈,重油次之,无烟煤降低最少。

(4)鼓风湿度。鼓风湿度的影响与喷吹物相同,由于水分分解吸热,理论燃烧温度降低。

42、煤气上升过程中量、成分和温度发生什么变化?

答:燃烧带内形成的煤气进入炉缸、炉腹及其在上升过程中,由于在高温区内各种形成CO 的碳气化反应的发生,使煤气的量和成分都有变化。主要表现为CO数量和百分比都增大。由高温区进入中温间接还原区时的煤气,常被称为炉腹煤气。

在间接还原区内,煤气中部分CO和H2参与间接还原而转化为CO2、H2O,易分解熔剂分解出少量CO2也进入煤气。由于生产中炉顶煤气无法分析出H2O还,所以

无论是取样分析或计算都是于煤气成分,H2还原生成的H2O还不算在炉顶煤气成分中,而单独算出。

另外过去长时间认为炉顶煤气中有CH4,理论上讲高炉内没有生成CH4的条件,相反焦炭和喷吹燃料(特别是天然气90%以上是CH4)带入的CH4在高炉内要分解,现代的气相色谱仪分析炉顶煤气表明炉顶煤气中没有CH4,用奥氏分析仪吸收法分析煤气出现CH4纯属分析误差所造成。

由于炉缸燃烧带内形成的煤气中CO量是鼓风中氧量(包括热风中的自由氧和湿分中的氧)的1倍,所以在不富氧时V燃/V风=1.25,富氧鼓风后此比值增大,增大数值与富氧率相对应。炉顶煤气量因直接还原、熔剂分解、焦炭挥发分的析出等又比V燃增大,V顶/V风=1.4煤气温度由于热交换,将热量传给炉料及消耗于各种反应而降低。

43、 哪些因素影响炉顶煤气成分?

答:因冶炼条件的变化而引起炉顶煤气成分(体积分数)的变化,主要指煤气中CO和CO2数量的变化,其他成分的变化不十分明显。炉顶煤气中的(CO+CO2)量基本稳定在40~42%之间,下列因素影响其值的波动:

(1)当焦比升高时,单位生铁的炉缸煤气量增加,煤气利用率降低,煤气中的CO升高,CO2降低。同时,由于入炉风量增加,带入的N2在煤气中的比例增加,含量下降。

(2)当炉内铁的直接还原度提高时,煤气中的CO增加,CO2下降,同时,由于风口前燃烧的碳量减少,入炉风量降低,带入的N2量下降,(CO+CO2)含量升高。 (3)熔剂用量增加时,由于分解产生CO2,煤气中CO2和(CO+CO2)含量增加,N2下降。

(4)矿石氧化度提高时,即矿石中的Fe2O3增加时,间接还原消耗的CO增加,产生同体积的CO2,因此,煤气中的CO2增加,CO下降,(CO+CO2)含量没有变化。 (5)鼓风含氧量增加时,由于煤气中的N2的比例下降,CO和CO2升高,(CO+CO2)含量可增大到45%

(6)喷吹燃料时,由于煤气中H2所占的比例增加,N2和(CO+CO2)含量下降。

44、什么叫炉料与煤气的水当量? 答:水当量是为了研究高炉热交换过程而引出的概念。单位时间内通过高炉某一截面的炉料或煤气升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量,称为炉料或煤气的水当量。用炉料流股或煤气流股的质量(或体积)与其平均热容的乘积表示。

高炉冶炼中还用每吨生铁的炉料或煤气升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量来表示水当量。在现代高炉上,水当量沿高炉高度上的变化规律是:煤气水当量上、下部基本相同(约2000~2500kj/t℃),这是因为G气上部大,下部小,而c气相反,上部小,下部大,两者乘积基本相同;炉料水当量上部小,下部大,这是由于上部不仅吸热反应少,而且CO 间接还原还放热,所以表观c气小,下部则有大量的吸热反应,还需炉渣和生铁熔化耗热,所以表观c气很大。

45、煤气上升过程中的热交换有什么规律?

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