河北联合大学钢铁冶金学炼铁 讲义

第一部分 概论 一、 高炉本体 发展趋势：大型化 （热损小） 、矮胖型 二、高炉生产特点 1、逆流条件下 完成的复杂物理化学反应； 2、无法直接观察； 3、生产规模大； 4、钢铁联合企业的重要一环； 5、长期连续生产，具有滞后性； 6、机械化和自动化程度高； 三、 高炉原料 1、铁矿石 (烧结矿、球团矿、天然块矿 ) 成分：含（ 1）含铁品位 ( （ 2） （ 3）酸性氧化物； 2、熔剂（石灰石、白云石 3、燃料：焦炭、煤粉、 C 4、空气： 多） 四、高炉产品 1、生铁 （ 1）成分有 C、 S、 P 等（ V、 （ 2）分为炼钢生铁 （ 为 还原； 3、 S、 P 要低，因为铁合金在后期加入钢水中，不能再脱 S 和脱 P，要求 2O （饱和蒸汽压） （ 2）蒸发： 100时： P 实际上：烧结料层中 此水汽化的沸腾温度低于 100。 烧结过程中汽化在 120至 125完成 原因有： 1、 烧结过程传热速度快，烧结混合 料快速加热； 2、 分子水与固体颗粒之间的结合力大，不易去除。 （ 3）凝结： 水分的再分布，温度是露点： 结过程中露点一般为 50 消除水分凝结的措施是将混合料温提高到露点以上。 （ 4）分解： 分解吸热，增加燃料消耗。 褐铁矿： 250至 300分解。 高岭土（ 400开始分解， 500至 600大量分解，完成去除结晶水要到1000左右。 3 碳酸盐分解及矿化作用 一、 分解反应： 影响碳酸盐分解因素： 1）烧结温度：高有利于分解。 2）石灰石粒度：小有利于分解，要求小于 3 3）杂质（ 少有利于分解。 4）活性：高有利于分解。 二、 碳酸盐 的 矿化作用： 固化反应，形成 。 如果没有发生矿化作用，则会形成白点（ O)2 体积膨胀，产生粉化。 影响矿化作用的因素： 1）烧结温度：高有利于矿化。 2）石灰石粒度：小有利于分解，要求 3 3）矿粉粒度：小有利于分解。 4）活性：高有利于分解。 4 烧结过程 中固体碳的燃烧 一、固体碳燃烧的 特征： 1） C 少，稀而均匀。重量比 3体积比 10%左右。 2）传热条件好。 “抽风 ” 3）具有 一定量的空气过剩系数： =实际耗氧 /理论耗氧 二、固体碳的 燃烧过程：完全燃烧与不完全燃烧同时存在。 xC+ 2，零级反应 烧结过程温度实际处在 1200 1间，中间过渡状态，烧结废气中 存。 烧结废气成分为： 三、空气过剩系数 + 四、 烧结料层的气氛条件：根据废气成分确定。 烧结过程中：自由氧为 2是氧化性或弱氧化性气氛。但在固体燃料表面附近，则是还原性气氛。 可以说，烧结过程宏观上氧化性气氛；微观上有还原性气氛。 固体燃料粒度过大时，还原气氛强，要求固体燃料粒度小于 30%。 五、 固体碳燃烧速度 处于扩散速度范围内 固体燃料粒度增加，气流速度提高，气流中含氧增加，则料层温度升高。 5 烧结料层的热交换 1、自动蓄 热作用： 定义是热烧结矿将热量传给气体，气体温度上升，然后气体将热量带给下层燃烧带，这种现象称为自动蓄热作用。 自动蓄热作用对燃料带的温度影响很大，可以提供燃烧带全部热量的 40%以上。料层越厚，自动蓄热作用越强。 2、垂直烧结速度： 定义是燃烧带（高温区）向下移动的速度。 与料层内的风量（料层透气性）成正比，是决定烧结矿产量的重要因素。 垂直烧结速度过快：废气传给物料的热量不足，烧结温度降低，烧结矿强度下降，烧结矿成品率下降，烧结矿产量下降。 垂直烧结速 度过慢；烧结矿产量下降，颗粒内部热量多，但表面温度低，液相生成量不足。 3、高温区的温度水平 决定于高温区的热平衡和气流与物料间的传热条件。 2+= m c 气显热， 结过程中燃料燃烧放热以及所发生的各种反应的热效应总和， 3：从烧结上层下来的废气中吸收的热量， 气带走的热量， 温区热损失， kJ m ：高温区物料重量， C ：烧结料比热， kJ/。 影响因素：配碳量增加，石灰石量减少， 加， T 升高；烧结过程越往下， 加越多， T 升高，抽风烧结的特点；热风烧结， 加， T 升高。最好在烧结过程的前期供热风，因为此时的 4、高温区的厚度 高温区是料层透气性最差的一层。 燃烧速度与传热速度的配合对高温区的温度和厚度有重要的影响。 （ 1）燃烧速度 传热速度：废气传入颗粒内部的热量减少，废气温度升高，带走的热量增加，高温区加厚。 （ 3）燃烧速度传热速度：料层温度最高，高温区厚度最小。 （ 4）燃料粒度大，则燃烧速度下降，高温区水平下降，高温区厚度增加。 （ 5）配碳量增加，高温区水平升高，高温区厚度增加。 6 烧结料层中的气体流动 气体流动阻力 P=f(、 w、 d、 H), 垂直烧结速度取决于烧结料层在烧结过程中的透气性，不是烧结料 层的原始透气性。 烧结矿层：透气性比较好。 燃烧层有液相： P 最大，此层越薄越好。 预热干燥层：透气性主要取决于干燥后混合料中小球的强度。 过湿层：透气性比较差。 烧结点火后，烧结矿层未形成， P 升高，而后逐渐降低。气流分布均匀，则垂直烧结速度均匀，烧结成品率升高。 7 烧结 过程中 氧化还原反应 烧结过程宏观上是氧化气氛，但也存在还原气氛，尤其在配碳量比较高和燃料粒度比较大时比较明显。 1） 在烧结过程中会发生热分解和还原。 3+ 还原 固相反应形成 列，则难还原。 2） 在烧结过程中分解难，但在 1300 发生下面的反应。 2(2在烧结过程中可以还原， O=900 ,平衡 时也可以发生下面的反应： 3(22在，则不利于 2形成。 在烧结过程中也可以氧化成 件是料层透气性好，配碳量比较低，氧化反应是放热反应。 （ 3） 在烧结过程中还原比较困难，只有在配碳量特别高时才有可能。 在烧结过程中可以被氧化成 件是料层透气性好，配碳量比较低，供氧充足。 （ 4）锰氧化物： 进行热分解； 易进行热分解，但可还原成 易还原。 （ 5） 降低烧结矿中 条件 1） 2） 3） 4） 5） 8 烧结过程中固相反应 1、固相反应 2、液相反应 3、冷凝结晶 ？ 影响固相反应的因素有： 矿粉粒度；混匀程度；燃料用量；烧结气氛。 9 烧结 过程中 液相的生成 这些液相就是粘结相，对烧结矿质量和产量有非常重要的影响。 （ 1）铁氧（ 系： 铁氧化物固溶体。 高品位烧结矿的主要粘结相，脉石成分比较小。 （ 2） 系： 酸性烧结矿的主要粘结相。 2 熔点： 1205 熔点： 1177 熔点： 1178 特点：强度比较高；但还原性比较差。 生成条件：比较低的碱度，有 较高的温度；还原性气氛。工艺是燃料用量高。 烧结矿碱度与高炉炉渣碱度的区别和联系 : 烧结矿碱度高炉炉渣碱度：酸性（低碱度）烧结矿 烧结矿碱度 高炉炉渣碱度 ：自熔性烧结矿 烧结矿碱度 高炉炉渣碱度：高碱度（熔剂型）烧结矿 （ 3） 系： 熔剂性烧结矿的主要粘结相。 熔点： 1544 熔点： 1450 32 熔点： 1460 2 熔点： 2130 特点：固相反应生成能力强，反应 速度快。强度比较低；原因是 2相变问题；不存在还原性问题。 830 积膨胀 12% 675： 体积膨胀 10% 应控制或减少 2生成量和晶体转变。 生成条件：比较高的碱度，有 温（生成的液相量是不多的）。 （ 4） 系： 熔剂性烧结矿的主要粘结相。 2 熔点： 1449 熔点： 1216 2 熔点： 1226 特点：强度比较高；还原性比较好，最好的粘结相。 生成条件： 1）高碱度， 。 2）低温，因为高温（ 1300以上）条件下 分解。 3）氧化性气氛，固体燃料配量比较低。 4） 量比较低，因为 结合力都比较大。 此外，针状铁酸钙比片状和柱状铁酸钙的强度高，还原性好。发展针状铁酸钙是烧结发展的一个趋势，低温烧结就是这个目的。 （ 5） 系： 熔剂性烧结矿的主要粘结相。 典型矿物：铁钙橄榄石： 钙方柱石： 22 钙铁辉石： 2点：强度比较高；还原性比较差。 生成条件：高碱度；高温；还原性气氛。 （ 6） 系： 钒钛磁铁烧结矿的主要粘结相。 特点：硬而脆，粉末比较多；还原性比较好。 生成条件：钒钛磁铁矿。高碱度、高温。 10 烧结 矿成矿过程中液相的冷凝和结晶 、？、 11 烧结 过程中有害杂质的去除 （ 1） S 的去除。 85 S 的存在状态： 1）有机 S：含量一般比较低，仅在个别年轻煤中含量较高。 2）硫化物：如 3）硫酸盐 ：如 ，硫酸盐在新鲜煤中含量极少，在氧化后的煤中含量比较高。 烧结过程脱硫是氧化脱硫，分解只是一小部分。硫化物脱硫的主要反应有： 41 2 3 2 22 S+ 4 2 3 350以下，铁氧化物以生成 主； 1350以上，铁氧化物以生成 主。上述反应都是放热反应。 硫化物中的硫去除比较容易，硫酸盐中的硫去除比较困难。但在 存在的条件下， 解变得容易。 1/2 吸热 1/2 吸热 影响烧结过程脱硫的因素： 1） 矿粉粒度：粒度细有利于脱硫，原因是有利于氧化，各类矿粉的粒度要求小于 10 2）矿石品位：品位高有利于脱硫，品位高则熔点高。 3）烧结矿碱度：碱度低有利于烧结脱硫，烧结脱硫的实现是 S 进入废气，碱度高有利于形成 有实现脱硫。 4）燃料用量：恰当则有利于脱硫。燃料多易形成还原性气氛，硫负荷高，不利于烧结脱硫；燃料少烧结温度低，同样不利于脱硫。烧结脱硫发热， 1代替 C 为 80%的焦粉。 5）返矿用量：恰当则有利于脱 硫。改善料层透气性，有利于烧结脱硫；液相量增加，不利于脱硫。 (2)去 氧化去 透是前提。 毒。 23)脱 F： 22利于去 F； 利于去 F； 利于去 F。 F 对人体有害、腐蚀设备。 (4) 去除 燃料增加到 10%至 11%，脱锌率可以达到 20%。 加入 以脱除 90%左右的铅和 65%左右的锌。 （ 5） P 在烧结过程 中不能脱除 第五部分 烧结工艺 1、烧结配料（ 采用重量法配料，根据配料计算。 2、混匀与制粒 一混的主要作用是混匀；二混的主要作用是造球制粒。 影响混匀和制粒的因素： （ 1）原料性质：粘性大，比重相差小，粒度差别小有利于混匀和造球。 （ 2）水分含量和加水方法：适量、雾状有利于混匀和造球。 （ 3）工艺因素：倾角、转速、填充率，混匀时间长有利于混匀和造球。 3、铺底料： （ 1）作用：保护篦条；减少废气含尘量和除尘器负荷；增加有效 抽风面积和料层透气性；改善厂区环境。 （ 2）方法：粒度自然偏析，偏析布料。但不能是大粒度的燃料； 10成品烧结或天然块矿。 4、布料： （ 1）要求：均匀（粒度、成分和水分）；具有一定的松散性，但不能太松。 （ 2）理想布料是粒度上小下粗、碳上多下少。实现方法有双层布料和偏析布料。偏析布料有磁辊、反射板和空气吹风。 5、烧结料点火和烧结矿保温 点火温度为 1100至 1300之间；点火时间为 1 分钟左右。点火真空度适当低一些。烧结矿保温是减缓上层烧结矿 的冷却速度。 6、烧结矿处理 破碎（单辊破碎）、筛分（固定条筛）、冷却（带式冷却机和环形冷却机） 返矿返回烧结机，小于 5比例应小于 5%。 7、烧结机生产能力 Q=60 K：成品率 %；：堆比重； B：台车宽； H：料层高； V：台车速度； H=d t d ：垂直烧结速度； t：烧结时间； D=f(料层透气性 )；透气性指数 =Q/F（ H/ P） Q：抽风量； F：抽风面积； H：料层厚度； P：负压。 8、改善 烧结料层透气性 （ 1）适当配加富矿粉，粒度粗。 （ 2）加消石灰，有利于成球。 （ 3）加松料器。 （ 4）提高料温：蒸汽、热返矿、生石灰，消除过湿现象。 （ 5）新的布料装置。 9、增加有效风量 （ 1）降低漏风率，主要是机头和机尾。 （ 2）经常检查，及时堵漏，定期检修。 10、改善烧结矿质量 （ 1）厚料层烧结 ;（ 2）提高 量 ;（ 3）低温烧结 ;（ 4）加 B 或 P;（ 5）高碱度烧结矿 ;（ 6）合适的配 C 量 ;（ 7）配加蛇纹石 ;（ 8）配加萤石。 第 六 部分 球团原理 1 铁矿粉成球 一、粉矿成球 1、成球机理：加水润湿矿粉是铁矿粉成球的基本条件，对水进行研究。水在矿粉中的状态： （ 1）吸附水：原因是新表面具有过剩能量。具有固体的性质，不能在颗粒表面自由移动。 （ 2）薄膜水：结合力要差一些，可以在颗粒表面迁移。 吸附水和薄膜水组成分子结合水，矿粉含水量达到最大分子结合水后，成球才明显开始。 （ 3）毛细水：矿粉中超过分子水后才能形成，起作用的是毛细力。矿粉成球过程是在毛细力的作用下，矿粉颗粒被拉向水滴中心，形成小球。毛细 水在矿粉成球中起主导作用。液体表面张力大、物料亲水性强、液体密度小、毛细管直径小，毛细力大，矿粉成球容易。 （ 4）重力水：对造球不利。 2、成球过程 （ 1）形成母球：矿粉润湿，在机械力的作用下形成细小的毛细管。主要是水的润湿。 （ 2）母球长大：毛细管形状和尺寸改变，过剩毛细水挤到母球的表面上，粘结上润湿程度比较低的矿粉。润湿和机械力同时作用。 （ 3）母球压实：停止加水润湿，在机械力的作用下，水分被挤出。挤出的水分被未充分润湿的矿粉吸收。机械力的作用。 三个过程在造球机内一起 完成。 二、 生球的质量要求：焙烧和冶炼的要求。 （ 1）粒度：均匀粒度， 10 （ 2）抗压强度： 15。 （ 3）落下强度： 自由落下大于 4 次。 （ 4）比较高的爆裂温度。 三、 影响造球过程的因素 （ 1）原料性能：亲水性强易成球，褐铁矿最强，磁铁矿最差；孔隙度大易成球；颗粒形状：针状和片状好，球状差。 （ 2）原料粒度：粒度小，比表面积大，组成不均匀易成球，小于 200 目。 （ 3）原料湿度：含水量大，生球大小不均匀，相互粘结，适宜的含水量。 矿粉的水分应低于造球适宜的水分，否则烘干。 （ 4）添加剂：皂 土（一般为 实际 3%左右）、消石灰、石灰石、生石灰、有机添加剂。 （ 5）工艺操作： 加水加料原则：滴水成球，雾水长大，无水压紧。 造球时间： 3 至 10 分钟 设备指标：圆盘造球机的转速和倾角（倾角 45 至 50 度），园盘边高和填充率适宜，底料和刮板要适宜。 物料温度：预热混合料， 50为宜。 2 球团矿焙烧固结 1、生球干燥 目的：提高强度，防止破裂。 破裂的原因： 不均匀收缩。 由表面水汽化和内部水扩大散到表面的两个过程组成，速度要适宜，防止生球破裂。 干燥速度有计算公式，但多数是定性公式。 干燥时生球的最低强度应该能承受球层的压力和干燥介质穿过球层的压力。 影响干燥的因素： （ 1）球层越高，水冷凝越严重，降低了下层生球的破裂温度。 （ 2）缩小生球尺寸有利于干燥过程。 （ 3）生球孔隙度下降，妨碍生球内部蒸汽的扩散。 2、再结晶固结理论：要保证球团有足够高机械强度和良好的冶金性能。 1） 磁铁矿： （ 1）微晶键 连接：氧化气氛，低温（ 900左右）条件下，焙烧磁铁矿球团时，表面首先产生晶、长大、连接。 （ 2） 结晶： 球在强氧化性气氛中继续加热到 1100以上时， 全氧化，并发生 晶再结晶和晶粒长大。 化再结晶的条件 ;/、 ？ ？ ？ ？ ？ ？ 、 （ 3） 结晶： 球在中性或强还原性气氛中焙烧，当温度高于 900时，生球中 （ 4）渣键连接：有 在，则在还原或弱 氧化性气氛中焙烧，高于 1100时： O=22） 赤铁矿： 温再结晶： 1300左右开始，强度比较差。 3、影响球团焙烧固结的因素： （ 1）原料性能：磁铁矿氧化 放热，焙烧温度比较低，能耗低。 石英在氧化性气氛中不影响赤铁矿球团固结，在中性或还原性气氛中会形成液相。 长石熔点低，可降低焙烧温 度，有利于液相粘结。 皂土有利于球团固结，形成液相。 消石灰和石灰石会使球团矿的焙烧温度区间变窄，易出现渣相粘结。 （ 2）精矿粒度和粒度组成：粒度细，比表面积大，氧化快而完全，有利于球团造球和焙烧。孔隙度低，有利于焙烧。粒度大小不一，有利于焙烧。 （ 3）焙烧温度：提高焙烧温度有利球团固结，但最高温度不能超过 量分解的温度。一般为 1200至 1300，不低于 1150，不高于 1350。 （ 4）升温速度和高温下保持时间：升温速度过快，球团强度下降。高温下保持时间要足够，因为再结晶和液相生产都需要时间。过长：球团熔化和粘结。 （ 5）焙烧气体介质特性 磁铁矿：氧化性气氛最好，中性和还原性气氛球团矿 强度低，还原性差。 赤铁矿：氧化性或中性气氛中进行焙烧；不能在还原性气氛中进行焙烧。 气氛根据 量划分： 氧化性气氛。 ，中性气氛。 Fe 性渣； ， 高，则和 高。 高 ， O/升高，从结构上看应该降低，但炉渣中会出现高熔点的化合物，如 2 点为 2100。固体颗粒分布在炉渣中，使炉渣变成非均匀相，非均匀相浓度提高，升高。 (2)般炉渣 5%间。 R 不变， 高，降低，流动性改善，稳定性改善。 变， 替 降低一点，但幅度比较小。 高 宜太高。 成高熔点的化合物， 130 。 同、 同，合适的 一样。 (3)要决定于矿石、焦炭和煤粉灰分，一般不超过 20%至 25%，炉渣可以冶炼。 两性氧化物，当 时升高，和 低；大于合适含量后， 高，和 会上升。原因是会生成 (- 离子团。 (4)释剂。 高，和 低。 稳定，在高 原， 低，和 高。 比较稳定的稀释剂，洗炉。 (5)烈的稀释剂。和 幅度降低，流动性大幅度改善。但 ，不易保证炉缸温度。 (6)常强的稀释剂，流动性改善。 (7)4%度最低。高 S 矿冶炼，影响冶炼，主要是脱硫和渣中带铁问题。 (8)高，降低，而 高。 钛渣的和 高炉生产不应该引起困难，但实际上影响很大。主要是钛渣性能不稳定，钛渣在还原性气氛条件下，存在变稠现象。原因主要是 N)、 熔点都非常高， 3000左右。 3 生铁脱硫 1、硫在高炉内的行为： 液相分布在晶界面上。 料下降； =0，悬料； 0，炉料下降。 W 效提高， P 降低，则 F0。 四、炉料的有效重量： 1、影响 W 效的因素： （ 1） W 效 =（ 12% W 料，小于 40%。 （ 2）动态 W 效 静态 W 效。 （ 3） W 效随高度增加而提高，到一定程度就不再增加。原因是悬住，静摩擦力大大增加。 2、提高 W 效的方法： （ 1）使炉料运动。风口数量增加。 （ 2）减少摩擦阻力。炉身角降低，炉腹角升高， P 墙下降。 （ 3）提高 W 料。提高含铁品位，提高炉料的堆比重。 五、浮力 P：摩擦阻力损失和局部阻力损失， P= P=f(w、 H、 d、 ) w：流速；：炉料的孔隙度； H：高度； d：料块直径；：阻力系数。 2 料层透气性与软熔带状况 一、透气性指数： =V 风 / P：单位差压所允许通过的风量。是计算式，不是机理公式。 在一定条件下，有一个适波动范围，超过或低于这个范围都说明风量与透气性不适应，对高炉顺行不利。 P=P 风 = P 块 + P 软 + P 风；分别讲。 二、改善块状带的透气性： 1、 式。 式中： w：流速；：炉料的孔隙度； H：高度； d：料块直径；：形状系数； g：气体重度；：气体粘度。 2、影响块状带 P 的因素： （ 1）流速 w： P 与 w 的 2 次方成正比关系，摩擦阻力损失和局部阻力损失提高。实际高炉： P 与 w 的 1 次方成正比关系，原因是炉料运动时，产生松动，增大。 （ 2）孔隙度：升高，下降。单一尺寸条件下：球体、立方体的 =菱形的 =在高炉内要明显低于 原因是粒度不均匀，小块充填在大块之间。 （ 3）粒度 d：增加， P 下降。小于 5为粉末。 3、改善块状带的透气性 （ 1）提高铁矿石和焦炭的强度（特别是热态强度），减少粉末。 （ 2）整粒：均匀粒度，小块筛除、大块破碎，再加分级处理，分级分层装炉，铁矿石与焦炭的粒度也不能差别太大。 （ 3）合适的粒度：当 d25件下再提高时， P 下降不明显，要考虑还原的要求。适宜的粒度范围是 6小而均匀的方向发展。 三、改善软熔带的透气性 软熔带及滴落带的 P 要比块状带的 P 大得多。 1、软熔带理论 （ 1）高炉解剖发现高炉存在块状带、软熔带 、滴落带、燃烧带。软熔带以下只有焦炭呈固体。 （ 2）炉料从块状带进入软熔带，焦矿分层清晰，层层 可数，固体向融着层转化。 （ 3）软熔带分为软熔层和焦炭夹层，按高炉内的等温线 组成完整的软熔带。软熔层透气性极差，焦炭夹层 透气性好。 （ 4）软熔带形状、位置、结构尺寸对煤气流运动阻力 P 有很大的影响，它决定着高炉中部煤气流分布。 （ 5）软熔带形状随原料和操作条件的变化而有所不同。软熔带形状有三种： 1） 倒 V 型软熔带：中心气流发展，有利于活跃疏松中心料柱，煤气容易穿过中心焦炭料柱， P 比 较低。煤气的二次分布状况得到改善，边缘气流 比较 弱，保护炉衬，高炉寿命长；热损失低，燃料消耗低。 2） V 型软熔带：中心过重，边缘气流过分发展。中心堆积，料柱紧密，透气性很差， P 比较高。不于煤气利用和高炉顺行，对炉衬寿命也不利。 3） W 型软熔带：适当发展边缘和中心的结果，能基本保持高炉顺行，但不能满足进一步降低燃料和高炉强化的要求。 （ 6）滴落带分为两个区域：焦炭疏松区（活动区）和死料柱区。 2、 P 计算公 式： 式中： ：焦炭夹层的孔隙度。升高，则 P 明显降低。焦炭在软熔带的块度大一些、均匀。这就要求焦炭的高温强 度高。 h：焦炭夹层的高度。 h 升高，则 P 降低。大料批。软熔带的 P 随料批增加而降低，块状带的 P 随料批增加而升高，适宜的料批。要考虑装料能力。 n：焦炭夹层的层数。 n 增加， P 降低。中心发展一些。焦窗多，总断面积大，透气性好。易熔化的矿石起不到这个作用，原因是：软熔带的 P 要比块状带的 P 大得多。而且软熔带上移导致间接还原不好，焦比升高。 L：软 熔带宽度。 L 降低，则 P 降低。提高铁矿石的软熔温度，并缩小软熔温度区间。 四、影响 P 的其它因素 1、装料：混装 P 高，分装 P 低。 2、造渣制度：渣量大，则 P 高，原因是炉渣粘度远高 于铁水粘度；炉渣碱度高，则流动性差， P 高。 3、风温高，气体粘度大，则 P 高。 4、喷吹燃料多，煤气量增加，则 P 高。 5、 H/C 比高，降低，则 P 高。 3 炉料运动的速度和冶炼周期 炉料下降的平均为： 20间，即 h。 冶炼周期：炉料在高炉内停留的时间。越 短意味着下料快，冶炼强度高。 一般为 6 小时左右， 1000炉为 7时，大高炉长。 1 天高炉消耗炉料总体积 :24= 式中： 1 吨生铁消耗炉料的体积。 f：收缩系数。 f=0：生铁日产量。 4 煤气流分布 一、煤气合理分布的标志 1、炉料顺利下降。炉况稳定顺行，炉温充足，整个料柱透气性好。 2、煤气能量利用充分。炉顶温度低，炉顶煤气中 用率比较高。 二、煤气流的三次分布 1、风口回 旋区：决定于吹透能力，空气从风口吹入 后，大部分回旋，小部分以一定角度向上流动。 2、软熔带：决定于 P=f（ n、 h、 L），气流通过焦炭夹层后，有一个水平方向运动，这有利于热交换。 3、块状带：决定于炉料的透气性，焦炭多的地方煤气多，矿石多则煤气少。 三、炉喉煤气流的合理分布 1、以不同半径方向上煤气的 布曲线来判断煤气分布状况。 取样：在炉喉料面下 1，不同半径方向上 5 点取样，按等面积划分。一般为东西、南北方向。 处，则 然低，煤气 温度低，煤气流比较少，煤气利用比较好。 处，则 然高，煤气温度温，煤气流比较多，煤气利用比较不好。 2、合理的煤气流分布： （ 1）馒头形： 心高，边缘低。中心没有吹透，形成 V 型软熔带，指标低。 （ 2）锅底形： 心低，边缘高。中心气流发展，边缘容易结瘤，还原不顺利。 （ 3）两道气流：中心和边缘同时发展。 50代推行，目前仍有不少高炉，形成 W 型软熔带。 （ 4）平峰式气流：提高了 利用率，中心和边缘都加重。缺点是需要维持高压差操作，技术水平高。高炉强化逐步提高了中心和 边缘的 量，使双峰曲线趋于平坦。 （ 5）中心开放式：也称喇叭式、展翅式， 心低。 80 年代开始，高炉大型化使炉缸直径加大，更易产生中心堆积，需要发展中心气流，吹透中心，形成倒 V 型软熔带。可以保证高炉中心料柱的活跃和良好的透气性，保证高炉顺行。 中心开放式有可能使炉顶煤气中 0%， 50%。条件是：中心装焦、风口中心吹透，原料筛分。 5 炉顶布料上部调剂原理 一、炉料物理性能对炉料和煤气分布的影响 物理性能包括：种类、粒度、自然堆角、料层厚度等 1、焦炭多的地 方透气性好，阻力小，通过煤气多。矿石多的地方则相反。 2、大块集中的地方透气性好，阻力小，通过煤气多。小块多的地方则相反。 3、料层薄的地方阻力小，通过煤气多。料层厚的地方则相反。 4、炉料堆脚处，大块多、料层薄，阻力小，通过煤气多。炉料堆尖处，小块和粉末多，料层厚，阻力大，通过煤气少。 5、粒度大，表面光滑的炉料，滚动性好，自然堆角小，布料时领先进入堆脚。粒度小，表面不规则的炉料，滚动性 差，自然堆角大，布料时停滞在堆尖。 在自由空间： 天然矿自然堆角： 0=40 烧结矿自然堆角： 0=40 球团矿自然堆角： 0=35 石灰石自然堆角： 0=42 焦炭自然堆角： 0=43左右 在高炉内： -k(h/r) 式中： 0：自然堆角； h：炉料下降高度； r：炉喉半径； k：系数。 二、炉形结构对煤气分布的影响 1、大钟与炉喉间隙：间隙大，堆尖离开炉墙远，边缘发展。 间隙小，堆尖靠近炉墙，边缘不发展，中心发展。无 料钟布料，溜槽长度与边缘的距离。 2、炉身角：大，边缘不易发 展，造成炉料在炉喉分布不均匀。 三、料线深度 h：大钟下降下沿至料面的距离，用探料尺测定。 h 值大，料面低。 h 值大到一定数值后称为低料线。 h 值小，料面高，高料线。 料线高， h 值小，炉料堆尖远离炉墙，边缘气流发展；料线过高，卡住大钟。 料线正常， h 值正常（炉料同炉墙的碰点 A）时，炉料堆尖紧靠炉墙，压制边缘气流。 料线过低，炉料在碰点 A 以下，炉料先撞击炉墙，再反弹回来，炉料堆尖离开炉墙，边缘气流发展，但打乱了布料规 律，不能有效地控制煤气分布，炉墙损失，炉顶温度升高，炉顶设备易损坏，浪费 高炉空间。禁止低料线操作。 四、批重 每一批料是由焦炭、铁矿石和熔剂按一定重量的比例组成，三者的总重量称为料批重，铁矿石的重量称为矿批重，焦炭的重量称为焦批重。 焦炭负荷 =矿石批重 /焦炭批重，单位重量焦炭所负担的矿石量。 焦炭负荷提高，比较多的矿石布向中心，抑制中心气流，发展边缘气流。 批重提高，矿石布向中心比较多，沿径向分布均匀，抑制中心气流，发展边缘气流。同时也能稳定气流，起使气 流分布均匀的作用。另一方面也使焦炭夹层高度 h 升高， 软熔带透气性得到改善。 主张大料批操作， 但要受到装料设备容积的限制，还要受到总 P 的影响。 批重不宜过小，小于某一数值时矿石分布不到中心，称为临界批重。 五、装料顺序 同装：焦炭与矿石（熔剂随矿石）在大料钟中，由大钟一次下降。 分装：焦炭和矿石分别装在大料钟中，大钟分两次装入。 正装：矿石在先，焦炭在后。正装压边缘。 倒装：焦炭在先，矿石在后。倒装压中心。 矿石用 P 或 O 表示；焦炭用 K 或 C 表示。 P、 K 为俄语， O、 C 为英语 高炉操作：下部调剂主要解决炉缸全面活跃，改善炉缸热状态；而上部调剂主要是稳定气流，改善煤气分布和能量利用。以下部调 剂为基础，上、下部调剂相结合，才能达到高产、优质和低耗。 6 煤气在上升过程中的变化 一、煤气量的变化：高炉高度与各气体成分体积变化图 1、 本不变，焦炭挥发分中有少量的 数量很少。 2、 高炉下部没有什么变化 ,基本不变。 2=2O =O 上部还原消耗，生成 般认为含 C 的 成 3、 腰以下增加，原因是 P 的直接还原；炉腰上部降低，间接还原消耗。 4、 腰出现，逐渐增加，间接还 原和碳酸盐的分解。 5、煤气量：炉缸煤气量为风量的 左右；喷吹时为 左右。炉顶煤气量为风量的 左右；喷吹时为 左右。 原因：直接还原生成 酸盐分解 C 作用生成两倍体积的 炭的挥发分。 一般情况下： 8影响 化的因素有： （ 1）焦比；（ 2） 3）矿石氧化度；（ 4）熔剂量；（ 5）富氧率；（ 6）蒸汽鼓风；（ 7）喷吹燃料 二、煤气温度的变化： 炉缸煤气温度为 1700 炉 顶煤气温度 150 炉料从 100左右升高到1500左右，几秒钟完成。 炉顶煤气温度是高炉煤气热能利用的标志。炉顶煤气温 度低表明热交换充分，能量利用好；炉顶煤气温度高表明热交换不充分，浪费，能量利用不好。高炉的热交换效率为 78%间。 7 高炉热交换 一、传热过程： 温度变化图：图 4部：主要是对流传热；下部：对流和辐射传热。在料块、渣铁之间有传导传热，高炉内是综合传热过程。热交换效率为 78%间。 F(式中： 气传给炉料的热量；传热系数； F 炉料表面积； 气与炉料的温度差； =f（煤气 W、 t、炉料性质） 图中：上段： t 比较大，愈向上愈大，热交换比较激烈。 中段： t 变化不大，小于 20。也称空段、呆区。 下段： t 比较大，愈向下愈大，热交换比较激烈 二、水当量： 水当量：单位时间内通过高炉 某一截面的炉料（或煤气），其温度升高（或降低） 1所吸收（或放出）的热量。也就是单位时间内使煤气或炉料改变 1所产生的热量变化。 炉料水当量： W 料 =G 料 C 料 煤气水当量： W 气 =V 气 C 气 高炉上部： W 料 W 气，炉料难加热，煤气易冷却。大量直接还原，渣铁熔化。 空段开始 温度决定直接还原开始或碳酸盐大量分解。空段结束温度决定于直接还原反应大量进行。 8 应用高炉热交换规律，改善煤气能量利用 一、高炉适宜高度： 煤气与炉料的 t： 在风口水平： t=400 炉喉料线处： t=200左右 空段区： t=10 热交换强度的变化规律是两头大，中间小。高炉无论大小都存在空段区。 增加高炉高度，空段区高度增