Rist操作线.doc

Rist操作线Rist操作线特点：用简单的直角坐标图，能把原料成分，生铁成分、炉顶煤气成分、直接还原度及热平衡状态和焦比之间的关系联系起来，从而分析高炉操作现状，指明降低焦比的潜力和途径。一、 基本原理从传质本质看，炉内反应是一个氧的转换过程，即： 炉料中铁的氧化物中的氧： Fe2O3+COFe3O4+CO2 Fe3O4+COFeO+CO2 FeO+COFe+CO2 FeO+CFe+CO 非铁元素氧化物的氧： MnO+CMn+CO SiO2+2CSi+2CO 鼓风中的氧： O2+CCO以上三种氧转移（以CO、CO2）进入煤气中，因此，以上过程可以认为是氧被碳传递给煤气的过程，若以氧为例，可列下列平衡方程（不包括非铁元素还原）：（）原+风=气.（）气式中：风冶炼Kmol铁所需风量带入的氧的mol数； （）原冶炼Kmol铁所需原料中与铁结合氧的mol数KmolO/KmolFe ；（）气冶炼Kmol铁所生成的煤气中的氧、碳mol数之比KmolO/KmolC ；气冶炼Kmol铁所氧化的C的mol数；上式可变为： （）原（-风）=气. （）气O其形式为：y2y1=（x2x1）的直线将A（，）和E（0，-风）两点连接即AE线，就是以下将介绍的操作线（Rist线）Rist线斜率： =tg=：表示的mol数之比值，与焦比（K）意义相同，显然，其值越小，焦比越低。与焦比的换算关系由前面： Cg=C+Cd=12Cg鼓风中氧和炉料中氧与C结合进入煤气中的C量，kg/T-P冶炼吨铁从炉料中还原出来的铁水数量，kg/T-PK=Ce：生铁中溶解碳，kg/T-FeC：风口前日碳，kg/T-FeC：直接还原碳，kg/T-FeCo：炉尘带走碳，kg/T-FeCk：焦碳中含碳量，kg/T-Feb：形成CH4消耗C量占总C量百分比二、 操作线的绘制1、 纵坐标的确定 还原铁氧化物的铁氧化物的中比取决于铁氧化物的形态Fe2O3： =1.5Fe3O4： =1.33FexO： 1.05如图中点A，其y坐标yA即为炉料的氧化度： ya=yi+ydYi：表示冶炼Kmol铁通过间接还原夺取的与铁结合的氧摩尔数；Yd：直接还原夺取的氧量； 生铁中其他元素还原时（y）：元素Si、Mn、P等的还原都属于直接还原，且在高炉下部高温区进行，从零点往下载取yu，yu为负值yu可通过生铁成分计算 风口前碳氧化（以yb表示）风口前燃烧 2C+O2=2CO由上可见，冶炼单位mol的铁时，燃料中C得到的总氧量y=yi+yd+yu+yb且 yd+yu=Cd （为什么）2、 横坐标的确定表示煤气中的原子比，即高炉煤气的氧化度，煤气中CO、CO2的值 ： CO =1：1 CO2=1：2X=co2因co21 故高炉内=12之间从以上可知道，xA代表了炉顶煤气成分，实质就是煤气利用程度，yA代表入炉原料成分。故A点代表炉顶的条件。3、Rist线绘制纵坐标y轴为 横坐标x轴为A点的确定：ya=矿石中与铁结合的氧mol数/矿石中Fe的mol数xA=1+co=1+E点的确定： xE=0 yE=yu+yb连接AE线且与x轴焦点为C点，自x=1出引垂直线与AE焦点B，自u点做x轴平行线交于D点。三、 AE上各段和相应投影含义1、x轴、y轴x轴：x=0，纯C，x=1，纯CO，x=2，纯CO2y=0，纯Fe，y=ya，炉料中铁的氧化度一般ya=1.331.50之间x=01时，表明CO的形成和生成CO中的氧的来源x=12时，表明CO的利用情况（CO2形成）的氧的来源Y轴： y=0yA时，表明炉料能提供的氧数量，且以B点为分界线，B点以上为间接还原，B点以下为直接还原。 Y轴负方向：描述非铁元素氧化物的直接还原和鼓风中O与C的燃烧。2、E点（xE，yE）E点是高炉冶炼的开始风中氧（yb）尚未与C发生反应3、 D点（Xd，Yd）和DE段DE段在x轴上投影表示鼓风中氧与C燃烧生产进入煤气的数量，即xD=xb（煤气中CO量）Yd=yu4、 C点（Xc，Yc）和CD段C点为铁氧化物直接还原的起点，Yc=0CD段则表示非铁元素直接还原，耗C量为yu，形成CO为xu Xc=xb+xu5、 B点（Xb，yB）和BC段B点为铁直接还原和间接还原的分界点（设两种还原不同时发生），故Xb=1BC段在X轴上投影为铁氧化物的直接还原所形成CO量为xd，铁氧化物直接还原失氧为yd，则Yb=yd故yB=rd=yd即由图上可知rd值。6、 A点（xA,yA）和AB段AB段为铁氧化物的间接还原，即有部分CO转化为CO2，其量为xi，间接还原夺取铁氧化物中氧量为yi，故： XA=xD+xu+xd+xi=1+xi YA=yd+yi A点炉料氧化段和煤气氧化段联系起来。7、 BE段=tg=yd+yu+yb由此：（yu+yd）本质上就是直接还原失去的氧，也表示炉内直接还原所消耗C量。yb为 鼓风燃烧所消耗C量 故 表示炉内气化的总C量，因此焦比（K）可由 下式计算： K= 可见，Rist线AE段将K（焦比）、风量（yb）、直接还原度（rd）、生铁成份（yu）、炉顶煤气成份（xA）等参数形象地联系在一起。四、 理想操作线1、化学平衡从前面学过的知识我们可知，焦比与下列反应进行的程度有关，即：FexO+COFe+CO2以上反应达平衡时气相成份与温度关系：600 700 800 900 1000 1100 1200%CO2 47.2 40 34.7 31.5 28.4 26.2 24.3%CO 52.8 50 65.3 68.5 71.6 73.8 75.7 假定 FeO的间接还原能达到平衡，则操作线必经过平衡点W 那么W点坐标xw、yw，由以下确定： yw=1.05 (即俘氏体中的O/Fe之比) xw取决去平衡温度，此温度一般选取直接还原开始的温度，即反应CO2+C=2CO明显开始的温度，一般为9001000之间 若为900 CO2=31.5CO=68.5 xw=1.3151000 CO2=28.4CO=71.6 xw=1.284 取xw在1.3151.284之间。 因此，若操作线相切yw点时，AE线的斜率最小，即焦比最低，此时A点坐标xA代表了在此条件下煤气利用的极限，此时焦比亦为理想焦比。 当炉内FeO还原未达到平衡时，AE线将偏离W点，且在W点左边，并且与GW相交于S点。 若AE线经过G点即A、G两点重合，则煤气能利用最差 若AE线到达W点，则煤气能利用最好。因此 AE线必在GW见旋转 = 并用 来评价炉内化学能利用程度，并称此比值为炉身工作效率。 2、热平衡理想操作线就是斜率最小（焦比最低）的操作线。从化学平衡出发，可以找出理想线上的W点，以下从热平衡出找出另一个点，即应用高温区域热平衡分析：热收入：此处引人“有效热量”概念： 即相当于风口前碳燃烧产生总热量（包括鼓风带入）减去被煤气带到高炉上部而余下的这部分热量。当鼓风参数（温度、湿度等）不变时，有效热量Q有效尽于yb有关，即：Q有效=ybqb yb冶炼K mol铁在风口前燃烧的C量， KmolC/KmolFe qb KmolC在风口前燃烧产生的有效热量（即qb与鼓风参数有关） 热支出： 部分浮化体直接还原消耗热量ybqdqd直接还原Kmol铁所消耗热量，qd为常数 KJ/Kmol 其他热消耗此项包括非铁元素还原耗热、渣铁过热、冷却水带走热以及热损失等，并以Q表示，则可得下列热平衡式： ybqb=ydqd+Q ybqb=qd(yd+) 或 =其意义在于其它热消耗相当于浮化体中还原多少Kmol铁所消耗的热量。在操作线图上x=1处向下取Q/qd可得V点。在一定冶炼条件下，V点下移，炉子热；V点上移，则相反。联接U、V交于AE线的点记为P，则P点即为“操作点”,在一定冶炼条件下，P点是一个固定点。 现证明如下： 从图上可知，UEP和BVP相似，故 而（由UUPVVP） 从而 = 又UE=yb BV=yd+ 故=则： 其中：常数 与风温有关可见，P点坐标xp是一定值，只有当T风变化时，xp才变化。同理：由uPuVPV 可得：yP=yu+xP(yV-yu) 故 yP和生铁成份（yu）和Q/qd(yu)有关，当生铁成份不变、Q不变，则yP一定。由上可见，在一定冶炼条件下，P点是固定的，联接PW点，就是该条件下的理想操作线AE。任何一条通过P偏离W的操作线PS，其斜率均大于PW的斜率。即有： = KmolC/KmolFe 即通过改进炉身操作得到的最大可