高炉冶炼过程中的动量传输PPT课件

传输原理在冶金工程中的应用,高炉冶炼过程中的悬料分析,1,.,1.前言,高炉炼铁过程伴随着复杂的物理、化学变化,目的是将铁矿石冶炼成为合格的生铁。炉料在重力作用下向下运动,与在炉内压差推动下向上运动的高温煤气发生还原反应,生成液态生铁。期间同时伴随着传输过程。,2,.,2.高炉生产流程及工艺,高炉冶炼是将铁矿石还原成生铁的连续生产过程。高炉生产工艺流程如图2-1所示。图2-1高炉生产工艺流程示意图,3,.,高炉内部结构示意图如下图2-2所示。图2-2高炉内部结构示意图,4,.,3.高炉冶炼过程的传输特征,（1）传输现象在高炉中无处不在、无时不有：动量传递：煤气压降：静压力损失炉料热量传递：煤气炉料(升温、熔化、化学反应吸热、渣铁过热等)质量传递：气固液多相化学反应间的传质,5,.,（2）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。煤气上升至少是二维流动；煤气径向分布极不均匀；高炉中的五带具有不同的传输特征。,6,.,(3)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。(4)到目前为止，精确求解高炉中的传输问题尚不可能，只能借助一些经验式或简化或对局部过程、局部问题进行求解。,7,.,4.高炉中的动量传输,高炉中的动量传输最重要的是煤气在固体散料层和固液共、存区的压力降和液泛。4.1煤气流经固体散料层的一般规律4.1.1散料的流体力学特性孔隙度料柱压差P,8,.,9,.,10,.,11,.,当量直径d水力学当量直径dS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当多种颗粒组成的炉料时：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d摩擦阻力、水力学当量直径dS、P,12,.,流体流经散料层时的速度式中：煤气的有效平均速度；空空炉速度。P,13,.,4.1.2煤气流经散料层的阻力损失由欧根公式：式中：P/L散料层的压力降梯度(N/m2/m)；气体粘度(Pas)；空气体的空炉流速(m/s)；de颗粒的当量直径(m)；气体密度(kg/m3)；散料层的空隙率()；颗粒的形状系数()。,14,.,第一项代表层流情况，第二项代表紊流情况。,15,.,16,.,17,.,4.2炉料下降的条件高炉炉料顺利下降需要具备两个条件:具有下料的空间和炉料下降的作用力。4.2.1炉料下降的空间条件炉料的下降空间主要由三个方面提供。（1）焦炭在风口前的燃烧（2）参加直接还原消耗的固态焦炭、炉料在下降过程中逐渐溶化并成为液相而体积缩小（3）渣、铁排放形成的空间,18,.,19,.,20,.,4.3逆流运动中散料的有效重量,21,.,综上所述,影响炉料自身有效重力的主要因素包含以下几个方面:,22,.,23,.,4.4散料的流态化当增大到一定值后，炉料开始松动，散料体积膨胀P不再增加(料柱高度，颗粒失去接触面悬浮)进一步增大，料层变得极不稳定，越来越多的煤气通过这一局部，会形成气流的局部通道，即“管道行程”P当增大到流态化的临界速度时，散料被气流带走气力输送,24,.,25,.,“管道行程”的生成机理及危害,26,.,27,.,4.5充液散料层的流体力学现象,28,.,“液泛现象”的危害高度弥散在渣铁间的气泡，使煤气流阻力大大升高；被煤气流吹起的渣铁，在上部较低温度区域，有重新冷凝的危险；渣铁的重新冷凝，一方面将导致料柱孔隙度降低，煤气流动受阻。另一方面，可造成炉墙结厚、结瘤，破坏高炉顺行。,29,.,防止高炉发生“液泛现象”的对策分析,30,.,防止高炉发生“液泛现象”的对策:提高焦炭粒度Fsf(液泛因子)改善焦炭强度避免冶炼过程的细粒化f降低炉渣粘度f减少渣量LK(流体流量比)减小气流速度f(高压操作)大力发展间接还原(间接还原不好时，渣中FeO与C反应生成CO渣体积f)提