高炉内地炉料运动MicrosoftWord文档

1、第七章 高炉内炉料和煤气的运动 高炉内存在着两个相向运动的物质 流：自上而下的炉料流和自下而上的煤 气流。高炉内许多反应都是在炉料和煤 气不断地相向运动条件下进行的，炉料 和煤气的运动是高炉炉况是否顺行和冶 炼强化的决定性因素。因此，稳定炉料 和煤气的运动并使之合理地进行，常常 是生产中保证获得良好冶炼的重要途 径。一、 炉料运动 （一）炉料下降的空间条件和力学分 析1、空间条件 高炉内不断出现的自由空间是保证炉 料不断下降的基本前提。自由空间形成 的原因是：（1）焦炭在风口前的不断燃烧；（2）炉料在下降过程中由于小块 炉料填充于大块炉料的间隙中，焦炭中 的碳素在到达风口前参加直接还原和渗 碳

2、过程，固体炉料变成为液态渣铁和气 体，从而引起的体积缩小；（3）周期性的放渣放铁。 在上述诸因素中， 焦炭的燃烧影响最 大，其次是液态渣铁的排放。2、力学分析 高炉内不断出现的自由空间只是为炉 料的下降创造了先决条件，但炉料能否 顺利下降。还取决于下述的力学关系：P = P 料一Pc Pk P 气=P 料一P摩一P气（7-1 ）式中P使炉料下降的力；P料一 炉料的重量；Pc 炉料与炉墙之间 的摩擦力；Pk炉料与炉料之间的摩 擦力； P 摩炉料下降时受到的总的 摩擦力； P 气煤气对炉料的阻力 （浮 力）。很显然，只有当 P0 时炉料才能下降； P 愈大，则愈有利于炉料顺利下降； 当 P 接近或

3、等于零时，则炉料产生难行或悬 料。须要指出的是，要使炉料顺利下降 （也 称为炉料顺利），不仅要求整个料柱的 P 大于零，而且还要求各个不同高度截面 上和同一截面不同位置上的 P 大于零。 显然，某处的 P=0 时，则某处的炉料是 悬料。因此，炉料不顺行的现象，不仅 可能在高炉上部或下部出现，也可能在 某一截面上的某一区域出现。为了讨论问题方便起见，引入料住有 效重量这一概念。料柱的重量克服了摩 擦阻力后所剩下的重量，称为料柱的有 效重量，即P有效=P料 P 摩（ 7-2 ）就整个料柱而言，料柱本身的重量由 于受到摩擦阻力的反作用，并没有全部 作用在风口平面或炉底上，真正起作用 的只是料柱的有效

4、重量。置于煤气中的料柱所受到的煤气的浮力，近似地等于料柱上下平面煤气的静 压差，也即近似等于煤气通过料柱时所 产生的压力损失厶P。于是，（7-1 ）式可 改写为P = P有效P（ 7-3 ）（ 7-1 ）和（ 7-3 ）式不能用于定量 计算，但可以用于定性分析。通常情况 下，当炉型、原料和操作制度一定时， P 有效变化不大，因此 P 的大小主要受到 P 的影响。周生的的压墙壁力，产生从一很块大传的侧递压到力另一和摩块，擦对力四（二）影响 P 有效的因素 高炉炉料是一种散料体。散料体与整 块固体不同之点是它内部没有结合力， 而与液体不同之点是它具有很大的内摩 擦力。由料块组成的高炉料柱重量所产

5、因此炉料下降时，料柱本身重量在克服 了内摩擦力 Pk 和炉墙的摩擦力 Pc 后， 作用于底部的重量 P 有效要比料柱的重量 P 料少得多。 为了便于比较， 采用有效重 量系数这一概念，即有效重量系数a = （ P 有效/ P料）X100%。1 、炉型 在其它条件不变的情况下，炉身角愈 小时，则炉墙对炉料的摩擦力 Pc 愈小， 因而 P 有效愈大。炉腹角愈大，则风口 平面的 P 有效愈大。炉墙壁平整时， P 有效就大；相反，当炉墙表面凹凸不平 或结了炉瘤时， Pc 将增大而 P 有效将减 小，严重时使得P有效AP,炉况严重 不顺，产生难行和悬料。模型试验表明（图 7-1 ），炉料运动条 件下的有

6、效重量系数大于静止条件下的 有效重量系数，前者约为3941% ,后 者约为1516%。静止条件下，随着料 柱高度的增加，风口水平面的料柱有效 重量 P 有效也增加，但当料柱高度达到 一定值后， P 有效就不再增加；在某些 试验中发现，在炉型不合理的高炉上， 当高度超过一定值后， P 有效反而有所 降低，这是由于在上部生成料拱和炉墙 的摩擦力过大的缘故。在炉料运动的条 件下， P 有效总是随着料柱高度的增加 而增加。但是，无论炉料处于静止状态 或处于运动状态，料柱的有效重量系数 总是随着料柱的增高而减小。这是由于 摩擦力的增加幅度大于料柱重量的增加 幅度所致。图 7-1 风口水平面上炉料的压力和

7、料柱高度的关系（原料为沙子）1- 炉料静止时 2- 炉料运动时 现代高炉的炉型向矮胖方向发展，其 原因之一是矮胖高炉有利于炉料顺行。 因为煤气浮力 P承着料柱高度的降低 而减小，而料柱的有效重量系数 a 却随 着料柱高度的降低而增大，其结果是 P （=P有效AP）值增大，所以矮胖型 高炉有利于炉料的顺行。2、燃烧带 当相邻风口的燃烧带互相联成一片 时，风口之间的“死料柱”（即料柱吊滞 区）就可以消失，这样炉墙附近的炉料 都处于大致相同的下降速度状态，因而 炉墙对炉料的摩擦力 Pc 减小，同时炉墙 处炉料相互之间的摩擦力 Pk 亦将增小， 因而使 P 有效增大。当燃烧带的长度足 够时，为使炉缸中

8、心部分的“死料柱” 消失，这样边缘部分的炉料与中心部分 的炉料之间的摩擦力 Pk 减小，因而 P 有 效增大。3、造渣制度 高炉内成渣带的位置、炉渣的物理性 质和炉渣的数量，对炉料下降的摩擦阻 力影响很大。因为炉渣，尤其是初成渣 和中间渣，是一种粘稠液体，它会增加 炉墙与炉料之间及炉料相互之间的摩擦力。因此，成渣带愈厚位置愈高、炉渣 物理性质愈差和渣量愈大时，则 P摩愈 大，而P有效愈小。4、炉料堆比重在其它条件不变的情况下，显然，炉 料的堆比重愈大时，料柱的 P有效亦愈 大。料下降的规律 速度 高炉内不诚一截面各部位的炉料下 降速度不一样，而且由于高炉各部位直 径的变化和炉料因物理形态的变化

9、而引 起的体积变化，因而各截面的炉料下降 速度也不相同，即同一炉料在下降过程 中的下降速度也是变化的。炉料在炉喉处的平均下降速度是可以 计算的，其计算公式如下：V平=V平 =(式中：V平炉料在炉喉处的平 均下降速度，m/h ; V 每昼液装入 高炉的炉料的总体积，m3; S炉喉 截面积，m2。Vu 高炉有效容积， m3 ； n v 有效容积利用系数，t/m (m3 );V每吨生铁炉料的体积，m3。 由上式可见，同一高炉的利用系数 愈高时，则炉料的下降速度愈快；每吨 生铁炉料的体积愈大时，则炉料的下降 速度愈快。24j7-4) 或 (7-5)表7-1高炉上部下料速度摩擦阻力所致；在距炉墙2506

10、00mm 的地方下料最,快，此后愈向中心丄则料 速愈低。这是因为在距炉墙250 600mm 处位于燃烧带上方，同时此处 矿石量较多，在下部由于大量还原和熔 化成渣铁而使炉料体积缩减很大。通常 小高炉和炉型不合理的瘦长高炉风口前 燃烧带的大小大体相近，所以小高炉燃 烧带在炉缸截面上占的面积大，燃烧带前端距炉缸中心较近；另外，小高炉喉 直径小，相对而言炉料易于布到中心， 因而其中心的矿石量比大高炉多。由于 这两个因素的作用，使小高炉和炉型不 合理的瘦长高炉中心下料最快，而大高 炉下料最快的区间在燃烧带的上方。图 7-2 有效容积为 1386m3 的高炉上部径向炉料的下降速度1- 放铁后2- 平均料

11、速（约 6h 内）3- 放铁前 4 放铁时间内放射性同位素研究的结果还表明：炉 料在下降过程中的运动速度也是变化 的。从炉喉到炉身下部，料速不断降低 这是因为愈向下，炉子截面愈大以及炉 料软化使炉料体积有所缩小的缘故。当炉料继续下降时，虽然炉腹收缩使截面 积减小，但料速增加不多。这是因为在 炉腹炉料已大量还原和熔化，使炉料体 积收缩所致。2、冶炼周期炉料在炉内的停留时间称为冶炼周 期。它是高炉冶炼的一个重要操作指标, 同样可以用来说明下料速度的快慢。治 炼周期可通过下式计算：尸旷儿（lhg）t =24yvv，（1- t）或因为有效容积利用系数 高炉有效容积，量（7-6）（7-7 ） n v =

12、 Vu / P 式中；t冶炼周期，h ;、Vum3； P昼夜生铁产t ; V 每吨生铁炉料的体积,、 m3 ;E炉料在炉内的平均体积压缩率。根据鞍钢、本钢的测定，对大、中 型焦炭高炉，此值为1216% （大高炉 取上限）由（7-6 ）式可见，冶炼周期t与有效 容积利用系数n v和每吨生铁炉料的体积 V 成反比。由于治炼条件的不同，冶炼周期相差 甚大。目前我国咼炉的冶炼周期约为4 6h。一般大高炉的冶炼周期较长，而小 高炉的冶炼周期较短。3、炉料的再分布和超越现象同位素测定炉料向下运动的轨迹表 明：除了少数炉料向下作垂直运动外， 多数炉料在下降过程中都将偏移垂直方 向，而且各种炉料偏移垂直方向的

13、程度 也不相同。焦炭由于比重较小而偏移较 多，矿石由于比重大而偏移较少。这样， 在下降过程中焦炭就容易被矿石挤向边 缘。所以，通常在炉身下部边缘焦炭较 多，而矿石较少。因此，炉料在下降过 程中，各种炉料沿高炉截面旳分布情况 与炉喉料的原始分布情况不気全一样， 也就是说炉料的分布情况将发生变化， 这个现象称之为炉料的再分布。炉料在 下降过程中不仅发生组成的再分布，而 且也将发生粒度的再分布。由于炉料各组成的物理形态、比重和 粒度不同，因而向下运动的速度也就不 気全一样，一些炉料下降较快，另一些 炉料下降较慢。于是在炉料下降过程中 将发生下降速度快的炉料“超越”下降 速度慢的炉料的现象。这实际上是炉料 的纵向再分布。矿石比重大，焦炭比重小，因而矿石 将超越焦炭。但在高炉上部矿石尚处于 固体状态时，矿石超越焦炭的现象不显 著；在高炉下部由于矿石还原熔化成液 态渣铁后易于向下滴落，于是矿石超越 焦炭的现象才较显著。除因比重差别引起的超越现象外，块 度的不同也能弓起超越现象。小块炉料 容易嵌入大块炉料之间的空隙中，因而 容易超越大块炉料先行下降。由于炉料在下降过程中发生超越现 象，使得在同一时间内加入的炉料不会 同时到达炉缸。在冶