4.2 煤气运动

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1、4.2煤气运动风口前燃料燃烧产生高温还原性煤气(CO十H2)，为高炉冶炼提供了热能和化学能。煤气能量是否充分利用，直接关系到焦比、燃料比的高低和其他指标的改善。煤气和炉料之间良好的传热是传质的条件，也是改善高炉能量利用的关键。4.2煤气运动4.2.1煤气上升过程中的变化4.2.2高炉热交换4.2.1煤气上升过程中的变化高炉煤气自下而上穿过料层而运动时，以对流、传导、辐射等方式将热量传给炉料，同时进行着传质，使煤气在上升过程中，体积、成分和温度都发生了重大变化。从图4·4看到，煤气的总体积自下而上有所增加。通常鼓风时，炉缸煤气量(注：这是

2、指体积而言)约为风量的1．21倍；而炉顶煤气量约为风量的1．35倍。喷吹燃料时，炉缸煤气量约为风量的1．30倍；而炉顶煤气量约为风量的1．45倍。4.2.1煤气上升过程中的变化煤气体积的增加主要是因为矿石中的Fe、Si、Mn、P等元素的直接还原生成一部分CO；碳酸盐在高温区分解出的CO2同C作用生成两倍体积的CO．而在中温区分解出的CO2亦直接增加了煤气体积。高炉煤气在上升过程中成分的变化如图所示。炉缸煤气中CO含量在35％一45％范围，而无CO2存在。炉顶煤气中，CO含量一般为20％一25％，而(CO2含量一般为15％一22％。两者之

3、和，即(CO十CO2)含量一般稳定在38％一42％之间。其他成分如H2、CH4、N2等，也有所变化。沿高炉高度上，自下而上煤气的温度不断降低，仅几秒钟时间就从炉缸处的1700一1800℃降低到炉顶处的150一300℃。这是因为煤气和炉料之间进行激烈热交换的结果。高炉热效率高达78％一86％，是各类冶金炉中最高者。沿高炉截面上，煤气温度分布是不均匀的，它主要取决于煤气分布。一般中心和边缘气流较发展，煤气温度也较高。改善煤气化学能利用的关键是提高CO利用率（դco）和H2利用率（դH2）。炉顶煤气中CO2愈高，CO愈低，则煤气化学能利用愈好

4、。反之，则化学能利用愈差。CO利用率一般表示4.2.1煤气上升过程中的变化显然，在(CO2十CO)之和基本稳定不变的情况下，提高炉顶煤气CO2含量，意味着CO必然降低，而դco必然提高。这就是说．有更多的CO参与了间接还原变成了CO2，改善了煤气(CO)能量的利用。炉顶煤气温度（t顶）是高炉内煤气热能利用的标志。t顶低说明炉内热交换愈充分，煤气热能利用愈好；反之，t顶高，煤气热能利用愈差(传热不好)。炉顶煤气中的CO（或CO2）含量和t顶又是互相联系，表现一致的。一般t顶高，CO含量也高，CO2含量则低，煤气能量利用变坏；反之，t顶低，

5、CO也低，CO2则高，煤气能量利用改善。这说明高炉内传热、传质过程是密切相关的。4.2.2高炉热交换前以指出，高炉内煤气温度仅儿秒钟就由炉缸内的1750℃左右降低到炉顶处的200℃左右。而炉料(使用冷料)温度则在数小时内，由常温升高到风口水乎处的1500℃左右。显然，在煤气和炉料之间进行着激烈的热交换。其基本方程可表示为：由上式可知，单位时间内炉料所吸收购热量与炉料表面积，煤气和炉料温差、传热系数成正比。而a又与煤气速度、温度、炉料性质有关。在风量、煤气量、炉料性质一定的情况下，dQ主要取决于∆t。然而，由于沿高度上煤气与炉料温度不断变

6、化，因而∆t也是变化的，这种变化规律可用图4—5表示。4.2.2高炉热交换4.2.2高炉热交换由图4—5可见，沿高炉高度上煤气和炉料之间的热交换分为三段区域：上段热交换区；中段热交换乎衡区；下段热交换区。在上、下两段热交换区，煤气和炉料之间存在着较大的温差∆t，而且下段比上段还大；∆t随着高度而变化，在上段是愈向上愈大；在下段是愈向下愈大。因此在这两个区域存在着激烈的热交换。在中段．∆t较小，而且变化小于20℃，热交换不激烈，被认为是炉料和煤气之间热交换的动态乎街区，因此有人把它称为“空段”或“呆区”。在高炉下部热交换区，由于炉料中碳酸

7、盐激烈分解，直接还原反应激烈进行和熔化造渣等．都需要消耗大量热量，愈到下部需热量愈大，因此，W料＞W气、，愈往下愈不断增大。即单位时间内通过高炉下部某一截面使炉料温度升高1℃所需之热量，远大于煤气温度降低1℃所放出的热量，热量供应相当紧张，因此煤气温度迅速下降，而炉料温度升高并不快，即煤气的降温速度远大于炉料的升温速度。这样两者之间就存在着较大的温差，而且愈向下热交换愈激烈。煤气上升到中部某一高度后，由于直接还原等耗热反应的减少，间接还原放热反应的进行，W料逐渐减小，以致在某一时刻与W气相等，即W料=W气，此时煤气和炉料间的温差很小(不

8、大于20℃)，并维持相当时间，煤气放出的热量和炉料吸收的热量基本保持平衡．炉料的升温速率大致等于煤气的降温速率，热交换进行很缓慢，而成为“空段”煤气从空段往上进入上部热交换区。此处进行着炉料的加热、蒸发和分