高炉气体运动

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1、碳的气化与煤气和炉料运动高炉内碳的气化反应的规律高炉内碳的气化是另一个物态变化：固体的焦炭和煤粉气化转为气态的煤气。一般来说碳与氧燃烧反应生成两种化合物co和CO2,产物为CO的称为不完全燃烧，lkgC放热9800kJ/kg；燃烧产物为CO2的称为完全燃烧，IkgC放热33400kJ/kgo研究表明碳在空气中燃烧时同时产生co和co2,这两种氧化物绝对的相互排斥是不可能的，究竟最终获得哪一种取决于温度和环境的氧势，高温（1200°C以上）、缺氧时一定是CO。高炉内碳的气化分为：（1）风口前燃烧带内与鼓入的热风燃烧气化;（2）在燃烧带以外与矿石和熔剂中氧化物的氧反应

2、而气化。从炉顶装入高炉的焦炭有65%~80%在风口前燃烧气化（称做焦炭在风口前的燃烧率），其余35%〜20%是在下降过程中与炉料氧化物的直接还原中气化。从风口喷吹人炉缸的煤粉有80%-85%在风口前气化，其余20%~15%（称为未燃煤粉）是在随煤气上升过程中与炉料氧化物中的氧反应而气化。实际上焦炭和煤粉中有10%是不气化的，而是溶入铁水成生铁的一种合金元素。在风口前燃烧带，热风带入的氧在燃料的表面发生3C+2O2=2CO+CO2反应，产生的CO在燃烧带焦点处又与O?反应成CO2,但是随着煤气离开燃烧带中心，环境就变为碳多且无自由氧，CO2与C反应而成为COo在燃烧

3、带以外，碳的气化全通过直接还原途径而形成co：(FeO)+C=[Fe]+CO；(MnO)+C=[Mn]+CO；(P2O5)+5C=2[P]+5COSiC>2焦灰+C=SiO+CO；(SiO2)+2C=[Si]+2CO；[S]+(CaO)+C=(CaS)+CO即使间接还原产生CO2和出0,也会在850°C以上高温区与燃料中的碳反应CO2+C=2CO；h2o+c=h2+co所以高炉内燃料中的碳不论在何处气化，其最终产物都是COo高炉炉缸燃烧反应特点和燃烧产物的成分和数量研究表明煤的燃烧要经历三个次过程：加热蒸发和挥发物分解;挥发分燃烧和碳结焦；残焦燃烧。进入高炉的焦炭

4、在炼焦过程中已完成前两个次过程，到达风口燃烧带只需完成最后一个次程。喷入高炉的煤粉需要完成全部三个次过程，这三个次过程；可循序进行,也可重叠甚至同时发生。焦炭是具有一定粒度的块状物，它进入炉缸燃烧不受时间限制，可通过各种方式燃烧直到完全气化。喷吹煤粉进入炉缸燃烧，不仅比焦炭燃烧多了两个次过程，而且它是粉状,能随气流流动，它应在炉缸燃烧带内停留的有限时间(0.01-0.04S)和有限空间(燃烧带长度1.2-1.4m)内完成，否则将随煤气上升而成为未燃煤粉，过量的未燃煤粉会给高炉生产带来很多麻烦。所以要采取技术措施加快煤粉的燃烧过程，:保证煤粉在燃烧带内的燃烧率达到8

5、0%~85%o在现代高炉上，炉缸燃烧反应是在燃料作剧烈旋转运动中与氧反应而气化的，完全替代了20世纪50年代前高炉没有强化时的层状燃烧。在炉缸燃料中碳的燃烧反应的产物是co,属不完全燃烧，燃烧产物由CO、H2和N2组成。在已知鼓风中氧含量，湿度f后,可用燃烧1kg碳；In?鼓风或生产1t生铁为基准计算出燃烧带煤气的成分和数量。只要原始数据正确无误，三种计算所得煤气成分是相同的。影响炉缸煤气成分的因素有鼓风湿度、鼓风含氧量和喷吹物等。当鼓风湿度增加时，由于水分在风口前分解成H2和02,炉缸煤气中的含H2量和CO量增加，N2含量相对下降。喷吹含H2量较高的喷吹物时，炉

6、缸煤气中含H2量增加，CO和N2相对下降。当鼓风中的氧浓度增加时(如富氧鼓风)，炉缸煤气中的CO浓度增加，N2浓度下降，由于2浓度下降的幅度较大，煤气中的H2浓度相对增加。前两种情况下炉缸煤气量增加，后一种情况下煤气量下降。炉缸燃烧反应在高炉冶炼过程中的作用炉缸燃烧反应在高炉冶炼过程中的作用如下:(1)焦炭在风口前燃烧放出的热量，是高炉冶炼过程中的主要热量来源。高炉冶炼所需要的热量，包括炉料的预热、水分蒸发和分解、碳酸盐的分解、直接还原吸热、渣铁的熔化和过热、炉体散热和煤气带走的热量等，绝大部分由风口前燃烧焦炭供给。(2)炉缸燃烧反应的结果产生了还原性气体CO,为

7、炉身中上部固体炉料的间接还原提供了还原剂，并在上升过程中将热量带到上部起传热介质的作用。(1)由于炉缸燃烧反应过程中固体焦炭不断变为气体离开高炉，为炉料的下降提供了40%左右的自由空间，保证炉料的不断下降。(2)风口前焦炭的燃烧状态影响煤气流的初始分布，从而影响整个炉内的煤气流分布和高炉顺行。(3)炉缸燃烧反应决定炉缸温度水平和分布，从而影响造渣、脱硫和生铁的最终形成过程及炉缸工作的均匀性，也就是说炉缸燃烧反应影响生铁的质量。由此可见,炉缸燃烧反应在高炉冶炼过程中起着极为重要的作用，正确掌握炉缸燃烧反应的规律，保持良好的炉缸工作状态，是操作高炉和达到高产优质的基本

8、条件。风口