非高炉炼铁--重点设备介绍.ppt

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1、第三章重点设备介绍直接还原气基：竖炉、流化床、反应罐煤基：回转窑、反应罐、竖炉熔融还原还原单元：竖炉、流化床熔炼造气单元：煤炭流化床、铁浴炉3.1还原竖炉竖炉法目前占直接还原法的83％；炉内反应过程与高炉间接还原带相似；竖炉内分为预热带、还原带、过渡带及冷却带。3.1.1炉料运动炉料顺行的条件：有效重力F≥0。根据Janssen公式：式中：D——竖炉直径，m；M——炉料堆比重，kg/m3；f——炉料与炉墙摩擦系数；n——侧压系数。高炉中，△P/Z→M，即F→0，下料不顺；竖炉中，△P/Z较小（2Pa/m3)，M较大（2000Pa/m3），竖炉不会因为煤气

2、浮力引起悬料。竖炉悬料的原因：①球团体积膨胀而发生侧压系数n增大；②矿石相互粘结或与炉墙粘结而引起摩擦系数增大。竖炉利用系数：式中：τ∑——包括预热、还原、过渡及冷却各段总的停留时间，h；Fev——炉料容积含铁量；Fep——产品含铁量，％3.1.2传热过程竖炉内炉料－气流间的传热过程决定了预热炉料及冷却炉料需要的时间。预热带主要进行气－固相的热交换过程。对于料柱中一微元段dZ，由热平衡有：炉料：⑴煤气：⑵式中：Gs，Gg——炉料及煤气流通量，kg/m2；β——气-固相间传热系数；A——单位体积炉料表面积，m2。由（1）得：由（2）得：两式相等得：即：积分

3、得：（3）由边界条件：ts＝tso时，tg＝tg‘代入上式得：代入（3）得：（4）又由（1）、（2）得：两式相减得：积分得：（5）边界条件：Z＝0时，ts＝tso，tg＝tg‘代入（5）得：代入（5）得：（6）联立（4）、（6）得：一般情况下，tso→0，则：而：由上两式可求炉内温度分布，此外可求出预热带高度。如：定义预热带结束的标志为tg＝ts＋10℃，则：冷却带的传热过程与预热带类似。冷却带中易发生析碳反应（2CO→C＋CO2）。后果：析碳过多，阻碍气流，降低冷却作用。原因：冷却带处于CO分解反应易发生温度区，新还原的金属铁具有析碳反应的触媒效应。措

4、施：保证一定的冷却煤气氧化度。3.1.3还原过程（1）竖炉还原数学模型简化的一步未反应核模型的导出式：而：由物料平衡：由热平衡得：联立以上方程式即为移动床还原过程完整的数学模型的微分方程组，可用于描述稳态条件下的竖炉还原过程。边界条件：气体出口处：Z＝0，R＝0；气体入口处：Z＝Zi；tg＝tgi；CA＝CAi；P＝Pi。（2）竖炉中矿石还原过程的特点主要特点在于移动床反应器内存在两种影响矿石还原过程的因素，即床层中还原气体的浓度场和炉料与煤气的温度场。1）浓度场派生效应：床层中煤气有效成分的浓度与还原进程的关系。矿石还原度↑→还原性气体浓度↓→还原反应

5、推动力（CA－CB/Ke)↓→阻碍矿石还原度↑，反之亦然。结果：减弱操作参数（矿石粒度、矿石还原性、还原气体入炉成分等）对矿石还原程度的影响。2）温度场派生效应：任何影响反应床温度分布的因素都会对还原过程产生显著的影响；反之，矿石还原度的变化对床层温度场也有一定的影响，即温度场变化对矿石还原有“反馈”作用。如：煤气H2/H2+CO对还原过程的影响。H2多，矿石还原度的↑使床层温度↓，阻碍还原CO多，矿石还原度的↑使床层温度↑，促进还原即温度场的变化可对铁矿石的还原过程产生一种反馈作用，作用的效果由煤气中H2和CO相对含量所决定。3）最佳煤气H2/H2+C

6、O动力学：H2↑→反应速率常数和扩散系数↑→还原速度显著↑温度场效应：H2↑→温度↓→还原速度↓最佳煤气成分：矿石还原度在某一煤气成分（H2/H2+CO）下达到最大值。它与移动床温度条件，即操作条件和矿石的特性参数有关。数模计算结果：H2/H2+CO≈0.3实际生产：H2/H2+CO＞0.5，H2+CO＞0.75应舍弃追求使用高H2煤气的观点4）反应空区：还原反应停滞的反应空间。特点：Fe2O3→Fe3O4的还原过程已全部结束，而Fe3O4→FexO的还原仍没有发生，此时矿石还原度为0.111。床层温度较低，气相浓度较小就易发生。5）影响竖炉生产率的操作

7、因素操作因素→还原速度→生产率温度：提高入炉煤气温度，有利于提高生产率。煤气流量：流量↑，气固比↑，炉内平均温度↑，推动力（CA－CB/Ke）↑，促进还原，但利用率↓矿石入炉粒度：缩小矿石粒度能提高矿石还原速度，但实际效果不明显。矿石粒度减小同时有利于传热和冷却，从而提高生产率。但需满足炉料透气性的限制。炉料运动：顺行条件；悬料原因；传热过程：还原剂、炉料温度分布；预热带长度计算；还原过程：浓度场派生效应；温度场派生效应；最佳煤气H2/(H2+CO)；反应空区；影响竖炉生产率的操作因素3.1还原竖炉学习重点3.2回转窑3.2.1回转窑法炼铁过程最重要的固

8、体还原剂直接还原工艺。按不同作业温度可生产海绵铁、粒铁及液态生铁，其中低温作业的