炉缸反应过程.ppt

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1、第四章炉缸反应过程4.1炉缸反应的意义4.2碳的气化反应4.3燃烧带对高炉冶炼过程的影响4.4燃烧带的控制——下部调剂原理4.5风口区理论燃烧温度炼铁学——炉缸反应过程4.1炉缸反应的意义高炉中的焦炭除部分消耗于直接还原合生铁渗碳外，大部分在风口前燃烧。风口前燃料的燃烧合炉缸工作对高炉冶炼过程极为重要：①燃料燃烧是高炉冶炼所需热能和化学能的提供源泉；②燃料燃烧是高炉炉料下降的基本条件之一；③炉缸反应除燃料燃烧外，包括直接还原、渗碳、渣、铁间脱硫等尚未完成的反应，都集中在炉缸内完成，最终生成生铁和炉渣，自炉缸排

2、出。炼铁学——炉缸反应过程4.2碳的气化反应4.2.1固体碳气化的一般规律碳与氧反应形成CO2的称为完全燃烧，形成CO的称为不完全燃烧。由氧势图可看出，高温下CO远较CO2稳定，即高温下更有利于不完全燃烧。燃烧及等温方程：PO2对生成的CO2的完全燃烧反应影响大，PO2值越高越利于生成CO2，但当温度＞850℃时，碳素溶解损失将起作用从而使反应的最终结果变为不完全燃烧。炼铁学——炉缸反应过程实际燃烧反应过程看，碳与氧反应时CO与CO2是同时产生的，反应过程为，首先氧分子吸附于碳的表面。随着温度的升高，碳原子与

3、氧原子的吸附增强，使物理吸附转化为化学吸附，而使氧原子之间的键弱化，氧键拉长，最终断裂与表面碳原子形成络合物。由于周围气流的冲击及高温作用，表面络合物分解为CO及CO2。这称为燃烧的初级反应或主反应。反应式为：＜1300℃4C＋2O2＝（4C）·（2O2）（4C）·（2O2）+O2＝2CO＋2CO2＞1600℃3C＋2O2＝（3C）·（2O2）（3C）·（2O2）＝2CO＋CO2在1300～1600℃之间，上述反应同时进行且“络合物分解”为共同的反应控制环节。炼铁学——炉缸反应过程初级反应生成的CO及CO2将

4、继续与O2或C反应，称为燃烧反应的次级反应或副反应。2CO＋O2＝2CO2C＋CO2＝2CO由于温度的差异出现两种反应机构：（1）单膜。温度较低时发生。从碳表面因主反应生成CO及CO2。环境中O2扩散至碳表面生成的气膜而与CO反应，生成CO2，导致最终产品中CO2多于CO。（2）双膜。温度较高时，表面反应生成的CO2也会与C进一步反应生成CO2。CO2再向外扩散与环境中扩散来的O2反应，一部分CO转化为CO2。最终产品仍以CO为主导。炼铁学——炉缸反应过程炼铁学——炉缸反应过程4.2.2风口前碳的燃烧焦炭与煤

5、的燃烧4.2.2.1燃烧带风口前碳与氧反应而气化的地区称为燃烧带。焦炭再风口前的燃烧有两种状态，一是类似于炉箅上碳的燃烧，碳块是相对静止的；另一种是在剧烈的旋转运动中与氧反应而气化。炼铁学——炉缸反应过程由气体变化曲线可知，碳的气化在燃烧带内有两种情况（1）有O2存在时主要发生完全燃烧反应（2）氧消失，CO2出现峰值后发生碳素溶解损失反应前者称为燃烧带的氧化区，后者称为还原区，并以CO2的小时作为燃烧带的界限标志。（CO2＝1％）4.2.2.2燃烧带的大小及其影响因素燃烧带是高温煤气的发源地，又因焦炭气化产生

6、了空间，而为炉料的连续下降创造了先决条件。燃烧带的大小及其分布对煤气流沿圆周及半径方向的分布及炉料下降状况和其分布有极大的影响。煤气分布均匀、炉缸活跃、下料顺畅、均匀是高炉正常操作的前提。因此要求燃烧带沿半径方向分布均匀，而在半径方向上大小适当。炼铁学——炉缸反应过程决定燃烧带的影响因素较多，主要取决于O2、CO2或H2O向高炉中心穿透的深度。决定穿透深度的因数主要是鼓风动能、燃烧反应的速度及温度。（1）鼓风动能的影响鼓风动能不仅是影响燃烧带大小而且是引起焦炭循环运动的因素调节鼓风动能的因素有风量、风温、风口

7、直径等。鼓风动能过大造成的危害：一方面中心煤气流过大，导致煤气流失常。另一方面，随着鼓风动能的增大，燃烧带并不成比例地向中心扩展，而是在达到某个值后在风口前出现逆时针与顺时针方向旋转的的两股气流。顺时针回旋的涡流阻碍下部过渡层及碎焦层的移动和更新，常引起风口前沿下端的频繁烧损。炼铁学——炉缸反应过程炼铁学——炉缸反应过程（2）燃烧速度的影响加速燃烧反应的因素均可缩小燃烧带。影响燃烧反应速率的因素有：①气相中氧化性气体扩散到固体碳表面的速度②燃烧化学反应本身的速度③反应产物脱附与向外扩散的速度提高气相中氧的浓度

8、（富氧）、提高温度及其他加速扩散的措施都将使燃烧带缩小。4.2.2.3燃烧带内生成煤气的成分炼铁学——炉缸反应过程燃烧带对炉料和煤气的运动和分布，对炉缸工作的均匀化和炉矿顺行都有很大影响。4.3.1对煤气流分布的影响燃烧带的大小军定着炉缸煤气的初始分布，也在很大程度上决定或影响着煤气流在高炉内的二次分布（软熔带）和三次分布（炉喉）。煤气流分布合理，则其能量利用充分，高炉顺行。在冶炼条件一定的情况下，