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高炉冶炼过程和料柱结构

2012-08-30 17:49阅读:306
(1)高炉料柱结构
高炉内自上而下的温度总趋势是逐渐升高,60年代以来各国通过对高炉进行解剖表明,高炉内的等温线并非沿横截面呈水平状,因高炉炉型、原料品位和操作参数等因素,等温线可呈W形或倒V形(下图)等不同类型。料柱上部低于1100℃的区域,炉料保持入炉前的固体块状,该区域称块状带。料柱中部温度1100-1350℃的部位,矿石从外表到内部逐渐软化融着,故该区域称软融带,由于高炉内中心气流与边缘气流速度以及温度的差异,使软融带呈倒v形或w形。料柱中下部温度高于1350℃,此处仅焦炭仍呈固块状,熔化的铁水和炉渣沿焦炭层缝隙向下流动并滴落,高温煤气则沿粘附有铁水和炉渣的焦炭缝隙向上流动,该区域称滴落带。在滴落带下方的中心部位,有一个缓慢移动的呆滞焦炭层(也称死料柱)。这主要是当焦炭移动时由软融带上层滑落下来,未经受剧烈碳溶反应的焦炭组成。进入滴落带以下风口前的焦炭在高速热气流的吹动下剧烈回旋并猛烈燃烧形成回旋的风口区。风口区的周边是焦块、焦屑、铁水和熔渣,并随风口区内焦炭烧掉,边界层的焦炭被热风卷入回旋风口区,同时外围焦炭补入风口区边界层形成动平衡。风口区内焦炭完全燃烧生成的co2,在流经边界层时与灼热焦炭反应,几乎全部转化为co,提供铁氧化物还原所需的还原剂。
(2)铁氧化物的还原

可分间接还原和直接还原两种类型。在800℃以下,铁矿石中的各种铁氧化物与还原性气体(主要为co)发生如下还原反应
高炉冶炼过程和料柱结构
因为其还原剂为co,故称间接还原,总热效应为正值。反应生成的co2还可能与焦炭发生如下反应
高炉冶炼过程和料柱结构
高炉内不同温度区域示意
1—块状带;2—软融带;3—滴落带;4—风口区;5—呆滞焦炭层
高炉冶炼过程和料柱结构
虽然反应历程仍属两步气固相反应,但从热力学观点,恰如铁氧化物被固态碳直接还原。因此在1100℃以上铁氧化物的还原反应称直接还原,反应大量吸热。直接还原的铁量占铁氧化物还原的总铁量之比称直接还原度rd,一般高炉的rd=0.35~0.50,由于直接还原大量吸热,不利于高炉内的热能利用;又因碳溶反应使焦炭气孔壁削弱,故高炉内应尽可能发展间接还原。间接还原主要在高炉的块状带内通过还原性气体在铁矿石表面进行,块状带的中下部温度已达800-1000℃,因此化学反应速度已相当快,整个反应速度取决于气体中的co向矿石表面的扩散速度,即属于扩散速度控制。降低扩散阻力或提高扩散推动力,有利于发展块状带内的还原反应。为此高炉操作可采取以下发展间接还原反应的措施。
1:采用富氧鼓风和喷吹还原性气体提高煤气中co和h2的浓度。
2:适当减小矿石粒度,以增加高炉铁矿石的比表面,一般中小高炉矿石粒度为8-10mm,大高炉为10-25mm,粒度过小会导致炉料透气性变差。
3:提高矿石的气孔率,尽量采用球团矿或烧结矿。
4:为改善料柱透气性,入炉料应事先筛除粉尘,并提高入炉料的粒度均匀性,故焦炭料层的粒度不宜过大,一般高炉焦炭的粒度为25-70mm大高炉以40-60mm为佳,中型高炉以25-40mm为佳。
5:通过合适的装料制度和配置合理的风口直径,改善风口回旋区深度及其边界的均匀性。
6:在矿石料层中混装10-20mm 的小焦粒,提高炉内co浓度,还可改善软融带的透气性。使用反应性适度,强度好,含碱量低的焦炭。

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