爐缸反應過程.ppt

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1、第四章爐缸反應過程4.1爐缸反應的意義4.2碳的氣化反應4.3燃燒帶對高爐冶煉過程的影響4.4燃燒帶的控制——下部調(diào)劑原理4.5風口區(qū)理論燃燒溫度煉鐵學——爐缸反應過程4.1爐缸反應的意義高爐中的焦炭除部分消耗于直接還原合生鐵滲碳外，大部分在風口前燃燒。風口前燃料的燃燒合爐缸工作對高爐冶煉過程極為重要：①燃料燃燒是高爐冶煉所需熱能和化學能的提供源泉；②燃料燃燒是高爐爐料下降的基本條件之一；③爐缸反應除燃料燃燒外，包括直接還原、滲碳、渣、鐵間脫硫等尚未完成的反應，都集中在爐缸內(nèi)完成，最終生成生鐵和爐渣，自爐缸排

2、出。煉鐵學——爐缸反應過程4.2碳的氣化反應4.2.1固體碳氣化的一般規(guī)律碳與氧反應形成CO2的稱為完全燃燒，形成CO的稱為不完全燃燒。由氧勢圖可看出，高溫下CO遠較CO2穩(wěn)定，即高溫下更有利于不完全燃燒。燃燒及等溫方程：PO2對生成的CO2的完全燃燒反應影響大，PO2值越高越利于生成CO2，但當溫度＞850℃時，碳素溶解損失將起作用從而使反應的最終結果變?yōu)椴煌耆紵掕F學——爐缸反應過程實際燃燒反應過程看，碳與氧反應時CO與CO2是同時產(chǎn)生的，反應過程為，首先氧分子吸附于碳的表面。隨著溫度的升高，碳原子與

3、氧原子的吸附增強，使物理吸附轉(zhuǎn)化為化學吸附，而使氧原子之間的鍵弱化，氧鍵拉長，最終斷裂與表面碳原子形成絡合物。由于周圍氣流的沖擊及高溫作用，表面絡合物分解為CO及CO2。這稱為燃燒的初級反應或主反應。反應式為：＜1300℃4C＋2O2＝（4C）·（2O2）（4C）·（2O2）+O2＝2CO＋2CO2＞1600℃3C＋2O2＝（3C）·（2O2）（3C）·（2O2）＝2CO＋CO2在1300～1600℃之間，上述反應同時進行且“絡合物分解”為共同的反應控制環(huán)節(jié)。煉鐵學——爐缸反應過程初級反應生成的CO及CO2將

4、繼續(xù)與O2或C反應，稱為燃燒反應的次級反應或副反應。2CO＋O2＝2CO2C＋CO2＝2CO由于溫度的差異出現(xiàn)兩種反應機構：（1）單膜。溫度較低時發(fā)生。從碳表面因主反應生成CO及CO2。環(huán)境中O2擴散至碳表面生成的氣膜而與CO反應，生成CO2，導致最終產(chǎn)品中CO2多于CO。（2）雙膜。溫度較高時，表面反應生成的CO2也會與C進一步反應生成CO2。CO2再向外擴散與環(huán)境中擴散來的O2反應，一部分CO轉(zhuǎn)化為CO2。最終產(chǎn)品仍以CO為主導。煉鐵學——爐缸反應過程煉鐵學——爐缸反應過程4.2.2風口前碳的燃燒焦炭與煤

5、的燃燒4.2.2.1燃燒帶風口前碳與氧反應而氣化的地區(qū)稱為燃燒帶。焦炭再風口前的燃燒有兩種狀態(tài)，一是類似于爐箅上碳的燃燒，碳塊是相對靜止的；另一種是在劇烈的旋轉(zhuǎn)運動中與氧反應而氣化。煉鐵學——爐缸反應過程由氣體變化曲線可知，碳的氣化在燃燒帶內(nèi)有兩種情況（1）有O2存在時主要發(fā)生完全燃燒反應（2）氧消失，CO2出現(xiàn)峰值后發(fā)生碳素溶解損失反應前者稱為燃燒帶的氧化區(qū)，后者稱為還原區(qū)，并以CO2的小時作為燃燒帶的界限標志。（CO2＝1％）4.2.2.2燃燒帶的大小及其影響因素燃燒帶是高溫煤氣的發(fā)源地，又因焦炭氣化產(chǎn)生

6、了空間，而為爐料的連續(xù)下降創(chuàng)造了先決條件。燃燒帶的大小及其分布對煤氣流沿圓周及半徑方向的分布及爐料下降狀況和其分布有極大的影響。煤氣分布均勻、爐缸活躍、下料順暢、均勻是高爐正常操作的前提。因此要求燃燒帶沿半徑方向分布均勻，而在半徑方向上大小適當。煉鐵學——爐缸反應過程決定燃燒帶的影響因素較多，主要取決于O2、CO2或H2O向高爐中心穿透的深度。決定穿透深度的因數(shù)主要是鼓風動能、燃燒反應的速度及溫度。（1）鼓風動能的影響鼓風動能不僅是影響燃燒帶大小而且是引起焦炭循環(huán)運動的因素調(diào)節(jié)鼓風動能的因素有風量、風溫、風口

7、直徑等。鼓風動能過大造成的危害：一方面中心煤氣流過大，導致煤氣流失常。另一方面，隨著鼓風動能的增大，燃燒帶并不成比例地向中心擴展，而是在達到某個值后在風口前出現(xiàn)逆時針與順時針方向旋轉(zhuǎn)的的兩股氣流。順時針回旋的渦流阻礙下部過渡層及碎焦層的移動和更新，常引起風口前沿下端的頻繁燒損。煉鐵學——爐缸反應過程煉鐵學——爐缸反應過程（2）燃燒速度的影響加速燃燒反應的因素均可縮小燃燒帶。影響燃燒反應速率的因素有：①氣相中氧化性氣體擴散到固體碳表面的速度②燃燒化學反應本身的速度③反應產(chǎn)物脫附與向外擴散的速度提高氣相中氧的濃度

8、（富氧）、提高溫度及其他加速擴散的措施都將使燃燒帶縮小。4.2.2.3燃燒帶內(nèi)生成煤氣的成分煉鐵學——爐缸反應過程燃燒帶對爐料和煤氣的運動和分布，對爐缸工作的均勻化和爐礦順行都有很大影響。4.3.1對煤氣流分布的影響燃燒帶的大小軍定著爐缸煤氣的初始分布，也在很大程度上決定或影響著煤氣流在高爐內(nèi)的二次分布（軟熔帶）和三次分布（爐喉）。煤氣流分布合理，則其能量利用充分，高爐順行。在冶煉條件一定的情況下，