炼铁学(辽宁科技大学)方案.ppt

5.1.2 高炉热交换 为研究并阐明这个问题，引用“水当量”概念。所谓水当量就是单位时间内通过高炉某一截面的炉料（或煤气），其温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量。简言之，水当量就是单位时间内使煤气或炉料温度改变1℃所产生的热量变化。 炉料水当量 W料=G料×C料 煤气水当量 W气=V气×C气 （5-3） 式中 : G料、V气——分别为通过高炉某一截面上的炉料量和煤气量； C料、C气——分别为炉料热容和煤气热容。 5.1.2 高炉热交换 实际高炉不是一个简单的热交换器，因为在煤气和炉料进行热交换的同时，还进行着传质等一系列的物理化学反应，有些吸热，有些放热，使得炉料和煤气的水当量沿高度方向上是变化着的。 5.1.2 高炉热交换 在高炉下部热交换区（Ⅲ），由于炉料中碳酸盐激烈分解，直接还原反应激烈进行和熔化造渣等，都需要消耗大量热量，愈到下部需热量愈大，因此，W料＞W气，愈往下愈不断增大。即单位时间内通过高炉下部某一截面使炉料温度升高1℃所需之热量远大于煤气温度降低1℃所放出的热量，热量供应相当紧张，因此煤气温度迅速下降，而炉料温度升高并不快，即煤气的降温速度远大于炉料的升温速度。这样两者之间就存在着较大的温差（△t），而且愈向下愈大。从而推动热交换激烈进行。 5.1.2 高炉热交换 煤气上升到中部某一高度后，由于直接还原等耗热反应的减少，间接还原放热反应的进行，W料逐渐减小，以至在某一时刻与W气相等，即W料=W气，此时煤气和炉料间的温差很小（△t≤20℃），并维持相当时间，煤气放出的热量和炉料吸收的热量基本保持平衡，炉料的升温速率大致等于煤气的降温速率，热交换进行很缓慢，而成为“空段”（Ⅱ）。煤气何时、何温度下进入空段？当用天然矿冶炼使用大量石灰石入炉时，空段开始温度取决于石灰石激烈分解温度，即900℃左右。在使用溶剂性烧结矿，高炉不加石灰石时，则取决于直接还原开始大量发展的温度，即1000℃左右。 5.1.2 高炉热交换 煤气从空段往上进入上部热交换区（Ⅰ）。此外进行着炉料的加热、蒸发和分解以及间接还原反应等。由于所需热量较少，因而，W料＜W气，即此时单位时间内炉料温度升高1℃所吸收的热量小于煤气降温1℃所放出的热量，热量供应充足，炉料迅速被加热，其升温速率大于煤气降温速率。因此，自下而上，始终保持着愈来愈大的温差，从而进行着较激烈的热交换。而自上而下，炉料的温度便很快接近煤气的温度，进入中部“空区”，W料≈W气。 5.1.2 高炉热交换 总的来看，煤气和炉料，一个是放热，一个是吸热；一个是降温，一个是升温。这一对矛盾取决于煤气和炉料水当量的变化。即它们温度升降的速率决定着热交换曲线变化的趋势。 5.1.3 改善煤气能量利用 一、热交换强度与高炉适宜高度的讨论 由图5-3可知，煤气和炉料间的温差在风口水平最大（△t=400~500℃），在炉喉料线附近次之（△t=200℃左右），而在炉身（空断）最小（△t=10~20℃），因此，高炉高度上热交换强度的变化规律是两头大，中间小。由于高炉不论大小，都存在着这样一个热交换达到平衡（或缓慢）的空断区，因此，过去有人企图增加高炉高度来降低炉顶温度，改善煤气能量利用，其效果不大。 5.1.3 改善煤气能量利用 既然增加高度徒劳，而空段对热交换作用不大，因此，又有人提出取消空段，大幅度降低高炉高度。这又走向了另一个极端。事实证明，高炉过矮，将妨碍间接还原，使能量利用变坏，焦比升高。因此空段尽管热交换缓慢，但却进行着十分重要的间接还原反应等过程，因此，空段虽可缩短，但不能取消。高炉应维持一个适宜的高度，既适宜的高径比（Hu/D）。 5.1.3 改善煤气能量利用 二、炉料和煤气水当量的比值与炉缸和炉顶煤气温度的关系 在高炉操作中，如果炉缸温度（t缸）升高，而炉顶温度 （t顶）降低，说明热交换进行得好，煤气能量利用改善。提高t缸，降低t顶，同W料/W气的比值变化不大。 根据区域热平衡和热交换原理，在上部热交换区（Ⅰ段）任一截面上，煤气所含的热量应等于固体炉料吸收的热量与炉顶煤气带走的热量之和（不考虑入炉料物理热）。即： 5.1.3 改善煤气能量利用 当上端热交换终了，到达空段时， ，于是 5.1.3 改善煤气能量利用 可见，炉顶煤气温度决定于空段温度和 的比值。在原料、操作稳定的情况下，t空一般变化不大，故t顶主要决定于 . 5.1.3 改善煤气能量利用 提高风温，降低焦比，或采用富氧鼓风等减少煤气量的措施，都可使W气降低， 升高，从而使t顶降低。如果由于其它原因，风温的提高并没有使焦比降低，则煤气量不