高炉炼铁技术-高职机械电子类10211修改

主讲:王健项目6----炉料在高炉内的物理状态及变化高炉炼铁技术任务6.1——高炉解剖研究任务6.2——炉料的蒸发、挥发和分解

00软熔带及其对高炉行程的影响01炉料的蒸发、挥发和分解02炉料在高炉内的物理状态03了解高炉解剖研究[学习任务]高炉解剖是把正在正常冶炼中的高炉，突然停止鼓风，并且急速降温以尽可能保持炉内原状，然后将高炉剖开、进行全过程的观察、录像、分析化验等各个项目的研究考察，人们把此项工作叫高炉解剖研究。高炉解剖研究6.1.1炉料在高炉内的物理状态矿石焦炭块状带焦炭天窗软熔带滴落带风口带渣铁贮存区炉身炉喉炉腰炉腹炉缸焦炭疏松区死料柱炉内五个带1、块状带炉料仍保持装料前块状状态，并明显的保持装料时的分层状态（矿石层与焦炭层），没有液态渣铁。随着炉料的下降，其层状趋于水平，厚度逐渐变薄。主要发生的反应有：矿石的间接还原，炉料的水分蒸发、结晶水分解、除CaCO3外的其它碳酸盐分解，碳素沉积反应（2CO=C+CO2）。炉内五个带2、软熔带矿石从开始软化到完全熔化的区间称为软熔带，它由许多固态的焦炭层和粘结在一起的半熔融的矿石层组成。焦炭、矿石相间，层次分明。由于矿石呈软熔状，透气性极差，煤气主要通过焦炭层通过，像窗口一样，因此称为“焦窗”。软熔带的上沿是软化线（即固相线），其下沿是熔化线（即液相线），它与矿石的软熔温度区间是一致的。主要进行的反应：矿石的直接还原和渗碳、CaCO3分解、焦炭气化反应C+CO2=2CO（碳素汽化反应）。炉内五个带3、滴落带软熔带以下是已熔化的渣、铁穿过固体焦炭空隙，像雨滴一样滴落的区域，故称为滴落带。在滴落带内焦炭长时间处于基本稳定状态的区域称为中心呆滞区（死料柱）。焦炭松动下降的区域称为活动焦炭区。主要进行的反应：非铁元素（Mn、Si、P）的还原、脱硫、铁水的渗碳和焦炭气化反应。

炉内五个带4、风口带风口前在鼓风动能作用下焦炭做回旋运动的区域称为焦炭回旋区。回旋区中心呈半空状态，在该区域内焦炭燃烧，是高炉内热量和气体还原剂的主要产生地，也是高炉内唯一存在的氧化性区域。主要进行的反应：焦炭的燃烧。

炉内五个带5、渣铁带风口以下的炉缸区域称为渣、铁带。它主要用于储存液态渣、铁以及浸入其中的焦炭。在铁滴穿过渣层以及在渣、铁界面是最终完成必要的渣、铁反应，得到合格的生铁，并间接地将渣、铁从渣口、铁口排出炉外。主要进行的反应：最终的渣、铁反应。炉内五个带软熔带的形状中心温度高，边缘温度低，煤气利用好。最理想倒V形中心温度低，边缘温度高，煤气利用不好。应避免V形介于倒V形和V形之间。W型6.1.2软熔带及其对高炉行程的影响

以正装为主的高炉，一般形成倒V形软溶带。以倒装为主或全倒装的高炉，一般形成V形软溶带。正装和倒装都有一定比例的高炉，一般接近W形软溶带。

——上部调剂装料制度2311.

下部调剂：指对风量、风速、风温、喷吹量以及鼓风湿风等因素的调剂。送风制度的稳定是煤气流稳定的前提，是炉温稳定和顺行的必要条件。

——下部调剂送风制度2.软熔带对高炉冶炼的影响

气流稳定，煤气利用改善，炉顶温度降低，混合煤气中CO2值升高，焦比降低；1中心煤气流量多，边沿煤气流量少，温度较低，对炉墙刷蚀较少；2顺行得到改善，炉缸活跃，温度较高，风、渣口破损少；3悬料次数减少。4

倒形软熔带1.V软熔带对高炉冶炼的影响

边沿煤气流量多，温度较高，炉墙刷蚀破坏严重，缩短高炉寿命；1

散失热量多，炉顶温度高，焦比高；2

煤气能量利用差；3

炉缸不活跃，中心堆积，风、渣口破损多

4

形软熔带2.V6.2炉料的蒸发、挥发和分解在高炉炉料中，水以

与两种形式存在。吸附水结晶水6.2.1水分的蒸发与结晶水的分解6.2.1水分的蒸发与结晶水的分解1.吸附水吸附水蒸发吸热，一方面减少了炉尘的吹出量，另一方面对装料设备和炉顶金属结构的维护还带来好处。吸附水：也称物理水，是依靠微弱的表面吸附在炉料颗粒表面及其孔隙表面的水。以游离状态存在于炉料中。2.结晶水

炉料中的结晶水一般存在于褐铁矿(nFe203·mH20)和高岭土(Al203·2Si02·2H20)中。结晶水也称化合水，以化合物形态存在于炉料中。2.结晶水结晶水在高炉内大量分解的温度在400～600℃，分解反应如下：H2O+C焦=H2+CO(碳水反应）这些反应都是吸热反应，消耗高炉内的热量。所以在使用含结晶水多的炉料时，最好经过炉外焙烧后再入炉。挥发物的挥发，包括:

和

的挥发。6.2.2挥发物的挥发燃料挥发物高炉内其他物质挥挥发分存在于焦炭及煤粉中：焦炭中挥发分质量分数为0.7％～l.2％。焦炭在高炉内到达风口前已被加热到1400～1600℃，挥发分全部挥发。由于挥发分数量少，对煤气成分和冶炼过程影响不大。煤粉中挥发分含量高，引起炉缸煤气成分的变化，对还原反应有一定的影响。

燃料挥发物的挥发高炉内化合物，如Si0、Pb0、K20、Na20等和元素，如S、P、As、K、Na、Zn、Pb、Mn等进行少量挥发(也称气化)。这些元素和化合物的挥发对高炉炉况和炉衬都有影响。高炉内其他物质的挥发6.2.3碱金属对高炉冶炼的危害及防止措施1.碱金属对高炉冶炼的危害（1）碱金属是碳气化反应的催化剂。实验表明，当焦炭中碱金属量增大时，焦炭气化反应速度增加，而且对反应性越低的焦炭，碱金属对加速气化反应速度的影响越大。

碱金属的催化作用，必然使焦炭气化反应开始温度降低，即气化反应在高炉内开始反应的位置上移，从而使高炉内直接还原区扩大，间接还原区相应缩小，进而引起焦比升

高，降低料柱特别是软熔带气窗的透气性，引起风口大量破损等。（2）降低焦炭强度：①因碱金属促进焦炭气化反应发展，以及氰化物的形成，其结果必然使焦炭的基质变弱，在料柱压力作用和风口回旋区高速气流的冲击下，焦炭将碎裂，碎焦增多，平均粒度减小。②碱金属蒸气渗入焦炭孔隙内，促进焦炭的不均匀膨胀而产生局部应力，造成焦炭的宏观龟裂和粉化。

（3）恶化原料冶金性能。球团矿含碱金属在还原过程中将产生异常膨胀，烧结矿含碱金属将加剧还原粉化，结果造成块状带透气性变差，严重时将产生上部悬料。（4）促使炉墙结厚甚至结瘤。碱金属蒸气在低温区冷凝，除吸附于炉料外，一部分凝结在炉墙表面，若炉料粉末多，就可能一起黏结在炉墙表面逐步结厚，严重时形成炉瘤。因钾挥发量大于钠，故钾的危害更大。（5）碱蒸气对高炉炉衬高铝砖、粘土砖有侵蚀。2防止碱金属危害的措施（1）减少和控制入炉碱金属量，如碱金属以芒硝形态存在，则可经破碎、水洗而去除大部分。（2）借助炉渣排碱是最具有实际意义和有效的途径，方法是降低炉渣碱度，采用酸渣操作。（3）根据前面所述碱金属的反应式可知，增加压力有利于反应向左进行，减少碱金属的化量。（4）适当降低燃烧带温度，可以减少Ｋ、Na的还原数量。（5）提高冶炼强度，缩短炉料在炉内的停留时间，可以减少炉内碱金属的富集量。（6）对冶炼碱金属含量高的高炉，可定期采用酸性渣洗炉，以减少炉内碱金属的积累量炉料中的碳酸盐主要来自和有时也来自和6.2.4碳酸盐的分解石灰石(CaC03)白云石(CaC03·MgC03)碳酸铁(FeC03)碳酸锰(MnC03)分解温度较低，一般在高炉上部分解完毕，对高炉冶炼影响不大。6.2.4碳酸盐的分解1.MnC03、FeC03和MgC03CaC03的分解温度较高约910℃，且是吸热反应，对高炉冶炼影响较大。CaC03的分解耗热，反应式为：

CaC03=CaO+C02

—178000kJ部分石灰石来不及分解而进入高温区则分解生成的C02在高温区与焦炭作用：

C02+C=2C0一165800kJ此反应既消耗热量又消耗碳素，使焦比升高。6.2.4碳酸盐的分解2、CaC03分解对高炉冶炼的影响6.2.4碳酸盐的分解3.消除石灰石分解不良影响的措施使用自熔性或熔剂性烧结矿，减少石灰石用量用生石灰代替石灰石缩小石灰石的粒度等措施可降低焦比。

abc本节课主要讲