第六章 风口前燃料燃烧与炉缸工作

第六章风口前燃料燃烧与炉缸工作风口前燃料燃烧作用：1）提供热能；2）提供气体还原剂；3）提供炉料下降空间。第一节风口前燃料燃烧反应一、燃烧反应特点：在空气量一定而存在过剩碳的条件下进行的。燃烧反应式：

C焦+O2=CO2+395KJ/mol2C+O2=2CO+114.4KJ/mol由于炉缸存在过剩C且在高温下进行，因此反应生成CO2最终会生成CO：CO2+C焦=2CO—166.2KJ/mol2/4/20231因为鼓风中含有一定水分：

H2O+C=H2+CO—133.1KJ/mol因此，风口前燃烧的最终产物为CO、H2，以及鼓风中N2。二、炉缸煤气成分设鼓风中湿度为f（体积百分数），则炉缸煤气成分（以100立方米鼓风量计算）：

VCO=[（100—f）×0.21+0.5f]×2（米3）

VN2=（100—f）×0.79（米3）

VH2=f（米3）煤气总体积V总：

V总=VCO+VN2+VH22/4/20232煤气成分含量：

CO=VCO/V总×100（%）

N2=VN2/V总×100（%）

H2=VH2/V总×100（%）影响炉缸煤气成分因素：富氧率、喷吹燃料种类及喷吹量、鼓风湿度。三、炉缸煤气成分沿径向分布情况2/4/20233风口前煤气成分沿径向变化情况

a—经典曲线；b—现代强化高炉2/4/20234第二节燃烧带（回旋区）及其对冶炼影响一、燃烧带与回旋区基本概念燃烧带：固体碳素被O2或CO2氧化的区域，又称氧化带。燃烧带大小确定：燃烧带边界应由CO2消失时的位置来确定。因在实际中CO2完全消失距风口很远，因此一般以CO2含量为1~2%的位置来确定燃烧带大小。回旋区：指焦炭在气流作用下作循环运动的区域。如图所示，回旋区近似椭圆型空间，在此空间内焦炭是在运动中完成燃烧过程。燃烧带与回旋区关系：燃烧带比回旋区大（CO2大量消失是在回旋区之外），不过，燃烧带大小主要取决于回旋区大小。2/4/20235风口前回旋区与径向煤气分布2/4/20236二、燃烧带（回旋区）大小对高炉冶炼影响炉缸工作均匀、活跃是高炉高产、优质、低耗的重要基础。燃烧带（回旋区）对炉料和煤气的运动和分布，对炉缸工作的均匀化和炉况顺行都有很大影响。1、对煤气流分布的影响燃烧带是高炉煤气的发源地。燃烧带的大小和分布决定着炉缸煤气流的初始（一次）分布，也在很大程度上决定或影响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，其能量利用充分，高炉顺行。在冶炼条件一定时，一般扩大燃烧带，可使炉缸载面煤气分布较为均匀，有较多的煤气到达炉缸中心和相邻风口之间，有利炉缸工作均匀化。2/4/20237但若燃烧带过长，则炉缸中心气流过分发展，产生中心“过吹”；若燃烧带过短，则造成中心堆积，边缘气流过分发展。以上两种情况都使煤气能量不能充分利用，后者还使炉衬过分冲刷，影响高炉寿命。2、对炉缸工作的影响炉缸工作均匀是指炉缸温度分布均匀、合理，炉缸活跃，炉温充沛，生铁质量良好。是炉况顺行的标志之一。炉缸工作是否均匀，首先取决于燃烧带的大小和分布，即煤气流的初始分布。燃烧带的分布和大小主要由风口数目、直径和每个风口的进风量所决定。2/4/20238

增加风口数目，扩大风口直径，可减小相邻风口间呆滞区，使炉缸圆周上煤气和温度分布均匀。缩小风口直径或增加风量，可使燃烧带变长，气流向中心发展。燃烧带向炉缸中心伸长，可发展中心气流，炉缸中心温度升高。燃烧带缩短，可发展边缘气流，边缘温度升高。2/4/20239总之，适当扩大的燃烧带，可保证炉缸工作的均匀化，避免边缘或中心堆积，从而保证生铁质量和高炉顺行。3、对炉料下降的影响燃料燃烧为炉料下降腾出了空间，在燃烧带上方，炉料比较疏松，炉料下降最快。因此，适当扩大燃烧带，可以缩小中心和边缘炉料呆滞区，有利于炉料均匀顺利下降。由上可见，燃烧带对高炉冶炼过程影响重大。第三节燃烧带（回旋区）大小的控制燃烧带大小控制是高炉下部调剂的理论基础。燃烧带大小主要取决于鼓风动能和炉料分布状况。炉料分布影响主要表现在：炉缸中心料柱紧密时，燃烧带缩短；炉缸料柱疏松时，燃烧带伸长。2/4/202310一、鼓风动能与燃烧带（回旋区）大小的关系鼓风动能：是指鼓风克服风口区的各种阻力向炉缸中心穿透的能力。鼓风动能（E）与回旋区长度或燃烧带长度（L）基本成直线关系：

L=0.0118E+0.77（m）在一定的冶炼条件下，存在着一个适宜的鼓风动能，在这个鼓风动能下，获得适宜的燃烧带大小和合理的初始煤气流分布，保证炉缸工作均匀活跃，高炉稳定顺行。适宜的鼓风动能主要与以下因素有关：1）冶炼强度：冶强低时，宜采用较大的鼓风动能。2）炉缸直径d：d越大，为了保证炉缸工作均匀内活跃，要求相应有更大鼓风动能。3）炉缸中心料柱疏松程度。2/4/202311二、鼓风动能（E）的计算2/4/202312三、影响鼓风动能的因素从以上计算公式可以看出，鼓风动能E主要与风量、风温、风压和风口面积有关。1、风量：E与VO的三次方成正比，即风量增加，E显著增加。2、风温：E与T的平方成正比。3、风压：E与P的平方成反比，即P升高，E减小，燃烧带缩短。4、风口面积S：E与S的平方成反比，当风量一定时，扩大风口直径，鼓风动能减小，燃烧带缩短，中心气流得到抑制而边缘气流发展。在实际生产中，使用不同风口直径的风口，调整鼓风动能，是控制燃烧带的一个重要手段。在喷吹燃料情况下，E与喷吹燃料状况有很大关系。喷吹燃料后，E明显增大，因而燃烧带扩大。这是因为喷吹燃料有一部分在风口内燃烧，使温度升高，体积增加。2/4/202313第四节风口前理论燃烧温度一、理论燃烧温度及其计算理论燃烧温度：是指在与周围环境绝热的条件下，所有由燃料和鼓风带入的物理热以及碳素燃烧放出的化学热，全部传给燃烧产物（炉缸煤气）时，煤气所能达到的温度。根据定义，理论燃烧温度t理的计算公式为

t理=（QC+Q风+Q燃—Q水—Q分）/V.CP上式中，QC—风口区碳素燃烧成CO放出热量，KJ/T-P；Q风—鼓风带入物理热，KJ/T-P；Q燃—燃料（焦炭）带入物理热，KJ/T-P；Q水—鼓风和喷吹燃料中水分分解热，KJ/T-P；Q分—喷吹燃料分解热，KJ/T-P；V—煤气体积，m3/T-P；CP—煤气平均热容量，KJ/m3.℃2/4/202314由理论燃烧温度定义：理论燃烧温度高，表明同样体积煤气具有较多热量传给炉料，有利炉料加热。但理论燃烧温度过高，将引起煤气体积膨胀，增大了对料柱的阻力，同时也会引起SiO大量挥发，不利高炉顺行。理论燃烧温度过低，不利炉料加热，特别在喷吹燃料情况下，将影响喷吹燃料效果。二、影响理论燃烧温度的因素影响理论燃烧温度的主要因素：风温、富氧程度、鼓风湿度、喷吹燃料量及喷吹燃料种类。理论燃烧温度不等于燃烧温度，要比燃烧焦点温度低。理论燃烧温度与炉缸温度有一定关系，但不是严格的依存关系，因此，理论燃烧温度不能作为炉温的标志，但它仍是高炉操作特别是喷吹时的重要参数之一。2/4/202315第五节喷吹燃料在风口前燃烧一、燃烧反应喷吹燃料：气体燃料（天然气）、液体燃料（重油）、固体燃料（煤粉）。气体燃料：如天然气，以CH4为主。在高温下先分解后燃烧。

CH4=C+2H2—Q分解出C、H2与O2反应生成CO2、H2O，并和未分解CH4以及焦炭中C反应，最终形成CO和H2。液体燃料：主要为重油，其成分为CnH2n+2。燃烧过程分三个阶段：先蒸发气化、分解和燃烧，最终生成CO、H2。固体燃料：如煤粉，燃烧分为三个阶段：加热和挥发份气化、挥发份着火燃烧、固体C燃烧。2/4/202316喷吹燃料燃烧基本特点：1、燃烧产物为CO、H2，并提供热量，是降焦的主要途径。2、因分解吸热，H/C比值越高，分解热越大，故燃烧放热较少（与焦炭比）。3、喷吹燃料带入到风口前的物理热少（与