《高爐煉鐵技術》項目9任務9.4熱交換

1、冶金工程系張豐紅制作1 學習任務學習任務1.1.了解煤氣沿高度方向的溫度變化，了解煤氣沿高度方向的溫度變化，沿高爐橫截面上的溫度分布沿高爐橫截面上的溫度分布。冶金工程系張豐紅制作4由圖可以看出：由圖可以看出：1 1礦石和焦炭等爐料進入高爐后，在料面下不遠處就被加熱到礦石和焦炭等爐料進入高爐后，在料面下不遠處就被加熱到600600以上，在這一高度上熱交換很劇烈；以上，在這一高度上熱交換很劇烈；2 2隨后爐料在爐身中部下降時升溫速度變慢，爐身中部大局部區(qū)隨后爐料在爐身中部下降時升溫速度變慢，爐身中部大局部區(qū)域溫度不高于域溫度不高于10001000：3 3風口前煤氣溫度風口前煤氣溫度( (燃燒焦點溫

2、度燃燒焦點溫度) )一般高達一般高達1800180020002000，而爐，而爐渣和生鐵一般不超過渣和生鐵一般不超過15001500，從風口平面到爐腰之間煤氣降溫幅，從風口平面到爐腰之間煤氣降溫幅度大于渣、鐵的升溫幅度。在這一段高度上，熱交換再一次劇烈度大于渣、鐵的升溫幅度。在這一段高度上，熱交換再一次劇烈進行。進行。冶金工程系張豐紅制作54 4在同一水平面上，靠爐墻和中心的溫度較高，這是因為爐墻煤氣通過阻力在同一水平面上，靠爐墻和中心的溫度較高，這是因為爐墻煤氣通過阻力小。同時出于順行需要，裝料時有意讓中心透氣性比別處好一些，因而煤氣流小。同時出于順行需要，裝料時有意讓中心透氣性比別處好一些

3、，因而煤氣流在高爐中心也比較多；在高爐中心也比較多；5 5高爐內(nèi)溫度分布是波動的，各部位各點的溫度不是絕對不變的高爐內(nèi)溫度分布是波動的，各部位各點的溫度不是絕對不變的 實測結(jié)果與生產(chǎn)實踐說明，高爐內(nèi)的熱交換效率很高，雖然煤氣在爐內(nèi)停實測結(jié)果與生產(chǎn)實踐說明，高爐內(nèi)的熱交換效率很高，雖然煤氣在爐內(nèi)停留幾秒鐘，但爐頂煤氣溫度卻降至留幾秒鐘，但爐頂煤氣溫度卻降至200200400400以下而爐料那么由常溫加熱到熔以下而爐料那么由常溫加熱到熔化成為化成為15001500左右的液體渣鐵。左右的液體渣鐵。 沿高爐垂直方向出現(xiàn)上下兩個較強烈的熱交換區(qū)沿高爐垂直方向出現(xiàn)上下兩個較強烈的熱交換區(qū)( (圖中的工區(qū)和

4、圖中的工區(qū)和區(qū)區(qū)) )和中和中間一段熱交換呆區(qū)間一段熱交換呆區(qū)( (或叫熱貯備區(qū)，圖中的或叫熱貯備區(qū)，圖中的區(qū)區(qū)) )，其原因在于上升煤氣流和下，其原因在于上升煤氣流和下降爐料的水當量沿高爐高度發(fā)生變化。降爐料的水當量沿高爐高度發(fā)生變化。冶金工程系張豐紅制作6 為了研究高爐內(nèi)熱交換規(guī)律，引入爐料和煤氣水當量的概念。為了研究高爐內(nèi)熱交換規(guī)律，引入爐料和煤氣水當量的概念。 水當量水當量是指在單位時間內(nèi)，通過高爐某一截面的爐料是指在單位時間內(nèi)，通過高爐某一截面的爐料( (或煤氣或煤氣) )每升高每升高I(I(或降低或降低1)1)所吸收所吸收( (或所放出或所放出) )的熱量?？煞謩e用下式表示。的熱量

5、?？煞謩e用下式表示。 爐料水當量爐料水當量(W(W料料) )：W W料料=C=C料料GG料料 千焦小時千焦小時 煤氣水當量煤氣水當量(W(W氣氣) )：W W氣氣=C=C氣氣G G氣氣 千焦小時千焦小時 式中式中: : G G料料G G氣氣分別表示單位時通過高爐某一截面的爐料量分別表示單位時通過高爐某一截面的爐料量 ( (公斤小時公斤小時) )和煤氣量和煤氣量( (米米3 3小時小時) ) C C料、料、C C氣氣分別表示爐料比熱分別表示爐料比熱( (千焦公斤千焦公斤)和煤氣比熱和煤氣比熱 ( (千焦米千焦米3 3)冶金工程系張豐紅制作7冶金工程系張豐紅制作8 區(qū)：區(qū)：即上部熱交換區(qū)：即上部熱

6、交換區(qū)：1爐料水當量小于煤氣爐料水當量小于煤氣水當量，即水當量，即W料料W氣氣，爐料升高，爐料升高1所需熱所需熱量小于煤氣降低量小于煤氣降低1放放出熱量。出熱量。爐料升溫快，煤氣降爐料升溫快，煤氣降溫慢溫慢全部是間接復原反響全部是間接復原反響23冶金工程系張豐紅制作9爐料水當量相當于煤爐料水當量相當于煤氣水當量，即氣水當量，即W W料料WW氣氣爐料升高爐料升高11所需熱所需熱量相當于煤氣降低量相當于煤氣降低11放出熱量放出熱量爐料升溫和煤氣降溫爐料升溫和煤氣降溫相當相差相當相差101020 20 間接復原和直接還間接復原和直接還原共存區(qū)原共存區(qū)區(qū)：熱交換空區(qū)或熱貯備區(qū)區(qū)：熱交換空區(qū)或熱貯備區(qū)冶

7、金工程系張豐紅制作10全部是直接復原反響全部是直接復原反響爐料升溫慢，煤氣降溫快爐料升溫慢，煤氣降溫快爐料水當量大于煤氣水當量爐料水當量大于煤氣水當量即即W料料W氣，爐料升高氣，爐料升高1所需熱量大于煤氣降低所需熱量大于煤氣降低1放放出熱量出熱量區(qū)：下部熱交換區(qū)區(qū)：下部熱交換區(qū)冶金工程系張豐紅制作11 根據(jù)區(qū)域熱平衡和熱交換原理，在高爐上部熱交換區(qū)根據(jù)區(qū)域熱平衡和熱交換原理，在高爐上部熱交換區(qū)的任一截面上，的任一截面上，煤氣原來所含的煤氣原來所含的 熱量，應該等于固體爐料吸收的熱量與爐頂煤氣帶走的熱量，應該等于固體爐料吸收的熱量與爐頂煤氣帶走的熱量之和不考慮入爐料的物理熱即：熱量之和不考慮入爐

8、料的物理熱即： 氣氣氣氣 料料料氣料氣頂頂 當上段熱交換終了，創(chuàng)造空區(qū)時當上段熱交換終了，創(chuàng)造空區(qū)時,氣氣料料空，空， 那么頂那么頂( )空空 式中空、頂式中空、頂 分別為熱交換空區(qū)和爐頂煤氣溫度，分別為熱交換空區(qū)和爐頂煤氣溫度， 氣料WW冶金工程系張豐紅制作12影響頂上下的因素有：影響頂上下的因素有：(1)爐料與煤氣在爐內(nèi)分布合理而均勻，煤氣與爐料充分接觸，煤爐料與煤氣在爐內(nèi)分布合理而均勻，煤氣與爐料充分接觸，煤氣的熱能利用充分，氣的熱能利用充分， 頂頂 將降低。將降低。 (2)降低燃料比，那么作用于單位爐料的煤氣量減少，氣減小，降低燃料比，那么作用于單位爐料的煤氣量減少，氣減小，料料/氣比

9、值增大，頂降低。反之，頂會升高。氣比值增大，頂降低。反之，頂會升高。(3)爐料的性質(zhì)。爐料的性質(zhì)。冶金工程系張豐紅制作13 (4)(4)風溫提高而焦比不變時，風溫提高而焦比不變時， 于氣不變，于氣不變， 故頂變化不大。故頂變化不大。但在實際操作中，風溫提高后，焦比必然有所降低，因而氣但在實際操作中，風溫提高后，焦比必然有所降低，因而氣減小，頂會降低。由此可見熱風所帶入的熱量可以全部為高減小，頂會降低。由此可見熱風所帶入的熱量可以全部為高爐利用，而燃料燃燒所放出的熱量有一局部被煤氣帶走，不能爐利用，而燃料燃燒所放出的熱量有一局部被煤氣帶走，不能全部被有效利用。全部被有效利用。 (5)(5)采用富

10、氧鼓風時，由于采用富氧鼓風時，由于N2N2含量減少，煤氣量減少，氣含量減少，煤氣量減少，氣 降降低，料低，料/ /氣氣 升高，頂升高，頂 降低。降低。冶金工程系張豐紅制作14 同樣根據(jù)熱平衡和熱交換原理， 可以推理出高爐下部熱交換區(qū)爐缸溫度和比值的關系即 料缸 料空氣氣 氣空 式中缸、氣 分別為爐缸內(nèi)爐料渣、鐵和煤氣的溫度，。 冶金工程系張豐紅制作15 由于空區(qū)內(nèi)料由于空區(qū)內(nèi)料氣，因此，可簡化為：氣，因此，可簡化為： 料料缸缸 氣氣氣氣 缸缸 氣氣 / /料料氣氣 因此，爐缸溫度主要取決于氣因此，爐缸溫度主要取決于氣 和氣料和氣料 比值。一比值。一切有利于爐缸煤氣溫度升高和切有利于爐缸煤氣溫度

11、升高和 氣料氣料 比值增大的因素都比值增大的因素都將使爐缸溫度升高。將使爐缸溫度升高。冶金工程系張豐紅制作16影響缸的因素主要有：影響缸的因素主要有：(1)風溫提高而焦比不變，那么氣升高風溫提高而焦比不變，那么氣升高,氣料不變，缸氣料不變，缸升高；假設焦比降低，那么煤氣量減少，氣減小，氣升高；假設焦比降低，那么煤氣量減少，氣減小，氣料減小，缸有可能降低，但氣升高，補償氣料的降料減小，缸有可能降低，但氣升高，補償氣料的降低，其結(jié)果缸可能變化不大。假設焦比不變，那么缸增加。低，其結(jié)果缸可能變化不大。假設焦比不變，那么缸增加。(2)富氧鼓風時，富氧鼓風時，2量減少，氣減小，氣料降低。然而量減少，氣減

12、小，氣料降低。然而富氧鼓風可大大提高氣，氣提高完全可以補償氣料富氧鼓風可大大提高氣，氣提高完全可以補償氣料降低而有余，結(jié)果使缸升高。降低而有余，結(jié)果使缸升高。冶金工程系張豐紅制作17 (3)爐料與煤氣分布不合理時，爐料在高爐上部間接復原程度降低，從而增加了高爐下部的直接復原，那么煤氣中CO增加，使氣略有增加，但直接復原吸熱很多，使爐料的表現(xiàn)熱容增大很多，這樣料也增加，而且增大幅度比氣大，因此氣料降低，那么缸降低。當爐料的復原性差時，高爐下部的直接復原必然增加，缸也會降低。 冶金工程系張豐紅制作18 因此，根據(jù)冶煉條件和生鐵品種，合理地利用有關手段和選因此，根據(jù)冶煉條件和生鐵品種，合理地利用有關

13、手段和選擇有關參數(shù)，就能獲得一個適宜的爐缸溫度水平。高風溫和富擇有關參數(shù)，就能獲得一個適宜的爐缸溫度水平。高風溫和富氧鼓風有利于提高爐缸溫度，氧鼓風有利于提高爐缸溫度， 因而有利于冶煉高溫生鐵。因而有利于冶煉高溫生鐵。 冶金工程系張豐紅制作19課堂小結(jié)課堂小結(jié) 本節(jié)課主要講述了高爐內(nèi)煤氣上升過程中體積、成分的變本節(jié)課主要講述了高爐內(nèi)煤氣上升過程中體積、成分的變化，高爐內(nèi)的熱交換過程，爐內(nèi)溫度的分布，水當量的概念，化，高爐內(nèi)的熱交換過程，爐內(nèi)溫度的分布，水當量的概念，高爐上部熱交換與爐頂溫度的關系，下部熱交換與渣鐵溫度的高爐上部熱交換與爐頂溫度的關系，下部熱交換與渣鐵溫度的關系。關系。 冶金工程系張豐紅制作20評價觀測點評價觀測點能否正確介紹水當量的概念。能否正確介紹水當量的概念。能否正確介紹煤氣沿高度方向的溫度變化規(guī)律。能否正確介紹煤氣沿高度方向的溫度變化規(guī)律。能否正確介紹沿高爐橫