炼铁技术研究知识汇总三

炼铁技术研究知识汇总三31、什么叫硫的分配系数？影响它的因素有哪些？答：硫在炉渣中的质量分数与在铁水中的质量分数之比叫硫分配系数。它说明炉渣脱硫后，硫在渣与铁间达到的分配比例。它分为理论分配系数和实际分配系数。炉缸内渣铁间脱硫反应达到平衡状态时的分配系数称为理论分配系数，研究计算结果表明可高达200以上；而高炉内的实际脱硫反应因动力学条件差而达不到平衡状态，所以一般低的只有20~25，而高的也不会超过80。凡能提高平衡常数的（例如温度）都有利于硫的分配系数的提高；铁液中硫的活度与铁水的成分有关，碳、硅、磷有利于提高硫在铁液中的活度及硫的分配系数；而硫在渣中的活度及渣中的氧势与炉渣成分有关，炉渣碱度越高，提供脱硫越多。但是对高炉的脱硫更重要的是改善脱硫动力学条件，使硫的实际分配系数提高。高炉脱硫是在铁滴穿过下炉缸积聚的渣层、下炉缸内渣层与铁层的交界面和出铁过程中铁口通道内等三处进行的，动力学条件最好的是铁口通道内，其次是铁滴穿过渣层，而渣铁层界面最差。由此可以看出，高炉生产不应该放上渣（实际上现代高炉上已不设渣口，已没有可能再放上渣），应使炉渣都通过铁口通道与铁水一起放出以发挥其脱硫能力，提高硫的实际分配系数。32、哪些因素影响炉渣的脱硫能力？答：影响炉渣脱硫能力的因素有以下几项：（1）炉渣化学成分。1）炉渣碱度。炉渣碱度是脱硫的关键性因素。一般规律是炉渣碱度愈高，脱硫能力愈强。因此，碱性渣的脱硫能力比酸性渣强得多。但是，碱度过高使渣的流动性变坏，阻碍硫的扩散同时由于过高的碱度下容易析出正硅酸钙的固体颗粒，不仅提高了黏度，而且降低了炉渣的实际碱度，从而使炉渣的脱硫能力大大降低。高碱度渣只有在保证良好流动性的前提下才能发挥较强的脱硫能力。2）MgO含量。MgO也具有一定的脱硫能力，但不及CaO，这是由于MgS不及CaS稳定。但渣中一定范围内增加MgO含量能提高炉渣的稳定性和流动性，还可以提高总碱度，这就相当于增加了氧负离子浓度，有利于脱硫反应。3）Al2O3含量。Al2O3不利于脱硫，因为它与氧离子结合形成铝氧复合负离子降低渣中氧离子浓度。因此，当碱度不变而增加渣中Al2O3含量时，炉渣脱硫能力就要降低。但用Al2O3代替SiO2时，脱硫能力有所提高。这是因为Al2O3能结合的氧离子数比SiO2少，4）FeO含量。FeO增加了生铁中氧的浓度，对脱硫反应不利。因此，渣中FeO要尽量少。（2）渣铁温度。温度对炉渣脱硫能力的影响有两个方面：一是由于脱硫反应是吸热反应，提高温度对脱硫反应有利；二是提高温度降低炉渣黏度，促进硫离子和氧离子的扩散，对脱硫反应也是有利的。（3）提高硫分配系数。（4）高炉操作。当高炉不顺行、煤气流分布失常，炉缸工作不均匀时，高炉脱硫效果降低，生铁含硫量升高。因此，正确运用各种调剂因素，保证高炉顺行，是充分发挥炉渣脱硫能力，降低生铁含硫量的重要条件。33、什么叫渣铁间的耦合反应？答：高炉炉缸内渣铁间进行着多种反应。它们可分为两大类：一类是有碳参与的基本反应；另一类是没碳参与的耦合反应。耦合反应是指没有碳及其氧化产物CO参与的，铁液中非铁元素与熔渣中氧化物之间的氧化还原反应。耦合反应实际是渣铁间瞬时的电化学反应，即金属元素放出电子成为正离子，而非金属元素获得电子而成为负离子。34、什么叫碱害？如何利用炉渣排碱？答：所谓碱害是指炉料带入高炉内含碱金属K、Na的盐类（绝大部分是复合硅酸盐）在高炉生产过程中形成循环积累，给生产带来的危害。碱金属硅酸盐比FeO更稳定，所以要到高温区FeO全部还原后被C还原成蒸气进入煤气流，在上升过程中与其他物质反应转变为氰化物、氟化物、碳酸盐、硅酸盐和氧化物.它们在中温区凝聚。如同硫在高炉内的循环富集那样，碱在高低温度区内也存在循环积累。这种循环积聚给高炉生产带来的害处是：1）气化上升的碱金属、氰化物、氟化物在较低温度的炉墙上冷凝，附着在其上逐步黏结，炉墙上出现结厚而发展成炉瘤，给炉况及处理造成很大的麻烦；2）部分上升的碱金属及其化合物遇焦炭会冷凝在其孔隙中，液态冷凝物使焦炭的孔隙度降低影响料柱透气性，而且碱金属还会与焦炭的碳形成化合物降低了焦炭强度，并增大了焦炭的反应性，促进碳素溶损反应的进行，也降低了焦炭的热强度，导致焦炭在下降过程中破损，也严重影响料柱的透气性；3）部分碱蒸气凝聚在矿石上，K2O与矿石中的铁氧化物形成多种化合物，随着它们被CO还原，引起料块膨胀和爆裂，对球团矿的影响尤为严重。而且冷凝的碱氧化物及盐类还降低了矿石的软熔温度，造成软熔带上移和变厚；4）碱金属进入耐火砖衬，使耐火砖膨胀。严重时耐火砖的膨胀造成炉壳开裂，当碱金属渗透到炉底炉缸耐火砖衬中积累还能造成炉底炉缸烧穿。防治碱害的措施有严格控制碱金属入炉量，选用抗碱侵蚀能力强的耐火材料，精心操作等。而利用炉渣排碱是重要手段：（1）降低炉渣碱度。（2）保持炉渣碱度不变的同时提高渣中MgO含量，炉渣排碱能力可提高。（3）必要时适当加大渣量。35、高炉内碳的气化反应有什么规律？答：高炉内碳的气化是另一个物态变化：固体的焦炭和煤粉气化转为气态的煤气。一般来说碳与氧燃烧反应生成两种化合物CO和CO2。产物为CO的称为不完全燃烧，燃烧产物为CO2的称为完全燃烧。研究表明碳在空气中燃烧时同时产生CO和CO2,这两种氧化物绝对的相互排斥是不可能的，究竟最终获得哪一种取决于温度和环境的氧势，高温（1200℃以上）、缺氧时一定是CO。高炉内碳的气化分为：（1）风口前燃烧带内与鼓入的热风燃烧气化。（2）在燃烧带以外与矿石和熔剂中氧化物的氧反应而气化。从炉顶装入高炉的焦炭有65~80%在风口前燃烧气化（称做焦炭在风口前的燃烧率），其余35~20%是在下降过程中与炉料氧化物的直接还原中气化。从风口喷吹入炉缸的煤粉有80~85%在风口前气化，其余20~15%（称为未燃煤粉）是在随煤气上升过程中与炉料氧化物中的氧反应而气化。实际上焦炭和煤粉中有10%是不气化的，而是溶入铁水成为生铁的一种合金元素。在风口前燃烧带，热风带入的氧多，在燃料的表面产生的CO在燃烧带焦点处又与O2反应成CO2，但是随着煤气离开燃烧带中心，环境就变为碳多且无自由氧，CO2与O2反应而成为CO。在燃烧带以外，碳的气化全通过直接还原途径而形成CO。所以高炉内燃料中的碳不论在何处气化，其最终产物都是CO。36、高炉炉缸燃烧反应有什么特点？燃烧产物的成分和数量如何计算？答：研究表明煤的燃烧要经历三个次过程：加热蒸发和挥发物分解；挥发分燃烧和碳结焦；残焦燃烧。进入高炉的焦炭在炼焦过程中已完成前两个次过程，到达风口燃烧带只需完成最后一个次过程。喷入高炉的煤粉需要完成全部三个次过程，这三个次过程可循序进行，也可重叠甚至同时发生。焦炭是具有一定粒度的块状物，它进入炉缸燃烧不受时间限制，可通过各种方式燃烧直到完全气化。喷吹煤粉进入炉缸燃烧，不仅比焦炭燃烧多了两个次过程，而且它是粉状，能随气流流动，它应在炉缸燃烧带内停留的有限时间（0.01-0.04s）和有限空间（燃烧带长度1.2—1.4m）内完成，否则将随煤气上升而成为未燃煤粉，过量的未燃煤粉会给高炉生产带来很多麻烦。所以要采取技术措施加快煤粉的燃烧过程，保证煤粉在燃烧带内的燃烧率达到80~85%。在现代高炉上，炉缸燃烧反应是在燃料作剧烈旋转运动中与氧反应而气化的，完全替代了20世纪50年代前高炉没有强化时的层状燃烧理论。在炉缸燃料中碳的燃烧反应的产物是CO，属不完全燃烧，燃烧产物由CO、H2和N2组成。影响炉缸煤气成分的因素有鼓风湿度、鼓风含氧量和喷吹物等。当鼓风湿度增加时，由于水分在风口前分解成H2和O2，炉缸煤气中的含H2量和CO量增加，N2含量相对下降。喷吹含H2量较高的喷吹物时，炉缸煤气中含H2量增加，CO和N2相对下降。当鼓风中的氧浓度增加时（如富氧鼓风），炉缸煤气中的CO浓度增加，N2浓度下降，由于N2浓度下降的幅度较大，煤气中的H2浓度相对增加。前两种情况下炉缸煤气量增加，后一种情况下煤气量下降。37、炉缸燃烧反应在高炉冶炼过程中起什么作用？答：炉缸燃烧反应在高炉冶炼过程中的作用如下：首先，焦炭在风口前燃烧放出的热量，是高炉冶炼过程中的主要热量来源。高炉冶炼所需要的热量，包括炉料的预热、水分蒸发和分解、碳酸盐的分解、直接还原吸热、渣铁的熔化和过热、炉体散热和煤气带走的热量等，绝大部分由风口前燃烧焦炭供给。其次，炉缸燃烧反应的结果产生了还原性气体CO，为炉身中上部固体炉料的间接还原提供了还原剂，并在上升过程中将热量带到上部起传热介质的作用。第三，由于炉缸燃烧反应过程中固体焦炭不断变为气体离开高炉，为炉料的下降提供了36(左右的自由空间，保证炉料的不断下降。第四，风口前焦炭的燃烧状态影响煤气流的初始分布，从而影响整个炉内的煤气流分布和高炉顺行。第五，炉缸燃烧反应决定炉缸温度水平和分布，从而影响造渣、脱硫和生铁的最终形成过程及炉缸工作的均匀性，也就是说炉缸燃烧反应影响生铁的质量。由此可见，炉缸燃烧反应在高炉冶炼过程中起着极为重要的作用，正确掌握炉缸燃烧反应的规律，保持良好的炉缸工作状态，是操作高炉和达到高产优质的基本条件。38、什么叫风口燃烧带和风口回旋区？答：炉缸内燃料燃烧的区域称为燃烧带，它包括氧化区和还原区。风口前自由氧存在的区域称为氧化区，自由氧消失到CO2消失的区域称为还原区。由于燃烧带是高炉内惟一属于氧化气氛的区域，因此亦称氧化带。在现代高炉中热风以100m/s以上的速度通过风口射向炉缸中心，遇到由上方滑落下来的焦炭发生燃烧反应，与此同时焦炭在高速鼓风冲击下做回旋运动，其速度因粒度大小、互相碰撞和进入回旋区时的初速度而在,4~30m/s的大范围内波动。做高速回旋运动的固、气多相流产生的离心力与作用在此区域外部的料柱有效重力相平衡，从而在每个风口前形成一个疏散而近似梨形的空间，通常称它为风口回旋区。从回旋区上方滴流下来的液体（约20~40g/s的熔渣和铁液）被高速气流抛向炉子中心与焦粒回旋运动中产生的而又未气化的碎焦形成较致密的回旋区外壳。回旋区的尺寸略小于燃烧带，回旋区的前端约为燃烧带氧化区的边缘，而燃烧带的还原区则在回旋区外壳之外的焦炭层内。燃烧带和回旋区的大小及它们在炉缸截面上的分布对高炉内煤气流和温度场的分布有极重要的影响。因此布置好风口位置以尽量缩小相邻两燃烧带之间的死区、控制好与炉缸直径相适应的燃烧带和回旋区的大小成为高炉操作的重要内容。影响燃烧带和回旋区大小的因素有：（1）鼓风参数。如风量、风温、风压、湿度等。一般来说能增大鼓风通过风口时的风速，从而增加鼓风动能的，都可使燃烧带和回旋区增大，如加大风量、提高风温；而增加风压却相反，它使同样质量鼓风的体积缩小，降低鼓风动能。（2）燃料燃烧速度。碳的气化反应速率高，则气化性物质消耗快，燃烧带缩小。富氧鼓风，燃料的反应性好，介质温度高等都将缩小燃烧带。（3）上部炉料和煤气分布情况。如果燃烧带上方的分布为边缘矿石少、焦炭多的边缘发展型，则燃烧带缩小；若实行的是中心加焦技术，边缘矿石多、而中心焦炭多的中心发展型，则燃烧带向中心延伸。如果上部炉料负荷重；堆密度大，作用于回旋区上的有效重大，回旋区会缩小；而焦炭粒度大，落入回旋区的液态物数量多，它们受鼓风冲击而运动时消耗鼓风动能多，鼓风动能衰减快，回旋区和燃烧带都会缩小。（4）喷吹煤粉。喷吹煤粉的影响是多方面的：1）喷吹煤粉在直吹管内部分分解和燃烧，增加了通过风口时的混合气体（鼓风加部分煤粉分解燃烧产生的煤气），动能增加；2）燃烧带形成的煤气中含H2量增加；3）喷吹煤粉后煤粉置换部分焦炭，炉料中负荷增大，堆密度增加；4）低喷煤量时中心气流发展，大喷煤量时未燃煤粉造成中心打不开等。因此喷吹煤粉对燃烧带和回旋区大小的影响要视具体情况分析确定。39、什么叫风速？什么叫鼓风动能？如何计算风速？答：高炉炼铁中鼓风通过风口时所达到的速度，它有标准风速和实际风速两种表示方法。单位时间内每个风口鼓入高炉内鼓风所具有的机械能称为鼓风动能。风速和鼓风动能与冶炼条件有关，它们在一定程度上决定着燃烧带和回旋区的大小，也就决定着初始