冶金设备复习

冶金设备复习课火法冶金设备1耐火及保温材料耐火材料定义：耐火材料是指耐火度≥1580℃的无机非金属材料，它在一定程度上可以抵抗温度骤变和炉渣侵蚀，并能承受高温荷重。耐火材料的作用：第一、防止工业窑炉周围环境温度过高，保证周边环境正常；第二、阻碍热能的散失，保证窑炉的运营效率。冶金炉对耐火材料的要求：①耐火度高；≥1000~1800℃②高温结构强度大；高温下荷重不变形；③热稳定性好：高温下抵抗温度骤变引起破坏的能力；④抗渣侵蚀能力：抵抗炉内高温下熔融炉渣、金属和炉气等的化学腐蚀；⑤高温体积稳定：高温下使用，其内部由于晶型转变会产生不可恢复的体积收缩或膨胀，而造成炉体破坏，因此，要求耐火材料在高温时体积稳定；⑥外形尺寸规整、公差小：筑炉时砌体要规整、砖缝小，以防止炉体从砖缝处破损，这就要求耐火材料制品不能有大的扭曲、缺损、熔洞和裂缝等；尺寸公差合乎规定的要求。耐火材料的分类：根据耐火材料的耐火度高低可分为：⑴普通耐火材料耐火度为1580~1770℃；⑵高级耐火材料耐火度为1770~2000℃；⑶特级耐火材料耐火度为2000℃以上。耐火材料从重量上分可以分为重质耐火材料、轻质耐火材料和超轻质耐火材料。耐火材料的化学矿物组成是决定耐火材料物理性质和工作性质的基本因素。化学组成：主成分是耐火材料的主体，是影响耐火材料的基本因素。副成分包括杂质和添加物，其化学成分也是氧化物，它使耐火材料的性能降低，有的具有溶剂作用，即在耐火砖的烧成过程中产生液相实现烧结。矿物组成：主晶相：是耐火材料中的主体，是熔点较高的结晶体，它在很大程度上决定耐火材料的性能。基质：是填充在主晶相之间的其他不同成分的结晶矿物和非结晶玻璃相，它的熔点低，起着溶剂作用。在耐火材料的使用过程中，往往首先从基质部分开始损坏。耐火材料的物理性质包括：致密性（显气孔率计算等）、热电性、力学性质和外形尺寸。耐火材料的工作性能：①耐火度：耐火材料在无荷重时抵抗高温而不熔化的能力，通常用温度表示。②荷重软化温度：耐火材料在高温时抵抗荷重的能力，通常耐火材料在高温下其耐火度就显著下降。③抗渣性：耐火材料在高温下抵抗熔渣侵蚀的能力称为抗渣性。④耐急热急冷性：抵抗温度急变而不被破坏的能力。⑤高温体积稳定性：耐火材料在高温下长期使用，其外形体积保持稳定不发生非可逆变化的能力。常用耐火材料及其特性：⑴硅酸铝质耐火材料：按Al2O3的含量可分为半硅砖、高铝砖和粘土砖四大类：①半硅质制品：Al2O3含量为15～30％；②粘土质制品：Al2O3含量为30～46％；③高铝质制品：Al2O3含量为＞46％；④刚玉质制品：Al2O3含量为＞90％的高铝质制品。⑵硅砖（氧化硅质）：SiO2≥93%⑶镁质耐火材料：MgO≥80%，以方镁石为主晶相。⑷含碳耐火材料：碳砖、石墨粘土制品、碳化硅制品等。⑸不定形耐火材料：耐火混泥土、耐火泥、可塑料、捣打料、喷涂料等。水冷与挂渣保护：水套、水冷挂渣保护、热挂渣保护。可延长炉衬的使用寿命。绝热材料：绝热材料的分类（1）低温绝热材料：使用温度＜900℃。（2）中温绝热材料：使用温度900~1200℃。（3）高温绝热材料：使用温度＞1200℃。绝热材料的特性⑴气孔率高(＞50%)，体积密度小；⑵热容量和导热系数小；⑶机械强度和抗渣性差。常用绝热材料：隔热砖、蛭石、硅藻土、耐火纤维制品、岩棉和矿渣棉保温材料、膨胀珍珠岩制品等。有色冶金炉衬体是在熔融金属、炉渣和炉气的腐蚀渗透和热应力等综合作用下损坏的。2燃料与燃烧燃料的定义：凡是在燃烧时能够放出大量的热，并且此热量能够经济地被利用在工业和其他方面的物质统称为燃料。分类：燃料物态：气、液、固。类型：化石燃料、生物燃料、核燃料。常用燃料的特性：(1)燃料的化学组成:必须分清哪些组成物是发热的，哪些组成物是有害的。(2)燃料的发热量:这是评价燃料质量的重要指标。（1）气体燃料：各种简单气体的混合物。可燃成分：CO、H2、CH4、CnHm等碳氢化合物，以及H2S；不可燃成分：N2、CO2、SO2、O2、H2O等，微量的粉尘。（2）固、液体燃料：碳、碳氢、氧、氮、硫等可燃化合物：可燃成分：C、H、CnHm、H2S等，以及硫化物MeS；不可燃成分：N、O、硫酸盐、灰分和水分等。作为工业燃料应满足以下要求：燃烧时能放出大量的热量，能满足生产工艺对热量的需要；燃烧过程便于控制和调节；燃烧产物主要是气体，且对人、动物和设备没有危害；蕴藏量大，便于开采和运输，成本底。燃料的组成与换算气体燃料的化学组成与换算：⑴化学组成：通常是以体积百分含量表示。有干成分和湿成分之分。⑵气体燃料组成的表示方法和换算：固体和液体燃料的化学组成与换算：⑴化学成分：固、液燃料的化学元素共有七种：C、H、O、N、S、灰分和水分。⑵表示方法及换算：其成分常用各化学组成的质量百分含量表示：实用成分、干燥成分、可燃成分、有机成分。①实用成分：包括水分和灰分Cy+Hy+Oy+Ny+Sy+Ay+Wy=100%OHggs2g0.124100100RR②干燥成分：不含水分Cg+Hg+Og+Ng+Sg+Ag=100%③可燃成分：不含水分和灰分Cr+Hr+Or+Nr+Sr=100%④有机成分：除去水分、灰分和硫Cj+Hj+Oj+Nj=100%换算的原则是：各化学组成的质量绝对值不变。固液体燃料的工业成分表示方法：工业分析法是测定固液体燃料的水分（W）、灰分（A）、挥发分产率（V）和固定碳（F）的含量并表示成这些成分在燃料中的质量百分数。W+A+V+F=100%工业分析结果能反映燃料的许多特性，挥发物和固定碳的含量愈多，则燃料的质量愈好；挥发物愈多，燃料燃烧的火焰长，可作为焰火炉的燃料；焦炭的性质、颜色、气孔、强度等，能初步判断煤的结焦性的好坏；灰分和水分愈多，说明煤的质量愈差。燃料发热量及计算：燃料发热量:单位质量（或单位体积）燃料在完全燃烧时放出的热量，用“Q”表示，单位是“kJ.m-3”或“kJ.kg-1”。高发热量：单位质量（或单位体积）燃料在完全燃烧后，燃烧产物冷却至20℃，产物中的水则冷凝为0℃（液态水）时，所放出的热量；用“QGW”表示。低发热量：单位质量（或单位体积）燃料在完全燃烧后，燃烧产物冷却至20℃，产物中的水也为20℃（水标准燃料：规定发热量为29308kJ·kg-1的燃料为公斤标准燃料。蒸气）时，所放出的热量；用“QDW”表示。QGW与QDW的关系：QGW=QDW+25.12（Wy+9Hy）KJ/kg=QDW+6(Wy+9Hy)Kcal/kg气体燃料高低发热值之间的关系：标准燃料的概念：规定发热量为29308kJ·kg-1的燃料为公斤标准燃料。发热量的计算：（1）气体燃料：kJ·m-3（标准状态）；（2）固、液体燃料：kJ·kg-1，门捷列夫公式。常用燃料：①燃气：冶金生产常用的燃气有高炉煤气、焦炉煤气、发生炉煤气、重油裂化气和天然气等。钢铁联合企业广泛采用高炉煤气和焦炉煤气；有色冶金企业往往使用发生炉煤气或石油裂化气。②液体燃料：用于冶金的液体燃料主要有重油、重柴油和轻柴油。③固体燃料：冶金生产使用的固体燃料主要是煤及其加工产品焦炭和粉煤。燃烧计算：燃料燃烧计算是根据燃料在燃烧过程中的物质平衡的原理进行的。它是炉子热工计算的重要组成部分。燃料燃烧计算的内容有：燃烧需要的空气量、燃烧产物的生成量，成分和密度以及燃烧的温度。四个假设条件燃气燃烧空气需要量的计算⑴理论空气需要量的计算：L0（燃料中可燃成分完全燃烧反应的需氧量）燃烧1m3（标）的煤气所需要的氧气量为O2=½(COS+H2S)+∑(n+m/4)CnHmS+3/2H2SS–O2S(m3)∴空气需要量为（m3）L0=4.762O2=4.762[1/2（COS+H2S）+∑（n+m/4）CnHmS)22(1.20)22(4.2218122.2524222422ssmnsssssmnsssDWGWOHHCmCHSHHOHHCmCHSHHQQ+3/2H2SS-O2S]⑵实际空气需要量的计算：Ln=nL0式中n为空气消耗系数固液体燃料燃烧空气需要量的计算⑴理论空气需要量的计算：L0固、液体燃料中的可燃成分C、H、S完全燃烧所需的氧量为：⑵实际空气需要量的计算：Ln=nL0m3/kgn为空气消耗系数⑶燃料燃烧产物的计算①燃烧产物量的计算：Vn②燃烧产物成分的计算：M＇③燃烧产物密度的计算：ρ013kgm32O32S4H12C1004.76222.4O4.76222.4Lyyyy2012g00124.0kgLnOH3g0nyyyyyONSOOHCOnmL10021L18W28N2H32S12C10022.4VVVVVV22222%LLV21VVO%V79LV22.4NVVN%18W2HV22.4VVOH%32V22.4SVVSO%12V22.4CVVCO0nnnO'2nnnynN'2yynnOH'2nynSO'2nynCO'2222223'2'2'2'2'204.221003228641844mkgONSOOHCO燃烧温度的计算：理论温度：实际燃烧温度：tc.p=η·tthη为炉温系数提高燃烧温度的途径：①燃料的发热量QDW:选择发热量高的优质燃料；②空气与燃气的预热温度：炉子废气预热；③使燃料完全燃烧；④空气消耗系数n：在保证完全燃烧的前提下，尽可能减小空气消耗系数n；⑤助燃空气的富氧浓度:27%~30%⑥减少燃烧产物传给周围物体的散热量Qt.c；⑦提高燃烧强度。着火温度是指燃料与空气的混合物进行化学反应自动加速而达到自燃着火的最低温度。完全燃烧与不完全燃烧燃气燃烧过程：分为三个过程⑴燃气与空气混合物的混合：即二者是互相扩散掺混的过程⑵燃气和空气混合气物的加热与着火（自然着火和强迫着火）⑶燃烧反应：燃烧反应机理为支链反应。重油燃烧过程：雾化、油雾与空气混合、油雾的加热着火及着火燃烧反应四个过程。固体燃料燃烧的方法有层状燃烧、喷流燃烧、旋转燃烧和流态化燃烧。3气固分离目的：回收有用成分；净化气体、控制污染。除尘的效果取决于粉尘的性质和除尘器的性能收尘器的性能与类型：评定除尘器性能的主要指标:流量、除尘效率、阻力等。收尘器通常有三种分类法：⑴按收尘效率分低效除尘器(50～80%),中效除尘器(80～95%)和高效除尘器(95%以上).⑵按收尘机理分类①重力收尘:利用重力作用（自然沉降）。如烟室、沉降室等。适用于分离50～100μm的粒子，作初步净化。②惯性收尘：利用固体微粒的惯性进行分离。如设置折流板—惯性收尘器，适用于分离大于20μm的粒子。③离心收尘：利用离心力作用，如旋风收尘器。通常对5～10μm以上的粒子收尘效率较高，常作为中等净化。④过滤收尘：通过多孔层过滤介质，粉尘被截留下来。如袋式收尘器和颗粒层收尘器。对大于1μm的粒子，收尘效率很高，适用于粒子很细、分离要求较高的场合。⑤水收尘：利用水与粉尘颗粒接触，使粉尘被湿润、团聚而收集下来，如水膜收尘器。它适用于分离大于0.1μm的粒子。⑥电收尘：利用高压电场，使粉尘荷电，如电收尘器。它适用于分离大于0.01μm的粒子。⑶按捕集烟尘的干湿情况分类为干式收尘、湿式收尘。重力收尘器特点：结构简单、阻力小、操作方便，除尘效率低（40~70%）；一般用于分离较大颗粒（50μm）；多层颗粒沉降距离短因而效率高；作为预收尘器。惯性收尘器是利用粉尘在运动中的惯性力大于气体的惯性力，而将粉尘从含尘气体中分离的操作。种类：冲击式、弯管式和反转式；特性：结构简单、阻力小、除尘效率低，一般用作预收尘器。特点：结构简单、设备阻力小，但占地面积大，只能捕集粗颗粒烟尘，属于低效率设备，重有色金属冶炼厂较少选用。带灰斗的大型烟道亦能起到惯性收尘的作用，且能耐较高烟气温度。旋风收尘器：结构与原理:旋风除尘器的结构由进气口,圆筒体,圆锥体,排气管,排尘装置组成.其原理为:当含尘