[精选]非高炉炼铁第三章重点设备介绍(上)10817.pptx

第三章第三章 重点设备介绍重点设备介绍n n直接还原 气基：竖炉、流化床、反应罐 煤基：回转窑、反应罐、竖炉n n熔融还原 还原单元：竖炉、流化床 熔炼造气单元：煤炭流化床、铁浴炉3.1 还原竖炉还原竖炉n n竖炉法目前占直接还原法的83；n n炉内反应过程与高炉间接还原带相似；n n竖炉内分为预热带、还原带、过渡带及冷却带。3.1.1 炉料运动炉料运动 炉料顺行的条件：有效重力炉料顺行的条件：有效重力F0F0。根据。根据JanssenJanssen公式：公式：式中：式中：DD竖炉直径，竖炉直径，mm；M M炉料堆比重，炉料堆比重，kg/mkg/m3 3；f f炉料与炉墙摩擦系数；炉料与炉墙摩擦系数；n n侧压系数。侧压系数。n n高炉中，高炉中，P/ZP/ZMM，即，即F F0 0，下料不顺；，下料不顺；n n竖炉中，竖炉中，P/Z P/Z 较小（较小（2Pa/m2Pa/m3 3)，MM较大较大（2000Pa/m2000Pa/m3 3），竖炉不会因为煤气浮力引起悬料。），竖炉不会因为煤气浮力引起悬料。n n竖炉悬料的原因：竖炉悬料的原因：球团体积膨胀而发生侧压系数球团体积膨胀而发生侧压系数n n增大；增大；矿石相互粘结或与炉墙粘结而引起摩擦系数增大。矿石相互粘结或与炉墙粘结而引起摩擦系数增大。n n竖炉利用系数：式中：包括预热、还原、过渡及冷却 各段总的停留时间，h；Fev炉料容积含铁量；Fep产品含铁量，3.1.2 传热过程传热过程n n竖炉内炉料气流间的传热过程决定了预热炉料竖炉内炉料气流间的传热过程决定了预热炉料及冷却炉料需要的时间。及冷却炉料需要的时间。n n预热带主要进行气固相的热交换过程。预热带主要进行气固相的热交换过程。对于料柱中一微元段对于料柱中一微元段dZdZ，由热平衡有：，由热平衡有：炉料：炉料：煤气：煤气：式中：式中：GsGs，GgGg炉料及煤气流通量，炉料及煤气流通量，kg/mkg/m2 2；气气-固相间传热系数；固相间传热系数；A A单位体积炉料表面积，单位体积炉料表面积，mm2 2。由（由（1 1）得：）得：由（由（2 2）得：）得：两式相等得：两式相等得：即：即：积分得：积分得：（3 3）由边界条件：由边界条件：t ts st ts so o时，时，t tg gt tg g 代入上式得：代入上式得：代入（代入（3 3）得：）得：（4 4）又由（又由（1 1）、（）、（2 2）得：）得：两式相减得：两式相减得：积分得：积分得：（5 5）边界条件：边界条件：Z Z0 0时，时，t ts st ts so o，t tg gt tg g 代入（代入（5 5）得：）得：代入（代入（5 5）得：）得：（6 6）联立（联立（4 4）、（）、（6 6）得：）得：一般情况下，一般情况下，t ts so o 0 0，则：，则：而：而：由上两式可求炉内温度分布，此外可求出预热带高度。由上两式可求炉内温度分布，此外可求出预热带高度。如：定义预热带结束的标志为如：定义预热带结束的标志为t tg gt ts s1010，则：，则：n n冷却带的传热过程与预热带类似。冷却带的传热过程与预热带类似。n n冷却带中易发生析碳反应（冷却带中易发生析碳反应（2CO2COC CCOCO2 2）。）。后果：析碳过多，阻碍气流，降低冷却作用。后果：析碳过多，阻碍气流，降低冷却作用。原因：冷却带处于原因：冷却带处于COCO分解反应易发生温度区，新还分解反应易发生温度区，新还原的金属铁具有析碳反应的触媒效应。原的金属铁具有析碳反应的触媒效应。措施：保证一定的冷却煤气氧化度。措施：保证一定的冷却煤气氧化度。3.1.3 还原过程还原过程（1）竖炉还原数学模型简化的一步未反应核模型的导出式：简化的一步未反应核模型的导出式：而：而：由物料平衡：由物料平衡：由热平衡得：由热平衡得：联立以上方程式即为移动床还原过程完整的数学联立以上方程式即为移动床还原过程完整的数学模型的微分方程组，可用于描述稳态条件下的竖炉模型的微分方程组，可用于描述稳态条件下的竖炉还原过程。还原过程。边界条件：气体出口处：边界条件：气体出口处：Z Z0 0，R R0 0；气体入口处：气体入口处：Z ZZ Zi i；t tg gt tgigi；C CA AC CAiAi；P PP Pi i。（2）竖炉中矿石还原过程的特点）竖炉中矿石还原过程的特点n n主要特点在于移动床反应器内存在两种影响矿石主要特点在于移动床反应器内存在两种影响矿石还原过程的因素，即床层中还原气体的浓度场和还原过程的因素，即床层中还原气体的浓度场和炉料与煤气的温度场。炉料与煤气的温度场。1 1）浓度场派生效应：床层中煤气有效成分的浓度与）浓度场派生效应：床层中煤气有效成分的浓度与还原进程的关系。还原进程的关系。矿石还原度矿石还原度还原性气体浓度还原性气体浓度还原反应推还原反应推动力（动力（C CA AC CB B/K/Ke e)阻碍矿石还原度阻碍矿石还原度，反之亦，反之亦然。然。结果：减弱操作参数（矿石粒度、矿石还原性、结果：减弱操作参数（矿石粒度、矿石还原性、还原气体入炉成分等）对矿石还原程度的影响。还原气体入炉成分等）对矿石还原程度的影响。2 2）温度场派生效应：任何影响反应床温度分布）温度场派生效应：任何影响反应床温度分布的因素都会对还原过程产生显著的影响；反之，矿的因素都会对还原过程产生显著的影响；反之，矿石还原度的变化对床层温度场也有一定的影响，即石还原度的变化对床层温度场也有一定的影响，即温度场变化对矿石还原有温度场变化对矿石还原有“反馈反馈”作用。作用。如：煤气如：煤气H H2 2/H/H2 2+CO+CO对还原过程的影响。对还原过程的影响。H H2 2多，矿石还原度的多，矿石还原度的使床层温度使床层温度，阻碍还原，阻碍还原 CO CO多，矿石还原度的多，矿石还原度的使床层温度使床层温度，促进还原，促进还原 即温度场的变化可对铁矿石的还原过程产生一种即温度场的变化可对铁矿石的还原过程产生一种反馈作用，作用的效果由煤气中反馈作用，作用的效果由煤气中H H2 2和和COCO相对含量所相对含量所决定。决定。3 3）最佳煤气）最佳煤气H H2 2/H/H2 2+CO +CO 动力学：动力学：H H2 2反应速率常数和扩散系数反应速率常数和扩散系数还还原速度显著原速度显著 温度场效应：温度场效应：H H2 2温度温度还原速度还原速度 最佳煤气成分最佳煤气成分：矿石还原度在某一煤气成分（：矿石还原度在某一煤气成分（H H2 2/H/H2 2+CO+CO）下达到最大值。它与移动床温度条件，）下达到最大值。它与移动床温度条件，即操作条件和矿石的特性参数有关。即操作条件和矿石的特性参数有关。数模计算结果：数模计算结果：H H2 2/H/H2 2+CO0.3+CO0.3 实际生产：实际生产：H H2 2/H/H2 2+CO+CO0.50.5，H H2 2+CO+CO0.750.75应舍弃追求使用高H2煤气的观点 4 4）反应空区：还原反应停滞的反应空间。）反应空区：还原反应停滞的反应空间。特点：特点：FeFe2 2O O3 3FeFe3 3O O4 4的还原过程已全部结束，而的还原过程已全部结束，而FeFe3 3O O4 4FeFex xO O的还原仍没有发生，此时矿石还原度的还原仍没有发生，此时矿石还原度为为0.1110.111。床层温度较低，气相浓度较小就易发生。床层温度较低，气相浓度较小就易发生。5 5）影响竖炉生产率的操作因素）影响竖炉生产率的操作因素 操作因素操作因素还原速度还原速度生产率生产率n n温度：提高入炉煤气温度，有利于提高生产率。温度：提高入炉煤气温度，有利于提高生产率。n n煤气流量：流量煤气流量：流量，气固比，气固比，炉内平均温度，炉内平均温度，推动力（推动力（C CA AC CB B/K/Ke e），促进还原，但利用率，促进还原，但利用率n n矿石入炉粒度：缩小矿石粒度能提高矿石还原速度，矿石入炉粒度：缩小矿石粒度能提高矿石还原速度，但实际效果不明显。但实际效果不明显。矿石粒度减小同时有利于传热和冷却，从而提高生矿石粒度减小同时有利于传热和冷却，从而提高生产率。产率。但需满足炉料透气性的限制。但需满足炉料透气性的限制。n n炉料运动：顺行条件；悬料原因；n n传热过程：还原剂、炉料温度分布；预热带长度计算；n n还原过程：浓度场派生效应；温度场派生效应；最佳煤气H2/(H2+CO)；反应空区；影响竖炉生产率的操作因素3.1 还原竖炉学习重点还原竖炉学习重点3.2 回转窑回转窑3.2.1 回转窑法炼铁过程n n最重要的固体还原剂直接还原工艺。最重要的固体还原剂直接还原工艺。n n按不同作业温度可生产海绵铁、粒铁及液态生铁，按不同作业温度可生产海绵铁、粒铁及液态生铁，其中低温作业的回转窑海绵铁法最有意义。其中低温作业的回转窑海绵铁法最有意义。n n原料：细粒煤（原料：细粒煤（0 03mm3mm），脱硫剂（），脱硫剂（0 03mm3mm石灰石灰石、白云石），块铁矿（石、白云石），块铁矿（5 520mm20mm）。）。n n炉体稍有倾斜（炉体稍有倾斜（4 4），转速），转速4r/m4r/m。窑头外侧有烧。窑头外侧有烧嘴燃烧燃料（煤粉、煤气或然油），废气炉尾排出，嘴燃烧燃料（煤粉、煤气或然油），废气炉尾排出，炉气与炉料逆向运动。炉气与炉料逆向运动。n n炉料在预热段加热，蒸发水分及分解石灰石；在炉料在预热段加热，蒸发水分及分解石灰石；在800800以后，再进行固体碳还原。以后，再进行固体碳还原。放出放出COCO再氧化区被氧化，提供热量。再氧化区被氧化，提供热量。n n炉身横断面有：氧化区、中性区、还原区。炉身横断面有：氧化区、中性区、还原区。n n回转窑内进行的反应过程可按炉料运动、传热、还回转窑内进行的反应过程可按炉料运动、传热、还原反应及杂质气化分解。原反应及杂质气化分解。3.2.2 炉料运动炉料运动（1 1）炉料运动方式）炉料运动方式n n滑落：如果炉料与炉衬之间摩擦力太小，不足以带动滑落：如果炉料与炉衬之间摩擦力太小，不足以带动炉料，则炉料不断产生上移和滑落而且炉料颗粒不混炉料，则炉料不断产生上移和滑落而且炉料颗粒不混合，炉料与气流的传热现象处于近似停滞状态；合，炉料与气流的传热现象处于近似停滞状态；n n塌落：炉料与炉衬间有足够的摩擦力，但窑的转速很塌落：炉料与炉衬间有足够的摩擦力，但窑的转速很小时，则炉料反复被带起，达到一定高度而蹋落；小时，则炉料反复被带起，达到一定高度而蹋落；n n滚落：当窑体转速加快时，则炉料由塌落进入滚动落滚落：当窑体转速加快时，则炉料由塌落进入滚动落下的状态，这是回转窑炉料的正常运动状态；下的状态，这是回转窑炉料的正常运动状态；n n瀑布型落下：进一步加快转速，带动的炉科则离开料瀑布型落下：进一步加快转速，带动的炉科则离开料层放落形成瀑布状落下；层放落形成瀑布状落下；n n离心转动；转速太快，则炉料随窑壁离心转动而不落离心转动；转速太快，则炉料随窑壁离心转动而不落下，这是不允许在回转窑中产生的现象。下，这是不允许在回转窑中产生的现象。正常情况下回转窑处于正常情况下回转窑处于塌落、滚落和瀑布型落下塌落、滚落和瀑布型落下三三种状态中。种状态中。（2 2）炉料停留时间）炉料停留时间）炉料停留时间）炉料停留时间n n由于回转窑不断转动，有摩擦力，炉料不断被推进。由于回转窑不断转动，有摩擦力，炉料不断被推进。炉料轴心方向的推进速度为炉料轴心方向的推进速度为 s s。式中：式中：KK窑体转动一周带炉料下落的次数；窑体转动一周带炉料下落的次数；N N窑体转速，窑体转速，r/minr/min；S S炉料被带起一次所推进的距离，炉料被带起一次所推进的距离，mm。则炉料停留时间为：则炉料停留时间为：式中：式中：LL窑体长度，窑体长度，mm。n n一般可用经验公式确定炉料在回转窑中的停留一般可用经验公式确定炉料在回转窑中的停留 时间时间 。n n对于粉料：对于粉料：式中：式中：炉料堆角；炉料堆角；PP窑体斜度，窑体斜度，radrad；D D窑径。窑径。n n对于颗粒炉料和球团矿：对于颗粒炉料和球团矿：式中：式中：堆角增量；堆角增量；R R窑半径，窑半径，mm；g g重力加速度。重力加速度。n n回转窑的利用系数 式中：填充率，；总的停留时间，s；（3）传热过程）传热过程n n炉料必须加热到炉料必须加热到800800才能开始金属铁的还原。才能开始金属铁的还原。预热段占回转窑长度预热段占回转窑长度4040。传热方式传热方式窑尾部分窑尾部分窑头部分窑头部分炉气热辐射炉气热辐射50508080气流与炉料对流气流与炉料对流30301010炉墙对炉料导热炉墙对炉料导热30305 5 实际回转窑内，气流实际回转窑内，气流-炉料呈逆流运动，可有五种炉料呈逆流运动，可有五种传热途径。传热途径。令回转窑内预热段炉料吸收热量为令回转窑内预热段炉料吸收热量为Q Q。解出：解出：当入窑炉料温度当入窑炉料温度t ts so o=0=0时，有：时，有：预热段炉料温度按升高至预热段炉料温度按升高至800800，预热段长度为，预热段长度为减小预热段长度的分析：减小预热段长度的分析：n n增大加热面积。增大加热面积。减小炉料填充率。一般填充率减小炉料填充率。一般填充率2020，如过小，则，如过小，则还原条件变坏，所以扩大加热面积作用有限。还原条件变坏，所以扩大加热面积作用有限。n n增加传热系数。增加传热系数。传热方式为对流（传热方式为对流（7070）和辐射（）和辐射（2525），操作），操作温度受限制，气流速度不能过大，所以提高传热温度受限制，气流速度不能过大，所以提高传热系数可能性不大。系数可能性不大。n n提高尾气温度。有效提高尾气温度。有效 尾气温度不能小于尾气温度不能小于500500，一般多控制在，一般多控制在600600800800。热效率降低（废气热能利用）。热效率降低（废气热能利用）。3.2.4 回转窑还原过程回转窑还原过程（1 1）数学模型）数学模型 还原段的数学模型应结合固体碳还原速率方程。还原段的数学模型应结合固体碳还原速率方程。回转窑还原段中可认为回转窑还原段中可认为COCO100100，KbKb。或或 回转窑操作温度（9001000）下，矿石的还原速度很快，上式中前项的值大大高于后项之值，因此碳的气化反应是回转窑中还原过程的限制环节。（2）影响还原的因素）影响还原的因素碳的反应性（Rb）。影响重大。配碳量。Mc，还原速度。常配加过剩碳量，为理论值的100200。温度。T，促进还原，对气化尤为明显。受限于灰分熔点及矿石的软化点。使窑内温度有控制地达到最高极限是重要的操作原则。填充率。填充率，矿石氧化程度，有利于矿石还原。受限于传热。触媒效应。Li、Na、K改善接触条件。3.2.5 硫及有害杂质的去除硫及有害杂质的去除n n脱硫：燃料及矿石中硫脱硫：燃料及矿石中硫气流。气流。n n回转窑气流中回转窑气流中H H2 2少，气态硫以少，气态硫以COSCOS为主。为主。n nCOSCOS可被可被CaOCaO和和FeFe吸收，吸收，CaOCaO更易吸收，故更易吸收，故CaOCaO多，多，气化脱硫率也愈低。气化脱硫率也愈低。n n回转窑中回转窑中CaSCaS脱硫机理。脱硫机理。n n脱硫剂：白云石脱硫剂：白云石 不利影响：减少硫的挥发率；增加燃料消耗，同时不利影响：减少硫的挥发率；增加燃料消耗，同时增加入炉流量；降低炉料含铁量，降低生产率。增加入炉流量；降低炉料含铁量，降低生产率。n n其它气化温度低的杂质气化去除。其它气化温度低的杂质气化去除。Pb Pb：PbOPbO、PbSPbS、PbPb蒸汽压低，不能大量气化，但蒸汽压低，不能大量气化，但PbPb粒易析离海绵铁而被气流带走；粒易析离海绵铁而被气流带走；Na Na、K K：虽气化温度低，但形成硅酸盐，难还原；：虽气化温度低，但形成硅酸盐，难还原；P P：挥发率低，形成磷酸盐。：挥发率低，形成磷酸盐。n n炼铁过程：产品；原料；设备；流程；n n炉料运动：运动方式；停留时间；n n传热过程：减小预热段长度的措施；n n还原过程：影响还原的因素；n n脱硫及其它杂质去除：脱硫方式；脱硫剂；杂质去除方式；3.2 回转窑学习重点回转窑学习重点nn9 9、静夜四无邻，荒居旧业贫。、静夜四无邻，荒居旧业贫。3 3月月-23-233 3月月-23-23Monday,March 20,2023Monday,March 20,2023nn1010、雨中黄叶树，灯下白头人。、雨中黄叶树，灯下白头人。20:52:2920:52:2920:52:2920:52:2920:5220:523/20/2023 8:52:29 PM3/20/2023 8:52:29 PMnn1111、以我独沈久，愧君相见频。、以我独沈久，愧君相见频。3 3月月-23-2320:52:2920:52:2920:5220:52Mar-23Mar-2320-Mar-2320-Mar-23nn1212、故人江海别，几度隔山川。、故人江海别，几度隔山川。20:52:2920:52:2920:52:2920:52:2920:5220:52Monday,March 20,2023Monday,March 20,2023nn1313、乍见翻疑梦，相悲各问年。、乍见翻疑梦，相悲各问年。3 3月月-23-233 3月月-23-2320:52:2920:52:2920:52:2920:52:29March 20,2023March 20,2023nn1414、他乡生白发，旧国见青山。、他乡生白发，旧国见青山。20 20 三月三月 2023 20238:52:29 8:52:29 下午下午20:52:2920:52:293 3月月-23-23nn1515、比不了得就不比，得不到的就不要。、比不了得就不比，得不到的就不要。三月三月 23 238:52 8:52 下午下午3 3月月-23-2320:5220:52March 20,2023March 20,2023nn1616、行动出成果，工作出财富。、行动出成果，工作出财富。2023/3/20 20:52:292023/3/20 20:52:2920:52:2920:52:2920 March 202320 March 2023nn1717、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。8:52:29 8:52:29 下午下午8:52 8:52 下午下午20:52:2920:52:293 3月月-23-23nn9 9、没有失败，只有暂时停止成功！。、没有失败，只有暂时停止成功！。3 3月月-23-233 3月月-23-23Monday,March 20,2023Monday,March 20,2023nn1010、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。20:52:2920:52:2920:52:2920:52:2920:5220:523/20/2023 8:52:29 PM3/20/2023 8:52:29 PMnn1111、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。3 3月月-23-2320:52:2920:52:2920:5220:52Mar-23Mar-2320-Mar-2320-Mar-23nn1212、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。20:52:2920:52:2920:52:2920:52:2920:5220:52Monday,March 20,2023Monday,March 20,2023nn1313、不知香积寺，数里入云峰。、不知香积寺，数里入云峰。3 3月月-23-233 3月月-23-2320:52:2920:52:2920:52:2920:52:29March 20,2023March 20,2023nn1414、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。20 20 三月三月 2023 20238:52:29 8:52:29 下午下午20:52:2920:52:293 3月月-23-23nn1515、楚塞三湘接，荆门九派通。、楚塞三湘接，荆门九派通。三月三月 23 238:52 8:52 下午下午3 3月月-23-2320:5220:52March 20,2023March 20,2023nn1616、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2023/3/20 20:52:292023/3/20 20:52:2920:52:2920:52:2920 March 202320 March 2023nn1717、空山新雨后，天气晚来秋。、空山新雨后，天气晚来秋。8:52:29 8:52:29 下午下午8:52 8:52 下午下午20:52:2920:52:293 3月月-23-23nn9 9、杨柳散和风，青山澹吾虑。、杨柳散和风，青山澹吾虑。3 3月月-23-233 3月月-23-23Monday,March 20,2023Monday,March 20,2023nn1010、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。20:52:2920:52:2920:52:2920:52:2920:5220:523/20/2023 8:52:29 PM3/20/2023 8:52:29 PMnn1111、越是没有本领的就越加自命不凡。、越是没有本领的就越加自命不凡。3 3月月-23-2320:52:2920:52:2920:5220:52Mar-23Mar-2320-Mar-2320-Mar-23nn1212、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。20:52:2920:52:2920:52:2920:52:2920:5220:52Monday,March 20,2023Monday,March 20,2023nn1313、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。3 3月月-23-233 3月月-23-2320:52:2920:52:2920:52:2920:52:29March 20,2023March 20,2023nn1414、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。20 20 三月三月 2023 20238:52:29 8:52:29 下午下午20:52:2920:52:293 3月月-23-23nn1515、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。三月三月 23 238:52 8:52 下午下午3 3月月-23-2320:5220:52March 20,2023March 20,2023nn1616、业余生活要有意义，不要越轨。、业余生活要有意义，不要越轨。2023/3/20 20:52:292023/3/20 20:52:2920:52:2920:52:2920 March 202320 March 2023nn1717、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。8:52:29 8:52:29 下午下午8:52 8:52 下午下午20:52:2920:52:293 3月月-23-23MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blandit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis ut cursus.感感 谢谢 您您 的的 下下 载载 观观 看看专家告诉