高炉冶炼过程中的动量传输.pptx

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1、会计学1高炉冶炼过程中的动量传输高炉冶炼过程中的动量传输2.2.高炉生产流程及工艺高炉生产流程及工艺n n高炉冶炼是将铁矿石还原成生铁的连续生产过程高炉冶炼是将铁矿石还原成生铁的连续生产过程。高炉。高炉生产工艺流程如图生产工艺流程如图2-12-1所所示示。图图2-12-1高炉生产工艺流程示意图高炉生产工艺流程示意图第2页/共32页n n高炉内部结构示意图如下图2-2所示。图2-2高炉内部结构示意图第3页/共32页3.3.高炉冶炼过程的传输特征高炉冶炼过程的传输特征n n（1 1）传）传输现象在高炉中无处不在、无时不有：输现象在高炉中无处不在、无时不有：动量传递：煤动量传递：煤气压降：静压力损失

2、气压降：静压力损失 炉料炉料 热量传递：煤热量传递：煤气气 炉料炉料(升温、熔化、化学反应升温、熔化、化学反应吸热吸热、渣铁过热等、渣铁过热等)质量传递：气质量传递：气固固液多相化学反应间的传质液多相化学反应间的传质第4页/共32页n n（2 2）高）高炉是一个以煤气上升、炉料下降的逆流炉是一个以煤气上升、炉料下降的逆流式式移动床为移动床为特征的反应器，存在着特征的反应器，存在着多相多相物质间的物质间的传质、传热和动量传输，传输过程非常传质、传热和动量传输，传输过程非常复杂复杂。煤气上升至少是二维流动；煤气上升至少是二维流动；煤气径向分布极不均匀；煤气径向分布极不均匀；高炉中的五带具有不同的传

3、输特征。高炉中的五带具有不同的传输特征。第5页/共32页n n(3)(3)高炉中的高炉中的软熔带是软熔带是传递阻力传递阻力最大最大的地方，因的地方，因此要求软熔带应尽可能薄、位置应此要求软熔带应尽可能薄、位置应尽可尽可能低能低。n n(4)4)到目前为止，精确求解高炉中的传输问题尚到目前为止，精确求解高炉中的传输问题尚不不 可可能，只能借助一些经验式或简化或对局部过程、能，只能借助一些经验式或简化或对局部过程、局局部问题进行求解。部问题进行求解。第6页/共32页4.4.高炉中的动量传输高炉中的动量传输n n高炉中的动量传输最重要的是煤高炉中的动量传输最重要的是煤气在固体气在固体散料散料层和固层

4、和固液共、存液共、存区区的压力的压力降和降和液液泛。泛。n n4.14.1煤气流经固体散料层的一般规煤气流经固体散料层的一般规律律n n散散料的流体力学特料的流体力学特性性n n孔隙度孔隙度 料柱压差料柱压差 P P 第7页/共32页第8页/共32页第9页/共32页n n第10页/共32页n n当量直当量直径径d d d dn n水水力学当量直径力学当量直径dSdSdSdS 式式中中：V V V V 料层内物料之间空隙的体积；料层内物料之间空隙的体积；S S S S 料层内物料的全部表面积；料层内物料的全部表面积；d d d d 散料颗粒的直径。散料颗粒的直径。n n比表面积平均直径比表面积平

5、均直径dededede 当当多种颗粒组成的炉料多种颗粒组成的炉料时：时：式式中：中：x x x xi i i i 第第i i i i 级别颗粒的重量分数；级别颗粒的重量分数；d d d di i i i 第第i i i i 级别颗粒的直径级别颗粒的直径。n n料块料块d d d d摩擦阻力摩擦阻力、水、水力学当量直径力学当量直径dS dS dS dS、P P P P第11页/共32页n n流体流经散料层时的速度 式中：煤气的有效平均速度；空空炉速度。P P第12页/共32页n n煤煤气流经散料层的阻力损气流经散料层的阻力损失失 由欧由欧根根公式：公式：式式中中：P/L P/L P/L P/L

6、散料层的压力降梯度散料层的压力降梯度(N/m2/m)(N/m2/m)(N/m2/m)(N/m2/m)；气体粘度气体粘度(Pas)(Pas)(Pas)(Pas)；空空气体的空炉流速气体的空炉流速(m/s)(m/s)(m/s)(m/s)；de de de de 颗粒的当量直径颗粒的当量直径(m)(m)(m)(m)；气体密度气体密度(kg/m3)(kg/m3)(kg/m3)(kg/m3)；散料层的空隙率散料层的空隙率()()()()；颗粒的形状系数颗粒的形状系数()()()()。第13页/共32页n n第一项代表层流情况，第二项代表紊流情况。第14页/共32页第15页/共32页第16页/共32页n

7、n4.24.2炉炉料下降的条件料下降的条件 高炉炉料顺利下降需要具备两个条件:具有下料的空间和炉料下降的作用力。n n炉料下降的空间条件炉料下降的空间条件n n炉料的下降空间主要由三个方面提供。（1）焦炭在风口前的燃烧（2）参加直接还原消耗的固态焦炭、炉料在下降过程中逐渐溶化并成为液相而体积缩小（3）渣、铁排放形成的空间第17页/共32页n n第18页/共32页n n第19页/共32页n n4.34.3逆逆流运动中散料的有效重量流运动中散料的有效重量第20页/共32页n n综上所述,影响炉料自身有效重力 的主要因素包含以下几个方面:第21页/共32页第22页/共32页n n4.44.4散料的流

8、态散料的流态化化n n当当增大到一定值后，炉料开始松动，散料体积膨胀增大到一定值后，炉料开始松动，散料体积膨胀 P P P P不再增加不再增加(料柱高度料柱高度，颗粒失去接触面，颗粒失去接触面悬浮悬浮)n n进进一步增大一步增大，料层变得极不稳定，越来越多的料层变得极不稳定，越来越多的煤气煤气通通过这一局部，会形成气流的局部通道，即过这一局部，会形成气流的局部通道，即“管道行程管道行程”P P P P n n当当增大到流态化的临界速增大到流态化的临界速度时，散度时，散料被气流带走料被气流带走 气气力输力输送送第23页/共32页第24页/共32页n n“管道行程”的生成机理及危害第25页/共32

9、页第26页/共32页n n4.54.5充充液散料层的流体力学现液散料层的流体力学现象象第27页/共32页n n“液液泛现泛现象象”的危的危害害n n高度高度弥散在渣铁间的气泡，使煤气流阻力弥散在渣铁间的气泡，使煤气流阻力大大大大升升高；高；n n被被煤气流吹起的渣铁，在上部较低温度煤气流吹起的渣铁，在上部较低温度区域区域，有，有重新冷凝的危险；重新冷凝的危险；n n渣渣铁的重新冷凝，一方面将导致料铁的重新冷凝，一方面将导致料柱孔柱孔隙度降低，隙度降低，煤气流动受阻。另一方面，煤气流动受阻。另一方面，可造可造成炉墙成炉墙结厚、结厚、结结瘤，瘤，破坏高炉顺行。破坏高炉顺行。第28页/共32页n n

10、防止高炉发生防止高炉发生“液泛现象液泛现象”的对策分的对策分析析第29页/共32页n n防止高炉发生防止高炉发生“液泛现象液泛现象”的对策的对策:提高焦炭粒度提高焦炭粒度 Fs Fs Fs Fs f f f f (液泛因子液泛因子)改善焦炭强度改善焦炭强度 避免冶炼过程的细粒化避免冶炼过程的细粒化 f f f f 降低炉渣粘度降低炉渣粘度 f f f f 减少渣量减少渣量L L L L K(K(K(K(流体流量比流体流量比)减小气流速度减小气流速度 f f f f (高压操作高压操作)大力发展间接还原大力发展间接还原(间接还原不好时，渣中间接还原不好时，渣中FeOFeOFeOFeO与与C C C C反应反应生成生成COCOCOCO 渣体积渣体积 f f f f )提高炉渣表面张提高炉渣表面张力力(表面张力小，易起泡表面张力小，易起泡 渣体积渣体积 f f f f )第30页/共32页n n高炉悬料高炉悬料(Hanging)(Hanging)机理的分机理的分析析 炉料炉料下降的有效作用力下降的有效作用力F F 0 0，即，即炉料的有效炉料的有效重量重量 煤气流的浮煤气流的浮力。最终导致悬料力。最终导致悬料第31页/共32页感谢您的观看！感谢您的观看！第32页/共32页