合金熔化与精炼2.ppt

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辛勤才有果实 第三章.冲天炉熔炼的基本原理 在焦炭燃烧规律的基础上,结合冲天炉的特点,讨论冲天炉内的炉气分布和温度分布;热交换和冶金反应. 3-1.冲天炉内炉气与温度分布 (一).炉气分布 冲天炉内,炉径方向的炉气分布不均匀,靠近炉壁焦炭缝隙大,阻力小,风量多,称为炉壁效应.另外,风口在圆周方向是不连续的,风口前沿的气流速度大,两个风口之间气流少,甚至无风.炉径大时,炉子中心风速小,风速大的地方燃烧快,温度高,无风的地方不燃烧,降温,温度低.由于气流分布的不均匀,造成炉内温度分布的不均匀. 气流分布 炉内气流分布 炉壁效应 . 在炉子高度方向,炉气中二氧化碳的浓度有最高区.与层状燃烧相似,在径向上不均匀.二氧化碳的浓度最高区,对应温度的最高区.由于还原反应吸热,温度下降. 炉气温度与CO2分布有关,因此在炉子截面上温度分布也不均匀,靠近炉壁温度高,等温线下移,熔化带下移,形成倒锅形,对铁水过热不利. 气流与温度分布 3-2.冲天炉内热交换 从加料口开始,金属炉料下行,与上行的炉气进行热交换.可分成三个区: (一).预热区: 加料口下沿至熔化带上边 此区内金属为固体,温度逐渐提高,从20℃-1200 ℃,此区热交换有3个特点: (1).热交换以对流为主,炉料下行很慢,气流速度很快.从加料口下行到熔化带需要30分钟时间.主要是金属表面与炉气对流传热,为了保证有效预热,提高热效率,设计冲天炉时要有一定的有效高度.保持加满料,H/D=6~8. (2)传热快.在预热区,金属的温度从室温预热到熔化的温度,吸收的总热量占铸铁熔化总热量的65%. (3).影响因素多,受到有效高度.(炉子设计);底焦高度的影响,也受料块大小,熔化速度和铁焦比的影响,预热效果不同,料块小,预热均匀,同时有利于吸收炉气热量,因此希望金属炉料块小,但太小时,对气流的阻力大,氧化严重,细料重压. (二)熔化区的热交换 从炉料熔化开始,到金属料熔化完了.特点: (1).以对流换热为主,与预热区相似,吸收熔化潜热和少量过热的热量.熔化区的高度与料块大小有关。料块越大,批料量越多,熔化时间越长,熔化带下移,减少过热距离,铁水温度低. (2)炉气分布不均,熔化带呈凹形,中心熔化慢. (3)高度波动大. 熔化带的形状 . (三)过热区的热交换. 过热区是熔化带下沿到第一排风口.特点: (1)铁水与焦炭接触,以传导传热为主,辐射传热为辅. (2)传热时间短.30秒左右,传热强度大,温度提高150-250 ℃.(1200 ℃ →1450 ℃.) 预热区 熔化区 过热区 传热时间 30分钟 5-7分钟 30秒 吸热量 840KJ 230KJ 150-210KJ 过热区,铁水的过热效率低,预热的效率是20%; 熔化带的效率是60%;过热区是7%.因为时间短.因此采用冲天炉和电炉双联法. 冲天炉熔化,电炉过热. (3)过热效率与炉气最高温度有关,与过热区长度有关.炉气温度高,受热强度大,过热时间长,底焦高度高,过热温度高,铁水温度就高,总的过热效率与过热面积有关.. (四)炉缸区. 炉缸区有焦炭,但无氧气,不燃烧,铁水经过时要降温,在开渣口操作时,焦炭燃烧,有利于铁水过热,一般在开炉初期可以适当开渣口操作,有利于提高前期的铁水温度,带前炉的炉缸小于200mm. 3-3影响冲天炉热交换的主要因素 提高铁水温度是冲天炉的重要技术指标,要获得高温铁水,必须扩大过热面积,提高炉气最高温度,扩大高温区.影响因素主要有:送风,焦炭,炉料;操作和炉形. 一.组织好合理燃烧 强化燃烧;均匀燃烧;包括送风和焦炭两个因素. (一)风的影响 (1)风量的影响. 风量小时,燃烧不充分,适当增加风量,提高气流速度,有利于燃烧反应,获得高温.但如果风量过大,燃烧太快,料层下降快,过热区减少,熔化速度增加,不利于铁水过热.应根据风—焦平衡,确定最佳风量,(最惠风量),主要取决于:焦炭消耗量(焦耗量);焦耗量越大,最惠风量也越大. 焦耗量越高,铁水温度也越高, 焦耗量一定,有最惠风量 (2)风速的影响. 指风口出口处的平均流速,一般为60-80m/s,风速高,加强扩散燃烧,吹掉灰分,风穿到炉子中心,均匀燃烧,.如果风速过高,有吹冷作用,增加元素烧损.增加风速,需要增加风机功率.风速的选择与焦炭的灰分.块度有关,灰份少,块大时,可选低风速,铸造焦可用30—40m/s,我国多采用小风口,风口比(风口总截面积与熔化带炉膛横截面积之比):1/30—1/40,

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