第三章重点设备介绍(上).ppt

第三章 重点设备介绍 直接还原 气基：竖炉、流化床、反应罐 煤基：回转窑、 反应罐、竖炉 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 竖炉法目前占直接还原法的83％； 炉内反应过程与高炉间接还原带相似； 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 炉料顺行的条件：有效重力F≥0。根据Janssen公式： 式中：D——竖炉直径，m； M——炉料堆比重，kg/m3； f——炉料与炉墙摩擦系数； n——侧压系数。 高炉中，△P/Z→M，即F→0，下料不顺； 竖炉中，△P/Z 较小（2Pa/m3)，M较大（2000Pa/m3），竖炉不会因为煤气浮力引起悬料。 竖炉悬料的原因： ①球团体积膨胀而发生侧压系数n增大； ②矿石相互粘结或与炉墙粘结而引起摩擦系数增大。 竖炉利用系数： 式中：τ∑——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 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。 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dZ，由热平衡有： 炉料： ⑴ 煤气： ⑵ 式中：Gs，Gg——炉料及煤气流通量，kg/m2； β——气-固相间传热系数； A——单位体积炉料表面积，m2。 由（1）得： 由（2）得： 两式相等得： 即： 积分得： （3） 由边界条件：ts＝tso时，tg＝tg‘代入上式得： 代入（3）得： （4） 又由（1）、（2）得： 两式相减得： 积分得： （5） 边界条件：Z＝0时， ts＝tso，tg＝tg‘代入（5）得： 代入（5）得： （6） 联立（4）、（6）得： 一般情况下， tso →0，则： 而： 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tg＝ts＋10℃，则： 冷却带的传热过程与预热带类似。 冷却带中易发生析碳反应（2CO→C＋CO2）。 后果：析碳过多，阻碍气流，降低冷却作用。 原因：冷却带处于CO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。 措施：保证一定的冷却煤气氧化度。 3.1.3 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： 而： 由物料平衡： 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。 边界条件：气体出口处：Z＝0，R＝0； 气体入口处：Z＝Zi；tg＝tgi； CA＝CAi；P＝Pi。 （2）竖炉中矿石还原过程的特点 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炉料与煤气的温度场。 1）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。 矿石还原度↑→还原性气体浓度↓→还原反应推动力（CA－CB/Ke)↓→阻碍矿石还原度↑，反之亦然。 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。 2）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“反馈”作用。 如：煤