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煤化工 第三章炼焦 3.1焦炭及其性质 该法所用的流动气体是一种吸附质与一种惰性气体的混合物,通常采用氮气作为吸附质,氦气作载气。由于条件限制,本实验采用氮气作吸附质,氢气作载气,氮气、氢气以一定比例混合,达到一定的相对压力,然后流经样品,当样品放入盛有液氮的保温瓶里冷却时,样品对混合气中的氮气发生物理吸附,而不吸附氢气,吸附气体量与试样表面积成正比,当吸附达到平衡时,除去液氮,温度升高。氮气又从样品声脱附而出,混合气体的浓度变化用热导池检测器记录下来,由脱附峰与已知的一定氮气量出的标准峰面积比(直接标定),即可计算出此氮气分压下的吸附量。按照B·E·T式计算单分子层饱和吸附量,从而求出催化剂表面积。 比表面积大小性能检测在许多的行业应用中是必须的,如电池材料,催化剂,橡胶中碳黑补强剂,纳米材料等。一般固体比表面积多在0.1-2000之间。 五、高炉炼铁 六、 非高炉用焦的特性 一)铸造焦 1.冲天炉熔炼过程 铸造焦是冲天炉熔铁的主要燃料,用于熔化炉料,并使铁水过热,还起支撑料柱保证良好透气性和供碳等作用。每吨生铁消耗焦炭量称为焦铁比(K)通常K=0.1。冲天炉内炉料分布、炉气组成和温度变化如图1-11 ,焦炭在冲天炉内分底焦和层焦,底焦在风口区与鼓入的空气剧烈燃烧,因此在风口以上的氧化带内,炉气中O2含量迅速降低,CO2含量很快升高并达到最大值,炉气温度也相应升至最高值,熔化铁水的温度在氧化带的底部达最高值。在氧化带上端开始的还原带内,由于过量CO2的存在,与焦炭发生碳溶反应而产生CO,随炉气上升CO含量逐渐增加;由于反应强烈吸热,故炉气温度在还原带内随炉气上升则急剧降低。 还原带以上焦炭与金属料层层相间,装入冲天炉的炉料被炉气干燥、预热,在该区间炉气中含氧量很低(或为零),CO2和CO的含量基本保持不变,在装料口炉气中一般CO2为10%~15%,CO为8%~16%,温度为500~600℃。 图 冲天炉内炉料分布、炉气组成及温度变化 冲天炉的氧化带和还原带内除焦炭燃烧和CO2被还原成CO外,还发生一系列复杂的反应,在氧化带内炉气中的CO2及鼓风空气中带入的水汽会按以下反应使铁水部分氧化。 Fe+CO2→FeO+CO Fe+H2O→FeO+H2 铁水中的部分硅和锰在氧化带内能被炉气中的氧烧损,形成SiO2和MnO,铁水中的碳也能与氧反应而降低。因此在炉缸以上的氧化带,铁水中的C、Si、Mn、Fe均有所损失,但铁水失碳时铁水表面形成的一层脱碳膜可以制约Si、Mn、Fe的氧化,且温度愈高,Si、Mn、Fe的氧化烧损愈少,这就要求有较高的铁水温度。 铁水流过焦炭层还会发生吸收碳的所谓渗碳作用,由于渗碳是吸热反应,温度愈高愈有利于渗碳。铁的初始含碳量愈低,渗碳愈多,增加焦比也使渗碳增加,渗碳有利于炉料中废钢的熔化。 炉气中的水汽与铁水或焦炭反应产生的H2易溶解在铁水中,当铁水凝固时,氢的溶解度突然降低,H2从铁水中逸出,使铸件表皮下形成内壁光滑的球形小气孔,增加铸件的缺陷。因此应降低鼓风空气的湿度,这还有利于提高炉温。 2.铸造焦的质量要求 (1)粒度 一般要求粒度大于60mm。冲天炉内的主要反应有:氧化带C+O2→CO2,还原带C+CO2→2CO。为提高冲天炉过热区的温度,使熔融金属的过热温度足够高,流动性好,应保持适宜的氧化带高度(h),该高度可用下式表示: ,m 式中 A——系数,为6.7510-5; W——送风强度,m3/(m2·min); ——铸造焦平均直径,m; v——铸造焦在氧化带内燃烧的线速度,m/min。 由上式可知:铸造焦平均直径( )小而焦炭反应性(v)高,则氧化带高度(h)小。由于冲天炉内底焦的高度是一定的,氧化带高度减小,必然使还原带高度增加,炉气的最高温度降低,进而使过热区的温度降低。但铸造焦粒度过大,使燃烧区不集中,也会降低炉气温度。 (2)硫 硫是铸铁中的有害元素,通常应控制在0.1%以下,冲天炉内焦炭燃烧时,焦炭中的硫一部分生成SO2,随炉气上升,在预热区和熔化区内与固态金属炉料作用发生如下反应: 3Fe(固)+SO2→FeS+2FeO+363000kJ/kg(分子) * * 一、焦炭的宏观构造 焦炭是一种质地坚硬,以碳为主要成分的含有裂纹和缺陷的不规则多孔体,呈银灰色。真密度为1.8~1.95g/cm3,视密度为0.08~1.08g/cm3,气孔率为35%~55%,堆密度为400~500kg/m3。焦体由气孔和气孔壁构成,气孔壁又称焦质,其主要成分是碳和矿物质。焦炭的裂纹多少直接影响焦炭的粒度和抗碎强度。孔孢结构通常用气孔平均直径、孔径分布

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