高炉冶炼过程中的动量传输.pptx
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高炉冶炼过程中的动量传输.pptx
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传输原理在冶金工程中的应用,高炉冶炼过程中的悬料分析,1.前言,高炉炼铁过程伴随着复杂的物理、化学变化,目的是将铁矿石冶炼成为合格的生铁。
炉料在重力作用下向下运动,与在炉内压差推动下向上运动的高温煤气发生还原反应,生成液态生铁。
期间同时伴随着传输过程。
2.高炉生产流程及工艺,高炉冶炼是将铁矿石还原成生铁的连续生产过程。
高炉生产工艺流程如图2-1所示。
图2-1高炉生产工艺流程示意图,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,3.高炉冶炼过程的传输特征,
(1)传输现象在高炉中无处不在、无时不有:
动量传递:
煤气压降:
静压力损失炉料热量传递:
煤气炉料(升温、熔化、化学反应吸热、渣铁过热等)质量传递:
气固液多相化学反应间的传质,
(2)高炉是一个以煤气上升、炉料下降的逆流式移动床为特征的反应器,存在着多相物质间的传质、传热和动量传输,传输过程非常复杂。
煤气上升至少是二维流动;煤气径向分布极不均匀;高炉中的五带具有不同的传输特征。
(3)高炉中的软熔带是传递阻力最大的地方,因此要求软熔带应尽可能薄、位置应尽可能低。
(4)到目前为止,精确求解高炉中的传输问题尚不可能,只能借助一些经验式或简化或对局部过程、局部问题进行求解。
4.高炉中的动量传输,高炉中的动量传输最重要的是煤气在固体散料层和固液共、存区的压力降和液泛。
4.1煤气流经固体散料层的一般规律4.1.1散料的流体力学特性孔隙度料柱压差P,比表面积其中即:
S与do成反比(当炉料粒度越小时,阻力就越大)料块S摩擦阻力、P形状系数实际炉料并非规则的球形,为了修正,引入了式中:
为与实际颗粒体积相等的球的表观直径料块摩擦阻力、P,当量直径d水力学当量直径dS式中:
V料层内物料之间空隙的体积;S料层内物料的全部表面积;d散料颗粒的直径。
比表面积平均直径de当多种颗粒组成的炉料时:
式中:
xi第i级别颗粒的重量分数;di第i级别颗粒的直径。
料块d摩擦阻力、水力学当量直径dS、P,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,4.1.2煤气流经散料层的阻力损失由欧根公式:
式中:
P/L散料层的压力降梯度(N/m2/m);气体粘度(Pas);空气体的空炉流速(m/s);de颗粒的当量直径(m);气体密度(kg/m3);散料层的空隙率();颗粒的形状系数()。
第一项代表层流情况,第二项代表紊流情况。
4.2炉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。
4.2.1炉料下降的空间条件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,4.2.2炉料下降的力学条件高炉炉料在自身重力作用下向下运动,在下降过程中会受到上升煤气的浮力,炉料与炉墙间的摩擦阻力,以及炉料之间的内阻力。
则炉料下降所受有效作用力的力学关系表达式如下:
F=-式中,F为炉料下降所受的有效作用力。
而炉料下降的有效动力是自身有效重力提供的,满足如下力学关系:
=-将两式合并,可知:
F=-,4.3逆流运动中散料的有效重量,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:
4.4散料的流态化当增大到一定值后,炉料开始松动,散料体积膨胀P不再增加(料柱高度,颗粒失去接触面悬浮)进一步增大,料层变得极不稳定,越来越多的煤气通过这一局部,会形成气流的局部通道,即“管道行程”P当增大到流态化的临界速度时,散料被气流带走气力输送,“管道行程”的生成机理及危害,4.5充液散料层的流体力学现象,“液泛现象”的危害高度弥散在渣铁间的气泡,使煤气流阻力大大升高;被煤气流吹起的渣铁,在上部较低温度区域,有重新冷凝的危险;渣铁的重新冷凝,一方面将导致料柱孔隙度降低,煤气流动受阻。
另一方面,可造成炉墙结厚、结瘤,破坏高炉顺行。
防止高炉发生“液泛现象”的对策分析,防止高炉发生“液泛现象”的对策:
提高焦炭粒度Fsf(液泛因子)改善焦炭强度避免冶炼过程的细粒化f降低炉渣粘度f减少渣量LK(流体流量比)减小气流速度f(高压操作)大力发展间接还原(间接还原不好时,渣中FeO与C反应生成CO渣体积f)提高炉渣表面张力(表面张力小,易起泡渣体积f),高炉悬料(Hanging)机理的分析炉料下降的有效作用力F0,即炉料的有效重量煤气流的浮力。
最终导致悬料,
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