《高炉炼铁技术》项目10任务10.1炉料下降与力学分析

《溶液》导学案一、学习目标1、理解溶液的概念，能区分溶液、悬浊液和乳浊液。

2、了解溶液的组成，能说出溶质和溶剂的概念。

3、掌握溶液质量分数的计算方法，并能进行简单的计算。

4、学会配制一定溶质质量分数的溶液。

二、学习重点1、溶液的概念、组成及特征。

2、溶液质量分数的计算。

3、配制一定溶质质量分数溶液的步骤和误差分析。

三、学习难点1、对溶液概念的准确理解。

2、溶液质量分数计算中的有关换算。

3、配制溶液时误差产生的原因分析。

四、知识梳理（一）溶液的概念1、定义：一种或几种物质分散到另一种物质里，形成均一、稳定的混合物，叫做溶液。

2、特征：（1）均一性：溶液各部分的性质完全相同。

（2）稳定性：只要外界条件（温度、溶剂量等）不变，溶液无论放置多久，溶质都不会从溶液中分离出来。

（3）混合物：溶液由溶质和溶剂组成，至少包含两种物质。

（二）溶液的组成1、溶质：被溶解的物质。

2、溶剂：能溶解其他物质的物质。

常见的溶剂有水、酒精、汽油等。

水是最常用的溶剂，大多数溶液中的溶剂都是水。

（三）溶液的分类1、饱和溶液和不饱和溶液（1）饱和溶液：在一定温度下，向一定量溶剂里加入某种溶质，当溶质不能继续溶解时，所得到的溶液叫做这种溶质的饱和溶液。

（2）不饱和溶液：在一定温度下，向一定量溶剂里加入某种溶质，溶质还能继续溶解的溶液，叫做这种溶质的不饱和溶液。

2、浓溶液和稀溶液（1）浓溶液：溶质在溶剂中含量较多的溶液。

（2）稀溶液：溶质在溶剂中含量较少的溶液。

（四）溶液质量分数1、定义：溶液中溶质的质量与溶液质量之比。

2、计算公式：溶质质量分数＝溶质质量÷溶液质量×100%（五）配制一定溶质质量分数的溶液1、实验用品：托盘天平、量筒、烧杯、玻璃棒、药匙、胶头滴管等。

2、实验步骤：（1）计算：根据溶质质量分数的计算公式，计算所需溶质和溶剂的质量。

（2）称量：用托盘天平称量所需溶质的质量，用量筒量取所需溶剂的体积。

（3）溶解：将溶质和溶剂倒入烧杯中，用玻璃棒搅拌，使溶质完全溶解。

高炉炼铁学一、高炉：从上至下分为炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸、死铁层。

发展趋势为：大型化、胖型二、高炉原料：1、铁矿石：烧结矿、球团矿、天然块矿2、熔剂：石灰石、白云石3、燃料：焦炭、煤粉4、空气：N2、O2三、高炉产品：1、生铁：成分有Fe、C、Si、Mn、S、P、V、Ti等。

分为炼钢生铁、铸造生铁（Si高S 低）、铁合金，铁与钢区别是C。

2、炉渣：成分有、CaO、MgO、SiO2、Al2O3、FeO、TiO2、MnO、V2O5等。

3、煤气：成分有CO、CO2、N2、H2、H2O四、高炉辅助设备：1、供料系统2、送风系统3、除尘系统4、渣铁处理系统5、燃料喷吹系统五、高炉冶炼的概况：分为五带1、块状带：间接还原、CaCO3=CaO+CO2、部分FeO+C=Fe+CO2、软熔带：CaO+SiO2+Al2O3=硅酸盐，渗碳反应：3Fe+2CO=Fe3C+CO23、滴落带：（FeO）+C=、（MnO）+C=、(SiO2)+C=、(P2O5)+C=4、风口燃烧带：2C+O2=2CO5、炉缸部分：脱硫反应：FeS+CaO=CaS+FeO，FeO+C=Fe+CO，FeS+CaO+C =CaS+ Fe+CO六、高炉技术经济指标：1、有效容积：铁口中心线至大钟下降下沿或溜槽垂直下，V u，工作容积2、有效容积利用系数：ηu=P/V u t/m3d，可达3以上。

3、焦比：K=Q/P，kg/t，最低250 kg/t左右。

综合焦比：燃料比：最低450 kg/t左右。

4、冶炼强度：I=Q/ V u t/m，ηu=I/K，综合冶炼强度：5、生铁合格率：一级品率6、休风率：有计划休风和非计划休风，应控制在2%以下。

7、高炉一代寿命：无中修，表示有日历时间（8至10 年）；单位容积产量（5000t/m3）第一章高炉用原燃料第一节高炉用燃料高炉燃料有焦炭和煤粉两种Ⅰ、焦炭一、焦炭的作用 1、发热剂；2、还原剂；3、骨架作用；4、渗碳剂二、焦炭的质量要求 1、C 高；2、灰分低：灰分中70%左右是SiO2和Al2O3，含量为11%至20%。

高炉内物料运动研究高炉是一种用于冶炼铁和钢的设备，通常是由高炉本体和其他配套设备组成。

高炉内的物料运动是冶炼过程中最重要的环节之一，因为这直接关系到炉渣、熔铁和废气的形成和分离。

高炉内物料的运动可以分为多个阶段。

首先是铁矿石的进料，矿石会被装入高炉顶部的料斗中，经过预处理后，被送入炉料加料段，再经过矿石的干燥、热解、还原等反应，最终形成液态铁和炉渣。

在这一过程中，高炉内的物料运动着重体现在炉料的下降、堆积和补给过程。

第一阶段是炉料下降阶段。

在这个阶段，炉料从炉顶向下滑动，直到达到还原带。

由于高炉内温度高达1400℃以上，因此炉料较为松散，存在着一定的空隙度，此时运动形态主要为自由下降。

如果炉料密度太大，如过于湿润、堆积松散等因素会限制其下降；第二阶段是炉料堆积阶段，此时炉料开始逐渐堆积起来，直到达到半径上升的位置。

在这一阶段中，炉料颗粒之间的摩擦力和重力扮演了重要的角色。

一方面，炉料颗粒之间的摩擦力使其不易于移动，基本静止；另一方面，重力作用使颗粒向下移动，从而形成炉料的堆积结构。

因此，炉料的沉降速度受到了限制，炉料结构也随之产生了变化。

第三阶段是炉料补给阶段。

在炉料下降、堆积后，炉料的高度逐渐降低。

为了保证高炉正常运行，需要在炉料表面不断补给新的炉料。

在补给的过程中，新炉料逐渐堆积在原有炉料表面上，因此这个阶段的炉料运动往往存在覆盖和混合的情况，需要进行一定的理论分析和计算。

高炉内物料运动的研究对于高炉正常运行和提高冶炼效率具有重要意义。

科学合理的物料运动控制和优化方案能够为高炉冶炼提高效率和降低成本提供重要保障。

因此，高炉内物料运动的研究成为了现代冶炼学中的一个热点问题，吸引了越来越多的研究人员的关注。

2.1.1高炉炼铁基本原理2.1.1.1掌握高炉内还原过程和生铁的形成。

一、高炉内的基本现象和基本规律。

生铁的形成主要是铁的还原、渗碳和其他还原的元素进入生铁，即已还原出来的金属铁逐渐熔入其他合金元素，最终得到Fe、C、Si、Mn、P、S等元素的生铁。

1)铁的还原形成海绵铁。

矿石在加入高炉内就开始还原，在高炉炉身部位就已经有部分矿石在固态时被还原成金属铁，称为海绵铁。

2)海绵铁发生渗碳。

固态海绵铁遇CO气体发生析C反应，理论计算固态海绵铁渗碳最高渗C量为1.5%，当温度在727℃以上时，固体海绵铁发生如下渗碳过程，2CO→CO2+C墨，C墨活性大，3Fe固+C墨=Fe3C墨，；两个反应复合在一起为3Fe固+2CO→Fe3C墨+CO2，当初步渗碳的铁在1400℃左右时熔成铁滴，铁滴形成后向下滴落，与炽热焦炭直接接触进行渗碳，铁滴3Fe液+C焦=Fe3C液渗碳过程加快，渗碳在炉腹处大量进行，在炉缸处继续，生铁的最终含碳量在4%左右。

3)随着铁水的形成和滴落，生铁在渗碳的同时熔入其他合金元素，形成最终成分的生铁。

二、铁氧化物还原反应的热力学三、直接还原间接还原的概念直接还原：用固体碳直接还原铁氧化物，生成CO的还原反应较铁的直接还原。

在矿石下降的过程中，炉口温度低先发生间接还原，残留的铁氧化物主要以FeO的形式存在，因此高炉内具有实际意义的只有FeO+C=Fe+CO这一个反应。

间接还原：矿石从炉顶入炉后，在温度未超过900-1000℃时，铁氧化物中的氧被煤气中的CO和H2夺取产生CO2和H2O的，这种还原反应不直接用焦炭中的碳素做还原剂，所以叫间接还原。

理论认为：在温度小于570℃时，用CO做还原剂，当温度大于570℃时用H2做还原剂。

实际在高炉内部，在小于800℃的区域内，是以CO为还原剂的间接还原区，在800-1100℃的区域内，是以H2为还原剂的间接还原区，在大于1100℃的区域内，是以C为还原剂的直接还原区，但是由于固体碳和铁的氧化物在发生固相反应的时候，接触面积很小，反应受很大的限制，所以通常认为直接还原通过气相CO进行反应生成CO2，CO2在高炉下部还原区百分之百被C 还原，最终还是直接消耗了碳素。