Rist操作线

Rist操作线Rist操作线特点：用简单的直角坐标图，能把原料成分，生铁成分、炉顶煤气成分、直接还原度及热平衡状态和焦比之间的关系联系起来，从而分析高炉操作现状，指明降低焦比的潜力和途径。

一、基本原理从传质本质看，炉内反应是一个氧的转换过程，即：①炉料中铁的氧化物中的氧：Fe2O3+CO→Fe3O4+CO2Fe3O4+CO→FeO+CO2FeO+CO→Fe+CO2FeO+C→Fe+CO②非铁元素氧化物的氧：MnO+C→Mn+COSiO2+2C→Si+2CO③鼓风中的氧：O2+C→CO以上三种氧转移（以CO、CO2）进入煤气中，因此，以上过程可以认为是氧被碳传递给煤气的过程，若以氧为例，可列下列平衡方程（不包括非铁元素还原）：（OFe）原+cn风=cn气.（OC）气式中：cn风——冶炼Kmol铁所需风量带入的氧的mol数；（OFe）原——冶炼Kmol铁所需原料中与铁结合氧的mol数KmolO/KmolFe ；（OC）气——冶炼Kmol铁所生成的煤气中的氧、碳mol数之比KmolO/KmolC ；cn气—冶炼Kmol铁所氧化的C的mol数；上式可变为：（OFe）原—（-On风）=cn气.[ （OC）气——O]其形式为：y2—y1=μ（x2—x1）的直线Rist 操作线示意图将A （O C，O Fe ）和E （0，-O n 风）两点连接即AE 线，就是以下将介绍的操作线（Rist 线）Rist 线斜率：μ=tg θ=//O Fe O C =C FeC Fe ：表示C Fe的mol 数之比值，与焦比（K ）意义相同，显然，其值越小，焦比越低。

C Fe与焦比的换算关系 由前面： C g =C φ+C d =C Fe ×12×56h Fe C g ——鼓风中氧和炉料中氧与C 结合进入煤气中的C 量，kg/T-Ph Fe ——冶炼吨铁从炉料中还原出来的铁水数量，kg/T-P K=φ12**56(1(1)h k k C Fe Ce CoC Cd Ce Co Fe C C b +++++=-—b) C e ：生铁中溶解碳，kg/T-FeC φ：风口前日碳，kg/T-FeC ψ：直接还原碳，kg/T-FeC o ：炉尘带走碳，kg/T-FeC k ：焦碳中含碳量，kg/T-Feb ：形成CH 4消耗C 量占总C 量百分比二、 操作线的绘制1、 纵坐标O Fe的确定 ① 还原铁氧化物的O Fe铁氧化物的中O Fe比取决于铁氧化物的形态 Fe 2O 3： O Fe =32=1.5 Fe 3O 4： O Fe =43=1.33 Fe x O ： O Fe≈1.05 如图中点A ，其y 坐标y A 即为炉料的氧化度：y a =y i +y dY i ：表示冶炼Kmol 铁通过间接还原夺取的与铁结合的氧摩尔数；Y d ：直接还原夺取的氧量；② 生铁中其他元素还原时O Fe（y μ）： 元素Si 、Mn 、P 等的还原都属于直接还原，且在高炉下部高温区进行，从零点往下载取y u ，y u 为负值y u 可通过生铁成分计算③ 风口前碳氧化O Fe（以y b 表示） 风口前燃烧 2C+O 2=2COψ/12/56b C y Fe由上可见，冶炼单位mol 的铁时，燃料中C 得到的总氧量y=y i +y d +y u +y b且 y d +y u =C d （为什么）2、 横坐标O C的确定 O C 表示煤气中的O C原子比，即高炉煤气的氧化度，煤气中CO 、CO 2的O C值 ： CO =1：1CO 2=1：2X=O C =2222211CO CO CO CO CO CO CO +=+=+++ηco2 因ηco2<1 故高炉内O C=1~2之间 从以上可知道，x A 代表了炉顶煤气成分，实质就是煤气利用程度，y A 代表入炉原料成分。

故A 点代表炉顶的条件。

3、Rist 线绘制纵坐标y 轴为O Fe 横坐标x 轴为O CA 点的确定：y a =矿石中与铁结合的氧mol 数/矿石中Fe 的mol 数 x A =1+ηco =1+22CO CO CO + E 点的确定：x E =0y E =y u +y b连接AE 线且与x 轴焦点为C 点，自x=1出引垂直线与AE 焦点B ，自u 点做x 轴平行线交于D 点。

三、 AE 上各段和相应投影含义1、x 轴、y 轴x 轴：x=0，纯C ，x=1，纯CO ，x=2，纯CO 2y=0，纯Fe ，y=y a ，炉料中铁的氧化度一般ya=1.33~1.50之间x=0~1时，表明CO 的形成和生成CO 中的氧的来源x=1~2时，表明CO 的利用情况（CO 2形成）的氧的来源Y 轴：y=0~y A 时，表明炉料能提供的氧数量，且以B 点为分界线，B 点以上为间接还原，B 点以下为直接还原。

Y 轴负方向：描述非铁元素氧化物的直接还原和鼓风中O 与C 的燃烧。

2、E 点（x E ，y E ）E 点是高炉冶炼的开始[风中氧（y b ）尚未与C 发生反应]3、 D 点（X d ，Y d ）和DE 段DE 段在x 轴上投影表示鼓风中氧与C 燃烧生产进入煤气的数量，即x D =x b （煤气中CO 量）Y d =y u4、 C 点（X c ，Y c ）和CD 段C 点为铁氧化物直接还原的起点，Y c =0CD 段则表示非铁元素直接还原，耗C 量为y u ，形成CO 为x u X c =x b +x u5、 B 点（X b ，y B ）和BC 段B 点为铁直接还原和间接还原的分界点（设两种还原不同时发生），故X b =1BC 段在X 轴上投影为铁氧化物的直接还原所形成CO 量为x d ，铁氧化物直接还原失氧为y d ，则Y b =y d故y B =r d =y d 即由图上可知rd 值。

6、 A 点（x A ,y A ）和AB 段AB 段为铁氧化物的间接还原，即有部分CO 转化为CO 2，其量为x i ，间接还原夺取铁氧化物中氧量为y i ，故：X A =x D +x u +x d +x i =1+x iY A =y d +y iA 点炉料氧化段和煤气氧化段联系起来。

7、 BE 段μ=tg θ=1b u d y y yc Fe ++==yd +y u +y b 由此：（yu+yd ）本质上就是直接还原失去的氧，也表示炉内直接还原所消耗C 量。

y b 为 鼓风燃烧所消耗C 量故 μ表示炉内气化的总C 量，因此焦比（K ）可由 下式计算：K=[()×12×]56(1)d u d e b k Fe y y y c c c b ++++- 可见，Rist 线AE 段将K （焦比）、风量（y b ）、直接还原度（r d ）、生铁成份（y u ）、炉顶煤气成份（x A ）等参数形象地联系在一起。

四、 理想操作线1、化学平衡从前面学过的知识我们可知，焦比与下列反应进行的程度有关，即：Fe x O+CO →Fe+CO 2以上反应达平衡时气相成份与温度关系：600℃ 700℃ 800℃ 900℃ 1000℃ 1100℃ 1200℃%CO 2 47.2 40 34.7 31.5 28.4 26.2 24.3%CO 52.8 50 65.3 68.5 71.6 73.8 75.7假定 FeO 的间接还原能达到平衡，则操作线必经过平衡点W 那么W 点坐标x w 、y w ，由以下确定：y w =1.05 (即俘氏体中的O/Fe 之比)x w 取决去平衡温度，此温度一般选取直接还原开始的温度，即反应CO 2+C=2CO 明显开始的温度，一般为900~1000℃之间若为900℃ CO 2=31.5CO=68.5 x w =1.3151000℃ CO 2=28.4CO=71.6 x w =1.284取x w 在1.315~1.284之间。

因此，若操作线相切y w 点时，AE 线的斜率最小，即焦比最低，此时A点坐标x A 代表了在此条件下煤气利用的极限，此时焦比亦为理想焦比。

当炉内FeO 还原未达到平衡时，AE 线将偏离W 点，且在W 点左边，并且与GW 相交于S 点。

若AE 线经过G 点即A 、G 两点重合，则煤气能利用最差若AE 线到达W 点，则煤气能利用最好。

因此 AE 线必在GW 见旋转η=GS GW并用η 来评价炉内化学能利用程度，并称此比值为炉身工作效率。

2、热平衡理想操作线就是斜率最小（焦比最低）的操作线。

从化学平衡出发，可以找出理想线上的W 点，以下从热平衡出找出另一个点，即应用高温区域热平衡分析：热收入：此处引人“有效热量”概念： 即相当于风口前碳燃烧产生总热量（包括鼓风带入）减去被煤气带到高炉上部而余下的这部分热量。

当鼓风参数（温度、湿度等）不变时，有效热量Q 有效尽于y b 有关，即：Q 有效=y b ·q by b ——冶炼K mol 铁在风口前燃烧的C 量，KmolC/KmolFeq b —— KmolC 在风口前燃烧产生的有效热量（即q b 与鼓风参数有关）热支出：① 部分浮化体直接还原消耗热量y b ·q dq d ——直接还原Kmol 铁所消耗热量，q d 为常数 K J /Kmol② 其他热消耗此项包括非铁元素还原耗热、渣铁过热、冷却水带走热以及热损失等，并以Q 表示，则可得下列热平衡式：y b ·q b =y d ·q d +Qy b ·q b =q d (y d +d Q q ) 或 bd d y Q y q =d bq q dQ q ——其意义在于其它热消耗相当于浮化体中还原多少Kmol 铁所消耗的热量。

在操作线图上x=1处向下取Q/q d 可得V 点。

在一定冶炼条件下，V 点下移，炉子热；V 点上移，则相反。

联接U 、V 交于AE 线的点记为P ，则P 点即为“操作点”,在一定冶炼条件下，P 点是一个固定点。

现证明如下：从图上可知，△UEP 和△BVP 相似，故U E U P B V V P= 而1p px UP VP x =-（由△UU’P △∽VV’P ） 从而 UE BV =1p px x - 又U E =y b B V =y d +dQ q 故b d d y Q y q +=1p p x x -=d b q q 则：d p d bq x q q =+ 其中：d q ——常数b q ——与风温有关可见，P 点坐标x p 是一定值，只有当T 风变化时，x p 才变化。

同理：由△u’Pu ∽△VPV’可得：y P =y u +x P (y V -y u )故 y P 和生铁成份（y u ）和Q/q d (y u )有关，当生铁成份不变、Q 不变，则y P 一定。