模拟转底炉试验电炉的设计(4)
图1.3 球团堆放方式示意图
在CO2气氛下进行3层球团的还原。由于上下两层球团的还原不能同步，球团的平均金属化率会随着还原温度的升高而增高。随着还原时间的延长，球团的平均金属化率出现先增高后降低的现象，主要是不同球团层传热速率的差异和还原后期表层球团发生再氧化共同作用的结果，故存在一个取得最大金属化率的最佳还原时间(本试验为25min)。
铁精矿中矿物的还原，除了Fe2TiO5→Fe2TiO4阶段极易进行外，其余几步需在浮士体被还原成金属铁后才能进行。
由于还原进程中的再氧化对球团金属化率有显著影响，所以炉内保持还原性气氛对提高金属化率意义重大。
2．模拟转底炉试验电炉的设计
2.1.设计任务
转底炉为了能够快速还原，转底炉的布料层一般都只有一层到两层，在炉膛内有90%以上的容积并没有填充物料。因此，转底炉的能量利用率低、能耗高，为了提高能量的利用效率。本设计是模拟转底炉试验电炉，铺设多层含碳球团，从顶部辐射发热的方式来研究转底炉直接还原炼铁的热效率和金属化率。
2.1.1 设计要求
设计的实验炉可以多种传热方式进行还原实验，还原的时间、温度、压力与气氛能够表征转底炉的生产情况。
多点设置测温、测压、测气体组成，为研究转底炉还原过程提供详细的试验数据。
2.1.2 原始条件及数据：
炉膛尺寸：500×1000×1500mm 试验温度：1000~1600℃
气体条件：CO、CO2、N2、H2及混合气
功率：30~50KW，AC380V炉顶部辐射加热，加热原件为硅碳棒或硅钼棒；
2.1.3 升温曲线
电阻炉的升温过程设为：
第一阶段：20-500℃ 10℃/min 加热时间 0.8h
第二阶段：500-900℃ 5℃/min 加热时间1.3h
第三阶段：900-1350℃ 2℃/min 加热时间3.75h
第四阶段：1350-1350℃，保温1.5h
图2.1 升温曲线图
2.1.4 含碳球团的选择及物料的铺设
通过查阅《铁矿含碳球团的技术》【23】的制备标准选择含碳球团尺寸为36×24×17mm，质量为20g，密度为1.35g/cm3
含碳球团的组成： TFe：55.79％ FC：16.34％
已知炉膛尺寸为500×1000×1500mm，可得每层可铺设的球团个数为：
20×27=540个
每层物料质量为：540×20=10800g=10.8kg
2.1.5 转炉煤气的选择
选用的转炉煤气成分为：CO：80%；CO2 ：15%；N2、H2、O2: 5%
2.2 炉型的选择
根据技术要求和生产特点选用周期式高温电阻炉
2.3 物料平衡的计算
含碳球团是一个自还原机构，是一个多孔复合体，只要有足够的热量，还原反应完全可以在其内部进行，同时在本设计中CO也是主要还原剂。
每层物料的质量为10.8kg，则可知每层全铁含量为6025g，金属化率预计为75%，则每层可得金属铁的质量为4519g，
（1）根据 ，可得：
一层物料 总：10800g TFe：6025g FC：1765g Fe：4519g CO：2260g
二层物料 总：21600g TFe：12051g FC：3529g Fe：9036g CO：4519g
三层物料 总：32400g TFe：18076g FC：5294g Fe：6779g CO：6779g
四层物料 总：43200g TFe：24101g FC：7059g Fe：9038g CO：9038g
五层物料 总：54000g TFe：30127g FC：8824g Fe：11298g CO：11298g
吹冰层物料 总：64800g TFe：36152g FC：10588g Fe：13557g CO：13557g
表2.1 FeO还原反应的物料平衡表
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