天然气冲天炉.pdf

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冲天炉新哉术(4):
天然气沖天炉
New Technology in the Cupola(Part IV)
Natural Gas Cupola
张明(海威科兴铸造机械有限公司,山东威海市264205)
摘要:介绍了天然气冲天炉的优越性与局限性、结构特点,天然气燃烧特性,以及天然气冲天炉的熔炼作
关鍵词:天然气冲天炉,天然气,熔炼作业
中图分类号:TG232.1;文献标识码:A;文章编号:1006-9658(2009)04-4
最早的天然气冲天炉出现于上世纪初的前苏
表2天然气冲天炉的其它优越性与局限性
联,米源于当时苏联人对燃油神天炉的改进。上世纪
优越性
局限性
60~70年代,英国、美国、德国等先后开始了天然气
冲天炉的研发。天然气冲天炉避免了焦炭中的S与
铁液不能炉内增
其它有害元素进入铁液,在球铁生产中可避免脱S
熔炼性能可调范围大。熔化率、铁液温度碳。炉中不存在铁液
的麻烦。天然气属于清洁能源,旽铁液熔化的燃料费
调节范围很大,可方便中断或者继续熔炼作业增碳过程,如果铁液
2.工作场地整齐干净。使用管道输送的天然需要增碳,只能通过
用低于然焦冲天炉、随着我国“西气东输”工程的发气、皇了炭存碱运轴和挑的短使用在电炉中加碳
展,该炉在我国有广泛的应用前景。
方便、容易调节和控制,工厂环境整洁
剂达到增磯目的
3.污染物排放量少。天然气沖大炉的尾气中2.炉气氧化性强。
1天然气冲天炉的优越性和局限性
不包含SO2、无异味、CO含址很低,对空气的金属元素烧损率高
天然气冲天炉的突出优点为吨铁液燃料成本低污染程度低:炉渣量少于燃焦冲天炉,炉资中于燃焦冲天炉,要求
于燃焦冲天炉,表1为两种神天炉燃料费用的对比
的有害物质少;生产球铁时不产生脱巯渣,固炉料氧化锈蚀程度
态废渣少,有利于保扩环境
低
天然气完全燃烧生成CO2和水蒸气,燃料的燃烧效。4有利于除生系统。由于炒气中的粉生合武3.存在爆炸、中
率高于焦炭燃烧,同时炉气中包含大量辐射能力强低,因此除尘系统负荷小、投资低运行费用低毒可能性。需靈加倍
的水蒸气,炉气辐射能力强,加热效率高,燃料利用
5铁液不受妒料污染。碳、硅、餂等元素的烧注意安全生产,严格
率高,因此吨铁液燃料成本低。相对与燃焦冲天炉
损率稳定,不增硫,生产球铁不需要进行脱硫,遵守操作规程,防止
铁液化学成分稳定
冲天炉爆炸、甲烷中
天然气冲天炉的其它优越性与局限性见表2
毒
表1天然气与燃焦神天炉旽铁液燃料费用的对比
对比项目燃焦冲大炉天然气冲天炉
备注
天然气及其燃烧
燃料渭耗指
燃焦冲天炉铁集比按8计,2.1天然气
125kt「75Nm天然气冲天炉燃料浓耗一般
天然气是地下岩层中以烃为主的混合气体的统
为70-80Nma
称,包括油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生
价格按照当前二级滑金成气等,其主要成分甲烷的体积分数约为93%
燃料单价
焦计算,天然气按当前用98%,另外包含少量的乙烷、丙烷、丁烷、氢气、二氧
价格计算
化碳、氮气、硫化氢等。
吨铁燃料费125元「1575元吨铁燃料费用相差115元2.2天然气的燃烧
天然气冲天炉的热量主要来源于甲烷的燃烧,
收稿日期:2009-04-13
甲烷在氧气中燃烧的化学反应为
文章编号:2009-061
CH4+202=CO2+2H20-AH
FWT中国铸造装备与技术4/2009
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其中,△H=802.23kI/mol,即在标雅状态下,每摩存在微小碳粒外,其中不存在焦炭,因此基本不存在
尔(16g)甲烷在氧气中燃烧,放出的热量为802.23CO2还原为CO的反应,炉气中Co的含量几乎等于
kJ(低发热值)。标准状态下每立方米甲烷为4.654零。因此天然气冲天炉的燃料利用率高,除了物理显
mol(0.714 kg/Nm3),然烧可以放出35811.55kJ的热热外,炉气中基本不包含化学潜热,炉中的治金反应
量,需要2Nm3的氧气(合9.52Nm3空气)
也不同于燃焦冲天炉。两种冲天炉的燃烧学对比如
天然气神天炉除了空气量不足时,炉气中可能表3。
表3天然气与燃焦冲天炉的燃烧学对比
对比项
天然气神天炉
燃焦冲天炉
CHA+02=C()+2H,0
C.H+-O=(CO)+2H2
燃烧反应
天然气(甲烷)完全燃烧需要一定的过量
H2+-02=H2O
C0+=0 =CO2
燃烧比n
7?,=100
0.4~0.6
燃料的反应阢热
35811.55kJ/Nm天然气)
kd(23802+1028)kkg(焦)「为碳在焦炭中的质量分数(固定碳含量
然烧所干燥空气
9.52Nm3Nm3(天然气
4.45.(1+ Nmy k&(焦炭)
完全燃烧
时的炉气
CO2
9.5
成分(%)
H O(g)
19.0
生成的炉气总最
6.762NmNm《(天然气)
k(5.378+35L1)Nm?g(焦炭
尾气中余热的形式1主要为物理显热、基本无化学潜热主要为化学潜热、同时有物理显热
3热交换与治金反应
表4为天然气神天炉的炉气(CO2,H0)之间
天然气冲天炉的燃烧、炉气成分、热交换方式等炉气与金属(用M代表)之间可能进行的一些冶金反
与燃焦冲天炉有很大区别,其中的热交换、治金反应应,可以进一步解释在空气过量的条件下,炉气中
明显区别于燃焦冲天炉。
CO与H2的来源。表5为某天然气冲天炉空气过量
(1)影响铁液温度的主要因素不同于燃焦冲天系数与Si、Mn元素烧损率的关系。表6为天然气冲
表4天然气神天中的冶金反应
与燃焦冲天炉相比,天然气冲天炉的过热区不
反应名称
反应式
热效应
说明
存在焦炭与铁液的对流换热,同时炉气中的三原子
气体(CO。与水蒸气)含量很大,辐射能力强,因此铁(Q与金属的氧-s-o(热,因此が气中合少最
液过热主要依靠辐射(约占95%)进行。炉气温度、铁化反应
液滴的直径、辐射换热系数等因素,影响天然气冲天
HA0(g)与CO
炉的铁液温度。
HO+CO-H+CO0」弱放热水蒸气与CO进行水煤
反应
气反应,因此炉气含H2
(2)Fe、Si、Mn等元素烧损率较高
与燃焦冲天炉相比,炉内不存在焦炭,炉气主要反应
H、与0的図に0-M0放热过意系数对气
氧化性有直响
为CO2,基本不存在CO,炉气氧化性强。金属元素的
烧损发生在铁液与炉气的接触过程中。影响铁液氧
表5某天然气冲天炉的空气过量系数与元素烧损率
化烧损的主要因素为空气过量系数、铁液滴穿过炉
元素烧损率パ质量百分数,%
气的时间或距离等。控制元素烧损,应该首先在保证
空气过量系数
硅
天然气完全燃烧的前提下,减少空气过量系数;冲天
15-20
炉