TÍNHTH ẤU KHÍ CỦA LIỆU LÒVÀ TRỞ LỰC KHÍ THAN- 123docz.net

11. CHUYỂN ĐỘNG CỦA KHÍ VÀ LIỆU TRONG LÒ:

11.5. TÍNHTH ẤU KHÍ CỦA LIỆU LÒVÀ TRỞ LỰC KHÍ THAN

11.5.1. Tính thấu khí của lớp liệu lò:

Tính thấu khí của lớp liệu rời chủ yếu quyết định bởi tính chất

khí lực học của liệu rời, trong đó chủ yếu quyết định bởi cỡ hạt của

liệu rời, mật độ đống, độ khe hở, tỷ lệ diện tích mặt, hệ số hình dáng, góc đống…..Tất cả gọi chu ng là thông số khí lực học của

liệu rời. Bây giờ giới thiệu sơ lược mấy thông số chủ yếu sau:

a).Độ khe hở (ε):

- Định nghĩa của độ khe hở là tỷ lệ giữa thể tích khe hở trong liệu

rời với tổng thể liệu rời:

𝜀𝜀 = 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙ỗ 𝑟𝑟ờ𝑡𝑡 = 𝑉𝑉𝑟𝑟ờ𝑡𝑡𝑉𝑉− 𝑉𝑉𝑙𝑙𝑡𝑡ệ𝑢𝑢 𝑟𝑟ờ𝑡𝑡 = 1− 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑙𝑙𝑡𝑡ệ𝑢𝑢 𝑟𝑟ờ𝑡𝑡 = 1 −ΓΓ𝑟𝑟ờ𝑡𝑡 𝑙𝑙𝑡𝑡ệ𝑢𝑢 (7 −6) - Trong công thức:

• Vrời, Vlỗ, Vliệu là lần lượt biểu thị thể tích đống của liệu rời, thể

giả của cục liệu, t/m3

• ε là một lượng không thứ nguyên, cũng có thể dùng m3

/m3 để

biểu thị, biểu thị thể tích của khe hở trong 1m3

liệu rời là ε (m3). Từ trạng thái đống của liệu rời, độ khe hở khi sắp xếp

dạng cỡ hạt đều đặn (như a của hình 7-2) là lớn nhất 0,476, độ

khe hở khi xắp xếp theo dạng hình 7-2b nhỏ nhất là 0,263.

Thực tế khi đánh đống tự nhiên.

Hình 7-2: Phương thức đánh đống các viên tròng bằng nhau.

- Độ khe hở ở giữa 2 cách đó. Chỗ sát thành lò, do cục liệu không

dễ xếp chặt, vì vậy độ khe hở tương đối lớn, dòng khí dễ dàng đi

qua. Hiện tượng đó gọi là hiệu ứng cạnh. Độ khe hở của hạt có

hình dạng không nhất định và bề mặt thô thì lớn hơn hạt tròn. Như trên đã nói, sự sai lệch đường kính của cỡ hạt càng lớn, sau

khi trộn, độ khe hở càng nhỏ. Khi cỡ hạt mịn chiếm 30%, độ khe

hở nhỏ nhất. ε còn có thể biểu thị là

𝜀𝜀 = 𝑉𝑉𝑘𝑘ℎ𝑉𝑉ô𝐺𝐺𝑙𝑙

𝑟𝑟ờ𝑡𝑡 = 𝑉𝑉𝑘𝑘ℎ𝐴𝐴ô𝐺𝐺𝑙𝑙×𝐻𝐻×𝐻𝐻𝑟𝑟ờ𝑡𝑡

𝑟𝑟ờ𝑡𝑡 = 𝐴𝐴𝑘𝑘ℎ𝐴𝐴ô𝐺𝐺𝑙𝑙 = 𝛼𝛼 (7−7)

- Trong công thức:

• A, Akhông biểu thị diện tích mặy cắt liệu rời và diện tích mặt cắt

khe hở của liệu rời.

hở, nhưng ý nghĩa khác nhau.

- Độ khe hở hoặc tỷ lệ diện tích hoạt là nhân tố quyết định đến

tính thấu khí của lớp liệu rời, mấu chốt để nâng cao độ khe hở là yêu cầu có hạt liệu vào lò đều, phải sàng bỏ cám vụn, phân cấp

vào lò.

b).Tỷ lệ diện tích bề mặt (S) và hệ số hình dạng (ϕ):

- Định nghĩa của tỷ lệ diện tích bề mặt là tỷ lệ giữa diện tích bề

mặt của các hạt liệu trong 1 m3

thể tích liệu dời với thể tích của

bản thân các hạt liệu. Có khi cũng dùng tỷ lệ giữa diện tích bề

mặt của các hạt liệu với trong lượng các hạt liệu để biểu thị. Đơn

vị là m3

/m3 hoặc m3

/kg. Vì khi nghiên cứu trở lực khí thể trong

lớp liệu rời, tốc độ hoàn nguyên, tốc độ truyền nhiệt …, thường đề cập đến tỷ lệ diện tích bề mặt, vì vậy nó là một trong các khái

niệm quan trong của tính chất vật lý có liên quan của liệu rời.

- Đối với liệu rời hạt tròn đường kính là do , thể tích của mỗi viên

là 1/6 πdo 3 , còn diện tích bề mặt của viên là πdo 2 , nếu có N viên trong 1m3 thể tích, thì N = 3 0 ) 1 ( 6 d π ε − , diện tích của 1 m3 liệu rời là N 3 0 d π thì có: S = ε π − 1 . d02 N = 3 0 2 0 ) 1 ( ) 1 ( 6 d d π ε π ε − − = 0 6 d (m2/m3) (7-8)

- Tỷ lệ diện tích bề mặt tỷ lệ nghịch với đường kính, cỡ hạt liệu lò

càng nhỏ thì tỷ lệ diện tích bề mặt càng lớn. Nhìn từ góc độ hoàn

nguyên thì mong muốn tỷ lệ diện tích bề mặt lớn 1 ít, nhưng từ góc độ tính thấu khí thì tỷ lệ diện tích bề mặt càng lớn, thì tính

tích bề mặt phải thêm vào 1 hệ số hình dáng ϕ, công thức viết

thành S =

ϕ .

- Sự biến đổi tính thấu khí của lớp liệu rời rất nhạy cảm được

phản ứng dựa vào thao tác lò cao. Khái niệm về chỉ số tính thấu khí thường dùng ở hiện trường, định nghĩa khái niệm đó là P

∆ ,

tức là dùng tỷ số giữa lượng gió và chênh áp để phán đoán tính

thấu khí của lò cao.

11.5.2. Trở lực lớp liệu rời với khí than, sự giảm áp lực khí than

- Khi khí thể vận động trrong lớp liệu rời, vì trở lực ma sát và trở

lực cục bộ mà sinh ra tổn thất áp lực. Vì khí thể có độ nhớt, nên

có ma sát, tạo thành tổn thất trở lực ma sát. Khi khí than đi qua

khe hở liệu rời, đường đi ngoằn nghèo, có chỗ mở rộng có chỗ

thu hẹp, tạo thành tổn thất trở lực cục bộ. Quá trình tổn thất trở

lực trong quá trình di chuyển của khí thể là quá trình truyền năng lượng. Do sự vận động của khí than trong lớp liệu rời, dẫn đến tổn thất trở lực nói trên, kết quả là áp lực của bản thân khí than.

- Công thức tính tổn thất trở lực của lớp liệu rời tương đối nhiều,

công thức có tính đại diện là công thức Ôm:

H P ∆ = 2 3 0 2 2 ) 1 ( 150 ε ϕ ε ρυω d − + 3 0 ) 1 ( 75 , 1 ε ϕ ε ρω d − (7-9) - Trong công thức: • ρ: Là mật độ khí thể • υ: Là hệ số độ nhớt của khí thể m2 /s

• ε: Là độ khe hở của liệu rời

• H: Là chiều cao lớp liệu m

• ϕ: Là hệ số hình dáng của liệu rắn

- Số hạng thứ nhất của công thức là tổn thất trở lực ma sát, là do độ sệt của khí thể sinh ra. Số hạng thứ hai của tổn thất trở lực

hình dáng là do động năng di chuyển của khí thể sinh ra. Số

hạng thứ 1 dùng cho chảy lớp, số hạng thứ 2 dùng cho chảy rối.

- Từ công thức có thể thấy, sự giảm áp lực khí than trong lớp liệu

rời quyết định bởi 2 nhân tố: Liệu lò và khí than.

• Về liệu lò, chủ yếu là do độ khe hở ε và tỷ lệ diện tích bề mặt

S quyết định quyết định.

• Về dòng khí than, chủ yếu do các nhân tố: Tốc độ dòng khí

than ω và nhiệt độ khí than, độ nhớt, áp lực,v.v….

- Theo sự tăng lên của lưu tốc khí than, ∆P tăng, lưu tốc tăng đến

1 giới hạn nhất định, liệu rời bắt đầu lỏng ra và giãn nở, từ đó ε

tăng lên, còn ∆P thì không tăng nữa, lúc đó, trọng lượng của liệu

rời bị lực đẩy của khí than cân bằng, liệu rời ở trạng thái treo, vì

thế có tính lưu động. Hiện tượng đó gọi là trạng thái dòng hoá

liệu rời. Lưu tốc khi bắt đầu trạng thái dòng hoá gọi là tốc độ

trạng thái dòng hoá giới hạn hoặc điểm hoá dòng.

- Ở trên là nói về tình hình trở lực của khí than trong lớp liệu rời. ở vùng nhỏ giọt của lò cao, khí than di chuyển lên phía trên, đi

qua khe hở của các cục than cốc có xỉ lò ở trạng thái lỏng chảy

xuống dưới. Khi lưu tốc của khí than không lớn và lượng xỉ

đi qua khe hở, như thế trong trường hợp ε không giảm nhỏ, thì

trở lực khí than sẽ không tăng, thậm chí do bề mặt cục than cốc

nhẵn bóng mà có phần giảm xuống. Nhưng khi lượng xỉ tăng lên

nhiều, do ε giảm thiểu, P tăng lên, hoặc khi lưu tốc của khí than tăng, sau khi đạt đến đường giới hạn tốc độ nhất định, dòng xỉ

bắt đầu bị chặn, chảy không thông, vừa xuống, vừa ngừng, áp lực rất bất ổn định. Tốc độ đó gọi là điểm tích tụ, khi tốc độ

dòng khí tăng lên hoặc sau khi lượng xỉ tăng lên đến mức độ

nhất định, xỉ hoàn toàn bị dòng khí đỡ, vì thế mà không thể chảy

xuống, trong xỉ chứa đầy bọt khí, giống như sữa bò bị sôi, bắt đầu bị dòng khí thổi ngược lên trên. Hiện tượng đó gọi là tràn

dịch. Giới hạn đi xuống bình thường của dịch thể là xuất hiện

tràn dịch, còn giới hạn đi xuống bình thường của liệu rời là trạng

thái lỏng hoá. Cả hai tình trạng đó đều không làm cho lò cao nấu

luyện bình thường.

- Tổn thất áp lực vùng nóng chảy mềm, chiếm tỷ lệ lớn nhất trong

tổn thất trở lực của lò cao. Thường thấy rằng, về cơ bản lớp

nóng chảy mềm là không thấu khí, chỉ có lớp kẹp than kốc làm

cửa thấu khí. Mức độ tổn thất trở lực quyết định bởi chiều dài đường thông theo hướng ngang của lớp kẹp than cốc, cũng tức là

chiều dày của vùng nóng chảy mềm.

11.6. SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÂN BỐ CỦA KHÍ THAN NỒI LÒ:

Sự cháy của than cốc trước mắt gió đã cung cấp chất hoàn

trình luyện lò cao tiến hành thuận lợi, đồng thời đã tạo ra không

gian cho liệu lò đi xuống. Quá trình hoàn nguyên, tạo xỉ và khử S

… của quặng sắt đều hoàn thành cuối cùng ở nồi lò. Phản ứng cháy

và sự phân bố khí than và nhiệt độ của nồi lò có mối liên quan quan trongđến quá trình luyện lò cao, vì thế phản ứng cháy và công

tác của nồi lò là khâu quan trọng của quá trình luyện lò cao.

11.6.1. Phản ứng cháy và thành phần khí than nồi lò:

- Sự cháy của than cốc trước mắt gió là thực hiện ở điều kiện lượng không khí nhất định và than cốc dư. Sản vật cháy cuối

cùng là CO và H2, phương trình phản ứng là:

C + O2 = CO2 + 33404 KJ/kg than 2C + O2 = 2CO + 9795 KJ/ kg than

- Do có sự tồn tại than quá dư và nhiệt độ cao:

CO2 + C = 2CO – 165765 KJ

- Vì thế, sản vật cháy cuối cùng của than cốc trước mắt gió là CO, nước trong gió tác dụng với than cốc hình thành H2.

H2O + C = CO + H2 – 333749 KJ

- Ngoài ra còn có phần N2 không than gia phản ứng. Khí than của

nồi lò là do CO, H2 và N2 tạo thành. Nếu lấy ϕ biểu thị hàm lượng % của nước trong gió, thì lượng khí than sinh ra của

100m3 gió là:

CO {(100-ϕ) x 0,21 + 0,5ϕ ] x2 (m3)

N2 (100-ϕ ) x 0,79 (m3)

than tăng lên, các thành phần khác giảm thiểu tương ứng. Trong

kiện gió giàu Ôxy, CO trong khí than tăng lên, các thành phần

khác nhau giảm thiểu tương ứng.

11.6.2. Vùng cháy và sự phần bố khí than của nồi lò:

- Lò cao luyện cường độ thấp, về cơ bản than cốc của mắt gió

thuộc trạng thái tĩnh, quá trình cháy là sự phân lớp. Do sự cháy

của than, lượng Ôxy nhanh chóng hạ xuống. Ngoài ra, do lượng ôxy quá đủ, đại bộ phận sản vật cháy là CO2, lượng CO rất ít. Sau khi khí than đi vào bên trong, do tồn tại than q uá dư, xuất

hiện phản ứng hoàn nguyên CO2, CO2 nhanh chóng mất đi, CO nhanh chóng tăng lên.

- Trong nồi lò, khu vực tồn tại ôxy tự do là khu vực ôxy. Khu vực

ôxy tự do mất đi đến CO2 mất đi gọi là khu vực hoàn nguyên (tại đây CO2 bị hoàn nguyên), còn khu vực ôxy và khu vực hoàn

nguyên gộp lại là vùng cháy hoặc vùng ôxy hoá.

- Lò cao luyện cường độ tương đối cao, do tốc độ gió nhanh (đạt đến 100 – 200m/s). Than cốc không phải ở trạng thái tĩnh, mà ở

trạng thái xung kích mạnh của dòng khí thành vận động xoáy, trước mắt gió hình thành khu vực xoáy của than cốc.

Hình 11.3: Thành phần của khí than vùng cháy

- Lúc đó tình hình phân bố khí than của nồi lò và sự phân bố khí

than trong vùng cháy cốc định nêu trên có sự khác nhau. Do sự

vận động xoáy của dòng khí, 2 đầu của vùng cháy than cốc cháy

mãnh liệt, từ đó ở hai đầu xuất hiện 2 đỉnh cao của hàm lượng

CO2, còn phần giữa do ít than cốc và tốc độ vận động tương đối

thấp, cháy tương đối chậm, vì thế hàm lượng CO2 tương đối thấp

còn hàm lượng O2 tương đối cao. Khu vực xoáy và thành phần

khí than xem hình 11.3.

- Độ lớn của vùng cháy có ảnh hưởng rất lớn đến công tác của nồi

lò sẽ ảnh hưởng đến mức độ đồng đều của liệu lò đi xuống. Vì

chủ yếu sự cháy của than cốc ở vùng cháy sinh ra khí thể, vì

vậy phần trên của vùng cháy đều lỏng hơn so với các vùng khác, điều đó có lợi cho việc đi xuống của liệu lò rắn phía trên.

Còn các vùng khác tương đối ngưng chệ, thì bất lợi cho liệu đi

xuống. Xét từ góc độ liệu lò đi xuống, mong muốn hình chiếu

bằng của vùng cháy lớn 1 ít, hơn nữa tận lượng kéo dài vào tâm, để mở rộng diện tích hoạt trong nồi lò, giảm thiểu khu vực ngưng trệ của liệu lò ở giữa các mắt gió.

• Thứ nữa, độ lớn của vùng cháy sẽ ảnh hưởng đến sự phân bố ban đầu của khí than trong nồi lò. Vùng cháy càng kéo dài vào

tâm thì dòng khí ở tâm càng phát triển, nhiệt độ phần tâm của

lò cao càng cao, ngược lại, vùng cháy nhỏ, thì biên phát triển, ở

giữa ngưng trệ. Ở tâm nồi lò có dòng khí trung tâm đủ độ hoạt là 1 điều kiện quan trong để đảm bảo cho lò cao thuận hành. Nhưng dòng khí trung tâm cũng không được phát triển quá

mức, để tránh dẫn đến thổi quá ở trung tâm, dòng khí biên quá

nhỏ, làm cho lực ma sát giữa liệu lò và tường lò tăng lên, nếu

không thì vận hành của lò cao sẽ bất lợi.

TÍNHTH ẤU KHÍ CỦA LIỆU LÒVÀ TRỞ LỰC KHÍ THAN

TÁC DỤNG HOÀN NGUYÊN CỦA HY DR O:

QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH GANG