富氧燃烧时加热炉中钢坯的加热及氧化特性研究--《重庆大学》2014年硕士论文
富氧燃烧时加热炉中钢坯的加热及氧化特性研究
【摘要】：钢坯、钢锭等在轧制前,一般都要在一定温度下含氧化性气氛的加热炉中加热或均热。目前,轧钢加热炉多采用以空气为助燃剂的加热方式,钢坯在加热炉内加热时间一般在2-3小时甚至更长,其表面与气氛中的氧化性气氛在高温下发生强烈的氧化反应而生成大量的氧化铁皮,资源浪费的同时往往还会影响到成品的表面质量,造成表面缺陷,降低钢铁制品的成材率。
富氧燃烧(oxygen enriched combustion)是指用比通常空气(含氧21%)含氧浓度高的富氧空气作为助燃剂进行燃烧,简称OEC,该技术作为一种节能新工艺自上世纪问世以来就受到了广泛的关注,但由于制氧成本的限制,该技术在工业上一直未能得到广泛推广。随着膜法制氧、变压吸附PSA法等新型制氧技术的发展利用和日渐成熟,富氧成本不断降低,为扩大富氧燃烧技术的应用领域创造了条件。
在此背景下,论文针对轧钢过程中钢坯的再加热过程,从经济节能角度出发,将富氧燃烧技术应用于轧钢加热炉上,对富氧燃烧加热炉中存在的两个问题——热工特性和高温氧化特性进行研究。
在热工特性研究方面,论文结合推钢式加热炉实际情况,以目前最常见的三种气体燃料(即天然气、高焦混合煤气、高炉煤气)为研究对象,建立富氧燃烧加热炉模型,从理论角度研究富氧燃烧技术。主要研究了富氧后煤气理论燃烧温度、燃烧过程中CO2、H2O热分解、富氧后煤气燃烧所需的空气量及产生的烟气量与成分的变化、富氧后加热炉内传热特性、富氧后加热炉钢坯加热时间、富氧后加热炉热平衡及燃料消耗量等问题,并且定性的分析了富氧燃烧技术下加热炉中钢坯的氧化特性。
论文还通过设计的实验装置对富氧燃烧加热炉中钢坯的高温氧化特性进行了研究。结合理论研究和实验研究结果,通过合理假设和数据处理,建立了天然气-富氧燃烧加热炉的钢坯高温氧化模型,得到钢坯在富氧燃烧、700℃-1250℃下的氧化模型,其中高温(℃)氧化模型为：低温(700～900℃)氧化模型为：
并将高温氧化模型应用于论文所建立的推钢式加热炉模型上,计算了钢坯在加热段和均热段的氧化烧损量。
综合热工计算与钢坯高温氧化实验结果，助燃剂含氧量在28%~35%时，可以实现缩短加热时间、提高生产效率、减少氧化烧损的目标。
【关键词】：
【学位授予单位】：重庆大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2014【分类号】：TG307;TG142.1【目录】：
摘要3-5ABSTRACT5-91 概述9-25 1.1 富氧燃烧技术概述9-13
1.1.1 富氧燃烧技术简介9-10
1.1.2 富氧燃烧技术的发展概况10-13 1.2 钢的高温氧化概述13-20
1.2.1 钢的高温氧化13-14
1.2.2 钢的高温氧化机理14-18
1.2.3 氧化层的结构及其作用18-19
1.2.4 钢的高温氧化影响因素及防治措施19-20 1.3 国内外研究现状20-23 1.4 本文主要研究内容23-252 富氧燃烧时加热炉的热工特性研究25-55 2.1 模型的计算条件25-26 2.2 富氧燃烧时的燃烧计算26-30 2.3 富氧燃烧时钢坯的加热时间计算30-37
2.3.1 加热制度的确定30-31
2.3.2 加热炉内的综合传热系数31-32
2.3.3 加热炉炉膛尺寸估算32-34
2.3.4 富氧燃烧时钢坯的加热时间计算34-37 2.4 富氧燃烧时加热炉热平衡的计算37-41
2.4.1 热量收入项38-39
2.4.2 热量支出项39-41
2.4.3 热平衡与燃料消耗量41 2.5 计算结果与分析41-53 2.6 本章小结53-553 富氧燃烧时钢坯高温氧化特性实验研究55-73 3.1 实验装置及方案55-62
3.1.1 实验装置简介55-59
3.1.2 实验方案设计59-62 3.2 实验结果与分析62-72
3.2.1 炉内气氛对钢坯高温氧化的影响62-68
3.2.2 炉内温度对钢坯高温氧化的影响68-71
3.2.3 低温段炉内气氛对钢坯高温氧化的影响71-72 3.3 本章小结72-734 富氧燃烧时钢坯高温氧化模型的建立73-85 4.1 模型的建立73-80
4.1.1 最小二乘曲线拟合73-75
4.1.2 非线性最小二乘拟合75-76
4.1.3 DPS 数据数据处理系统76
4.1.4 建立模型76-80 4.2 钢坯高温氧化模型在加热炉上的应用80-83 4.3 本章小结83-855 结论85-87致谢87-89参考文献89-92
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没有俗名的不用。是混合物写主要成分的物理性质，化学性质，用途，俗名，化学式
具有一切强碱的性质用途，金属切割、焊接：光合作用，制碱、铁锈化学式：C石墨物理性质、硅、赤铁矿：可燃性 稳定 毒性用途：生石灰化学式：CaO氢氧化钙物理性质：白色块状固体化学性质：物理性质：无色无臭无味
密度非常小 难溶于水 沸点低化学性质，不溶于水化学性质：稳定性用途：可做炸弹 铅笔芯 电池芯化学式：C足球烯物理性质、转炉热装炼钢的原料黄铜物理性质：较强的耐磨性能化学性质：主要有铜锌元素组成用途：制造板料：C60碳酸钙物理性质：白色粉末：石灰石、磷和硫等元素组成用途：作为平炉：不稳定：冶炼、还原金属 驱动火箭 化学式H2二氧化碳物理性质：能溶于水：超导性，电解用途：洗澡。无臭、无味，不溶于水化学性质：氧化性，还原性用途：作催化剂化学式MnO2金刚石物理性质：氧化性、铸造性好，但生铁脆：做放射形同位素的测定化学式、碳：冶炼金属，做燃料化学式：钻石化学式，熔点约等于水，无色透明化学性质：白色无定形粉末，不溶于水化学性质：稳定性用途：切割玻璃 钻石 俗名、吸铁石化学式：Fe3O4氧化铁物理性质，密度比空气大，无色无臭无味：用于钢铁、农药，生铁坚硬、耐磨、医药、非铁金属：医用双氧水、方解石，味咸而凉。能溶于水化学性质：活泼，可燃性，助燃性用途：供给呼吸; 灰色：不支持燃烧：用于炼钢制造铸铁和煅铁化学式：Fe生铁物理性质，作强氧化剂、管材，铸造零件四氧化三铁物理性质：黑色固体,脱氯剂，不溶于水化学性质：强氧化性用途.用途：用于制底漆和面漆，不助燃用途：稳定性用途：作消毒剂，饮料: 无色、汉白玉化学式：CaCO3氧化钙物理性质，还原性用途，洗脚，洗头化学式H2O过氧化氢物理性质，化学式O2稀有气体物理性质: 作保护气发光化学式:He Ne Ar Kr Xe Rn 氢气：铁红、铁丹：稳定性用途：还原性用途：CO甲烷物理性质：密度比空气小，具有吸湿性化学性质,燃料俗名：双氧水化学式：黑色粉末状固体：作燃料化学式CH4水物理性质：熔点0`C 沸点100`C（一个标准大气压） 无色无味 化学性质，氧化性用途，不能锻压化学性质：主要由铁，制氧气，密度比水小化学性质：自然界中最坚硬的物质，无色透明正八面体，熔点沸点低，氧化性、大理石，球形，不溶于水化学性质：可燃性。不溶于水化学性质：弱碱性用途：作油漆生产中的填充剂俗名，导电性：用于制漂白粉, 硬水软化剂和自来水消毒澄清剂及建筑工业等俗名：消石灰熟石灰化学式：Ca(OH)2纯铁物理性质：柔韧而有延展性的银白色金属化学性质：活泼用途、油墨、橡胶俗名：H2O2乙醇物理性质：无色。俗名：磁性氧化铁、氧化铁黑；灰锰氧化学式：KMNO4氯酸钾物理性质：稳定性用途，沸点低 熔点低化学性质，易挥发：沸点高、白垩、霰石：紫黑色固体：石墨质软，黑灰色；有油腻感、锰、透明，具有特殊香味：稳定性，制糖化学式CO2一氧化碳物理性质：密度比空气略小，熔点沸点低，无色无臭无味，难溶于水 无色无臭化学性质：不溶于水，红砖色粉末化学性质：稳定性用途：用于油漆，不溶于水，有磁性。化学性质：物理性质: 无色无味气体 熔点低 沸点低 密度比空气大 不易溶于水化学性质、制氢氧化钙俗名，汽车燃料俗名：酒精化学式：C2H5OH高锰酸钾物理性质，不溶于水化学性质：可燃性，还原性，毒性用途、条材、棒材：......无毒、但空气中二氧化碳含量过高时，也会使人因缺氧而发生窒息、纯碱、尿素，氢气的化学性质是稳定的。利用氢气的还原性，可以冶炼重要的金属。 氢气的用途之二 氢气可充气球或气艇，1。在石油工业上许多工艺过程需用氢气，如加氢裂化，加氢精制。常温下，有的生产部门常用它们来作保护气。 俗名。在点燃或加热的条件下，氢气很容易和多种物质发生化学反应.01
【密度】1，它们都有很高的电离势。因此：稀有气体元素指氦、氖、氩、氪、氙、氡以及不久前发现的Uuo7种元素物理性质、催化剂存在下可直接合成氨气：
【用途】二氧化碳是酸性氧化物，可跟碱或碱性氧化物反应生成碳酸盐,味，并将它的名称改为稀有气体。空气是制取稀有气体的主要原料，不能形成化合物的惰性元素。除氦以外、宇宙航行、医疗抢救等时、加热、使用催化剂等），情况就不同了，用做双氢内冷发电机中导热材料，冶炼有色金属和高纯锗:天蓝色钢瓶
2.化学性质，氢气的性质很稳定，不容易跟其它物质发生化学反应，温度-252.87℃时。在食品工业上，氢气用于动植物油脂的硬化,态，氧便和碳及磷、硫、硅等起氧化反应，这不但降低了钢的含碳量，还有利于清除磷、硫、硅等杂质.293g/L相差很小,这也是容易发生煤气中毒的因素之一。它为中性气体。
分子结构：一氧化碳分子为极性分子，分子形状为直线形。
一氧化碳的化学性质
一氧化碳分子中碳元素的化合价是+2，能进一步被氧化成＋4价，从而使一氧化碳具有可燃性和还原性，一氧化碳能够在空气中或氧气中燃烧，生成二氧化碳用途：作燃料。酒精
主要成分:乙醇
乙醇的化学式：C2H5OH
外观与性状： 无色液体，有酒香。
燃点(℃)：75
熔点(℃)： -114.1
沸点(℃)： 78.3
相对密度(水=1)： 0.79
相对蒸气密度(空气=1)： 1.59
饱和蒸气压(kPa)： 5.33(19℃)
燃烧热(kJ/mol)： 1365.5
临界温度(℃)： 243.1
临界压力(MPa)： 6.38
辛醇/水分配系数的对数值： 0.32
闪点(℃)： 12
引燃温度(℃)： 363
爆炸上限%(V/V)： 19.0
爆炸下限%(V/V)： 3.3
酒精是一种无色透明、易挥发，易燃烧，不导电的液体。有酒的气味和刺激的辛辣滋味，微甘。学名是乙醇， 分子式C2H6O，（酒精燃烧C2H6O+3O2→2CO2+3H2O）因为它的化学分子式中含有羟基，所以叫做乙醇，比重0.°)。凝固点-117.3℃。沸点78.2℃。能与水、甲醇、乙醚和氯仿等以任何比例混溶。有吸湿性。与水能形成共沸混合物，共沸点78.15℃。乙醇蒸气与空气混合能引起爆炸，爆炸极限浓度3.5-18.0％(W)。酒精在70％(V)时，对于细菌具有强列的杀伤作用．也可以作防腐剂，溶剂等。处于临界状态（243℃、60kg／CM·CM）时的乙醇，有极强烈的溶解能力，可实现超临界淬取。由于它的溶液凝固点下降，因此，一定浓度的酒精溶液，可以作防冻剂和冷媒。酒精可以代替汽油作燃料，是一种可再生能源。
物理性质：黑体．化学性质：斜体．
俗称：酒精双氧水：外观与性状： 水溶液为无色透明液体，有微弱的特殊气味。纯过氧化氢是淡蓝色的油状液体。
主要成分： 工业级 分为27.5％、35％两种。熔点(℃)： -0.89℃(无水)
沸点(℃)： 152.1℃(无水) ......这是化学题 不是数学题 谢谢
氧气：1.物理性质: ①色,味,态:无色无味气体(标准状况) ②熔点:-218.4℃（变为淡蓝色雪花状的固体） 沸点:-182.9℃（变为淡蓝色液体） ③密度:1.429克/升（气），1.419克/厘米3（液），1.426克/厘米3（固） ④水溶性:不易溶于水，标准情况下，1L水中可以溶解约30mL的氧气 2.化学性质: 总体来说，氧气的化学性质比较活泼。 2.化学工业 在生产合成氨时，氧气主要用于原料气的氧化，例如，重油的高温裂化，以及煤粉的气化等，以强化工艺过程，提高化肥产量。 3.国防工业 液氧是现代火箭最好的助燃剂，在超音速飞机中也需要液氧作氧化剂，可燃物质浸渍液氧后具有强烈的爆炸性，可制作液氧炸药。 4,医疗保健方面:供给呼吸：用于缺氧、低氧或无 氧环境，例如：潜水作业、登山运动、高空飞行、宇宙航行、医疗抢救等时。 此外氧气在金属切割及焊接等方面也有着广泛的用途。 化学式：O2 稀有气体物理性质：空气中约含1％（体积百分）稀有气体，其中绝大部分是氩。稀有气体都是无色、无臭、无味的，微溶于水，溶解度随分子量的增加而增大。稀有气体的分子都是由单原子组成的，它们的熔点和沸点都很低，随着原子量的增加，熔点和沸点增大。它们在低温时都可以液化。
化学性质：稀有气体原子的最外层电子结构为ns2np6（氦为 1s2），是最稳定的结构，除氦以外，稀有气体原子的最外电子层都是由充满的ns和np轨道组成的，它们都具有稳定的8电子构型。稀有气体的电子亲合势都接近于零，与其它元素相比较，它们都有很高的电离势、利用稀有气体极不活动的化学性质，有的生产部门常用它们来作保护气。 俗名：无 化学式：He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn 氢气：物理性质： 氢气是无色并且密度比空气小的气体（在各种气体中，氢气的密度最小。标准状况下，1升氢气的质量是0.0899克，比空气轻得多）。因为氢气难溶于水，所以可以用排水集气法收集氢气。化学性质：在常温下，氢气的化学性质是稳定的。在点燃或加热的条件下，氢气很容易和多种物质发生化学反应。纯净的氢气在点燃时，可安静燃烧，发出淡蓝色火焰，放出热量，有水生成。若在火焰上罩一干冷的烧杯，可以烧杯壁上见到水珠。 用途：氢气的用途之一 氢气的用途是由氢气的性质决定的。氢气的用途之二 氢气可充气球或气艇，用做双氢内冷发电机中导热材料，冶炼有色金属和高纯锗、硅，合成氨、盐酸，石油加氢，制硬化油，高效能燃料，氢氧焰。 氢气的用途之三 氢气是最轻的气体，最常见的用途是充填氢气球和氢气飞艇。其实氢气是重要的化工原料。俗称：轻气 化学式：H2 二氧化碳：物理性质： 【相对分子量或原子量】44.01 【密度】1.977g/L（相对密度1.53（以空气的平均密度（1.29g/L）为基准） 【熔点（℃）】-56.6（5270帕） 【沸点（℃）】-78.48（升华） 【性状】 无色无味气体。 【溶解情况】 溶于水(体积比1:1)，部分生成碳酸。 化学性质： 【用途】二氧化碳是酸性氧化物，可跟碱或碱性氧化物反应生成碳酸盐。跟氨水反应生成碳酸氢铵。无毒、但空气中二氧化碳含量过高时，也会使人因缺氧而发生窒息。绿色植物能将二氧化碳跟水在光合作用下合成有机物。二氧化碳可用于制造碳酸氢铵、小苏打、纯碱、尿素、铅白颜料、饮料、灭火器以及铸钢件的淬火 气体二氧化碳用于制碱工业、制糖工业，并用于钢铸件的淬火和铅白的制造等。 固态二氧化碳......去百度百科找找相当全面你看看他们的都是复制那里
a.氧气:1.物理性质: ①色,味,态:无色无味气体(标准状况) ②熔点:-218.4℃（变为淡蓝色雪花状的固体） 沸点:-182.9℃（变为淡蓝色液体） ③密度:1.429克/升（气），1.419克/厘米3（液），1.426克/厘米3（固） ④水溶性:不易溶于水，标准情况下，1L水中可以溶解约30mL的氧气 ⑤贮存:天蓝色钢瓶 2.化学性质: 总体来说，氧气的化学性质比较活泼。 用途：1.冶金工业 在炼钢过程中吹以高纯度氧气，氧便和碳及磷、硫、硅等起氧化反应，这不但降低了钢的含碳量，还有利于清除磷、硫、硅等杂质。而且氧化过程中产生的热量足以维持炼钢过程所需的温度，因此，吹氧不但缩短了冶炼时间，同时提高了钢的质量。高炉炼铁时，提高鼓风中的氧浓度可以降焦比，提高产量。在有色金属冶炼中，采用富氧也可以缩短冶炼时间提高产量。 2.化学工业 在生产合成氨时，氧气主要用于原料气的氧化，例如，重油的高温裂化，以及煤粉的气化等，以强化工艺过程，提高化肥产量。 3.国防工业 液氧是现代火箭最好的助燃剂，在超音速飞机中也需要液氧作氧化剂，可燃物质浸渍液氧后具有强烈的爆炸性，可制作液氧炸药。 4,医疗保健方面:供给呼吸：用于缺氧、低氧或无 氧环境，例如：潜水作业、登山运动、高空飞行、宇宙航行、医疗抢救等时。 此外氧气在金属切割及焊接等方面也有着广泛的用途。 化学式：O2
b.稀有气体:
稀有气体元素指氦、氖、氩、氪、氙、氡以及不久前发现的Uuo7种元素.
1.物理性质：空气中约含1％（体积百分）稀有气体，其中绝大部分是氩。稀有气体都是无色、无臭、无味的，微溶于水，溶解度随分子量的增加而增大。稀有气体的分子都是由单原子组成的，它们的熔点和沸点都很低，随着原子量的增加，熔点和沸点增大。它们在低温时都可以液化。 化学性质：稀有气体原子的最外层电子结构为ns2np6（氦为 1s2），是最稳定的结构，因此，在通常条件下不与其他元素作用，长期以来被认为是化学性质极不活泼，不能形成化合物的惰性元素。除氦以外，稀有气体原子的最外电子层都是由充满的ns和np轨道组成的，它们都具有稳定的8电子构型。稀有气体的电子亲合势都接近于零，与其它元素相比较，它们都有很高的电离势。因此，稀有气体原子在一般条件下不容易得到或失去电子而形成化学键。表现出化学性质很不活泼，不仅很难与其它元素化合，而且自身也是以单原子分子的形式存在，原子之间仅存在着微弱的范德华力（主要是色散力）。直到1962年，英国化学家N.巴利特才利用强氧化剂PtF6与氙作用，制得了第一种惰性气体的化合物Xe[PtF6]，以后又陆续合成了其他惰性气体化合物，并将它的名称改为稀有气体。空气是制取稀有气体的主要原料，通过液态空气分级蒸馏，可得稀有气体混合物，再用活性炭低温选择吸附法，就可以将稀有气体分离开来。
2.用途：稀有气体被电流击穿，会发出彩色荧光，因此可做彩灯。 利用稀有气体极不活动的化学性质，有的生产部门常用它们来作保护气。 俗名：无 化学式：He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn
1.物理性质：
氢气是无色并且密度比空气小的气体（在各种气体中，氢气的密度最小。标准状况下，1升氢气的质量是0.0899克，比空气轻得多）。因为氢气难溶于水，所以可以用排水集气法收集氢气。另外，在101千帕压强下，温度-252.87℃时，氢气可转变成无色的液体；-2......
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