燃燒帶燃燒帶定義
燃燒帶(eombustionzone)是高爐煉鐵過程中，風口前焦炭及其他噴吹燃料中的碳被鼓風燃燒氣化的區域，其範圍比風口迴旋區稍大。它是爐知反應中，焦炭和噴吹燃料中碳燃燒氣化的場所。因為鼓風失去動能時，其中的氧化性氣體並未耗盡。燃燒反應及邊界的確定可與碳反應的氧化性氣體有02、COZ和H20，其燃燒的反應式分別為C+O笑粉一氣二O:(1)C+CO。、—zco(2)亡+HZO二井一CO+H。(3)沿風口中心線向爐中心徑向的不同距離上所測得的各種氣體的成分及相對應的煤氣溫度Tg的變化如圖所示。
燃燒帶反映原理
從圖可以看出，在所取數據的高爐的特有條件下(爐缸直徑3.Zm)，自風口前端開始，0:的濃度在迴旋區內下降緩慢，但在距風口0.sm處急速衰減，至1.4m處已接近為零。CO:量的變化與O:的變化相對應，自風口前端開始緩慢增加，並在距風口0.sm處急速上升並達到峰值(此處與迴旋區邊界相對應)。這說明，在O:的濃度高的條件下，反應(1)占主導地位。在CO:量由峰值開始下降時，CO開始產生並與CO:量的減少相對應，CO量急速增加，當0:量完全消失時，CO量也達到極值，即反應(2)是產生CO的原因。由圖還可看出，H20含量的變化與0:的變化規律相類似，在迴旋區丙變化緩慢，在距風口0.gm處迅速減少，與此對應H:的量開始增長。由此可推斷，H:的產生是反應(3)的結果(在沒有噴吹燃料釋放H:的條件下)。而煤氣溫度Tg的變化與CO:的變化趨勢同步;即在C02%達到峰值時，爪也達到峰值，而C02量下降時，對應於吸熱反應(2)的開始發展，T:也隨之下降。燃燒帶的邊界一般定為CO:的濃度下降至1%處。在圖中的具體條件下為1.6m處。當噴吹含H:的附加燃料時，由於H20較co:有更強的擴散能力(H:的分子量小)，燃燒帶當向爐中心相應延伸。這種情況下燃燒帶的邊界定在H20濃度降至1%處。
距風口前端距離/m沿風口軸線煤氣成分及溫度的變化(圖中的點為在高爐上的實測值;曲線為將實測數據經回歸處理繪製的)決定和影響燃燒帶大不的因素02、coZ和HZo‘向爐中心穿透的深度對燃燒帶的大小起決定性作用。該穿透深度取決於鼓風動能和氣化反應速率兩大因素:(l)高爐鼓風動能越高，迴旋區越大，故02、CO:及H20越能穿透更深的爐缸區;同時部分鼓風與燃燒產物也在循環區內做高速循環運動，促使氣體成分均勻化，相對地延緩了燃燒反應(即圖中0:及H20卞降遲緩)。(2)碳氣化反應的速率高則氧化性物質消耗快，可使燃燒帶縮短。而燃燒反應速率又受3個條件的制約:(l)氣相中氧化性組分(包括02、CO:和HZO)遷移到固體碳素表面的速度;(2)燃燒反應本身的速率;(3)反應產物氣體的脫附及向外遷移的速率。由於鼓風的流速極高，遠遠超過了分子自由擴散的速率，故三個制約條件中，化學反應速率往往成為限制性環節。由化學動力學的分析可知，化學反應速率受溫度、固體炭的比表面積和鼓風中氧化性組分濃度的影響。富氧鼓風、高風溫、高爐噴吹燃料皆可加速燃燒反應，促使燃燒帶縮短。由子燃燒帶是高爐煤氣的發源地，又由此煤氣提供冶煉過程還原劑及所需的熱量，故燃燒帶的尺寸及其在爐缸截面上的分布(包括風口前各個燃燒帶之間“死區”的大小)對全爐煤氣及溫度的分布有極重要的影響。
為了儘量縮小相鄰燃燒帶之間形成的死區，以使爐料的下降及爐缸截面上煤氣及溫度的分布更趨均勻，應減小相鄰的風口在爐殼圓弧上的間距。先進的大型高爐此間距僅為1.1至1.Zm。即風口個數N與爐缸直徑d(m)之間的關係為N=7rd/(1.0一1.2)或N一3d一(l或2)例如，依上式計算，爐缸直徑為12m的高爐，風口個數應為二隻12/1.1=34或55個，或N=3隻12一(1或2)=54或35個。適當的燃燒帶的尺寸也應與爐缸直徑相適應，並通過適當的鼓風動能值加以控制。對低於Z000m3的高爐，適當的鼓風動能值E(kg·m/s)與爐缸直徑d(m)之關係的經驗公式為E=86.5d2一313d+1160例如d一9.sm的高爐，則E一86.SX(9.5)2一313隻(9.5)+1160=5900kg·m/s依鼓風穿透爐缸內的深度D(m)與鼓風動能值(E)的經驗關係式D一。.12xlo一3E+。.65(此式不考慮噴吹輔助燃料及焦炭粒度過大或過小等非常規的特殊條件)，在上述鼓風動能值下，穿透深度D一0.12x10一3X5900+0.65=1.358m。燃燒帶的尺寸還受以下因素的影響:上部爐料及煤氣的分布;風口前焦炭的粒度;焦炭反應後的強度;爐渣數量及成分;風口噴吹附加物的種類及數量(包括富氧，固、液及氣態輔助燃料等)。例如，若風口燃燒帶以上爐料的分布特徵為邊緣部分礦石少，焦炭多，則邊緣煤氣流較發展，會使燃燒帶縮短;若實行中心加焦技術，邊緣礦石多而爐中心焦炭多，形成較強烈的中心氣流，則促使燃燒帶向爐中心延伸。又如，焦炭落入風口前時粒度越大，則鼓風衝擊焦塊所消耗的動能也大，將會縮短燃燒帶。而由上部落入風口前迴旋區的爐渣數量多(相應於噸鐵渣量大)、密度大、豁度高，則會加速鼓風動能衝擊爐渣液滴後動能的衰減，也會使燃燒帶縮短。焦炭參加反應後的強度，決定了在運動中產生碎焦量的多少，從而影響爐缸中心焦炭死料柱的透氣性及透液性。
強度大的焦炭使中心死焦柱中粉末少，從而滲透性強，有助於燃燒帶向爐中心延伸。通過風口隨鼓風吹入的多種附加物，對燃燒帶大小的影響，有多方面相互矛盾的作用。富氧鼓風可加速燃燒反應，從而縮短燃燒帶。而噴吹各種輔助燃料時，有兩個方面的影響:既有輔助燃料皆比焦炭分散度大，易於燃燒從而縮短燃燒帶的一面;又有某些燃料要先受熱分解，故吸收一定數量的熱，從而降低燃燒帶溫度延緩燃燒反應的另一面。此外含碳氫化合物高的燃料，單位耗氧量條件下產生的產物量大，等於加大了鼓風動能，並隨之促使燃燒帶擴大等等。正確地分析和估價噴吹不同輔助燃料對燃燒帶大小的影響，要根據各個方面的因素綜合考慮。
