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2.1.1 技术要求
(1) 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。
(2) 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。
(3) 炉膛尺寸：
(4) 试验温度： ℃
(5) 气体条件：CO、CO2、N2、H2及混合气
(6) 顶部辐射加热，加热元件为硅碳棒或硅钼棒。
2.1.2 升温曲线
图2.1 试验电炉升温保温曲线
2.1.3 试验用含碳球团的选择
含碳球团的直接还原和熔融还原是目前炼铁工艺发展的方向之一。含碳球团自身带有还原剂，铁矿粉与还原剂紧密接触，加热的过程中不仅能够快速还原，而且由于其还原过程中产生的气体充球团内部派出，可以抑制氧化性气体的氧化作用[27]。因此，含碳球团在非高炉炼铁中的使用是非常值得推行的。
根据炼铁工业转底炉常用含碳球团的尺寸和组分含量，本设计选用的含碳球团尺寸为21×19×13mm，重7.0g，ρ=1.35g/cm3，TFe：51.91(%,ω)，FC：14.44(%,ω)。
2.1.4 试验用转炉煤气
转炉炼钢过程中，铁水中的碳在高温下和吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合气体。回收的顶吹氧转炉炉气含一氧化碳60～80%，二氧化碳15～20%，以及氮、氢和微量氧。
转炉煤气是中等热值的气体燃料，含有大量一氧化碳，毒性很大，在储存、运输、使用过程中必须严防泄露。
本设计中，转炉煤气作用在直接还原炼铁过程中，模拟转底炉的生产过程。根据工业上转炉煤气的组分含量，本设计选用转炉煤气的成分为(%,ω)：CO：80；CO2:15；N2、H2、O2：5。
2.2 炉型的选择和球团的铺设
2.2.1 炉型选择
用于模拟转底炉的试验炉，根据技术要求和生产特点，选用高温电阻炉。
2.2.2 炉底有效面积的确定
设计要求中提出炉底面积为500×500mm，为了方便球团的摆放并且避免球团与炉内壁碰撞，炉底异型砖设有50mm厚挡板，故可求炉底有效面积为：
2.2.3 含碳球团的铺设及物料平衡
含碳球团尺寸为21×19×13mm，按每层21×23来铺设，每层可以铺设球团483块，重3381g。
(1) 根据 ，可得：
铺设一层含碳球团时：总：3381g；TFe：1755g；FC：488g；Fe：1365g；CO：683g；Q=﹣3709875J。
铺设两层含碳球团时：总：6762g；TFe：3510g；FC：976g；Fe：2730g；CO：1366g；Q=﹣7419750J。
铺设三层含碳球团时：总：10143g；TFe：5265g；FC：1464g；Fe：4095g；CO：2049g；Q=﹣11129625J。
铺设四层含碳球团时：总：13524g；TFe：7020g；FC：1952g；Fe：5460g；CO：2732g；Q=﹣14839500J。
铺设五层含碳球团时：总：16905g；TFe：8775g；FC：2440g；Fe：6825g；CO：3415g；Q=﹣18549375J。
铺设优尔层含碳球团时：总：20286g；TFe：10530g；FC：2928g；Fe：8190g；CO：4098g；Q=﹣22259250J。
表2-1 根据 得出的物料平衡表
层数 进料(g) 出料(g)
含碳球团 转炉煤气 Fe CO 其他
TFe FC 其他 CO 其他
1 1755 488 1138 683 171 1365 683 2187
2 3510 976 2276 1366 342 2730 1366 4374