高炉热平衡计算

4 高炉热平衡计算

4.1热平衡计算的目的

热平衡计算的目的，是为了了解高炉热量供应和消耗的状况，掌握高炉内热能的利用情况，研究改善高炉热能利用和降低消耗的途径。通过计算调查高炉冶炼过程中单位生铁的热量收入与热量支出，说明热量收支各项对高炉冶炼的影响，从而寻找降低热消耗与提高能量利用的途径，达到使高炉冶炼过程处于能耗最低和效率最高的最佳运行状态。同时还可以绘制热平计算表研究高炉冶炼过程的基本方法[2]。

4.2热平衡计算方法

热平衡计算的量论依据是能量守恒定律，即单位生铁投入的能量总和应等于中位个铁各项热消耗总和。热平衡计算采用差值法，即热损失是以总的热量收入减去各项热量的消耗而得到的，即把热量损失作为平衡项，所以热平衡表面上没有误差，因为一切误差都集中掩盖在所有热损失之中。

根据计算的目的和分析的需要，热平衡可分为全炉热平衡与区域热平衡。全炉热平衡是把整个高炉作为研究对象、计算它的各项热收入与支出，用来分析高炉冶炼过程令的能量利用情况。而区域热平衡是把高炉的某一个区域作为研究对象，计算和分析这个区域内的能量利用情况。虽然计算热平衡的部位与方法不向，但计算的目的都是为寻找降低能耗的途径和确定一定冶炼条件下的能耗指标。理论上可以以把高炉内的任何一个部位当作区域热平衡的计算对象，但由于决定向炉冶炼能耗指标的主要因素存在于高炉下部的高温区。因此，常用高炉下部属温区热平衡进行计算。

本例采用第一热平衡法计算进行热平衡计算。

第一种热平衡法，亦称热工法热平衡。它是根据羔斯定则，不考虑炉内的实际反应过程．耍以物料最初与最终状态所具有的热力学参数为依据，确定高炉内的过程中所提供和消耗的热量。它的热收入规定为焦炭和喷吹物的热值(即全部C完全燃烧成CO2和H2全部燃烧成H2O时放出的热量)、热风与炉料带入的物理热及少量成渣热。而热支出为氧化物、硫化物和碳酸盐的分解热，喷吹燃料的分解热，水分分解热。脱S反应耗热，渣铁和炉顶煤气热焓与热值，冷却水代走的热量和炉体散热损失等项。这种热平衡计算法中，把焦炭和喷吹的燃料完全燃烧时放出的热量当作热收入。而实际上高炉冶炼过程中有相当一部分C并没有完全燃烧，以CO的形态离开了高炉。还有一部分进入生铁中和炉守中的C则完全权有燃烧，因此，必须把炉顶煤气与未燃烧C的热值当作热支出来处理。另

外，这种计算中，把炉内还原反向看成两步完成的，即硫化物的分解和还原剂的氧化，把还原剂氧化放热(即C 和CO 的燃烧)当作热收入项。而把氧化物的分解吸热当作热支出项。这就不符实际地夸大热量收入与支出从邑，热平衡总量中各项所占比例失真，难以通地热平衡总量与各项的比例来直观地判断炉内能量利用情况及各种因素对冶炼指标的影响。同时，在热平衡计算中看不出炉内各热效应的作用，这也是此种热平彻计算法们缺点[2]。

4.3热平衡计算过程

需要补充的原始条件：

鼓风温度1100℃；炉顶温度200℃；入炉矿石温度为80℃。

4.3.1 热量收入

（1）碳素氧化热

由C 氧化1m³ 成CO 2放热

1222.433410.66

⨯=17898.43 KJ/m³

由C 氧化成1m³ 的CO 放热1222.4

9797.11

⨯=5250.50 KJ/m ³

碳素氧化热=288.45×19878.43+(435.04-2.22)×5250.50

=8006454.54 KJ

（2）热风带入热

1100 ℃时干空气的比热容为1.429kJ / m 3·℃ ，水蒸气的比热为1.753 kJ / m 3·℃,热风带入热=[(1238.89-18.58)×1.429+18.58×1.753]×1100

=1954033.10 KJ

（3）成渣热

炉料中以碳酸盐形式存在的CaO 和MgO ，在高炉内生成钙铝酸盐时，1kg 放出热量1130.49 kJ

混合矿的CaO=1666.82×0.0154×

44

56

=32.67 KJ 成渣热=32.67×1130.49=36933.10 kJ （4）混合矿带入的物理热

80 ℃时混合矿的比热容为1.0 KJ/Kg·℃

混合矿带入的物理热=1666.82×1.0×80=133345.60 kJ （5）H 2氧化放热

1m³ H 2氧化成H 2O 放热10806.65 KJ H 2氧化放热=51.81×10806.65=559892.53 kJ

（6）CH 4生成热

1Kg CH 4生成热=16

77874.4

=4865.29 KJ

CH 4的生成热=10.78×22.416

×4865.29=37462.73 KJ

冶炼1t 生铁总热为以上各热量的总和

Q

总收

=8006454.54

+1954033.10+36933.10+133345.60+559892.53+37462.7 3=10728121.6KJ

4.3.2 热量支出

（1） 氧化物分解与脱硫耗热

1）铁氧化物分解热：设焦炭和煤粉中FeO 以硅酸铁形态存在，烧结矿中FeO 有20%以硅酸铁形态存在其余以Fe 3O 4，铁氧化物分解热由FeO 、Fe 3O 4和 Fe 2O 3三部分组成。

m （FeO ）硅酸铁=1666.82×0.87×0.0718×0.2

+360×0.0074+160×0.0045=24.21 kg

去除进入渣中的FeO ，它也以硅酸铁形式存在，计3.68 kg 余下的m (FeO )硅酸铁=24.21-3.68=20.53 kg

m (FeO )四氧化三铁=1666.82×0.0915-1666.82×0.87×0.0718×0.2 =152.51-20.82=131.69kg

m (Fe 2O 3)四氧化三铁=131.69×72160

=292.64 kg

m (Fe 2O 3)自由=1666.82×0.7099-292.64=890.63 kg 依据1kg 铁氧化物分解热，即可算出总的分解热。

FeO 硅酸铁分解热=20.53×4075.21=83664.06KJ ， (4075.2 KJ /kg FeO 硅酸铁) Fe 4O 3分解热=（131.69+292.64）×4799.98=2036775.51 KJ

（4799.98 KJ /kg Fe 4O 3）

Fe 2O 3分解热=890.63×5152.94=4589362.95 KJ ，（5152.94 KJ /kg Fe 2O 3） 铁氧化物分解总热=83664.06+2036775.51+4589362.95 =6709802.52KJ 2）锰氧化物分解热

锰氧化物分解热包括MnO 2 分解为MnO 和MnO 分解为Mn 放出的热量； MnO 2→Mn 分解热=1666.82×0.0002×2629.44=876.56 KJ

MnO→Mn 分解热=0.7×7362.84=5153.98 KJ ， (7362.84 KJ/KgMn) 锰氧化物分解总热=876.56+5152.98=6030.54KJ

3）SiO 2分解热=3.5×30288.76=106010.65 KJ ，（30288.76 KJ/Kg Si ） 4）Ca 3(PO 4)2分解热=0.7×35756.98= 25029.88 KJ ，（35756.98KJ/KgMn ） 5）脱S 耗热