高炉热平衡计算方法

高炉热平衡计算方法

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

由于CaO 脱硫耗热5401.23 KJ/ Kg·S ，MgO 脱硫耗热为8039.4 KJ/ Kg·S ，二者差别较大，故取其渣中成分比例（39.84：10.95≈4:1）来计算平均脱硫耗热。

1 Kg 硫的平均耗热=（5401.23*4/5+8039.04*1/5）=5928.79 KJ 脱S 耗热=3.64×5928.79=21580.8 KJ

氧化物分解和脱硫总热为上述1）～5）项热耗之和，即

Q 总=6709802.52+6030.54+106010.65+2\5029.88+21580.8=6868454.39 KJ （2）碳酸盐分解热

由CaCO 3分解出1 Kg 的CO 2需热4044.64 KJ ，由M gCO 3分解出1 Kg CO 2需热2487.08 KJ ，混合矿石CO 2量=1666.82×0.0154=25.67 Kg 。假定CaCO 3和M gCO 3是按比例分配的。

其中以CaCO 3分解的CO 2为25.67× 2.26

8.218.21 =20.12 Kg ；故以MgCO 3形

式分解的CO 2量=25.67-20.12=5.55 Kg 。

碳酸盐分解总热=20.12×4044.64+5.55×2787.08=96846.45 KJ

（3）水分分解热=18.58×10806.65=200787.56 KJ (10806.65 KJ/Kg.H 2O) （4）喷吹物分解热=160×1256.1=200976 kJ (1256.1 KJ/Kg 煤粉) （5）炉料游离水的蒸发热

1Kg 水由20℃升温到100℃吸热334.94 KJ ，再变成100℃水蒸气吸热2261 KJ 总吸热为2595.96 KJ

游离水蒸发热=360×0.048×2595.96=44858.19 KJ （6）生铁带走热

表4.1各种生铁的热焓值[2]

生铁热焓值 炼钢生铁 铸造生铁 锰铁 KJ /Kg

1130.44-1172.36 1256.04-1297.91 1172.3-1214.17

炼钢生铁焓值=1172.36 KJ/kg ，铁水带走热=1000×1172.36=1172360 KJ （7）炉渣带走热

表4.2各种炉渣的热焓值[2]

炉渣热焓值 炼钢铁渣 铸造铁渣 锰铁铁渣 KJ /Kg

1716.59-1758.54 1884.06-2009.66 1842.192-1967.79

炼钢铁渣焓值=1758.54 KJ/kg ，炉渣带走热=352.02×1758.54=619041.25 KJ （8）炉顶煤气带走热，炉顶温度为200℃时煤气各成分比热容见表4.3

表4.3 200℃时炉顶煤气比热容[2]

CO 2 CO N 2 H 2 CH 4 H 2O 1.787 1.313 1.313 1.302 1.82 1.159

干煤气比热容=0.1701×1.787+(0.5470+0.2450)×1.313

+0.0316×1.302+0.006×1.82=1.396 KJ/ m 3·℃

干煤气带走热=1775.13×1.396×200=495616.29 KJ

水蒸气带走热=60.17×18

22.4

×1.519×（200-100）=11374.01 KJ