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1、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
2、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
3、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
4、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
5、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 CO2放热12 22.433410.66=17898. 43 KJ/m3由 C 氧化成 1m3 的 CO 放热12 22.49797.11=5250. 50 KJ/m3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/ m3 ，水蒸气的比热为1. 753 kJ/ m3 , 热风带入热 =( 1238.89-
6、 18. 58) 1. 429+18. 581. 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 4456=32.6 7 KJ成渣热 =32.6 7 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）H2氧化放热1m3 H2氧化成 H2O 放热 10806. 65 KJ H2氧化放热
7、 =51.81 10806. 65=559892.53 kJ（6）CH4生成热1Kg CH4生成热 = 1677874.4=4865. 29 KJ CH4的生成热 =10. 7822.4164865. 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=10728121.6KJ4. 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%
8、以硅酸铁形态存在其余以Fe3O4，铁氧化物分解热由FeO、Fe3O4和Fe2O3三部分组成。m（FeO）硅酸铁=1666.820. 870. 07180. 2+3600. 0074+1600. 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=1666.820.0915-1666. 820.8 70. 07180.2 =152.51- 20.82=131.69kg m( Fe2O3)四氧化三铁=131.6972160=292.64 kg m( Fe2O
9、3)自由=1666.820. 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=20.534075. 21=83664.06KJ， (4075. 2 KJ/ kg FeO硅酸铁) Fe4O3分解热=（131.69+292.64）4799. 98=2036775.51 KJ （4799.98 KJ/ kg Fe4O3）Fe2O3分解热=890.635152. 94=4589362. 95 KJ， （5152. 94 KJ/ kg Fe2O3）铁氧化物分解总热 =83664.06+2036775.51+4589362. 95 =6
10、709802.52KJ 2）锰氧化物分解热锰氧化物分解热包括MnO2分解为 MnO 和 MnO 分解为 Mn 放出的热量；MnO2Mn 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 =6030.54 KJ3）SiO2分解热 =3. 5 30288. 76=106010. 65 KJ， （30288. 76 KJ/Kg Si）4）Ca3(PO4)2分解热 =0.7 35756. 98= 25029.88
11、 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+25029.88 +21580.8 =68684
12、54.39 KJ （2）碳酸盐分解热由 CaCO3分解出 1 Kg 的 CO2需热 4044. 64 KJ， 由 M gCO3分解出 1 Kg CO2需热 2487. 08 KJ，混合矿石 CO2量=1666.820. 0154=25. 67 Kg。假定 CaCO3和M gCO3是按比例分配的。其中以 CaCO3分解的 CO2为 25. 67 2.268.218.21=20. 12 Kg；故以 MgCO3形式分解的 CO2量=25.6 7-20. 12=5. 55 Kg。碳酸盐分解总热 =20. 124044. 64+5. 552787. 08=96846.45 KJ （3）水分分解热 =18
13、. 5810806. 65=200787. 56 KJ (10806. 65 KJ/Kg.H2O)（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/ Kg1130. 44- 1172. 361256. 04- 1297. 91
14、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/ Kg1716. 59- 1758. 541884. 06- 2009. 661842. 192- 1967. 79炼钢铁渣焓值 =1758. 54 KJ/kg， 炉渣带走热 =352. 021758. 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2CO2CON2H2CH4H2O
15、1.7871. 3131.3131. 3021. 821. 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/ m3 干煤气带走热 =1775.13 1. 396 200=495616.29 KJ水蒸气带走热 =60.17 1822.4 1. 519 （200-100）=11374.01 KJ炉尘带走的热 =8. 87 0. 8374*200=1485. 54 KJ (炉尘比热容 0. 8374 KJ/Kg ) 煤气带走总热 =495616.29+11374 .01
16、 +1485. 54 =508475.85 KJ前8项总和6868454.39+96846.45+200787. 56+200976+44858 . 19+1172360+619041 .25+508475.85=9711799.69KJ （9）外部热损失 =10728121.6-9711799.69=1016321.91 KJ(包括散热和冷却水带走热 ) 根据热收入与热支出数值列表于4. 4表 4. 4热平衡表序号收入项名称KJ % 序号支出项名称KJ % 1 碳的氧化热8006454.5474.6 1 分解与脱硫6868454.39 64.02 2 热风带入热1954033. 1018.2 2 碳酸盐分解96846.45 0.90 3 成渣热36933.100.34 3 水分分解200787. 561.87 4 炉料物理热133345.601.24 4 喷吹物分解2009761.
