高炉炼铁计算

高炉炼铁计算

1t铁的鼓风量或煤气量就会相差1~2kg以上。

3 高炉热平衡计算

热平衡计算是炼铁工艺计算中的重要组成部分。通过高炉冶炼过程在热量方面的收入与支出情况的计算，能够了解高炉内热量消耗状况，分析高炉冶炼过程的优劣，探讨进一步改善能量利用、降低燃料消耗的途径。在追求高炉生产优质低耗的今天，搞好高炉热平衡测定与计算是具有极其重要意义的。

高炉冶炼的热量消耗决定了炼铁焦比（燃料比）的高低。通过热平衡计算，可以探索一定冶炼条件下的最低焦炭消耗量。因此，理论焦比的计算是离不开热平衡计算的。

高炉热平衡计算可分为两类：一类是以整个高炉为对象的热平衡计算，这就是全炉热平衡计算；另一类是以高炉局部区域为对象的热平衡计算，即区域热平衡计算。 全炉热平衡计算的方法有多种，比较常用的是：

第一种全炉热平衡计算，它是按热化学的盖斯定律，依据入炉物料的最初形态和出炉的最终形态，来计算产生和消耗的热量，而不考虑高炉内实际的化学反应过程。这种方法出现较早，原理简单，但计算较为繁琐，也不尽如实反映高沪冶炼过程热量消耗的情况。虽然如此，它仍然是目前高炉热平衡测定所采用的方法。

第二种全炉热平衡计算，它是按高炉内实际发生的还原过程来计算热量消耗的，这种方法更能

9

高炉炼铁计算

说明高炉冶炼能量利用的实际状况。

区域热平衡计算多是以高炉下部的高温区为研究对象的。高温区是对高炉冶炼有决定性影响的区域。这种高温区热平衡计算更能反映高炉热交换的本质。这种方法出现较晚，但日益受到高炉工作者的重视。

无论采用哪一种热平衡计算方法，热平衡的计算都应遵循能量守恒的原则，即供给研究区域的各项热量总和等于该区域热量消耗的总和。

3.1 第一种全炉热平衡计算

第一种全炉热平衡计算是根据热化学盖斯定律进行的。盖斯定律指出，化学反应的热效应只与物质的初末态有关，与反应的途径无关。根据这一定律，高炉中氧化物的还原，如FeO + C = Fe + CO反应，其热量转变是按氧化物分解（FeO→Fe + O2/2）耗热和还原剂氧化（C + O2/2→CO）放热两项热量分开计算的，而没有考虑物料在高炉内的实际反应过程。这种高炉热平衡的计算方法如下面所述。

3.1.1 热量收入的计算

热收入通常包括以下五项： （1） 碳素氧化热

焦炭碳素氧化热与焦炭石墨化程度有关，通常将焦炭中的固定碳按50%石墨碳，其余一半为无定形碳考虑的，这种情况下碳素氧化热为

C + O2/2?CO + 4.18×2340 kJ/(kg) （或4.18×2340kJ/m3CO） C + O2?CO2+ 4.18×7980 kJ/kg(kg) （或4.18×4275 kJ/m3CO2） CO + O2/2?CO2+ 4.18×5640 kJ/kg(kg) （或4.18×3021 kJ/m3CO2）

喷吹燃料煤粉中的碳素氧化热与焦炭碳素的稍有不同，为简化计算亦可取上面数值。

冶炼1t生铁的碳素氧化热是由炉顶煤气中的CO和CO2数量计算的。计算时要注意扣除炉料、挥发分带入的该组分的数量，即仅计算由高炉反应产生的CO、CO2的氧化热量。

碳素氧化放出热量亦可由氧化碳量来计算，这时要分清氧化成CO和CO2的碳量各是多少。这项热量的计算是

Q燃=4.18×（2340CCO+ 7980CCO2） (kJ) (3-1) 碳素氧化热在热平衡的热收入中占有较大的比例，一般可达70%~80%。

（2） 鼓风物理热

热风带入的物理热是热收入中的另一大项，约占15%~20%之多。鼓风物理热是根据风量、风

10

①

高炉炼铁计算

温及湿度计算的

Q风?Vb??1????Cpb???CpH2O?tb (3-2) 式中 Vb——每吨生铁的风量，m3；

???——鼓风湿度； tb——热风温度，℃；

； Cpb——空气从基准温度到热风温度的平均等压热容，kJ/（m3?℃）。 CpH2O——水蒸气从基准温度到热风温度的平均等压热容，kJ/（m3?℃）为简化计算，现场亦常采用气体的比焓来计算鼓风物理热

Q风=Vb×{(1-?)×qb+?×qH2O} (3-2’) 式中，qb，qH2O为热风温度时干空气及水蒸气的比焓（kJ/m3），各种气体的比焓可查阅附录表2。

（3） 氢氧化放热和CH4生成热

氢和氧化合成水，1kg水生成热为4.18×3211 kJ，若用水蒸气体积表示，则为4.18×2580 kJ/m3。氢和碳生成甲烷放热4.18×1124 kJ/kgCH4，或4.18×803 kJ/m3 CH4。因此，冶炼每吨生铁的这两项热量计算是

QHO= 4.18×3211×H2Or (kJ) (3-3)

2 QCH4= 4.18×1124×?CH4? (kJ) (3-4) 式中，H2Or及?CH4?为还原生成的水量和甲烷生成量，kg/t。

（4） 成渣热

成渣热是高炉冶炼过程中，由CaO和MgO同酸性氧化物生成炉渣而放出的热量。通常每千克CaO（或MgO）成渣放热4.18×270 KJ。在大量使用熔剂性烧结矿冶炼时，因其中的CaO、MgO在烧结过程中已经成渣，所以这项热量只计算由熔剂、生矿带入的CaO、MgO量的成渣放热。

Q渣= 4.18×270×?CaO+MgO? (kJ) （3-5）

式中，?CaO+MgO?为冶炼每吨生铁由熔剂、生矿带入CaO和MgO的总量，kg。

（5） 炉料物理热

对于使用冷矿的高炉，这项热量很少,可以忽略不计。在使用热烧结矿时，这项热量可由烧结矿量及其温度、比热容求得。

11

高炉炼铁计算

烧结矿的比热容可取下列数值

t /℃ 100 200 300 400 500 c /kcal·(kg?℃) -1 0.16 0.17 0.18 0.19 0.20 以上五项热量之和即为冶炼每吨生铁的总热量收入。

3.1.2 热量支出的计算

（1） 氧化物分解耗热

氧化物的分解耗热是按被还原元素的质量及分解热计算的。因为热平衡是按物料的初末态考虑的，因此计算时首先要清楚各种氧化物在炉料中存在的形态。

这一项热量消耗是热平衡计算中的耗热大项，约占全部热支出的50% ~ 60%。它包括： 1） 铁氧化物的分解耗热

烧结矿、球团矿中的FeO一般有20% ~ 25%以硅酸铁（2FeO·SiO2）形态存在，酸性烧结矿取高值；其余FeO以磁铁矿（Fe3O4）形态存在，因而人造富矿中的Fe2O3一部分与FeO组成磁铁矿，另一部分属自由Fe2O3，即赤铁矿。对于天然矿应有磁铁矿、赤铁矿，而无硅酸铁。焦炭、煤粉中的FeO及进入炉渣的FeO均按硅酸铁考虑。

以硅酸铁形态存在的FeO数量的计算是

FeO硅=A×?×FeOa×(0.2~0.25)+ K×FeOk + M×FeOm－U×FeOu (kg) (3-6)

式中 FeOa，FeOk，FeOm，FeOu——分别为烧结矿（包括球团矿）、焦炭、煤粉及炉渣中的FeO含量；

?——炉料中的人造富矿配比；

A——吨铁矿石用量，kg。 矿石中以Fe3O4形态存在的FeO量为

FeO磁 = A×[FeOA－（0.2~0.25）×?×FeOa] (kg) （3-7） 式中，FeOA为混合矿中FeO含量。 矿石中以Fe3O4形态存在的Fe2O3量

Fe2O3磁?FeO磁?160/72 （kg）

矿石中Fe3O4磁数量

Fe3O4磁?FeO磁?Fe2O3磁 （kg）

矿石中自由Fe2O3（赤铁矿）数量

12