高炉热制度

由于测量铁水和炉渣的温度比较麻烦，而生铁含硅量又是一个重要控制成分，所以高炉操作者习惯以生铁含硅量作为衡量炉温的标志。于是热制度实际上就成了高炉操作者对根据原料条件和冶炼铁种而选定的生铁含硅水平的控制。冶炼炼钢生铁时[Si]%较低，炉温较低，确定热制度时应充分考虑炉缸的“物理温度” 。

当原料熟料比高，还原性好时，炉缸“物理温度”高，[Si]%可确定在较低水平，同理，当炉渣碱度较高时[Si]%也应选择低些；反之，[Si]%则选择在较高的范围。炉容太小时[Si]%应选择在较高的范围。当原料含TiO₂较高时，[Si]%应控制得尽可能低些。除[Si]外，还要控制[Ti]%。[Ti]%也是随炉温高低而升降的，[Ti]不宜超过0.2%。否则由于钦还原生成的TiC、TiN、Ti(N,C)过多，导致铁水、渣水黏稠而使高炉不能正常生产。冶炼铸造生铁时，焦比高，炉缸热量充足，确定[Si]%的范围只需满足冶炼的牌号即可。冶炼锰铁时，焦比更高，炉温也更高。确定热制度时，主要是确定[Mn]%的水平，[Mn]%必须达到冶炼牌号的要求 。

高炉热制度(Blast furnace heating system)是根据冶炼铁种、原料、燃料条件和炉容大小而确定的炉缸应具有的温度水平称为高炉热制度。一般以铁水和炉渣的温度为代表，由于原料质量、炉容大小、冶炼铁种和操作制度不同，各个高炉的铁水和渣水的温度水平是不同的 。

铁水温度多在1400-1530℃之间。炉渣温度约比铁水温度高50-100℃。在一定原料和冶炼条件下，生铁含硅量([Si]%)与炉温成正比关系。炉温高则生铁含硅量高；反之，则低。以铁水和炉渣温度代表的炉温称"物理温度"，以[Si]%代表的炉温称“化学温度” 。

在现代高炉生产中，更以通过计算机运算和显示的风口前理论燃烧温度t_理和燃烧带的炉温指数t_c及时判断炉缸热状态。因为高炉的高温热量来自风口前燃料的燃烧，t_理说明能提供多高温度，t_c则说明燃烧带形成的高温煤气能通过传热加热炉料或形成的产品达到多高温度，特别是在高炉喷吹燃料之后，这一点尤为重要。t_理一般应在2050~2300℃，而t_c则应达到0.75t_理 。

高炉高温区热平衡是以高炉下部发生直接还原的高温区作为研究对象，分析计算其中各种热量收支情况的。 高炉炼铁焦比主要取决于高温区的热交换，因此，高温区热平衡计算，对研究高炉冶炼工艺过程更具有实际意义。

高炉热平衡确定高温区的原则

高温区热平衡 在以整个高炉为研究对象的全炉热平衡中把高炉上部与下部收支的热量看作是等价的。但实际上，高炉冶炼过程能否顺利进行不仅取决于所需要的热量，而且还取决于过程所在区域的温度，人们已完全了解清楚，同样的热量，在高炉不同部位因温度不同而具有完全不同的价值，例如热风带入的高温1kJ热量能使炉缸变热，促进Si还原而使生铁含Si量升高；而热烧结矿带入炉喉的1kJ热量只能使炉顶温度升高，仍然由煤气带出炉外，而不能使炉缸变热。因此，用全炉热平衡分析高炉的热现象有片面性。由于高炉内存在热交换空区(见高炉热交换)，边界上的煤气和炉料温度选择相对较稳定和易于切合生产实际，再加上决定高炉技术经济指标的过程也较多地集中在炉子下部，所以区域热平衡常以区域边界煤气温度950～1000℃以上的下部高温区为对象。

高炉热平衡高温区热量

高温区热平衡类似于第二种全炉热平衡，它的收入为碳素在风口前氧化为CO的放热和热风带入的有效热量等两项；而热支出为直接还原耗热、脱硫耗热、石灰石在高温区分解耗热、分解出的CO₂。参与溶损反应耗热，铁水和炉渣的焓(扣除进入边界区时的焓)以及煤气离开高温区时的焓(扣除生成煤气的焦炭进入高温区时的焓)，为简化计算，将它们归入高温区热平衡的热损失项中；在喷吹燃料时还要计算煤粉分解耗热和加热到边界温度时的耗热。高温区热损失也是采用总收入扣除上述消耗后的差值来表示。 2100433B

一、高炉煤气需要预热

同体积的高炉煤气的发热量较焦炉煤气低得多，一般为3300—4200KJ/m3。热值低的高炉煤气是不容易燃烧的，为了提高燃烧的热效应，除了空气需要预热外，高炉煤气也必须预热。因此使用高炉煤气加热时，燃烧系统上升气流的蓄热室中，有一半用来预热空气，另一半用来预热煤气。煤气与空气一样，经过斜道进入燃烧室立火道进行燃烧。

二、燃烧系统的阻力大

用高炉煤气加热时，耗热量高（一般比焦炉煤气高15%左右），产生的废气多，且密度大，因而阻力也较大。而上升气流虽然供入的空气量较少，但由于上升气流仅一半蓄热室通过空气，因此上升气流空气系统和阻力仍比焦炉煤气加热时要大。

三、高炉煤气燃烧火焰较长

高炉煤气中的惰性气体约占60%以上。因而火焰较长，焦饼上下加热的均匀性较好。

由于通过蓄热室预热的气体量多，因此蓄热室、小烟道和分烟道的废气温度都较低。小烟道废气出口温度一般比使用焦炉煤气加热时低40—60℃。

四、高炉煤气毒性大

高炉煤气中CO的含量一般为25%—30%，为了防止空气中CO含量超标，必须保持煤气设备严密。高炉煤气设备在安装时应严格按规定达到试压标准，如果闲置较长时间再重新使用前，必须再次进行打压试漏，确认管道、设备严密后才能改用高炉煤气加热。日常操作中，还应对交换旋塞定期清洗加油，对水封也应定期检查，保持满流状态，蓄热室封墙，小烟道与联接管处的检查和严密工作应经常进行。

高炉煤气进入交换开闭器后即处于负压状态。一旦发现该处出现正压，应立即查明原因组织人力及时处理，确保高炉煤气进入交换开闭器后处于负压状态。

五、高炉煤气含尘量大

焦炉所用的高炉煤气含尘量要求最大不超过15mg/m³。2012年以来由于高压炉顶和洗涤工艺的改善，高炉煤气含尘量可降到5mg/m³以下，但长期使用高炉煤气后，煤气中的灰尘也会在煤气通道中沉积下来，使阻力增加，影响加热的正常调节，因而需要采取清扫措施。

另外，高炉煤气是经过水洗涤的，它含有饱和水蒸汽。煤气温度越高，水分就越多，会使煤气的热值降低。从计算可知，煤气温度由20℃升高到40℃时，要保持所供热量不变，煤气的表流量约增加12%。因此要求高炉煤气的温度不应超过35℃。当煤气温度发生一定变化时，交换机工应立即调整加热煤气的表流量，以保证供给焦炉的总热量的稳定。

按照能量守恒定律，以高炉物料平衡为基础对高炉连续铸钢|炼铁过程的各项热收入和热支出进行计算，然后汇编制成热平衡表，据此能够了解高炉内热量消耗状况，分析高炉冶炼过程热消耗的问题，找出进一步改善能量利用，降低燃料消耗的途径。它还是计算理论焦比及各种因素对焦比之影响的基础。在高炉采用某些新技术措施时，通过热平衡计算，高gao并同物料平衡一起可预测冶炼效果，从而可以拟定出最适宜的冶炼制度。根据分析的需要，热平衡计算可分为两类：一类是以整个高炉为对象的，称为全炉热平衡计算；另一类是以高炉局部区域为对象的，称为区域热平衡计算。20世纪60年代前连续铸钢|炼铁工作者大都采用全炉热平衡计算，其原因在于区域热平衡的边界条件，特别是边界处炉料和煤气温变差的确定有较大的任煮性，而这个温度差的大小又在很大程度上决定着区域热平衡分析的可靠性。60年代以来，高炉传输过程研究和高炉解剖研究的结果帮助了这一温度差的选定。而且决定高炉冶炼指标的因素又较多地集中在处于高炉下部的高温区，因此高温区的区域热平衡得到普遍重视和广泛应用。

第一种全炉热平衡 这种方法出现较早，原理简单，属经典性质的。它建立在盖斯定律的基础上，即依据炉料入高炉时的初始状态和离开高炉时的最终状态来计算产生的和消耗的热量，而不考虑它们在高炉内进行的实际过程。例如是按FeO分解为Fe和l/2O2的耗热和C 1/2O₂结合成CO的放热计算的，而不是按实际吸热反应计算的。

高炉热平衡热量的收入项

热量收入 分为两类：一类是化学反应热，它由每kg或m³反应物在反应中放出的热效应与反应物数量的乘积算出；另一类是物理热，它由物料量与它们的比热容(c料)和温度(t料)的乘积算出。第一种全炉热平衡的热收入有5项：

1)碳素氧化热。在高炉内每1kg氧化成CO放热9800kJ，氧化成CO₂放热33400kJ，每1m3CO氧化成CO₂放热12600kJ。高炉内碳素氧化分为风口前碳素燃烧成CO和直接还原中C氧化成CO，间接还原中CO氧化成CO₂：qc=9800(C_风 C_d)，qco一co₂=12600CO₂i，kJ/t。碳素氧化热是热收入的主要项，约占热收入的70%～80%。

(2)热风物理热。常将鼓风中湿度分解耗热在本项收入中扣除，每1m3H₂O分解耗热10800kJ，q_风=V _风c_风t_风—10800V _风Ψ，kJ/t。

(3)氢氧化放热。这是H₂还原氧化物时氧化成H₂O放出的热，每1m3H₂氧化成H₂O放热为10800kJ，qH₂一2H₂O=10800H₂O还。

(4)成渣热。这是熔剂和生矿带入高炉内的CaO和MgO造渣时放出的热量，每1kgCaO或MgO成渣放热1130kJ，q成渣1130(CaO MgO)kJ/t，式中CaO、MgO为每吨生铁熔剂和生矿带入的自由CaO和MgO量，kg/t。在现代高炉生产中已大量使用熔剂性烧结矿、自熔性烧结矿和高碱度烧结矿或球团矿，加入高炉的熔剂量很少或完全不加入，所以为简化热平衡，常将此项微少的热收入在热支出项的碳酸盐分解耗热中扣除。

(5)炉料物理热。对使用冷矿的高炉，这项热量很少，可以忽略不计。在仍使用热烧结矿的高炉，这项热量为q_料=G_料c_料t_料，kJ/t。

高炉热平衡热量支出项

热量支出 第一种全炉热平衡的热量支出有9项：

(1)氧化物分解耗热。它包括铁氧化物和生铁中少量元素(Si，Mn，P，V，Ti等)氧化物分解耗热，它们以生铁中所含数量与该氧化物分解热的乘积算得；

(2)脱硫。按每吨生铁进入炉渣的硫量u(S)和硫化物分解热计算；

(3)碳酸盐分解耗热。进入高炉的碳酸盐有FeCO₃(菱铁矿中的)、MnCO₃(菱锰矿中的)、CaCO₃(石灰石和白云石中的)、MgCO₃(白云石中的)；有时为了简化将成渣热从此项中扣除1130；

(4)风中水分分解。常将此项在鼓风带入的物理热中扣除；

(5)喷吹物分解耗热。每1kg喷入高炉的煤粉的分解热波动在1050～1250kJ，一般无烟煤用低值，烟煤用高值；

(6)炉料中水分蒸发和加热耗热。焦炭，天然生矿及熔剂带入物理水，尤其是水熄焦带入3%～5%或更高的水分，它们蒸发并加热到炉顶温度，如果使用褐铁矿生矿或含有结晶水矿物(例如脉石中的高岭土等)的生矿，这些结晶水也要分解蒸发和加热到炉顶温度；

(7)铁水和炉渣的焓。可根据测定铁水和炉渣的温度，按各组分的含量和它们的平均比热容用加和法算得。也可根据实测温度和冶炼生铁品种选取统计出的经验数据：炼钢生铁Qu=(1720～1840)kJ/kg渣，Qe=(1180～1260)kJ/kg生铁；铸造生铁Qu=(1885～2000)kJ/kg渣，Qe=(1260～1380)kJ/kg生铁。这样q铁=1000Qe，q渣=uQu，kJ/t；

(8)炉顶煤气的焓。它包括干煤气、还原生成的H₂O和炉尘三者带走的热量，用它们数量、比热容和炉顶温度的乘积算得；

(9)热损失。高炉热损失包括冷却水带走的热量、通过炉壳表面辐射散热和对流给热损失热量以及通过炉底传给地层的热量等。除冷却水带走热量可较精确地测得外，其他几种是难于测得的，通常采用总热收入减去1～8项热支出而得出，有时也用统计经验式估算。

高炉热损失随炉子大小，冶炼强度高低和冶炼生铁品种而不同。一般炼铸造生铁时热损失占全部热收入的6%～10%，而炼钢生铁的热损失为3%～8%。

第二种全炉热平衡 是在第一种热平衡基础上发展来的，它更能反映高炉冶炼在热量交换和热能利用方面的实质。因此在分析高炉热现象，寻求节能降耗的途径时被广泛应用。这两种热平衡相同的是物理热：在热收入上是热风、炉料带入的热量；在热支出上是炉料中水分蒸发和加热，生铁、炉渣及煤气的焓。两种热平衡不同的是化学反应热：碳的氧化放热在第二种热平衡中只计算风口前碳氧化成CO的放热q_C=9800C_风kJ/t；还原耗热只计算吸热反应的铁直接还原和少量元素直接还原耗热；脱硫耗热按实际的反应热计算碳酸盐分解除计算CaCO一CaO CO₂的分解热外，还要计算进入高温区后该反应分解出来的CO₂与焦炭的碳发生溶解损失反应的耗热；结晶水分解出来的H₂O进入高温区也要计算H₂O C—H₂ CO反应的吸热。