工业燃料炉热平衡测定与计算基本规则

主要起草单位：西安电炉研究所。

主要起草人：GB/T 13338-2018 工业燃料炉热平衡测定与计算基本规则、20083296-T-604 工业燃料炉热平衡测定与计算基本规则、DB31/T 34-1999 工业炉窑热平衡测定与计算、DB31/T 34-2020 工业炉窑热平衡测试与计算通则、GB/T 34476-2017 转炉热平衡测试与计算方法、GB/T 33962-2017 焦炉热平衡测试与计算方法、20140062-T-605 焦炉热平衡测试与计算方法、20140107-T-605 转炉热平衡测试与计算方法、JC 448-1992 玻璃池窑热平衡测定与计算方法、电弧炉热平衡测定与计算方法。 2100433B

1991年12月14日，《工业燃料炉热平衡测定与计算基本规则》发布。

1992年12月1日，《工业燃料炉热平衡测定与计算基本规则》实施。

2015年12月10日，《高炉热风炉热平衡测定与计算方法》发布。

2017年1月1日，《高炉热风炉热平衡测定与计算方法》实施。

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。

《中华人民共和国有色金属行业标准·炭素制品生产炉窑 热平衡测定与计算方法(第1部分):回转窑(YS/T 124.1-2010)》由中国标准出版社出版。2100433B