高炉设计工艺计算ppt课件.ppt

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1、变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第五章第五章 高炉能量利用高炉能量利用 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1 高炉中能量交换高炉中能量交换风口前燃料燃烧产生高温还原性煤气风口前燃料燃烧产生高温还原性煤气（CO+H2），为高炉冶炼提供了热能和化学），为高炉冶炼提供了热能和化学能。煤气能量是否充分利用，直接关系到焦能。煤气能量是否充分利用，直接关系到焦比、燃料比的高低和其它指标的改善。比、燃

2、料比的高低和其它指标的改善。煤气和炉料之间良好的传热是传质的条件，煤气和炉料之间良好的传热是传质的条件，也是改善高炉能量利用的关键。也是改善高炉能量利用的关键。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.1 煤气在炉内上升过程中的变化煤气在炉内上升过程中的变化高炉煤气自下而上穿过料层而运动时，以对流、传高炉煤气自下而上穿过料层而运动时，以对流、传导、辐射等方式将热量传给炉料，同时进行着传质，导、辐射等方式将热量传给炉料，同时进行着传质，使煤气在上升过程中，体积、成分和温度都发生了使煤气在上升过程

3、中，体积、成分和温度都发生了重大变化。重大变化。从图从图5-1看到，煤气的总体积（标准状态即看到，煤气的总体积（标准状态即0，0.1013Mpa）自下而上有所增加。通常鼓风时，炉）自下而上有所增加。通常鼓风时，炉缸煤气量（注：这是指体积而言）约为风量的缸煤气量（注：这是指体积而言）约为风量的1.21倍；而炉顶煤气量约为风量的倍；而炉顶煤气量约为风量的1.35倍。喷吹燃料时，倍。喷吹燃料时，炉缸煤气量约为风量的炉缸煤气量约为风量的1.30倍；而炉顶煤气量约为倍；而炉顶煤气量约为风量的风量的1.45倍。倍。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站

4、的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.1 煤气在炉内上升过程中的变化煤气在炉内上升过程中的变化高炉热效率高达高炉热效率高达7886%，是各类冶金炉中最高者。，是各类冶金炉中最高者。沿高炉截面上，煤气温度分布是不均匀的，它主要沿高炉截面上，煤气温度分布是不均匀的，它主要取决于煤气分布。一般中心和边缘气流较发展，煤取决于煤气分布。一般中心和边缘气流较发展，煤气温度也较高。气温度也较高。改善煤气化学能利用的关键是提高改善煤气化学能利用的关键是提高CO利用率利用率（CO）和）和H2利用率（利用率（H2）。炉顶煤气中）。炉顶煤气中CO2愈愈高，高，CO愈低，则煤气化学能利用愈好。反之，愈低

5、，则煤气化学能利用愈好。反之，CO2愈低，愈低，CO愈高，则化学能利用愈差（传质不愈高，则化学能利用愈差（传质不良）。良）。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.1 煤气在炉内上升过程中的变化煤气在炉内上升过程中的变化CO利用率一般表示为利用率一般表示为 （5-1）显然，在（显然，在（CO2+CO）之和基本稳定不变的情况下，）之和基本稳定不变的情况下，提高炉顶煤气提高炉顶煤气CO2含量，意味着含量，意味着CO必然降低，而必然降低，而CO必然提高。这就是说，有更多的必然提高。这就是说，有更

6、多的CO参与了间参与了间接还原变成了接还原变成了CO2，改善了煤气（，改善了煤气（CO）能量的利）能量的利用。用。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.1 煤气在炉内上升过程中的变化煤气在炉内上升过程中的变化炉顶煤气温度（炉顶煤气温度（t顶顶）是高炉内煤气热能利用的标志。）是高炉内煤气热能利用的标志。t顶顶愈低，说明炉内热交换愈充分，煤气热能利用愈愈低，说明炉内热交换愈充分，煤气热能利用愈好；反之，好；反之，t顶顶愈高，煤气热能利用愈差（传热不愈高，煤气热能利用愈差（传热不好）。好）。炉顶

7、煤气中的炉顶煤气中的CO（或（或CO2）含量和）含量和t顶又是互相联顶又是互相联系，表现一致的。一般系，表现一致的。一般t顶顶高，高，CO含量也高，含量也高，CO2含量则低，煤气能量利用变坏；反之，含量则低，煤气能量利用变坏；反之，t顶顶低，低，CO也低，也低，CO2则高，煤气能量利用改善。这说明高炉则高，煤气能量利用改善。这说明高炉内传热、传质过程是密切相关的。内传热、传质过程是密切相关的。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.2 高炉热交换高炉热交换前以指出，高炉内煤气温度仅几秒钟就由

8、炉缸内的前以指出，高炉内煤气温度仅几秒钟就由炉缸内的1750左右降低到炉顶处的左右降低到炉顶处的200左右。而炉料（使用冷料）温度左右。而炉料（使用冷料）温度则在数小时内，由常温升高到风口水平处的则在数小时内，由常温升高到风口水平处的1500左右。左右。显然，在煤气和炉料之间进行着激烈的热交换。其基本方显然，在煤气和炉料之间进行着激烈的热交换。其基本方程可表示为程可表示为:（5-2）式中式中 dQd时间内，煤气传给炉料的热量；时间内，煤气传给炉料的热量； a传热系数；传热系数； F炉料表面积；炉料表面积； t煤气与炉料之间的温度差，煤气与炉料之间的温度差，t=t气气-t料料。变电站电气主接线是

9、指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.2 高炉热交换高炉热交换由上式可知，单位时间内炉料所吸收的热量与炉料由上式可知，单位时间内炉料所吸收的热量与炉料表面积，煤气和炉料温差、传热系数成正比。而表面积，煤气和炉料温差、传热系数成正比。而a又与煤气速度、温度、炉料性质有关。在风量、煤又与煤气速度、温度、炉料性质有关。在风量、煤气量、炉料性质一定的情况下，气量、炉料性质一定的情况下，dQ主要取决于主要取决于t。然而，由于沿高度上煤气与炉料温度不断变化，因然而，由于沿高度上煤气与炉料温度不断变化，因而而t也是变化的

10、，这种变化规律可用图也是变化的，这种变化规律可用图5-3表示。表示。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.2 高炉热交换高炉热交换由图可见，沿高炉高度上煤气和炉料之间的热交换分为三由图可见，沿高炉高度上煤气和炉料之间的热交换分为三段区域：段区域：上段热交换区；上段热交换区；中段热交换平衡区；中段热交换平衡区；下段热交换区。在上、下两段热交换区（下段热交换区。在上、下两段热交换区（和和），），煤气和炉料之间存在着较大的温差煤气和炉料之间存在着较大的温差t，而且下段比上段还，而且下段比上段还

11、大；大；t随着高度而变化，在上段是愈向上愈大；在下段是随着高度而变化，在上段是愈向上愈大；在下段是愈向下愈大。因此在这两个区域存在着激烈的热交换。在愈向下愈大。因此在这两个区域存在着激烈的热交换。在中段（中段（），），t较小，而且变化不大（较小，而且变化不大（20），热交换），热交换不激烈，被认为是炉料和煤气之间热交换的动态平衡区，不激烈，被认为是炉料和煤气之间热交换的动态平衡区，因此有人把它称为因此有人把它称为“空段空段”或或“呆区呆区” 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.2 高炉热

12、交换高炉热交换为研究并阐明这个问题，引用为研究并阐明这个问题，引用“水当量水当量”概念。所概念。所谓水当量就是单位时间内通过高炉某一截面的炉料谓水当量就是单位时间内通过高炉某一截面的炉料（或煤气），其温度升高（或降低）（或煤气），其温度升高（或降低）1所吸收所吸收（或放出）的热量。简言之，水当量就是单位时间（或放出）的热量。简言之，水当量就是单位时间内使煤气或炉料温度改变内使煤气或炉料温度改变1所产生的热量变化。所产生的热量变化。炉料水当量炉料水当量 W料料=G料料C料料煤气水当量煤气水当量 W气气=V气气C气气 （5-3）式中式中 : G料料、V气气分别为通过高炉某一截面上的炉料量和煤气量；

13、分别为通过高炉某一截面上的炉料量和煤气量； C料料、C气气分别为炉料热容和煤气热容。分别为炉料热容和煤气热容。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.2 高炉热交换高炉热交换实际高炉不是一个简单的热交换器，因为在煤气和实际高炉不是一个简单的热交换器，因为在煤气和炉料进行热交换的同时，还进行着传质等一系列的炉料进行热交换的同时，还进行着传质等一系列的物理化学反应，有些吸热，有些放热，使得炉料和物理化学反应，有些吸热，有些放热，使得炉料和煤气的水当量沿高度方向上是变化着的。煤气的水当量沿高度方向

14、上是变化着的。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.2 高炉热交换高炉热交换在高炉下部热交换区（在高炉下部热交换区（），由于炉料中碳酸盐激烈分解，），由于炉料中碳酸盐激烈分解，直接还原反应激烈进行和熔化造渣等，都需要消耗大量热直接还原反应激烈进行和熔化造渣等，都需要消耗大量热量，愈到下部需热量愈大，因此，量，愈到下部需热量愈大，因此，W料料W气气，愈往下愈不，愈往下愈不断增大。即单位时间内通过高炉下部某一截面使炉料温度断增大。即单位时间内通过高炉下部某一截面使炉料温度升高升高1所需之热量远

15、大于煤气温度降低所需之热量远大于煤气温度降低1所放出的热量，所放出的热量，热量供应相当紧张，因此煤气温度迅速下降，而炉料温度热量供应相当紧张，因此煤气温度迅速下降，而炉料温度升高并不快，即煤气的降温速度远大于炉料的升温速度。升高并不快，即煤气的降温速度远大于炉料的升温速度。这样两者之间就存在着较大的温差（这样两者之间就存在着较大的温差（t），而且愈向下愈），而且愈向下愈大。从而推动热交换激烈进行。大。从而推动热交换激烈进行。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.2 高炉热交换高炉热交换煤

16、气上升到中部某一高度后，由于直接还原等耗热反应的煤气上升到中部某一高度后，由于直接还原等耗热反应的减少，间接还原放热反应的进行，减少，间接还原放热反应的进行，W料料逐渐减小，以至在某逐渐减小，以至在某一时刻与一时刻与W气气相等，即相等，即W料料=W气气，此时煤气和炉料间的温差，此时煤气和炉料间的温差很小（很小（t20），并维持相当时间，煤气放出的热量和），并维持相当时间，煤气放出的热量和炉料吸收的热量基本保持平衡，炉料的升温速率大致等于炉料吸收的热量基本保持平衡，炉料的升温速率大致等于煤气的降温速率，热交换进行很缓慢，而成为煤气的降温速率，热交换进行很缓慢，而成为“空段空段”（）。煤气何时、何

17、温度下进入空段？当用天然矿冶炼）。煤气何时、何温度下进入空段？当用天然矿冶炼使用大量石灰石入炉时，空段开始温度取决于石灰石激烈使用大量石灰石入炉时，空段开始温度取决于石灰石激烈分解温度，即分解温度，即900左右。在使用溶剂性烧结矿，高炉不加左右。在使用溶剂性烧结矿，高炉不加石灰石时，则取决于直接还原开始大量发展的温度，即石灰石时，则取决于直接还原开始大量发展的温度，即1000左右。左右。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.2 高炉热交换高炉热交换煤气从空段往上进入上部热交换区（煤气从空段

18、往上进入上部热交换区（）。此外进行着炉）。此外进行着炉料的加热、蒸发和分解以及间接还原反应等。由于所需热料的加热、蒸发和分解以及间接还原反应等。由于所需热量较少，因而，量较少，因而，W料料W气气，即此时单位时间内炉料温度升，即此时单位时间内炉料温度升高高1所吸收的热量小于煤气降温所吸收的热量小于煤气降温1所放出的热量，热量所放出的热量，热量供应充足，炉料迅速被加热，其升温速率大于煤气降温速供应充足，炉料迅速被加热，其升温速率大于煤气降温速率。因此，自下而上，始终保持着愈来愈大的温差，从而率。因此，自下而上，始终保持着愈来愈大的温差，从而进行着较激烈的热交换。而自上而下，炉料的温度便很快进行着较

19、激烈的热交换。而自上而下，炉料的温度便很快接近煤气的温度，进入中部接近煤气的温度，进入中部“空区空区”，W料料W气气。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.2 高炉热交换高炉热交换总的来看，煤气和炉料，一个是放热，一个是吸热；一个总的来看，煤气和炉料，一个是放热，一个是吸热；一个是降温，一个是升温。这一对矛盾取决于煤气和炉料水当是降温，一个是升温。这一对矛盾取决于煤气和炉料水当量的变化。即它们温度升降的速率决定着热交换曲线变化量的变化。即它们温度升降的速率决定着热交换曲线变化的趋势。的趋势

20、。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.3 改善煤气能量利用改善煤气能量利用一、热交换强度与高炉适宜高度的讨论一、热交换强度与高炉适宜高度的讨论由图由图5-3可知，煤气和炉料间的温差在风口水平最大可知，煤气和炉料间的温差在风口水平最大（t=400500），在炉喉料线附近次之（），在炉喉料线附近次之（t=200左左右），而在炉身（空断）最小（右），而在炉身（空断）最小（t=1020），因此，高），因此，高炉高度上热交换强度的变化规律是两头大，中间小。由于炉高度上热交换强度的变化规律是两头大，

21、中间小。由于高炉不论大小，都存在着这样一个热交换达到平衡（或缓高炉不论大小，都存在着这样一个热交换达到平衡（或缓慢）的空断区，因此，过去有人企图增加高炉高度来降低慢）的空断区，因此，过去有人企图增加高炉高度来降低炉顶温度，改善煤气能量利用，其效果不大。炉顶温度，改善煤气能量利用，其效果不大。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.3 改善煤气能量利用改善煤气能量利用既然增加高度徒劳，而空段对热交换作用不大，因此，又既然增加高度徒劳，而空段对热交换作用不大，因此，又有人提出取消空段，大幅度降

22、低高炉高度。这又走向了另有人提出取消空段，大幅度降低高炉高度。这又走向了另一个极端。事实证明，高炉过矮，将妨碍间接还原，使能一个极端。事实证明，高炉过矮，将妨碍间接还原，使能量利用变坏，焦比升高。因此空段尽管热交换缓慢，但却量利用变坏，焦比升高。因此空段尽管热交换缓慢，但却进行着十分重要的间接还原反应等过程，因此，空段虽可进行着十分重要的间接还原反应等过程，因此，空段虽可缩短，但不能取消。高炉应维持一个适宜的高度，既适宜缩短，但不能取消。高炉应维持一个适宜的高度，既适宜的高径比（的高径比（Hu/D）。）。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变

23、电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.3 改善煤气能量利用改善煤气能量利用二、炉料和煤气水当量的比值与炉缸和炉顶煤气温度的关系二、炉料和煤气水当量的比值与炉缸和炉顶煤气温度的关系在高炉操作中，如果炉缸温度（在高炉操作中，如果炉缸温度（t缸缸）升高，而炉顶温度）升高，而炉顶温度（t顶顶）降低，说明热交换进行得好，煤气能量利用改善。提）降低，说明热交换进行得好，煤气能量利用改善。提高高t缸，降低缸，降低t顶顶，同，同W料料/W气气的比值变化不大。的比值变化不大。根据区域热平衡和热交换原理，在上部热交换区（根据区域热平衡和热交换原理，在上部热交换区（段）任段）任一截面上，煤气所含的

24、热量应等于固体炉料吸收的热量与炉一截面上，煤气所含的热量应等于固体炉料吸收的热量与炉顶煤气带走的热量之和（不考虑入炉料物理热）。即：顶煤气带走的热量之和（不考虑入炉料物理热）。即： 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.3 改善煤气能量利用改善煤气能量利用当上端热交换终了，到达空段时，当上端热交换终了，到达空段时， ，于是，于是变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.3 改善煤气能量利用

25、改善煤气能量利用可见，炉顶煤气温度决定于空段温度和可见，炉顶煤气温度决定于空段温度和 的比值。在原料、的比值。在原料、操作稳定的情况下，操作稳定的情况下，t空空一般变化不大，故一般变化不大，故t顶顶主要决定于主要决定于 .变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.3 改善煤气能量利用改善煤气能量利用提高风温，降低焦比，或采用富氧鼓风等减少煤气量的措施，提高风温，降低焦比，或采用富氧鼓风等减少煤气量的措施，都可使都可使W气气降低，降低， 升高，从而使升高，从而使t顶降低。如果由于其它原顶降低。如

26、果由于其它原因，风温的提高并没有使焦比降低，则煤气量不变，因，风温的提高并没有使焦比降低，则煤气量不变，W气气亦不亦不变，变，t顶顶变化也不大。相反，如果风温降低，焦比升高，或者变化也不大。相反，如果风温降低，焦比升高，或者其它任何原因引起焦比升高时，则由于煤气量增加，其它任何原因引起焦比升高时，则由于煤气量增加，W气气增加，增加， 降低，降低，t顶顶升高。升高。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.3 改善煤气能量利用改善煤气能量利用变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电

27、力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.3 改善煤气能量利用改善煤气能量利用此处此处t缸为炉渣温度，缸为炉渣温度，t气气为炉缸煤气温度。由（为炉缸煤气温度。由（5-5）式可见，）式可见，凡能提高凡能提高t气气和降低和降低W料料，提高，提高W气气 /W料料比值的措施，都有利于比值的措施，都有利于提高炉缸温度。提高炉缸温度。提高风温，提高风温，t气气升高，升高，t缸缸增加；但风温提高，焦比降低，增加；但风温提高，焦比降低，W气气减减少，又使少，又使t缸缸降低，其结果降低，其结果t缸缸可能变化不大。如果焦比不变，可能变化不大。如果焦比不变，则则t缸

28、缸增加。增加。富氧鼓风时，富氧鼓风时，N2减少，煤气量减少，减少，煤气量减少，W气气 /W料料降低；然而富降低；然而富氧可大大提高氧可大大提高t气气，结果使，结果使t缸缸升高。升高。综上所述，富氧和高风温对于提高炉缸温度，降低炉顶温度，综上所述，富氧和高风温对于提高炉缸温度，降低炉顶温度，改善煤气能量利用是很有效的措施。两者都可使高温区下移，改善煤气能量利用是很有效的措施。两者都可使高温区下移，间接还原区扩展，从而减少直接还原，使焦比降低。间接还原区扩展，从而减少直接还原，使焦比降低。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统

29、接线组成中一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算对于生产高炉，为了能对冶炼过程进行全面、定量的深入研对于生产高炉，为了能对冶炼过程进行全面、定量的深入研究，发现增产、节焦的薄弱环节，提出努力方向和改革措施，究，发现增产、节焦的薄弱环节，提出努力方向和改革措施，也常要进行物料平衡和热平衡计算。也常要进行物料平衡和热平衡计算。5.1.4.1 高炉能量利用计算高炉能量利用计算高炉物料平衡和热平衡以配料计算为基础，并严格遵守质量高炉物料平衡和热平衡以配料计算为基础，并严格遵守质量守恒和能量守恒定律。守恒和能量守恒定律。一、配料计算和物料平衡一、配料计算和物料平衡配料计算的目的是根

30、据已知原、燃料成分和冶炼条件来决定配料计算的目的是根据已知原、燃料成分和冶炼条件来决定矿石、燃料和熔剂的需要量，以获得性能良好的炉渣和合乎矿石、燃料和熔剂的需要量，以获得性能良好的炉渣和合乎规格的生铁，并为编制物料平衡和热平衡打好基础。规格的生铁，并为编制物料平衡和热平衡打好基础。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算配料计算和物料平衡必须具备以下数据：配料计算和物料平衡必须具备以下数据：1 各种原料（包括喷吹物）的全分析（各种成分的总和应调各种原料（包

31、括喷吹物）的全分析（各种成分的总和应调整到整到100%）；）；2 计算得到或实际所用的各种原料（包括喷吹物）重量，生计算得到或实际所用的各种原料（包括喷吹物）重量，生铁产量、渣量、炉尘吹出量；铁产量、渣量、炉尘吹出量；3 冶炼铁种及成分，炉渣成分和碱度，炉尘的成分；冶炼铁种及成分，炉渣成分和碱度，炉尘的成分；4 炉顶煤气成分；炉顶煤气成分；5 鼓风参数（包括富氧程度、湿分等）；鼓风参数（包括富氧程度、湿分等）；6 各种元素在生铁、炉渣、煤气中的分配比例等。各种元素在生铁、炉渣、煤气中的分配比例等。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接

32、线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算为了编制物料平衡必须进行风量和煤气量的计算。为了编制物料平衡必须进行风量和煤气量的计算。计算风量是根据碳平衡原理，首先计算出风口前被鼓风中的计算风量是根据碳平衡原理，首先计算出风口前被鼓风中的氧所燃烧的碳量（氧所燃烧的碳量（C风风） （5-6）式中式中 C氧化氧化被鼓风和炉料中氧所氧化的碳量，被鼓风和炉料中氧所氧化的碳量，kg； C直直被炉料中氧所氧化的碳量（即被炉料中氧所氧化的碳量（即Si、Mn、P、Fe直接还原消耗碳量），直接还原消耗碳量），kg。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相

33、连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中

34、一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算 二、热平衡二、热平衡 通过热平衡计算可以了解高炉冶炼过程热量利用情况，从通过热平衡计算可以了解高炉冶炼过程热量利用情况，从而找到改善热能利用、降低焦比的途径。而找到改善热能利用、

35、降低焦比的途径。 常见的热平衡计算法有两种。常见的热平衡计算法有两种。第一种是建立在盖斯定律基础上的，即依入炉物料的初态和出炉产物第一种是建立在盖斯定律基础上的，即依入炉物料的初态和出炉产物的终态来计算而与炉内实际反映过程无关。的终态来计算而与炉内实际反映过程无关。第二种是按炉内实际反应过程来计算热量消耗。第二种是按炉内实际反应过程来计算热量消耗。 前者比较简便，但不考虑实际过程；后者比较实际，但计前者比较简便，但不考虑实际过程；后者比较实际，但计算较繁。此处还有算较繁。此处还有“区域热平衡法区域热平衡法”，可根据高炉特定区，可根据高炉特定区域，如高炉下部的实际需要来进行。域，如高炉下部的实际

36、需要来进行。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算实际生产中多用第一种实际生产中多用第一种热平衡法热平衡法。它是先分别计算出冶炼过。它是先分别计算出冶炼过程中的热收入项和热支出项，然后编制出热平衡法，根据程中的热收入项和热支出项，然后编制出热平衡法，根据能量守恒定律，热收入应等于热支出来进行比较和检查。能量守恒定律，热收入应等于热支出来进行比较和检查。举例如表举例如表5-2。其中热支出第九项外部热损失，系根据热收入。其中热支出第九项外部热损失，系根据热收

37、入总和减去前八项热支出之和得出。关键是看它所占百分数总和减去前八项热支出之和得出。关键是看它所占百分数是否在合理范围以内。冶炼炼钢生铁时，此值一般为是否在合理范围以内。冶炼炼钢生铁时，此值一般为36%，铸造生铁一般为，铸造生铁一般为610%。当然希望外部热损失低。当然希望外部热损失低一些好。此值过高，说明计算有错误，或焦比选择不当，一些好。此值过高，说明计算有错误，或焦比选择不当，应予以检查和调整。如果测试手段齐备，外部热损失也可应予以检查和调整。如果测试手段齐备，外部热损失也可用准确实测数据来计算。用准确实测数据来计算。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完

38、成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算5.1.4.2 高炉操作线图及其应用高炉操作线图及其应用长期来，高炉工作者习惯于应用图长期来，高炉工作者习惯于应用图4-8的的rd-

39、C曲线来分析还原曲线来分析还原和热消耗过程对焦比的影响。但该图没有表达出冶炼过程和热消耗过程对焦比的影响。但该图没有表达出冶炼过程风量和煤气成分的变化；同时要做出热量消耗曲线，往往风量和煤气成分的变化；同时要做出热量消耗曲线，往往需要进行繁杂的热平衡计算。需要进行繁杂的热平衡计算。1967年，法国学者年，法国学者A里斯特（里斯特（ARist）和）和N梅依森梅依森（NMeyssem）提出高炉操作线图（简称操作线），能）提出高炉操作线图（简称操作线），能直接表达出高炉冶金过程直接表达出高炉冶金过程Fe-O-C体系的变化和高炉各生体系的变化和高炉各生产指标间的内在联系，对分析高炉冶金全过程甚为方便。

40、产指标间的内在联系，对分析高炉冶金全过程甚为方便。这是高炉冶炼理论的一个重要发展。这是高炉冶炼理论的一个重要发展。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算一构成操作线的基本原则一构成操作线的基本原则高炉冶炼主要反应都涉及氧，是氧从铁矿石和鼓风移向或转高炉冶炼主要反应都涉及氧，是氧从铁矿石和鼓风移向或转变成煤气的进程。如铁矿

41、石的还原，碳的燃烧和气化等。变成煤气的进程。如铁矿石的还原，碳的燃烧和气化等。在这些涉及氧的反应中，氧有三个来源在这些涉及氧的反应中，氧有三个来源铁的氧化物、铁的氧化物、脉石中的氧化物和鼓风中的氧。氧也有三个去向脉石中的氧化物和鼓风中的氧。氧也有三个去向高温高温区碳氧化（包括燃烧和气化），最终生成区碳氧化（包括燃烧和气化），最终生成CO；直接还原，；直接还原，铁及其它氧化物中的氧被碳夺取变成铁及其它氧化物中的氧被碳夺取变成CO；间接还原，铁；间接还原，铁及其它氧化物中的氧被及其它氧化物中的氧被CO夺取变成夺取变成CO2，这些生成或转，这些生成或转变成的变成的CO和和CO2，最终都进入煤气。，最

42、终都进入煤气。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算Rist操作线正是抓住操作线正是抓住“氧的转移氧的转移”这个高炉冶炼最本质的特这个高炉冶炼最本质的特征来描述高炉过程。征来描述高炉过程。在物料平衡和热平衡中，常以在物料平衡和热平衡中，常以1吨生铁来计算。而操作线则以吨生铁来计算。而操作线则以1个铁原子，实际用个铁原子，实际用1kmolFe，即质量为，即质量为56kg的铁为基准的铁为基准来计算。这样，能更好的反应出化学反应是以原子、分子来计算。这样，能更

43、好的反应出化学反应是以原子、分子为单位进行的本质。例如为单位进行的本质。例如工业单位工业单位 72kg 12kg 56kg 22.4m3化学反应单位化学反应单位 1分子分子 1原子原子 1原子原子 1分子分子变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算操作线图系一平面直角坐标（图操作线图系一平面直角坐标（图5-4），），X轴为氧、碳原子比，轴为氧、碳原子比，即即O/C，主要用来表示氧的去向。，主要用来表示氧的去向。Y轴为氧、铁原子比，轴为氧、铁原子比，即即O/

44、Fe，主要用来表示氧的来源。，主要用来表示氧的来源。在在X、Y平面上，线段平面上，线段AB及其投影及其投影X（或（或x）和）和Y（或（或y），），代表一种特定类型的氧的迁移。相应的氧的流量代表一种特定类型的氧的迁移。相应的氧的流量nO与沿与沿着着X轴的煤气中的碳量轴的煤气中的碳量nC有关，也与沿着有关，也与沿着Y轴的固体炉料轴的固体炉料中的铁量中的铁量nFe有关。有关。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站

45、的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算线段线段AB的斜率的斜率由于由于x，y均为正值，所以斜率均为正值，所以斜率u亦为正值。斜率等于碳同铁的亦为正值。斜率等于碳同铁的产物量的比值，即产物量的比值，即nC/nFe，实际就是用，实际就是用C/Fe原子比表示原子比表示的单位原子铁的碳量消耗，也就是以比值（分子的单位原子铁的碳量消耗，也就是以比值（分子CO/原子原子Fe）表示的单位原子铁的还原气体消耗量。）表示的单位原子铁的还原气体消耗量。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接

46、线组成中一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算可见，斜率的意义在实际上与焦比（或燃料比）是完全一致可见，斜率的意义在实际上与焦比（或燃料比）是完全一致的。当原料和冶炼条件一定时，焦比或的。当原料和冶炼条件一定时，焦比或C/Fe原子比是一个原子比是一个定值。由于定值。由于u=C/Fe原子比一定，故原子比一定，故O/Fe与与O/C原子比或原子比或Y与与X呈直线关系。呈直线关系。当表示若干氧的迁移过程时所有的线段都具有同一斜率当表示若干氧的迁移过程时所有的线段都具有同一斜率u，而，而且可按一定顺序在斜率为且可按一定顺序在斜率为u的同一条直线的同一条直线AE上互相衔接起上互相衔接

47、起来，就构成所谓的操作线（图来，就构成所谓的操作线（图5-5），由于是以原子比为），由于是以原子比为计量单位，所以操作线计量单位，所以操作线AE时一条直线，其斜率时一条直线，其斜率u=C/Fe原原子比。实际代表了焦比或燃料比。子比。实际代表了焦比或燃料比。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算二操作线图各组成部分的理论分析二操作线图各组成部分的理论分析取纯碳（取纯碳（X=0）和纯铁（）和纯铁（Y=0）为坐标原点）为坐标原点O。引三条垂直线引三条垂直线：X

48、=0，纯碳，即，纯碳，即Y轴；轴；X=1，纯，纯CO气体，这里气体，这里O/C=1，即，即GF线；线；X=2，纯，纯CO2气体，这里气体，这里O/C=2，即，即HX线（线（H点对点对X轴的垂轴的垂线）。线）。引两条水平线：引两条水平线：Y=0，纯铁，即，纯铁，即X轴；轴；Y=yO，即，即yOH线，表示炉料中铁的氧化度（线，表示炉料中铁的氧化度（O/Fe原子比）。原子比）。例如，例如，Fe2O3=3/2=1.5；Fe3O4=1.33；FeO=1.0。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.4

49、高炉能量利用计算高炉能量利用计算在在GF线左侧，线左侧，OX1的区间，为高炉下部的区间，为高炉下部C氧化为氧化为CO的直的直接还原区，并用来描述还原性气体的生成。接还原区，并用来描述还原性气体的生成。在在GF线右侧，线右侧，1X2的区间，为的区间，为CO转化为转化为CO2的直接还原的直接还原区，并用来描述还原性气体的利用。区，并用来描述还原性气体的利用。在在X轴以上，即轴以上，即0YyO的区间，用来表示炉料中铁氧化物提的区间，用来表示炉料中铁氧化物提供的氧，并用以描述整个高炉内铁的还原过程。其中供的氧，并用以描述整个高炉内铁的还原过程。其中AB部部分在分在Y轴上的投影即轴上的投影即yi，为用于

50、间接还原，使，为用于间接还原，使CO转变为转变为CO2的氧；的氧；BC部分在部分在Y轴上的投影即轴上的投影即yd，为用于直接还原，为用于直接还原，使使C变为变为CO的氧。因此，铁氧化物中提供的氧，既参与了的氧。因此，铁氧化物中提供的氧，既参与了还原气体的生成，有参与了还原性气体的利用。还原气体的生成，有参与了还原性气体的利用。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分5.1.4 高炉能量利用计算高炉能量利用计算在在X轴以下，坐标平面负的轴以下，坐标平面负的y值一边，说明除铁的氧化物外，值一边，说明除