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内蒙古工业大学本科科研训练论文
产报表中的煤气分析值不准确，需要加以调整。调整的方法是通过炉顶煤气分析中的含氧量计算出混入的空气数量，将这一部分空气量从炉顶煤气中扣除，然后重新计算煤气成分。再次，炉尘量及其成分调整：生产高炉的物料平衡计算中，炉尘量是不可缺少的一项。应力求使统计的炉尘数量及其成分分析准确。首先调整实际炉尘量。此外还需要通过CaO平衡计算渣量、通过碳平衡计算煤气量、通过氮平衡计算风量、通过氢平衡计算还原生成的水量。
2.3 热平衡计算方法
2.3.1 热平衡计算方法概述
热平衡有三种不同的计算方法，第一种叫热工法，第二种叫格留涅尔法，第三种叫奥盖尔曼法。三种热平衡计算法的主要区别，在于热收入项中对燃料燃烧放热量的不同理解上，第一种计算法认为燃料的低发热量就是它的收入，第二种计算法认为按燃料在炉内燃烧过程中实际形成的CO2和CO数量来计算它的热收入，第三种计算法认为只按风口前燃烧的C放出的热量来计算它的热收入。由于对燃料燃烧放热量的上述不同理解，所以，三种热平衡中分别出现不同的热支出项，第一种热平衡中有氧化物的分解热、炉顶煤气热值及未燃烧碳的热值，第二种热平衡中有氧化物的分解热，第三种热平衡中有炉内反应吸热。根据计算分析的不同目的，可以采用不同的热平衡计算法。对高炉整体进行热工分析时，采用第一种热平衡较方便，对焦比的影响因素进行计算分析时，可采用第二种和第三种热平衡。
常用的热平衡计算方法[8]有两种。第一种是根据热化学的盖斯定律，即按入炉物料的初态和出炉物料的终态计算，而不考虑炉内实际反应过程。此法又称总热平衡法。它的不足是没有反应出高炉冶炼过程中放热反应和吸热反应所发生的具体空间位置，这种方法比较简便，计算结果可以判断高炉冶炼热工效果，检查配料计算各工艺技术参数选取是否合理，它是经常采用的一种计算方法。第二种是区域热平衡法。这种方法以高炉局部区域为研究对象，常将高炉下部直接还原区域进行热平衡计算，计算其中热量的产生和消耗项目，这比较准确地反应高炉下部实际情况，可判断炉内下部热量利用情况，以便采取相应的技术措施。该计算比较复杂。要从冶炼现场测取大量工艺数据方可进行。国内外许多文献的作者们认为通过高温区热平衡来计算焦比较全炉热平衡来计算焦比更准确，理由是高上部区热交换进行的比较彻底的情况下边界处炉
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料与煤气温度差很小，只有20~50℃，并且很稳定，不像在全炉热平衡中必须选定的炉顶温度那样，随冶炼条件的变化而发生很大的波动。但实际上在上部热交换区内炉料粒度组成与分布及其运动状态极不均匀的情况下，难以想象上部热交换区内热交换进行的总是那样彻底，以至于边界处炉料与煤气之间的温度差在无论何种冶炼条件下总能保持在20～50℃的水平，它也会发生很大波动，因此，区域热平衡一定比全炉热平衡更准确的论断缺乏充分的根据。
2.3.2第一种热平衡计算
热收入通常包括以下五项：碳素氧化热、氢氧化放热和CH4生成热、成渣（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量）炉料物理热。对热收入项分别进计算，然后得到总的热量。各种冶炼指标当中，最重要的一项就是焦比。它是代表高炉能耗高低的基本指标，其它许多指标都是由它派生出来的，如风量、煤气量、煤气、成分、渣量、相对产量等，焦比一旦被确定，这些指标亦随之确定。因此，通过计算弄清各种因素对焦比的影响，并确定两者之间的定量关系，是高炉工艺计算中的核心问题。计算焦比的依据是炉内热平衡。虽然焦炭在炉内的作用不局限于提供热量，还有还原剂与保证料柱透气性的骨架作用，但当前条件下，决定焦比的限制性因素是单位生铁的热量需要，因此，可以根据热平衡确定焦比。为此，需要建立以焦比因素为待解未知数的热平衡方程，同时计算全部热支出。
氧化物分解耗热，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%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。它包括：铁氧化物的分解耗热、锰氧化物分解耗热、硅氧化物分解耗热、磷酸钙分解磷的耗热.除了氧化物分解耗热，此外还包括脱硫耗热、 碳酸盐分解耗热、水分分解耗热、炉料游离水的蒸发耗热、喷吹物分解耗热、铁水和炉渣带走热量、炉顶煤气带走热量、高炉热损失。
2.3.3第二种热平衡计算
热平衡中属于物理热的项目有：鼓风带入的热量、炉料带入的热量、炉料游
离水的蒸发耗热、生铁、炉渣带走的热量、炉顶煤气（包括炉尘、水蒸气）带走的热
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量。计算包括风口前碳素燃烧热的计算、铁及合金元素还原耗热的计算、脱硫耗热、碳酸盐分解耗热、氢的反应热等
此外，铁氧化物的还原耗热包括：硅酸铁分解出FeO耗热、Fe2O3还原到FeO耗热、Fe3O4还原到FeO耗热、H2还原FeO耗热、C还原FeO耗热、合金元素还原耗热：这项耗热是指生铁中合金元素Si、Mn、P等还原所消耗的热量，这些元素的数量由生铁成分确定，还原反应的热效应决定于高炉中发生的还原反应的情况。此外还包括：硅的还原耗、锰的还原耗热、磷的还原耗热、其他合金元素耗热
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第三章 高炉物料平衡和热平衡发展趋势
3.1高炉物料平衡和热平衡的研发前景
高炉目前以喷吹煤粉[9]为主，冶金工作者为了提高高炉煤粉喷吹量而不断研究和开发新技术，改进操作设备等等，但到现在为止还没有取得理想的效果和作用；从另一方面来看高炉喷吹煤粉也会给高炉冶炼带来许多负面的影响。因此在充分调查研究的础上提出了高炉富氧喷吹煤气的新工艺，主要特点是通过煤造气，用煤气代替煤粉进行喷吹，使高炉冶炼过程趋于简单化，避免了喷吹煤粉给高炉冶炼带来的不利影响。由富氧喷吹煤气高炉物料平衡和热平衡计算结果，对不同冶炼条件下的计算结果进行了分析，总结出高炉喷吹煤气后热量利用情况和热平衡变化规律，从理论上初步证实了新工艺的可行性：并进行最低焦比的探讨，从而确定新工艺条件下的最低焦比，得出了焦比和直接还原度正比的直线关系。从新工艺和传统高炉冶炼工艺的工艺参数之间的对比分析结果可以看出：与传统高炉工艺相比，新工艺在许多方面都有着显著的优点。它不仅可以降低焦比约40％左右，还有炉内还原气氛强、冶炼强度高、能耗少、炉顶煤气热值高等优点，具有十分诱人的开发应用前景。富氧喷吹煤气的操作工艺可以通过对煤气喷吹量的控制，可对风口理论燃烧温度进行灵活的调节；通过高炉喷吹煤气成分的变化，使高炉上下部热量达到更加均衡的分配，彻底消除了喷吹煤粉给高炉冶炼带来的负面影响。
此外还有高炉热平衡测试，高炉热平衡测试[10]是评价高炉热能利用、分析高炉热工特性的有效方法；对寻求高炉节能降耗、提高生产效率和提高设备寿命有重大实际意义；通过热平衡测试与分析，为改进高炉的操作及技术改造提供科学依据。
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