。1408 北京科技大学学报 第32卷 60r 对选择高炉适宜的喷煤比和富氧率，确定炉缸的活 Si(),-Al,0Ca0MgoFr0) 50 跃程度、炉缸温度正常与否起着重要的指导作用. 40 理论燃烧温度是由风口局部区域的热平衡计算 30 得出，其基准温度一般采用常温。以常温为基准则 无需考虑喷吹燃料和输送燃料的压缩空气所带入的 10 物理热.通常计算理论燃烧温度(T)采用下面的 0 公式： 0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.0 风口前距离m Qa十Qi十Qm-Qm-Qac (1) 图32000㎡高炉风口试样渣中主要成分 T Ca(Ce Fg 3 Main composition of sample slag in the tuyere of a2000 m 式中：Q为风口前碳素燃烧生成CO放出的热量， blast fumace k」Q为鼓风中带入的物理热，kyQ为焦炭带入的 得两者的百分比最初明显增加，CO含量下降.试 物理热，kdQ为鼓风中湿分分解耗热，kdQ为喷 样中渣的SQ含量随着与风口前距离的增加，出现 吹燃料的分解耗热，k!G为高炉炉缸气体中Q 先增加、后下降，然后略增加，接近稳定，这表明在风 N的平均热容，kJm3。℃：C为高炉炉缸气体中 口前15m发生了S被还原成SO的反应.S0 H的平均热容，km3。℃-：M,和K为高炉 还原会使风口前的热量发生变化，导致风口前理论 炉缸煤气中CQy和H的体积，. 燃烧温度也发生相应的变化 式(1)中焦炭进入风口回旋区的温度取 2.2风口前焦炭和煤粉中S0还原率的确定 1500℃，而通过对高炉风口取出试样中焦炭炭化度 从图3可见，在风口前2.0m之内，试样中渣的 的实验研究，发现其温度为1800~2100℃0-”. S0含量在1.5m处发生了较大的变化.该高炉风 这是由于高炉风口取样是在高炉休风后进行的，高 口回旋区长约1.5四1.5m点与其他两点(05和 炉生产时，风口前回旋区内是空的，风口试样取出的 1.0m处)的S0质量分数平均值0.29相比，下降 焦炭是高炉休风后从炉腹落入风口回旋区的，因此风 了9%，即在15m处有31%的S被还原. 口试样中取出的焦炭不是回旋区的焦炭，而是炉腹进 喷吹煤粉灰分中S门还原率：在高炉生产中， 入风口回旋区的焦炭，即测定出风口试样中的焦炭温 煤粉直接被喷入风口回旋区.根据图3的结果，渣 度为焦炭进入回旋区的温度.因此进入焦炭风口回 中SO含量发生明显变化的位置在1.5m处，该处 旋区的温度取值要比取样测定的温度低很多. 约有3%的SQ被还原，此还原区域的宽度约为 考虑高炉风口前S被还原成气态SO所耗的 0.5四那么喷吹煤粉的灰分落在此还原区域的比例 热量和进入高炉风口焦炭的实际温度，对式(1)修 应为0.51.5=33%（回旋区长度为1.5m,因此认 正得 为高炉喷吹煤粉的灰分中S0的还原率为0.31× Q:+Qi+Qo-Qa-Qkc-QD 0.33=102%. I=G飞+飞)+C+G0 (2) 风口前焦炭中SQ还原率：在全焦治炼条件 式中：Q0为SQ还原成SO的热耗(k),Q= 下，入炉焦炭约有70%是在风口回旋区消耗的，在 △Ho(a,Mm十2M)/60其中a1为风口前焦炭中 大喷煤条件下，消耗率约为60%.可以认为，在 S还原成SO的还原率，a2为喷吹煤粉中S0还 回旋区内33%焦炭的灰分在1.5m的位置，该处有 原成SO的还原率，△Hs为SQ被C还原成SO的 31%的S0被还原，则入炉焦炭灰分中S0的还原 焓变（这里取666570kmot'),M、M分别为 率为0.60×033×0.31=6.1%. 焦炭和煤粉中所含S0的质量(k妈，60为S①的相 对分子质量；C为高炉炉缸气体中SD的平均热 3理论燃烧温度公式的修正 容，km3。℃-；为高炉炉缸煤气中SD的体 理论燃烧温度是在绝热条件下所有入炉燃料进 积，m 行不完全燃烧，燃料和鼓风所含热量以及燃烧反应 4计算公式修正前后的结果 放出的热量全部传给燃烧产物所能达到的温度.由 此定义可知，计算高炉理论燃烧温度的前提是风口 计算风口理论温度时，风温为1200℃富氧率 循环区为绝热系统，采用的是物质平衡和热平衡，它 为25%，湿度为1%，炉顶煤气成分见表2（用于北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 图 3 2 000m3高炉风口试样渣中主要成分 Fig.3 Maincompositionofsampleslaginthetuyereofa2 000m3 blastfurnace 得两者的百分比最初明显增加, CaO含量下降 .试 样中渣的 SiO2含量随着与风口前距离的增加, 出现 先增加 、后下降, 然后略增加, 接近稳定, 这表明在风 口前 1.5 m发生了 SiO2被还原成 SiO的反应 .SiO2 还原会使风口前的热量发生变化, 导致风口前理论 燃烧温度也发生相应的变化. 2.2 风口前焦炭和煤粉中 SiO2还原率的确定 从图 3可见, 在风口前 2.0m之内, 试样中渣的 SiO2含量在 1.5 m处发生了较大的变化 .该高炉风 口回旋区长约 1.5 m, 1.5 m点与其他两点 ( 0.5 m和 1.0m处 )的 SiO2质量分数平均值 0.29 相比, 下降 了 9%, 即在 1.5 m处有 31%的 SiO2被还原. 喷吹煤粉灰分中 SiO2还原率:在高炉生产中, 煤粉直接被喷入风口回旋区 .根据图 3的结果, 渣 中 SiO2含量发生明显变化的位置在 1.5 m处, 该处 约有 31%的 SiO2被还原, 此还原区域的宽度约为 0.5m, 那么喷吹煤粉的灰分落在此还原区域的比例 应为 0.5 /1.5 =33%(回旋区长度为 1.5 m), 因此认 为高炉喷吹煤粉的灰分中 SiO2的还原率为 0.31 × 0.33 =10.2%. 风口前焦炭中 SiO2还原率 :在全焦冶炼条件 下, 入炉焦炭约有 70%是在风口回旋区消耗的, 在 大喷煤条件下, 消耗率约为 60% [ 9] .可以认为, 在 回旋区内 33%焦炭的灰分在 1.5 m的位置, 该处有 31%的 SiO2被还原, 则入炉焦炭灰分中 SiO2的还原 率为 0.60 ×0.33 ×0.31 =6.1%. 3 理论燃烧温度公式的修正 理论燃烧温度是在绝热条件下所有入炉燃料进 行不完全燃烧, 燃料和鼓风所含热量以及燃烧反应 放出的热量全部传给燃烧产物所能达到的温度.由 此定义可知, 计算高炉理论燃烧温度的前提是风口 循环区为绝热系统, 采用的是物质平衡和热平衡, 它 对选择高炉适宜的喷煤比和富氧率, 确定炉缸的活 跃程度、炉缸温度正常与否起着重要的指导作用 . 理论燃烧温度是由风口局部区域的热平衡计算 得出, 其基准温度一般采用常温 .以常温为基准则 无需考虑喷吹燃料和输送燃料的压缩空气所带入的 物理热.通常计算理论燃烧温度 ( Tf) 采用下面的 公式 : Tf= Qca +Qwi+Qco -Qwa -Qde Cp1 ( VCO +VN2 ) +Cp2 VH2 ( 1) 式中 :Qca为风口前碳素燃烧生成 CO放出的热量, kJ;Qwi为鼓风中带入的物理热, kJ;Qco为焦炭带入的 物理热, kJ;Qwa为鼓风中湿分分解耗热, kJ;Qde为喷 吹燃料的分解耗热, kJ;Cp1为高炉炉缸气体中 CO、 N2的平均热容, kJ·m -3 ·℃ -1;Cp2为高炉炉缸气体中 H2的平均热容, kJ·m -3 ·℃ -1 ;VCO、VH2和 VN2为高炉 炉缸煤气中 CO、N2和 H2的体积, m 3 . 式 ( 1 ) 中焦 炭 进入 风口 回 旋区 的温 度 取 1 500 ℃, 而通过对高炉风口取出试样中焦炭炭化度 的实验研究, 发现其温度为 1 800 ～ 2 100 ℃ [ 10 -11] . 这是由于高炉风口取样是在高炉休风后进行的, 高 炉生产时, 风口前回旋区内是空的, 风口试样取出的 焦炭是高炉休风后从炉腹落入风口回旋区的, 因此风 口试样中取出的焦炭不是回旋区的焦炭, 而是炉腹进 入风口回旋区的焦炭, 即测定出风口试样中的焦炭温 度为焦炭进入回旋区的温度.因此进入焦炭风口回 旋区的温度取值要比取样测定的温度低很多. 考虑高炉风口前 SiO2被还原成气态 SiO所耗的 热量和进入高炉风口焦炭的实际温度, 对式 ( 1)修 正得 Tf = Qca +Qwi+Qco -Qwa -Qde -QSiO2 Cp1 (VCO +VN2 ) +Cp2 VH2 +Cp3 VSiO ( 2) 式中 :QSiO2为 SiO2还原成 SiO的热耗 ( kJ), QSiO2 = ΔHSiO( α1 Mco +α2 Mcl) /60, 其中 α1为风口前焦炭中 SiO2还原成 SiO的还原率, α2为喷吹煤粉中 SiO2还 原成 SiO的还原率, ΔHSiO为 SiO2被 C还原成 SiO的 焓变 (这里取 666 570 kJ·mol -1 ) [ 12] , Mco、Mcl分别为 焦炭和煤粉中所含 SiO2的质量 ( kg), 60为 SiO2的相 对分子质量 ;Cp3为高炉炉缸气体中 SiO的平均热 容, kJ·m -3 ·℃ -1 ;VSiO为高炉炉缸煤气中 SiO的体 积, m 3. 4 计算公式修正前后的结果 计算风口理论温度时, 风温为 1 200 ℃, 富氧率 为 2.5%, 湿度为 1%, 炉顶煤气成分见表 2 [ 9] (用于 · 1408·