區域熱平衡圖

區域熱平衡圖解分析是理查特在1927年根據高爐內熱交換和熱平衡特點而創立的。儘管提出較早，但由於當時人們對高爐內熱交換，尤其是區域熱平衡還認識不清、理解不透，一些學術權威對區域熱平衡持批判甚至否定的態度，所以區域熱平衡圖解分析在較長時問內未被人們重視。隨著高爐內熱交換研究的進展和對區域熱平衡認識的提高，該圖解法現在已被套用於分析高爐冶煉。

基本介紹

• 中文名：區域熱平衡圖
• 外文名：areal thermobalance graphic of blast furnace
• 學科：冶金工程
• 提出人：理卡特
• 提出時間：1927年
• 套用：高爐煉鐵

區域熱平衡圖及分析

20世紀初馬西修斯(W.Mathesius)提出了區域熱平衡概念，而理卡特(P.Richardt)於1927年根據高爐熱交換和區域熱平衡特點創立了溫度—熱量圖(圖1)，成為描述高爐煉鐵的最早的熱平衡模型。所以區域熱平衡圖又稱理卡特圖，理卡特圖是以高爐具有煤氣發生供熱和熱交換兩功能為基礎的。進入高爐內的燃料遇到熱風燃燒形成CO放出熱量，這熱量加熱燃燒產物(爐缸煤氣)到一定溫度t缸(2000～2350℃)。在上升過程中高溫煤氣通過熱交換將熱傳給爐料，供加熱爐料和冶煉過程的物理化學反應的需要，到煤氣離開高爐時，溫度降到t頂。

熱交換曲線圖圖解分析

理卡特以溫度為橫坐標，煤氣放出熱量△H為縱坐標，把煤氣供熱和冶煉過程中各區域的需熱繪製在t-△H圖上(圖2)。如果把高爐分為上下兩個區域，則高爐上下的熱量供求線與高爐熱交換曲線是相對應的。從圖2可以看出RS表示高爐上部冶煉所要求的熱量線；CR表示高爐下部冶煉要求的熱量線，而AG為高爐煤氣的供熱線。在高爐內熱交換達到極為理想的狀態下，熱貯備區內煤氣和爐料之間的溫差△t=0，這時煤氣供熱線與爐子上下部要求的熱量線的轉折點R相切。這個R點就是高爐煉鐵熱量供求上決定最低焦比的肩點，理卡特及其他學者就是利用這一特性，分析高爐冶煉和計算高爐冶煉的最低焦比的。在實際生產中高爐內熱貯備區內煤氣溫度和爐料溫度並不相等，而是有一定的溫度差△t=50～100℃，因此實際的煤氣供熱線是A′G′，它不與R點相切，而是通過R′點。

圖解分析

在20世紀20年代人們對高爐煉鐵過程還沒能科學地掌握的情況下，理卡特設定高爐的熱平衡分為4個區(圖1)：

(1)從0～900℃區內進行水分蒸發、結晶水分解、氧化鐵的間接還原以及加熱爐料到900℃(需熱線RS);

(2)900～1200℃區內進行石灰石分解，爐料進一步加熱，理卡特認為石灰石在900℃分解完畢，所以在圖中出現RH垂直台段;

(3)1200～1400℃區進行鐵的直接還原及鐵和渣的熔化和過熱，他又認為鐵的直接還原全部在1400℃時進行，所以圖上出現第2個垂直台段DF段;

(4)1400℃以上區進行Si、Mn及其他元素的直接還原和其他過程。這樣在高爐煉鐵過程的需熱線上出現多個折點，決定焦比的肩點可能是R點，也可能是D點。現在人們已對高爐煉鐵過程有了較清楚的科學的認識，例如石灰石不可能在900℃分解完畢，鐵的直接還原也不完全是在1400℃時進行，因此不會出現RH和DF段。

區域熱平衡圖只要分成上下部兩個區域，以R點為肩點確定焦比。儘管理卡特當時在認識上與高爐生產實際有差距，但他的這項研究和創見仍是極有價值的，他的t-△H圖在很大程度上幫助人們更深入地理解各種因素對焦比的影響，後來很多研究者完善了區域熱平衡，並用它計算高爐煉鐵的焦炭消耗量。