火法冶金过程热平衡发表评论(0)编辑词条

　　火法冶金过程热平衡(heat balance in Pyrometallurgical process)

　　向炉(窑)内提供的热量等于被加热物料达到工艺要求时所吸收的热量与各种热损失总和的状态，这是一种与湿法冶金过程相对应的高温冶金过程的热平衡。冶金过程的能量平衡的最普通的形式是热平衡，更确切地说是热能平衡，简称热平衡。在冶金炉(窑)设计之前，只有依据原料、燃料条件进行全面系统的物料平衡与热平衡计算得出各种数据后，才能进行冶金炉(窑)的设计。对于特定的火法冶金过程，也需要通过热平衡计算确定热量利用、消耗及损失情况，从而判断热量的利用效率，找出节能的有效途径或最佳工艺。

　　计算原则 热平衡是以物料计算为基础，并严格遵守能量守恒定律。在稳定状态下，热平衡的形式为：输入热量=输出热量

　　在非稳定状态，连续操作的冶金过程的热平衡形式为：输入热量=输出热量+蓄热 但在通常情况下，难以准确测量蓄热，所以尽可能取稳定状态下的数据为好。因此，对于连续操作过程，最好避开测取新炉的前几炉数据。

　　计算方法 在计算时只考虑过程的热量输入和热量的输出。热量输入通常包括：

　　(1)物料带入炉内的物理显热；

　　(2)物料发生化学反应放热产生的热量；

　　(3)由系统外供热。

　　热量输出通常包括：

　　(1)由物料带出炉外的物理显热；

　　(2)吸热反应吸收的热量；

　　(3)状态改变而吸收的热量；

　　(4)向周围环境的散热损失。

　　热损失的种类繁多，主要是炉气和冷却水带走的热量、炉墙的蓄热与散热。其中以炉气带走的热量较多，而且在输出热量中所占比例差别很大。其他如炉墙蓄热与散热，炉门溢气与辐射，燃料的不完全燃烧等热损失在正常情况下约占热量总输入的10％～20％。近年来采取减少热损失的措施有回收炉气带走的热量，使炉内冷却件绝热，实现炉墙轻型化、加大炉墙热阻及采用汽化水套等。根据不同类型和不同热效率的加热炉与热处理炉的测量数据的统计分析，就可得出工业炉(窑)的综合热平衡。铜镍精矿电炉熔炼热平衡如图所示。由图可以看出，充分利用炉气及炉渣的余热，进一步减少炉墙和辐射热损失以及设法利用产品带走的热量，是冶金炉(窑)节能的主要途径。

　　计算要注意的事项 热平衡计算的主要注意事项有：(1)参考温度的选择；(2)物质标准状态的选择；(3)物质单位选择；(4)时间与周期的选择；(5)基础数据的选择。

　　(1)参考温度的选择。由基尔戈夫(Kirchhoff)定律可知，化学反应的热效应与温度有关，因此，在进行热平衡计算时，要注意参考温度的选择。为了选用物料生成热数据方便，以选择298K(25℃)为好。习惯上选用273K(O℃)或291K(18℃)作为参考温度的也不少。在个别情况下，还可以选用过程的特有温度作为参考温度。

　　(2)物质标准状态的选择。在进行热平衡计算时，应搞清楚各种原料、燃料的标准状态。通常选择298K下的稳定状态作为物质的标准状态。对于水这类液体，还应清楚地注明其状态是液体还是蒸气。如选择水蒸气H2O(g)作为标准状态时，就要考虑加入体系内的水H2O(l)是要吸收热量的。

(3)物料质量单位的选择。通常以物质的单位质量(h或t)进行计算。

铜镍精矿电炉熔炼热平衡

　　(4)时间与周期的选择。对于连续操作的工业炉，通常按单位时间(h)进行计算；对于周期作业的炉窑，通常按单个操作周期计算；对于间断操作的炉窑，通常按一个加热周期进行计算，也可以按时问分段进行计算。

　　(5)基础数据的选择。在进行热平衡计算时，许多基础数据，包括进出体系的所有物质的温度、质量热容、组成及数量，以及依据生成反应求得反应热都是必要的。此外，工业炉的温度、质量热容及导热系数等数据，也是热平衡计算所必不可少的。这些数据通常选用在相同条件下，经过多次操作、反复测量求得的平均值。