高炉的热状态，尤其是 炉缸部位 的热状态非 常重要，因为它是决定高炉热量需求和吨铁燃料 消耗的重要因素，而风口前理论燃烧温度（t1）是评价或衡量炉缸热状态的重要参数之一。理论研究和生产实践表明，维持一定 的 t 值对煤气和炉料的热交换 、炉缸 的热 状态 有着 重要 的影 响 ，特别是对铁水温度的影响更为明显。因而 ，可以通过考察 理论燃烧温度来评价炉缸热状态，生产中也可以通过控制理论燃烧温度 以稳定炉缸热状态 。理论燃烧温度(t1 )是绝热系统内燃烧产物获得全部燃烧生成热 以及鼓风和燃料带入的物理热时所能达到的最高温度 ，而鼓风状况和喷吹燃料对理论燃烧温度有着重要的影响。鼓风状况可由风量 、湿度及风温水平表征 ，其受风机能力 、气候条件 以及热风炉装备水平等的影响 ，但近年来鼓风状况的变动较小 。然而，高炉喷吹煤粉技术得到了大规模发展 ，如当前世界上有多座高炉 的喷煤量已达到 200kg／t或更高的水平。因此，高炉喷吹煤粉对风口前理论燃烧温度的影响更为明显 。生产实践表明 ：随着喷煤量的增加 ，理论燃烧温度的计算值下降幅度很大 ，而实际高炉的炉况并没有出现反常现象。这提示现有的理论燃烧温度计算方法在大量喷吹煤粉的条件下可能出现了偏差 ，一些研究者已开始考虑从不同的侧面对理论燃烧温度的计算方法进行修正 。本文全面系统地探讨理论燃烧温度的影响因素 ，完善绝热系统的内涵及相关参数的计算方法 ，并考察各个修正因素对理论燃烧温度计算值的影响 ，以便更为有效地指导高炉炼铁生产和丰富炼铁理论 。Q1为焦炭进入燃烧带时所具有 的物理 热 ，kJ／t；
为炉缸煤气 中 C O 和N2的平均比热容 ，kJ／( m ,℃)；
为炉缸煤气 中H2的平均比热 容 ，kJ／( m 。·℃ )；
V co、V w。、V 为煤气 C O 、N 2、H2的体积 ，m 。／t。绝热 系统是定义 和讨论 理论燃烧温度的前提 。在此前提下计算理论燃烧温度 ，首先 ，应对进入绝热系统前物料的物理热给予充分的考虑 ；其次，在绝热系统 内，焦炭和煤粉燃烧不仅放出煤气 ，还有灰分残留物(进入炉渣 中)；再者 ，高煤 比操作 时，还应包括未燃煤粉 。然而 ，已有的理论燃烧温度计算过程中，仅考虑了绝热系统 内的煤气 ，而对灰分残 留物以及未燃煤粉没有考虑 ，因而是不全面 的或不完全的绝热系统 。尤其是高煤 比操作时 ，在无热补偿措施 的前提下，燃烧率降低 ，未燃煤粉量增加，是否考虑灰分残留物以及未燃煤粉量将对理论燃烧温度产生明显的影响，进而影响对炉缸 热状态 的判 断和评价 。所以，有必要对理论燃烧温度 的计算式修正 ，即：分母项 由仅考虑煤气扩充到绝热系统内燃烧所得 的全部产物，如煤气 、灰分以及未燃煤粉等。风 口燃 烧 区的碳 来 自焦 炭 和 喷吹 燃 料 ，其 中喷吹燃料种类 以煤粉为主。近年来 ，喷煤技术进一步提高 、喷煤量明显增加 ，当前世界先进 的高炉 ，大约30%～35%的焦炭 被煤粉替代 。因此 ，煤粉中碳占风口回旋区燃烧碳的比例将增加 ，相应地焦炭中碳的比例将减小 。由于煤粉 在风 口区停 留的时 问很短 ，且还要完成脱气 ，结焦以及残焦燃烧 ；随喷煤量的增加 ，其燃烧率呈降低趋势；考虑到影响煤粉燃烧率的因素以及燃烧率对风 口状况 的影 响；在高煤比条件下 ，计算 Q t项时 ，必须考虑与喷吹量相对应的煤粉燃烧率。风口区焦炭 的燃烧生成煤气并放出热量之外，还有“灰分”残留物 。而煤粉在风口回旋区燃烧 ，当喷煤量较低时 ，喷入的煤粉较容易全部燃烧 ，产生煤气和残留灰分(进入炉渣)，但随喷煤量的增加 ，煤粉将不能完全在风 口燃烧 ，故除产生煤气和灰分外 ，还有未燃煤粉 ，且受喷煤量高低的影响，燃烧产物的种类和数量将发生变化 。因此 ，在计算理论燃烧温度时需要对其进行详 细解析 。1．2．3 燃料带入燃烧区域 的物理热进入绝热系统的燃料包括 2 部分。其一是喷吹煤粉 ：煤粉带入的物理热 ，在计算理论燃烧温度时应予以考虑 ，这一点在文献[6]中已提到 ，但 由于煤粉的温度较低 ，其 比热视 为常数与是否视 为温度的函数对理论燃烧温度计算值的影 响非常小 ，至 于喷吹用的少量载气 ，由于温度在 70 ℃以下 ，故带入 的热量很少 ；其二是焦炭：传统的计算是将焦炭进入燃烧区域的温度固定为1500 ℃ ，然而 ，随冶炼条件的变化 ，如富氧提高产能或提高煤 比降低焦炭消耗等 ，焦炭进入风 口回旋 区的温度并不是固定不变的，通常有 2 种方法可以求得焦炭进入风口回旋区时的温度 ，其一是基于大量生产数据的统计式 tc(0.7～0．75)t1，其二是 由炉热指数模型计算得出 ，后者可以较为准确地求得 焦炭进入回旋区时的温度。另外 ，在计算焦炭带入燃烧区域的物理热 时，还应考虑 焦炭热容是温度 的函数。由于焦炭的挥发分较低 ，故可视焦炭 由固定碳和灰分组成 ，而灰分 由SiO 2、A 120 3、C aO 及 MgO 组成，焦炭 比热可 由所含组分 的质量分数及对应 的 比热容(表 1)加权平均得出。热风温度越高，带入绝热系统 的物理热就越多(热风 的 比热容 ：28.31+ 0．00426T ) 。 当喷煤量较高时，为了使得煤粉充分燃烧，生产中多采取富氧操作 ，以提高煤粉的燃烧率，故除热风带入热量外 ，配入的氧气也带入绝热系统一定的热量 。因此 ，在理论燃烧温度的计算过程 中，热风带入 的物理热以及富氧氧气带入的物理热均应被考虑。已有的理论燃烧温度计算式 中，鼓风带入的水分分解热 Q 。为燃料和鼓风湿 度带入水分分解所消耗的热量。根据水分分解的化学方程式(2)：基于热力学分析可得上述反应 的水蒸汽开始分解温度为4318 K ，而高炉内不可能提供如此高的温度 ，故该水分分解耗热在理论燃烧温度计算过程 中是不存在的。结合 高炉风 口回旋 区的状态 ，通过考察水煤气反应 (3) ：式(3)中水分的开始分解温度为 938 K 。因而 ，在风口回旋区，水煤气反应很 容易进行 ，参数项
应为水煤气反应的吸热量
。水煤气反应可视 为
水分解反应与非晶质碳
的不完全燃烧反应 (式(4))的叠加 。
然而 ，在计算理论燃烧温度的过程 中，对绝热系统的热贡献是不应简单地处理为水煤气反应代替水分解反应 。其原因在于水煤气反应 由水分解和非晶质碳的不完全燃烧两个反应组成 ，其 吸热量减少是受非晶质碳 的不完全燃烧作用 的结果。基于风 口燃烧 区域的实际条件 ，若处理为水煤气反应 ，则理论燃烧温度计算式的分子项应做式 (5)处理 ：高炉喷吹的燃料主要包括煤粉、重油及天然气 ，中国限于资源条件 ，以喷吹煤粉为主。煤 粉在燃烧前 ，要完成水分蒸发 以及挥发分分解 ，故煤粉分解耗热与喷吹煤粉的种类和数量有关 ，而与煤粉 的燃烧率无关 。目前典型的煤粉分解耗 热数据差别较大，如文献[1]给出的是 900 kJ／kg ，文献[16]给出的是1005 kJ／kg ，而 文 献 [ 17 ] 给 出 的 则 是 1254kJ／kg 。另外 ，随着喷煤量提高 以及混煤 喷吹技术 的发展 ，也有必要对煤粉分解耗 热给 出新的评价方法。通过研究表明：现阶段文献[8]介绍的煤粉分解热的确定方法更具适应性。风口回旋 区生成 的煤气包括 H 2、N2和 C O ，其中 H 2来 自煤粉挥发分分解、煤粉和鼓风带入的水分发 生的水煤气 反应 ，N2来 自鼓风和煤 粉的挥发分 ，CO 来自焦炭中碳和全部或部分喷吹煤粉中碳的燃烧 。煤气量即在绝热系统 内燃料燃烧后产生的H2、N2 及 CO 气体 的总量 ，主要受鼓风状况影 响，如风量 、富氧率 以及鼓风湿度等。在已有的理论燃烧温度 的计算模型中，将煤气比热容视为一个常数是不恰当的 。经典物理化学理论表明：炉腹煤气的比热容是一个随温度变化的函数 ，且随着温度的升高而增大 。N 2、C O 及 H 2三者 的比热容如表 2 所 列 ，煤气 比热容由其组元加权平均得到 。由于煤气 的比热容及焦炭的比热容均是理论燃烧温度的函数 ，因而在充分考虑上述影 响因素后 ，新的理论燃烧温度 的计算可 由数值计算循环迭代 ，并以小于某一无限小的
为约束条件而终止循环 ，得出理论燃烧温度值 。
基于对理论燃烧 温度计算参数 的具体分析，考虑风口区燃料 的燃烧状况 ，针对高炉风 口前理论燃烧温度计算存在 的问题 ，进行 了相应地修 正。图 1给出了修正后 的理论燃烧温度计算模型示意图主要 的修正要点如下 ：①基于
炉热指数模 型的计算 ，修正进入绝热系统的焦炭所带的物理热 ；②喷吹煤粉分解热 由喷吹煤粉量决定 ，而单位质量煤
粉的分解热数据 由盖斯定律得 出；③绝热系统应包括煤气 ，灰分残 留物以及未燃煤粉 ，理论燃烧温度即绝热系统所能达到的最高温度 ，应是所有物料 由进入绝热系统物料带入的物理热以及燃料燃烧放出热量共同作用的结果 ；④进入绝热系统炽热焦炭的比热容以及绝热系统 内物料的比热容修正为绝热系统内温度 的函数 。通过修正措施 的实施 ，新 的理论燃烧温度计算模型将在理论上更加全面和完善 ，且借助于计算机程序实现循环迭代可使理论燃烧温度 的计算值更加准确和符合实际 。运用该计算模型解析了相关因素的变化对理论燃烧温度计算结果 的影响(表 3)。(1) 高炉理论燃烧温度定义的前提是视风口区为“绝热系统”，在高炉冶炼条件下 ，风口区“绝热系统内”的燃烧产物不仅仅为煤气 ，还应包括燃料灰分以及未燃煤粉 。(2) 理论解析结果表 明 ：燃料灰分和未燃煤粉对高炉风 口前理论燃烧温度有着明显的影响 ，故涉及理论燃烧温度计算值以及高炉生产实际状况判断分析，有必要从煤气、燃料灰分以及未燃煤粉量等3个方面予以讨论 。(3) 已有的理论燃烧温度解析过程中 ，视炽热焦炭进入绝热系统时的温度为常数是不恰当的，建议用炉热指数模型解析出的理论焦炭温度代替 。(4) 考虑到高炉冶炼的实际状况 ，以及物质热容变化对理论燃烧温度计算值 的影响 ，在理论燃烧温度计算过程中 ，所 涉及物质 的比热容不应 固定 为常数 ，而应考虑为温度的函数 。
