有色标准 炭素制品生产炉窑石墨化电阻炉热平衡测定与计算方法

1 YS 国家工业和信息化部 发布 200X-XX-XX实施 200X-XX-XX发布 炭素制品生产炉窑 石墨化电阻炉热平衡测定与计算方法 Methods of determination and calculation of heat balance in metallurgical furnaces for production of carbon products YS/T 124-XX-XXXX 中华人民共和国有色金属行业 前　言 前言 本标准由全国有色金属标准化技术委员会提出并归口。 本标准由中国铝业股份有限公司贵州分公司负责修订。 本标准主要修订人：                                  。 本标准由全国有色金属标准化技术委员会负责解释。 目  次 1 适用范围┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅1 2 测定体系与时间┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅1 3 测定项目及方法┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅1 4 热平衡计算┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅2 5 热效率计算┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅6 6 热平衡计算结果汇总表┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅7 石墨化电阻炉热平衡测定与计算方法 1  适用范围 本标准规定了石墨化电阻炉的热平衡测定与计算方法，通过测定与计算，考察电阻炉在正常运行条件下的用能状况和性能水平。 本杯准适用于各类直流石墨化电阻炉的热平衡测定与计算方法，对交流石墨化电阻炉也可参照执行。 2、测定体系与时间 2.1  测定体系 测定体系以整个石墨化电阻炉，包括供电部分的变压器和整流机组。 2.2  测定时间 测定时间以石墨化电阻炉送电开始至石墨电阻炉停电终止的整个送电过程的时间为测定周期。 3  测定项目及方法 3.1  供电设备测定 3.1.1  利用控制台、仪表盘上表记及现场表记指示。 3.1.2  测定变压器一次侧电压、电流、有功电量、无功电量、功率因素；二次侧的电压、电流。 3.1.3  测定整流机组的电流、电压、计算出系统的电阻及直接功率。 3.1.4  测定母线到石墨化电阻炉导电石墨块连接处的电压降，计算出各处的接触电阻值。测定时系统电流必须达到设备额定输出电流的80%以上。 3.2  温度测定（见表 1） 表1  石墨化电阻炉各测点温度测定 序号 测点位置 测 定 方 法 测 定 要 求 1 炉中芯电极坯料 用石墨测温管插入炉芯，分别在炉头、炉中、炉尾各插一根，在1000℃以内用热电偶测定，高于1000℃时用辐射高温计或红外测温仪测定 各测点要求要求在短时间内测定完，每隔四小时测定一次。 2 外层电极坯料 3 电阻料层 4 保湿料层 两侧及中部各埋热电偶测定 5 炉底奎石层 用软性热电偶埋入硅石层下，加保护套引出 6 炉顶表面 用点温计或红外侧温仪测定 按表面积0.5m2~1.0m2有点测定 7 炉墙表面 8 整流系统冷却水 用水银温度计测定 9 炉体冷却水         3.3  物料量测定（见表2） 表2  石墨化电阻炉进、出物料量及成分测定 类别 符号 物料名称 测 定 方 法 成分分析 说明 入 炉 物 料 Mrp 焙烧坯料 按相同规定抽称10支，取每根平均重，计算重量。 WT、Ag、Vg、Cg 采用方法按： GB1428-78 YB904-78 GB1429-85 GB6712-80 GB2110-80 GB2002-80 GB2003-80 GB2004-80 Mrm 冶 金 焦 用行车电子秤 或磅秤测定 WT、Ag、Vg、Cg Mrs 石墨化焦 WT、Ag、Vg、SCg Mrg 硅 石 WT、SOg Mrj 焦 粉 WT、Ag、Vg、Cg Mrb 返回保温料 WT、Ag、Vg、Cg、SCg、SOg 出 炉 物 料 Mcp 石墨化坯料 测定方法与入炉焙 烧坯料方法相同 Ag、Cg 清理表面附着物 Mdp 石墨化合格产品坯料 Ag、Cg Mcs 石墨化焦 用行车电子秤 或磅秤测定 WT、Ag、Vg、SCg   Mcd 保 湿 料 WT、Ag、Vg、Cg、SCg、SOg             注：成分分析符号含义说明： WT—物料全水分含量，%； Ag、Vg、Cg—为物料干基灰分、挥发分、固定碳含量，%； SCg、SOg—为物料干基碳化硅、二氧化硅含量，%。 3.4  冷却水量测定 用水表或用超声波流量计测定 3.5  大气压、环境温度及环境风速测定 3.5.1  大气压力：用大气压力计在现场测定，每四小时测定一次。 3.5.2  环境温度：用水银温度计在距炉子四周1.5米处测定，每2小时测定一次。 3.5.3  环境风速：用风速仪在距炉子四周1.5米处测定，每2小时测定一次。 4  热平衡计算（按每吨出炉合格产品计算） 4.1  热收入项计算 4.1.1  总电能供给热Q1 总电能供给热按（1）计算： Q1=3600·Wo/Mdp  ……………………………………………………………………（1） 式中：Wo—测定周期内的总供电量，单位千瓦小时，kw·h Mdp—出炉合格产品量，单位吨，t。 4.1.2  物料挥发分燃烧热Q2 物料挥发分燃烧热按公式（2）计算： Q2=（4.1868·Mv）/Mdp      ……………………………………………………………（2） 式中：Mv—物料烧损挥发分量，单位千克，kg； Mv=Mrp(1-WTrp)·Vgrp+Mrm(1-WTrm)·Vgrm+Mrj(1-WTrj)·Vgrj+Mrb(1-WTrb) Vgrb—Mcb(1-WTcb)·Vgcb 其中：  Mrp、Mrm、Mrj、Mrb—分别为入炉焙烧坯料、冶金焦、焦粉，返回保温料的湿质量，单位千克，kg； Mcb—为出炉保湿料的湿质量，单位千克，kg； Wrp、Wrm、Wrj、Wrb—分别为入炉焙烧坯料、冶金焦、焦粉、返回保湿料的全水分含量，单位百分数，%； Wcb—为出炉保湿料的全水分含量，单位百分数，%； Vgrp、Vgrm、Vgrj、Vgrb—分别为入炉焙烧坯料、冶金焦、焦粉，返回保湿料的干燥基挥发分含量，单位百分数，%； Vgcb—为出炉保温料的干燥基挥发分含量，单位百分数，%。 4.1.3  碳质烧损燃烧热Q3 碳质烧损燃烧热按公式（3）计算： Q3=33871·Mc/Mdp    ……………………………………………………………………（3） 式中：Mc—物料烧损碳质，单位千克，kg Mc=Mrp(1-WTrp)·Cgrp+Mrm(1-WTrm)·Cgrm+Mrs(1-WTrs)·Cgrs+Mrj(1-WTrj)·Cgrj+Mrb(1-WTrb)·Cgrb-Mcp·Cgcp-Mcs(1-WTcs)·Cgcs-Mcb(1-WTcb)·Cgcs-0.902△Msc 其中：Mrs、Mcs—分别为进、出炉石墨化焦量，单位千克，kg； Mcp—为出炉石墨化坯料量，单位千克，kg； Wrs、Wcs—分别为进、出炉石墨化焦全水含量，单位百分数，%； Cgrp、Cgrm、Cgrs、Cgrj、Cgrb—分别为入炉焙烧坯料，冶金焦，石墨化焦，焦粉，返回保温料的干燥基固定碳含量，单位百分数，%； Cgcp、Cgcs、Cgcb—分别为出炉石墨化坯炉、石墨化焦、保温料的干燥基固定碳含量，单位百分数，%; △Msc—石墨化过程碳化硅增量，单位千克，kg。（见4.2.4条） 4.1.4  入炉物料带入物理热 Q4 入炉物料带入物理热按公式（4）计算： Q4=∑Mi·Ci(ti-th)/Mdp      …………………………………………………………………（4） 式中：Mi—某种物料入炉时质量，单位千克，kg； ti—某种物料入炉时高于环境温度时的温度,单位摄氏度，℃； th—环境温度，单位摄氏度，℃； Ci—某种物料在th与ti之间的平均比热，单位千焦每千克摄氏度，KJ/kg·℃。 4.1.5  收入项热量总量 ∑Q 收入项热量总量按公式（5）计算： ∑Q=Q1+Q2+Q3+Q4  ………………………………………………………………………（5） 4.2  热支出项计算 4.2.1  加热石墨化坯料生成热Q1′ 加热石墨化坯料生成热按公式（6）计算： Q1′=Ka·Mcp/Mdp     ………………………………………………………………………（6） 式中：Ka—加热焙烧坯料生成1kg石墨化坯料的生成热，单位千焦每千克，kJ/kg。按公式（7）计算： Ka=1.859（T1-T0）+0.6448（T12—T02）×10-4-2.565×105[（1/T0  ）-（1/T1）]-2.260×107[ （1/T02）-（1/T12）]……………………………………………………………………… （7） 其中：T0—焙烧坯料入炉时的绝对温度，K； T1—石墨化坯料加热终止时的绝对温度，K。 4.2.2  电阻料蓄热损失Q2′ 电阻料蓄热损失按公式（8）计算： Q1′=Kb·Mcs/Mdp    …………………………………………………………………………（8） 式中：Mcs—电阻料质量，等于出炉石墨化焦的质量，单位千克，kg； Kb—加热每1kg电阻料所需热量，单位千焦每千克，kJ/kg。按公式（9）计算： Kb=1.431（T1-T0）+0.178×103(T12—T02)+0.732×105[(1/T0)-（1/T1）]……………（9） 其中：T0—电阻料入炉时的绝对温度，K； T1—电阻料加热终止时的绝对温度，K；