转炉炼钢的物料平衡与热平衡doc 10页Word文件下载.docx

转炉炼钢的物料平衡与热平衡doc 10页Word文件下载.docx

《转炉炼钢的物料平衡与热平衡doc 10页Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《转炉炼钢的物料平衡与热平衡doc 10页Word文件下载.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

2070

P2O5

P2O5+4CaO=4CaO·

1．其它假设条件（根据各类转炉生产实际过程假设）：

（1）炉渣中铁珠量为渣量的8%；

（2）喷溅损失为铁水量的1%；

（3）熔池中碳的氧化生成90%CO，10%CO2；

（4）烟尘量为铁水量的1.6%，其中烟尘中FeO=77%，Fe2O3=20%；

（5）炉衬侵蚀量为铁水量的0.5%；

（6）炉气温度取1450℃，炉气中自由氧含量为总炉气量的0.5%；

（7）氧气成分：

98.5%O2，1.5%N2。

3．冶炼钢种及规格成分要求冶炼低碳钢，以Q-235钢为例，其规格成分如下（%）：

C0.14～0.22，Si0.12～0.30，Mn0.40～0.65，P≤0.045，S≤0.050。

4.6.2物料平衡计算[4-12]

以100kg铁水为单位进行计算，根据铁水、渣料质量以及冶炼钢种要求，采用单渣操作。

1．渣量及成分计算

（1）铁水中元素氧化量（表4.13）。

说明：

取脱磷率90%，脱硫率35%；

钢水中残余锰占铁水[Mn]的30～40%，取30%；

因合金加入后还要增碳，钢水中[C]取较低的0.18。

（2）各元素耗氧量及氧化产物量（表4.14）。

（3）渣料加入量。

1）矿石加入量及其成分（表4.15）：

为了化渣，本节中加入矿石1%，而不另加氧化铁皮。

（若不加矿石，改用氧化铁皮，则成分不同）。

其中：

[S]+（CaO）=（CaS）+[O]

（CaS）生成量=0.001×

72/32≈0.002kg

消耗CaO量=0.001×

56/32≈0.002kg

表4.13铁水中元素氧化量

元素，%

S

铁水

4.28

0.85

0.58

0.150

0.037

钢水

0.18

0.17

0.015

0.025

氧化量

4.10

0.41

0.135

0.012

表4.14铁水中元素氧化耗氧量、氧化产物量

元素氧化量，kg

耗氧量，kg

氧化产物量，kg

4.10×

90%=3.69

3.69×

16/12=4.82

28/12=8.61

10%=0.41

0.41×

32/12=1.503

44/12=1.503

0.85×

32/28=0.972

60/28=1.82

16/55=0.119

71/55=0.529

2[P]+5/2O2=（P2O5）

0.135×

80/62=0.174

142/62=0.309

[S]+O2=SO2

0.012×

1/3=0.004

0.004×

32/320.004

64/32=0.008*

[S]+（CaO）=CaO+[O]

2/3=0.008

0.008×

（-16）/32=-0.004

72/32=0.018

[Fe]+1/2O2=（FeO）

0.782

0.782×

16/56=0.223

1.006*

2[Fe]+3/2O2=（Fe2O3）

0.033

0.033×

48/112=0.014

0.047*

总计

6.322

7.417

注*：

假定炉内气化脱硫1/3；

铁的氧化由表4.20得出。

表4.15矿石加入量及成分

成分

质量，kg

Fe2O3

1×

61.80%=0.618

FeO

29.40%=0.294

SiO

5.61%=0.0561

Al2O3

1.10%=0.011

CaO

1.0%=0.01

MgO

0.52%=0.005

0.07%≈0.001

H2O

0.50%=0.005

2）萤石加入量及其成分（表4.16）：

根据冶金部转炉操作规程，萤石加入量≤4kg/t，本例取3kg/t。

表4.16萤石加入量及成分

CaF2

0.3×

89.0%=0.267

0.55%=0.002

6%=0.018

0.09%=忽略

1.78%=0.005

2%=0.006

0.58%=0.002

2[P]+2/5{O2}=（P2O5）

（P2O5）生成量=0.002×

142/62=0.005kg

3）白云石加入量及成分（表4.17）：

为了提高炉衬寿命，采用白云石造渣，控制渣中（MgO）含量在6～8%范围内。

根据已投产转炉的经验，白云石加入量在30～50kg/t，轻烧白云石加入量在20～40kg/t，本节取轻烧白云石30kg/t。

表4.17轻烧白云石加入量及成分

3.0×

55%=1.65

33%=0.99

3%=0.09

1%=0.03

烧碱

5%=0.15

烧碱是指白云石中Ca·

MgCO3分解产生的CO2气体。

4）炉衬侵蚀量及其成分（表4.18）：

转炉炉衬在炉渣作用下，将被侵蚀和冲刷进入渣中，本例取铁水量的0.5%。

表4.18炉衬侵蚀及成分

0.5×

54%=0.27

2%=0.01

38%=0.19

5%=0.025

1%=0.09

炉衬中碳的氧化与金属中氧化生成的CO和CO2比例相同。

C→CO数量0.025×

90%×

28/12=0.053kg

C→CO2数量0.025×

10%×

44/12=0.009kg

共消耗氧量0.053×

16/28+0.009×

32/44=0.037kg

5）石灰加入量及成分（表4.19）：

根据铁水成分，取终渣碱度B=3.5。

石灰加入量=

×

100kg

=

100=5.55kg/100kg铁水

若要详细计算石灰加入量，则可用下式：

铁水[Si]生成（SiO2）+炉衬、矿石、白云石、萤石带入（SiO2）

白云石、矿石、炉衬带入（CaO）—铁水、矿石中S消耗CaO量

表4.19石灰石加入量及成分

5.55×

91%=5.05

2%=0.11

5.55%×

0.05%=0.003

1.5%=0.08

3.45%=0.19

S→CaS0.003×

72/32=0.007kg

6）渣中铁的氧化物：

对于冶炼Q-235钢，根据已投产转炉渣中含

量，取（FeO）=10%，（Fe2O3）=5%。

7）终渣总量及成分：

根据表4.13～表4.19中若不计（FeO）、（Fe2O3）在内的炉渣成分见表4.20，由4.20中可得：

CaO+MgO+SiO+P2O5+MnO+Al2O3+CaF2+CaS=11.819kg

已知（FeO）=10%、（Fe2O3）=5%，则其余渣应占渣量总数的85%。

故总渣量为

=13.90kg。

由此可知：

（FeO）=13.90×

10%=1.39kg、（Fe2O3）=13.90×

5%=0.695kg

由于矿石和白云石中带入部分（FeO）和（Fe2O3），实际铁氧化物为：

（FeO）=1.39-0.294=1.096kg，（Fe2O3）=0.695-0.618-0.03=0.047kg。

故[Fe]氧化物=1.006×

56/72+0.047×

112/160=0.815kg

表4.20终渣质量及成分

氧化产物kg

石灰kg

矿石kg

白云石kg

炉衬kg

萤石kg

总计kg

%

5.05

0.01

1.65

0.27

6.98

50.54

0.11

0.005

0.99

0.19

0.002

1.30

9.41

1.82

0.056

0.09

0.018

2.104

15.24

0.309

0.314

2.27

MnO

0.529

3.83

0.08

0.011

0.201

1.46

0.267

1.93

CaS

0.007

0.027

0.096

0.294

1.39

10.06

0.047

0.618

0.03

0.695

5.03

合计

13.81

100.00

2．冶炼中的吹损计算

根据假设条件，渣中铁珠量为渣量的8%，喷溅损失为铁水量的1%，烟尘损失为铁水量的1.6%。

故可得到：

渣中铁珠量=13.81×

8%=1.105kg

喷溅铁损量=100×

1%=1.0kg

烟尘铁损量=100×

1.6%（77%×

56/72+20%112/160）=1.182kg

元素氧化损失=6.322kg（见表4.14）

吹损总量=1.105+1.0+1.182+6.322=9.609kg

钢水量=100-9.609=90.391kg

2．氧气消耗量计算主要是元素氧化耗氧7.417kg（见表4.14），烟尘铁消耗氧100×

16/72+20%48/160）=0.37kg，其次炉衬中碳氧化消耗0.037kg。

故总耗氧量为7.824kg，换算给标准体积为7.824×

22.4/32=5.48m3/100kg=54.8m3/t。

若考虑到氧气利用率为75～90%，生产实际中供氧量为60～70m3/t。

由于氧气不纯，含有1.5%N2，故供氧时带入N2为7.824×

1.5%=0.117kg，其体积量为0.117×

22.4/28=0.094m3/100kg。

3．炉气量及成分炉内产生的炉气由CO、CO2、SO2、H2O、N2和自由O2组成，把以上计算的炉气成分除自由O2以外占炉气体积总量的99.5%，由表4.21可得：

CO+CO2+SO2+H2O+N2=7.986m3

故炉气总量为7.986/99.5%=8.026m3。

自由O2量为8.026×

0.5%=0.04m3，其质量为0.04×

32/22.4=0.057kg。

4．物料平衡表把以上各种物质的总收入和总支出汇总起来，便可得到物料平衡表4.22。

计算误差=

100%=-0.266%

表4.21炉气量及成分

体积，m3

体积，%

CO

8.61+0.053

8.663×

22.4/28=6.93

86.34

CO2

1.53+0.19+0.009+0.15

1.852×

22.4/44=0.943

11.75

SO2

0.008

22.4/64=0.003

0.04

0.005+0.008

0.013×

22.4/18=0.016

0.20

N2

0.117

0.094

1.17

O2

0.057

0.50

10.71

8.026

100.0

表4.22物料平衡表

收入

支出

84.47

90.391

76.15

石灰

5.55

4.69

13.90

11.71

白云石

2.53

9.02

0.84

1.60

1.35

萤石

0.4

0.34

喷溅

0.5

0.42

铁珠

1.105

0.93

氧气

7.824

6.61

氮气

0.10

118.391

118.706

4.6.3加废钢后的吨钢物料平衡

废钢加入后，忽略废钢中含硅、锰元素的氧化损失，使钢水量达到101.943kg（90.384＋11.55），即是使用100kg铁水、11.55kg废钢可以生产出101.934kg钢水。

根据比例关系，可以得到吨钢物料平衡表4.23。

表4.23吨钢物料平衡

％

981

76.96

1000

78.25

废钢

113.3

8.89

136.36

10.67

54.4

105.1

8.22

29.4

2.31

15.70

1.23

9.8

0.77

9.81

3.9

0.31

10.91

0.86

76.76

6.02

1.15

4.9

0.37

1274.61

1277.88

4.6.4热平衡[12-13]

热平衡是计算炼钢过程的热量收入（铁水的物理及化学热）及热量支出（钢液、炉渣、炉气、冷却剂、热量损失）之间的平衡关系。

为了简化计算，取加入炉内的炉料温度均为25℃。

1．热收入热收入主要是铁水的物理热和元素氧化的化学热。

（1）铁水物理热。

根据传热原理。

铁水熔点Tt=1539-（100×

4.28+8×

0.85+5×

0.58+30×

0.15+25×

0.037）-4

=1092℃

铁水物理热=100[0.745（1092-25）+217.568+0.8368（1250-1092）]

=114553.40kJ

（2）铁水中元素氧化放热和成渣热。

根据表4.10、表4.12和表4.20数据可以计算如下：

C→CO3.69×

10950=40405.5kJ

C→CO20.41×

34520=14153.2kJ

S→SO20.85×

28314=24066.9kJ

Mn→MnO0.41×

7020=2878.2kJ

P→P2O50.135×

18923=2554.6kJ

Fe→FeO0.782×

5020=3925.6kJ

Fe→Fe2O30.033×

6670=220.1kJ

SiO2→CaO·

SiO22.104×

2070=4355.3kJ

P2O5→CaO·

P2O50.314×

5020=1576.3kJ

总计94135.7kJ

（3）烟尘氧化放热。

1.6×

（77%×

56/72×

5020+20%112/160×

6670）=6304.4kJ

（4）炉衬中碳氧化放热。

5%（90%×

10950+10%×

34520）=332.7kJ

因此，炉衬热收入总量为：

114553.4+94135.7+6304.4+332.7=215326.2kJ

2．热支出

（1）钢水物理热。

钢水熔点Tt=1539-（65×

0.18+5×

0.17+30×

0.015+25×

0.025）-4

=1521℃

出钢温度T=1521+70（钢水过热度）+21（生产运输降温）+50（浇注降温）=1662℃

钢水物理热=90.391[0.699×

（1521-25）+271.96+0.8368（1658-1521）]

=129770.1kJ

（2）炉渣物理热。

计算取炉渣终点温度与钢水温度相同。

炉渣物理热=13.81×

[1.247×

（1662-25）+209.20]=31079.9kJ

（3）矿石分解吸热。

（29.4%×

5020+61.8%×

112/160×

6670+209.20）=4242.5kJ

（4）烟尘物理热。

1.6[1.0×

（1450-25）+209.20]=2614.7kJ

（5）炉气物理热。

10.71×

1.136×

（1450-25）=17337.3kJ

（6）渣中铁珠物理热。

1.105×

[0.745（1521-25）+217.568+0.8368（1662-1521）]=1602.3kJ

（7）喷溅金属物理热。

[0.745（1521-25）+217.568+0.8368（1662-1521）]=1450.1kJ

（8）吹炼过程热损失。

吹炼过程热损失包括炉体和炉口的热辐射、对流和传导传热、冷却水带走热等，它根据炉容大小而异，一般为热量总收入的3～8%，本例取热损失为5%。

所以吹炼过程热损失为：

215658.9×

5%=10782.9kJ

（9）废钢耗热。

总的热收入减去以上热支出，得到的富余热量用加入废钢来调节。

富余热量=215658.9-（129507.3+31213.2+4242.5+2614.7+17337.3+1609.2+1447.1

+10764.1）=16547.1kJ

1kg废钢熔化耗热=1×

[0.699×

（1517-25）+271.96+0.8368（1658-1517）]

=1432.9kJ

废钢加入量=16547.1/1432.9=11.55kg

3．热平衡表把全部热收入和热支出汇总，得到热平衡表4.24

表4.24热平衡表

热收入

热支出

热量，kJ

铁水物理热

114553.4

53.12

钢水物理热

129770.1

60.17

元素放热和成渣热

94135.7

43.72

炉渣物理热

31079.9

14.41

54558.7

25.34

矿石物理热

4242.5

1.97

24066.9

11.18

烟尘物理热

2614.7

1.21

2878.2

1.34

炉气物理热

17337.3

8.04

2554.6

1.19

铁珠物理热

1602.3

0.74

4145.7

喷溅物理热

1450.1

0.67

4355.3

2.02

吹炼物理热

10782.9

5.00

1576.3

0.73

废钢物理热

16779.1

7.78

烟尘氧化放热

6304.4

2.93

炉衬C放热

332.7

0.15

共计

215326.2

热效率=

100%=70.03%