年产750万吨全连铸转炉车间物料热平衡计算DOCWord格式文档下载.docx

1、CaOSO2MgOAl2O3CaF2FeOFe2O3烧减H2O石灰91.02.01.50.053.45 焦炭29.461.80.6081.5萤石6.00.581.780.0989.02.00白云石55.03.033.01.05.0炉衬54.038.0 表1-3 各材料的热容（kJ/kg.K）项目固态平均热容熔化潜热液（气）态平均热容生铁0.745217.5680.8368钢0.699271.96炉渣209.201.247炉气1.136烟尘1.000矿石1.046表1-4 反应热效应（25）元素反 应反应热/kJkg-1元素 C+1/2O2=CO10950 C+O2=CO234520 Si+O2

2、=SiO2283142P+5/2O2=P2O518923 Mn+1/2O2=MnO7020Fe Fe+1/2O2=FeO5020 Fe+3/2O2=Fe2O36670SiO2SiO2+2CaO=2CaOSiO22070P205P2O5+4CaO=4CaO P2O5表1-5 铁合金成分（分子）及其回收率（分母）Al硅铁-73.00/750.50/802.50/00.05/1000.03/10023.92/100锰铁6.60/900.50/7567.8/800.23/1000.13/10024.74/1001.1.2 假设条件名称参数终渣碱度萤石加入量白云石加入量喷溅铁损%CaO/%SiO2=3.

3、5为铁水量的0.5%为铁水量的2.5%铁水量的1%渣中铁损烟尘量为渣量的6%为铁水量的1.5%（FeO75%,Fe2O320%）1.1.3 冶炼钢种及规格成分 要求冶炼低碳钢，以Q235钢为例，其规格成分为（%）：C 0.140.22，Si 0.120.30，Mn 0.400.65，P0.045,S0.0501.2 未加废钢和合金的物料平衡计算物料平衡基本项目：（1） 收入项：铁水、废钢、溶剂（石灰、萤石、白云石）、氧气、炉衬蚀损、铁合金。（2） 支出项：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。根据铁水、渣料质量及其冶炼钢种的要求，采用单渣法操作。为了简化运算，以100 kg铁水为计算基础。1

4、.2.1 渣量及其成分计算（1） 铁水中元素氧化量（表1-6）氧化量=元素在铁水中的含量 元素在钢水中的含量表1-6 铁水中的元素氧化量 元素/%0.700.200.10钢水氧化量4.70.0176由表1-6知：脱磷率 = 0.09 / 0.10100% =90%； 脱硫率 =0.0176/0.044*100%=36%； 钢中残锰量 =0.1/0.2100% =34%. （2） 各元素耗氧量及氧化产物量（表1-7）表1-7 铁水中元素氧化量、氧化产物量反应元素氧化量/kg耗氧量/kg氧化产物量/kgC+1/2O2=CO4.7090%=4.234.2316/12=5.6428/12=9.87C+

5、O2=CO24.710%=0.470.4732/12=1.25344/12=1.723Si+O2=SiO20.732/28=0.860/28=1.5Mn+1/2O2=MnO0.116/55=0.02971/55=0.1290.00980/62=0.1160.09142/62=0.206S+O2=SO20.01761/3=0.005870.0058732/32=0.0058764/32=0.0117S+（CaO）=（CaS）+O2/3=0.01170.0117（-16）/32=-0.0058572/32=0.0263Fe+1/2O2=FeO0.3156/72=0.24116/72= 0.0690

6、.31Fe+3/2O2=Fe2O30.16656/160=0.040648/160= 0.04980.166总计5.88967.957*：假定炉内气化脱硫1/3；铁的氧化由表1-13得出。（3） 渣料的加入量 1） 萤石加入量 ：根据冶金局（部）转炉操作规程，并参考炼钢工艺学，取萤石加入量4 kg/t，在本设计中，即为：4=0.4 kg，其成分质量计算见表1-9. （质量计算中各成分质量百分数见表1-2）表1-9 萤石加入量及成分成分质量/kg0.489.0% = 0.3560.58% = 0.0026% = 0.0240.55% = 0.0021.78% = 0.0070.09%0.000（

7、忽略）2% = 0.008其中： 2P+5/2O2=P2O5（P2O5）生成量 = 0.002142/62 = 0.005 kg 3） 白云石加入量 ：为了提高转炉寿命，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，取生白云石30 kg/t，在本设计中即为：300.1 = 3 kg，其成分质量计算见表1-10。（质量计算中各成分质量百分数见表1-2） 表1-10 生白云石加入量及成分355% = 1.6533% = 0.993% = 0.091% = 0.035% = 0.15烧减是白云石中分解产生的气体。 4）炉衬侵蚀量：转炉炉衬在炉渣作用下，将被侵蚀和冲刷

8、进入渣中，本设计中取铁水量的0.5%，即1000.5% = 0.5 kg ,其成分质量计算见表1-11. （质量计算中各成分质量百分数见表1-2）表1-11 炉衬侵蚀量及成分0.554% = 0.272% = 0.0138% = 0.195% = 0.0251% = 0.005炉衬中碳的氧化与金属中氧化生成的CO和CO2比例相同。即：C+1/2O2=CO：氧化产物CO量为：0.02590%28/12 = 0.053 kg 耗氧量为：16/12 = 0.03 kgC+O2=CO2：氧化产物CO2量为：10%44/12 = 0.009 kg32/44 = 0.007 kg共消耗氧量=0.03+0.

9、007 = 0.037 kg 5） 石灰加入量：根据铁水成分，取终渣碱度R=3.5，石灰加入量计算如下：（SiO2）=铁水Si生成（SiO2）+ 炉衬、矿石、白云石、萤石带入的（SiO2） =1.5 + 0.01 + 0.0561 + 0.09 + 0.024 =1.68 kg（CaO）=白云石、矿石、炉衬带入（CaO） 铁水、矿石中S消耗CaO量 =1.65 + 0.01 + 0.27 0.011756/32 0.00156/32 = 1.908 kg石灰加入量 = （SiO2）R - （CaO）/%CaO有效100% = （1.683.5 1.908）/（91 3.52） 100%=4.7

10、3 kg 其成分质量计算见表1-12. （质量计算中各成分质量百分数见表1-2）表1-12 石灰加入量及成分4.7391% = 4.32% = 0.09460.05% = 0.00241.5% = 0.0713.45% = 0.16生成的（CaS） = 0.002472/32 = 0.005 kg6） 渣中的铁氧化物：对于冶炼Q235钢，根据已投产转炉渣中含（FeO）量，取（FeO）= 5.2%，（Fe2O3）= 7%。7）终渣总量及成分：根据表1-7表1-12中的数据，确定终渣总量及成分，见表1-13，若不计（FeO）、（Fe2O3），由表1-13中可得：CaO+MgO+SiO2+P2O5+

11、MgO+Al2O3+CaF2+CaS= 6.23 + 1.282 + 1.775 + 0.211 + 0.129 + 0.189 + 0.356 + 0.033 = 10.205 kg已知（FeO）= 5.2% ,（Fe2O3）= 7% ，则其余渣应占渣量总数的87.8%。故总渣量为10.205/87.8% = 11.623 kg 由此可知：（FeO）= 11.623 5.2% = 0.604 kg, （Fe2O3）= 11.623 7% = 0.814 kg。 由于矿石和白云石中带入部分（FeO）和（Fe2O3），其含量参见表1-8和1-10，实际铁氧化物为：（FeO）= 0.604 0.3

12、1 = 0.166 kg ；其值列入表1-7.（Fe2O3）= 0.814 0.618 0.03 = 0.166 kg .其值列入表1-7表1-13 终渣总量及成分氧化产物/kg石灰/kg矿石/kg白云石/kg炉衬/kg萤石/kg总计/kg%4.31.650.276.2353.60.0950.0050.990.190.0021.28211.030.0560.0241.77515.27P2O50.2060.2111.82MnO0.1291.110.0710.0110090.0070.1891.630.3563.50CaS0.02630.0330.280.2940.6045.20.6180.814

13、711.6231001.2.2 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 = 11.623 8% = 0.93 kg喷溅损失量 = 100 0.1% = 0.1 kg烟尘铁损失量 = 100 1.6%（77%56/72 + 20%112/160）= 1.182 kg元素氧化损失 = 5.89 kg （见表1-7）吹损总量 = 0.93 + 0.1 + 1.182 + 5.9 = 8.102 kg 钢水量 = 100 8.102 = 91.898 kg .1.2.3 氧气消耗量计算1）元素氧化耗氧 =7.957

14、 kg（见表1-7）；2）烟尘铁氧化耗氧 =1001.6%（77%16/72 + 20%48/160）= 0.37 kg；3） 炉衬中碳氧化耗氧 = 0.037 kg（见表1-10下）。故总耗氧量 = 7.957 + 0.37 + 0.037 = 8.364 kg.换算为标准体积为：8.36422.4/32 = 5.85 m3 即冶炼100 kg 铁水需要5.85氧气。取氧气利用率为80%，则冶炼1 t 铁水的实际供氧量为：5.85 /80%10 = 73.125 m3 /t由于氧气不纯，含有1.5%的氮气，故供氧时带入的氮气为： 8.364 1.5% = 0.125 kg其体积量为：0.12

15、5 22.4/28 = 0.1 m3，则冶炼 1 t 铁水将会带入1 m3的氮气。1.2.4 炉气量及成分计算 炉内产生的炉气由CO、CO2、SO2、H2O、N2和自由 O2 组成。CO来源于铁水和炉衬中的碳氧化；CO2来源于铁水、炉衬中碳氧化，以及白云石和石灰石中的烧减量；SO2来源于铁水中硫氧化；H2O来源于矿石和萤石中；N2来源于供氧时被带入。自由O2约占炉气总量的0.5%，即以上气体占炉气总量的99.5%，则炉气总量为：（7.938 + 1.014 + 0.004 + 0.016 + 0.1）/99.5% = 9.118 m3自由O2量为 9.118 0.5% = 0.046 m3，其

16、质量为0.04632/22.4 = 0.065 kg表1-14 炉气量及成分体积/ m3体积/%CO9.87 + 0.053 = 9.9239.92322.4/28 = 7.93887.06CO21.723 + 0.009 +0.11+0.15= 1.9921.99222.4/44 = 1.01411.120.011722.4/64 = 0.0040.040.005 + 0.008 = 0.0130.01322.4/18 = 0.0160.17N20.1251.1O20.0650.0460.512.139.1181.2.5 未加废钢和合金时的物料平衡表把以上各种物质的总收入和总支出汇总起来，得

17、到未加合金时的物料平衡表1-15.表1-15 未加废钢和合金时的物料平衡表收入支出86.6791.14779.112.932.5410.1638.822.6010.4989.110.871.601.390.40.35喷溅0.43铁珠0.813氧气7.4336.44氮气0.111115.374115.221计算误差 = （收入项 支出项）/收入项100% = （118.119 118.281）/118.119100% =-0.137%.1.3 热平衡计算 为了简化运算，取加入炉内的炉料温度均为25。1.3.1 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） 铁水物理热铁水凝固温度Tf

18、可用表达式Tf = （1536 %iTi6）计算，即Tf = 1536 （1004.8 + 80.7 + 50.2 + 300.1 + 250.044）6= 1039.3铁水物理热Q物 = CsTf + Qf + Cl（ T Tf ） = 1000.754（1039.3 25） + 218 + 0.837（1230 1039.3） = 114239.8 kJ注：式中%i-铁水中元素含量； Ti - 1%的元素使纯铁凝固温度的降低值，参考/王令福炼钢厂设计原理表7-20 Cs、Cl - 分别为液态、固态的热容量，kJ/kg K，参考表1-3； Tf、T - 分别为冷却剂（生铁）的熔点和熔池温度，

19、K，Tf见表1-3.（2） 铁水中元素氧化放热和成渣热 根据表1-4、表1-7、表1-12数据计算如下：C+1/2O2=CO 4.23 10950 = 46318.5 kJC+O2=CO2 0.47 34520 = 16224.4 kJSi+O2=SiO2 0.7 28314 = 19819.8 kJMn+1/2O2=MnO 0.1 7020 = 702 kJ2P+5/2O2=P2O5 0.09 18923 = 1703.07 kJ Fe+1/2O2=FeO 0.241 5020 = 1209.8 kJFe+3/2O2=Fe2O3 0.0406 6670 =207.8 kJSiO2+2CaO=

20、2CaOSiO2 1.775 2070 = 3674.25 kJP2O5+4CaO=4CaO P2O5 0.211 5020 = 1059.22 kJ 总计 90981.8 kJ（3） 烟尘氧化放热 1.656/725020 + 20%112/1606670）= 6304.4 kJ（4） 炉衬中碳氧化放热 0.55%（90%10950 + 10%34520）= 332.7 kJ因此，炉内热收入总量为： 114239.8 + 90981.8 + 6304.4 + 332.7 = 211858.7 kJ1.3.2 热支出（1）钢水物理热钢水熔点Tf = 1536 （650.1 + 50.1 + 300.01 + 250.0264）6 = 1522 T = 1522 + 70 + 8 + 50 = 1650 钢水物理热= 91.898 0.699（1522 25）+ 272 + 0.837（16501522）= 131