转炉炼钢的物料平衡与热平衡doc 10页Word文件下载.docx

1、2070P2O5P2O5+4CaO=4CaO1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（%）：C 0.140.22，Si 0.120.30，Mn 0.400.65，P 0.045，S 0

2、.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3040%，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=0.00172/320.002kg消耗CaO量

3、=0.00156/320.002kg表4.13铁水中元素氧化量 元素，%S铁水4.280.850.580.1500.037钢水0.180.170.0150.025氧化量4.100.410.1350.012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，kg4.1090%=3.693.6916/12=4.8228/12=8.6110%=0.410.4132/12=1.50344/12=1.5030.8532/28=0.97260/28=1.8216/55=0.11971/55=0.5292P+5/2O2=（P2O5）0.13580/62=0.174142/62=

4、0.309S+O2=SO20.0121/3=0.0040.00432/320.00464/32=0.008*S+（CaO）=CaO+O2/3=0.0080.008（-16）/32=-0.00472/32=0.018Fe+1/2O2=（FeO）0.7820.78216/56=0.2231.006*2Fe+3/2O2=（Fe2O3）0.0330.03348/112=0.0140.047*总计6.3227.417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，kgFe2O3161.80%=0.618FeO29.40%=0.294SiO5.61%=0.05

5、61Al2O31.10%=0.011CaO1.0%=0.01MgO0.52%=0.0050.07%0.001H2O0.50%=0.0052）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CaF20.389.0%=0.2670.55%=0.0026%=0.0180.09%=忽略1.78%=0.0052%=0.0060.58%=0.0022P+2/5O2=（P2O5） （P2O5）生成量=0.002142/62=0.005kg3）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

6、在68%范围内。根据已投产转炉的经验，白云石加入量在3050kg/t，轻烧白云石加入量在2040kg/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3.055%=1.6533%=0.993%=0.091%=0.03烧碱5%=0.15烧碱是指白云石中CaMgCO3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0.554%=0.272%=0.0138%=0.195%=0.0251%=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。CCO数量 0.02590

7、%28/12=0.053 kgCCO2数量 0.02510%44/12=0.009 kg共消耗氧量 0.05316/28+0.00932/44=0.037 kg5）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5.5591%=5.052%=0.115.55%0.05%=0.0031.5%=0.083.45%=0.19SCaS

8、 0.00372/32=0.007 kg6）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）=13.9010%=1.39kg、（Fe2O3）=13.905%=0.695kg由于矿石和白云石中带入部分（FeO

9、）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=1.00656/72+0.047112/160=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%5.050.011.650.276.9850.540.110.0050.990.190.0021.309.411.820.0560.090.0182.10415.240.3090.3142.27MnO0.5293.830.080.0110.2011.460.2671.93CaS0

10、.0070.0270.0960.2941.3910.060.0470.6180.030.6955.03合计13.81100.002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=13.818%=1.105kg喷溅铁损量=1001%=1.0kg烟尘铁损量=1001.6%（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=90.391kg2氧气消耗量计算 主要是元素氧化耗氧

11、7.417kg（见表4.14），烟尘铁消耗氧10016/72+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7.82422.4/32=5.48m3/100kg=54.8m3/t。若考虑到氧气利用率为7590%，生产实际中供氧量为6070m3/t。由于氧气不纯，含有1.5%N2，故供氧时带入N2为7.8241.5%=0.117kg，其体积量为0.11722.4/28=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9

12、9.5%，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8.0260.5%=0.04m3，其质量为0.0432/22.4=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，%CO8.61+0.0538.66322.4/28=6.9386.34CO21.53+0.19+0.009+0.151.85222.4/44=0.94311.75SO20.00822.4/64=0.0030.040.00

13、5+0.0080.01322.4/18=0.0160.20N20.1170.0941.17O20.0570.5010.718.026100.0表4.22 物料平衡表收入支出84.4790.39176.15石灰5.554.6913.9011.71白云石2.539.020.841.601.35萤石0.40.34喷溅0.50.42铁珠1.1050.93氧气7.8246.61氮气0.10118.391118.7064.6.3 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（90.38411.55），即是使用100kg铁水、11.55kg废钢可以生产出

14、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98176.96100078.25废钢113.38.89136.3610.6754.4105.18.2229.42.3115.701.239.80.779.813.90.3110.910.8676.766.021.154.90.371274.611277.884.6.4 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

15、）铁水物理热。根据传热原理。铁水熔点Tt=1539-（1004.28+80.85+50.58+300.15+250.037）-4=1092铁水物理热=1000.745（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：CCO 3.6910950=40405.5 kJCCO2 0.4134520=14153.2 kJSSO2 0.8528314=24066.9 kJMnMnO 0.417020=2878.2 kJPP2O5 0.13518923=2554.6 kJF

16、eFeO 0.7825020=3925.6 kJFeFe2O3 0.0336670=220.1 kJSiO2CaOSiO2 2.1042070=4355.3 kJP2O5CaOP2O5 0.3145020=1576.3 kJ总计 94135.7 kJ （3）烟尘氧化放热。1.6（77%56/725020+20%112/1606670）=6304.4 kJ（4）炉衬中碳氧化放热。5%（90%10950+10%34520）=332.7 kJ因此，炉衬热收入总量为：114553.4+94135.7+6304.4+332.7=215326.2 kJ2热支出（1）钢水物理热。钢水熔点Tt=1539-（6

17、50.18+50.17+300.015+250.025）-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=90.3910.699（1521-25）+271.96+0.8368（1658-1521）=129770.1 kJ（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=13.811.247（1662-25）+209.20=31079.9kJ（3）矿石分解吸热。（29.4%5020+61.8%112/1606670+209.20）=4242.5 kJ（4）烟尘物理热。1.61.0（1450-25）+209.20=26

18、14.7 kJ（5）炉气物理热。10.711.136（1450-25）=17337.3 kJ（6）渣中铁珠物理热。1.1050.745（1521-25）+217.568+0.8368（1662-1521）=1602.3 kJ（7）喷溅金属物理热。0.745（1521-25）+217.568+0.8368（1662-1521）=1450.1 kJ（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38%，本例取热损失为5%。所以吹炼过程热损失为：215658.95%=10782.9 kJ（9）废钢耗热。总的热收入减去以

19、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）=16547.1 kJ1kg废钢熔化耗热=10.699（1517-25）+271.96+0.8368（1658-1517）=1432.9 kJ废钢加入量=16547.1/1432.9=11.55 kg3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114553.453.12钢水物理热129770.160.17元素放热和成渣热94135.743.72炉渣物理热31079.914.4154558.725.34矿石物理热4242.51.9724066.911.18烟尘物理热2614.71.212878.21.34炉气物理热17337.38.042554.61.19铁珠物理热1602.30.744145.7喷溅物理热1450.10.674355.32.02吹炼物理热10782.95.001576.30.73废钢物理热16779.17.78烟尘氧化放热6304.42.93炉衬C放热332.70.15共计215326.2热效率=100%=70.03%