炼钢过程中的物料平衡与热平衡计算.docx

1、炼钢过程中的物料平衡与热平衡计算炼钢过程的物料平衡与热平衡计算炼钢过程的物料平衡与热平衡计算是建立在物质与能量守恒的基础上。 其主要目的是比较整个冶炼过程中物料、能量的收入项和支出项，为改进操作工艺制度，确定合理的设计参数和提高炼钢技术经济指标提供某些定量依据。应当指出，由于炼钢系复杂的高温物理化学过程，加上测试手段有限，目前尚难以做到精确取值和计算。尽管如此，它对指导炼钢生产和设计仍有重要的意义。本章主要结合实例阐述氧气顶吹转炉和电弧炉氧化法炼钢过程物料平衡和热平衡计算的基本步骤和方法，同时列出一些供计算用的原始参考数据。1.1 物料平衡计算（1）计算所需原始数据。基本原始数据有：冶炼钢种及

2、其成分（表 1）；金属料铁水和废钢的成分（表 1）；终点钢水成分（表 1）；造渣用溶剂及炉衬等原材料的成分（表 2）；脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率（表 3）；其它工艺参数（表 4）.表 1钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值成分含量 /%CSiMnPS类别钢种 H15Mn 设定值 0.180.250.55 0.045 0.050铁水设定值4.200.400.450.120.060废钢设定值0.180.250.550.0300.030终点钢水设定值 0.10痕迹0.180.0200.021本计算设定的冶炼钢种为H15Mn。 C 和 Si按实际生产情况选取；Mn 、 P 和 S 分别按铁

3、水中相应成分含量的30%、 10%和 60%留在钢水中设定。表 2原材料成分成分含量 %挥发CaOSiO2MgOAlO3Fe O3CaFP O5SCO2H OC灰分22222分类别石灰88.002.502.601.500.500.100.064.640.10萤石0.305.500.601.601.5088.000.900.101.50生白云石36.400.8025.601.0036.20炉衬1.203.0078.801.401.6014.00焦炭0.5881.5012.405.52表 3 铁合金成分（分子）及其回收率（分母）成 分含量 /回收率 /%CSiMnAlPSFe类别硅铁73.00/7

4、50.50/802.50/00.05/1000.03/10023.92/100锰铁6.60/900.50/7567.80/800.23/1000.13/10024.74/100 10%C与氧生产 CO2表 4其它工艺参数设定值名称参数名称参数终渣碱度%CaO/%SiO 2=3.5渣中铁损 (铁珠 )为渣量的 6%萤石加入量为铁水量的 0.5%氧气纯度99%,余者为 N 2生白云石加入量为铁水量的 2.5%炉气中自由氧含量0.5%( 体积比 )炉衬蚀损量为铁水量的 0.3%气化去硫量占总去硫量的 1/3终 渣 (FeO) 含 量 （ 按2 3 (FeO)=1/3金属中 C的氧化产90%C 氧化成

5、 CO,15%，而 (Fe O )/(FeO)=1.35(Fe 2O3)折算）即 (Fe2O3)=5%(FeO)=8.25%物10%C 氧化成 CO2烟尘量为铁水量的 1.5%( 其中 FeO由热平衡计算确定。本为 75%， Fe2 O3 为 20%)废钢量计算结果为铁水量的喷溅铁损为铁水量的 1%10.934%,即废钢比为 9.86%（ 2）物料平衡基本项目。收入项有：铁水、废钢、溶剂 ( 石灰、萤石、轻烧白云石 ) 、氧气、炉衬蚀损、铁合金 。支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。（3）计算步骤。以 100kg 铁水为基础进行计算。第一步：计算脱氧和合金化前的总渣量及其成分。总

6、渣量包括铁水中元素氧化、炉衬蚀损和加入溶剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表5、6 和 7。总渣量及其成分如表 8 所示。第二步：计算氧气消耗量。氧气实际消耗量系消耗项目与供入项目之差，详见表9。表 5 铁水中元素的氧化产物及其成渣量元素反应产物元素氧化量 / kg耗氧量 /产物量 /kg备注kgC C CO4.22 90%=3.7984.9208.610 C CO24.22 10%=0.4221.0901.500Si Si (SiO 2)0.4000.4570.857入渣Mn Mn (MnO)0.2700.0790.349入渣PP (P O)0.1000.1290.229入渣25S S (SO

7、2 )0.039 1/3=0.0130.0130.026 S +(CaO)=(CaS)+(O)0.039 2/3=0.0260.0130.059(CaS)入渣Fe Fe (FeO)0.675 56/72=0.5250.1500.675入渣 (见表 8) Fe (Fe2O3)0.379 112/160=0.2650.1140.379入渣 (见表 8)合计5.6990.965成渣量2.548入渣组分之和 由 CaO还原出的氧量，消耗的CaO量=0.013 56/32=0.023kg表 6炉衬蚀损的成渣量炉衬蚀损量成渣组分 / kg气态产物 / kg耗氧量 / kg(kg)CaO SiO2MgOAl

8、2O3Fe O3C COC CO2C CO、CO220.30.0040.0090.2360.0040.0050.3 14%90%0.3 14%10%0.3 14%(90%16/12+10% (据表 4)28/12=0.08844/12=0.01532/12)=0.062合计0.2580.1030.062表 7加入溶剂的成渣量类别加入量成渣组分 / kg气态产物 / kg/ kgCaOMgO2Al2 32 32 5CaS2222SiOOFe OP OCaFH OCOO萤石0.5 据( 表0.0020.0030.0280.0080.0080.0050.0010.4400.0054)生白云2.5 据( 表0.9100.6400.0200.0250.905石4)石灰3.4553.0350.0900.0860.0520.0170.0030.0050.0030.1600.001合计3.9470.7330.1340.0850.0250.0080.0060.4400.0081.0650.001成渣量7.634石灰加入量计算如下：由表57 可知，渣中已含 (CaO)= -0.455+0.004+0.002+0.910=0.461kg;渣中已含(SiO 2)=0.857+0.009+0.028+0.022=0.914kg.因设定的终渣碱度