GCr9物料平衡计算.docx

1、GCr9物料平衡计算一、物料平衡计算1、计算所需原始数据基本原始数据：冶炼钢种及成分（见表1）；原材料成分（见2）；炉料中元素烧损率（见表3）；其他数据（见表4）表1 冶炼钢种及其成分钢种成分（%）备注CSiMnPSCrFeGCr91.001.10/1.050.150.35/0.250.200.400.0270.0200.901.20余量氧化法注：分母系计算时的设定值，取其成分中限。表2 原材料成分（%）名称CSiMnPSCrAlFeH2O灰分挥发分碳素废钢0.180.250.550.0300.030余量炼钢生铁4.200.800.600.2000.035余量焦炭81.500.5812.405

2、.52电极99.001.00名称CaOSiO2MgOAl2O3CaF2Fe2O3CO2H2OP2O5S石灰88.002.502.601.500.504.640.100.100.06铁矿石1.305.750.301.4589.771.200.150.08火砖块0.5560.800.6036.801.25高铝砖1.256.400.1291.350.88镁砂4.103.6589.500.851.90焦炭灰分4.4049.700.9526.2518.550.15电极灰分8.9057.800.1033.10表3 炉料中元素烧损率成分CSiMnPS烧损率（%）熔化期2540,取307095，取 85607

3、0，取654050，取45可以忽略氧化期0.06全部烧损200.0152530，取27按末期含量比规格下限低0.03%0.10%（取0.06%）确定（一般不低于0.03%的脱碳量）；按末期含量0.015%来确定表4 其他数据名称参数配碳量比钢种规格中限高0.70%，即达1.75%熔化期脱碳量30%，即1.7530%0.51kg电极消耗量熔化期3Kg/t；氧化期1 Kg/t炉顶高铝砖消耗量熔化期占0.75 Kg/t，氧化期0.525 Kg/t炉衬镁砖消耗量熔化期2 Kg/t；氧化期1.5 Kg/t熔化期和氧化期所需要氧量50%来自氧气，其余50%来自矿石和空气氧气纯度和利用率99%，余者为N2，

4、氧利用率90%焦炭中碳的回收率75%（系指配料用焦炭）碳氧化产物均按70%生成CO，30%生成CO2考虑2、物料平衡基本项目收入项有：废钢、生铁、焦炭、石灰、电极、炉衬镁砖、炉顶高铝砖、火砖块、氧气和空气。支出项有：钢水、炉渣、炉气、挥发的铁、焦炭中挥发分。3、计算步骤以100kg金属炉料（废钢+生铁）为基础，按工艺阶段分为熔化期和氧化期分别进行计算，然后汇总成物料平衡表。第一步：熔化期计算。（1）确定物料消耗量：1）金属炉料配入量。废钢和生铁按75kg和25kg搭配，不足碳量用焦炭来配。其结果列于表5。表5 炉料配入量名称用量（kg）配料成分（kg）CSiMnPSFe废钢75.0000.13

5、50.1880.4130.0230.02374.218生铁25.0001.0500.2000.1500.0500.00923.541焦炭0.9240.565合计100.9241.7500.3880.5630.0730.03297.759碳烧损率25%。2)其他原材料消耗量。为了提前造 渣脱磷，先加入一部分石灰（20kg/t（金属料）和矿石（10kg/t（金属料）。炉顶、炉衬和电极消耗量见表4。（2）确定氧气和空气消耗量：耗氧项包括炉料中元素的氧化，焦炭和电极中碳的氧化；而矿石则带来部分氧，石灰中CaO被自身S还原出部分氧。详见表6。表6 净耗氧量的计算项目名称元素反应产物元素氧化量（kg）耗氧

6、量（kg）供氧量（kg）耗氧项炉料中元素的氧化CSiMnPFeCCOCCO2Si(SiO2）Mn(MnO）P(P2O5）Fe(FeO）*Fe（Fe2O3）*1.75030%70%=0.3681.75030%30%=0.1580.38885%=0.3300.56365%=0.3660.07345%=0.03397.7592%15%=0.29397.7592%85%=1.6620.4910.4210.4430.1060.0430.0840.712合计3.2102.300焦炭中碳的氧化电极中碳的氧化CC（C）CO（C）CO2（C）CO（C）CO20.92481.5%25%70%=0.1320.924

7、81.5%25%30%=0.0570.475%99%70%=0.2080.475%99%30%=0.0890.1760.1520.2770.237合计3.142供氧项矿石石灰Fe2O3SFe2O3 =2Fe+3/2O2CaO+S=CaS+O0.2690.0006合计0.270净耗氧量2.872*令铁烧损率为2%，其中80%生成Fe2O3挥发掉成为烟尘的一部分；20%成渣。在这20%中，按3：1的比例分别生成（FeO）和（Fe2O3）。如表4中所述，应由氧气供给的氧为50%，即3.14250%=1.571,空气应供氧1.571-0.270=1.301kg，由此可求出氧气与空气的实际消耗量如表7表

8、7 氧气与空气实际消耗量氧气（kg）空气（kg）带入O2带入N2带入O2带入N21.571/90%=1.7461.746/99%1%=0.0181.3011.301（77/23）=4.356=1.746+0.018=1.764=1.301+4.356=5.657上述1）+2）便是熔化期的物料收入量。（3）确定炉渣量：炉渣源于炉料中Si、Mn、P、Fe等元素的氧化产物，炉顶和炉衬的蚀损，焦炭和电极中的灰分，以及加入的各种熔剂。结果见表8。表8熔化期炉渣量的确定名称消耗量(kg)成渣组分(kg)CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3P2O5CaS合计炉料SiMnPFe0.3300.3

9、660.0330.3910.7070.4720.3770.1400.0760.7070.4720.0760.517炉顶炉衬焦炭电极石灰矿石0.0750.2000.9240.3002.0001.0000.0010.0080.005略1.7580.0130.0040.0070.0570.0020.0500.058略0.1790.001略0.0520.0030.0690.0020.0300.0010.0300.0150.0010.0040.0210.010余量 0.0020.0020.0750.2000.1140.0031.904合计1.7850.8850.2350.1470.4720.3770.1

10、760.0800.0044.161百分比42.9021.275.653.5311.349.064.231.920.10100.001Fe的消耗量，按表6中注释97.75925%20%=0.3912石灰中氧化钙的计算,石灰中自身S还原消耗0.002kgCa3矿石中的Fe2O3假设全部还原，还原得到的铁为1.0000.8977112/160=0.628kg（4）确定金属量：金属量Qi=金属炉料重+矿石带入的铁量-炉料中C、Si、Mn、P和Fe的烧损量+焦炭配入的碳量=100+0.628-3.210+0.565=97.983kg。（5）确定炉气量：炉气来源于炉料以及焦炭和电极中碳的氧化物CO和CO2

11、，氧气带入的N2，物料中的H2O及其反应产物，游离O2及其反应产物，石灰的烧减（CO2），焦炭的挥发分。计算结果列于表9。表9 炉气量计算项目气态产物(kg)COCO2N2H2OH2挥发物合计炉料中C的氧化焦炭带入电极带入石灰带入矿石带入氧气带入空气带入游离O2参与反应CO+1/2O2=CO2H2O参与反应H2O+CO=H2+CO20.8590.3080.485-0.301-0.1200.5790.2090.3260.0930.4800.1890.0184.3560.0050.0020.0120.058*-0.0770.0090.0511.4380.5730.8110.0950.0120.01

12、84.4140.1790合计12311.8764.37400.0090.0517.540质量分数/%16.3324.8858.0100.120.68100.00*计算条件：常温（20）、常压（0.1MPa）下空气相对湿度为70%，20的饱和蒸汽压为0.0023MPa。先求湿空气体积4.396（273+20）/2730.1/(0.1-0.0023)=4.829 m3再算空气含水量4.7250.0119=0.058kg（6）确定铁的挥发量：有表6中设定，铁的挥发量为：97.9492%80%=1.564kg。上述（3）+（4）+（5）+（6）便是熔化期的物料支出量。由此可列出熔化期物料平衡表10。表

13、10 熔化期物料平衡表收入支出项目质量(kg)%项目质量(kg)%废钢75.00067.01金属97.98388.08生铁25.00022.34炉渣4.1613.74焦炭0.9240.83炉气7.5406.78电极0.3000.27铁的挥发1.5641.41矿石1.0000.89石灰2.0001.79炉顶0.0750.07炉衬0.2000.18氧气1.7641.58空气5.6575.05合计111.920100.00合计111.248100.00注：计算误差=（111.920-111.248）/111.920100%=0.60%。第二步：氧化期计算。引起氧化期物料波动的因素有：扒除熔化渣，造新

14、渣；金属中元素的进一步氧化炉顶、炉衬的蚀损和电极的烧损。（1）确定渣量：1）留渣量。为了有利去磷，要进行换渣，即通常除去70%左右熔化渣，而进入氧化期只留下30%的渣。其组成见表11。2）金属中元素的氧化产物。根据表3给出的值可以计算产物量，详见表11。3）炉顶、炉衬的蚀损和电极的烧损量。根据表4的假定进行计算，其结果一并列入表11。4）造新渣时加入石灰、矿石和火砖块带入的渣量。见表11。表11 氧化期渣量的确定名称消耗量/kg成渣成分(kg)CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3P2O5CaS合计留渣30%1.2480.5350.2660.0710.0440.1420.1130

15、.0530.0240.0011.248金属中元素氧化或烧损SiMnPFeS0.0580.0390.0250.2200.023-0.0400.1240.0500.2350.0530.0570.0520.1240.0500.0570.2880.012炉顶蚀损量炉衬蚀损量电极烧损量石灰带入矿石火砖块带入0.0530.1500.1002.7071.0000.5000.0010.006略2.3790.0130.0030.0030.0050.0010.0680.0580.304略0.134略0.0700.0030.0030.0480.001略0.0410.0150.184略0.003 0.014余量0.0

16、060.0030.0020.0040.0020.0520.1490.0012.5790.0930.500合计2.8970.8290.2810.3330.1920.3480.1290.0860.0595.154%56.2116.085.456.463.736.752.501.671.14100注：石灰中CaO被自身S还原，消耗0.003kgCaO。渣量计算的几点说明：关于石灰消耗量：由表11可知，除石灰带入的以外，渣中已含SiO2=0.266+0.124+0.003+0.005+0.001+0.058+0.304=0.761kg.CaO=0.535-0.040+0.001+0.006+0.013

17、+0.003=0.518kg。取碱度3.5，故石灰加入量为：R(SiO2)-(CaO)/%CaO石灰-R%SiO2石灰=（3.50.761-0.518）/(88.00%-3.52.50%)=2.707kg关于磷的氧化量：根据表6，可近似求得(0.073-0.033)/97.983-0.015%97.983=0.025kg。关于铁的烧损量：一般可以设定，当氧化末期金属中含C约0.90%时，渣中Fe约达7%；且其中75%为（FeO），25%为（Fe2O3）。因此，渣中含（FeO）为7%75%72/56=6.75%,含（Fe2O3）为7%25%160/112=2.50%，由表11知，除FeO和Fe2

18、O3以外的渣量为2.897+0.829+0.281+0.333+0.192+0.086+0.059=4.677kg，故总渣量=4.677/（100-6.75-2.50）%=5.154kg。于是可得（FeO）=0.348kg，（Fe2O3）=0.129kg。其中，由Fe氧化生成的（FeO）和（Fe2O3）分别为0.234kg和0.054kg。（2）确定金属量：根据熔化期的金属量以及表11中元素烧损量和矿石还原出来的铁量，即可得氧化末期的金属量为97.983-（0.058+0.039+0.025+0.220+0.023+0.353*）+0.628=97.893kg（*为碳的烧损量近似值，即1.75

19、（1-30%）-0.89%97.983=0.353kg）（3）确定炉气量：计算方法如同熔化期。先求净耗氧量（见表12），再确定氧气消耗量（见表13），最后将各种物料或化学反应带入的气态产物归类，从而得其结果（见表14）。表12 净耗氧量的计算名称元素烧损量/kg反应产物耗氧量供氧量(kg)备注金属中元素的氧化C0.353CCO0.32970%C生成COCCO20.28230%C生成CO2Si0.058Si(SiO2)0.066Mn0.039Mn(MnO)0.011P0.025P(P2O5)0.032Fe0.220Fe(FeO)0.052见表11Fe(Fe2O3)0.016见表11电极中碳的氧化

20、C0.10099%=0.099CCO0.09270%C生成COCCO20.07930%C生成CO2合计0.959矿石供氧Fe2O30.898Fe2O3=Fe+3/2O20.269还原出铁0.628kg石灰中S还原CaOS0.002CaO+S=CaS+O0.001金属中S还原CaO供氧S0.009CaO+S=CaS+O0.005合计0.275净耗氧量0.684如表4中所述，应由氧气供给的氧为50%，即0.95950%=0.480,空气应供氧0.480-0.275=0.205kg，由此可求出氧气与空气的实际消耗量如表13表13 氧气和空气实际消耗量氧气（kg）空气（kg）带入O2带入N2带入O2带

21、入N20.480/90%=0.5330.533/99%1%=0.0050.2050.205(77/23)=0.686=0.533+0.005=0.538=0.205+0.686=0.891表14 炉气量项目气态产物(kg)备注COCO2N2H2OH2合计金属中C的氧化电极带入矿石带入石灰带入氧气带入空气带入游离O2参与反应CO+1/2O2=CO2H2O参与反应H2O+CO=H2+CO20.5770.162-0.093-0.0370.3880.1090.1260.1460.0590.0050.6860.0120.0030.009*-0.0240.0030.9650.2710.0120.1290.

22、0050.6950.0530C烧损量0.353kgC烧损量0.099kg*计算方法同表9游离氧 H2O全部消耗合计0.6090.8280.69100.0032.131质量分数/%28.5838.8532.4300.14100.00表 15 熔化期和氧化期综合物料平衡表收入支出项目质量/kg%项目质量/kg%废钢75.00063.64金属97.89383.53生铁25.00021.21炉渣4.161+3.906=8.0676.88焦炭0.9240.78炉气7.540+2.131=9.6718.25电极0.300+0.100=0.4000.34铁的挥发1.5641.33矿石1.000+1.000=

23、2.0001.70石灰2.000+2.707=4.7073.99火砖块0.5000.42炉顶0.075+0.053=0.1280.11炉衬0.200+0.150=0.3500.30氧气1.764+0.538=2.3021.95空气5.657+0.891=6.5485.56合计117.859100.00合计117.195100.00注：计算误差=（117.859-117.195）/117.859100%=0.56%。表16氧化末期各金属成分元素含量（%）备注C0.891（1.750-0.525-0.353）/97.893=0.891%Si0Mn0.161(0.563-0.366-0.039)/9

24、7.893=0.161%P0.015(0.073-0.033-0.025)/97.893=0.015%S0.023（0.032-0.009）/97.893=0.023%二、热平衡计算1、计算热收入Qs以100kg金属料（废钢+生铁）为基础。（1）物料的物理热。计算结果列于表17。（2）元素氧化热及成渣热。计算结果列于表18。（3）消耗的电能。根据消耗的热量确定，为154853.65kJ。详见下面的计算。表17 物料带入的物理热名称热容(kJ/kgK)温度()消耗量(kg)物理热(kJ)废钢0.69929875.0001310.625生铁0.74529825.000465.625石灰0.7282984.70785.667火砖块0.8582980.50010.725矿石1.0472982.00052.350焦炭0.8582980.92419.820炉顶高铝砖0.8798730.12867.507