炼钢过程中的物料平衡与热平衡计算Word格式.docx
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0.30
5.50
0.60
1.60
0.90
生白云石
36.40
0.80
25.60
1.00
36.20
炉衬
1.20
3.00
78.80
1.40
14.00
焦炭
0.58
81.50
12.40
5.52
表3铁合金成分(分子)及其回收率(分母)
成分含量/回收率/%
Al
Fe
硅铁
—
73.00/75
0.50/80
2.50/0
0.05/100
0.03/100
23.92/100
锰铁
6.60/90①
0.50/75
67.80/80
0.23/100
0.13/100
24.74/100
①10%C与氧生产CO2
表4其它工艺参数设定值
名称
参数
终渣碱度
%CaO/%SiO2=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N2
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(FeO)=1.35(Fe2O3)折算)
15%,而(Fe2O3)/∑(FeO)=1/3即(Fe2O3)=5%(FeO)=8.25%
金属中〔C〕的氧化产物
90%C氧化成CO,
10%C氧化成CO2
烟尘量
为铁水量的1.5%(其中FeO为75%,Fe2O3为20%)
废钢量
由热平衡计算确定。
本计算结果为铁水量的10.934%,即废钢比为9.86%
喷溅铁损
为铁水量的1%
(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/kg
产物量/kg
备注
〔C〕→{CO}
〔C〕→{CO2}
4.22×
90%=3.798
10%=0.422
4.920
1.090
8.610
1.500
〔Si〕→(SiO2)
0.400
0.457
0.857
入渣
〔Mn〕→(MnO)
0.270
0.079
0.349
〔P〕→(P2O5)
0.100
0.129
0.229
〔S〕→(SO2)
〔S〕+(CaO)=(CaS)+(O)
0.039×
1/3=0.013
2/3=0.026
0.013
—0.013①
0.026
0.059(CaS)
〔Fe〕→(FeO)
〔Fe〕→(Fe2O3)
0.675×
56/72=0.525
0.379×
112/160=0.265
0.150
0.114
0.675
0.379
入渣(见表8)
合计
5.699
0.965
成渣量
2.548
入渣组分之和
1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
(kg)
成渣组分/kg
气态产物/kg
C→CO
C→CO2
C→CO、CO2
0.3
(据表4)
0.004
0.009
0.236
0.005
0.3×
14%×
90%
×
28/12=0.088
10%
44/12=0.015
14%(90%×
16/12+10%×
32/12)=0.062
0.258
0.103
0.062
表7加入溶剂的成渣量
加入量
/kg
CaS
O2
0.5据(表4)
0.002
0.003
0.028
0.008
0.001
0.440
2.5据(表4)
0.910
0.640
0.025
0.905
3.455①
3.035②
0.090
0.086
0.052
0.017
0.160
0.001③
3.947
0.733
0.134
0.085
0.006
1.065
7.634
1石灰加入量计算如下:
由表5~7可知,渣中已含(CaO)=-0.455+0.004+0.002+0.910=0.461kg;
渣中已含(SiO2)=0.857+0.009+0.028+0.022=0.914kg.因设定的终渣碱度R=3.5;
故石灰加入量为:
[R∑w(SiO2)-∑w(CaO)]/[w(CaO石灰)-R×
w(SiO2石灰)]=2.738/(88.00%-3.5×
2.50%)=3.45kg
②为(石灰中CaO含量)—(石灰中S→CaS自耗的CaO量)。
2由CaO还原出的氧量,计算方法同表5之注。
表8总渣量及其成分
炉渣成分
MnO
FeO
元素氧化成渣量/kg
0.675②
0.379③
0.059
石灰成渣量/kg
3.035
3.288
炉衬蚀损成渣量/kg
生白云石成渣量/kg
1.019
0.022
0.717
1.786
萤石成渣量/kg
0.495
总渣量/kg
3.951
1.000
0.969
0.089
0.409
0.237
0.065
8.184①
%
48.28
12.22
11.84
1.09
4.26
8.25
5.00
5.38
2.90
0.79
100.00
1总渣量计算如下:
因为表8中除(FeO)和(Fe2O3)以外的渣量为:
5.965+1.700+1.102+0.124+0.615+0.440+0.540+0.038=7.100kg,而终渣∑w(FeO)=15%(表4-4),故总渣量为7.1/86.75%=8.184kg
3w(FeO)=8.184×
8.25%=0.675kg.
4w(Fe2O3)=8.184×
5%—0.017—0.005—0.008=0.379kg.
表9实际耗氧量
耗氧项/kg
供氧项/kg
实际氧气消耗量/kg
铁水中元素氧化耗氧量(表5)6.965
炉衬中碳氧化耗氧量(表6)0.062
石灰中的S与CaO反应还原出的氧量(表7)0.002
烟尘中铁氧化耗氧量(表4)0.340
7.427-0.002+
0.066①=7.491
炉气中自由氧含量(表10)0.060
合计7.427
合计0.002
①为炉气中N2之重量,详见表10
第三步:
计算炉气量及其成分。
炉气中含有CO、CO2、O2、N2、SO2和H2O。
其中CO、CO2、SO2和H2O可由表4-5~4-7查得,O2和N2则由炉气总体积来确定。
现计算如下。
炉气总体积V∑:
V∑=
=
=8.721m3
式中Vg—CO、CO2、SO2和H2O诸组分之总体积,m3。
本计算中,其值为8.950×
22.4/28+2.837×
22.4/44+0.002×
22.4/64+0.011×
22.4/18=8.619m3
GS—不计自由氧的氧气消耗量,kg。
本计算中,其值为7.851+0.062+0.23=8.619m3(见表9);
VX—铁水与石灰中的S与CaO反应还原出的氧量,m3。
本计算中,其值为0.002kg(见表9)
0.5%—炉气中自由氧含量,m3;
99—由氧气纯度为99%转换得来。
计算结果列于表10
表10炉气量及其成分
炉气成分
炉气量/kg
体积/m3
体积分数/%
CO
8.698
8.698×
22.4/28=6.958
82.99
2.580
2.580×
22.4/44=1.313
15.66
SO2
0.026×
22.4/64=0.009
0.11
0.008×
22.4/18=0.010
0.062①
0.042
N2
0.066②
0.62
11.438
8.384
①炉气中O2体积为8.384×
0.5%=0.042m3;
质量为0.042×
32/22.4=0.062kg。
②炉气中N2的体积系炉气总体积与其他成分的体积之差;
质量为0.052×
28/22.4=0.065kg。
第四步:
计算脱氧和合金化前的钢水量。
钢水量Qg=铁水量—铁水中元素的氧化量—烟尘、喷溅和渣中的铁损
=100-5.699-﹝1.00×
(75%×
56/72+20%×
112/160)+1+8.184×
6%﹞
=91.725kg
据此可以编制脱氧和合金化前的物料平衡表(表11)。
表11未加废钢时的物料平衡表
收入
支出
项目
质量/kg
铁水
87.53
钢水
91.73
80.23
3.455
3.02
炉渣
8.18
7.16
0.44
炉气
11.44
10.00
2.19
喷溅
0.87
0.26
烟尘
1.31
氧气
7.491
6.56
渣中铁珠
0.49
0.43
114.25
114.34
注:
计算误差为(114.25—114.34)/114.25×
100%=-0.010%
第五步:
计算加入废钢的物料平衡。
如同“第一步”计算铁水中元素氧化量一样,利用表1的数据先确定废钢中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量(表12),再将其与表11归类合并,遂得加入废钢后的物料平衡表13和表14
表12废钢中元素的氧化产物及其成渣量
产物量/kg
进入钢中的量/kg
10.934×
0.06%×
90%=0.008
10%=0.001
0.011
0.019(入气)
0.004(入气)
0.03%=0.027
0.031
0.058
0.74%=0.040
0.012
0.006%=0.001
0.009%×
1/3=0.0003
0.009×
2/3=0.0007
0.0003
-0.0004
0.0006(入气)
0.002(CaS)
0.078
10.934—0.078=10.856
成渣量(kg)
0.140
表13加入废钢的物料平衡表(以100kg铁水为基础)
79.84
91.725+10.856=110.54
81.83
废钢
10.934
8.73
8.184+0.114=8.324
6.64
2.76
11.438+0.024=11.462
9.14
轻烧白云石
2.00
0.24
0.491
0.39
7.491+0.058=7.549
6.03
125.238
125.358
计算误差为(125.238—125.358)/125.238×
100%=—0.1%
表14加入废钢的物料平衡表(以100kg(铁水+废钢)为基础)
90.14
79.85
92.47
81.84
9.86
7.5
3.11
10.33
2.25
1.35
1.19
0.27
6.80
6.02
112.88
112.99
第六步:
计算脱氧和合金化后的物料平衡。
先根据钢种成分设定值(表1)和铁合金成分及其烧损率(表3)算出锰铁和硅铁的加入量,再计算其元素的烧损量。
将所得结果与表14归类合并,既得冶炼一炉钢的总物料平衡表。
锰铁加入量WMn为:
WMn=
钢水量
92.02=1.255kg
硅铁加入量WSi为:
WSi=
=
=0.042kg
铁合金中元素的烧损量和产物量列于表15。
表15铁合金中元素烧损量及产物量
烧损量/kg
脱氧量/kg
成渣量/kg
入钢量/kg
0.631×
6.60%×
10%=0.004
0.010
0.015(CO2)
90%=0.038
67.80%×
20%=0.086
0.111
0.631×
80%=0.342
0.50%×
25%=0.001
75%=0.002
0.23%=0.001
0.13%=0.001
24.74%=0.156
0.091
0.036
0.113
0.015
0.540
0.425×
2.50%×
100%=0.011
20%=0.00004
0.0001
0.0005
0.042×
80%=0.002
73.00%×
25%=0.078
0.167
0.0425×
75%=0.230
0.0425×
0.05%=0.00002①
0.03%=0.00001①
23.92%=0.102
0.088
0.099
0.174
0.334
总计
0.169
0.135
0.287
0.874
1可以忽略
脱氧和合金化后的钢水成分如下:
w(C)=0.08%+
100%=16%
w(Si)=
×
100%=0.03%
w(Mn)=0.210%+
100%=0.94%
w(P)=0.019%+
100%=0.022%
w(S)=0.016%+
100%=0.018%
可见,含碳量尚未达到设定值。
为此需在钢包内加焦粉增碳。
其加入量W1为
W1=
=0.015kg
焦炭生成的产物如下:
碳烧损量/kg
耗氧量/kg
气体量/kg①
碳入钢量/kg
0.060×
81.50%×
25%=0.012
0.032
0.044+0.06×
(0.58+5.52)%=0.047
12.40%=0.007
75%=0.037
1CO2、H2O和挥发份之总和(未计挥发份燃烧的影响)
由此可得冶炼过程(即脱氧和合金化后)的总物料平衡表16
表16总物料平衡表
78.93
93.38(92.47+0.874+0.037)
81.71
8.64
2.72
7.79(7.50+0.287+0.007)
6.82
1.97
10.39(10.33+0.015+0.047)
9.09
0.91
7.02(6.85+0.14+0.03)①
6.14
1.36
0.63
0.37
焦粉
0.05
114.21
114.28
注:
计算误差为(114.21—114.28)/114.21×
①可以近视认为(0.082+0.008)的氧量系出钢水二次氧化所带入。
1.2热平衡计算
(1)计算所需原始数据。
计算所需基本原始数据有:
各种入炉料及产物的温度(表17);
物料平均热容(表18);
反应热效应(表19);
溶入铁水中的元素对铁熔点的影响(表20)。
其它数据参照物料平衡选取。
表17入炉物料及产物的温度设定值
入炉物料
产物
铁水①
其它原料
温度(℃)
1300
25
与钢水相同
1450
1纯铁熔点为1536℃
表18物料平均热容
物料名称
生铁
钢
矿石
固态平均热容(kj/kg·
K)
0.745
0.699
1.047
0.996
溶化潜热(kj/kg)
218
272
209
液态或气态平均热容(kj/kg·
0.837
1.248
1.137
表19炼钢温度下的反应热效应
组元
化学反应
△H/kj·
kmol-1
kg-1
氧化反应
—139420
—11639
氧化反应
—418072
—34834
氧化反应
—817682
—29202
—361740
—6
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