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氧气顶吹转炉炼钢物料平衡和热平衡
氧气顶吹转炉炼钢物料平衡和热平衡
一、物料平衡计算
1.1计算原始数据:
基本原始数据见下表:
表1钢水、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值
类别成分含量
C
Si
Mn
P
S
温度
Q235A设定值
0.18
0.25
0.55
≤0.045
≤0.050
铁水设定值
4.3
0.7
0.11
0.15
0.025
1250
废钢设定值
0.17
0.21
0.5
0.01
0.022
25
终点钢水设定值
0.10
-
0.011
0.020
0.021
【C】和【Si】按实际生产选取,Mn、P、S分别按铁水中相应成分的30%、10%和60%留在钢水中设定。
表2原材料成分
成分含量%
类别
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
Fe2O3
CaF2
P2O5
S
CO2
H2O
C
灰分
挥发分
烧碱
石灰
88.855
0.9
0.88
0.10
0.255
0.01
9.00
萤石
0.3
5.5
0.6
1.6
1.5
88
0.90
0.10
1.5
生白云石
36.4
0.80
25.60
1.00
36.20
炉衬
1.20
3.00
78.80
1.40
1.60
14.00
焦炭
0.58
81.50
12.40
5.52
.表3铁合金成分及其回收率
成分含量%,
回收率%
类别
C
Si
Mn
P
S
Al
Fe
硅铁
-
73.00,75
0.50,80
0.05,100
0.03,100
2.50,100
23.92,100
硅锰
6.60,90①
0.50,75
67.8,80
0.23,100
0.13,100
-
8
①10%C与氧生成CO2。
表4其它工艺参数设定值
名称
参数
名称
参数
终渣碱度
ω(CaO)/ω(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%,其余为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w(FeO)含量(按ω(Fe2O3)=1.35ω(FeO)折算
15%,而ω(Fe2O3)/∑ω(FeO)=1/3,即ω(Fe2O3)=5%,ω(FeO)=8.25%
金属中【C】的氧化产物
90%C氧化成CO,10氧化成CO2
烟尘量
为铁水量的1.5%,(其中ω(FeO)为75%,ω(Fe2O3)为20%
废钢量
有热平衡计算确定,本计算结果为铁水量的13.35%,即废钢比为11.78%
喷溅损失
为铁水量的1%
1.1.2、物料平衡基本项目
收入项支出项
铁水钢水
废钢炉渣
熔剂(石灰、萤石、轻烧白云石)烟尘
氧气渣中铁珠
炉衬蚀损炉气
铁合金喷溅
1.1.3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见表5—表7。
总渣量及其成分见表8。
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
[C]—{CO}
4.2*90%=3.78
5.04
9.82
[C]—{CO2}
4.2*10%=0.42
1.54
1.96
Si
[Si]—{SiO2}
0.7
0.8
1.50
入渣
Mn
[Mn]—{MnO}
0
0
0
入渣
P
[P]—{P2O5}
0.12
0.155
0.275
入渣
S
[S]—{SO2}
0.04*1/3=0.001
0.001
0.002
[S]+[CaO]—{CaS}+(O)
0.004*2/3=0.003
-0.001①
0.002
入渣
Fe
[Fe]—(FeO)
0.882*56/72=0.686
0.882
入渣
[Fe]—(Fe2O3)
0.535*112/160=0.375
0.535
入渣
合计
6.085
7.8907
成渣量
1.701
入渣组分之和
1由CaO还原出的氧量;消耗的CaO量=0.003*56/32=0.005kg。
表6炉衬蚀损的成渣量
炉衬蚀损量/kg
成渣组分/kg
气态产物/kg
耗氧量/kg
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
Fe2O3
C—CO
C—CO2
C—CO,CO2
0.3(据表4)
0.004
0.009
0.236
0.004
0.005
0.3*14%/*28/12=0.088
0.3*14%*10%*44/12=0.015
0.3*14%*90%*16/12+10%*32/12)=0.062
合计
0.258
0.103
0.062
表7加入熔剂的成渣量
类别
加入量Kg
成渣组分/kg
气态产物/kg
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
Fe2O3
P2O5
CaS
CaF2
H2O
CO2
O2
烧碱④
萤石
0.5
0.002
0.028
0.003
0.008
0.008
0.005
0.001
0.44
0.005
生白云石
2.5
0.91
0.02
0.64
0.025
0.905
石灰
5.296①
4.707②
0.048
0.047
0.005
0.014
0
0.002
0.001③
0.476
合计
5.619
0.096
0.69
0.038
0.022
0.005
0.002
0.44
0.005
0.905
0.001
0.476
成渣量
6.912
1.387
1石灰加入量计算如下:
由表5—表7可知,渣中含(CaO)=-0.005+0.004+0.002+0.910=0.911kg;渣中已含(SiO2)=1.5+0.009+0.028+0.020=1.557kg。
因设定的终渣碱度R=3.5;故石灰加入量为:
[R∑ω(SiO2)-∑ω(CaO)]/[ω(CaO石灰)-R∑ω(SiO2石灰)=4.539/(88.855%-3.5*0.9%)=5.296kg。
2(石灰中CaO的含量)—(石灰中S—CaS自耗的CaO量)。
3由CaO还原出来的氧量,计算同表5的注。
4烧碱视作全部挥发进入气体中。
表8总渣量及其成分
炉渣成分
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
MnO
FeO
Fe2O3
CaF2
P2O5
CaS
合计
元素氧化量/kg
1.5
0
0.882②
0.535③
0.275
0.007
石灰成渣量/kg
5.034
0.048
0.047
0.005
0.014
0.001
炉衬蚀损成渣量/kg
0.004
0.009
0.236
0.004
0.005
生白云石成渣量/kg
0.91
0.020
0.640
0.025
萤石成渣量/kg
0.002
0.028
0.003
0.008
0.008
0.44
0.005
0.001
总渣量/kg
5.95
1.605
0.926
0.042
0
0.882
0.027
0.44
0.28
0.009
9.279
质量分数/%
55.63
15.01
8.66
0.39
0.00
8.25
5.25
4.11
2.62
0.08
100
1总渣量计算如下:
因为表8中除了(FeO)和(Fe2O3)以外的渣量为:
5.95+1.605+0.926+0.042+0+0.44+0.28+0.009=9.279kg,而终渣∑ω(FeO)=15%(表4),故总渣量为:
9.279/86.75%=10.696kg。
2ω(FeO)=10.696*8.25%=0.882kg。
3ω(Fe2O3)=10.696*5%=0.535kg。
第二步:
计算氧气消耗量,见表9。
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)6.085
铁水中S与CaO反应还原出的氧化量(表5)0.001
炉衬中碳氧化耗氧量(表6)0.062
石灰中的S与CaO反应还原出的氧化量(表7)0.001
烟尘中铁氧化耗氧量(表4)0.34
炉气自由氧含量(表10)①0.048
6.535-0.002+0.24=6.773
合计6.535
0.002
1炉气N2(存在于氧气中,见表4)的质量详见表10。
第三步:
计算炉气量及其成分
炉气中含有CO、CO2、N2、SO2和H2O。
其中CO、CO2、SO2和H2O可由表5—表7差得,O2和N2则由炉气总体积来确定。
计算如下:
炉气总体积V∑:
V∑=Vg+0.5%V∑+1/99(22.4/32*Gs+0.5%V∑-Vx)
V∑=(99Vg+0.7Gs-Vx)/98.50=
式中Vg—CO、CO2、SO2和H2O各组分总体积,m3。
本计算中,其值为(9.82+0.088)*22.4/*28+(1.96+0.015+0.905)*22.4/44+0.001*22.4/64+0.005*22.4/18+0.476*22.4/106=9.500m3;
Gs—不计自由氧的氧气消耗量,kg。
本计算中其值为:
6.085+0.062+0.34=6.487kg(见表9)。
Vx—铁水与石灰中的S与CaO反应还原出的氧量其质量分数为0.002kg(见表9),m3。
0.5%—炉气中自由氧含量;
99—由氧气纯度为99%转换而来。
计算结果见表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
9.908
9.908*22.4/28=7.926
83.44
CO2
2.315
2.315*22.4/44=1.179
12.41
SO2
0.001
0.001*22.4/64=0.0003
0.00
H2O
0.005
0.005*22.4/18=0.006
0.07
O2
①0.068
0.048①
0.51
N2
②0.299
②0.240
2.53
石灰中烧碱视作气体挥发
0.476
0.476*22.4/106=0.101
1.06
合计
13.072
9.5
100.00
①炉气中O2的体积为9.5*0.5%=0.048m3。
质量为:
0.048*32/22.4=0.0
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