3物料平衡与热平衡Word格式文档下载.docx
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67.30
27.87
98.50
1.50
焦炭
81.50
0.58
12.40
5.52
电极
99.00
1.00
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
CaF2
Fe2O3
CO2
P2O5
石灰
88.00
2.60
4.64
0.10
0.06
萤石
0.30
5.50
1.60
0.90
铁矿石
1.30
5.75
1.45
89.77
1.20
0.15
0.08
火砖块
60.80
36.80
1.25
高铝砖
6.40
0.12
91.35
0.88
镁砂
4.10
3.65
89.50
0.85
1.90
焦炭灰分
4.40
49.70
0.95
26.25
18.55
电极灰分
8.90
57.80
33.10
表3-3炉料中元素烧损
成分
烧损率/%
熔化期
25~40,取30
70~95,去85
60~70,取65
40~50,取45
可以忽略
氧化期
全部烧损
20
0.015
25~30,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);
按末期含量的0.015%来确定。
表3-4铁水、废钢成分设定值
类别
成分%
废钢设定值
表3-5其他数据
参数
配碳量
比钢种规格中限高0.48%,即达0.6%
熔化期脱碳量
30%,即0.6%×
30%=0.18kg
电极消耗量
4kg/t(金属料):
其中熔化期占75%;
氧化期和还原期各占25%
炉顶高铝砖消耗量
1.275kg/t(金属料):
其中熔化期占59%,氧化期占41%
炉衬镁砖消耗量
3.5kg/t(金属料):
其中熔化期占57%;
氧化期和还原期各占43%
熔化期和氧化期所需要氧量
100%来自于氧气
氧气纯度和利用率
99%,余者为N2,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
烟尘量
按8.5kg/t(金属料)考虑
3.1.2物料平衡基本项目
收入项有:
废钢、生铁、焦炭、石灰、萤石、电极、炉衬镁砖、炉顶高铝砖、火砖块、铁合金、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。
3.1.3计算步骤
以100kg金属炉料(废钢+生铁)为基础,按工艺阶段——熔化期、氧化期和还原期分别进行计算,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3-6。
计算用原始数据见表3-2和3-5。
表3-6炉料配入量
用量/kg
配料成分/kg
废钢
100.000
98.96
0.687
0.42
合计
100.687
0.6
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3-5。
(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。
前后两者之差即为所需净氧量2.458kg。
详见表3-7。
根据表3-5中的假设,应由氧气供给的氧气为100%,即2.239kg。
由此可求出氧气实际消耗量。
详见表3-8。
上述1)+2)便是熔化期的物料收入量。
表3-7净耗氧量的计算
项目
元素
反应产物
元素氧化量/kg
耗氧量/kg
供氧量/kg
耗
氧
项
炉料中元素的氧化
(C)→{CO}
(C)→{CO2}
(Si)→SiO2)
(Mn)→MnO)
(P)→P2O5)
(Fe)→FeO)
(Fe→(Fe2O3)
0.126
0.054
0.2125
0.3575
0.0135
0.297
1.682
0.168
0.144
0.2428
0.104
0.0174
0.0848
0.721
2.7425
1.482
焦炭中碳的氧化
电极中碳的氧化
0.098
0.042
0.208
0.089
0.131
0.112
0.277
0.237
2.239
供
矿石
CaO+S=CaS+O
0.0006
净耗氧量
2.2384
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)。
表3-8氧气实际消耗量
氧气/kg
带入O2
带入N2
2.2384/氧利用率=2.2384/90%=3.128
(3.128/99%)×
1%=0.032
(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3-9。
表3-9熔化期炉渣量的确定
消耗量/kg
成渣组分/kg
MnO
FeO
CaS
炉料
0.213
0.358
0.014
0.396
0.455
0.46
0.382
0.141
0.031
0.462
0.523
炉顶
炉衬
0.075
0.300
2.000
0.001
0.008
0.004
略
1.758
0.007
0.002
0.179
0.052
0.069
0.022
0.016
0.010
0.085
0.003
1.904
1.771
0.561
0.232
0.124
0.172
0.033
3.737
百分比
47.38
15
6.2
3.32
12.3
10.21
4.6
0.54
100.00
(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=100-2.7425+0.42=97.6775kg。
(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,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3-10。
表3-10炉气量计算
气态产物/kg
CO
N2
H2
挥发物
炉料中C的氧化
焦炭带入
电极带入
石灰带入
氧气带入
游离O2参与反应
CO+1/2O2=CO2
H2O参与反应
H2O+CO=H2+CO2
0.294
0.228
0.485
-0.4354
-0.0093
0.198
0.154
0.326
0.093
0.6841
0.01467
0.0251
-0.006
0.00067
0.047
0.492
0.424
0.811
0.095
0.2487
0.5623
1.47
0.038
2.091
质量分数/%
26.83
70.13
1.19
1.81
(6)确定铁的挥发量:
有表3-7中设定,铁的挥发量为:
97.949×
2%×
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3-11。
表3-11熔化期物料平衡表
收入
支出
质量/kg
%
94.54
金属
97.6775
92.94
0.65
炉渣
3.7374
3.56
0.283
炉气
2.0961
1.99
1.89
铁的挥发
1.583
1.51
0.071
0.189
氧气
2.513
2.37
105.775
105.094
计算误差=(105.775-105.094)/105.775×
100%=0.64%。
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3-12。
2)金属中元素的氧化产物。
根据表3-3给出的值可以计算产物量,详见表3-12。
3)炉顶、炉衬的蚀损和电极的烧损量。
根据表3-5的假定进行计算,其结果一并列入表3-12。
4)造新渣时加入石灰、矿石和火砖块带入的渣量。
见表3-12。
渣量计算的几点说明:
关于石灰消耗量:
由表3-12可知,除石灰带入的以外,渣中已含SiO2=0.168+0.08+0.003+0.005+0.001+0.304=0.561kg;
Cao=0.531+0.001+0.006+0.003-0.040=0.501kg。
取碱度3.5,故石灰加入量为:
[R∑W(SiO2)-∑W(CaO)]/[w(CaO石灰)-Rw(SiO2石灰)]=1.377/(88.00%-3.5×
%)=1.091kg
关于磷的氧化量:
根据表3-7,可近似求得[(0.003-0.0135)/97.687-0.015%]×
97.687=0.00184kg。
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∑w(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3-12可知,除FeO和Fe2O3以外的渣量为2.127+0.608+0.225+0.298+0.189+0.019+0.0559=3.551kg,故总渣量=3.551/(100-6.75-2.50)%=3.913kg。
于是可得W(FeO)=0.245kg,W(Fe2O3)=0.118kg。
其中,有Fe氧化生成的(FeO)和(Fe2O3)分别为0.19kg和0.082kg。
表2-12氧化期渣量的确定
成渣成分/kg
留渣
1.121
0.531
0.17
0.07
0.037
0.139
0.16
0.01
0.006
金属中元素氧化或烧损
0.039
0.135
0.023
-0.040
0.13
0.048
0.178
0.012
炉顶蚀损量
炉衬蚀损量
电极烧损量
火砖块带入
0.053
0.150
0.100
1.848
0.500
1.626
0.005
0.046
0.304
0.134
0.028
0.184
0.009
0.149
1.762
2.127
0.608
0.255
0.298
0.245
0.118
0.019
0.056
3.913
54.36
15.53
6.5
7.62
4.81
6.24
3.01
0.05
1.43
100.0
石灰中CaO被自身S还原,消耗0.003kgCaO。
(2)确定金属量:
根据熔化期的金属量以及表3-12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
97.678-(0.0375+0.039+0.0016+0.135+0.023+0.318
)+0.628=97.894kg
(
0.318为碳的烧损量接近值,即(0.60-0.18)-0.89%×
97.678=0.342kg)
(3)确定炉气量:
计算方法如同熔化期。
先求净耗氧量(见表3-13),再确定氧气消耗量(见表3-14),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3-15)。
具体算法可参照表3-10。
熔化期和氧化期的综合物料平衡列于表3-16。
表3-13净耗氧量的计算
烧损量/kg
耗氧量
金属中元素的氧化
0.342
[C]→{CO}
0.319
70%[C]生成CO
[C]→{CO2}
0.274
30%[C]生成CO2
0.0375
[Si]→(SiO2)
0.043
[Mn]→(MnO)
0.011
0.0016
[P]→(P2O5)
0.0021
[Fe]→(FeO)
0.029
见表3-12
[Fe]→(Fe2O3)
0.0145
0.100×
99%=0.099
0.092
0.079
0.899
石灰中S还原CaO
金属中S还原CaO供氧
0.8574
表3-14氧气和空气实际消耗量
0.8634/氧利用率=0.8634/90%=0.959
(0.959/99%)×
1%=0.0097
表3-15炉气量
金属中C的氧化
0.559
0.162
-0.168
-0.005
0.376
0.109
0.125
0.264
0.0097
-0.003
0.935
0.271
0.128
0.0959
C烧损量0.342kg
C烧损量0.099kg
游离O2量=0.00959kg
H2O全部消耗掉
0.548
0.881
1.44
38.06
61.18
0.67
表3-16熔化期和氧化期综合物料平衡表
100
91.4
97.099
82.29
0.64
3.737+2.792=6.529
6.03
0.300+0.100=0.400
2.096+1.44=3.536
3.25
2.000+1.848=3.848
3.52
1.46
其他烟尘
0.831
0.075+0.053=0.128
0.200+0.150=0.350
0.32
2.513+0.986=3.481
3.18
109.394
108.747
计算误差=(109.394-108.747)/109.394×
100%=0.59%。
氧化期末金属成分如下:
痕迹
0.158
3.2热平衡计算
以100kg金属料(废钢+生铁)为基础。
3.2.1计算热收入Qs
(1)物料的物理热。
计算结果列于表3-17。
(2)元素氧化热及成渣热。
计算结果列于表3-18。
(3)消耗的电能。
根据消耗的热量确定,为92294.71kJ。
详见下面的计算。
表3-17物料带入的物理热
热容/kJ·
(kg·
℃)-1
温度/℃
物理热/kJ
0.699
25
1747.5
0.728
.0848
70.034
0.858
10.725
14.736
0.879
600
67.507
0.996
0.350
209.16
1.318
3.841
126.561
1.507
450
0.400
271.26
2517.483
表3-18元素氧化热及成渣热
氧化量/kg
化学反应
H/kJ·
kg-1
放热量/kJ
电极中的C
0.208+0.069=0.277
0.089+0.030=0.119
C+1/2{O2}={CO}
C+{O2}={CO2}
-11639
-34834
3224
4145
焦炭中的C
0.167
1944
2438
金属中Si
0.2125+0.0375=0.25
[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe]
-11329
2832
金属中Mn
0.3575+0.039=0.3965
[Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe]
-2176
863
8.524
[Fe]+1/2{O2}=(FeO)
2[Fe]+3/2{O2}=(Fe2O3)
-4250
-6460
36227
10866
SiO2成渣
P2O5成渣
0.5607×
70%+0.6076×
95%=0.9697
0.0329×
70%+0.019×
95%=0.04108
2(CaO)+(SiO2)=(2CaO·
SiO2)
4(CaO)+(P2O5)=(4CaO·
P2O5)
-1620
-4880
1571
200
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