典型钢种物料平衡热平衡计算

典型钢种物料平衡热平衡计算 典型钢种的物料平衡和热平衡计算(转炉及电炉) (1) 意义? (2) 什么是?加入物料各有什么作用? 1 1 原始数据 要求:结合本地区的特点选取。并考虑国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。 1.1 铁水成分和温度 铁水成分及温度见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 3-1。 2 表3-1 铁水成分及温度 成分 C Si Mn P S 温度 % 4.1~4.8 0.2~0.8 0.2~0.6 0.08~0.25 0.02~0.05 1250~1400? 1.2 原材料成分 原材料成分见表3-2。 表3-2 原材料成分???? 组成 原材料 (%) 石灰? 矿石? 萤石? 轻烧白云石? 炉衬? 锰矿石? CaO 90 0.4~ 0.8~ 52~ 8.7 SiO 2.5 7.5~ 4.6~ 1.05~ 1.5 18.2 2 MgO 3.6 0.6~ 39.7~ 78~ 0.5 AlO 1.2 3.1~ 0.5~ 0.85~ 1.5~ 10.44 23 S 0.12 0.1~ 0.2~ CaF 92.6~ 2 FeO 0.8 88 0.8 1.8 4.57 23 CO 1.18 6.4 1.4 2 HO 0.5 0.1 0.5 2 C 10 PO 0.10 0.2 0.34 25 MnO 64.55 1.3 冶炼钢种和废钢成分 冶炼钢种和废钢成分见表3-3。 表3-3 冶炼钢种和废钢成分 成分(%) C Si Mn P S 钢种(管线钢) 0.03,0.06 0.20,0.40 1.75,2.0 ?0.015 ?0.004 废钢(Q235) 0.20 0.30 0.50 0.025 0.020 1.4 平均比热 原料平均比热容见表3-4。 表3-4 原料平均比热容 固态平均比热容液态或气态平均比热容项目 熔化潜热/(KJ/kg) /[KJ/(kg??)] /[KJ/(kg??)] 生铁 0.745 217.57 0.837 钢 0.699 271.96 0.837 3 炉渣 209.2 1.248 炉气 1.141 烟尘 0.966 209.2 矿石 1.017 209.2 ? ? 1.5 反应热效应(认为25C与炼钢温度下两则数值近似) 铁水中元素氧化放热见表3-5。 表3-5 铁水中元素氧化放热 元素氧化热 反应式 KJ/kg(元素) 元素 分子量 1[C]+ O=CO 2-11639 C 12 2 [C]+O=CO -34824 C 12 22 [Si]+O=(SiO) -29177 Si 28 22 52[P]+ O=(PO) 225-18980 P 31 2 1[Mn]+ O=(MnO) 2-6594 Mn 55 2 1[Fe]+ O=(FeO) 2-4250 Fe 56 2 32[Fe]+ O=(FeO) 223-6460 Fe 56 2 2(CaO)+(Si0)=(2CaO?SiO) -1620 SiO2 60 22 4(CaO)+(PO)=(4CaO?PO) -4880 P2O5 142 2525 CaCO=(CaO)+CO 1690 32 MgCO=(MgO)+CO 1405 32 1.6 有关参数的选择 4 1 氧气转炉物料平衡与热平衡计算 1.1 概述 一炉钢水冶炼过程的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 如下。 开吹前首先向炉内加入钢铁料、铁水和废钢，然后降枪吹氧，同时加入收入项 造渣料，石灰、萤石、轻烧白云石、矿石等，以及吹炼过程中炉衬要受到侵蚀而剥落下来而进入炉内。 支出项 开吹后首先从炉口冒出炉气，炉气中夹带着烟尘，吹炼过程中要产生一些喷溅，并要产生炉渣，炉渣夹带着铁珠，最后得到钢水。还有其他一些支出物。 通过以上分析，可以给转炉物料平衡和热平衡下个定义:所谓的物料平衡就是计算炼钢过程中加入炉内并参与炼钢过程的全部物料和炼钢过程产生物之间的平衡关系。它是物质守恒定律在炼钢过程中的具体应用。 所谓的热平衡就是计算在炼钢中热量的收入和支出之间的平衡关系。它是能量守恒定律在炼钢过程中的具体应用。 进行物料平衡和热平衡计算的意义是在进行炼钢设计和组织炼钢生产过程中，经常会提出一些“量”的问题需要回答。 总之，不论从设计方面讲，还是从工艺方面讲都需要知道一些定量的数据。这些数据都是通过物料平衡和热平衡计算得来的。因此，做好物料平衡和热平衡计算，对于设计转炉炼钢车间及其主要设备，指导和组织炼钢生产，分析、研究和改进冶炼工艺，实现计算机自动控制等都有着极其重要的意义。 1.2 195吨氧气顶底复吹转炉物料平衡与热平衡计算 1.2.1 原始数据 1.2.1.1 铁水成分及温度 铁水成分及温度见表1-1。 表1-1 铁水成分及温度 成分 C Si Mn P S 温度 % 4.25 0.38 0.46 0.092 0.0038 1335? 1.2.1.2 原材料成分 原材料的成分见表1-2所示。 表1-2 原材料成分 原材料 组成(%) 石灰 矿石 萤石 轻烧白云石 炉衬 5 CaO 89.23 0.45 0.32 31.00 2.00 3.40 7.50 6.00 3.90 0.90 SiO2 MgO 3.60 0.55 0.58 30.80 78.00 AlO 1.10 1.60 0.78 0.84 4.00 23 S 0.06 0.09 0.09 PO 0.10 0.22 0.75 25 CaF 90.00 2 FeO 0.90 89.44 1.50 23 CO 1.16 33.46 2 HO 0.45 0.15 1.48 2 C 13.60 ? 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 1.2.1.3 冶炼钢种和废钢成分 冶炼钢种和废钢成分见表1-3。 表1-3 C Si Mn P 成分(%) 钢种(重轨钢) 0.65,0.75 0.10,0.50 0.80,1.30 ?0.025 废钢(Q235) 0.18 0.21 0.50 0.022 1.2.1.4 平均比热容 原料平均比热容见表1-4。 表1-4 原料平均比热容 固态平均比热容液态或气态平均比热熔化潜热项目 /[KJ/(kg??)] /(KJ/kg) 容/[KJ/(kg??)] 0.745 217.57 0.837 生铁 0.699 271.96 0.837 钢 209.2 1.248 炉渣 1.141 炉气 0.966 209.2 烟尘 1.017 209.2 矿石 1.2.1.5 反应热效应(25?) 铁水中元素氧化放热见表1-5。 表1-5 铁水中元素氧化放热 反应式 元素氧化热 分子 KJ/kg(元素) 元素 量 1-11639 C 12 [C]，O=CO 22 [C]，O=CO -34824 C 12 22 [Si]，O=(SiO) -29177 Si 28 22 5-18980 P 31 2[P]，O=(PO) 2252 6 1-6594 Mn 55 =(MnO) [Mn]，O22 1-4250 Fe 56 [Fe]，O=(FeO) 22 3-6460 Fe 56 2[Fe]，O=(FeO) 2232 60 -1620 SiO2(CaO)，(Si0)=(2CaO?SiO) 222 续表 O 142 P4(CaO)，(PO)=(4CaO?PO) ,4880 252525 1690 CaCO=(CaO)，CO 32 1405 MgCO=(MgO)，CO 32 1.2.1.6 有关参数的选用 1)铁矿石的加入量为铁水量的0.8,0.9%，本设计取0.85%;萤石加入量为铁水量的0.2,0.3%，本设计取0.25%;轻烧白云石加入量为铁水量的2.5%。 2)炉衬侵蚀量为铁水量的0.1,0.15%，本设计取0.1%;其中炉衬中的碳90%氧化成CO，10%氧化成CO。 2 1.6%，本设计取1.4%;其中烟尘中FeO为75,76%，3)烟尘量为铁水量的1.3, 这里取76%;FeO为20%。 23 4)炉渣中铁珠量为渣量的6.5,7.0%，本设计取6.6%。 5)喷溅的铁损失为铁水量的0.7,0.8%，本设计取0.75%。 6)炉气的平均温度为1470,1480?，本设计取1475?。 7)氧气成分为99.6%O和0.4%N。 22 8)转炉冶炼铁水脱磷率为86,89%，本设计88%。 9)钢水终点的Mn含量为铁水Mn含量的20,30%，本设计28%。 1.2.2 物料平衡计算 根据铁水成分、原材料质量以及冶炼钢种，采用单渣法操作。为简化计算，物料平衡以100kg铁水为计算基础。 1.2.2.1 炉渣量及成分的计算 炉渣来自金属中元素的氧化、造渣剂及炉衬侵蚀等。 (1) 铁水中各元素的氧化量见表1-6。 表1-6 铁水中各元素氧化量 % C Si Mn P S 铁水 4.25 0.38 0.46 0.092 0.0038 终点钢水 0.15 / 0.13 0.011 0.0139 氧化量 4.1 0.38 0.33 0.081 说明:[Si]—碱性渣操作时终点[Si]量为痕迹量; [P]—单渣法去磷约86,89%，这里取88%; [Mn]—终点余锰量约20,30%，这里取28%; [S]—根据转炉炼钢的回硫量计算。 钢水回硫量的计算如下: 7 ?铁水预处理下渣量为2.5kg/t钢水，铁水渣中硫含量为1.6%。以100kg铁水作 =0.25×1.6%=0.0040kg。 为计算基础，则下渣量带入的硫量为S下渣 ?废钢中的硫量 废钢加入量为11kg，废钢中S含量为0.01,0.03%，本设计取0.025%，则S废钢=11×0.025%=0.0028kg。 ?矿石中的硫量:S=0.0008kg 矿石 ?石灰中的硫量:S=0.0023kg 石灰 ?萤石中的硫量:S=0.0002kg 萤石 则回硫量为S=0.0040，0.0023，0.0028，0.0008，0.0002=0.0101kg 回硫 从而得钢水中硫含量为0.0038，0.0101=0.0139。 (2) 铁水中各元素的氧化量、耗氧量和氧化产物的计算，见表1-7。 表1-7 铁水中各元素氧化产物量 元素氧 元素 反应式 化量耗氧量(kg) 氧化产物量(kg) (kg) 11628C 3.69 [C]+ O=CO 3.69× =4.92 3.69× =8.61 221212 3244C [C]+O=CO 0.41 0.41× =1.09 0.41× =1.50 221212 3260Si [Si]+O=(SiO) 0.38 0.38× =0.430 0.38× =0.814 222828 580142P 0.081 2[P]+ O=(PO) 0.081× =0.105 0.081× =0.186 22526262 11671Mn 0.33 [Mn]+ O=(MnO) 0.33× =0.096 0.33× =0.426 225555 1161.112(见表1-13说明3) Fe 0.865 [Fe]+ O=(FeO) 0.865× =0.247 2256 4830.371× 0.530(见表1-13说明4) 112Fe 0.371 2[Fe]+ O=(FeO) 2232=0.159 共计 6.127 7.047 (3) 造渣剂成分及数量。195t氧气顶底复吹转炉加入造渣剂数量，是根据国内同类转炉有关数据选取。 ?矿石加入量及成分。矿石加入量为0.85kg/100kg(铁水)，其成分及质量见表1-8。 表1-8 矿石加入量及成分 矿石成分 重量(kg) 矿石成分 重量(kg) FeO 0.85×89.44%=0.7602 PO 0.85×0.22%=0.0019 2325 CaO 0.85×0.45%=0.0038 S 0.85×0.09%=0.0008 SiO 0.85×7.50%=0.0638 HO 0.85×0.15%=0.0013 22 8 MgO 0.85×0.55%=0.0048 共计 0.85 O 0.85×1.60%=0.0136 Al23 ?萤石加入量及成分。萤石加入量为0.25kg/100kg(铁水)，其成分及重量见表1-9。 表1-9 萤石加入量及成分 萤石成分 重量(kg) 萤石成分 重量(kg) CaF 0.25×90%=0.225 S 0.25×0.09%=0.0002 2 CaO 0.25×0.32%=0.0008 PO 0.25×0.75%=0.0019 25 SiO 0.25×6.00%=0.015 HO 0.25×1.48%=0.0037 22 MgO 0.25×0.58%=0.0015 共计 0.25 AlO 0.25×0.78%=0.0020 23 ?炉衬侵蚀量及成分。炉衬被侵蚀量为0.1kg/100kg铁水，其成分及重量见表 1-10。 表1-10 炉衬被侵蚀量及成分 炉衬成分 重量(kg) 炉衬成分 重量(kg) CaO 0.1×2.0%=0.002 FeO 0.1×1.5%=0.0015 23 SiO 0.1×0.9%=0.0009 C 0.1×13.6%=0.0136 2 MgO 0.1×78%=0.078 0.01 共计 AlO 0.1×4.0%=0.004 23 说明:被侵蚀的炉衬中碳的氧化同金属中碳氧化成CO、CO的比例相同，即: 2 2890%C?CO 0.0136×90%× =0.0286kg 12 4410%C?CO 0.0136×10%× =0.0050kg 212 16消耗O重量为:0.0286× =0.0163kg 228 32 0.0050× =0.0036kg 44 故炉衬中C共消耗O量为0.0163，0.0036=0.0199kg 2 ?轻烧白云石加入量及成分。为了提高转炉炉衬寿命，采用轻烧白云石造渣剂， 其主要目的是提高炉渣中MgO含量，降低炉渣对炉衬的侵蚀能力。轻烧白云石加入 量为2.5kg/100kg铁水，其成分及重量见表1-11。 表1-11 轻烧白云石的加入量及成分 轻烧白云石成分 重量(kg) 轻烧白云石成分 重量(kg) CaO 2.5×31%=0.75 AlO 2.5×0.84%=0.021 23 SiO 2.5×3.9%=0.0975 CO 2.5×33.46%=0.8365 22 9 MgO 2.5×30.8%=0.77 2.5 共计 ?炉渣碱度和石灰加入量。 取终渣碱度R=3.75。 和CaO的量。 首先计算由上述造渣剂以及元素氧化产物而带入炉渣中的SiO2渣中已存在的?(SiO)量=铁水中Si氧化成量，炉衬侵蚀带入的SiO量，矿石带22入的SiO量，轻烧白云石带入的SiO量，萤石带入的SiO量 222 =0.814，0.0009，0.0638，0.0975，0.0015=0.9777kg。 渣中已存在的?(CaO)量=炉衬带入的CaO量，矿石带入的CaO量，轻烧白云石带入的CaO量，萤石带入的CaO量 =0.0038，0.0008，0.002，0.775=0.7816kg。 在计算石灰的加入量: RSiOCaO,,，，，，,,2Q,石灰,CaO，，有效 RSiOCaO,,，，，，,,2,CaORSiO,,，，，，,,2石灰石灰 3.750.97770.7802，,,89.23%3.753.40%,， ,3.77kg 石灰成分及重量见表1-12。 表1-12 石灰成分及重量 石灰成分 重量(kg) 石灰成分 重量(kg) CaO 3.77×89.23%=3.3640 CO 3.77×1.16%=0.0437 2 SiO 3.77×3.40%=0.1282 PO 3.77×0.10%=0.0038 225 MgO 3.77×3.60%=0.1357 FeO 3.77×0.09%=0.0339 23 AlO 3.77×1.10%=0.0415 HO 3.77×0.45%=0.0170 232 S 3.77×0.06%=0.0023 共计 3.77 ?终渣?(FeO)的确定 取R=3.75及?(FeO)=18%时可满足终点钢水中[P]=0.011%的要求。根据全铁法将渣中FeO折合成FeO。 23 1 FeO= 2FeO ， O23 2 2 160 144 (%FeO) 0.9(%FeO) 2323 故有?(FeO)=(%FeO)，0.9(%FeO)=18% 23 (%FeO)1123取则有();(。,，,,%FeO=18%6%%FeO)=12.6%23,(FeO)33 ?终渣成分及重量计算 10 表1-13 炉渣终渣量及成分 终渣成氧化产石灰轻烧白云总重萤石% 矿石(kg) 炉衬(kg) 分 物(kg) (kg) 石(kg) (kg) (kg) CaO 3.364 0.0038 0.775 0.002 0.0008 4.1456 46.99 MgO 0.1357 0.0048 0.770 0.078 0.0015 0.99 11.22 SiO 0.814 0.1282 0.0638 0.0975 0.0009 0.015 1.1194 12.69 2 续表 PO 0.186 0.0038 0.0019 0.0019 0.1936 2.19 25 MnO 0.426 0.426 4.83 AlO 0.0415 0.0136 0.021 0.004 0.002 0.0821 0.93 23 CaF 0.225 0.225 2.55 2 FeO 1.112 1.112 12.60 FeO 0.530 0.530 6.01 23 3.068 3.6732 0.0879 1.6635 0.0849 0.2462 8.823 100 共计 说明:(a)总渣量的计算如下: 表1-13中不计(FeO)、(FeO)在内的炉渣量为 23 M=m(CaO，MgO，SiO，PO，MnO，AlO，CaF) 1225232 =4.1456，0.99，1.1194，0.1936，0.4260，0.0821，0.2250 =7.1817kg 则总渣量为 M7.18177.18171M8.823kg,,,,1-(%FeO)-(%FeO)112.6%6%0.814,,23 (b)终渣中(FeO)重量=8.823×12.6%=1.112kg，则[Fe]氧化量为 561.112× =0.865kg。 12 (c)终渣中(FeO)重量=8.823×6%=0.530kg，则[Fe]氧化量为 23 1120.530× =0.371kg。 160 1.2.2.2 矿石和烟尘中的铁量和氧量 ?假定矿石中?(FeO)全部被还原成铁，则加入0.85kg矿石带入的铁量和氧量为 112Fe=0.8589.44%0.5322kg，，,(矿石中)160 48O=0.8589.44%0.2281kg，，,2(矿石中)160 ?1.4kg烟尘/100kg铁水所带走的铁量和氧量为 56112()Fe=1.476%20%1.024kg，，，，,(烟尘中)72160 1648(76)O=1.4%20%0.3204kg，，，，,2(烟尘中)72160 11 1.2.2.3 炉气成分及重量 表1-14中各项计算如下: (1)m(CO)=铁水中的[C]被氧化成的CO量，炉衬中的C被氧化成的CO量 =8.61，0.0286=8.6386kg。 )=铁水中的[C]被氧化成的CO量+炉衬中的C被氧化成的CO量+轻烧(2)m(CO222白云石分解产生的CO量+石灰分解产生的CO量 22 =1.50，0.0050，0.8365，0.0437=2.8352kg。 (3)m(HO)=矿石带入的量+萤石带入的量+石灰带入的量 2(g) =0.0013，0.0037，0.0170=0.022kg。 (4) 炉气中O和 N重量的计算过程如下: 22 3炉气中O与N重量可由总体积V(Nm)反算求出，其中已知氧气纯度为22 99.6%O，0.4%N，炉气中含自由氧的体积为0.8%。 22 纯氧气的消耗量=铁水中各元素氧化耗氧量，烟尘中带走的氧量，炉衬中VO消耗2 C氧化耗氧量，炉气中氧量,铁矿石带入的氧量 22.422.4 =(7.047，0.3204，0.0199)× ，V×0.8%,0.2281× 炉气3232 =5.011，V×0.8% 炉气 V,V，V，V，V，V,V，V，V，V，0.8%，V？(1)COCOHOONCOCOHON炉气炉气2222222 V5.011，V，0.8%O消耗炉气2V,,，0.4%？？？？？？？？？？？？？？？？？(2)N299.6%99.6% 把(2)代入(1)式，得 ×0.8%5.011，V炉气V=6.911，1.443，0.027，V×0.8%，×0.4% 炉气炉气99.6% -3 =8.831，V×0.8%，0.020，4.02×10×V×0.8% 炉气炉气从而，得 8.381，0.0203V= =8.469Nm炉气-31,0.8%,4.02×10×0.8% 3V?=V×0.8%=8.469×0.8%=0.0678Nm 炉气O2 3V, V,V,V,V,V,8.469,6.911,1.443,0.027,0.0678,0.0202Nm炉气NCOCOHOCO2222 32从而，得炉气中O重=0.0678× =0.097kg(*) 222.4 28 炉气中N重=0.0202× =0.0255kg(**) 222.4 表1-14 炉气成分及重量 3炉气成分 重量(kg) 体积(Nm) % 22.4CO 8.6386 81.60 8.6386× =6.911 28 22.4CO 2.8352 17.04 2.8352× =1.443 244 *O 0.0678 0.80 0.097 2 **N 0.0202 0.24 0.055 2 12 22.4O 0.022 0.32 H0.022× =0.027 228 共计 11.6183 8.469 100 1.2.2.4 未加废钢时氧气消耗量的计算 未加废钢的氧气消耗量见表1-15。 表1-15 未加废钢时氧气消耗量 重量重量项目 备注 项目 备注 (kg) (kg) 见表元素氧化耗氧量 7.047 见表1-7 自由氧重 0.097 1-14 炉气中N见表2烟尘中铁耗氧量 0.3204 见表(2) 0.0255 1-14 重 炉衬中C耗氧量 0.0199 见表1-10 矿石带入的氧量 0.2281 见表(2) 由此可得实际耗氧量为 7.047，0.3204，0.0199,0.2281，0.097，0.0255?7.28kg 22.433或实际耗氧体积=7.28× =5.1Nm/100kg铁水=51Nm/t铁水 32 1.2.2.5 钢水量计算 吹喷项目: 元素氧化量:6.17kg 烟尘中铁损重:1.024kg 渣中铁珠重:8.825×6.6%=0.58kg 喷溅铁水重:0.75kg 矿石带入的铁重:0.5322kg 因此100 kg铁水可得钢水收得率为 100,(6.127，1.024，0.6，0.75)，0.5322=92.03kg 1.2.2.6 未加废钢时的物料平衡表 未加废钢时物料平衡见表1-16。 表1-16 未加废钢时物料平衡表 收入项 支出项 项目 重量/kg 含量/% 项目 重量/kg 含量/% 100 87.15 92.03 79.88 铁水 钢水 石灰 3.77 3.29 炉渣 8.831 7.67 矿石 0.85 0.74 炉气 11.6183 10.08 萤石 0.25 0.22 烟尘 1.40 1.22 轻烧白云石 2.50 2.18 铁珠 0.58 0.50 炉衬 0.10 0.09 喷溅 0.75 0.65 氧气 7.28 6.34 13 114.75 100.00 115.21 100.00 共计 共计 收入项114.74,115.21，100%,，100%,,0.39%计算误差=支出项114.74 1.2.3 热平衡计算 为了简化计算，取冷料入炉温度均为20?。 1.2.3.1 热收入项 ?铁水物理热。 铁水的熔点=1538,(4.25×100，0.38×8，0.46×5，0.092×30，0.0038×25),7 =1098? 式中，1538?为纯铁的熔点;100、8、5、30、25分别为C、Si、Mn、P、S元素增加1%含量降低铁水熔点值?;7为气体O、N、H共降低铁水熔点值?。 铁水物理热=100×[0.745×(1098-20)，217.57，0.837×(1335-1098)] 5=1.22×10KJ ?铁水中各元素氧化放热及成渣热。 1[C]， O=CO 3.69×11639=42947.9 KJ 22 [C]，O=CO 0.41×34824=14277.8 KJ 22 [Si]，O=(SiO) 0.38×29177=11087.3 KJ 22 52[P]， O=(PO) 0.081×18980=1537.4 KJ 2252 1[Mn]， O=(MnO) 0.33×6594=2176 KJ 22 1[Fe]， O=(FeO) 0.865×4250=3676.3 KJ 22 32[Fe]， O=(FeO) 0.371×6460=2396.7 KJ 2232 2(CaO)，(Si0)=(2CaO?SiO) 1.1194×1620=1813.4 KJ 22 4(CaO)，(PO)=(4CaO?PO) 0.1936×4880=944.8 KJ 2525 共计 80857.7 KJ ?烟尘氧化放热。 561121.4×(76%× ×4250，20%× ×6460)=4828.5KJ 72160 55热收入总计=1.22×10，80857.6，4828.5=207686.1KJ?2.07×10KJ 注:炉衬中C因放热低未计在内。 1.2.3.2 热支出项 ?钢水物理热。 钢水熔点=1538,(0.15×65，0.13×5，0.011×30),7=1520? 式中，1538?为纯铁的熔点;65、5、30分别为C、Mn、P元素增加1%含量时，钢水熔点降低值?。 确定出钢温度过程如下: a.浇注过热度一般为20,30?，这里取28?; b.钢水运输过程的温度损失按8分钟计算，每分钟温降取4?; 14 c.出钢过程温度损失一般为50,60?，这里取60?。 故出钢温度=钢水熔点，浇注过热度，钢水运输过程中温度损失，出钢过程中温 度损失 =1520?，28?，4?/min×8min，60?=1640?。 那么， 钢水物理热=92.03×[0.699×(1520,20)，271.96，0.837×(1640,1520)] =130765.427KJ 5KJ =1.3×10 ?炉渣物理热。 取终点炉渣温度与钢水温度相同，即1640?。故 炉渣物理热=8.831×[1.248×(1640,20)，209.20]=19701.6KJ ?矿石分解热。 1120.85×89.44%× ×6460=3437.8KJ 160 ?烟尘物理热。 1.40×0.966×(1475,20)=1967.7KJ ?炉气物理热。 11.6183×1.141×(1475,20)=19288.2KJ ?渣中铁珠物理热。 0.58×[0.699×(1520,20)，271.96，0.837×(1640,1520)]=824.1KJ ?喷溅金属物理热。 0.75×[0.699×(1520,20)+271.96+0.837×(1640,1520)]=1420.9KJ ?轻烧白云石分解放热。 100842.5×31%× ×1690+2.5×30.8%× ×1405=4610.7KJ 5640 从而，得 5热支出总计=1.3×10+19701.6+3437.8+1967.7+19288.2+824.1+1420.9+4610.7 5=18125KJ=1.81×10KJ ?剩余热量。 吹炼过程炉子热辐射、对流、传热传导、冷却水等带走的热量与炉子的大小等因 素有关。一般为总收入热量的6,7%，这里取5%。故热损失为 52.07×10×5%=10350KJ 从而，得剩余热量为 552.07×10,1.8×10,10350=15650KJ ?废钢加入量。 1kg废钢吸收热量为 1.0×[0.699×(1520-20)，271.96，0.837×(1640-1520)]=1420.9KJ 15650因此，可加废钢量为 =11kg 1420.9 15 11其废钢比= ×100%=9.9% 100+11 100铁水比= ×100%=90.1% 100+11 1.2.3.3 热平衡表 热平衡表见表1-17。 表-17 热平衡表 收入项 支出项 含量含量项目 热量/KJ 项目 热量/KJ /% /% 122000 58.94 130000 62.80 铁水物理热 钢水物理热 元素氧化和成渣热 80857.6 39.06 炉渣物理热 19701.6 9.52 其中C 57225.5 27.65 矿石分解热 3437.8 1.66 Si 11087.3 5.36 烟尘物理热 1967.7 0.95 Mn 2176 1.05 19288.2 9.32 炉气物理热 P 1537.4 0.74 铁珠物理热 824.1 0.40 Fe 6072.6 2.93 喷溅金属物理热 1420.9 0.69 O 944.8 0.46 轻烧白云石分解热 4610.7 5.00 P25 SiO 1813.4 0.88 10350 7.56 其他热损失 2 烟尘氧化热 4828.5 2.33 废钢物理热 15650 2.23 共计 207000 100.00 共计 207000 100.00 钢水物理热，废钢物理热，矿石分解热转炉热效率= 总热收入 130000，15650，3437.8 =，100%,72%207000 1.3 加入废钢和脱氧后的物料平衡 1.3.1 加入废钢的物料平衡 1.3.1.1 废钢中各元素的氧化量 表1-18 废钢中元素氧化量 C Si Mn P 成分 废钢/% 0.18 0.21 0.50 0.022 终点钢水/% 0.15 / 0.13 0.011 16 元素氧化量/% 0.03 0.21 0.37 0.011 1.3.1.2 11kg废钢中各元素的氧化量、耗氧量、氧化产物量和进入钢种量 废钢中各元素氧化量、耗氧量及氧化产物量见表1-19所示。 表1-19 废钢中各元素氧化量、耗氧量及氧化产物量 项目 废钢中元素氧化量/kg 耗氧量/kg 氧化产物量/kg 备注 1628C?CO 11×0.03%×90%=0.003 0.003× =0.004 0.003× =0.007 1212CO和CO进入2 44炉气中，共320.0003× 12C?CO 11×0.03%×10%=0.0003 0.0003× =0.0008 0.008 212=0.001 3260Si?SiO 11×0.21%=0.023 0.023×=0.026 0.023× =0.049 228 28 SiO、MnO和16712Mn?MnO 11×0.37%=0.041 0.041× =0.012 0.041× =0.053 5555PO进入渣中，25 142其和为0.104 800.001× 62P?PO 11×0.011%=0.001 0.001× =0.001 2562=0.002 0.0683 0.044 共计 故废钢进入钢中量=废钢量,废钢中元素氧化量=11,0.0683=10.932kg 1.3.1.3 将表1-16和表1-19合成新的物料平衡表1-20 表1-20 收入项 支出项 项目 重量/kg 项目 重量/kg 铁水 100 钢水 92.03+10.932=102.962 废钢 11 炉渣 8.831+0.104=8.935 3.77 11.618+0.008=11.626 石灰 炉气 0.85 1.40 矿石 烟尘 萤石 0.25 铁珠 0.58 轻烧白云石 2.50 喷溅 0.75 0.10 炉衬 7.28+0.044=7.324 氧气 1.3.1.4 加入废钢后的物平衡表 把表1-20内的铁水+废钢之和换算成100kg为计算基础，得重新整理加入废钢后 的物料平衡，见表1-21。 表1-21 加入废钢的物料平衡表 收入项 支出项 项目 重量/kg 含量/% 项目 重量/kg 含量/% 17 铁水 90.10 79.46 钢水 92.77 81.55 废钢 9.90 8.73 炉渣 8.05 7.08 石灰 3.40 3.00 炉气 10.48 9.21 0.77 0.68 1.26 1.11 矿石 烟尘 0.23 0.20 0.52 0.46 萤石 铁珠 续表 轻烧白云石 2.30 2.03 喷溅 0.68 0.60 0.09 0.08 炉衬 氧气 6.60 5.82 共计 113.39 100.00 共计 113.76 100.00 收入项-支出项113.39-113.76计算误差= ×100%= ×100%=-0.33% 113.39收入项 1.3.1.5 加入碳粉量的计算 由于冶炼的钢种为高碳钢，因此要求在转炉出钢过程中向钢包中加碳粉，使钢水中的碳含量提高。碳粉成分如下: C 灰分 挥发分 水分 S N 吸收率 70, 1% 0.60% 0.15% 0.25% 96% 2%90% 考虑到后期脱氧合金化会增碳，故在脱氧合金化前先将钢水中的碳增至0.60%。取碳粉的吸收率为85%，则有 92.77，0.15%，m,96%，85% ，100%,0.60%72.77，m，85% 0.139，0.826m=0.557，0.005m ?0.811m=0.418 m=0.515kg 从而，得进入钢水中的成分为0.515×0.85=0.438kg， 则钢水重量=92.77，0.438=93.208kg。 由于碳粉中的S含量较少，故可不考虑。 1.3.2 脱氧后的物料平衡 1.3.2.1 冶炼重轨钢时选用锰铁和硅铁合金脱氧，其成分见表1-22 表1-22 锰铁和硅铁的成分 成分 C/% Si/% Mn/% P/% S/% Fe 锰铁 7 2.5 76 0.32 0.03 14.15 硅铁 / 75 0.5 0.04 0.02 24.44 1.3.2.2 计算锰铁、硅铁加入量 根据国内同类转炉冶炼重轨钢的有关数据选取锰铁、硅铁中各元素的收得率如下: 18 , 锰铁:Mn的收得率为81.4%;Si的收得率为75%;C的收得率为89%，其中10% 。 的C被氧化成CO2 硅铁:Mn的收得率为81%;Si的收得率为74.3%。 两种脱氧剂含有的P、S、Fe均全部进入钢种，即收得率为100%，故 (1.05-0.13)%Fe-Mn加入量=×93.208=1.386kg 81.4%×76% *(0.30-0.03)%**Fe-Si加入量=×(93.208，1.165)=0.457kg 75%×74.3% 说明:*是锰铁中硅进入钢种所占有的质量分数;**是锰铁中各元素进入钢种的总质 量。二者均见表1-23。 1.3.2.3 锰铁和硅铁中各元素氧化量及其氧化产物量 -23。 锰铁和硅铁中各元素氧化量及其氧化产物量见表1 表1-23说明: *:94.373*=93.208，1.165 **:94.741**=94.373，0.368 1.3.2.4 脱氧后的钢水成分 脱氧后的钢水成分见表1-24。 表1-24 脱氧后的钢水成分 成分/% C Si Mn P S 终点+脱氧后 0.60，0.09 0.03，0.27 0.13，0.91 0.011，0.004 0.0139 脱氧后 0.69 0.3 1.04 0.015 0.0139 0.008,重轨钢 0.65,0.75 0.10,0.50 0.80,1.30 ?0.025 0.025 1.3.2.5 脱氧后的物料平衡 脱氧后的物料平衡见表1-25。 表1-25 脱氧后的物料平衡表 收入项 支出项 含量项目 重量/kg 含量/% 项目 重量/kg /% 90.10 77.71 94.741 81.36 铁水 钢水 废钢 9.90 8.54 炉渣 8.52=8.05，0.467 7.32 石灰 3.40 2.93 炉气 10.52=10.48，0.04 9.29 矿石 0.77 0.66 烟尘 1.26 1.08 萤石 0.23 0.20 铁珠 0.52 0.45 2.30 1.98 0.68 0.58 轻烧白云石 喷溅 0.09 0.08 炉衬 氧气 6.60+0.198 5.86 锰铁 1.385 1.19 硅铁 0.457 0.39 碳粉 0.515 0.44 19 115.95 100.00 116.44 100.00 共计 共计 收入项,支出项115.95,116.44计算误差=×100%=×100%=-0.42%。 115.95收入项 20 21 1 135t电弧炉物料平衡计算 1.1 计算所需要的基本数据 1.1.1 原始数据 表1-1冶炼钢种及其成分(%) 名称 C Si Mn S P N TO H 50W330 0.004 2.59 0.37 0.004 0.027 0.004 0.001 0.0015 表1-2原料材成分(%) 名称 C Si Mn P S Fe 灰分 废钢 0.18 0.3 0.43 0.022 0.02 余量 铁水 4.2 0.4 0.4 0.08 0.03 余量 电极 99 1 表1-3造渣料成分(%) 名称 CaO SiOMgO AlOCaFFeOCOHO POS 2 23 2 23 2 225 石灰 90 2 1.6 1.5 0.5 4.14 0.1 0.1 0.06 火砖块 0.6 64 0.6 33 1.8 高铝砖 1.3 5.28 0.12 92.4 0.9 铁矿石 1.3 5.75 0.35 1.45 90 0.92 0.15 0.08 镁砂 3.95 3.55 89.8 0.86 1.84 电极灰分 8.9 57.8 0.2 33.1 萤石 0.4 4.5 0.9 1.6 89 1.5 1.2 0.85 0.05 表1-4炉料中元素烧损率(%) 成分 C Si Mn P S 烧损率 熔化期 25~40， 70~95， 60~70， 40~50， 忽略 (%) 取35 取90 取66 取45 氧化期 脱至0.05 全部烧损 20 89 43 22 表1-5其它数据 名称 参数 电极消耗量 1.8kg/t(金属料)，其中熔化期占75%， 氧化期占25% 炉顶高铝砖消耗量 1.5kg/t，其中熔化期占60%，氧化期占40% 炉衬镁砂消耗量 5kg/t，其中熔化期占60%，氧化期占40% 熔化期和氧化期所需的氧量 100%来自氧气 氧气纯度和利用率 99.6%，余者为N 氧利用率为92% 2 碳氧化产物 均按90%生成CO，10%生成CO考虑 2 1.1.2 铁水沟预处理后铁水的成分 表1-6处理后的铁水成分(%) 名称 C Si Mn P S 铁水 4.2 0.4 0.4 0.08 0.018 1.2 物料平衡的基本项目 收入项:废钢、高炉铁水、石灰、铁矿石、炉衬镁砖、炉顶高铝砖、火砖块、镁铁球、氧气、电极等 支出项:钢水、炉气、炉渣、铁的挥发等。 1.3 物料平衡的计算步骤 以100kg金属炉料(废钢+铁水)为基础，按工艺阶段——熔化期、氧化期和炉外精化进行计算，然后汇总物料平衡表。 1.3.1 熔化期物料计算 1.3.1.1 物料消耗量 A:金属炉料配入量。废钢和铁水按70kg和30kg来搭配。，不足的碳量应由焦炭来配，但是本设计冶炼的主要钢种是超低碳钢，因此不用配碳。其结果见表1-7: 表1-7炉料配入量(%) 名称 重量 C Si Mn P S Fe 23 废钢 70 0.126 0.21 0.301 0.0154 0.014 69.3336 铁水 30 1.26 0.12 0.12 0.024 0.004 28.471 合计 100 1.386 0.33 0.421 0.04 0.018 97.8 B:其它原材料消耗量。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1-5。 1.3.1.2 熔化期氧气的消耗量 耗氧项包括炉料中元素的氧化和电极中碳的氧化;而矿石则带来部分氧，石灰中CaO被自身S还原出部分氧。前后二者之差即为所而需要的净氧量。详情见表7。 C，碳的氧化率为35%，则碳的氧化量为1.386×35%=0.485kg 其中C的90%生成CO，即0485 × 90% =0.436kg 10%生成CO，即0.485 × 10% =0.049kg 2 生成的CO量,0.436 ×28/12 =1.017kg 生成的CO量,0.436 × 44/12 =0.18kg 2 Si,硅的氧化率为90%，则硅的氧化量为0.33 ×90% =0.297kg 生成SiO量,0.297×60/28 =0.636kg 2 Mn,锰的氧化率为66%，则锰的氧化量为0.421 ×66% ,0.278kg 生成MnO量=0.278×71/55=0.359kg P,磷的氧化率为45%，则磷的氧化量为0.04×45% =0.018kg 生成PO量=0.018×142/62 =0.041kg 25 Fe,铁的烧损率为2%~3%，取2%。其中80%生成FeO挥发掉;20%成渣，这20% 23 中有15% FeO,5% FeO。(FeO: FeO=3:1) 则铁的氧化量为97.8% × 2323 2%=1.956kg 其15%氧化成FeO:1.956 ×15% =0.293kg 生成FeO量,0.293×72/56=0.377kg 5%氧化成FeO:1.956×5%=0.098kg 23 生成FeO量=0.098 ×160/142 =0.14kg 23 其80%的铁氧化成FeO挥发掉:1.956×80% =1.565kg 23 生成FeO量=1.565×160/112=2.236kg 23 电极中C的氧化(0.18kg/100kg金属料)含C量为99%，烧损率为75%， 则烧损量为0.18×99%×75% =0.134kg 其中90%生成CO，即0.134×90% =0.121kg 生成的CO量=0.121×28/12=0.282kg 10%生成CO，即0.134×10% =0.013kg 2 24 量=0.013×44/12=0.048kg 生成的CO2 根据以上的计算，可列出钢液中各元素氧化量及氧化物需氧量，见表1-8: 表1-8各元素氧化量及氧化物需氧量 项名 元反应产物 氧化耗氧供氧量 进入渣进入炉目 称 素 量 量 中的氧气中氧 化物量 化物量 炉C C?CO 0.436 0.581 1.017 料C?CO 0.049 0.131 0.18 2 中Si Si? SiO 0.297 0.339 0.636 2 元Mn Mn?MnO 0.278 0.081 0.359 耗素P P?PO0.018 0.023 0.041 25 氧的Fe Fe?FeO 0.293 0.084 0.377 量 氧Fe?FeO1.663 0.713 0.14 2.236 23 化 小 计 3.304 1.952 电极C C?CO 0.121 0.161 0.282 中碳C?CO 0.013 0.035 0.048 2 的氧 化 合 计 3.168 2.148 供矿石 FeO FeO=2Fe+3/2O 1×0.9×48/160 23232 氧=0.27kg 量 石灰 S CaO+S=CaS+O 2×0.06%×16/32 =0.0006kg 合 计 0.27kg 净耗氧量 2.148 ? 0.27=1.878kg 所以，氧气消耗量:(纯度99.6%，余者为N;利用率为92%) 2 由氧气供给的氧为100%，耗氧量为2.148kg，则 带入的O量为2.148/氧的利用率=2148/92%=2.335kg 2 带入的N量为(2.335/99.6%)×0.4%=0.009kg 2 总的耗氧量为:?=2.235+0.009=2.344kg 25 1.3.1.1 熔化期炉渣量 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，电 极中的灰分，以及加入的各种熔剂。结果见表1-9: 表1-9熔化期炉渣量确定 名称 消耗 成分组成(kg) 量 CaO SiOMgO AlOFeOFeO MnO POCaS 合计 2 23 23 25 炉料 Si 0.297 0.636 0.636 中元 Mn 0.278 0.359 0.359 素的 P 0.018 0.041 0.041 氧化 Fe 0.391 0.14 0.377 0.517 炉顶(60%) 0.09 0.001 0.005 0.083 0.001 0.09 炉衬(60%) 0.3 0.012 0.011 0.269 0.003 0.005 0.3 矿石 1 0.013 0.058 0.004 0.015 (0.9) 0.002 0.002 0.094 石灰 2 1.8 0.04 0.032 0.03 0.01 0.002 0.002 1.916 电极/灰分0.135 0.0008 0.0004 0.001 1%(75%) 合 计 1.826 0.751 0.305 0.131 0.156 0.377 0.359 0.045 0.04 3.954 % 46.18 18.99 7.71 3.31 3.95 9.53 9.08 1.14 0.11 100 1.3.1.4 熔化期的金属量 Q,金属炉料重+带入的铁量?炉料中C、Si、Mn、P和Fe的烧损量 1 ,100+1×0.9×112/116?3.304=97.596kg 1.3.1.5 熔化期炉气量 炉气来源于炉料以及电极中碳的氧化物CO和CO，氧气带入的N，物料中22 的HO及其反应产物，游离O及其产物，石灰中的烧碱带入的(CO)为2×222 4.14%=0.083kg，计算结果见表1-10: 表1-10熔化期炉气量计算 项目 气态产物(kg) CO CO N HO H 合22 22 26 计 炉料中C的氧化 1.017 0.18 1.197 电极带入 0.282 0.048 0.33 矿石带入 0.009 0.009 石灰带入 0.083 0.002 0.085 氧气带入 0.009 0.009 参与反应: -0.327 0.514 0.187 游离O2 CO+1/2,CO2 HO参与反应: -0.017 0.027 -0.011 0.001 0 2 HO+CO,H+ CO 222 合计 0.955 0.852 0.009 0 0.001 1.817 % 52.56 46.89 0.5 0 0.05 100 1.3.1.6 熔化期物料总平衡 表1-11熔化期的物料总平衡表 收 入 支 出 项目 质量(kg) % 项目 质量(kg) % 废钢 70 66.17 金属 97.596 92.42 铁水 30 28.36 炉渣 3.954 3.74 电极 0.135 0.13 炉气 1.817 1.72 矿石 1 0.95 铁的挥发 2.236 2.12 石灰 2 1.89 炉顶 0.09 0.09 炉衬 0.3 0.28 氧气 2.344 2.13 合计 105.788 100 合计 105.603 100 计算误差,(105.787?105.603)?105.787×100%,0.17% <0.5% ，在误差 范围之内，符合要求。 1.3.2 氧化期物料计算 1.3.2.1 氧化期渣量 A:留渣量。为了有利除P，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。3.954kg×30%=1.186kg 27 B:金属中元素的氧化产物。根据表1-4给出的数据可以计算产物量，详情见表1-8。 C:炉顶、炉衬的蚀损和电极的烧损量。根据表1-5的假定进行计算，其结果一并见表1-12。 表1-12氧化期渣量的确定 名称 消耗量 CaO SiOMgO AlOFeOFeO MnO POCaS 合计 2 23 23 25 留渣量 0.548 0.225 0.091 0.039 0.047 0.113 0.108 0.014 0.001 1.186 元素的氧化 Si 0.033 0.071 0.071 Mn 0.029 0.037 0.037 P 0.016 0.037 0.016 S 0.008 -0.014 0.018 0.004 Fe 0.766 0.252 0.758 0.234 炉顶(40%) 0.06 0.001 0.003 0.055 0.059 炉衬(40%) 0.2 0.008 0.007 0.18 0.002 0.004 0.201 电极(25%) 0.045 0 石灰带入 2.211 1.990 0.044 0.035 0.033 0.011 0.002 0.002 2.117 矿石带入 1 0.013 0.058 0.004 0.015 (0.9) 0.002 0.002 0.094 火砖带入 0.5 0.003 0.32 0.003 0.165 0.009 0.5 合计 2.549 0.728 0.313 0.309 0.145 0.323 0.871 0.055 0.023 5.316 % 47.95 13.69 5.89 5.81 2.73 6.08 16.38 1.03 0.44 100 注: 1 石灰消耗量，由上表可知，除石灰外，渣中已经含有SiO和CaO的2量为: SiO,0.225+0.071+0.003+0.007+0.058+0.32=0.684kg 2 CaO,0.548?0.014+0.001+0.008+0.013+0.003,0.559kg 取碱度为3.5，故石灰加入量为:[R?(SiO)??(CaO)]/(% CaO ?R% SiO2石灰2),(3.5×0.684-0.559)?(0.9?3.5×0.02)=2.211kg 石灰 2 关于磷的消耗量，整个过程中总的耗磷率定在85%，则应脱磷量,0.04×85%,0.034kg,熔化期的时候已脱0.018kg，那么氧化期消耗量,0.034?0.018,0.016kg 3 关于铁的烧损量:一般来说，当氧化期金属中含C约0.05%时，渣中?Fe约达17%，且其中75%系(FeO)，25%系(FeO)。因此，渣中含(FeO)为23 17%×75%×72/56,16.39%;含(FeO)为17%×25%×160/112=6.07%，由上表可23 知，除FeO和FeO以外的渣量为:23 28 2.549+0.728+0.313+0.309+0.145+0.055+0.023,4.122kg 故总渣量为4.122?(100?16.39?6.07)%,5.316kg,其中由Fe氧化生成的 O)分别为0.758kg和0.252kg。 (FeO)和(Fe23 1.3.2.2 氧化期金属量 根据熔化期的金属量以及上表中的元素烧损量和矿石还原出的铁量，即可求得氧化末期的金属量为: 97.596?(0.003+0.029+0.016+0.766+0.008+0.851)+0.63=96.523kg 其中0.851kg为碳的烧损量近似值，即1.386?0.485?0.05,0.851kg 1.3.2.3 氧化期净耗氧量 氧化期净耗氧量的计算，见表1-13: 表1-13净耗氧量的计算 名称 元素 消耗量 反应产物 耗氧量 供氧量 备注 C 0.851 C?CO 1.021 90%[C]生成CO; 10%[C]生成CO2 C?CO 0.227 2 金属中元 Si 0.033 Si? SiO 0.038 2 素的氧化 Mn 0.029 Mn?MnO 0.008 P 0.007 P?PO0.009 25 Fe 0.766 Fe?FeO 0.168 Fe?FeO0.076 23 电极中碳 C 0.045 C?co 0.054 的氧化 C?CO 0.012 2 合计 1.613 矿石供氧 FeO 0.9 FeO=2Fe+3/2O 0.27 还原出Fe 0.63kg 23232 石灰中的S还原CaO供氧 S 0.002 CaO+S=CaS+O 0.001 金属中S还 S 0.01 CaO+S=CaS+O 0.005 原CaO供氧 合计 0.276 净耗氧量 1.613?0.276,1.337kg 所以氧气的消耗量为 O:1.613/92%=1.753kg 2 N: (1.753/99.6%)×0.4%=0.007kg 2 29 ?=1.753+0.007=1.76kg 1.3.2.4 氧化期炉气量 计算出的炉气量，见表1-14: 表1-14氧化期炉气量 项目 CO CONHO H合计 备注 2 2 22 金属中C的氧化 1.787 0.312 2.009 C的烧损量为0.851kg 电极带入 0.095 0.017 0.112 C的烧损量为0.045kg 矿石带入 0.009 0.009 石灰带入 0.092 0.002 0.094 氧气带入 0.007 0.007 游离O反应: -0.245 0.385 0.14 1.753×8%=0.14kg 2 CO+1/2O= CO 22 HO反应: -0.017 0.027 -0.011 0.001 0 HO全部消耗掉 22HO+CO=H+CO222 合计 1.62 0.833 0.007 0 0.001 2.461 % 65.83 33.85 0.28 0 0.04 100 表1-15熔化期和氧化期综合物料平衡表 收入 支出 项目 kg % 项目 kg % 废钢 70 62.70 金属 96.523 86.86 铁水 30 26.87 炉渣 8.084 7.28 电极 0.18 0.16 炉气 4.278 3.85 矿石 2 1.79 铁的挥发 2.236 2.01 石灰 4.211 3.77 火砖块 0.5 0.45 炉顶 0.15 0.13 炉衬 0.5 0.45 氧气 4.104 3.68 合计 111.645 111.121 计算误差=(111.645?111.121)?111.645×100%=0.47%<0.5%，误差在符合范围内。 30 1.3.3 氧化末期金属成分 氧化末期金属成分如下: 表1-16氧化末期金属成分 元素 C Si Mn P S % 0.05 痕迹 0.118 0.006 0.01 注:由于电炉采用EBT偏心炉底出钢，使得下渣量<2kg/t钢，既 0.32kg/100kg钢液，其中渣中PO占2.5%左右，其几乎转变为P重新进入钢液25 中，产生回P现象，回P量如下确定: ,(PO)2[P]+5/2(O) 25 62所以[P]= kg ，，,2.5%0.20.002162 在钢水精化前钢液的[P]=0.008kg/100kg钢液。 1.4 铁合金的加入量 1.4.1 铁合金成分及收得率 1、铁合金的成分见表1-17: 表1-17铁合金成分(%) 元素 C Si Mn P S Fe Al 硅铁 76 0.4 0.04 0.02 23.54 锰铁 0.7 0.5 84 0.13 0.02 14.65 铝 1 99 2、铁合金收得率见表1-18: 表1-18铁合金收得率(%) 元素 C Si Mn P S Fe Al 硅铁 75 80 100 100 100 锰铁 90 75 80 100 100 100 铝 74 31 1.4.2 铁合金的加入量计算 1.4.2.1 锰合金的加入量 根据氧化末期的元素成分，可以计算出需要加的铁合金量。 =0.252% 锰元素的加入量:0.37?0.118 锰合金的加入量:Q=(96.523×0.252%)/(0.84×0.81) =0.357kg Mn 带入C的量=0.357×0.7%×90%=0.002kg 带入Si的量=0.357×0.5%×74%=0.001kg 带入P的量=0.357×0.13%×100%=0.0005kg 带入S的量=0.357×0.02%×100%=0.0001kg 带入Fe的量=0.357×14.65%=0.0523kg 加入的锰铁中进入渣中的元素总量=0.357?0.3079=0.0491kg 1.4.2.2 硅合金的加入量 硅元素的加入量:2.4?0.001=2.399% 硅合金的加入量:Q= (96.523×2.339%)/(0.76×0.75) =4.06kg Si 带入Mn的量=4.06×0.4%×80%=0.013kg 带入P的量=4.06×0.04%×100%=0.002kg 带入S的量=4.06×0.02%×100%=0.0008kg 带入Fe的量=4.06×23.54%,0.9557kg 加入的硅铁中进入渣中的元素总量=4.06?3.3705=0.6895kg 因此，金属量,96.523+0.3079+3.3705=100.2014kg 炉渣量,8.084+0.0491+0.6895=8.8226kg 1.5 物料总平衡 表1-19物料总平衡表 收入 支出 项目 kg % 项目 kg % 废钢 70 60.31 金属 100.201 86.86 铁水 30 25.85 炉渣 8.823 7.28 电极 0.18 0.16 炉气 4.278 3.85 矿石 2 1.72 铁的挥发 2.236 2.01 石灰 4.211 3.63 32 火砖块 0.5 0.43 炉顶 0.15 0.13 炉衬 0.5 0.43 氧气 4.104 3.54 锰铁 0.357 0.3 硅铁 4.06 3.50 合计 116.062 115.538 误差计算=(116.062?115.538)?116.062×100%=0.45%<0.5%，计算在误差 范围内。 2 135t电弧炉热平衡计算 2.1 原材料基本物理热的计算 2.1.1 物料物理热的计算 以100千克金属料为参考对象，进行计算，物料的基本物理热见表2-1: 表2-1物料带入的物理热 00名称 热容kJ/kg.C 温度C 消耗量kg 物理热kJ 废钢 0.669 600 70 29358 铁水 0.962 1350 30 38961 石灰 0.728 25 4.211 76.64 火砖块 0.858 25 0.5 10.73 矿石 1.047 25 2 52.35 炉顶高铝砖 0.879 600 0.15 79.11 炉衬镁砂 0.996 600 0.5 298.8 氧气 1.318 25 4.104 135.23 电极 1.507 450 0.18 122.07 合计 69093.93 33 2.2 热量收入计算Q 入 2.2.1 元素氧化放出的热量 a) 氧化电极中的碳 被氧化成CO气休的碳量:0.18×90%,0.162kg, 放热为:11639×0.162,1885.52kJ 被氧化成CO气体的碳量:0.018kg, 2 放热为:34834×0.018,627.01kJ b) 金属中硅的氧化 Si+2FeO=SiO+2Fe ΔH=11329kJ/kg 2 则硅氧化放热:11329×0.33,3738.57kJ c) 金属中锰的氧化 Mn+FeO=MnO+Fe ΔH=2176kJ/kg 则锰氧化放热:2176×(0.278+0.029)=668.03kJ d) 金属中磷的氧化 2P+5FeO=PO+5Fe ΔH=2419 kJ/kg 25 则磷氧化放热:2419×(0.018+0.016)=82.25kJ e) 铁的氧化 Fe+1/2O=FeO ΔH=4250 kJ/kg 2 则放热为4250×10.668=45339kJ 2Fe+3/2O=FeO ΔH=6460 kJ/kg 223 则放热为6460×1.663=10742.98kJ 总的元素氧化热量 =1885.52+627.01+3738.57+668.03+82.25+45339+10742.98 =63083.36kJ 熔化期和氧化期所需要O量为2.148+1.613=3.761kJ。由表知，该气态O22总用量中用于将Fe氧化成FeO的量为1.663×(48/12),0.713kg O;其余232均设定为将Fe直接氧化成FeO，即该部Fe的氧化量为(3.761?0.713)×56/16,10.688kg。 2.2.2 成渣反应放出的热量 2CaO+SiO2=2CaO?SiO2 ΔH=1620 kJ/kg 放热=(0.751+0.728?0.225)×1620=2031.48kJ 4CaO+P2O5=4CaO?P2O5 ΔH=4880 kJ/kg 放热=(0.045+0.055?0.014)×4880=419.68kJ 34 因此，成渣热为:2031.48+419.68=2451.16kJ 所有的放热反应供给的热量:63083.36+2451.16=65534.52kJ 总的热收入(除电能以外)69093.93+65534.52=134628.45kg 2.3 热量支出计算Q出 2.3.1 钢水物理热 该钢熔点为1536?(0.05×70+0×8+0.118×5+0.006×30+0.01×25)?7=1524? 出钢温度,钢水熔点+过热温度+镇静温降+出钢温降,1524+70+21+50=1665? 式中:镇静钢过热度取70?(50?~90?) 镇静钢温降按7分钟计算，每分钟温降取3? 出钢温降取50?(40?~60?) 钢水物理热,{96.523×[0.699×(1524?25)+272+0.837×(1665?1524)]} ?70×0.699×(600?25)=111855.26kJ 式中:0.699——到熔点前钢液热容kJ/kg?? 272——钢的熔化吸热kJ/kg 0.837——钢液热容kJ/kg?? 2.3.2 炉渣物理热Q r 表2-2炉渣物理热 名称 熔化期炉渣 氧化期炉渣 合计 温度? 1500 1650 热容kJ/kg?? 1.172 1.216 物理热kJ 3.954×70%×[1.172(1500?25) 5.316×[1.216×(1650?25) 16978.63kJ +209]=5363.17kJ +209]=11615.46kJ 35 2.3.3 吸热反应消耗热量 表2-3吸热反应消耗的热量 名称 消耗量(kg) ΔH(kJ/kg) 吸热量kJ 金属脱碳 1.386,0.05=1.336kg 6244 8341.98 金属脱硫 0.018-0.008=0.01kg 2143 21.43 石灰烧碱 4.211×4.14%=0.174kg 4177 726.8 水分挥发 石灰带入 4.211×0.1%,0.004kg 矿石带入 2×0.92%=0.018kg 小计 0.022kg 1227 27 合计 9117.21 2.3.4 炉气物理热Q x 炉气温度约为1200?，热容为1.137 kJ/kg??，由炉气量可得: Q=4.278×[1.137×(1200?25)]=5715.3kJ x 2.3.5 烟尘物理热Q y 将铁的挥发物计入烟尘中，烟尘热容为0.996 kJ/kg??，则 Q=2.236×[0.996×(1200?25)] =2616.79kJ y 2.3.6 冷却水吸热Q L 6622因为UHP,EAF的q=0.79×10~3.96×10kJ/m?h,水冷面积S=40 m，取 626q=1.20×10 kJ/m?h则Q=qst/T=1.2×10×40×1/1350=35555.6kJ。 L 2.3.7 其它热损失Q q 包括炉体表面散热热损失、开启炉门热损失、开启炉盖热损失、电极热损失等。其损失量与设备的大小、冶炼时间、开启炉门和炉盖的总时间以及炉内的工作温度有关。实践表明，该项热损失约占总热收入的6~9%，本计算取9%。 36 2.3.8 变压器及短网系统的热损失Q b 一般，该损失量为总热收入的5~7%。本计算取7%。 令总热收入等于Q，则: s Q,111855.25+16978.63+9117.21+5715.3+2616.79+35555.6+Q×ss(9%+7%) 即，Q,181838.78+0.16 Q=216474.74kJ ss 故应供电能为:216474.74?69093.93?65534.52=81846.29kJ Q= Q×9%=216474.74kJ×9%=19482.73kJ qs Q= Q×7%=216474.74×7%=15153.23kJ bs -4单位电耗计算:(1kJ=2.773×10kw/h) -4故单位电耗为:(81846.29×2.773×10)×1000/96.53=235.1kw 37