1-物料平衡和热平衡计算

1、现代冶金工程设计原理 （转炉炼钢部分） 于 会 香 氧气转炉炼钢物料平衡和热平衡计算 什么是物料平衡和热平衡计算 物料平衡和热平衡计算的作用 氧气转炉物料的输入输出项 氧气转炉的能量输入输出项 物料平衡和热平衡计算的条件 物料平衡和热平衡的计算步骤 物料平衡和热平衡的计算实例分析 什么是物料平衡和热平衡计算 输入物质总量 =输出物质总量 输入能量 =输出能量 氧气转炉炼钢物料平衡和热平衡计算 物料平衡和热平衡计算的作用 比较不同钢种在冶炼过程中的物料和能量的收入和支出项 考察不同原料对冶炼的影响 改进工艺制度和经济技术指标 为相关工序的设计提供依据 计算原则 物质不灭 能量守恒 2014-10-16 6 水泥厂 废渣 发电厂 煤气 高 炉 转 炉 连 铸 热 连 轧 冷 连 轧 产品 焦化 烧结 120万吨废钢 1428万吨废塑料 8001000万吨钢铁厂 120万 KW电站 300万吨水泥厂 2014-10-16 7 3210t 2014-10-16 8 氧气转炉炼钢物料平衡和热平衡计算 氧气转炉物料的输入输出项 输入项： 铁水 废钢、矿石或氧化铁皮 辅料（石灰、萤石、生白云石）

2、炉衬 氧气 合金 氧气转炉炼钢物料平衡和热平衡计算 氧气转炉物料的输入输出项 输出项： 钢水 炉渣 炉气 烟尘 喷溅物 渣中含铁珠 氧气转炉炼钢物料平衡和热平衡计算 需要注意的问题： 元素变化 工艺参数的设定 炉衬材料的影响 反应产物的相互作用 物质损失 氧气转炉炼钢物料平衡和热平衡计算 氧气转炉物料的输入输出项 输入项： 铁水 废钢、矿石或氧化铁皮 辅料（石灰、萤石、生白云石） 炉衬 氧气 合金 输出项： 钢水 炉渣 炉气 烟尘 喷溅物 渣中含铁珠 氧气转炉炼钢物料平衡和热平衡计算 氧气转炉的能量输入输出项 输入项： 铁水物理热 元素氧化及成渣热 烟气二次氧化热 炉衬中的碳氧化热 氧气转炉炼钢物料平衡和热平衡计算 氧气转炉的能量输入输出项 输出项： 钢水物理热 炉渣物理热 炉气物理热 烟尘物理热 铁珠物理热 喷溅物物理热 生白云石分解热 废钢或铁矿石吸热 热损失 氧气转炉炼钢物料平衡和热平衡计算 氧气转炉的能量输入输出项 输入项： 铁水物理热 元素氧化及成渣热 烟气二次氧化热 炉衬中的碳氧化热 氧气转炉的能量输入输出项 输出项： 钢水物理热 炉渣物理热 炉气物理热 烟尘物理热 铁珠物

3、理热 喷溅物物理热 生白云石分解热 废钢或铁矿石吸热 热损失 氧气转炉炼钢物料平衡和热平衡计算 物料平衡计算的原始数据 钢种成分 转炉终点成分 废钢成分 铁水成分 石灰、萤石、生白云石、炉衬、焦炭、矿石等成分 铁合金成分及其回收率 相关工艺参数（表 7-4） 氧气转炉炼钢物料平衡和热平衡计算 热平衡计算的原始数据 各种炉料的温度、热容 各种产物的温度、热容 反应热效应 熔点 氧气转炉炼钢物料平衡和热平衡计算 物料平衡和热平衡的计算步骤 收集原始数据 确定工艺参数 编制程序 给出物料平衡和热平衡表 计算分析 参照教材 物料平衡计算所需数据 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值 造渣用熔剂及炉衬等原材料的成分 铁合金成分（分子）及其回收率（分母） 其它工艺参数设定值 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 物料平衡计算步骤 1、以 100kg铁水为基础进行计算 计算脱氧和合金化前的总渣量 总渣量包括铁水中元素氧化、炉衬蚀损和加入熔剂的成渣量。 铁水种元素的氧化产物及其成渣量 由 CaO还

4、原出的氧量，消耗的 CaO量0.013 56/32=0.023kg 标 两处计算见表2.8的计算 炉衬蚀损的成渣量 加入熔剂的成渣量 注：石灰加入量的计算 渣中已含（ CaO） =-0.023+0.007+0.002+1.085=0.893kg 渣中已含（ SiO2） =1.500+0.009+0.028+0.020=1.557kg 石灰加入量为 R（ SiO2） -（ CaO） /（ %CaO石灰 -R %SiO2石灰） =5.750kg 总渣量及其成分 总渣量的计算如下：表中除（ FeO）和（ Fe2O3）以外的渣量为：5.976+1.701+1.029+0.123+0.516+0.440+0.258+0.038=10.081(kg), 而终渣 （ FeO）=15%，故总渣量为 10.080 （ 1-13.25%） =11.620kg,所以， * （ FeO）量 =11.620 8.25%=0.958kg *（ Fe2O3）量 =11.621 5.00%-0.005-0.008-0.033=0.535kg 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，先计算炉气量。 炉气

5、中含有 CO、 CO2、 O2、 N2、 SO2和 H2O。其中 CO、 CO2、 SO2和H2O可由前面的计算得到， O2和 N2则由炉气总体积来确定。 炉气总体积 V： 式中： Vg CO、 CO2、 SO2和 H2O诸组分之总体积， m3。本计算中其值为8.95 22.4/28+2.734 22.4/44+0.012 22.4/64+0.011 22.4/18=8.570m3； Gs 不计自由氧的氧气消耗量， kg。本计算中为 8.02 m3； 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0.009kg； 0.5% 炉气中自由氧含量， m3； 99 由氧气纯度为 99%换来的。 炉气量及其成分 实际耗氧量 计算脱氧和合金化前的钢水量 钢水量 =铁水量 -铁水中元素的氧化量 -烟尘、喷溅和渣中的铁损 =100-6.569-1.50（ 75% 56/72+20% 112/160） +1+11.614 6% =90.649g 由以上数据可以编制脱氧和合金化前的物料平衡表 （未加废钢前） 注：计算误差为（ 117.20-117.29） /117.20 10

6、0%= 0.078% 2、计算加入废钢的物料平衡 先根据热平衡确定废钢的加入量，再根据表（ 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值 ）中的数据确定废钢中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量，见下表。随后计算加入废钢的物料平衡 废钢中的元素的氧化产物及其成渣量 加入废钢的物料平衡表（以 100kg铁水为基础） 加入废钢的物料平衡表（以 100kg（铁水 +废钢）为基础） 3、计算脱氧和合金化后的物料平衡 首先根据钢种成分设定值（ 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值 ）和铁合金成分及其烧损率（ 铁合金成分（分子）及其回收率（分母） ）计算合金铁的加入量。 铁合金中元素烧损量及产物量 （ *可以忽略） 脱氧和合金化后的钢水成分如下： 可见，含碳量为 0.16%合适，因此没有必要在钢包中加焦粉来增碳。 （脱氧和合金化后）的总物料平衡表 热平衡计算所需数据 入炉物料平衡及产物的温度设定值 物料平均热容 炼钢温度下的反应热效应 溶入铁水中的元素对铁熔点的降低值 热平衡基本项目 收入项 支出项 铁水物理热 钢水物理热 元素氧化热及成渣热 炉渣物理热 烟尘氧化热 烟尘、炉气、铁珠、喷溅物物理热 炉衬中碳

7、的氧化热 轻烧白云石分解热 热损失 废钢吸热 热平衡计算步骤 1、计算热收入 Qs 铁水物理热 Qw：先算铁水熔点 Tt，再由铁水温度和生铁比热确定 Qw Tt=1536-（ C 100+Si 8+Mn 5+P 30+S 25） -6=1087.5 Qw=100 0.745 （ 1087.5-25） +218+0.837 (1250-1087.5)=114557.50KJ 元素氧化热及成渣热 Qy：由铁水中元素氧化量和反应热效应算出 烟尘氧化热 Qc：由表中给出的烟尘量参数和反应热效应计算 炉衬中碳的氧化热 Ql：根据炉衬蚀损量及其含碳量确定。 热收入总值为 2、计算热支出 Qz 钢水物理热 Qg ：先算钢水熔点 Tg，再确定出钢温度，再根据比热计算 Qr Tg=1536-（ 0.08 65+0.10 5+0.012 30+0.012 25） -6=1523.64 出钢温度 =钢水熔点 +出钢过程温降 +过热度 +镇静及炉后处理过程中的温降 =1517+50+50+70=1693.64 故， Qg=90.65 0.699 （ 1523.64-25） +272+0.837 170=132514.33kJ 炉渣物理热 Qr Qr=11.614 1.248 (1693.64-25)+209=26613.05 KJ 炉气、烟尘、铁珠、和喷溅金属的物理热 Qx 炉气物理热 11.84 1.137 （ 1450-20） =19183.46kJ 烟尘物理热 1.5 0.996 （ 1450-20） +209=2442.45kJ 渣中铁珠物理热 0.70 0.669 (1523.64-25)+272+0.837 (1693.64-1523.64)=1023.29kJ 喷溅金属物理热 1 0.699 （ 1523.64-25） +272+0.837 170=1461.84kJ 生白云石分解热 Qb:根据其用量、成分和热效应计算 热损失 Qq，其它热损失带走的热量一般约占总热收入的 3 8%。现取 5% 废钢吸热 Qf：用于加热废钢的热量系剩余热量，即 故废钢加入量 Wf=15302.80 1 0.699 （ 1523.64-25） +272+0.837 170 =10.47kg 即废钢比为： 1 0 0

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