轉(zhuǎn)爐爐型設(shè)計物料平衡熱平衡計算

1、.轉(zhuǎn)爐物料平衡和熱平衡計算（一） 原始數(shù)據(jù)<給定>一、 原材料成分1.鐵水成分和溫度表1 鐵水和終點鋼水成分原料CSiMnPS溫度/鐵水3.950.650.450.120.0351250（以1240為準）終點鋼水0.120.140.0130.025實測鋼中、影響渣質(zhì),噴濺和爐容比,Si影響煉鐵焦比和轉(zhuǎn)爐廢鋼加入量(目前要求Si<0.80%)。2. 渣料和爐襯成分表2 渣料和爐襯成分種類CaOSiO2MgOAl2O3SPCaF2FeOFe2O3燒堿H2OC 石 灰90.52.02.01.40.103.50礦石1.04.610.441.100.0729.461.50.40螢石6.

2、00.471.750.090.4489.02.00生白云石44.02.034.03.04.04.0爐襯43.52.51.01.03. 冶煉鋼種和廢鋼成分表3 目標冶煉鋼種和廢鋼成分%CSiMnPS鋼種Q-2340.140.220.120.300.400.640.0440.040廢鋼0.150.200.460020.025 成品鋼和廢鋼溫度以室溫為準。4. 各材料的比熱容表4各材料的比熱容項目固態(tài)平均比熱/KJ·kg-1·k-1溶化潛/KJ·kg-1液（氣）態(tài)平均比熱容/ KJ·kg-1·k-1生鐵0.744217.4680.8368鋼0.699

3、217.690.8368爐渣209.201.247爐氣1.136煙塵1.000209.20礦石1.046209.205. 各反應(yīng)熱效應(yīng)（認為25與煉鐵溫度下兩者數(shù)值近似）表5 反應(yīng)熱效應(yīng)元素反應(yīng)反應(yīng)熱/KJ·kg-1C10940C34420Si28314P18923Mn7020Fe4020Fe6670SiO22070P2O54020二、 假設(shè)條件根據(jù)各類轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實際工程假設(shè)：（1）爐渣中鐵珠量為渣量的8%；（2）噴濺損失為鐵水量的0.85%；（3）熔池中碳的氧化生成90%CO，10%；（4）煙塵量為鐵水量的1.6%，其中煙塵中，；（5）爐襯侵蝕量為鐵水量的0.4%；（6）爐氣溫度取，

4、爐氣中自由氧含量為總爐氣量的0.5%；（7）氧氣成分：98.4%氧氣，1.4%氮氣。(二) 物料平衡計算由鐵水成分冶煉鋼種可選用單渣發(fā)不留渣的操作。 為簡化計算，物料平衡以100kg鐵水為計算基礎(chǔ)。一、 爐渣量及爐渣成分的計算爐渣來自元素的氧化，造渣材料和爐襯侵蝕等。1. 鐵水中各元素的氧化量%表6 鐵水中各元素的氧化量%原料CSiMnPS溫度/鐵水3.950.650.450.120.0351250（以1240為準）終點鋼水0.120.140.0130.025實測氧化量3.830.650.310.1070.01轉(zhuǎn)入表7說明：Si堿性渣操作時終點Si量為痕跡；P單渣法去磷約90%（±5

5、%）；Mn終點余錳量約3040%，這里實測為30%；S轉(zhuǎn)爐去硫約3050%；C終點碳與鋼種及磷量有關(guān)，要求出鋼后加鐵合金增碳的量能滿足鋼的規(guī)格中限，即：C終點=C中限C增碳； 這里取C終=0.15%,可滿足去磷保碳與增碳兩個條件。2. 鐵水中各元素的氧化量，耗氧量和氧化產(chǎn)物量的計算。表7 鐵水中各元素的氧化量，耗氧量和氧化產(chǎn)物量數(shù)據(jù)元素反應(yīng)式元素氧化（kg）消耗 （kg）氧化產(chǎn)物（kg）備注CC +O2=CO3.83×0.9=3.4473.447×1612=4.5968.043CC +O2=CO23.83×0.1=0.3830.383×3212=1.02

6、1.40SiSi+O2=(SiO2)0.650.65×3228=0.7431.39MnMn+ O2=（MnO）0.310.31×1655=0.090.40P2P+O2=（P2O5）0.1070.107×8062=0.1380.245SS+O2=SO20.01×12=0.0050.005×3232=0.0050.01設(shè)12為氣化去硫FeFe+O2=(FeO)1.0210.2931.314見表13及說明SS+(CaO)=(CaS)+O0.01×12=0.0050.005×-1632=-0.0025產(chǎn)生的CaS有：0.005

7、15;7232=0.011此處剩下1/2S元素由CaO除去并生成O；S消耗CaO的量為：0.005×5632=0.00875Fe2Fe+O2=(Fe2O3)0.4600.1970.657見表13及說明共計6.3837.079二、造渣劑成分及數(shù)量：（選自國內(nèi)有關(guān)生產(chǎn)爐和取用生產(chǎn)最常用Fe鐵礦石）；1礦石成分及重量的計算（1.0kg礦石/100kg鐵水）表8礦石各成分數(shù)據(jù)礦石成分重量（kg）礦石成分重量(kg)Fe2O31×61.5%=0.615MgO1×0.44%=0.0044FeO1×29.4%=0.294S1×0.07%=0.0007（取0.

8、001）SiO21×4.61%=0.0461H2O1×0.4%=0.004CaO1×1%=0.01共計1.000Al2O31×1.10%=0.011S*: 反應(yīng)式為S+( CaO)= (CaS)+O 其中：(CaS)重為0.001×=0.002S消耗（CaO) 重為0.001×=0.002O微量，可不計。2螢石成分及重量的計算（0.5螢石100鐵水）表9 螢石各成分數(shù)據(jù)螢石成分重量（）螢石成分重量（）CaF20.5×89.0%=0.445P*0.5×0.44%=0.0022SiO20.5×6%=0.030

9、S*0.5×0.09%=0.0004Al2O30.5×1.75%=0.00875H2O0.5×2.00%=0.10MgO0.5×0.47%=0.00235共計0.500P*反應(yīng)式為 2P+5/2O2=(P2O5)其中：(P2O5)重為0.0022×=0.005(P)消耗O重為0.0022×=0.003O微量，可不計。3爐襯侵蝕成分及重量的計算（0.5爐襯100鐵水）表 10爐襯各侵蝕成分數(shù)據(jù)C*微量，C*消耗的氧也為微量，可忽略不計。爐襯成分重量（）爐襯成分重量（）CaO0.5×54.0%=0.270Al2O30.5

10、5;1%=0.005MgO0.5×1%=0.005C*SiO20.5×2.5%=0.0125共計0.5004生白云石成分及重量的計算（3.0生白云石100鐵水）表11生白云石的各成分數(shù)據(jù)成分重量（）成分重量（）CaO3.0×44%=1.32SiO23.0×2.0%=0.06MgO3.0×34%=1.02燒堿*3.0×4%=0.12Al2O33.0×3%=0.09共計3.0*加入生白云石后經(jīng)經(jīng)爐渣成分計算，應(yīng)滿足MgO=68%范圍（見表13），目的是可以提高爐襯抗熔渣的侵蝕能力，提高爐齡。* *燒堿是指生白云石或石灰中未分解的

11、CO2及其重量。5石灰成分及重量的計算（6.25石灰/100鐵水）表12 石灰成分各數(shù)據(jù)石灰成分重量（）石灰成分重量（）CaO6.25×90.5%=5.656Al2O36.25×1.4%=0.0875SiO26.25×2%=0.125S*6.25×1%=0.0625MgO6.25×2%=0.125燒堿6.25×4.44%=0.278共計6.520說明：石灰加入量計算如下：取終渣堿度R=% CaO/%SiO2=3.5 (參煉鋼原理P167圖519)式中 (SiO2) = (鐵水+爐襯+礦石+螢石+生白云石)中帶入=（1.39+0.012

12、5+0.0461+0.03+0.06）=1.539 參考表7、8、9、10、11、12；(CaO ) = (生白云石+爐襯+礦石鐵水S消耗礦石S消耗) =（1.32+0.27+0.010.008750.002） =1.5kg參考表7、8、9、10、11； Q【石灰】=3.5×1.54-1.590.5%-3.5×2%=4.66S*:反應(yīng)式為S+( CaO)= (CaS)+O 其中：生成(CaS)重:0.0625×=0.141 還原O:0.0625×=0.031 消耗（CaO）量：0.0625×=0.1096終渣(FeO)的確定取R=3.5及(Fe

13、O)=15%時可滿足終點鋼水中P=0.013%的要求這里取(FeO)= (%FeO) +0.9（%FeO) =15%?。‵e2O3）/(FeO)= 。故（Fe2O3）=5%，(FeO) 10%7終渣成分及重量的計算表13 終渣各成分數(shù)據(jù)終渣成分氧化產(chǎn)物石灰礦石生白云石爐襯螢石總重CaO5.5470.011.3200.2707.147MgO0.1250.0041.020.0050.0021.156SiO21.390.1250.0460.0600.01250.0301.664P2O50.2450.0050.250MnO0.400.40Al2O30.08750.0110.090.0050.00875

14、0.202CaF20.4450.445CaS0.0110.1410.0020.154FeO1.3141.314Fe2O30.4600.460共計3.8213.192說明1總渣量的計算如下：表中CaO+MgO +SiO2+ P2O5 +MnO+ Al2O3 +CaF2 +CaS =7.147+1.156+1.664+0.4+0.202+0.445+0.154 = 11.168總渣量 (FeO)=100%15%=85%因此總渣量=11.168÷85%=13.1392(FeO)重13.557×10%=1.314;其中Fe氧化量: 1.314×5672=1.021 (轉(zhuǎn)入

15、表7)（Fe2O3）重13.139×5%=0.657 ;其中Fe氧化量:0.657×=0.460 (轉(zhuǎn)入表7)*CaO= CaO石灰中 CaOS消耗 =5.565-0.109=5.456kg(表12及附注)二、 礦石及煙塵中的鐵量和氧量的計算1、加入1.0礦石/100帶入的鐵量和氧量為：Fe（礦石中）=1.0×(29.40%×61.50%×)=0.659 （據(jù)表2中礦石成分注：礦石中：FeO=29.40%； Fe2O3=61.50%）O2（礦石中）=1.0×(29.40%×61.50%×)=0.1852、1.6煙塵

16、/100鐵水帶入的鐵量和氧量為：Fe（煙塵中）=1.6×(77%×20%×)=1.182（據(jù)假設(shè)條件注：煙塵中：FeO=77%； Fe2O3=20%）O2（煙塵中）=1.6×(77%×20%×)=0.37三、爐氣成分及重量的計算表14 爐氣各成分數(shù)據(jù)爐氣成分重量，體 積 （Nm3）CO8.0438.043×22.428=6.434CO21.7981.798×22.444=0.915SO20.010.01×22.464=0.005O20.0530.037N20.0890.071H2O0.0140.014&#

17、215;22.418=0.017共計10.0077.479【注：標況下1mol氣體的體積為22.4L】說明：CO重=（鐵水+爐襯）中C氧化生成=8.043（表7）+0（表10）=8.043 kgCO2重=（鐵水+爐襯）中C氧化生成+（生白云石+石灰）的燒堿=1.4（表7）+0（表10）+0.12(表11)+0.278（表12）=1.798kgSO2重=鐵水中氣化去硫重=0.01kg（表7）H2O汽重=礦石及螢石帶入=0.004（表8）+0.1（表9）=0.014kg爐氣中O2 與N2重，可由爐氣總體積V(Nm3),反算求出。其中已知氧氣純度為98.4%的O2，1.4%的N2和爐氣中含自由氧的體

18、積為0.5%，因此爐氣總體積V=( CO +CO2 +SO2+ H2O)體積（表14）+自由氧的體積+ N2體積=（6.434+0.915+0.005+0.017）+0.5% V+ N2其中：V（N2）=22.4327.079+0.37+0.003+0.001-0.185-0.031+0.5%V×1.4%98.4%【注：大括號內(nèi)的參數(shù)為“氧氣的消耗和帶入項目” （見表15）分式部分為氧氣純度98.4%時氧的體積。×1.4%。表示換算成N2體積?！恳虼丝傻肰=（7.371+0.5%V）+（5.066+0.5%V）×1.4%98.4%整理后 V=7.480 Nm3爐氣

19、中自由氧體積=7.480×0.5%=0.0374=0.037m3爐氣中自由氧重=0.037×=0.053 爐氣中氮體積=（0.037+5.066）×1.4%98.4%=0.071 Nm3爐氣中氮重=0.071×=0.089 四、未加廢鋼時氧氣的消耗量的計算表15氧氣的消耗和帶入項目元素氧化耗氧7.079見表7螢石中P耗氧0.003表9說明礦石耗氧量-0.185見二自由氧重0.053表14煙塵耗氧量0.37見二爐氣中氮重0.089表14礦石S消耗氧量0.0005取0.001見表8說明石灰中S反應(yīng)耗氧量-0.031表12說明由此可得實耗氧量=7.079+0.

20、37+0.001+0.003+0.053+0.089-0.185-0.031= 7.379kg或?qū)嵑难躞w積=7.379×=5.165 Nm3100鐵水=51.65 Nm3T鐵水五、鋼水量計算吹噴項目：元素氧化量：6.383 kg（見表7）煙塵中鐵損量：1.182kg（見二，煙塵中的Fe，O2計算）渣中鐵珠重：1.055kg(注：由假設(shè)條件和終渣總重確定，見表13)噴濺鐵損量:0.85kg（注：由假設(shè)條件確定）礦石帶入鐵重:0.659（見二，礦石帶入的Fe，O2計算）因此100kg鐵水可得鋼水收得率為：100-（6.383+1.182+1.055+0.85）+0.659kg=91.18

21、9 kg六、未加廢鋼時的物料平衡表表16 未加廢鋼時的物料平衡收入項重量kg支出項重量kg鐵水石灰礦石螢石生白云石爐襯氧氣100.006.521.000.503.000.507.379鋼水爐渣爐氣煙塵鐵珠噴濺91.18913.19210.0071.601.0550.85共計118.90共計117.90計算誤差：117.90-118.90118.90×100%=-0.84%（誤差大時應(yīng)檢查原因或重算）（三）熱平衡計算（取冷料為25）一、熱收入項1、鐵水物理熱 鐵水熔點=1538-（3.95×100+0.65×8+0.45×5+0.12×30+0.

22、035×25）-7= 112425 式中：1538為純鐵熔點,100、8、5、30、25分別為C、Si、Mn、P、S每1%含量時鐵水熔點降低。7為氣體O、N、H對熔點總的影響?！咀ⅲ簠⒖嫁D(zhuǎn)爐煉鋼 張芳編著 P116表3-16 溶解于鐵中的元素含量為1%時，純鐵凝固點的降低值，如圖1】 鐵水物理熱：圖 1Q鐵水=100×0.744×1124-25+217.468+0.8368×1240-1124=113219.28KJ;2、鐵水中各元素氧化熱與成渣熱表17鐵水中各元素的氧化熱和成渣熱元素反應(yīng)式產(chǎn)生熱量KJC3.447×10940=37710.18

23、KJlC0.383×34420=13182.86KJSi0.65×28314=18404.1KJMn0.31×7020=2176.2KJFe1.021×4020=4104.42KJFe0.46×6670=3068.2KJP0.107×18923=2024.76KJP2O50.25×4020=1005KJSiO21.664×2070=3444.48KJ共計85120.23、煙塵氧化放熱1.6(77%××4020+20%××6670) =5346.133 KJ熱收入總計= 113

24、219.28 +85120.2+5346.133=203685.613 KJ【注：爐襯中C和螢石中P因放熱量低未計入內(nèi)?！慷?、熱支出項1.鋼水物理熱 鋼水熔點=1538-(0.12×65+0. 14 ×5+0. 013×30.+0. 025× 25)-7=1521 式中: 1538為純鐵熔點；65、5、30、25分別為C、Mn、P、S四個元素每 1%量對鋼水量熔點的影響；出鋼溫度=鋼水熔點+過熱溫度十鋼液溫降+出鋼溫降=1521 +30+21+30=1602【注：低碳鋼過熱取30；鋼液溫降按7分鐘計算，每分鐘溫降取3；出鋼溫降取30(一般為2040之間)

25、。】鋼水物理熱：Q鋼水=91.189×0.699×1521-25+217.69+0.8368×1602-1521=121388.499 KJ2、爐渣物理熱(設(shè)溫度與出鋼溫度相同)所以爐渣物理熱：Q爐渣=13.56×1.247×1622-25+209.2=29840.936KJ；3、礦石分解吸熱：Q礦石=1.0×(29.40%××4020+61.50%××6670)=3790.675KJ；4、煙塵物理熱：Q煙塵=1.6×1×1440-25+209.2=2598.72KJ;5、爐

26、氣物理熱:Q爐氣= 10.007×1.136×(1440-25)=16085.652KJ 6、渣中鐵珠物理熱:Q鐵珠=1.055×0.699×1521-25+217.69+0.8368×1602-1521=1404.389 KJ;7、噴濺金屬物理熱：Q噴金=0.85×0.699×1521-25+217.69+0.8368×1602-1521=1144.499KJ;8、生白云石分解吸熱Q白云石=3.0×1422.6=4267.8KJ,【注：CaCO3=CaO+CO2，反應(yīng)熱為1422.6KJ/kg】;熱支出

27、總計:Q總=121388.499+29840.936+3790.675+2598.72+16085.652+1404.389+1144.499+4267.8=180521.17KJ;9、剩余熱量熱收入一熱支出一熱損失=203685.613-180521.17-8255.425=12872.162KJ熱損失占熱收入的38%,這里取4%×203685.613 =8255.425KJ;10、廢鋼加入量lkg廢鋼吸熱量為：Q廢= 1×0.699×1521-25+217.69+0.8368×1602-1521=1331.175KJ;因此可加廢鋼重=12872.16

28、21331.175=9.67kg;得廢鋼比=9.67100+9.67×100%=8.8%;鐵水比=100100+9.67×100%=91.2%注：水的汽化吸熱和氣化去硫，吸熱甚微未計入。三、熱平衡表表18 熱平衡表熱收入KJ熱支出KJ鐵水物理熱113219.28鋼水物理熱121388.499元素氧化和成渣熱85120.2爐渣物理熱29840.936其中：礦石物理熱3790.675C50893.04煙塵物理熱2598.72Si18404.1爐氣物理熱16085.652Mn2176.2鐵珠物理熱1404.389P2024.76噴濺金屬物理熱1144.499P2O51005其他熱

29、損失8255.425SiO23444.48廢鋼物理熱12872.162煙塵氧化熱5346.133共計203685.613轉(zhuǎn)爐熱效率=鋼水物理熱+礦石物理熱+廢鋼物理熱總熱收入×100%=121388.499+3790.675+12872.162203685.613×100%=67.8%(四)加入廢鋼和脫氧后的物料平衡計算一、加入廢鋼的物料平衡計算1、廢鋼中各元素的氧化量（%）表19廢鋼中各元素的氧化量（%）成分CSiMnPS廢鋼0.150.200.160.020.025終點鋼水0.120.140.0130.025廢鋼元素消耗量0.030.200.020.00702、廢鋼中各

30、元素的氧化量、耗氧量、氧化物量和進入鋼中量的計算表20 廢鋼中各元素的氧化量、耗氧量、氧化物量項目廢鋼中元素化量kg耗氧量kg氧化物量kg備注CCO9.67×0.03%×90%=0.0030.003×16120.0040.007CO和CO2進入爐氣CCO29.67×0.03%×10%0.00030.00080.001SiSiO29.67×0.2%0.0190.019×32280.0220.041SiO2、Mn、P2O5進入爐渣MnMnO9.67×0.32%0.0310.031×16550.0090.040

31、PP2O59.67×0.007%0.0010.001×80620.0010.002共計0.05430.03680.0919.67kg廢鋼各元素氧化0.0543，則廢鋼進入鋼中量9.616 kg3、將表16和表20合成新的物料平衡表（金屬料100kg）表21 100kg情況下加廢鋼的物料平衡表收入項目重量kg支出項目重量kg鋼水100.0鋼水91.189+9.616=100.805廢鋼9.67爐渣13.192+0.041+0.04+0.002=13.275石灰6.52爐氣10.007+0.008=10.015礦石1.00煙塵1.6螢石0.50鐵珠1.005生白云石3.00噴濺

32、0.85爐襯0.50氧氣7.739+0.03684、加入廢鋼后的物料平衡表（鋼水+廢鋼=100kg）表22 加入廢鋼后的物料平衡表收入項目重量kg支出項目重量kg鋼水91.18鋼水91.914廢鋼8.82爐渣12.104石灰5.94爐氣9.132礦石0.912鐵珠0.916螢石0.456噴濺0.775生白云石2.736煙塵1.459爐襯0.456氧氣7.09共計117.59共計116.3* 將表21 根據(jù)鋼水與廢鋼的比，以鐵水91.18kg進行換算得表22*計算誤差=117.59-116.3117.6×100%=0.9%三、 脫氧后的物料平衡計算根據(jù)低碳鋼Q-234鋼固定的成分區(qū)間，

33、屬于半鎮(zhèn)靜鋼脫氧，即進行錳鐵和硅鐵脫氧。1、 冶煉Q-234鋼時選錳鐵和硅鐵脫氧。表23錳鐵和硅鐵各中元素成分含量（%）成分CSiMnPSFeFe-Mn7.52.575.00.380.0314.59Fe-Si7070.000.700.050.0429.212、計算鐵合金加入量根據(jù)國內(nèi)同類轉(zhuǎn)爐冶煉Q-234鋼種時選取一下元素的收得率表24 Q-234鋼的元素收得率Fe-MnMnSiC說明Fe-SiMnSi收得率757090其中10%CCO2收得率%8075兩種脫氧劑中的P、S、Fe則全部進入鋼中故:Fe-Mn加入量=0.52-0.17%75%×75%×91.914=0.572

34、kg;【注：0.52取自目標鋼種Q-234的Mn中限】Fe-Mn中的硅進入鋼中的重量%（見表25）表25 Fe-Mn合金各成分元素損耗和去向合合金成分元素燒損重kg耗氧量kg產(chǎn)物元素進入鋼中成渣量kg爐氣kg重量kg重量百分數(shù)%錳 鐵CCO20.572×7.5%×10%=0.0040.004×=0.0100.0150.572×7.5%×90%=0.0390.03992.369×100%=0.04%SiSiO20.572×2.5%×30%=0.0040.004×=0.0050.0090.572×2

35、.5%×70%=0.010.0192.369×100%=0.01%MnMnO0.572×75%×25%=0.1070.107×=0.0310.1380.572×75%×75%=0.3210.32192.369×100%=0.34%P0.572×0.38%=0.0020.00292.369×100%=0.02%S0.572×0.03%=0.00017因S%微量而不計Fe0.572×14.59%=0.083合計0.1150.0460.1470.0150.455【注：使得鋼水由91.914kg變?yōu)?2.369kg】故:Fe