物料管理物料平衡與熱平衡

1、電弧爐煉鋼物料平衡和熱平衡3.1物料平衡計(jì)算3.1.1計(jì)算所需原始數(shù)據(jù)基出處始數(shù)據(jù)：冶煉鋼種及成分（見(jiàn)表3-1）;原資料成分（見(jiàn)表3-2）;爐料中元素?zé)龘p率（見(jiàn)表3-3）;合金元素回收率（見(jiàn)表3-4）;其他數(shù)據(jù)（見(jiàn)表3-5）。表3-1冶煉鋼種及其成分鋼種成分/%備注CSiMnPSFeQ2150.09?0.030.25?0.04余F-B?0.150.550.045量5注：分母系計(jì)算時(shí)的設(shè)定值，取其成分中限表3-2原資料成分/%名稱(chēng)CSiMnPSCrAlFeHO灰分揮發(fā)分碳素0.180.250.550.030.03余量廢鋼00煉鋼4.2010.800.60p.200.03余量生鐵05FeMn6.6

2、00.5067.80.230.1324.70004FeSi73.00.500.050.032.5023.90002SiMn1.6520.563.20.060.0414.500554FeCr4.350.400.030.0467.327.85507Al98.51.500焦炭81.50.5812.45.5200電極99.01.000名稱(chēng)CaOSiO2MgO:AI2QCaFFQCOHOP2QrS石灰88.02.502.601.500.504.640.100.100.060螢石0.305.500.601.6088.01.501.500.900.100鐵礦石1.305.750.301.4589.71.20

3、0.150.087火磚塊0.5560.80.6036.81.2500咼鋁磚1.256.400.1291.30.885鎂砂4.103.6589.50.851.900焦炭4.4049.70.9526.218.50.15灰分055電極灰8.9057.80.1033.1分00表3-3爐料中元素?zé)龘p成分CSiMnPS燒損率/%消融期2540,取7095,去6070,取4050,取能夠忽略30856545氧化期0.06錯(cuò)誤!未全部燒損0.015錯(cuò)誤!2530,取找到引用源。20未找到引用源。27錯(cuò)誤！未找到引用源。按末期含量比規(guī)格下限低0.03%0.10%（取0.06%）確定（一般不低于0.03%的脫碳量

4、）；錯(cuò)誤!未找到引用源。按末期含量的0.015%來(lái)確定表3-4鐵水、廢鋼成分設(shè)定值類(lèi)型成分%CSiMnPS廢鋼設(shè)定值0.180.250.550.0300.030表3-5其他數(shù)據(jù)名稱(chēng)參數(shù)配碳量比鋼種規(guī)格中限高0.48%,即達(dá)0.6%消融期脫碳量30%即0.6%x30%=0.18kg電極耗資量4kg/t（金屬料）：其中消融期占75%氧化期和復(fù)原期各占25%爐頂高鋁磚耗資量1.275kg/t（金屬料）：其中消融期占59%氧化期占41%3.5kg/t（金屬料）：其中消融期占57%氧化期和復(fù)原I期各占43%消融期和氧化期所需要氧量100%自于氧氣氧氣純度和利用率焦炭中碳的回收率碳氧化產(chǎn)物煙塵量99%余者

5、為N,氧利用率90%75%（系指配料用焦炭）均按70%生成CO30%生成按8.5kg/t（金屬料）考慮CO考慮3.1.2物料平衡基本項(xiàng)目收入項(xiàng)有：廢鋼、生鐵、焦炭、石灰、螢石、電極、爐襯鎂磚、爐頂高鋁金、氧氣和空氣。支出項(xiàng)有：鋼水、爐渣、爐氣、揮發(fā)的鐵、焦炭中揮發(fā)分。磚、火磚塊、鐵合3.1.3計(jì)算步驟以100kg金屬爐料（廢鋼+生鐵）為基礎(chǔ)，按工藝階段一一消融期、氧化期行計(jì)算，爾后匯總成物料平衡表。第一步：消融期計(jì)算。（1）確定物料耗資量：1）金屬爐料配入量。廢鋼和生鐵按75kg和25kg搭配，不足碳量用焦炭來(lái)表3-6。計(jì)算用原始數(shù)據(jù)見(jiàn)表3-2和3-5。和復(fù)原期分別進(jìn)配。其結(jié)果列于表3-6爐料

6、配入量名稱(chēng)用量/kg配料成分/kgCSiMnPSFe廢鋼100.0000.180.250.550.030.0398.96焦炭0.6870.42錯(cuò)誤！未找到引用源。共計(jì)100.6870.60.250.550.030.0398.96錯(cuò)誤!未找到引用源。碳燒損率25%2）其他原資料耗資量。為了趁早造渣脫磷，先加入一部分石灰（20kg/t（金屬料）和礦石（10kg/t（金屬料）。爐頂、爐襯和電極耗資量見(jiàn)表3-5。（2）確定氧氣和空氣耗資量：耗氧項(xiàng)包括爐料中元素的氧化，焦炭和電極中碳的氧化；而礦石則帶來(lái)部分氧，石灰中CaO被自己S復(fù)原出部分氧。前后兩者之差即為所需凈氧量2.458kg。詳見(jiàn)表3-7。依照

7、表3-5中的假定，應(yīng)由氧氣供給的氧氣為100%即2.239kg。由此可求出氧氣實(shí)質(zhì)耗資量。詳見(jiàn)表3-8。上述1）+2）即是消融期的物料收入量表3-7凈耗氧量的計(jì)算項(xiàng)目名稱(chēng)元糸反響產(chǎn)物兀素氧耗氧量供氧量化量/kg/kg/kgC(C)TCO0.1260.168(C)TCO0.0540.144Si(Si)Si02)0.21250.2428爐料中元Mn(Mr)MnO0.35750.104耗素的氧化P(P)P2Q)0.01350.0174氧Fe(Fe)FeO錯(cuò)0.2970.0848項(xiàng)誤！未找到引用源。1.6820.721(Fe(FS)錯(cuò)誤！未找到引用源。共計(jì)2.74251.482焦炭中碳C(C)CO0.

8、0980.131的氧化(C)CQ0.0420.112電極中碳C(C)CO0.2080.277的氧化(C)CO0.0890.237共計(jì)2.239供礦石氧石灰SCaO+S=CaS+)0.0006項(xiàng)共計(jì)0.0006凈耗氧量錯(cuò)誤!未找到引用源。令鐵燒損率為在這20%中,按2%其中80%生成FQ3：1的比率分別生成（2.2384揮發(fā)掉成為煙塵的一部分；20%FeO和（FQO）。成渣。表3-8氧氣實(shí)質(zhì)耗資量氧氣/kg帶入Q2.2384/氧利用率帶入2(3.128/99%)X=2.2384/90%=3.1281%=0.032（3）確定爐渣量：爐渣源于爐料中Si、MnP、Fe損，焦炭和電極中的灰分，以及加入的

9、各樣熔劑。結(jié)果見(jiàn)表等元素的氧化產(chǎn)物，爐頂和爐襯的蝕3-9表3-9消融期爐渣量確實(shí)定名稱(chēng)成渣組分/kg耗資CaOSiO2MgOAI2OMnOFeOFe2QBOCaS共計(jì)量/kgSi0.20.40.45爐Mn13550.45料P0.360.00.46Fe580.30.143120.08210.031410.30.52963爐頂0.00.00.0略0.060.000.07爐襯7501040.1915焦炭0.20.00.0790.000.00略0.20電極0008070.0240石灰0.60.00.0010.020.010.00.00.08870442略26020250.3略0.00.00.000.0

10、0001.7025210.0132.0580.00.0301.90005004共計(jì)1.70.50.20.120.40.30.170.00.03.737161324682233027百分47.156.23.3212.10.4.60.80.5100.比383218400確定金屬量：金屬量Q=金屬爐料重+礦石帶入的鐵量-爐料中C、Si、MnP和Fe的燒損量+焦炭配入的碳量=100-2.7425+0.42=97.6775kg。(5)確定爐襟懷：爐氣來(lái)源于爐料以及焦炭和電極中碳的氧化物CO和CO,氧氣帶入的2,物料中的HO及其反響產(chǎn)物，游離Q及其反響產(chǎn)物，石灰的燒減(CO),焦炭的揮發(fā)分。計(jì)算結(jié)果列于表

11、3-10。表3-10爐襟懷計(jì)算項(xiàng)目氣態(tài)產(chǎn)物/kgCOCONNHO14共計(jì)揮發(fā)物爐料中C的氧化0.2940.1980.492焦炭帶入0.2280.1540.0040.0470.424電極帶入0.4850.3260.811石灰?guī)?.0020.095氧氣帶入0.0930.0250.0251游離Q參加反響10.2487CO+1/2O=CO-0.430.684HQ參加反響541-0.000HbO+CO=2HC(60.00067-0.000.0149367共計(jì)0.5621.470.02500.000670.0382.09131質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%26.8370.131.1900.031.81100.00(6)確

12、定鐵的揮發(fā)量：有表3-7中設(shè)定，鐵的揮發(fā)量為：上述(3)+(4)+(5)+(6)即是消融期的物料支出量。97.949X2%x80%=1.564kg由此可列出消融期物料平衡表3-11o表3-11消融期物料平衡表收入支出項(xiàng)目質(zhì)量/kg%項(xiàng)目質(zhì)量/kg%廢鋼100.00094.54金屬97.677592.94焦炭0.6870.65爐渣3.73743.56電極0.3000.283爐氣:2.09611.99石灰2.0001.89鐵的揮發(fā)1.5831.51爐頂0.0750.071爐襯0.2000.189氧氣2.5132.37共計(jì)105.775100.00共計(jì)105.094100.00注：計(jì)算誤差=(105

13、.775-105.094)/105.775X100%=0.64%第二步：氧化期計(jì)算。弓I起氧化期物料顛簸的因素有：扒除消融渣，造新渣；金屬中元素的進(jìn)一頂、爐襯的蝕損和電極的燒損。(1)確定渣量：步氧化；爐1)留渣量。為了有利去磷，要進(jìn)行換渣，即過(guò)去除掉進(jìn)入氧化期只留下30%勺渣。其組成見(jiàn)表3-1270%左右消融渣，而金屬中元素的氧化產(chǎn)物。依照表3-3給出的值能夠計(jì)算產(chǎn)物量，詳見(jiàn)表3-12。爐頂、爐襯的蝕損和電極的燒損量。依照表3-5的假定進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果一并列入表3-12。4)造新渣時(shí)加入石灰、礦石和火磚塊帶入的渣量。見(jiàn)表渣量計(jì)算的幾點(diǎn)說(shuō)明：對(duì)于石灰耗資量：由表3-12可知，除石灰?guī)氲囊酝猓?/p>

14、渣中已含3-12。Si02=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。取堿度3.5，故石灰加入量為：R刀W(SiQ)-刀W(CaO)/w(CaO石灰)-Rw(SiO?石灰)=1.377/(88.00%-3.5X2.50%)=1.091kg對(duì)于磷的氧化量：依照表3-7，可近似求得(0.003-0.0135)/97.687-0.015%X97.687=0.00184kg。對(duì)于鐵的燒損量：一般能夠設(shè)定，當(dāng)氧化末期金屬中含C約0.90%(Fe)約達(dá)7%且其中75%為(FeQ,

15、25%為(FQQ)。因此，渣中含(FeQ為(7%X75%X72)/56=6.75%,含(FQO)為(7%X25%X160)/112=2.50%時(shí)，渣中刀，由表w3-12可知，除FeO和Fe2Q2.127+0.608+0.225+0.298+0.189+0.019+0.0559=3.551kg以外的渣量為，故總渣量=3.551/(100-6.75-2.50)%=3.913kg于是可得WFeO=0.245kg，WFeQ)=0.118kg。其中，有Fe氧化生成的(FeO和(FQO)分別為0.19kg和0.082kg。表2-12氧化期渣量確實(shí)定名稱(chēng)耗資成渣成分/kg量CaOSiO2MgOAI2OMnO

16、FeOFe2OP2QCaS共計(jì)/kg3留渣1.120.5310.170.070.030.130.10.00.010.001.1217965261金屬Si0.030.080.08中元Mn80.050.05素氧P0.0300.000化或Fe90.10.070.00燒損S0.00-0.043480.0572020.170.13850.010.0223爐頂蝕損0.050.0010.00略0.04略0.05量30.00630.1380.02爐襯蝕損0.15略0.0040.00030.14量01.6265略10.000.009電極燒損0.10錯(cuò)誤!未找到0.000.04略0.0330.00量0引用源。18

17、0.02091石灰?guī)?.840.0030.040.0080.01.76火磚塊帶8630.18062入0.500.3040.50040共計(jì)2.1270.600.250.290.180.20.10.010.053.9185894518963%54.36115.516.57.624.816.213.00.05r1.43100.3410錯(cuò)誤!未找到引用源。石灰中CaO被自己S復(fù)原，耗資0.003kgCaQ（2）確定金屬量：依照消融期的金屬量以及表3-12中元素?zé)龘p量和礦石復(fù)原出來(lái)的鐵量，即可得氧化末期的金屬量為97.678-（0.0375+0.039+0.0016+0.135+0.023+0.318

18、錯(cuò)誤!未找到引用源。）+0.628=97.894kg（錯(cuò)誤！未找到引用源。0.318為碳的燒損量湊近值，即（）-0.89%X97.678=0.342kg）（3）確定爐襟懷：計(jì)算方法好像消融期。先求凈耗氧量（見(jiàn)表量（見(jiàn)表3-14），最后將各樣物料或化學(xué)反響帶入的氣態(tài)產(chǎn)物歸類(lèi)，3-15）。詳細(xì)算法可參照表3-10。消融期和氧化期的綜合物料平衡列于表3-16。3-13）,再確定氧氣耗資從而得其結(jié)果（見(jiàn)表表3-13凈耗氧量的計(jì)算=1=反響產(chǎn)物耗氧量名稱(chēng)元糸燒損量備注/kg供氧量/kgC0.342C-CO0.31970%C生成COC-CQ0.27430%C生成COSi0.0375Si(Sd)0.043金

19、屬中元Mn0.039Mn(MnO)0.011素的氧化P0.0016P-(P2Q)0.0021Fe0.135Fe(FeO)0.029P見(jiàn)表3-12Fe(FezQ)0.014見(jiàn)表3-125電極中碳的氧C0.100XC-CO0.092r70%C生成CO化99%=0.0C-CQ0.07930%C生成CO共計(jì)990.899石灰中S還S0.002CaO+S=CaS+C)0.00原CaO1金屬中S還S0.009CaO+S=CaS+C)0.00原CaO供氧5共計(jì)0.006凈耗氧量0.8574表3-14氧氣和空氣實(shí)質(zhì)耗資量氧氣/kg帶入Q帶入N0.8634/氧利用率(0.959/99%)X=0.8634/90%

20、=0.91%=0.009759表3-15爐襟懷項(xiàng)目氣態(tài)產(chǎn)物/kg備注COCOHO共計(jì)金屬中C的氧化0.550.30.935C燒損量電極帶入9760.2710.342kg石灰?guī)?.160.10.000.128C燒損量氧氣帶入2090.0030.0090.099kg游離Q參加反響977CO+1/2O=CO0.10.095HO參加反響250.009游離Q量I4O+CO=2HCO-0.1-0.02=0.00959kg680.203064H2O全部耗資掉-0.0050.007共計(jì)0.540.80.0000.001.4488112質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%38.061.0.676180表3-16消融期和氧化期綜合物料

21、平衡表收入支出項(xiàng)目質(zhì)量/kg%項(xiàng)目質(zhì)量/kg%廢鋼10091.4金屬97.09982.29焦炭0.6870.64爐渣3.737+2.792=6.56.0329電極0.300+0.100=0.40.30爐氣2.096+1.44=3.3.25005362.000+1.848=3.8石灰3.52鐵的揮發(fā)1.5831.4648火磚塊0.5000.460.8310.67其他煙塵爐頂0.075+0.053=0.10.1228爐襯0.200+0.150=00.32.350氧氣2.513+0.986=33.18.481共計(jì):109.394100.00:共計(jì)108.747100.00注：計(jì)算誤差=(109.39

22、4-108.747)/109.394X100%=0.59%氧化期末金屬成分以下:%CSi0.08印跡Mn0.158P0.015S0.0223.2熱平衡計(jì)算以100kg金屬料（廢鋼+生鐵）為基礎(chǔ)3.2.1計(jì)算熱收入Q（1）物料的物理熱。計(jì)算結(jié)果列于表3-17（2）元素氧化熱及成渣熱。計(jì)算結(jié)果列于表（3）耗資的電能。依照耗資的熱量確定，為。3-18。92294.71kJ。詳見(jiàn)下面的計(jì)表3-17物料帶入的物理熱名稱(chēng)熱容溫度/C耗資量/kg物理熱/kJ1-廢鋼/kJ-(kg?C)25100.0001747.50.699石灰0.72825.084870.034火磚塊0.858250.50010.725焦

23、炭0.858250.68714.73610.8796000.12867.507爐襯0.9966000.350209.16氧氣1.318253.841126.561電極1.5074500.400271.26共計(jì)2517.483表3-18元素氧化熱及成渣熱名稱(chēng)氧化量/kg化學(xué)反響H/kJ放熱量-kg-1/kJ電極0.208+0.069=0.277C+1/2O2=CO-116393224中的C0.089+0.030=0.119C+Q=CQ-348344145焦炭0.167C+1/2O2=CO-116391944中的C0.07C+Q=CQ-348342438金屬0.2125+0.0375=0.25Si

24、+2(FeO)=(SiO2)+2F-113292832中Sie金屬0.3575+0.039=0.3965Mn+(FeO)=(MnO)+Fe-2176863中MnFe錯(cuò)誤!8.524Fe+1/2O2=(FeO)-425036227未找到引用2Fe+3/2O2=(Fe2C3)-64601.68210866源。SiO20.5607X70%+0.6076X2(CaO)+(SiO2)=(2CaO-S-16201571成渣95%=0.9697O)PO成0.0329X70%+0.019X-4880200渣95%=0.041084(CaO)+(P2O)=(4CaO-PO)共計(jì)64347錯(cuò)誤!未找到引用源。因消

25、融期和氧化期所需要的Q量100%由氧氣供給，由表3-8和3-14所知，該氣態(tài)Q總用量為3.447kg。3.2.2計(jì)算熱支出Q(1)鋼水物理熱Q。該鋼熔點(diǎn)為1536-(0.18X65+0.3X8+0.47X5+0.045X30+0.045X25)-6=1511T;出鋼溫度控制在中下限，本計(jì)算中取1580C。則:Q=97.1X0.699X(1511-25)+0.837X(1580-1452)=132878.15kJ爐渣物理熱Q。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3-19。表3-19爐渣物理熱名稱(chēng)消融期爐渣氧化期爐渣共計(jì)溫度/C15001650熱容1.1721.216/kJ?(kg?K)-12.616X1.172X(15

26、00-物理熱/kJ3.899X1.216X(1650-13588.3425)+209=5069.0225)+209=8519.32(3)吸熱反響耗資的物理熱Q。詳見(jiàn)表3-20表3-20吸熱量名稱(chēng)氧化量/kg化學(xué)反響H/kJ?kg金屬脫碳0.6-97.1XC+(FeO)=CO+6244渣中(FeO和0.08%=0.522Fe6244(Fe2O3被CC=0.002(FeO)+C=CO+Fe8520粉中的C復(fù)原C=0.004石灰燒堿(Fe2O)+3C=3CO+41773.848X4.64%=0.1792FeCaCG=CaO+CO水分石灰3.848X0.10%=0.004揮發(fā)帶入(由焦炭0.515X0.58%=0.00325r帶入升至小計(jì)0.007H201200C1227/H2O1200C)金屬增C0.42C-C1779/C共計(jì)吸熱量/kJ3259.3712.4934.08747.688.59747.184809.39(4)爐氣物理熱Q。令爐氣溫度為1200C，熱容為1.137kJ?(kg?K)-1，由爐襟懷可得：Q=3.536X1.137X(1200-25)=4724kJ煙塵物理熱Q。將鐵的揮發(fā)物計(jì)入煙塵中，煙塵熱容為0