炼钢过程中的物料平衡与热平衡计算

****炼钢过程的物料平衡与热平衡计算炼钢过程的物料平衡与热平衡计算是建立在物质与能量守恒的基础上。其主要目的是比较整个冶炼过程中物料、能量的收入项和支出项，为改进操作工艺 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 ，确定合理的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 参数和提高炼钢技术经济指标提供某些定量依据。应当指出，由于炼钢系复杂的高温物理化学过程，加上测试手段有限，目前尚难以做到精确取值和计算。尽管如此，它对指导炼钢生产和设计仍有重要的意义。本章主要结合实例阐述氧气顶吹转炉和电弧炉氧化法炼钢过程物料平衡和热平衡计算的基本步骤和 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，同时列出一些供计算用的原始参考数据。1.1物料平衡计算（1）计算所需原始数据。基本原始数据有：冶炼钢种及其成分（ 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 1）；金属料一铁水和废钢的成分（表1）；终点钢水成分（表1）；造渣用溶剂及炉衬等原材料的成分（表2）；脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率（表3）；其它工艺参数（表4）.表1钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值成分含量/%类别CSiMnPS钢种H15Mn设定值①0.180.250.55<0.045<0.050铁水设定值4.200.400.450.120.060废钢设定值0.180.250.550.0300.030终点钢水设定值②0.10痕迹0.180.0200.021①本计算设定的冶炼钢种为H15Mn［C］和［Si］按实际生产情况选取；［Mn］、［P］和［S］分别按铁水中相应成分含量的30%、10%和60%留在钢水中设表2原材料成分成分含量%类别、CaOSiO2MgOAl2O3Fe2O3CaF2P2O5SCO2H2OC灰分挥发分石灰88.002.502.601.500.500.100.064.640.10萤石0.305.500.601.601.5088.000.900.101.50生白云石36.400.8025.601.0036.20炉衬1.203.0078.801.401.6014.00焦炭0.5881.5012.405.52表3铁合金成分（分子）及其回收率（分母）成分含量/回收率类别'、CSiMnAlPSFe硅铁一73.00/750.50/802.50/00.05/1000.03/10023.92/100锰铁6.60/90①0.50/7567.80/80一0.23/1000.13/10024.74/100①10%C与氧生产CO2表4其它工艺参数设定值名称参数名称参数终渣碱度%CaO/%SiO2=3.5渣中铁损（铁珠）为渣量的6%萤石加入量为铁水量的0.5%氧气纯度99%,余者为N2生白云石加入量为铁水量的2.5%炉气中自由氧含量0.5%（体积比）炉衬蚀损量为铁水量的0.3%气化去硫量占总去硫量的1/3终渣刀（FeO）含量（按（FeO）=1.35（Fe2O3浙算）15%，而(Fe2O3)/刀(FeO)=1/3即(Fe2O3)=5%(FeO)=8.25%金属中〔C〕的氧化产物90%C氧化成CO,10%C氧化成CO2烟尘量为铁水量的1.5%(其中FeO为75%,Fe2O3为20%)废钢量由热平衡计算确定。本计算结果为铁水量的10.934%,即废钢比为9.86%喷溅铁损为铁水量的1%（2）物料平衡基本项目收入项有：铁水、废钢、溶剂（石灰、萤石、轻烧白云石）、氧气、炉衬蚀损、铁合金。支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。（3）计算步骤。以100kg铁水为基础进行计算。第一步：计算脱氧和合金化前的总渣量及其成分。总渣量包括铁水中元素氧化、炉衬蚀损和加入溶剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表5、6和7总渣量及其成分如表8所示。第二步：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，详见表9。表5铁水中元素的氧化产物及其成渣量丿元素反应产物兀素氧化量/kg耗氧量/kg产物量/kg备注C〔C〕T〔C{CO}{CO2}4.22X90%=3.7984.22X10%=0.4224.9201.0908.6101.500Si〔Si〕--(SiO2)0.4000.4570.857入渣Mn〔Mn〕-(MnO)0.2700.0790.349入渣P〔P〕->(P2O5)0.1000.1290.229入渣0.013〔s〕--(SO2)0.039X1/3=0.0130.026S—0.013〔S〕+(CaO)=(CaS)+(O)0.039X2/3=0.0260.059(CaS)入渣①0.675X56/72=0.525〔Fe〕-(FeO)0.1500.675入渣（见表8）Fe0.379X〔Fe丨->(Fe2O3)0.1140.379入渣（见表8）112/160=0.265合计5.6990.965成渣量2.548入渣组分之和①由CaO还原出的氧量，消耗的CaO量=0.013X56/32=0.023kg表6炉衬蚀损的成渣量炉衬蚀损量（kg）成渣组分/kg气态产物/kg耗氧量/kgCaOSiO2MgOAI2O3Fe2O3C-COC-CO2C—CO、CO20.3X14%(90%X0.30.000.0090.230.0040.0050.3X14%X90%0.3X14%X10%16/12+10%X（据表4）46X28/12=0.088X44/12=0.01532/12)=0.062合计0.2580.1030.062****表7加入溶剂的成渣量类别加入量/kg成渣组分/kg气态产物/kgCaOMgOSiO2AI2O3Fe2O3P2O5CaSCaF2H2OCO2O20.5据（表0.000.000.020.000.000.000.000.440.00萤石4)238885105生白云2.5据（表0.910.640.020.020.90石4)000553.030.090.080.050.010.000.000.000.160.001石灰3.455①5②06273530③3.940.730.130.080.020.000.000.440.001.06合计0.0017345586085成渣量7.634①石灰加入量计算如下：由表5~7可知，渣中已含（CaO）=-0.455+0.004+0.002+0.910=0.461kg;渣中已含（Si02）=0.857+0.009+0.028+0.022=0.914kg.因设定的终渣碱度R=3.5;故石灰加入量为[RDw（SiO2）—Bw（CaO）]/[w（CaO石灰）一RXw（SiO2石灰）]=2.738/（88.00%—3.5X2.50%）=3.45kg②为（石灰中CaO含量）一（石灰中StCaS自耗的CaO量）。②由CaO还原出的氧量，计算方法同表5之注。表8总渣量及其成分炉渣成分CaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3CaF2P2O5CaS合计元素氧化成渣量kg/0.8570.3490.675②0.379③0.2290.0592.5483.030.080.0石灰成渣量/kg56900.0520.0170.0030.0053.288炉衬蚀损成渣量/0.000.000.20.0040.0050.258kg4936生白云石成渣量/1.010.020.70.0281.786kg92170.000.020.00.44萤石成渣量/kg28030.0080.00800.0050.0010.4953.951.000.90.44总渣量/kg10690.0890.3490.6750.40900.2370.0658.184①48.212.211.%82841.094.268.255.005.382.900.79100.00①总渣量计算如下：因为表8中除（FeO）和（Fe2O3）以外的渣量为5.965+1.700+1.102+0.124+0.615+0.440+0.540+0.038=7.100kg,而终渣刀w(FeO)=15%(表4-4)，故总渣量为7.1/86.75%=8.184kgw(FeO)=8.184X8.25%=0.675kg.w(Fe203)=8.184X5%—0.017—0.005—0.008=0.379kg.表9实际耗氧量耗氧项/kg供氧项/kg实际氧气消耗量/kg铁水中元素氧化耗氧量（表5）6.965炉衬中碳氧化耗氧量（表6）0.062石灰中的S与CaO反应还原出的氧量（表7）0.002烟尘中铁氧化耗氧量（表4）0.3407.427—0.002+0.066①=7.491炉气中自由氧含量（表10）0.060合计7.427合计0.002①为炉气中N2之重量，详见表10第三步：计算炉气量及其成分。炉气中含有CO、CO2、O2、N2、SO2和出0。其中CO、CO2、SO2和出0可由表4-5~4-7查得，O2和N2则由炉气总体积来确定。现计算如下炉气总体积Vx：VVg0.5%V丄224Gs0.5%V993299Vg0.7Gs98.50VX=998&9°.7站86O.O。222.4/32=8.721m398.50式中Vg—CO、CO2、SO2和H2O诸组分之总体积，m3。本计算中，其值为8.950X22.4/28+2.837X22.4/44+0.002X22.4/64+0.011X22.4/18=8.619m3Gs—不计自由氧的氧气消耗量，kg。本计算中，其值为7.851+0.062+0.23=8.619m3（见表9）；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0.002kg（见表9）0.5%—炉气中自由氧含量，m3;99—由氧气纯度为99%转换得来。计算结果列于表10表10炉气量及其成分炉气成分炉气量/kg体积/m3体积分数/%CO8.6988.698X22.4/28=6.95882.99CO22.5802.580X22.4/44=1.31315.66SO20.0260.026X22.4/64=0.0090.11H2O0.0080.008X22.4/18=0.0100.12O20.062①0.0420.50N20.066②0.0520.62合计11.4388.384100.00炉气中02体积为8.384X0.5%=0.042m3;质量为0.042X32/22.4=0.062kg。炉气中N2的体积系炉气总体积与其他成分的体积之差；质量为0.052X28/22.4=0.065kg第四步：计算脱氧和合金化前的钢水量。钢水量Qg=铁水量一铁水中元素的氧化量一烟尘、喷溅和渣中的铁损=100-5.699-〔1.00X(75%X56/72+20%X112/160)+1+8.184X6%〕=91.725kg据此可以编制脱氧和合金化前的物料平衡表(表11)。表11未加废钢时的物料平衡表收入支出项目质量/kg%项目质量/kg%铁水100.0087.53钢水91.7380.23石灰3.4553.02炉渣8.187.16萤石0.500.44炉气11.4410.00生白云石2.502.19喷溅1.000.87炉衬0.300.26烟尘1.501.31氧气7.4916.56渣中铁珠0.490.43合计114.25100.00合计114.34100.00注:计算误差为(114.25—114.34)/114.25X100%=—0.010%第五步：计算加入废钢的物料平衡如同“第一步”计算铁水中元素氧化量一样，利用表1的数据先确定废钢中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量（表12），再将其与表11归类合并，遂得加入废钢后的物料平衡表13和表14表12废钢中元素的氧化产物及其成渣量元素反应产物元素氧化量/kg耗氧量/kg产物量/kg进入钢中的量/kg10.934X0.06%X〔C〕--{CO}90%=0.0080.0110.019（入气）C〔C〕->{CO2}10.934X0.06%X0.0030.004（入气）10%=0.001Si〔Si〕T(Si02)10.934X0.03%=0.0270.0310.058Mn〔Mn〕t(MnO)10.934X0.74%=0.0400.0120.052P〔P〕t(P2O5)10.934X0.006%=0.0010.0010.002〔S〕T(SO2)10.934X0.009%X0.00030.0006(入S〔S〕1/3=0.0003-0.0004气）+(CaO)=(CaS)+(O)10.934x0.009x0.002(CaS)2/3=0.0007合计0.0780.05810.934—0.078=10.856成渣量（kg）0.140表13加入废钢的物料平衡表（以100kg铁水为基础）收入支出项目质量/kg%项目质量/kg%铁水100.0079.84钢水91.725+10.856=110.5481.83废钢10.9348.73炉渣8.184+0.114=8.3246.64石灰3.4552.76炉气11.438+0.024=11.4629.14萤石0.500.40喷溅1.000.80轻烧白云石2.502.00烟尘1.501.20炉衬0.300.24渣中铁珠0.4910.39氧气7.491+0.058=7.5496.03合计125.238100.00合计125.358100.00注:计算误差为(125.238—125.358)/125.238000%=—0.1%表14加入废钢的物料平衡表（以100kg（铁水+废钢）为基础）收入支出项目质量/kg%项目质量/kg%铁水90.1479.85钢水92.4781.84废钢9.868.73炉渣7.56.64石灰3.112.76炉气10.339.14萤石0.450.40喷溅0.900.80轻烧白云石2.252.00烟尘1.351.19炉衬0.270.24渣中铁珠0.440.39氧气6.806.02合计112.88100.00合计112.99100.00第六步：计算脱氧和合金化后的物料平衡先根据钢种成分设定值（表1）和铁合金成分及其烧损率（表3）算出锰铁和硅铁的加入量，再计事其元素的烧损量。将所得结果与表14归类合并，既得冶炼一炉钢的总物料平衡表。硅铁加入量Wsi为：Wsi=wSi终点）加锰铁后的钢水量硅铁含Si量Si回收率SiFeMn0.03%92.021.076=73.00%75%0^=0.042kg锰铁加入量WMn为：wMn钢种wMn终占WMn=E—X钢水量锰铁含Mn量Mn回收率0.95%0.21%、/c=X92.02=1.255kg67.80%80%铁合金中元素的烧损量和产物量列于表15表15铁合金中元素烧损量及产物量类别丿元糸烧损量/kg脱氧量/kg成渣量/kg炉气量/kg入钢量/kg0.631x6.60%x0.015C10%=0.0040.010(CO2)0.631x6.60%X90%=0.0380.631x67.80%x0.631X67.80%xSi20%=0.0860.0250.11180%=0.3420.631x0.50%x锰铁Mn25%=0.0010.0010.0020.631x0.50%x75%=0.002P0.631X0.23%=0.001S0.631X0.13%=0.001Fe0.631x24.74%=0.156合计0.0910.0360.1130.0150.5400.425x2.50%xAl100%=0.0110.0100.0060.425x0.50%x0.042x0.50%xMn20%=0.000040.00010.000580%=0.0020.042x73.00%x0.0425x73.00%x硅铁Si25%=0.0780.0890.16775%=0.230P0.0425X0.05%=0.00002①S0.0425X0.03%=0.00001①Fe0.0425x23.92%=0.102合计0.0880.0990.1740.334总计0.1690.1350.2870.0150.874①可以忽略脱氧和合金化后的钢水成分如下:w(C)=0.08%+^007^X1OO%=16%93.129w(Si)=0.0050.02393.129X100%=0.03%w(Mn)=0.210%+0.6810.0002X100%=0.94%93.129w(P)=0.019%+0.003X100%=0.022%93.129w(S)=0.016%+0.002X100%=0.018%93.129可见，含碳量尚未达到设定值。为此需在钢包内加焦粉增碳。其加入量W1为0.170.16%钢水量W1=-焦炭含C量C回收率0.01%93.129,==0.015kg81.50%75%焦炭生成的产物如下:碳烧损量/kg耗氧量/kg气体量/kg①成渣量/kg碳入钢量/kg0.060X81.50%X0.0320.044+0.06X0.060X0.060X81.50%X25%=0.012(0.58+5.52)%=0.04712.40%=0.00775%=0.037①CO2、H2O和挥发份之总和（未计挥发份燃烧的影响）由此可得冶炼过程（即脱氧和合金化后）的总物料平衡表16表16总物料平衡表收入支出项目质量/kg%项目质量/kg%铁水90.1478.93钢水93.3881.71废钢9.868.64(92.47+0.874+0.037)石灰3.112.72炉渣7.79(7.50+0.287+0.007)6.82萤石0.450.39轻烧白云石2.251.97炉气10.39(10.33+0.015+0.047)9.09炉衬0.270.24喷溅0.910.80氧气7.02(6.85+0.14+0.03)①6.14烟尘1.361.19锰铁0.630.55渣中铁珠0.440.39硅铁0.430.37焦粉0.060.05合计114.21100.00合计114.28100.00注：计算误差为(114.21—114.28)/114.21X100%=—0.1%①可以近视认为（0.082+0.008）的氧量系出钢水二次氧化所带入。1.2热平衡计算（1）计算所需原始数据。计算所需基本原始数据有：各种入炉料及产物的温度（表17）；物料平均热容（表18）；反应热效应（表19）;溶入铁水中的元素对铁熔点的影响（表20）。其它数据参照物料平衡选取。表17入炉物料及产物的温度设定值名称入炉物料产物铁水①废钢其它原料炉渣炉气烟尘温度（C）13002525与钢水相同14501450①纯铁熔点为1536C表18物料平均热容物料名称生铁钢炉渣矿石烟尘炉气固态平均热容（kj/kgK）0.7450.699一1.0470.996一溶化潜热（kj/kg）218272209209209一液态或气态平均热容（kj/kgK）0.8370.8371.248一一1.137表19炼钢温度下的反应热效应组元化学反应△H/kjkmol-1△H/kjkg-1C1C-O2CO2氧化反应—139420—11639CC+O2=CO2氧化反应—418072—34834SiSiO2SiO2氧化反应—817682—29202Mn1Mn—O2MnO2氧化反应—361740—6594P52P5O2P2O52氧化反应—1176563—18980Fe1Fe一O2FeO2氧化反应—238229—4250Fe32Fe—O2Fe2O3氧化反应—722432—6460SiO2SiO22CaO2CaO|SiO2成渣反应—97133—1620P2O5F2O54CaO4Ca^F2O5成渣反应—693054—4880CaCO3CaCO3CaOCO2分解反应1690501690MgCO3MgCO3MgOCO2分解反应1180201405表20溶入铁中的元素对铁熔点的降低值丿元素CSiMnPSAlCrN、H、O在铁中的极限溶解度/%5.4118.5无限2.80.1835.0无限溶入1%元素使铁熔点的降低值/C65707580859010085302531.5氮、氢、氧溶入使铁熔点的降低值/CE=6适用含量范围/%V1.01.02.02.53.03.54.0<315<0.7<0.08<1<18（2）计算步骤。以100kg铁水为基础第一步：计算热收入Qs热收入项包括：铁水物理热；元素氧化热及成渣热；烟尘氧化热；炉衬中碳的氧化热。（1）铁水物理热Qw:先根据纯铁熔点、铁水成分以及溶入元素对铁熔点的降低值（表17、1和20）计算铁水熔点Tt，然后由铁水温度和生铁比热（表17和18）确定Qw。Tt=1536—(4.2X100+0.4X8+0.45X5+0.12X30+0.06X25)—6=1099.45°CQw=100X〔0.745X(1082—25)+218+0.837x(1300—1082)〕=118632.56KJ******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(表19)可以算出，其结果列于表210表21元素氧化热和成渣热反应产物氧化热或成渣热/KJ反应产物氧化热或成渣热/KJ—CO3.690X11639=442947.91FetFe2O30.379X6460=2448.34CtCO20.410X34834=14281.94PtP2O50.100X18980=1898SitSiO20.400X29202=11680.80P2O5T4CaOP2O50.237X4880=1156.56MntMnO0.270X6594=1780.38SiO2t2CaOSiO21.000X1620=1620.00FetFeO0.525X4250=2231.25合计Qy80045.18(3)烟尘氧化热Qc:由表4中给出的烟尘量参数和反应热效应计算可得。Qc=1.5X(75%X56/72X4250+20%X112/160X6460)=5075.35KJ炉衬中碳的氧化热Qi：根据炉衬蚀损量及其含碳量确定。Qi=0.314%90%11639+0.314%10%34834=586.25KJ故热收入总值为：Qs=Qw+Qy+Qc+Qi=227582.40KJ第二步：计算热支出Qzo热支出项包括：钢水物理热；炉渣物理热；烟尘物理热；炉气物理热；渣中铁珠物理热；喷溅物(金属)物理热；轻烧白云石分解热；热损失；废钢吸热。(1)钢水物理热Qg:先按求铁水熔点的方法确定钢水熔点Tg；再根据出钢和镇静时的实际温降(通常前者为40~60C,后者约3~5C/min，具体时间与盛钢桶大小和浇注条件有关)以及要求的过热度(一般为50~90C)确定出钢温度Tz；最后由钢水量和热容算出物理热。Tg=1536—(0.10X65+0.18X5+0.020X30+0.021X25)—6=1520C(式中：0.08、0.21、0.019和0.016分别为终点钢水C、Mn、P和S的含量)Tz=1520+50+50+70=1690C(式中，50、50和70分别为出钢过程中的温降、镇静及炉后处理过程中的温降和过热度)Qg=91.725X[0.699X(1520—25)+272+0.837X(1690—1520)]=133853.834KJ炉渣物理热Qr：令终渣温度与钢水温度相同，则得：Qr=8.184X[1.248X(1690—25)+209]=18716.153KJ炉气、烟尘、铁珠和喷溅金属的物理热Qx。根据其数量、相应的温度和热容确定。详见表22。表22某些物料的物理热项目参数/KJ备注炉气物理热11.438X[1.137X(1450—25)]=18532.1331450C系炉气和烟尘的温度烟尘物理热1.5X[0.996X(1450—25)+209]=2442.45渣中铁珠物理热0.491X[0.699X(1520—25)+272+0.837X(1690—1520)]=716.5141520C系钢水熔点喷溅金属物理热1X[0.699X(1520—25)+272+0.837X(1690—1520)]=1467.80合计Qx=23158.897生白云石分解热Qb:根据其用量、成分和表19所示的热效应计算之。Qb=2.5X(36.40%X1690+25.60%X1405)=2437.10KJ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%。本计算取5%，则得:Qq=204339.34X5%=10216.967KJ废钢吸热Q仁用于加热废钢的热量系剩余热量，即：Qf=Qs—Qg—Qr—Qx—Qb—Qq=15956.389KJ故废钢加入量Wf为：Wf=15956.389-{1X[0.699X(1523—25)+272+0.837x(1690—1523)]}=10.934kg即废钢比为：2012X100%=16.75%10020.12热效率钢水物理热炉渣物理热废钢吸热热收入总值100%83.47%若不计算炉渣带走的热量时：热效率钢水物理热废钢吸热热收入总值100%71.09%第三步：列出热平衡表（表23）表23热平衡表收入支出项目热量/KJ%项目热量/KJ%铁水物理热118632.5658.06钢水物理热133853.83465.50元素氧化热和成渣热80045.1839.17炉渣物理热18716.1539.16其中C氧化57229.8528.01废钢吸热15956.3897.81Si氧化11680.805.72炉气物理热18532.1339.07Mn氧化1780.380.87烟尘物理热2442.4501.20P氧化1898.000.93渣中铁珠物理热716.5140.35Fe氧化4679.592.29喷溅金属物理热1467.8000.72SiO2成渣1620.000.79轻烧白云石分解热2437.1001.19P2O5成渣1156.560.57热损失10216.9675.00烟尘氧化热5075.352.48炉衬中碳的氧化热586.250.29合计204339.34100.00合计204339.340100.00应当指出，加入铁合金进行脱氧和合金化，会对热平衡数据产生一定的影响。对转炉用一般生铁冶炼低碳钢来说，所用铁合金种类有限，数量也不多。经计算，其热收入部分约占总热收入的0.8~1.0%，热支出部分约占0.5~0.8%，二者基本持平。