(新)高碳铬铁物料平衡计算

1、一、 物料平衡计算1、基本原始数据：直接还原铁成分、燃料成分见表一、表二(1)直接还原铁名称FeCrSiQAl2O3CaOMgOSPOC%17.2240.185.5913.182.3613.790.090.006.051.54(2)焦炭成分固定碳(C周)拄发分(V)灰分(A)SP>84%< 2.0 %<15 %<0.6 %<0.02 %(3)白云石白云石化学成分MgOCaOSiO2AI2O3SP> 40%一< 5%一<0.05<0.02入炉白云石粒度2080mm(4)硅石入炉硅石的化学成分应符合表4.2-10的规定表4.210硅石化学成分S

2、iO2AI2O3SP热稳定性> 97%< 1.0%< 0.01%< 0.01%不爆裂粉化入炉硅石粒度2080mm。2、直接还原铁耗碳量计算(以100kg计算)假设Cr以CrzQ、Cr形态存在,Fe以Fe?O?,Fe形态存在，其中 CmQ全部还原，Fe?O?98%3S原为Fe, 45啜原为FeO, SiO22%3S原，成品中含C量为2%加入焦炭全部用于还原氧化物，则耗碳量为：名称反应方程式耗C量/kgC2QC2Q+3C= 2Cr+3CO40.18X20%X152/104X36/152=2.78Fe?O?Fe?O?+3C=2Fe+3CO17.22*80%*36/112 =4

3、.44SiO2SiO2+2C=Si+2CO4.18/(28.1+16*2)*12*2=1.67铭铁水含C量由铁水量求得6x40.18/62=3.9合计12.7912.79-1.54=11.25冶炼100kg铁矿消耗焦炭量为M c=耗C量/(Wc固* (1-W水)=11.25/(84%*(1-8%)*(1+10% =16kg冶炼1吨高碳铭铁合金需要直接还原铁量为M矿=1*w (Cr高碳铭铁水中质量比)/W (Cr矿中质量比)*还原率=1*62%/ (40.18%) *98%=1.575吨3、冶炼1吨高碳铭铁合金需要焦炭量为M 焦炭=16kg*1.575*10=252kg4、渣铁比计算以100kg

4、直接还原铁配16kg焦炭，假设元素分配按下表所示成份CrFeO/ FeMgOSiO2/SiALQCaO入渣率0210098100100入合金率100980200物料平衡中未计算P和S的平衡量，按高碳铭铁合金生产状况设定P和S的含量直接还原铁成渣量和成合金量见下表名称进入渣中量/kg质里分比/%进入合金中量/kg质量分比/%Cr40.18*100%=40.1864Fe?O?/Fe17.22*2%*160/112=0.491.4917.22*98%=16.8827Al 2O313.18*100%=13.1840.15MgO13.79*100%=13.7942SiO2/Si5.59-4.18=1.4

5、14.2940.18*3/62=1.953CaO2.36*100%=2.367.2C62.78*6%=3.776灰分16*10%=1.64.87合计32.83100(40.18+16.88+1.95 )/(1-6%)=62.78100渣铁比按局做铭铁冶炼要求MgO: Al 2O3=1.2 ,原料中还应加入白右石29.4kg (MgOt量 5.6kg),加入硅石 21.24kg (SQX 20.6kg )按渣中SiO2含量35%考虑渣铁比计算：(32.83+5.6+20.6 ) /62.78=59.03/62.78=0.94由上述计算得知所生产的锲铁合金成分锲合金水成份(Wt%成份CrFeCSi

6、SP%64276300由于Cr/Fe=64/27 =2.37 ,符合高碳铭铁生产的铭铁比大于 2.2的 要求，MgO/Al 20=(5.6+13.79)/13.18=1.47, 符合高弹铭铁生产的镁铝比大于 1.2 的要求。铁水成分符合高碳铭铁 FeCr67C6的标准。表1高碳铭铁牌号的化学成分(GB/T 5683-2008)牌号化学成份CrCSiSP范围InInInIn>FeCr67C6.062.072.06.03.00.030.040.06FeCr55C60060.052.06.03.05.00.040.060.040.06FeCr67C9.562.072.09.53.00.030.

7、040.06FeCr55C100060.052.010.03.05.00.040.060.040.065、炉气生成量计算假设冶炼过程产生的炉气含 CO量为100%则100kg直接还原铁生成的CO量见下表，即100kg的直接还原铁产生740.1mol的炉气。M 气=740.1*28/1000=20.72kg名称反应方程式生成 COM/molCr2O3Cr2O3+3C= 2Cr+3CO40.18*20%*1.5*1000/52=231.8Fe?O?Fe?O?+3C=2Fe+3CO17.22*80%*1.5*1000/56 =369SiO2SiO2+2C=Si+2CO4.18*2*1000/60=1

8、39.3合计740.1mol、热平衡计算1、各种物质热比容厅p名称比热容（KJ/Kg.K）1Cr0.452C2Q0.173Fe0.464Fe?O?0.675SiO20.9666MgO0.8747Al 2Q0.68CaO0.728C1.552、根据盖斯定律，把矿热炉冶炼高碳铭铁合金的过程作为绝热过程考虑,并作如下假设:1）所有反应物和生成物均按纯物质考虑2） 100kg直接还原铁从25c上升到700c自带热量厅p名称吸收热量（KJ）1Cr40.18*80%*0.45* (700-25) =9763.742C2Q40.18*20%*0.17* (700-25) =922.313Fe17.22*20

9、%*0.46* (700-25) =1069.364Fe?O?17.22*80%*0.67* (700-25) =6230.25SiO25.59*0.966* (700-25) =3644.966MgO13.79*0.874* (700-25) =8135.47Ag13.18*0.6* (700-25) =5337.98CaO2.36*0.728* (700-25) =1159.79C1.54*1.55* (700-25) =1611.23合计37874.8KJ矿热炉冶炼过程是电热过程可认为所用的能量均由电能提供， 焦炭只作为加 热体和还原剂。电能提供的一部分能量用于加热炉料，一部分用于直接还

10、原反应 的吸热。计算所需原始数据有：原料及产物温度、主要元素和化合物的热力学数据等 见下表入炉物料产物直接还原铁焦炭硅石白云石炉渣炉气局碳铭铁铁水700 c25 C25 C25 C1700 c1700 c1700 c假设矿热炉为绝缘体系，热平衡项目有：1）热支出：元素还原热、高碳铭铁物理热、炉渣物理热、炉气物理热2）热收入：电能、成渣反应放热、金属元素熔解热热平衡计算过程如下（100kg直接还原铁需要16kg焦炭、硅石（SiO2）20.6kg、白云石（MgCO 11.8kg为基础计算）2、计算热支出1）元素还原热：各元素的还原热及总量见下表名称反应方程式KJ/molQ/KJCrCr2c3+3C

11、= 2Cr+3CO27040.18*1000/52/2*270=104313.46FeFe?O?+3C=2Fe+3CO494.017.22*80%*1000/56/2*494=60762SiSiO2+2C=Si+2CO654.934.18*1000/60*654.93=45626.79合计210702.252)铭铁水物理热100kg直接还原铁生成的铭铁水物理热(0.745* (1500-25) +218+0.837* (1700-1500) *62.78=93182.78KJ名称KJ/molQ/KJCr67.21.65*1000/58.7*67.2=2289.6Fe72.925*55%*100

12、0/55.85*72.9=18273.9Si88.230*2%*1000/60.1/2*88.2=880.5C29.80.32*1000/12*29.8=795合计222393)炉渣物理热100kg直接还原铁生成的炉渣物理热59.03* (1.247* (1700-25) +209.2) =135646.5KJ1各称1KJQ/KJSiO2100.630*98%*1000/60.1*100.6=49212MgO72.215*1000/40.3*72.2=26873.4CaO77.110*1000/56.1*77.1=16492FeO84.625*45%*1000/55.85*84.6=17041

13、合计109618.44）炉气物理热100kg直接还原铁生成CO的物理热20.72*1.137*（1700-25）=39460.72KJ名称反应方程式CO的生成量/molNiONiO+C=Ni+CO1.65*1000/58.7=28.1Fe?O?Fe?O?+3C=2Fe+3CO1.5*25*55%*1000/55.85=369.3Fe?O?+C=2FeO+CO0.5*25*45%*1000/55.85=100.7SiSiO2+2C=Si+2CO2*30*2%*1000/60. 1=20合计518.1Qco=48KJ/molQco 总=518.1*48=24868.8KJ5)碳酸镁分解热29.4*

14、40%*26.47*4.184*1000/84=15505.07KJ3、计算热收入1）成谓反应热名称反应方程式KJ/molQ/KJCaOSiO2+2CaO=2CaO SiO2-97.12.36*1000/56/2*97.1=2039.1MgOSiO2+2MgO =2MgO. SiO-5.619.39*1000/40/2*5.6=1357.3合计3396.42）金属元素溶解热金属溶于铁液中会有溶解热，其中 C元素吸热，Ni、Si元素放热，假设3 重元素溶于铁液中成为 w (i) =1麻液，则锲铁水中金属元素溶解热见下表：名称KJ/molQ/KJC-22590-3.77 /12*22590=-70

15、97Cr1925040.18/52*19250=14874.3Si1315001.95/60.1*131500=4273.75合计12051.054、编制热平衡表上述计算中假设矿热炉为绝缘体系，实际矿热炉热损失约10%则上述热支出占总热支出的90%则冶炼100kg的直接还原铁生产高碳铭铁合金的热平衡表 如下：热收入热支出项目热量/KJ比例/%项目热量/KJ比例/%电能496119.2590.3元素还原热210702.2538.35成谓反应放热3396.40.61铭铁水物理热93182.7816.96金属元素溶解热12051.052.2炉渣物理热135646.524.69直接还原铁700c378

16、74.86.89炉气物理热39460.727.18碳酸镁分解热15505.072.82热损失54944.1510合计549441.5100合计494497.32/(1-10%)=549441.51005、锲铁合金吨产品理论电耗计算已知1KW/KJ=3600因此冶炼1吨700c的直接还原铁理论电耗为496119.25*10/3600=1378.1KWh.则生产1吨高碳铭铁合金理论电耗为1378.1KWh*1.54=2122.3KWh考虑各种电能损失为10%则生产1吨高碳铭铁合金实际电耗为2122.3KWh*(1+10% =2334.53KWh三、电炉产量计算单台电炉年生产高碳铭铁合金计算如下：八 P24dK1K2 K3 cosQ1-2-W42000P变压器额定容量(KVACos小一电炉功率因数0.90K1 功率利用系数0.76K2 一时