物料管理物料平衡与热平衡

1、电弧炉炼钢物料平衡和热平衡3.1物料平衡计算3.1.1计算所需原始数据基出处始数据：冶炼钢种及成分（见表3-1）;原资料成分（见表3-2）;炉料中元素烧损率（见表3-3）;合金元素回收率（见表3-4）;其他数据（见表3-5）。表3-1冶炼钢种及其成分钢种成分/%备注CSiMnPSFeQ2150.09?0.030.25?0.04余F-B?0.150.550.045量5注：分母系计算时的设定值，取其成分中限表3-2原资料成分/%名称CSiMnPSCrAlFeHO灰分挥发分碳素0.180.250.550.030.03余量废钢00炼钢4.2010.800.60p.200.03余量生铁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电极99.01.000名称CaOSiO2MgO:AI2QCaFFQCOHOP2QrS石灰88.02.502.601.500.504.640.100.100.060萤石0.305.500.601.6088.01.501.500.900.100铁矿石1.305.750.301.4589.71.20

3、0.150.087火砖块0.5560.80.6036.81.2500咼铝砖1.256.400.1291.30.885镁砂4.103.6589.50.851.900焦炭4.4049.70.9526.218.50.15灰分055电极灰8.9057.80.1033.1分00表3-3炉料中元素烧损成分CSiMnPS烧损率/%消融期2540,取7095,去6070,取4050,取能够忽略30856545氧化期0.06错误!未全部烧损0.015错误!2530,取找到引用源。20未找到引用源。27错误！未找到引用源。按末期含量比规格下限低0.03%0.10%（取0.06%）确定（一般不低于0.03%的脱碳量

4、）；错误!未找到引用源。按末期含量的0.015%来确定表3-4铁水、废钢成分设定值类型成分%CSiMnPS废钢设定值0.180.250.550.0300.030表3-5其他数据名称参数配碳量比钢种规格中限高0.48%,即达0.6%消融期脱碳量30%即0.6%x30%=0.18kg电极耗资量4kg/t（金属料）：其中消融期占75%氧化期和复原期各占25%炉顶高铝砖耗资量1.275kg/t（金属料）：其中消融期占59%氧化期占41%3.5kg/t（金属料）：其中消融期占57%氧化期和复原I期各占43%消融期和氧化期所需要氧量100%自于氧气氧气纯度和利用率焦炭中碳的回收率碳氧化产物烟尘量99%余者

5、为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（金属料）考虑CO考虑3.1.2物料平衡基本项目收入项有：废钢、生铁、焦炭、石灰、萤石、电极、炉衬镁砖、炉顶高铝金、氧气和空气。支出项有：钢水、炉渣、炉气、挥发的铁、焦炭中挥发分。砖、火砖块、铁合3.1.3计算步骤以100kg金属炉料（废钢+生铁）为基础，按工艺阶段一一消融期、氧化期行计算，尔后汇总成物料平衡表。第一步：消融期计算。（1）确定物料耗资量：1）金属炉料配入量。废钢和生铁按75kg和25kg搭配，不足碳量用焦炭来表3-6。计算用原始数据见表3-2和3-5。和复原期分别进配。其结果列于表3-6炉料

6、配入量名称用量/kg配料成分/kgCSiMnPSFe废钢100.0000.180.250.550.030.0398.96焦炭0.6870.42错误！未找到引用源。共计100.6870.60.250.550.030.0398.96错误!未找到引用源。碳烧损率25%2）其他原资料耗资量。为了趁早造渣脱磷，先加入一部分石灰（20kg/t（金属料）和矿石（10kg/t（金属料）。炉顶、炉衬和电极耗资量见表3-5。（2）确定氧气和空气耗资量：耗氧项包括炉料中元素的氧化，焦炭和电极中碳的氧化；而矿石则带来部分氧，石灰中CaO被自己S复原出部分氧。前后两者之差即为所需净氧量2.458kg。详见表3-7。依照

7、表3-5中的假定，应由氧气供给的氧气为100%即2.239kg。由此可求出氧气实质耗资量。详见表3-8。上述1）+2）即是消融期的物料收入量表3-7净耗氧量的计算项目名称元糸反响产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炉料中元Mn(Mr)MnO0.35750.104耗素的氧化P(P)P2Q)0.01350.0174氧Fe(Fe)FeO错0.2970.0848项误！未找到引用源。1.6820.721(Fe(FS)错误！未找到引用源。共计2.74251.482焦炭中碳C(C)CO0.

8、0980.131的氧化(C)CQ0.0420.112电极中碳C(C)CO0.2080.277的氧化(C)CO0.0890.237共计2.239供矿石氧石灰SCaO+S=CaS+)0.0006项共计0.0006净耗氧量错误!未找到引用源。令铁烧损率为在这20%中,按2%其中80%生成FQ3：1的比率分别生成（2.2384挥发掉成为烟尘的一部分；20%FeO和（FQO）。成渣。表3-8氧气实质耗资量氧气/kg带入Q2.2384/氧利用率带入2(3.128/99%)X=2.2384/90%=3.1281%=0.032（3）确定炉渣量：炉渣源于炉料中Si、MnP、Fe损，焦炭和电极中的灰分，以及加入的

9、各样熔剂。结果见表等元素的氧化产物，炉顶和炉衬的蚀3-9表3-9消融期炉渣量确实定名称成渣组分/kg耗资CaOSiO2MgOAI2OMnOFeOFe2QBOCaS共计量/kgSi0.20.40.45炉Mn13550.45料P0.360.00.46Fe580.30.143120.08210.031410.30.52963炉顶0.00.00.0略0.060.000.07炉衬7501040.1915焦炭0.20.00.0790.000.00略0.20电极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共计1.70.50.20.120.40.30.170.00.03.737161324682233027百分47.156.23.3212.10.4.60.80.5100.比383218400确定金属量：金属量Q=金属炉料重+矿石带入的铁量-炉料中C、Si、MnP和Fe的烧损量+焦炭配入的碳量=100-2.7425+0.42=97.6775kg。(5)确定炉襟怀：炉气来源于炉料以及焦炭和电极中碳的氧化物CO和CO,氧气带入的2,物料中的HO及其反响产物，游离Q及其反响产物，石灰的烧减(CO),焦炭的挥发分。计算结果列于表

11、3-10。表3-10炉襟怀计算项目气态产物/kgCOCONNHO14共计挥发物炉料中C的氧化0.2940.1980.492焦炭带入0.2280.1540.0040.0470.424电极带入0.4850.3260.811石灰带入0.0020.095氧气带入0.0930.0250.0251游离Q参加反响10.2487CO+1/2O=CO-0.430.684HQ参加反响541-0.000HbO+CO=2HC(60.00067-0.000.0149367共计0.5621.470.02500.000670.0382.09131质量分数/%26.8370.131.1900.031.81100.00(6)确

12、定铁的挥发量：有表3-7中设定，铁的挥发量为：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项目质量/kg%项目质量/kg%废钢100.00094.54金属97.677592.94焦炭0.6870.65炉渣3.73743.56电极0.3000.283炉气:2.09611.99石灰2.0001.89铁的挥发1.5831.51炉顶0.0750.071炉衬0.2000.189氧气2.5132.37共计105.775100.00共计105.094100.00注：计算误差=(105

13、.775-105.094)/105.775X100%=0.64%第二步：氧化期计算。弓I起氧化期物料颠簸的因素有：扒除消融渣，造新渣；金属中元素的进一顶、炉衬的蚀损和电极的烧损。(1)确定渣量：步氧化；炉1)留渣量。为了有利去磷，要进行换渣，即过去除掉进入氧化期只留下30%勺渣。其组成见表3-1270%左右消融渣，而金属中元素的氧化产物。依照表3-3给出的值能够计算产物量，详见表3-12。炉顶、炉衬的蚀损和电极的烧损量。依照表3-5的假定进行计算，其结果一并列入表3-12。4)造新渣时加入石灰、矿石和火砖块带入的渣量。见表渣量计算的几点说明：对于石灰耗资量：由表3-12可知，除石灰带入的以外，

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。取碱度3.5，故石灰加入量为：R刀W(SiQ)-刀W(CaO)/w(CaO石灰)-Rw(SiO?石灰)=1.377/(88.00%-3.5X2.50%)=1.091kg对于磷的氧化量：依照表3-7，可近似求得(0.003-0.0135)/97.687-0.015%X97.687=0.00184kg。对于铁的烧损量：一般能够设定，当氧化末期金属中含C约0.90%(Fe)约达7%且其中75%为(FeQ,

15、25%为(FQQ)。因此，渣中含(FeQ为(7%X75%X72)/56=6.75%,含(FQO)为(7%X25%X160)/112=2.50%时，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以外的渣量为，故总渣量=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)分别为0.19kg和0.082kg。表2-12氧化期渣量确实定名称耗资成渣成分/kg量CaOSiO2MgOAI2OMnO

16、FeOFe2OP2QCaS共计/kg3留渣1.120.5310.170.070.030.130.10.00.010.001.1217965261金属Si0.030.080.08中元Mn80.050.05素氧P0.0300.000化或Fe90.10.070.00烧损S0.00-0.043480.0572020.170.13850.010.0223炉顶蚀损0.050.0010.00略0.04略0.05量30.00630.1380.02炉衬蚀损0.15略0.0040.00030.14量01.6265略10.000.009电极烧损0.10错误!未找到0.000.04略0.0330.00量0引用源。18

17、0.02091石灰带入1.840.0030.040.0080.01.76火砖块带8630.18062入0.500.3040.50040共计2.1270.600.250.290.180.20.10.010.053.9185894518963%54.36115.516.57.624.816.213.00.05r1.43100.3410错误!未找到引用源。石灰中CaO被自己S复原，耗资0.003kgCaQ（2）确定金属量：依照消融期的金属量以及表3-12中元素烧损量和矿石复原出来的铁量，即可得氧化末期的金属量为97.678-（0.0375+0.039+0.0016+0.135+0.023+0.318

18、错误!未找到引用源。）+0.628=97.894kg（错误！未找到引用源。0.318为碳的烧损量凑近值，即（）-0.89%X97.678=0.342kg）（3）确定炉襟怀：计算方法好像消融期。先求净耗氧量（见表量（见表3-14），最后将各样物料或化学反响带入的气态产物归类，3-15）。详细算法可参照表3-10。消融期和氧化期的综合物料平衡列于表3-16。3-13）,再确定氧气耗资从而得其结果（见表表3-13净耗氧量的计算=1=反响产物耗氧量名称元糸烧损量备注/kg供氧量/kgC0.342C-CO0.31970%C生成COC-CQ0.27430%C生成COSi0.0375Si(Sd)0.043金

19、属中元Mn0.039Mn(MnO)0.011素的氧化P0.0016P-(P2Q)0.0021Fe0.135Fe(FeO)0.029P见表3-12Fe(FezQ)0.014见表3-125电极中碳的氧C0.100XC-CO0.092r70%C生成CO化99%=0.0C-CQ0.07930%C生成CO共计990.899石灰中S还S0.002CaO+S=CaS+C)0.00原CaO1金属中S还S0.009CaO+S=CaS+C)0.00原CaO供氧5共计0.006净耗氧量0.8574表3-14氧气和空气实质耗资量氧气/kg带入Q带入N0.8634/氧利用率(0.959/99%)X=0.8634/90%

20、=0.91%=0.009759表3-15炉襟怀项目气态产物/kg备注COCOHO共计金属中C的氧化0.550.30.935C烧损量电极带入9760.2710.342kg石灰带入0.160.10.000.128C烧损量氧气带入2090.0030.0090.099kg游离Q参加反响977CO+1/2O=CO0.10.095HO参加反响250.009游离Q量I4O+CO=2HCO-0.1-0.02=0.00959kg680.203064H2O全部耗资掉-0.0050.007共计0.540.80.0000.001.4488112质量分数/%38.061.0.676180表3-16消融期和氧化期综合物料

21、平衡表收入支出项目质量/kg%项目质量/kg%废钢10091.4金属97.09982.29焦炭0.6870.64炉渣3.737+2.792=6.56.0329电极0.300+0.100=0.40.30炉气2.096+1.44=3.3.25005362.000+1.848=3.8石灰3.52铁的挥发1.5831.4648火砖块0.5000.460.8310.67其他烟尘炉顶0.075+0.053=0.10.1228炉衬0.200+0.150=00.32.350氧气2.513+0.986=33.18.481共计:109.394100.00:共计108.747100.00注：计算误差=(109.39

22、4-108.747)/109.394X100%=0.59%氧化期末金属成分以下:%CSi0.08印迹Mn0.158P0.015S0.0223.2热平衡计算以100kg金属料（废钢+生铁）为基础3.2.1计算热收入Q（1）物料的物理热。计算结果列于表3-17（2）元素氧化热及成渣热。计算结果列于表（3）耗资的电能。依照耗资的热量确定，为。3-18。92294.71kJ。详见下面的计表3-17物料带入的物理热名称热容温度/C耗资量/kg物理热/kJ1-废钢/kJ-(kg?C)25100.0001747.50.699石灰0.72825.084870.034火砖块0.858250.50010.725焦

23、炭0.858250.68714.73610.8796000.12867.507炉衬0.9966000.350209.16氧气1.318253.841126.561电极1.5074500.400271.26共计2517.483表3-18元素氧化热及成渣热名称氧化量/kg化学反响H/kJ放热量-kg-1/kJ电极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金属0.2125+0.0375=0.25Si

24、+2(FeO)=(SiO2)+2F-113292832中Sie金属0.3575+0.039=0.3965Mn+(FeO)=(MnO)+Fe-2176863中MnFe错误!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)共计64347错误!未找到引用源。因消

25、融期和氧化期所需要的Q量100%由氧气供给，由表3-8和3-14所知，该气态Q总用量为3.447kg。3.2.2计算热支出Q(1)钢水物理热Q。该钢熔点为1536-(0.18X65+0.3X8+0.47X5+0.045X30+0.045X25)-6=1511T;出钢温度控制在中下限，本计算中取1580C。则:Q=97.1X0.699X(1511-25)+0.837X(1580-1452)=132878.15kJ炉渣物理热Q。计算结果见表3-19。表3-19炉渣物理热名称消融期炉渣氧化期炉渣共计温度/C15001650热容1.1721.216/kJ?(kg?K)-12.616X1.172X(15

26、00-物理热/kJ3.899X1.216X(1650-13588.3425)+209=5069.0225)+209=8519.32(3)吸热反响耗资的物理热Q。详见表3-20表3-20吸热量名称氧化量/kg化学反响H/kJ?kg金属脱碳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复原C=0.004石灰烧碱(Fe2O)+3C=3CO+41773.848X4.64%=0.1792FeCaCG=CaO+CO水分石灰3.848X0.10%=0.004挥发带入(由焦炭0.515X0.58%=0.00325r带入升至小计0.007H201200C1227/H2O1200C)金属增C0.42C-C1779/C共计吸热量/kJ3259.3712.4934.08747.688.59747.184809.39(4)炉气物理热Q。令炉气温度为1200C，热容为1.137kJ?(kg?K)-1，由炉襟怀可得：Q=3.536X1.137X(1200-25)=4724kJ烟尘物理热Q。将铁的挥发物计入烟尘中，烟尘热容为0