不锈钢物料平衡计算(实用版).doc

物料平衡计算 （一） 电炉冶炼平衡计算（1）钢种成分要求表11 冶炼钢炉号及其成分要求炉号钢种成分（%）CSiMnPSCrNi其余元素YX1303-630304L 0.0250.250.61.21.50.0300.0518.2198.058.3余量（2）原材料成分表12原材料成分（%）名称CSiMoCuMnPCrNi其余元素配入量纯净度（%）净重纯净度（%）高碳铬铁7.32.270000.03156.40余量620098607696.5304废钢0.50.30.170.710.03417.27.6余量12400951178093304废钢0.10.10.120.50.70.03517.88.35余量17100981675893镍铁2.520000.03111.7余量1200099.51194095低镍刨花0.20.20.2500.30.01211.2余量160099158495总计1710.890.090.350.500.03217.8 8 4930048138（3）物料平衡基本项目收入项有：不锈钢废钢、高碳铬铁、石灰、电极、镁碳砖炉衬、补炉镁砂、炉顶高铝捣打料、镍铁、低镍刨花、氧气、空气、上炉电炉剩余钢水。支出项有：兑入钢包钢水、炉渣、炉气、挥发的镍铬铁、本炉出钢时电炉内剩余钢水、扒渣时流入渣包钢水。（4）确定电炉钢水量表1-3 第YX1303-630炉 电炉出钢成分名称CSiMoCuMnPCrNi其余元素电炉出钢钢水1.4270.220.150.360.470.02616.607.98余量YX1303-630炉电炉出钢时兑钢47000kg，上炉出钢时电炉留钢水400kg，本炉出钢时电炉留钢水350kg，扒渣时渣包内流入钢水150kg，则本炉冶炼过程中由配料得到的钢水量=47000+350+150-400=47100kg注：1、由于YX1303-629炉与 YX1303-630炉钢种相同，配料相近，出钢时钢水成分相近，且上炉出钢时电炉内留钢量为目测估计，存在误差，因而不将上炉电炉内剩余钢水的成分与本炉钢水各元素成分差异考虑在内。 2、由于挥发的镍铬铁与这些元素形成的炉渣均为氧化物，将挥发镍铬铁算入炉渣中。3、调渣用SiC用量很少，忽略不计。（5）计算各元素烧损及平衡 A、铬 进入项=4813817.8%=8571.2kg支出项=4710016.6%=7818.6铬回收率=7818.6/8571.2=91.2%则铬烧损消耗的氧气量=（8571.2-7818.6）96/208=347kg最终生成炉渣Cr2O3量=（8571.2-7818.6）304/208=1100kgB、Ni 进入项=481388%=3881.6kg 支出项=471007.98%=3758.6kg 镍回收率=3758.6/3881.6=97%则镍烧损消耗的氧气量=（3881.6-3758.6）32/118=33.4kg生成炉渣NiO量=（3881.6-3758.6）150/118=156.4kgC、碳 除了配料中含碳，电极和炉衬镁碳砖也会造成增碳，电极含碳量99%，消耗量为1kg/t，镁碳砖含碳量25%，消耗量为5kg/t，则： 进入项=481381.71%+47.199%1+47.125%5=924kg 支出项=471001.427=672.1kg碳回收率=672.1/924=72.7%C消耗氧气量=（924-672.1）32/24=336kg生成炉气量=（924-672.1）56/24=588kgD、硅 进入项=481380.89%=432kg 支出项=471000.22%=103.6kgSi烧损消耗的氧量=（432-103.6）32/28=375.3kg生成炉渣SiO2量=（432-103.6）60/28=703.7kgE、锰进入项=481380.5%=239.9kg支出项=471000.47%=221.37kgMn消耗氧气量=（239.9-221.37）32/110=5.4kg 生成炉渣MnO量=（239.9-221.37）142/110=23.9kg （6）氧平衡 各烧损元素消耗氧气量=347+33.4+336+375+5.4=1096.8kg一般认为电炉冶炼时，由空气中带入的氧气量占10%，由吹氧枪带入的氧气量占90%，吹气效率93%，由前后氧平衡，则:表1-4人工吹氧与带入空气实际量吹氧（kg）空气（kg）带入O2带入O2带入N21096.890%/93%1096.810%1096.810%77/23=367.21061=109.68+367.2=477 常温下氧气密度1.56g/l， 则由上表，可知吹入的氧气量=1061/1.56=680 m3 这部分生成炉气量=1061（1-93%）+367.2=441.47kg （7）确定炉气量 炉气由脱碳生成气体、人工吹氧未被利用的氧气、空气中不参与反应的氮气组成炉气量=588+441.47=1029.47kg （8）确定炉渣量 炉渣包括：加入石灰：1000kg 元素氧化：1100+156.4+703.7+23.9=1984kg 炉衬耐火砖消耗（镁碳砖中碳不计入炉渣）、炉顶高铝砖消耗（1.5kg/t）、电极灰分、补炉镁砂（250kg）： 47.1（1-25%）5+47.11.5+47.11%1+250=497.7kg 炉渣量=1000+1984+497.7=3481.7kg 炉衬侵蚀=47.15=235.5kg 炉顶侵蚀=47.11.5=70.65kg 电极损耗=47.11=47.1kg （9）根据以上计算，第YX1303-630炉A电炉物料平衡表如下：表1-5电炉冶炼物料平衡表收入项支出项项目质量（kg）%项目质量（kg%高碳铬铁607611.76出炉钢水4700090.37304废钢11178022.79炉渣3481.76.69304废钢21675832.43炉气1029.471.98镍铁1194023.10炉内留钢3500.67低镍刨花15843.07渣包流钢1500.29石灰10001.94炉衬侵蚀235.50.45炉顶侵蚀70.650.14电极损耗47.10.09吹氧10612.05带入空气4770.92上炉留钢量4000.77补炉镁砂2500.48合计51679.25100合计52011.17100.00计算误差=（52011.17-51679.25）/52011.17=0.64%（二） AOD炉外精炼物料平衡计算初始兑钢量：47000kg 表2-1 原材料成分名称用量（kg）配料成分（%）CSiMnPSCrNiCuMo硅铁108073高铬18607.32.270.0356.4纯镍28099电锰44099铝锭60硅钙块4050.22硼铁8合计50768由于在AOD冶炼过程中没有加入Cu、Mo元素，且初始钢水和出钢钢水中Cu、Mo元素含量相同，推断出钢钢水量应与初始钢水量相当，为47000kg。表2-2 第YX1303-630炉AOD出钢成分名称用量（kg）配料成分（%）CSiMnPSCrNiCuMo初始钢水470001.4270.220.470.0260.10616.607.980.360.15出钢钢水0.021（还原前为0.015）0.381.230.0270.00118.348.000.360.15下面计算几种主要元素的烧损：1） Ni进入项=470007.98%+28099%=4027.8kg支出项=470008.00%=3760kgNi收得率：=3760/4027.8=93.4%2） Cr电炉兑钢时，会有一部分渣子随之兑入AOD炉，其中含一部分三氧化二铬，2012年二厂电炉渣三氧化二铬含量平均值为13.7%，YX1303-630炉电炉转移渣量为500kg，则：进入项=4700016.6%+186056.4%+50013.7%104/152=7802+1049.04+50013.7%104/152=8897.9kg支出项=4700018.34%=8619.8kgCr收得率：=8619.8/8897.9=96.9%以上为AOD炉Cr收得率。3） Mn进入项=470000.47%+99%440=656.5kg支出项=470001.23%=578.1kgMn收得率：=578.1/656.5=88.1% 4） Si的平衡Si在AOD中的烧损主要分为两个部分：脱碳前兑钢样中Si全部烧损，预还原期加入硅铁还原钢渣中的氧化铬及其余被氧化物质：表2-3 硅平衡表进出项（kg）含硅量（%）初始钢水470000.22出钢钢水470000.38加入硅铁108073加入高铬18602.27硅钙块4050.22由上表可知，Si进入项=470000.22%+108073%+18602.27%+4050.22%= 954.1kg Si支出项=470000.38%=178.6kg 可知硅烧损：954.1-178.6=775.5kg5） C平衡 表2-4 C平衡表进出项（kg）含碳量（%）初始钢水470001.427出钢钢水470000.015加入高铬18607.3由上表可知，C进入项=470001.427%+18607.3%=806.47kg C支出项=470000.015%=7.05kg可知C烧损：806.47-7.05=799.42kg6） 氧平衡及炉渣量计算AOD炉吹入氧气，造成元素烧损，一部分与钢中元素反应，一部分随炉气逸出，由以上几项计算，可得到以下式子： C消耗氧气量=799.4232/24=1065.9kg生成炉气量=1065.956/24=2487.1kg Si消耗可分为两个部分：脱碳前的全部烧损以及后期预还原阶段与氧化铬反应损耗，这些全部生成炉渣，生成炉渣SiO2量=775.560/28=1661.8kg其中脱碳前Si烧损消耗的氧量=470000.22%32/28=118.2kg Mn消耗氧气量=（656.5-578.1）32/110=22.8kg 生成炉渣MnO量=（656.5-578.1）142/110=101.2kg Cr消耗氧气量：在吹氧脱碳期，Cr与C是一个竞争夺氧的过程，在预还原期前曾取过一次中间样，此时： 表 2-5 不同时期钢水中元素含量名称用量（kg）配料成分（%）CrCuMo初始钢水4700016.600.360.15预还原前取样16.70.370.16从上表可以看出，相对兑钢时钢水，钢水量略有降低：钢水量=（0.36/0.3747000+0.15/0.1647000）/2=44896.8kg则钢水中含Cr=44896.816.7%=7497.8kg而Cr进入项=4700016.6%+186056.4%=7802+1049.04=8851.04kg（电炉转移渣中氧化铬不耗氧，此处略去）则Cr被氧化了：8851.04-7497.8=1353.24kg这些Cr消耗氧气量=1353.2496/208=624.6kg由Cr收得率：=8619.8/8897.9=96.9%，因此最终生成炉渣Cr2O3量=（8897.9-8619.8）304/208=406.5kg Ni消耗氧气量=（4027.8-3760）32/118=72.6kg生成炉渣NiO量=（4027.8-3760）150/118=340.4kg 初始钢水中含氧量可认为达到最大氧溶解度，按照Fettensn和Chipman近似CFeO0.01240.05C 则初始钢水FeO=（0.01240.05C）/C=（0.01240.051.427）/1.427=0.059 因此初始钢水中氧气含量=470000.059%=27.73kg双渣法钢水中含氧量普遍较低，一般在35ppm-45ppm，取40ppm，则出钢时钢水中氧气含量=470000.004%=1.88kg 在石灰、金属中S还原CaO供氧：S+CaO=O+CaS出钢期S含量为0.001，S反应量=47000（0.106%-0.001%）=49.35kg则置换出氧气量=49.3516/32=24.675kg炉渣中CaO变成CaS，质量增加量=49.35/32(72-56)=24.675kg 第YX1303-630 炉总共消耗氧气量为1325m3，常温下密度1.56克/升，则总共吹入氧气质量=13251.56=2067kg所以 O2进入项=2067+24.675+27.73=2119.4kg O2支出项=1065.9+118.2+22.8+624.6+72.6+1.88=1905.98kg氧气利用率= O2支出项/ O2进入项=1905.98/2119.4=90%7） 炉渣量AOD炉渣为电炉转移渣、加入的石灰、萤石以及钢中氧化物加上炉衬侵蚀组成的渣子已知：加入石灰量=3700+700=4400kg加入萤石量=400+500=900kg钢中氧化物进入渣中的量=1661.8+101.2+406.5+340.4=2509.9kgCaO脱硫增加重量=24.675kg 预估每吨钢侵蚀炉衬3.5kg，则耐材侵蚀形成炉渣量=3.547=164.5kg则炉渣量=4400+900+2509.9+24.675+164.5=7