物料平衡和热平衡1.ppt

6物料平衡和热平衡 转炉物料平衡与热平衡示意图 项目二任务4 6物料平衡和热平衡 兑铁水加废钢氧气造渣料 钢水炉渣炉气 项目二任务4 前言 物料平衡 热平衡 定义 是计算炼钢过程中加入炉内和参与炼钢过程的全部物料 如铁水 废钢 渣料和被浸蚀的炉衬等 与炼钢过程的产物 如钢液 熔渣 炉气 烟尘等 之间的平衡关系 定义 是计算炼钢过程的热量收入和热量支出之间的平衡关系 物料平衡和热平衡计算的原理 氧气转炉炼钢过程的物料平衡和热平衡计算也是建立在物质不灭和能量守恒的基础上的 它是根据供给转炉内或参与炼钢过程的全部物质数据和全部产物数据 依据炉内的反应 进行物质质量和热能分配的平衡 物料平衡和热平衡计算的意义 通过计算 可以定量地掌握冶炼工艺的重要参数 可以为设计选用和校核转炉设备 制定转炉操作工艺 建立自动控制模型提供参考数据 通过计算 分析和比较物料平衡与热平衡的各项收支情况 结合炼钢生产实际 并与好的生产炉次加以对比 可以从中找出薄弱环节 明确提高产量 降低消耗和节约能源的方向 计算的方案 一种是为了设计转炉及其供氧设备 或者炼钢车间而进行的计算 另一种是为了改善和效核已投产的转炉冶炼工艺参数 设备适应性能 或者采用新技术等而由实测数据进行的计算 6 1 1原始数据的选取 6 1转炉设计中物料平衡和热平衡计算 6 1 1 1原材料成分 表6 1铁水废钢成分 w 表6 2渣料和炉衬材料成分 w 表6 3各材料的比热容 表6 4炼钢温度下的反应热效应 6 1 1 2假设条件 1 渣中金属铁珠量占渣量的8 2 喷溅损失占铁水量的1 3 金属料中碳总量的90 氧化生成CO 10 生成CO2 4 烟尘量为铁水量的1 6 其中 5 进入炉渣的耐火材料量为铁水量的0 5 6 炉气平均温度为1450 自由氧含量为0 5 体积比 7 氧气成分 98 5 氧气 1 5 氮气 6 1 1 3冶炼钢种 表6 5Q235B的规格成分 CompanyLogo 6 1 2物料平衡计算 6 1 2 1炉渣量及成分计算 元素氧化量 表6 6 各元素耗氧量及氧化产物量 表6 7 各渣料成分计算 矿石 萤石 白云石 石灰 炉渣浸蚀量 渣中铁氧化物 终渣 表6 6各元素的氧化量 w A元素氧化量 表6 6 B各元素耗氧量及氧化产物量 表6 7 表6 7各元素反应产物及数量 假定炉内汽化脱硫1 3 氧化铁是由渣量按照已知成分反算的 各渣料计算 矿石加入量及成分 萤石计算 炉衬浸蚀量 终渣总量及成分 白云石计算 C各渣料成分计算 石灰加入量 渣中的铁氧化物 表6 13炉渣的重量及成分 6 1 2 2冶炼中的吹损计算 根据假设条件 渣中铁珠量为渣量的8 喷溅损失为铁水量的1 烟尘损失为铁水量的1 6 故可得到 渣中铁珠量 13 90 8 1 112kg喷溅铁损量 100 1 1 0kg 元素氧化损失 6 322kg 见表6 7 吹损总量 1 112 1 0 1 182 6 322 9 616kg钢水量 100 9 616 90 384kg 实际氧耗量 元素氧化氧耗量 烟尘氧耗量 炉衬中碳氧化耗氧 7 417 0 37 0 037 7 824kg 换算为标准体积为 由于氧气不纯 含有1 5 N2 故供氧时带入N2为7 824 1 5 0 117kg 其体积量为 0 117 22 4 28 0 094m3 100kg 6 1 2 3实际氧气消耗量计算 炉内产生的炉气由CO CO2 SO2 H2O N2和自由O2组成 把以上计算的炉气成分除自由O2以外占炉气体积总量的99 5 由表6 14可得 CO CO2 SO2 H2O N2 和 7 986m3 6 1 2 4炉气成分和数量计算 表6 14炉气成分及数量表 故炉气总量为7 986 99 5 8 026m3 自由O2量为8 026 0 5 0 04m3 其质量为0 04 32 22 4 0 057kg 6 1 2 5编制物料平衡表 表6 15物料平衡表 热平衡 6 1 3热平衡计算 热收入项 热支出项 6 1 3 1热收入项 A铁水物理热铁水凝固点Tf 1539 100 4 24 8 0 85 5 0 58 30 0 15 25 0 037 7 1093 铁水物理热 100 0 744 1093 25 217 486 0 8368 1350 1093 114343 76kJ B金属中各元素氧化放热和成渣热元素氧化产物氧化量 kg热效应值 kJSiSiO20 4750 475 29177 13859 075MnMnO0 410 41 7020 2878 2CCO3 693 69 10940 40368 6CCO20 410 41 34420 14112 2PP2O50 1350 135 18923 2554 6SiO22CaO SiO21 1782 11 2070 3767 4P2O54CaO P2O50 3150 315 4020 1242 18FeFeO0 7820 782 4020 3143 64FeFe2O30 0330 033 6670 220 1合计92353 8 C烟尘氧化放热 D炉衬中碳氧化放热 热量总收入 114343 76 92353 8 5346 13 332 2 212375 9kJ E热量总收入 6 1 3 2热支出项 A钢水物理热钢水熔点计算Tf 1539 65 0 14 5 0 17 30 0 015 25 0 024 7 1521 出钢温度T 1521 300 57 40 1648 钢水物理热 90 384 0 699 1521 25 271 96 0 8368 1648 1521 128701 2KJB炉渣物理热计算取终点熔渣温度与终点钢水温度相同 熔渣物理热 13 90 1247 1648 25 209 2 31039 8KJ C矿石分解吸热 D烟尘物理热烟尘热 1 6 1 0 1450 25 209 20 2614 7KJE炉气物理热 炉气平均温度假定为1450 10 71 1 136 1450 25 17337 3KJF渣中金属铁珠带走热金属铁珠带走物理热 1 12 0 744 1521 25 217 468 0 8368 1648 1521 1609 2KJG喷溅金属带走热喷溅金属带走热 1 0 744 1521 25 217 468 0 8368 1648 1521 1423 9KJH吹炼过程热损失一般为热量总收入的3 8 本例取热损失为5 所以冶炼过程热损失为 吹炼过程热损失 212375 9 5 10618 8KJI废钢耗热总的热收入减去以上热支出 得到的富余热量用加入废钢来调节 富余热量 212375 9 128701 2 31039 8 4013 9 2614 7 17337 3 1609 2 1423 9 10618 8 15017 1KJ1kg废钢熔化耗热 1 0 699 1521 25 271 96 0 8368 1648 1521 1432 9KJ废钢加入量 15017 1 1432 9 10 5kg 6 1 3 3编制热平衡表 表6 16 表6 16热平衡表 表6 17吨钢物料平衡表 CompanyLogo 6 2转炉生产过程物料平衡与热平衡计算 6 2 1测定数据 1 原材料数据 铁水成分 造渣料及炉衬成分如表6 18 表6 18渣料及炉衬成分 w 2 铁水兑入时带入的渣量2 4Kg t 铁渣温度1330 3 钢水平均温度1664 钢渣温度平均1664 4 冷却水流量与温度差 顶吹转炉氧枪冷却水流量113m3 h 水温差14 复吹转炉氧枪冷却水流量116m3 h 水温差14 5 5 烟气量及烟尘量测定烟气量81 53m3 t 烟气含尘量0 169Kg m3 则烟尘量为81 53 0 169 13 78Kg t 6 炉体各部分表面温度测定炉帽310 炉身286 熔池256 炉底263 7 炉气温度和成分炉气温度 顶吹转炉为1467 复吹转炉为1427 炉气成分变化见表6 19 表6 19造料及炉衬成分 w 6 2 2测定结果计算 表6 20吨钢物料平衡表 表6 21顶吹转炉热平衡表 1 钢铁料消耗 顶吹转炉多耗14 97kg t 主要是铁水消耗多 2 喷溅铁损 复吹转炉吹炼平稳 喷溅少 因而使铁损降低9 84kg t 3 氧气消耗 顶吹转炉氧耗74 04kg t 复吹转炉为71 79kg t 顶吹转炉多耗氧2 24kg t 相当于1 474m3 t 4 造料 顶吹转炉加入的渣料和熔剂总量为103 48kg t 复