课程设计,180t转炉物料平衡计算

180t氧气顶吹转炉物料平衡与热平衡计算1.1原始数据1）铁水成分及温度表1－1铁水成分及温度成分w(c)W(Si)W(Mn)W(P)W(S)温度。c含量％4.2500.8500.5800.1500.03712502）原材料成分表1－2原材料成分^成分种、^分%类石灰矿石萤石白云石炉衬W(CaO)/%91.081.0030.8454.00w(SiO)/%Q1.665.616.000.462.05w(MgO)/%1.540.520.5820.1637.75w(AlO)/%Q O1.221.100.780.741.00w(S)/%0.060.070.09w(P)/%0.55w(CaF”)/%90.00w(FeO)/%29.40w(FeO)/%61.80烧减/%4.4447.80w(H20)/%0.502.00w(C)/%5.00E100.00100.00100.00100.00100.003）冶炼钢种及成分表1—3冶炼钢种（Q235）成分成分W(C)W(Si)W(Mn)W(P)W(S)含量/%<0.17<0.300.35〜0.80W0.035W0.0354）平均比热容表1—4原料平均比热容项目固态平均比热KJ/（kg・°C）熔化潜热KJ/kg液态或气态平均比热容KJ/（kg•C）生铁0.7452180.837钢0.6992720.837炉渣2091.248炉气1.137烟尘0.996209矿石1.0462095）冷却剂用废钢做冷却剂，其它成分与冶炼钢种成分的中限皆同。

6)反应热效应(25°C)反应兀素氧化放热KJ/KmolKJ/kg兀素-'H*反应兀素氧化放热KJ/KmolKJ/kg兀素-'H*兀糸C+10=CO22131365.010949.1CC+0=C0c c414481.734521.0CSi+0=SiOc c795023.628314.0Si222P+50=P022251172078.618922.6PMn+丄0=MnO22384959.07020.3MnFe+丄0=FeO22266635.05021.2Fe32Fe+—0=Fe02 2 23822156.07340.7Fe2Ca0+Si0=2Ca0・Si0c c124600.42071.1Si0c4Ca0+P0=4Ca0・P0「 ^-5 ^-5 1690414.95020.8P0「——^-5 1表1－5铁水中元素氧化放热7)根据国内同类转炉的实测数据选取渣中铁珠量为渣量的8％；金属中碳的氧化，其中90%的碳氧化成CO,10%的碳氧化成C02；喷溅铁损为铁水量的1％；⑷炉气和烟尘量，取炉气平均温度1450C。炉气中自由氧含量为0.5%。烟尘量为铁水量的1.6%，其中FeO=77%,Fe0=20%;23炉衬侵蚀量为铁水量的0.5%；氧气成分，98.5%0、1.5%N。221.2物料平衡计算根据铁水成分、原材料质量以及冶炼钢种，采用单渣不留渣操作。为了简化计算，以100kg钢铁料为基础进行计算，取废钢比9.45%。1)炉渣量及成分计算炉渣来自金属中元素的氧化产物、造渣剂及炉衬侵蚀等。(1)铁水中各元素氧化量表1－6铁水中各元素氧化量项■目■-成分M(C)M(Si)M(Mn)M(P)M(S)铁水4.2500.8500.5800.1500.037废钢0.1800.200.5200.0220.025终点钢水0.150痕迹0.1700.0150.025氧化量3.7150.7890.4040.1230.011注：终点钢水据国内同类转炉冶炼Q235钢种的实际数据选取，其中：[Si]：在碱性氧气转炉炼钢法中，铁水中的硅几乎全部被氧化，随同加入的其它材料而带入的SiO2起进入炉渣中，所以终点钢水硅的含量为痕迹。[P]：采用低磷铁水操作，炉料中磷约85〜95%进入炉渣，本计算采用低磷铁水操作，取铁水中磷的90%进入炉渣，10%留在钢中，则终点钢水含P质量为0.150X10%=0.015kg。[Mn]：终点钢水余锰含量，一般为铁水中锰的含量30〜40%,取30%，则终点钢水含Mn质量为0.580X30%=0.170kg。[S]：去硫率，一般为30〜50%的范围，取40%，则终点钢水含S质量为0.037X60%=0.25kg。[C]：终点钢水含碳量，根据冶炼钢种的含碳量和预估计脱氧剂等增碳量之差，则为终点含碳量。本计算取0.15%。铁水中各元素氧化量计算过程如下：:成分%C铁水 4.25X90.55%=3.848废钢 0.180X9.45%=0.017终点钢水0.150氧化量3.848＋0.017－0.150=3.715:成分%Si铁水 0.850X90.55%=0.770废钢 0.20X9.45%=0.019终点钢水痕迹氧化量0.770＋0.019－0=0.789:成分%Mn铁水 0.580X90.55%=0.525废钢 0.520X9.45%=0.049终点钢水0.170氧化量0.525＋0.049－0.170=0.404:成分%P铁水 0.150X90.55%=0.136废钢 0.022X9.45%=0.002终点钢水0.015氧化量0.136+0.002—0.015=0.123:成分%S铁水 0.037X90.55%=0.034废钢 0.025X9.45%=0.002终点钢水0.025氧化量0.034+0.002—0.025=0.011(2)各元素氧化量、耗氧量及其氧化产物量，见表1-7。铁水中各元素氧化产物量1-7元素反应极其产物兀素氧化量kg耗氧量kg氧化产物量kg备注C[C]+1/2{O}={CO3.715*90%=3.33.344*16/12=43.344*28/12}44.459=7.803C[C]+{O}={CO}3.715*10%=0.30.372*32/12=00.372*44/1272.992=1.364Si[Si]+{O}=(SiO0.7890.789*32/22=00.789*60/28)22.902=1.691Mn[Mn]+1/2{O}=(M0.4040.404*16/55=00.404*71/55nO).118=0.522P2[P]+5/2{0}=(P0.1230.123*80/62=00.123*142/6。） 2.1592=0.282S2 5[S]+{O}={S0}0.011*1/3=0.00.004*32/32=00.004*64/3204.004=0.008S[S]+(CaO)=(CaS0.011-0.004=00.078*(-16/320.007*72/32-0.004表)+[0].007)=-0.004=0.016示还原出氧量消耗CaO 量0.007X56/32=0.012Fe[Fe]+1/2{0}1.0551.055*16/55=01.356见表1-132=(FeO).307Fe2[Fe]+3/2{0}=(0.4750.475*48/112=0.678见表1-13Fe0)230.203共计。6.5807.140（3）造渣剂成分及数量150t氧气顶吹转炉加入造渣剂数量，是根据国内同类转炉有关数据选取:a）矿石加入量及成分矿石加入量为1.00/100Kg（钢），其成分及重量见表1—8。

表1－8矿石加入量及其成分成分（M）质量kgFeO231.00X61.80%=0.618FeO「1.00X29.40%=0.294SiO21.00X5.61%=0.056Al0231.00X1.10%=0.011CaO1.00X1.00%=0.010MgO1.00X0.50%=0.005S*1.00X0.07%=0.0007HO21.00X0.50%=0.005共计1.000S*以[S]+[CaO]=[CaS]+[O]的形式反应,其中生成CaS量为0.001*72/32=0.002kg。消耗CaO量为0.001*56/32=0.002kg。消耗微量氧，忽略之。b）萤石加入量及成分萤石加入量为0.5/100kg（钢），其成分及重量见表1-9。成分（M）质量，kg成分成分（M）质量，kg成分质量，kgCaF20.50*90.00%=0.45P*0.50*0.55%=0.0028SiO20.56*6.00%=0.030S**0.50*0.09%=0.0004Al0230.50*1.78%=0.0089H200.50*2.00%=0.010MgO0.50*0.58%=0.0029共计0.500*P以2[P]+5/2{0}=(P0)的形式进行反应，其中冃生成P0量为表1－9萤石加入量及成分2 25 250.0028*142/62=0.007kg。消耗氧气量为0.0028*80/62=0.004kg**S微量，忽略之。c）炉衬被侵蚀重量及成分炉衬被侵蚀量为0.50kg/100kG（钢），其成分及重量见表1-10。成分(m)质量kg成分(m)质量kgCaO0.50*54.00%=0.270成分(m)质量kg成分(m)质量kgCaO0.50*54.00%=0.270AlO230.50*1.00 % =0.005MgO0.50*37.95%=0.190C*0.50*5.00 % =0.025SiOQ0.50*2.05%=0.010共计0.500表1－10炉衬被侵蚀重量及成分*被侵蚀的炉衬中碳的氧化，同金属中碳氧化成CO、CO的比例数相同，即:22其氧气消耗量：0.053*16/28=0.030kg0.009*32/44=0.007kg共消耗氧气量为0.030+0.007=0.037kg生白云石加入量及成分为了提高转炉炉衬寿命，采用白云石造渣剂，其主要目的是提高炉渣中的MgO含量，降低炉渣对炉衬的侵蚀能力。若使渣中MgO含量在6.00〜8.00%的范围之内，其效果显著。经试算后取生白云石加入量为3.00Kg/100Kg(钢)，其成分及重量见表1-11。成分重量kg成分成分重量kg成分重量kgCaO3.00X30.84%=0.925SiO23.00*0.46 % =0.014MgO3.00X20.16%=0.605烧减*3.00*47.80%=1.434AlOOQ3.00X0.74%=0.022共计3.000表1－11生白云石加入量及成分*烧减是指生白云石(MgCO・CaCO)分解后而产生的气体。33取终渣碱度R=%Ca^=3.5%SiO2首先计算由上述造渣剂以及元素氧化产物而进入炉渣中的SiO和CaO的重量。渣中已存在的刀(SiO)质量=铁水中Si氧化成SiO2质量+炉衬带入的SiO质量+矿石带入的SiO质量+萤石带入的SiO质量+白云石带入的SiO质量=2221.821+0.010+0.056+0.030+0.014=1.931kg。渣中已存在的刀(CaO)量=白云石带入的CaO量+炉衬带入的CaO量+矿石带入的CaO量-铁水中S成渣耗CaO量-矿石中S成渣耗CaO量=0.925+0.270+0.010-0.014-0.002=1.189kg。再计算石灰加入量：

石灰加入量=2石灰RxZ(SiO2-S(CaO)_Rx!(SiO)-(CaO)%CaO %CaO__-rX%SiO石灰加入量=2石灰有效 石灰==6.52kg。3.5x1.931==6.52kg。91.08%-3.5x1.66%表1－12石灰成分及质量成分（m）质量kg成分（m）质量kgCaO6.52X91.08%=5.940S*6.52*0.06%=0.004SiO26.52X1.66%=0.108烧减**6.52*4.44%=0.289MgO6.52X1.54%=0.100共计6.520AlO236.52X1.22%=0.0795*5以[S]+(CaO)=(CaS)+[O]的形式反应，其中生成(CaS)质量为 0.004*72/32=0.009kg生成氧量为 0.004*16/32=0.002kg消耗(CaO)质量为 0.004*56/32=0.007kg**烧减指未烧透的CaCO经受热分解后产生的CO气体质量。32终点氧化铁的确定对于低磷铁水，参照国内同类转炉有关数据，取冶炼BD3钢的终渣刀(Fe0)=15%其中：百分含量比w(FeO)/w(FeO)=1/3,故w(FeO)=5%,23 23w(FeO)=10%终渣量及成分表1—13中不计(FeO)、(FeO)在内的炉渣重量为：23m(CaO+MgO+SiO+PO+MnO+AlO+CaF+CaS)2 25 23 2=7.136+0.903+2.038+0.316+0.529+0.125+0.445+0.031=11.523kg。又知刀(FeO)=15%,则渣中其它成分之和为100%-15%=85%,故炉渣重量为11.523/85%=13.557kg。由此可知：m(FeO)的重量=13.557*10%=1.356kg。其中m(Fe)重量=1.356*56/72。m(FeO)的重量=13.557*5%=0.678kg。23其中m(Fe)重量=0.678*112/160=0.475Kg。

表1－13炉渣终渣量及成分成分(m)氧化产物量Kg石灰Kg矿石Kg生白云石Kg炉衬Kg萤石Kg共计Kg组成/%CaO5.9315.931=5.931=石灰中m(CaO)—石灰中S自耗m(CaO)=5.940—0.009=5.931Kg0.0100.9250.2707.13652.65MgO0.1000.0050.6050.1900.0030.9036.65SiOc1.8210.1080.0560.0140.0100.0302.0415.032PO250.3090.0070.3162.33MnO0.5290.5293.92AlO230.0780.0110.0220.0050.0090.1250.92CaF20.4450.4453.28CaS0.0180.0090.0020.0310.22FeO1.3561.356***是元素被氧化成氧化铁的重量，其重量是这样计算出来的。将其值分别代入表1-7、1-13内。矿石、烟尘中铁及氧量。假定矿石中刀(FeO)质量全部被还原成铁，则10.00FeO230.6780.678矿石带入铁量矿石带入铁量m(Fe)=1.00X(29.40%X56/72+61.80%X112/160)=0.661Kg。5.00共计4.7116.2260.0841.5660.4750.49413.557100.00矿石带入氧量m(0)=1.00X(29.40%X16/72+61.80%X48/160)=0.251Kg。2烟尘带走铁量m(Fe)=1.60X(77%X56/72+20%X112/160)=1.182Kg。烟尘消耗氧量m(0)=1.60X(77%X16/72+20%X48/160)=0.370Kg。2炉气成分及重量表1-14中各项的计算：CO的重量二铁水中的C被氧化成CO的重量+炉衬中的C被氧化成CO的重量=7.803+0.053=7.856KgCO2重量二铁水中的C被氧化成CO2的重量+炉衬中的C被氧化成CO2的重量+白云石烧碱的重量+石灰烧碱的重量=1.364+0.009+1.434+0.289=3.096Kg。表1—14炉气成分及重量成分重量， kg体积，m3%CO7.8567.586 X22.4/28=6.28578.49CO23.0963.096 X22.4/54=1.64719.68SO20.0080.008 X22.4/64=0.0030.04Oo0.0570.040*0.50N20.1060.0846**1.05HO20.0150.015 X22.4/18=0.0190.24共计11.1388.007100.00SO的重量=铁水中的S的气化氧化物重量=0.008kg2HO汽的重量=矿石带入的重量+萤石带入的重量=0.005+0.010=20.015kg。*、**是自由氧和氮气的重量。它是由表9中炉气的其它成分反复计算出来，即已知氧气成分为98.50%O、1.50%N,和炉气中自由氧体积比为0.50%,求自由22氧和氮气的体积及重量。解：设炉气的总体积为X,则x=元素燃烧生成的气体体积和水蒸气的体积+自由氧体积+氮气体积。即：X=(6.285+1.576+0.004+0.019)+0.50%・X224一(7.787+0.373+0.037+0.004-0.251-0.002)•X+』 x(l-98.50%)98.50%=8.594+0.50%・X+(5.134+0.50%・X)丄竺98.50=8.594+0.50%・X+(0.085+0.008%・X)整理：

=8.723m3,x=8・594+o.°=8.723m3,1-0.50%-0.008% 99.492%炉气中自由氧体积=8.723X0.50%=0.044m3炉气中自由氧重量=0.044X32/22.4=0.063kg炉气中氮气体积=0.008%X8.723+0.084=0.0846m3炉气中氮气重量=0.0846X28/22.4=0.106kg*炉气的总体积公式中分子括号内数据参考下面氧气消耗项目。4）氧气消耗计算消耗和带入氧气的项目：元素氧化耗氧重量 7.787kg烟尘中铁氧化耗氧重量 0.370kg炉衬中碳氧化耗氧重量 0.037kg萤石中磷氧化耗氧重量 0.004kg自由氧重量 0.063kg炉气中氮气重量 0.106kg矿石分解带入氧的重量 0.251kg石灰中硫把氧化钙还原出的氧重量为 0.002kg故，氧气实际消耗重量为7.787+0.370+0.037+0.004+0.063+0.106-0.251-0.002=7.461kg换算成体积量=7.461X22.4/32=5.22m3/100kg（钢）或52.2ms/t（钢）5）钢水量计算6.580kg1.182kg6.580kg1.182kg13.557X8%=1.080kg1.000kg0.661kg100-（6.580+1.182+1.080+1.000）+0.661=90.82kg6）物料平衡表

表1－15物料平衡表收入支出项目量kg含量%项目重量kg含量%铁水90.5576.11钢水90.8276.35废钢9.457.94炉渣13.5611.40石灰6.525.48炉气11.149.36矿石1.000.84烟尘90.55%X1.6%=1.451.22萤石0.500.42铁珠13.56X8%=1.080.91白云石3.002.52喷溅90.55X1%=0.910.76炉衬0.500.42氧气7.466.27总计118.98100.00总计118.96100.00计算误差=收入项「支出项X100%=[(118.98-118.96)/118.98]X100%=0.02%1.3热平衡计算为了简化计算，取冷料入炉温度均为25°C。1)热收入项铁水物理热铁水熔点=1536-(4.25X90.55%X100+0.85X90.55%X8+0.58X90.55%X5+0.15X90.55%X30+0.037X90.55%X25)－7=1123C式中100、8、5、30、25分别为C、Si、Mn、P、S元素增加1%含量降低铁水熔点值C；7为气体0、H、N共降低铁水熔点值C；1536C为纯铁熔点。铁水物理热=90.55X[0.745X(1123—25)+218+0.837X(1250—1123)]=114544KJ铁水中各元素氧化放热及成渣热C-CO 3.344X10949.1=42706KJC—CO 0.372X34521=12842KJ2Si—SiO 0.789X28314=22340KJ2Mn—MnO 0.404X7020.3=2836KJFe—FeO 1.055X5021.2=5297KJFe—FeO23P—PO25Fe—FeO23P—PO25P0—4CaO・25SiO—2Ca0・PO25SiO20.123X18922.6=2327.5KJ0.316X5020.8=1586.6K2.04X2071.1=4225.0KJ97646.9KJ烟尘氧化放热1.45X(77%X56/72X5021.2+20%X112/160X7340.7)=5455.7KJ则，热收入总量为:114544+97646.9+5455.7=217646.6KJ[注]：对于炉衬中的C和萤石中的P,其氧化放热微量，故忽略之。2)热支出项钢水物理热钢水熔点=1536-(0.15X65+0.17X5+0.015X30+0.025X25)-7=1517°C钢水熔点=1536—(0.15X65+0.17X5+0.015X30+0.025X25)—7=1517C式中65、5、30、25分别为钢中元素C、Mn、P、S增加1%时，钢水熔点降低值C。确定出钢温度过程如下：过热度，连续普碳钢一般在20〜40C，取30C。吹氩后到中间包开浇5分钟期间的钢液温降，取50C。吹氩搅拌过程温降，取10C。出钢后到吹氩前的温降，取11C。出钢过程温降，一般在40〜50C，取40C。故，出钢温度=钢水熔点+过热度+出钢温度降＋出钢搅拌前温降＋吹氩搅拌过程温降=1517+30+40+11+50=1658C。那么，钢水物理热=90.82X[0.699X(1517-25)+272+0.837X(1658-1517)]=139479.5KJ炉渣物理热取终点炉渣温度与钢水温度相同，即1658C。故，炉渣物理热=13.56X[1.248X(1658-25)+209]=30469.1KJ矿石分解吸热1X(29.40%X5