【《超高功率直流电弧炉炼钢物料平衡及热平衡计算过程案例》4400字】

超高功率直流电弧炉炼钢物料平衡及热平衡计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u19435超高功率直流电弧炉炼钢物料平衡及热平衡计算过程案例 I185481.1物料平衡计算 I96701.1.1炼钢过程需要的各类数据 I277091.1.2物料平衡的主要项目 II143401.1.3配料的计算 II20101.2炉内的热平衡计算 XIX32721.1.1计算并统计收入的热量Qs XIX140461.1.2计算热支出Qz XXII29221.3精炼炉中的物料计算 XXV238201.3.1加入脱氧剂的量 XXV254131.3.2加入合金剂的量 XXVI1.1物料平衡计算1.1.1炼钢过程需要的各类数据表1.1冶炼的钢种及成分表1.2各个原材料成分（%）1.1.2物料平衡的主要项目各类物料的收入项为：生铁、废钢、焦碳、矿石、石灰、电极、萤石、炉衬镁砖、火砖块、炉顶高铝砖、铁合金、空气和氧气。各类物料的支出项为：炉渣、钢水、炉气、焦碳中的挥发成份以及挥发的铁。表1.3各类渣料的成分(%)1.1.3配料的计算以100Kg的金属炉料为基础，分别对融化期和氧化期的炉料的消耗进行计算。第一步：熔化期的计算(1)确定各类炉料消耗量：a．在此次设计中我们开始分别加入七十五公斤的生铁以及二十五公斤的废钢，当所需碳量不足时需要使用焦炭来补足所需量。由于钢液中的各类废物可以被焦炭所去除，同时可以使钢液迅速脱磷并且使钢液急速升温。因此在进行计算中我们可以将碳的含量从百分之零点七增加到百分之一点七。下图为各类成分所加质量：表1.4各类炉料的加入量b．我们因为要提高钢种的质量，由于石灰和矿石可以吸附生场过程中的杂质，所以我们要在融化期的时候要加入部分的石灰和矿石。石灰和矿石的加入量分别在没吨金属料二十千克和每吨金属料十千克。表1.5其它各类基础数据(2)确定氧气和空气消耗量碳的氧化：C氧化为CO的量零点三五七，耗氧量为零点四七六；C氧化为CO2的量为1零点一五三，耗氧量为零点四零八；硅的氧化：Si氧化为SiO2的量为零点三八二五，耗氧量为零点四四五；锰的氧化：Mn氧化为MnO的量为零点六七四，耗氧量为零点零九六；磷的氧化：P氧化为P2O5的量为零点零三二，耗氧量为零点零四二五；铁的氧化：Fe氧化为FeO的量为零点二九三，耗氧量为零点零八四；Fe氧化为Fe2O3的量为一点六六一，耗氧量为零点七一一；焦碳中碳的氧化：C氧化为CO的量为零点一一四，耗氧量为零点一五二；C氧化为CO2的量为零点零四九，耗氧量为零点一三一；电极中碳的氧化：C氧化为CO的量为零点二零八，耗氧量为零点二七七；C氧化为CO2的量为零点零八九，耗氧量为零点二三七；矿石的供氧量：氧化铁被还原释放出氧的量为零点二六九；石灰的供氧量：氧化钙被还原释放的氧的量为零点零零零四；整个过程的净耗氧量为二点九四三一。计算结果如下表1.6表1.6净耗氧量由上图可以得知氧气的消耗量的50%由氧气供应，即。空气的供氧量。并由此计算出氧气和空气分别的需求量。其结果如下表：表1.7氧气以及空气的实际消耗量(3）确定炉渣量炉中反应时各类炉料中的不同元素在相互反应中形成氧化物灰分、炉中各个部分在反应中造成的烧毁还有反应需要的各类熔剂在反应完成后都变成了炉渣的主要构成部分。反应中各种元素的成渣量：磷的成渣量：(4)确定各类金属所需的量金属量=金属炉量重时的质量-炉量中碳、硅、锰、磷和铁的损毁量+矿石中所带入的铁含量+焦炭的加入量，可以计算出所需金属量为九十七点九零三四。(5)确定炉气的组成以及各种分量：反应中生成的炉气是由大量混合物所构成的其中包括有各类气体以及部分固体所挥发的物质，里面包含有大量炉气的组成是有各类不同物质所组成的其中有物质中的各类元素被氧化生成的氧化物，反应前注入炉内的炉料氧气以及空气中所带入的大量的氮气，炉内电极中所含有的一氧化碳和二氧化碳，最后还包括一些挥发焦炭以及被吹散在空中的部分烧碱。由此可见，炉气的组成是非常的复杂的。炉料中碳发生的各类氧化：表1.8熔化时期的渣量电极带入产生的气态物：经过计算统计后如下图所示：(见表1.9);表1.9炉气量的计算.反应中铁的挥发量为:我们通过上述所有的关于炉料的计算后并列出由上面全部计算借此来作出上述的各个表格可以计算出融化时期的物料平衡，并把计算所得全部计入下表，其中数据如下图所示:表1.10熔化时期炉内的物料平衡表第二步:氧化时期各类物料平衡的计算(1）对炉内的残渣分析：炉内各类炉渣的成分及其含量：我们要清楚的认知炉内的反应在融化时期主要的目的就是要把炉内的各类炉料全部融化使其在能够在氧化时期各类炉料能够进行充分的反应后，使炉内的生成的钢种能够达到我们所需要的产品，并使其能够达到市场上不同客户的需求，并为后续的各种操作提供更好的基础，以达到后续精炼钢的目的。由整体的炼钢过程可以得知在整个过程中的这两个不同时期，熔化期和氧化期所形成的炉渣也是不同的，所以我们为了生产的顺利进行，必须要在氧化时期进行换渣操作，来保证氧化期炉中的各类炉料的反应。并根据生产方面的一些知识，我们要在氧化期取出炉内百分之七十的炉渣，所以炉内的残留渣量为：4.22×30%=1.266Kg。炉渣的各类组成成分如下表所示在末期是C的烧损量为百分之零点零六；硅的烧损量为零点零六七五；总误差为百分之零点六二七。炉料中各类元素的成渣量：硅的成渣量：我们通过上述的各类计算可以得到铁的具体的损失量：在炉内的反应即将达到最后时碳在金属中的成分占有约百分之零点九，剩余的残存渣料中的铁含量占总渣量的百分之七左右，在残渣在铁以各种形式所存在，其中百分之七十五为氧化亚铁，百分之二十五为氧化铁。我们能就由此比例计算出残渣中的氧化亚铁的含量为总体渣量的百分之六点七五，而残渣中的氧化铁的百分含量占总渣量的百分之二点五。并由此含量与表2-11中的数据进行结合计算可以计算出总炉渣内除了氧化亚铁和氧化铁以外其余炉渣的质量：通过上述所得数据可以算出总渣量为五点一五四三，所以可以计算出渣中所含氧化铁和氧化亚铁的量分别为零点一二八九和零点三四七九，并由此可以计算出铁的消耗量为零点二三八九。最后的结果统计并制作成表2-11：(2)反应过后炉内的金属质量：我们结合前半部分所计算的炉中在各个反应时期各类元素的损失量和金属的质量以及在反应中在矿石中所还原出的铁的质量，由此我们可以计算出反应最后的氧化末期炉内中剩余的金属质量为九十七点八三千克。表1.11氧化期渣量的确定(3)确定炉气量净耗氧量：炉中碳的氧化：原料中所含的供氧量:矿石中的供氧量:表1.12净耗氧量氧气的消耗量仅仅只占有百分之五十左右，剩余的除去氧气由空气供给。氧气的实际消耗量：氧期的量为零点五四八；氮气的量为零点零零五；空气的消耗量：氧气量为零点一八三；氮气量为零点六一三；整个反应中消耗的空气量为零点七九六。其结果如下表：表1.13氧气以及空气在反应中的实际消耗量炉料中碳发生的不同氧化：生成一氧化碳的量为零点六九三；生成二氧化碳的量为零点九三一；电极损耗发生的氧化：生成一氧化碳的量为零点一六一七；生成二氧化碳的量为零点一零八九；游离氧气参加反应的量为零点零五；消耗一氧化碳的量为零点零八八；生成的二氧化碳的量为零点一三八；水分子和一氧化碳反应生成二氧化碳和氢气的量分别是零点零五六和零点零零三，反应中消耗一氧化碳零点零三六。计算出的数据如下所示：表1.14氧化期所产生的各类炉气量我们根据上述的所有数据可以计算出整体炼钢时的物料平衡，并统计出数据以此来列出下列表格：表1.15熔化期和氧化期的物料平衡炉料的整体的误差：1.2炉内的热平衡计算本次计算将用一百千克的金属料为基础，基础料包括为生铁和废钢两种。1.1.1计算并统计收入的热量Qs1）计算并统计出反应中不同物料的物理热，并进行统计收入进表2-16为各种物料所带进炉内的不同热值。表1.16各类物料所带入的物理热各类不同元素的氧化时所释放或吸收的热量电极中的C变成渣释放的热量：C被氧化成CO时的放热量为三千二百二十四；C被氧化成CO2时的放热量为四千一百四十五；焦炭中C变成渣释放的热量：C被氧化成CO时释放热量一千三百二十六点八五；C被氧化成CO2时释放的热量一千七百零六点八七；金属中Si变成渣释放的热量为五千一百零九点三八；金属中Mn变成渣释放的热量为八百零二点九四；金属中P变成渣时释放的热量为一千六百五十二。铁在成渣时释放的热：因为在整体两个时期的反应中所消耗的氧气只有大概百分之五十，剩余气体为空气供应。我们可以通过所用气体的比列来计算出此次应用的氧气为一点九八九千克。将部分铁氧化为氧化铁需要氧气零点七一二千克；所以剩下的大量氧气应为把铁氧化为氧化亚铁。由此可以计算出反应后生成的氧化亚铁的量为四点四六九千克。生成氧化亚铁消耗的铁为四点四六九，释放的热量为一万八千九百九十三点二五；生成氧化铁的量消耗铁的量为一点六六一，释放的热量为一万零七百三十；消耗的二氧化硅的量为一点五三二，释放的热量为两千四百八十二点三三；消耗的五氧化二磷的量为零点一四一，释放的热量为六百八十八点零八；由上述各类计算结果进行统计总结出反应中各类元素的反应及其放热量，并做出下表如图所示：表1.17元素氧化热及成渣热1.1.2计算热支出Qz1)钢水物理热Qg经计算可以计算出该钢的熔点为一千五百八十摄氏度，以此温度计算出Qg为十三万五千七百二二千焦；.炉渣的物理热Qr熔化期所释放的热量为五千七百二十三点九七；氧化期所释放的热量为一万一千三百四十四点五二统计出计算结果并用下表进行计录：（见表1.18）表1.18炉渣物理热3）吸热反应消耗的热量Qs:由上述的各类计算数据，并统计出如下表：表1.19各类物料的吸热量炉气物理热Qx计算时取炉气温度为一千二百摄氏度，热容为1.137KJ/Kg.K。由此可以计算出Qx为一万三千二百二十二点一四千焦。烟尘的物理热Qy烟尘的热容为0.996KJ/Kg.K，由此可以计算出Qy为两千四百一十五点四九千焦。6）冷却水吸收热Q1假设每小时消耗三十立方米水，电炉的容量为五十吨，平均的冶炼时长为四小时，冷却水在进出口的温度差为二十摄氏度，由此可以计算出每有一百公斤金属料时Q1为两万零八十八焦耳。7）其他热损失Qq此次计算取Qq占总热的百分之八。变压器和短网系统的热损失Qb此次计算取Qb占总热的百分之七，Qs为总热量为二十二玩九千一百七十九点零四千焦，由此可以计算出Qq为一万八千三百三十四点三二千焦，Qb为一万零四十二点五三千焦，供应的热能为十八万两千七百四十五点八八千焦。由上面各种热的吸取和散发，并由上述的众多计算数据来计算出总的热量平衡，并由这些数据做出如下所示的图表:表1.20收入和支出热平衡表1.3精炼炉中的物料计算1.3.1加入脱氧剂的量此次的实验要应用两种方法来进行,两种方法分别是扩散脱氧和沉淀脱氧。在实验进行的过程中要以每吨金属料加入零点六千克铝来进行预