冶金工程 （课程设计）.doc

PAGE PAGE 2 氧气转炉炼钢物料平衡与热平衡计算 炼钢过程的物料平衡与热平衡计算是建立在物质与能量守恒的基础上的。其主要目的是比较整个冶炼过程中物料、能量的收入和支出项，为改进操作工艺制度，确定合理的设计参数和提高炼钢技术经济指标提供定量依据。由于炼钢是一个复杂的高温物理化学变化过程，加上测试手段有限，目前还难以做到精确取值和计算。尽管如此，它对指导炼钢生产和设计仍有重要的意义。 本章主要结合实例阐述氧气顶吹转炉和电弧炉氧化法炼钢过程物料平衡和热平衡计算的基本步骤和方法，同时列出一些供计算的原始参考数据。 1 物料平衡计算 1.1计算原始数据 表1 钢水、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值 成分含量/% 类别 C Si Mn P S 钢种27SiMn设定值? 0.25 1.18 1.18 0.025 0.024 铁水设定值 4.20 0.80 0.60 0.200 0.035 废钢设定值 0.28 1.25 1.25 0.020 0.020 终点钢水设定值? 0.13 痕迹 0.18 0.020 0.021 ?本计算设定钢种为27SiMn。 ?[C]和[Si]按实际产生情况选取；[Mn]、[P]和[S]分别按铁水中相应成分含量的30%、10%和60%留在刚水中设定。 表2 原材料成分 成分/% 类别 CaO SiO2 MnO Al2O3 Fe2O3 CaF2 P2O5 S CO2 H2O C 灰分 挥发分 石灰 88.00 2.50 2.60 1.50 0.50 0.10 0.06 4.64 0.10 萤石 0.30 5.50 0.60 1.60 1.50 88.00 0.90 0.10 1.50 生白云石 36.40 0.80 25.60 1.00 36.2 炉衬 1.20 3.00 78.80 1.40 1.60 14.0 焦炭 0.58 81.5 12.4 5.52 基本原始数据：冶炼钢种及其成分、铁水和废钢成分、终点钢水成分（表1）；造渣用溶剂及炉衬等原材料的成分（表2）；脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率（表3）；其他工艺参数（表4）。 表3 铁合金成分（分子）及其回收率 成分含量/回收率% 类别 C Si Mn Al P S Fe 硅铁 — 73.00/75 0.50/80 2.50/0 0.05/100 0.03/100 23.92/100 锰铁 6.60/90? 0.50/75 67.8/80 — 0.23/100 0.13/100 24.74/100 ?10%与氧生成CO2。 表4 其他工艺参数设定值 名称 参数 名称 参数 终渣碱度 萤石加入量 生白云石加入量 炉衬蚀损量 终渣∑(FeO)含量(按向钢中传氧量 (Fe2O3)=1.35(FeO)折算) 烟尘量 喷吹铁损 (CaO)/(SiO2)=3.5 为铁水量得0.5% 为铁水量得2.5% 为铁水量得0.3% 15%,而(Fe2O3)/∑(FeO)=1/3，(Fe2O3)=5%，(FeO)=8.25% 为铁水量得1.5%(其中ω (FeO)为75%,(Fe2O3)为20%) 为铁水量得1% 渣中铁损（铁珠） 氧气纯度 炉气中自由氧含量 气化去硫量 金属中[C]的氧化产物 废钢量 为渣量的6% 99%,余者为N2 0.5%(体积比) 占总去硫量得1/3 90%C氧化成CO,10%C氧化成CO2 由热平衡计算确定，本计算结果为铁水量得17.58%，即废钢比为14.95% 1.2物料平衡基本项目 收入项有：铁水、废钢、溶剂、氧气、炉衬损失、铁合金。 支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。 1.3计算步骤 以100kg铁水为基础进行计算。 第一步：计算脱氧和合金化前的总渣量及其成分。 总渣量包括铁水中元素氧化，炉衬蚀损和加入溶剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表5表7。总渣量及其成分如表8所示。 第二步：计算氧气消耗量。 氧气实际消耗量消耗项目与供入项目只差。见表9。 表5 铁水中元素的氧化产物及其成渣量 元素 反应产物 元素氧化量/kg 耗氧量/kg 产物量/kg 备注 C Si Mn P S Fe [C]→{CO} [C]→{CO2} [Si]→(SiO2) [Mn]→(MnO) [P]→(P2O5) [S]→{SO2} [S]+(CaO)→(CaS)+(O) [Fe]→(FeO) [Fe]→(Fe2O3) 4.07×90%=3.663 4.07×10%=0.407 0.800 0.420 0.180 0.014×1/3=0.005 0.014×2/3=0.009 1.08×56/72=0.838 0.608×112/160=0.425 4.884 1.