180t转炉物料平衡与热平衡计算(终极版)

1180t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℃含量%4.2500.8500.5800.1500.03712502）原材料成分表1－2原材料成分石灰矿石萤石白云石炉衬W(CaO)／％91.081.0030.8454.00w(SiO2)／％1.665.616.000.462.05w(MgO)／％1.540.520.5820.1637.75w(Al2O3)／％1.221.100.780.741.00w(S)／％0.060.070.09w(P)／％0.55w(CaF2)／％90.00w(FeO)／％29.40w(Fe2O3)／％61.80烧减／％4.4447.80w(H2O)／％0.502.00w(C)／％5.00∑100.00100.00100.00100.00100.003）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≤0.300.35～0.80≦0.035≦0.0354）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·℃）熔化潜热KJ/kg液态或气态平均比热容KJ/（kg•℃）生铁0.7452180.837钢0.6992720.837炉渣2091.248炉气1.137烟尘0.996209成分%种类2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℃）表1－5铁水中元素氧化放热反应元素氧化放热KJ/KmolKJ/kg元素元素C+21O2=CO131365.010949.1CC+O2=CO2414481.734521.0CSi+O2＝SiO2795023.628314.0Si2P+25O2=P2O51172078.618922.6PMn+21O2＝MnO384959.07020.3MnFe+21O2＝FeO266635.05021.2Fe2Fe+23O2＝Fe2O3822156.07340.7Fe2CaO+SiO2=2CaO•SiO2124600.42071.1SiO24CaO+P2O5=4CaO•P2O5690414.95020.8P2O5注：数据来源：《氧气转炉炼钢原理》（美），密执安大学，冶金工业出版社，1974年，75页。7）根据国内同类转炉的实测数据选取(1)渣中铁珠量为渣量的8％；(2)金属中碳的氧化，其中90％的碳氧化成CO，10％的碳氧化成CO2；(3)喷溅铁损为铁水量的1％；(4)炉气和烟尘量，取炉气平均温度1450℃。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%,Fe2O3=20%;(5)炉衬侵蚀量为铁水量的0.5％；(6)氧气成分，98.5％O2、1.5％N2。1.2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3表1－6铁水中各元素氧化量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0.150×10%=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0.580×30%=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0.037×60%=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：(a):成分％C铁水4.25×90.55％＝3.848废钢0.180×9.45％＝0.017终点钢水0.150氧化量3.848＋0.017－0.150=3.715(b):成分％Si铁水0.850×90.55％＝0.770废钢0.20×9.45％＝0.019终点钢水痕迹氧化量0.770＋0.019－0=0.789(c):成分％Mn铁水0.580×90.55％＝0.525废钢0.520×9.45％＝0.049终点钢水0.170氧化量0.525＋0.049－0.170=0.404(d):成分％P成分项目4铁水0.150×90.55％＝0.136废钢0.022×9.45％＝0.002终点钢水0.015氧化量0.136＋0.002－0.015=0.123(e):成分％S铁水0.037×90.55％＝0.034废钢0.025×9.45％＝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元素反应极其产物元素氧化量kg耗氧量kg氧化产物量kg备注C[C]+1/2{O2}={CO}3.715*90%=3.3443.344*16/12=4.4593.344*28/12=7.803C[C]+{O2}={CO2}3.715*10%=0.3720.372*32/12=0.9920.372*44/12=1.364Si[Si]+{O2}=(SiO2)0.7890.789*32/22=0.9020.789*60/28=1.691Mn[Mn]+1/2{O2}=(MnO)0.4040.404*16/55=0.1180.404*71/55=0.522P2[P]+5/2{O2}=(P2O5)0.1230.123*80/62=0.1590.123*142/62=0.282S[S]+{O2}={SO2}0.011*1/3=0.0040.004*32/32=0.0040.004*64/32=0.008S[S]+(CaO)=(CaS)+[O]0.011-0.004=0.0070.078*(-16/32)=-0.0040.007*72/32=0.016-0.004表示还原出氧量消耗CaO量0.007×56/32=0.012Fe[Fe]+1/2{O2}=(FeO)1.0551.055*16/55=0.3071.356见表1-13Fe2[Fe]+3/2{O2}=(Fe2O3)0.4750.475*48/112=0.2030.678见表1-13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5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kgFe2O31.00×61.80％＝0.618FeO1.00×29.40％＝0.294SiO21.00×5.61％＝0.056Al2O31.00×1.10％＝0.011CaO1.00×1.00％＝0.010MgO1.00×0.50％＝0.005S*1.00×0.07％＝0.0007H2O1.00×0.50％＝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。表1－9萤石加入量及成分成分(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％＝0.0004Al2O30.50*1.78％＝0.0089H2O0.50*2.00％＝0.010MgO0.50*0.58％＝0.0029共计0.500*P以2[P]+5/2{O2}=(P2O5)的形式进行反应,其中生成P2O5量为0.0028*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。表1－10炉衬被侵蚀重量及成分成分(m)质量kg成分(m)质量kgCaO0.50*54.00％＝0.270Al2O30.50*1.00％＝0.005MgO0.50*37.95％＝0.190C*0.50*5.00％＝0.025SiO20.50*2.05％＝0.010共计0.5006*被侵蚀的炉衬中碳的氧化，同金属中碳氧化成CO、CO2的比例数相同，即：C→CO0.025*90%*28/12＝0.053kgC→CO20.025*10%*42/12＝0.009kg。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＝0.037kgd)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。表1－11生白云石加入量及成分成分重量kg成分重量kgCaO3.00×30.84％＝0.925SiO23.00*0.46％＝0.014MgO3.00×20.16％＝0.605烧减*3.00*47.80％＝1.434Al2O33.00×0.74％＝0.022共计3.000*烧减是指生白云石（MgCO3•CaCO3）分解后而产生的气体。e)炉渣碱度和石灰加入量取终渣碱度R=SiO2%%CaO=3.5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SiO2和CaO的重量。渣中已存在的∑(SiO2)质量＝铁水中Si氧化成SiO2质量+炉衬带入的SiO2质量+矿石带入的SiO2质量+萤石带入的SiO2质量+白云石带入的SiO2质量＝1.821+0.010+0.056+0.030+0.014＝1.931kg。渣中已存在的∑(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＝SiOCaOSiOSiORCaORCaOR石灰石灰有效222%%%CaO＝＝%66.13.5-%08.91189.1931.15.3=6.52kg。表1－12石灰成分及质量成分（m）质量kg成分（m）质量kgCaO6.52×91.08％＝5.940S*6.52*0.06％＝0.004SiO26.52×1.66％＝0.108烧减**6.52*4.44％＝0.289MgO6.52×1.54％＝共计6.52070.100Al2O36.52×1.22％＝0.0795*S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CaCO3经受热分解后产生的CO2气体质量。f)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∑(F