物料平衡和热平衡精品文稿.ppt
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1、物料平衡和热平衡第1页,本讲稿共37页6 物料平衡和热平衡物料平衡和热平衡兑铁水兑铁水加废钢加废钢氧气氧气造渣料造渣料钢水钢水炉渣炉渣炉气炉气项目二项目二任务任务4第2页,本讲稿共37页前言前言 物料平衡物料平衡热平衡热平衡定义: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。气、烟尘等)之间的平衡关系。定义:是计算炼钢过程的热量定义:是计算炼钢过程的热量收入和热量支出之
2、间的平衡关收入和热量支出之间的平衡关系。系。第3页,本讲稿共37页物料平衡和热平衡计算的原理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质量和热能分配的平衡物料平衡和热平衡计算的意义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,可以为设通过计
3、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。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。量、降低消耗和节约能源的方向。第4页,本讲稿共37页计算的方案计算的方案 一种是为了设计转一种是为了设计转炉及其供氧设备,或炉及
4、其供氧设备,或者炼钢车间而进行的者炼钢车间而进行的计算计算 另一种是为了改善和另一种是为了改善和效核已投产的转炉冶炼效核已投产的转炉冶炼工艺参数、设备适应性工艺参数、设备适应性能,或者采用新技术等能,或者采用新技术等而由实测数据进行的计而由实测数据进行的计算算 第5页,本讲稿共37页6-1-1 原始数据的选取原始数据的选取6-1 转炉设计中物料平衡和热平衡计算转炉设计中物料平衡和热平衡计算6-1-1-1原材料成分原材料成分 原料原料CSiMnPS温度温度/铁铁水水废钢废钢4.2400.180.840.200.580.420.150 0.0220.0370.024125025表表6-1 铁水废钢
5、成分(铁水废钢成分(w/%)第6页,本讲稿共37页 表表62 渣料和炉渣料和炉衬衬材料成分(材料成分(w/%)种种类类CaOSiO2MgOAl2O3SPCaF2FeOFe2O3烧烧减减H2OC石石灰灰91.02.02.01.50.05/3.45/矿矿石石1.04.610.421.100.071.5/29.461.8/0.50萤萤石石/6.00.481.780.090.4489.0.0/2.00白白云云石石55.03.033.03.0/1.05.0/炉炉衬衬54.02.0381.0/5.0第7页,本讲稿共37页项项目目固固态态平均平均质质量量热热容容kJ(kgC)-1熔化潜熔化潜热热kJKg-1
6、液液态态或气或气态态平均平均质质量量热热容容kJ(kgC)-1生生铁铁0.744217.4680.8368钢钢0.699271.960.8368炉渣炉渣209.201.247炉气炉气1.136烟烟尘尘1.000209.200.996矿矿石石1.046209.20表表63 各材料的比热容各材料的比热容第8页,本讲稿共37页表表64 炼钢炼钢温度下的反温度下的反应热应热效效应应 反反应应式式HkJKg-1C+1/2O2=CO(气)(气)10940C+O2(气)(气)=CO2(气)(气)34420Mn1/2O2(气)(气)=MnO(液)(液)7020Si+O2(气)(气)=SiO2(液)(液)283
7、142P+5/2O2(气)(气)P2O5189232Fe+3/2O2(气)(气)=Fe2O3(液液)6670Fe+1/2O2(气)(气)=FeO(液液)4020SiO2(固)(固)+2CaO(固固)=2 CaO SiO2(固)(固)2070P2O5+4CaO=4CaO P2O5(液(液4020第9页,本讲稿共37页6-1-1-2 假设条件假设条件(1)渣中金属铁珠量占渣量的)渣中金属铁珠量占渣量的8;(2)喷溅损失占铁水量的)喷溅损失占铁水量的1;(3)金属料中碳总量的)金属料中碳总量的90氧化生成氧化生成CO,10生成生成CO2;(4)烟尘量为铁水量的)烟尘量为铁水量的1.6,其中,;,其中
8、,;(5)进入炉渣的耐火材料量为铁水量的)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)炉气平均温度为1450,自由氧含量为,自由氧含量为0.5(体积比)。(体积比)。(7)氧气成分:)氧气成分:98.5氧气,氧气,1.5氮气。氮气。6-1-1-3 冶炼钢种冶炼钢种 化学成分化学成分 w/%CSiMnPS0.140.220.120.300.400.650.0450.040表表65 Q235B的规格成分的规格成分 第10页,本讲稿共37页Company LogoCompany Logo炉渣量及成分计算炉渣量及成分计算1冶炼中的吹损计算冶炼中的吹损计算2实际氧气消耗量计算实际氧气消耗
9、量计算3炉气成分和数量计算炉气成分和数量计算4编制物料平衡表编制物料平衡表56-1-2 物料平衡计算物料平衡计算第11页,本讲稿共37页6-1-2-16-1-2-1炉渣量炉渣量炉渣量炉渣量及成分计算及成分计算及成分计算及成分计算元素氧化量元素氧化量元素氧化量元素氧化量(表(表(表(表6 66 6)各元素耗氧量各元素耗氧量各元素耗氧量各元素耗氧量及氧化产物量及氧化产物量及氧化产物量及氧化产物量(表(表(表(表6 67 7)各渣料各渣料各渣料各渣料成分计算成分计算成分计算成分计算 矿矿石石萤萤石石白白云云石石石石灰灰炉炉渣渣浸浸蚀蚀量量渣渣中中铁铁氧氧化化物物终终渣渣第12页,本讲稿共37页项项目
10、目CSiMnPS铁铁水水4.240.850.580.1500.037钢钢水水0.1400.170.0150.025氧化量氧化量4.100.850.410.1350.012表表66各元素的氧化量(各元素的氧化量(w/%)A 元素氧化量(表元素氧化量(表66)第13页,本讲稿共37页 B 各元素耗氧量及氧化产物量(表各元素耗氧量及氧化产物量(表67)元素元素反反应应及及产产物物氧化量氧化量Kg耗氧量,耗氧量,Kg氧化氧化产产物量,物量,KgSiSi+O2=SiO20.850.9721.82Mn Mn+1/2O2=MnO 0.410.1190.529CC+1/2O2=CO4.10903.694.82
11、8.61CC+O2=CO24.10100.411.0941.403P2P+5/2O2=P2O50.1350.1740.309S S+O2=SO20.0121/30.0040.0040.008S S+CaO=CaS+O0.0120.0040.0080.0040.018FeFe+1/2O2=FeO0.7820.2231.096FeFe+3/2O2=Fe2O30.0330.0140.047合合计计5.1256.33511.471表表67 各元素反应产物及数量各元素反应产物及数量假定炉内汽化脱硫假定炉内汽化脱硫1/3,氧化铁是由渣量按照已知成分反算的。,氧化铁是由渣量按照已知成分反算的。第14页,本讲
12、稿共37页各渣料各渣料各渣料各渣料计算计算计算计算BBAA 矿石矿石加入量及成分加入量及成分萤石计算萤石计算炉衬浸蚀量炉衬浸蚀量 终渣终渣总量及成分总量及成分E EC CDD白云石计算白云石计算C 各渣料成分计算各渣料成分计算GG石灰加入量石灰加入量F F渣中的铁氧化物渣中的铁氧化物第15页,本讲稿共37页成分成分氧化氧化产产物物kg石灰石灰kg矿矿石石kg白云石白云石kg萤萤石石kg炉炉衬衬kg合合计计%CaOMgOSiO2P2O5MnOAl2O3CaF2CaSFeOFe2O31.820.3090.529 0.0181.0960.0475.050.110.110.080.0070.010.0
13、040.0460.01100.0020.2940.6181.650.990.090.090.030.0020.0240.0040.0070.3460.270.190.010.0046.981.302.110.3140.5290.2030.3460.0271.390.69540.209.3414.182.263.801.462.460.1910.004.00合合计计13.90100.00表表613 炉渣的重量及成分炉渣的重量及成分第16页,本讲稿共37页6-1-2-2 冶炼中的吹损计算冶炼中的吹损计算根据假设条件,渣中铁珠量为渣量的根据假设条件,渣中铁珠量为渣量的8,喷溅损失为铁水量的,喷溅损失
14、为铁水量的1,烟尘,烟尘损失为铁水量的损失为铁水量的1.6。故可得到:。故可得到:渣中铁珠量渣中铁珠量13.9081.112 kg喷溅铁损量喷溅铁损量10011.0 kg元素氧化损失元素氧化损失6.322kg(见表(见表67)吹损总量吹损总量1.1121.01.1826.3229.616kg钢水量钢水量1009.61690.384kg第17页,本讲稿共37页实际实际氧耗量元素氧化氧耗量烟氧耗量元素氧化氧耗量烟尘尘氧耗量炉氧耗量炉衬衬中碳氧化耗氧中碳氧化耗氧7.4170.370.0377.824kg,换换算算为标为标准体准体积为积为:由于氧气不由于氧气不纯纯,含有,含有1.5N2,故供氧,故供氧
15、时带时带入入N2为为7.8241.50.117kg,其体,其体积积量量为为:0.11722.4280.094 m3/100kg。6-1-2-3 实际氧气消耗量计算实际氧气消耗量计算 炉内产生的炉气由炉内产生的炉气由CO、CO2、SO2、H2O、N2和自由和自由O2组成,把组成,把以上计算的炉气成分除自由以上计算的炉气成分除自由O2以外占炉气体积总量的以外占炉气体积总量的99.5,由表,由表614可得:可得:COCO2SO2H2ON2和和7.986 m36-1-2-4 炉气成分和数量计算炉气成分和数量计算第18页,本讲稿共37页 成分成分重量重量/kg体体积积/m3体体积积分数分数/%CO8.6
16、1+0.0536.9386.34CO21.503*0.19+0.009+0.150.94311.74SO20.0080.0030.04H2O0.005+0.0080.0160.20O20.0570.0941.17N20.01170.040.40合合计计10.71 8.026 100.00 表表614 炉气成分及数量表炉气成分及数量表故炉气总量为故炉气总量为7.986/99.5%=8.026 m3.自由自由O2量为量为8.0260.50.04 m3,其质量为,其质量为0.0432/22.4=0.057kg.第19页,本讲稿共37页 6-1-2-5 编制物料平衡表编制物料平衡表 收入收入 支出支出
17、项项目目重量重量kg项项目目重量重量kg铁铁水水100.0084.44钢钢水水90.38476.14石灰石灰5.614.74炉渣炉渣13.9011.71萤萤石石0.40.34炉气炉气10.719.02白云石白云石3.002.53烟烟尘尘1.601.34炉炉衬衬0.50.42喷溅喷溅1.000.84氧气氧气7.38246.61金属金属铁铁珠珠1.1120.94氮气氮气0.1170.10矿矿石石1.000.84合合计计118.451100.00合合计计118.706100.00表表615 物料平衡表物料平衡表第20页,本讲稿共37页热平衡热平衡6-1-3 热平衡计算热平衡计算热收入项热收入项铁水物
18、理热铁水物理热氧化和成渣热氧化和成渣热烟尘氧化热烟尘氧化热炉衬碳氧化放热炉衬碳氧化放热钢水、炉渣物理热钢水、炉渣物理热矿石分解热矿石分解热烟尘、炉气物理热烟尘、炉气物理热金属铁珠物理热金属铁珠物理热废钢废钢喷溅、吹炼过程喷溅、吹炼过程热支出项热支出项第21页,本讲稿共37页6-1-3-1 热收入项热收入项 A 铁水物理热铁水物理热 铁水凝固点铁水凝固点Tf1539(1004.2480.8550.58300.15250.037)7=1093 铁水物理热铁水物理热1000.744(109325)217.4860.8368(1350-1093)=114343.76kJ B 金属中各元素氧化放热和成渣
19、热金属中各元素氧化放热和成渣热 元素元素 氧化产物氧化产物 氧化量氧化量/kg 热效应值热效应值kJ Si SiO2 0.475 0.475 2917713859.075 Mn MnO 0.41 0.4170202878.2 C CO 3.69 3.691094040368.6 C CO2 0.41 0.4134420=14112.2 P P2O5 0.135 0.135189232554.6 SiO2 2 CaOSiO2 1.178 2.1120703767.4 P2O5 4CaO.P2O5 0.315 0.31540201242.18 Fe FeO 0.782 0.78240203143.
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