物料平衡4265141213.docVIP

4.6 转炉炼钢的物料平衡及热平衡[5] 炼钢过程的物料平衡和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、能量的收入项和支出项，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某些定量依据。应当指出，由于炼钢是复杂的高温物理化学过程，加上测试手段有限，目前尚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。 转炉炼钢的过程是一个很复杂的物理化学变化过程，对其作完全定量的分析是不可能的，但是一些基本的规律和原理在该过程中仍然适用。比如说转炉炼钢过程遵循物质不灭和能量守恒定律，在这个基础上建立了转炉炼钢过程中的物料平衡和热平衡计算。用来研究转炉收入、支出的物质和能量在数量上的平衡关系，并用平衡方程式、平衡表或者物流及热流图表示出来。 通过物料平衡和热平衡的计算可以全面的掌握转炉的物料和能量的利用情况，了解转炉的工作能力和热效率，从而为改进工艺、实现转炉最佳操作探索途径，并为降低原材料消耗及合理利用能源和节能提供方向。 总的来说，物料平衡和热平衡的计算一方面可以指导车间或设备的设计，比如说转炉及其供氧设备，或者炼钢车间的设计；另一方面可以改善和校核已投产的转炉冶炼工艺参数、设备适应性能，比如说确定加入冷却剂的数量和时间，或者采用新技术等而由实测数据进行的计算，比如说设计一些自动控制模型时的计算。 4.6.1 物料平衡[12] 物料平衡是计算炼钢过程中加入炉内和参与炼钢过程的全部物料（铁水、废钢、氧气、冷却剂、渣料和耐材等）及炼钢过程中产物（钢液、炉渣、炉气及烟尘等）之间的平衡关系。 以下通过举例进行计算分析。 原材料成分 表4.9铁水、废钢成分（%） 原料 C Si Mn P S 温度，℃ 铁水 4.280 0.850 0.580 0.150 0.037 1250 废钢 0.18 0.20 0.52 0.022 0.025 25 表4.10渣料和炉衬材料成分（%） 名称 CaO SiO2 MgO Al2O3 S P CaF2 FeO Fe2O3 烧碱 H2O C 石灰 91.0 2.0 2.0 1.5 0.05 3.45 矿石 1.0 5.61 0.52 1.10 0.07 29.4 61.8 0.50 萤石 6.0 0.58 1.78 0.09 0.55 89.0 2.00 生白云石 55.0 3.0 33.0 3.0 1.0 5.0 炉衬 54.0 2.0 38.0 1.0 5.0 表4.11各项目的热容 项目 固态平均热容kJ/kg·K 熔化潜热 kJ/kg 液（气）态平均热容kJ/kg·K 生铁 0.745 217.568 0.8368 钢 0.699 271.96 0.8368 炉渣 209.20 1.247 炉气 1.136 烟尘 1.000 209.20 矿石 1.046 209.20 表4.12反应热效应（25℃） 元素 反应 反应热，kJ/kg元素 C [C]+1/2O2=CO 10950 C [C]+O2=CO2 34520 Si [Si]+O2=SiO2 28314 P 2[P]+5/2O2=P2O5 18923 Mn [Mn]+1/2O2=MnO 7020 Fe [Fe]+1/2O2=FeO 5020 Fe [Fe]+3/2O2=Fe2O3 6670 SiO2 SiO2+2CaO=2CaO·SiO2 2070 P2O5 P2O5+4CaO=4CaO·P2O5 5020 其它假设条件（根据各类转炉生产实际过程假设）： 炉渣中铁珠量为渣量的8%； 喷溅损失为铁水量的1%； 熔池中碳的氧化生成90%CO，10%CO2； 烟尘量为铁水量的1.6%，其中烟尘中FeO=77%，Fe2O3=20%； 炉衬侵蚀量为铁水量的0.5%； 炉气温度取1450℃，炉气中自由氧含量为总炉气量的0.5%； 氧气成分：98.5%O2，1.5%N2。 3．冶炼钢种及规格成分 要求冶炼低碳钢，以Q-235钢为例，其规格成分如下（%）：C 0.14～0.22，Si 0.12～0.30，Mn 0.40～0.65，P ≤0.045，S ≤0.050。 4.6.2 物料平衡计算[4-12] 以100kg铁水为单位进行计算，根据铁水、渣料质量以及冶炼钢种要求，采用单渣操作。 渣量及成分计算 （1）铁水中元素氧化量（表4.13）。 说明：取脱磷率90%，脱硫率35%；钢水中残余锰占铁水[Mn]的30～40%，取30%；因合金加入后还要增碳，钢水中[C]取较低的0.18。 （2）各元素耗氧量及氧化产物量（表4.14）。 （3）渣料加入量。 矿石加入量及其成分