物料平衡与热平衡计算

1.3 热平衡计算

1.3.1热收入项

1．铁水物理热 (为了简化计算，取冷料入炉温度均为25℃.)

铁水熔点:=1536-(4.25×100+0.86×8+0.58×5+0.18×30+0.037×25)-7

=1089℃

式中100、8、5、30、25分别为C、Si、Mn、P、S元素增加1%含量降低铁水熔点值；7为气体O2、H2、N共降低铁水熔点值；1536℃为纯铁熔点，取铁水温度为1250℃，则：

铁水物理热=100×[0.178×(1089-25)+52+0.20×1250-1089]

=27360千卡

2．铁水中各元素氧化放热及成渣热

C CO 3.690×2616.9 = 9656.4千卡 C CO2 0.410×8250.7 = 3882.8千卡

Si SiO2 0.850×6767.2 = 5752.1千卡 Mn MnO 0.406×1677.9 = 681.2千卡 Fe FeO 1.056×1150.5 = 1214.9千卡 Fe Fe2O3 0.475×1758.1 = 885.1千卡 P P2O5 0.135×4522.6 = 610.6千卡 P2O5 4CaO·P2O5 0.316×1162.1 = 367.2千卡 SiO2 2CaO·SiO2 2.039×495.0 = 1009.3千卡 共 计 23509.6千卡 3.烟尘氧化放热 1.6×(77%×

×1150.5+20%×

×1758.1) = 1496.2千卡

则热收入总量为：27360+26509.6+1496.2 = 52365.8千卡 注：对于炉衬中的C和萤石中的P，其氧化放热甚少，故忽略之。 1.3.2热支出项 1．钢水物理热 钢水熔点:

=1536-(0.150×65+0.174×5+0.015×30+0.022×25)-7=1517℃

式中65、5、30、25分别为钢中元素C、Mn、P、S增加1% 时钢水熔点的降低值。℃ 确定出钢温度：

（1）钢水过热度，镇静钢一般在70～90℃，取70℃

（2）镇静温度降，按1～3℃/分钟计，镇静时间为7～9分，故其温度降为21℃ （3）出钢温度降，一般在40～50℃, 取50℃. 故出钢温度=钢水熔点+过热度+镇静温度降+出钢温度降

=1517+70+21+50=1658℃

则钢水物理热=90.356×[0.107×(1517-25)+65+0.20×(1658-1517)] =30934.6千卡 2．炉渣物理热

取终点炉渣温度与钢水温度相同，即1658℃

故炉渣物理热=13.578×[0.298×(1658-25)+50]=7286.4千卡 3．矿石分解吸热: 1×(29.40%×

=1023.6千卡

4．烟尘物理热: 1.6×[0.233×(1450-25)+50] = 622.6千卡 5．炉气物理热: (6.930×0.349+1.647) ×1450 = 4921.3 6．渣中铁珠物理热:

1.086×[0.167×(1517-25)+65+0.20×(1658-1517)] = 371.8 7．喷溅金属物理热:

1×[0.167×(1517-25)+65+0.20×(1658-1517)] = 342.4千卡 8．白云石分解吸热:

取生白云石中的CaCO3在1183K分解，MgCO3在750K分解，经过计算，生白云石的分解热效应为生340千卡/公斤生白云石，故3公斤生白云石分解吸热为3×340=1020千卡 上述各项热支出量为:

30934.6+7286.4+1023.6+622.6+4921.3+371.8+342.4+1020 =46522.7千卡

×1150.5+61.8%××758.1)

9．剩余热量:

吹炼过程转炉热辐射、对流、传导、传热以及冷却等带走的热量，与炉容量小，操作等因素有关，一般为总收入热量的3～8%，本计算取5%，故热损失为52365.8×5%=2618.3千卡

则剩余热量为52365.8-46522.7-2618.3=3224.8千卡 10．废钢加入量:

1公斤废钢吸收热量为:

1×[0.167×(1517-25)+65+0.2×1658-1517] = 342.4千卡 则可加入的废钢量为：

=9.42公斤 即废钢比为:

×100% = 8.61%

11.热平衡表 表1-3-1

收 入 项 项 目 （千卡） 铁水物理热 元素氧化放热和成渣热 其中CSi Mn P Fe P2O5 SiO2 烟尘氧化热 共计 热效率==

支 出 项 % 项 目 （千卡） 52.25 44.89 24.90 10.90 1.30 1.17 3.91 0.70 1.93 2.86 100.00 钢水物理热 炉渣物理热 矿石分解热 烟尘物理热 炉气物理热 铁珠物理热 喷溅物理热 白云石分解热 其它热损失 废钢物理热 共计 ×100%

×100% =0.043<0.50% 则合格。

30934.6 7286.4 1023.6 622.6 4921.8 371.8 3424 1020 2618.8 3224.8 52365.8 59.08 13.91 1.96 1.19 9.4 0.71 0.65 1.95 5.00 6.16 100.00 热 量 % 热 量 27360.0 23509.6 13039.2 5752.1 681.2 610.6 2050.2 367.2 1009.3 1496.2 52365.8

1.4 加入废钢和脱氧剂后的物料平衡

1.4.1 加入废钢后的物料平衡

1．废钢中各元素应被氧化量，见表2-4-1。

表1-4-1

成 份 % 数 值 废钢成份取同一冶炼 钢种中限 终点钢水 废钢中各元素应被氧化量 0.15 0.003 痕迹 0.20 0.174 0.346 0.015 0.007 0.022 0.005 C Si Mn P S 0.18 0.20 0.520 0.022 0.025 2．9.42公斤废钢各元素氧化量，进入钢中的量，耗氧量及氧化产物量见表1-4-2。

把表1-4-3内的金属料（铁水+废钢）换算以100公斤金属料为基础，得

到重新整理加入废钢后的物料平衡。 3．加入废钢后物料平衡，见表1-4-4。

计算误差=

×100% = -0.05%

表1-4-2

项目 反应 废钢中各元素 氧化量（公斤） 废钢进入钢中量（公斤） 耗氧量 （公斤） 0.003×0.0003×0.019×0.033×0.001×0.0001×=0.004 =0.001 =0.022 =0.010 =0.001 =0.0001 氧化产物量 （公斤） 0.003×0.0008×0.019×0.033×0.001×0.0001×=0.0002 S CaS 9.42×0.003%×=0.0002 0.0002×-=-0.0001 共计 0.057 9.42-0.057 =9.363废钢中C同铁水中C氧化成CO、CO2的比例相同

0.038 0.0002×=0.0005 =0.007 =0.001 =0.041 =0.043 =0.002 生成物CO,CO2均进入炉气中，其和为0.007+0.001 =0.008 Si SiO2 9.42×0.20%=0.019 生成物SiO2、MnO、P2O5、、、、、、CaS均进入炉渣中，其和为0.041+0.043+0.002+0.0005=0.087 SO2量极微，忽略之 备注 C CO9.42×0.03%×90%=0.003 C CO2 9.42×0.03%×10%=0.0003 Mn MnO 9.42×0.346%=0.033 P P2O5 9.42×0.007%=0.001 S SO2 9.42×0.003%×=0.0001