物料平衡和热平衡.ppt

6 物料平衡和热平衡,转炉物料平衡与热平衡示意图,项目二任务4,6 物料平衡和热平衡,兑铁水加废钢氧气造渣料,钢水炉渣炉气,项目二任务4,前言,物料平衡,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、炉气、烟尘等）之间的平衡关系。,定义：是计算炼钢过程的热量收入和热量支出之间的平衡关系。,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，进行物质质量和热能分配的平衡,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。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，明确提高产量、降低消耗和节约能源的方向。,计算的方案,一种是为了设计转炉及其供氧设备，或者炼钢车间而进行的计算,另一种是为了改善和效核已投产的转炉冶炼工艺参数、设备适应性能，或者采用新技术等而由实测数据进行的计算,6-1-1 原始数据的选取,6-1 转炉设计中物料平衡和热平衡计算,6-1-1-1原材料成分,表6-1 铁水废钢成分（w/%）,表62 渣料和炉衬材料成分（w/%）,表63 各材料的比热容,表64 炼钢温度下的反应热效应,6-1-1-2 假设条件,（1）渣中金属铁珠量占渣量的8；（2）喷溅损失占铁水量的1；（3）金属料中碳总量的90氧化生成CO，10生成CO2；（4）烟尘量为铁水量的1.6，其中，；（5）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1450，自由氧含量为0.5（体积比）。（7）氧气成分：98.5氧气，1.5氮气。,6-1-1-3 冶炼钢种,表65 Q235B的规格成分,Company Logo,6-1-2 物料平衡计算,6-1-2-1炉渣量及成分计算,元素氧化量（表66）,各元素耗氧量及氧化产物量（表67）,各渣料成分计算,矿石,萤石,白云石,石灰,炉渣浸蚀量,渣中铁氧化物,终渣,表66各元素的氧化量（w/%）,A 元素氧化量（表66）,B 各元素耗氧量及氧化产物量（表67）,表67 各元素反应产物及数量,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。,各渣料计算,矿石加入量及成分,萤石计算,炉衬浸蚀量,终渣总量及成分,白云石计算,C 各渣料成分计算,石灰加入量,渣中的铁氧化物,表613 炉渣的重量及成分,6-1-2-2 冶炼中的吹损计算,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1，烟尘损失为铁水量的1.6。故可得到：渣中铁珠量13.9081.112 kg喷溅铁损量10011.0 kg,元素氧化损失6.322kg（见表67）吹损总量1.1121.01.1826.3229.616kg钢水量1009.61690.384kg,实际氧耗量元素氧化氧耗量烟尘氧耗量炉衬中碳氧化耗氧7.4170.370.0377.824kg，换算为标准体积为：,由于氧气不纯，含有1.5N2，故供氧时带入N2为7.8241.50.117kg，其体积量为：0.11722.4280.094 m3/100kg。,6-1-2-3 实际氧气消耗量计算,炉内产生的炉气由CO、CO2、SO2、H2O、N2和自由O2组成，把以上计算的炉气成分除自由O2以外占炉气体积总量的99.5，由表614可得：COCO2SO2H2ON2和7.986 m3,6-1-2-4 炉气成分和数量计算,表614 炉气成分及数量表,故炉气总量为7.986/99.5%=8.026 m3.自由O2量为8.0260.50.04 m3，其质量为0.0432/22.4=0.057kg.,6-1-2-5 编制物料平衡表,表615 物料平衡表,热平衡,6-1-3 热平衡计算,热收入项,热支出项,6-1-3-1 热收入项,A 铁水物理热 铁水凝固点Tf1539（1004.2480.8550.58300.15250.037）7=1093 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热 元素 氧化产物 氧化量/kg 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 0.78240203143.64 Fe Fe2O3 0.033 0.0336670=220.1 合计 92353.8,C 烟尘氧化放热,D 炉衬中碳氧化放热,热量总收入114343.7692353.85346.13332.2212375.9kJ,E 热量总收入,6-1-3-2 热支出项,A 钢水物理热钢水熔点计算Tf=1539（650.14+50.17+300.015+250.024）7=1521出钢温度T152130057401648钢水物理热90.3840.699（152125）+271.960.8368（16481521）=128701.2KJB 炉渣物理热计算取终点熔渣温度与终点钢水温度相同。熔渣物理热13.901247（164825）+209.231039.8KJ,C 矿石分解吸热,D 烟尘物理热烟尘热1.61.0（145025）+209.20=2614.7KJE炉气物理热（炉气平均温度假定为1450）10.711.136（145025）=17337.3KJ F 渣中金属铁珠带走热金属铁珠带走物理热1.120.744（152125）+217.468+0.8368（16481521）=1609.2KJG喷溅金属带走热喷溅金属带走热10.744（152125）+217.468+0.8368（16481521）=1423.9KJH 吹炼过程热损失 一般为热量总收入的38，本例取热损失为5。所以冶炼过程热损失为：吹炼过程热损失212375.9510618.8KJI 废钢耗热 总的热收入减去以上热支出，得到的富余热量用加入废钢来调节。富余热量212375.9（128701.231039.84013.92614.717337.31609.21423.910618.8）15017.1KJ 1kg废钢熔化耗热10.699（152125）+271.96+0.8368（16481521）=1432.9KJ废钢加入量15017.1/1432.910.5kg,6-1-3-3 编制热平衡表（表616）,表616 热平衡表,表617 吨钢物料平衡表,Company Logo,6-2 转炉生产过程物料平衡与热平衡计算,6-2-1 测定数据,（1）原材料数据,铁水成分，造渣料及炉衬成分如表618。,表618 渣料及炉衬成分（w）,（2）铁水兑入时带入的渣量24Kg/t，铁渣温度1330。（3）钢水平均温度1664，钢渣温度平均1664。,（4）冷却水流量与温度差。顶吹转炉氧枪冷却水流量113m3/h，水温差14，复吹转炉氧枪冷却水流量116m3/h，水温差14.5。（5）烟气量及烟尘量测定 烟气量81.53m3/t，烟气含尘量0.169Kg/m3，则烟尘量为81.530.169=13.78Kg/t。（6）炉体各部分表面温度测定 炉帽310，炉身286，熔池256，炉底263。（7）炉气温度和成分 炉气温度，顶吹转炉为1467，复吹转炉为1427，炉气成分变化见表619。,表619 造料及炉衬成分（w）,6.2.2 测定结果计算,表620 吨钢物料平衡表,表621 顶吹转炉热平衡表,（1）钢铁料消耗。顶吹转炉多耗14.97 kg/t，主要是铁水消耗多。（2）喷溅铁损。复吹转炉吹炼平稳，喷溅少，因而使铁损降低9.84 kg/t（3）氧气消耗。顶吹转炉氧耗74.04 kg/t，复吹转炉为71.79 kg/t，顶吹转炉多耗氧2.24 kg/t，相当于1.474m3/t。（4）造料。顶吹转炉加入的渣料和熔剂总量为103.48 kg/t，复吹转炉为100.94 kg/t。顶吹转炉多生成渣12.72 kg/t。分析其原因，主要是渣中（FeO）增高和炉衬侵蚀量增大所致。（5）热效率。顶吹转炉钢水效率为64.49，而复吹转炉的钢水热效率为69.44，可见复吹转炉的热效率明显高于顶吹转炉。顶吹转炉的热损失要大些。,6-2-3 结果分析,表622 复吹转炉物料平衡表,表623 复吹转炉热平衡表,Company Logo,小结,