物料平衡和熱平衡ppt課件

1、 6 物料平衡物料平衡和熱平衡和熱平衡轉爐物料平衡與熱平衡表示圖轉爐物料平衡與熱平衡表示圖工程二工程二義務義務46 物料平衡和熱平衡物料平衡和熱平衡兌鐵水兌鐵水加廢鋼加廢鋼氧氣氧氣造渣料造渣料鋼水鋼水爐渣爐渣爐氣爐氣工程二工程二義務義務4前言前言 物料平衡物料平衡熱平衡熱平衡物料平衡和熱平衡計算的原理物料平衡和熱平衡計算的原理 氧氣轉爐煉鋼過程的物料平衡和熱平衡計算也是建立在物質不滅和能量守恒的根底上的。它是根據(jù)供應轉爐內或參與煉鋼過程的全部物質數(shù)據(jù)和全部產物數(shù)據(jù)，根據(jù)爐內的反響，進展物質質量和熱能分配的平衡物料平衡和熱平衡計算的意義物料平衡和熱平衡計算的意義 經過計算，可以定量地掌握冶煉工藝

2、的重要參數(shù)，可以為經過計算，可以定量地掌握冶煉工藝的重要參數(shù)，可以為設計選用和校核轉爐設備，制定轉爐操作工藝，建立自動控制模設計選用和校核轉爐設備，制定轉爐操作工藝，建立自動控制模型提供參考數(shù)據(jù)。型提供參考數(shù)據(jù)。 經過計算、分析和比較物料平衡與熱平衡的各項收支情況，經過計算、分析和比較物料平衡與熱平衡的各項收支情況，結合煉鋼消費實踐，并與好的消費爐次加以對比，可以從中找出結合煉鋼消費實踐，并與好的消費爐次加以對比，可以從中找出薄弱環(huán)節(jié)，明確提高產量、降低耗費和節(jié)約能源的方向。薄弱環(huán)節(jié)，明確提高產量、降低耗費和節(jié)約能源的方向。 計算的方案計算的方案 一種是為了一種是為了設計轉爐及其設計轉爐及其供

3、氧設備，或供氧設備，或者煉鋼車間而者煉鋼車間而進展的計算進展的計算 另一種是為了另一種是為了改善和效核已投改善和效核已投產的轉爐冶煉工產的轉爐冶煉工藝參數(shù)、設備順藝參數(shù)、設備順應性能，或者采應性能，或者采用新技術等而由用新技術等而由實測數(shù)據(jù)進展的實測數(shù)據(jù)進展的計算計算 6-1-1 原始數(shù)據(jù)的選取原始數(shù)據(jù)的選取6-1 轉爐設計中物料平衡和熱平衡計算轉爐設計中物料平衡和熱平衡計算6-1-1-1原資料成分原資料成分 原料原料CSiMnPS溫度溫度/鐵水鐵水廢鋼廢鋼4.2400.180.840.200.580.420.150 0.0220.0370.024125025表表6-1 鐵水廢鋼成分鐵水廢鋼成

4、分w/% 表62 渣料和爐襯資料成分w/%種種類類CaOSiO2MgOAl2O3SPCaF2FeOFe2O3燒減燒減H2OC石石灰灰91.02.02.01.50.05/3.45/礦礦石石1.04.610.421.100.071.5/29.461.8/0.50螢螢石石/6.00.481.780.090.4489.0.0/2.00白白云云石石55.03.033.03.0/1.05.0/爐爐襯襯54.02.0381.0/5.0項目項目固態(tài)平均質量固態(tài)平均質量熱容熱容kJ（kgC）-1熔化潛熱熔化潛熱kJKg-1液態(tài)或氣態(tài)平均質量液態(tài)或氣態(tài)平均質量熱容熱容kJ（kgC）-1生鐵生鐵0.744217.4

5、680.8368鋼鋼0.699271.960.8368爐渣爐渣209.201.247爐氣爐氣1.136煙塵煙塵1.000209.200.996礦石礦石1.046209.20表表63 各資料的比熱容各資料的比熱容表表64 煉鋼溫度下的反響熱效應煉鋼溫度下的反響熱效應 反應式反應式HkJKg-1C+1/2O2=CO（氣）（氣）10940C+O2（氣）（氣）=CO2（氣）（氣）34420Mn1/2O2（氣）（氣）=MnO（液）（液） 7020Si+O2（氣）（氣）=SiO2（液）（液）283142P+5/2O2（氣）（氣）P2O5189232Fe+3/2O2（氣）（氣）=Fe2O3(液液)6670F

6、e+1/2O2（氣）（氣）=FeO (液液)4020SiO2（固）（固）+2CaO(固固)=2 CaO SiO2（固）（固）2070P2O5+4CaO= 4CaO P2O5（液（液40206-1-1-2 假設條件假設條件1渣中金屬鐵珠量占渣量的渣中金屬鐵珠量占渣量的8； 2噴濺損失占鐵水量的噴濺損失占鐵水量的1；3金屬料中碳總量的金屬料中碳總量的90氧化生成氧化生成CO，10生成生成CO2；4煙塵量為鐵水量的煙塵量為鐵水量的1.6，其中，；，其中，；5進入爐渣的耐火資料量為鐵水量的進入爐渣的耐火資料量為鐵水量的0.5；6爐氣平均溫度為爐氣平均溫度為1450，自在氧含量為，自在氧含量為0.5體積

7、比。體積比。7氧氣成分：氧氣成分：98.5氧氣，氧氣，1.5氮氣。氮氣。6-1-1-3 冶煉鋼種冶煉鋼種 化學成分化學成分 w/%CSiMnPS0.140.220.120.300.400.650.0450.040表表65 Q235B的規(guī)格成分的規(guī)格成分 爐渣量及成分計算爐渣量及成分計算1冶煉中的吹損計算冶煉中的吹損計算2實踐氧氣耗費量計算實踐氧氣耗費量計算3爐氣成分和數(shù)量計算爐氣成分和數(shù)量計算4編制物料平衡表編制物料平衡表56-1-2 物料平衡計算物料平衡計算 各渣料成分計算 礦礦石石螢螢石石白白云云石石石石灰灰爐爐渣渣浸浸蝕蝕量量渣渣中中鐵鐵氧氧化化物物終終渣渣項目項目CSiMnPS鐵水鐵水

8、4.240.850.580.1500.037鋼水鋼水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 B 各元素耗氧量及氧化產物量表67 元素元素反應及產物反應及產物氧化量氧化量Kg耗氧量，耗氧量，Kg氧化產物量，氧化產物量，KgSiSi+O2=SiO20.850.9721.82Mn Mn+1/2O2=MnO 0.410.1190.529CC+1/2O2=CO4.10903.694.828.61CC+O2=CO24.10100.411.0941.403P2P+5/2O2=P2

9、O50.1350.1740.309S 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合計合計5.1256.33511.471表表67 各元素反響產物及數(shù)量各元素反響產物及數(shù)量假定爐內汽化脫硫假定爐內汽化脫硫1/3，氧化鐵是由渣量按照知成分反算的。，氧化鐵是由渣量按照知成分反算的。 礦石礦石參與量及成分參與量及成分螢石計算螢石計算爐襯浸蝕量爐襯浸蝕量 終渣終渣總量及成分總量及成分白云石計

10、算白云石計算C 各渣料成分計算各渣料成分計算石灰參與量石灰參與量渣中的鐵氧化物渣中的鐵氧化物成分成分氧化產物氧化產物kg石灰石灰kg礦石礦石kg白云石白云石kg螢石螢石kg爐襯爐襯kg合計合計%CaOMgOSiO2P2O5MnOAl2O3CaF2CaSFeOFe2O31.820.3090.529 0.0181.0960.0475.050.110.110.080.0070.010.0040.0460.01100.0020.2940.6181.650.990.090.090.030.0020.0240.0040.0070.3460.270.190.010.0046.981.302.110.3140

11、.5290.2030.3460.0271.390.69540.209.3414.182.263.801.462.460.1910.004.00合計合計13.90100.00表表613 爐渣的分量及成分爐渣的分量及成分6-1-2-2 冶煉中的吹損計算冶煉中的吹損計算根據(jù)假設條件，渣中鐵珠量為渣量的根據(jù)假設條件，渣中鐵珠量為渣量的8，噴濺損失為鐵水量，噴濺損失為鐵水量的的1，煙塵損失為鐵水量的，煙塵損失為鐵水量的1.6。故可得到：。故可得到：渣中鐵珠量渣中鐵珠量13.9081.112 kg噴濺鐵損量噴濺鐵損量10011.0 kgkg182. 1)160112%207256%77(%6 . 1100

12、煙塵鐵損量元素氧化損失元素氧化損失6.322kg見表見表67吹損總量吹損總量1.1121.01.1826.3229.616kg鋼水量鋼水量1009.61690.384kg實踐氧耗量元素氧化氧耗量煙塵氧耗量爐襯中碳氧化實踐氧耗量元素氧化氧耗量煙塵氧耗量爐襯中碳氧化耗氧耗氧7.4170.370.0377.824kg，換算為規(guī)范體積為：，換算為規(guī)范體積為：tmkgm338 .5410048. 5324 .22824. 7由于氧氣不純，含有由于氧氣不純，含有1.5N2，故供氧時帶入，故供氧時帶入N2為為7.8241.50.117kg，其體積量為：，其體積量為：0.11722.4280.094 m3/1

13、00kg。6-1-2-3 實踐氧氣耗費量計算實踐氧氣耗費量計算 爐內產生的爐氣由CO、CO2、SO2、H2O、N2和自在O2組成，把以上計算的爐氣成分除自在O2以外占爐氣體積總量的99.5，由表614可得：COCO2SO2H2ON2和7.986 m36-1-2-4 爐氣成分和數(shù)量計算爐氣成分和數(shù)量計算 成分成分重量重量/kg體積體積/m3體積分數(shù)體積分數(shù)/%CO8.61+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

14、.040.40合計合計10.71 8.026 100.00 表表614 爐氣成分及數(shù)量表爐氣成分及數(shù)量表故爐氣總量為故爐氣總量為7.986/99.5%=8.026 m3. 自在自在O2量為量為8.0260.50.04 m3，其質量為，其質量為0.0432/22.4=0.057kg. 6-1-2-5 編制物料平衡表 收入收入 支出支出項目項目重量重量kg項目項目重量重量kg鐵水鐵水100.0084.44鋼水鋼水90.38476.14石灰石灰5.614.74爐渣爐渣13.9011.71螢石螢石0.40.34爐氣爐氣10.719.02白云石白云石3.002.53煙塵煙塵1.601.34爐襯爐襯0.5

15、0.42噴濺噴濺1. 000.84氧氣氧氣7.38246.61金屬鐵珠金屬鐵珠1.1120.94氮氣氮氣0.1170.10礦石礦石1.000.84合計合計118.451100.00合計合計118.706100.00表表615 物料平衡表物料平衡表%266. 0100支出支出收入誤差熱平衡熱平衡6-1-3 熱平衡計算熱平衡計算熱收入項熱收入項鐵水物理熱鐵水物理熱氧化和成渣熱氧化和成渣熱煙塵氧化熱煙塵氧化熱爐襯碳氧化放熱爐襯碳氧化放熱鋼水、爐渣物理熱鋼水、爐渣物理熱礦石分解熱礦石分解熱煙塵、爐氣物理熱煙塵、爐氣物理熱金屬鐵珠物理熱金屬鐵珠物理熱廢鋼廢鋼噴濺、吹煉過程噴濺、吹煉過程熱支出項熱支出項6

16、-1-3-1 熱收入項熱收入項 A 鐵水物理熱鐵水物理熱 鐵水凝固點鐵水凝固點Tf15391004.2480.8550.58300.15250.0377=1093 鐵水物理熱鐵水物理熱1000.744109325217.4860.83680-1093=114343.76kJ B 金屬中各元素氧化放熱和成渣熱 元素 氧化產物 氧化量/kg 熱效應值kJ Si SiO2 0.475 0.475 2917759.075 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

17、. 0.189232554.6 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 合計 92353.8 C 煙塵氧化放熱煙塵氧化放熱KJ13.53466670160112%206 . 1)40207256%776 . 1 ( D 爐襯中碳氧化放熱KJ2 .332)34420%1010940%90(%55 . 0熱量總收入熱量總收入114343.7692353.85346.133

18、32.2212375.9kJE 熱量總收入熱量總收入6-1-3-2 熱支出項熱支出項A 鋼水物理熱鋼水物理熱鋼水熔點計算鋼水熔點計算Tf=1539650.14 +50.17+300.015+250.0247=1521出鋼溫度出鋼溫度T152130057401648鋼水物理熱鋼水物理熱90.3840.699152125+271.960.836816481521=128701.2KJB 爐渣物理熱爐渣物理熱計算取終點熔渣溫度與終點鋼水溫度一樣。計算取終點熔渣溫度與終點鋼水溫度一樣。熔渣物理熱熔渣物理熱13.901247164825+209.231039.8KJ C 礦石分解吸熱KJ9 .4013)

19、20.2096670160112%8 .6140207256%4 .29(1D 煙塵物理熱煙塵物理熱煙塵熱煙塵熱1.61.0145025+209.20=2614.7KJE爐氣物理熱爐氣平均溫度假定為爐氣物理熱爐氣平均溫度假定為145010.711.145025=17337.3KJ F 渣中金屬鐵珠帶走熱渣中金屬鐵珠帶走熱金屬鐵珠帶走物理熱金屬鐵珠帶走物理熱1.120.744152125+217.468+0.836816481521=1609.2KJG噴濺金屬帶走熱噴濺金屬帶走熱噴濺金屬帶走熱噴濺金屬帶走熱10.744152125+217.468+0.836816481521=1423.9KJH

20、 吹煉過程熱損失吹煉過程熱損失 普通為熱量總收入的普通為熱量總收入的38，本例取熱損失為，本例取熱損失為5。所以冶煉過程熱。所以冶煉過程熱損失為：損失為： 吹煉過程熱損失吹煉過程熱損失212375.9510618.8KJI 廢鋼耗熱廢鋼耗熱 總的熱收入減去以上熱支出，得到的富余熱量用參與廢鋼來總的熱收入減去以上熱支出，得到的富余熱量用參與廢鋼來調理。調理。富余熱量富余熱量212375.9128701.231039.84013.92614.717337.31609.21423.910618.815017.1KJ 1kg廢鋼熔化耗熱廢鋼熔化耗熱10.699152125+271.96+0.83681

21、6481521=1432.9KJ廢鋼參與量廢鋼參與量15017.1/1432.910.5kg6-1-3-3 編制熱平衡表表編制熱平衡表表616 熱收入熱收入 熱支出熱支出 項目項目熱量熱量/KJ（%） 項目項目熱量熱量/KJ（%）鐵水物理熱鐵水物理熱元素放熱和成渣熱元素放熱和成渣熱114343.7692353.853.8443.73鋼水物理熱鋼水物理熱爐渣物理熱爐渣物理熱礦石分解熱礦石分解熱煙塵帶走熱煙塵帶走熱爐氣物理熱爐氣物理熱鐵珠物理熱鐵珠物理熱噴濺帶走熱噴濺帶走熱吹煉過程熱損吹煉過程熱損廢鋼熔化熱廢鋼熔化熱128701.231039.84013.92614.717337.31609.21

22、423.910618.815017.160.6014.621.891.238.160.760.675.007.07其中：其中： CSiMnPFeSiO2P2O554480.824066.92878.22554.63363.73767.41242.225.6511.331.361.201.581.770.58煙塵氧化熱煙塵氧化熱爐襯爐襯C放熱放熱5346.1332.22.521.980.16共計共計212375.910000共計共計212375.910000表表616 熱平衡表熱平衡表無效熱有效熱有效熱熱效率56.69100 收入收入 支出支出項目項目重量重量kg項目項目重量重量kg鐵水鐵水99

23、1.277.54鋼水鋼水100078.08廢鋼廢鋼104.28.15爐渣爐渣137.1810.76石灰石灰55.64.35爐氣爐氣106.168.29白云石白云石29.72.32煙塵煙塵15.861.24礦石礦石9.90.77噴濺噴濺9.910.77螢石螢石3.960.310.31金屬鐵珠金屬鐵珠11.020.86氧氣氧氣77.556.07氮氣氮氣1.160.09爐襯爐襯4.960.39合計合計1278.23100.00合計合計1280.73100.00表表617 噸鋼物料平衡表噸鋼物料平衡表6-2 轉爐消費過程物料平衡與熱平衡計算轉爐消費過程物料平衡與熱平衡計算6-2-1 測定數(shù)據(jù)測定數(shù)據(jù)1

24、原資料數(shù)據(jù)原資料數(shù)據(jù) 鐵水成分，造渣料及爐襯成分如表鐵水成分，造渣料及爐襯成分如表618。 原料原料CaOMgOSiO2Al2O3TFePFe2O3S燒減燒減活性石灰活性石灰冶金石灰冶金石灰輕燒白云輕燒白云綜合礦石綜合礦石焦白磚焦白磚鎂碳磚鎂碳磚88.0479.01 47.33 0.46 47.0 0.98 0.421.13 30.08 0.60 34.0 6468 0.90 3.63 4.44 10.32 4.80 4.200.100.42 3.44 1.86 44.67 0.04 18.60.244 0.244 4.10 2.76 1.300.001 0.2 0.1749.20 16.66

25、 14.09 7.99表表618 渣料及爐襯成分渣料及爐襯成分w2鐵水兌入時帶入的渣量鐵水兌入時帶入的渣量24Kg/t，鐵渣溫度，鐵渣溫度1330。3鋼程度均溫度鋼程度均溫度1664，鋼渣溫度平均，鋼渣溫度平均1664。 4冷卻水流量與溫度差。頂吹轉爐氧槍冷卻水冷卻水流量與溫度差。頂吹轉爐氧槍冷卻水流量流量113m3/h，水溫差，水溫差14，復吹轉爐氧槍冷卻，復吹轉爐氧槍冷卻水流量水流量116m3/h，水溫差，水溫差14.5。 5煙氣量及煙塵量測定煙氣量及煙塵量測定 煙氣量煙氣量81.53m3/t，煙氣含塵量煙氣含塵量0.169Kg/m3，那么煙塵量為，那么煙塵量為81.530.169=13.

26、78Kg/t。 6爐體各部分外表溫度測定爐體各部分外表溫度測定 爐帽爐帽310，爐，爐身身286，熔池，熔池256，爐底，爐底263。 7爐氣溫度和成分爐氣溫度和成分 爐氣溫度，頂吹轉爐為爐氣溫度，頂吹轉爐為1467，復吹轉爐為，復吹轉爐為1427，爐氣成分變化見表，爐氣成分變化見表619。a：開吹時間：開吹時間/minCO2COO2H2N3b：開吹時間：開吹時間/minCOCO2O2H2N31234567891011121314151624.422.419.818.016.314.413.311.310.09.17.97.47.07.38.410.030.049.860.967.271.47

27、4.779.080.983.183.482.480.477.473.368.061.64.34.11.62.000.21.70.90.40.22.21.20.44.33.73.20.80.73.90.42.2.774.80.11.04.338.719.414.09.67.06.01.88.48.910.620.421.92468101214161820222426.643.469.673.378.081.472.981.482.784.762.814.918.419.623.321.317.213.418.412.411.39.47.68.800.30.10.20.40.30.30.2000.

28、2044.034.44.94.23.33.71.24.14.14.728.474.41.01.81.11.01.11.11.30.90.90.90.90.9表表619 造料及爐襯成分造料及爐襯成分w6.2.2 測定結果計算測定結果計算收入收入 支出支出項目項目kg項目項目kg鐵水鐵水943.0074.14鋼水量鋼水量100077.8廢鋼廢鋼131.4910.24噴黏鋼噴黏鋼10.830.84廢鋼銹蝕物廢鋼銹蝕物0.660.04渣中鋼珠渣中鋼珠1.640.13鐵水渣鐵水渣4.090.40終渣量終渣量108.698.46冶金石灰冶金石灰14.241.11煙塵量煙塵量13.841.08活性石灰活性石

29、灰34.432.76噴黏渣噴黏渣13.231.03輕燒白云石輕燒白云石22.831.78爐氣量爐氣量126.049.81螢石螢石2.470.19誤差誤差11.110.84礦石礦石23.311.81爐襯爐襯3.930.31氧氣氧氣74.044.76氮氣氮氣0.330.03吸入空氣吸入空氣18.381.42合計合計1284.41100合計合計1284.41100表表620 噸鋼物料平衡表噸鋼物料平衡表 熱收入熱收入 熱支出熱支出項目項目KJ（%）項目項目熱量熱量/KJ（%）鐵水帶入熱鐵水帶入熱鐵渣帶入熱鐵渣帶入熱元素氧化放熱元素氧化放熱成渣反應熱成渣反應熱爐襯帶入熱爐襯帶入熱12270808307

30、.29887869.8642338.44719.4446.410.3840.891.940.27鋼水帶走熱鋼水帶走熱終渣鋼珠帶走熱終渣鋼珠帶走熱鋼渣帶走熱鋼渣帶走熱物料分解熱物料分解熱爐氣帶走熱爐氣帶走熱冷卻水帶走熱冷卻水帶走熱煙塵帶走熱煙塵帶走熱物料水分帶走熱物料水分帶走熱爐體散熱爐體散熱爐口輻射熱爐口輻射熱噴黏鋼帶走熱噴黏鋼帶走熱噴黏渣帶走熱噴黏渣帶走熱差值差值1421980.402328.14224122.2183707.20211620.3228914.4022409.2411820.8424643.0413064.0816327.3924080.7484471.4065.490.11

31、10.373.859.741.331.040.441.130.600.741.163.88共計共計217131410000共計共計2171314.010000表表621 頂吹轉爐熱平衡表頂吹轉爐熱平衡表1鋼鐵料耗費。頂吹轉爐多耗鋼鐵料耗費。頂吹轉爐多耗14.97 kg/t，主要是鐵水耗，主要是鐵水耗費多。費多。2 噴濺鐵損。復吹轉爐吹煉平穩(wěn)，噴濺少，因此使鐵損噴濺鐵損。復吹轉爐吹煉平穩(wěn)，噴濺少，因此使鐵損降低降低9.84 kg/t3氧氣耗費。頂吹轉爐氧耗氧氣耗費。頂吹轉爐氧耗74.04 kg/t，復吹轉爐為，復吹轉爐為71.79 kg/t，頂吹轉爐多耗氧，頂吹轉爐多耗氧2.24 kg/t，相當于，相當于1.474m3/t。4造料。頂吹轉爐參與的渣料和熔劑總量為造料。頂吹轉爐參與的渣料和熔劑總量為103.48 kg/t，復吹轉爐為復吹轉爐為100.94 kg/t。頂吹轉爐多生成渣。頂吹轉爐多生成渣12.72 kg/t。分。分析其緣由，主要是渣中析其緣由，主要是渣中FeO增高和爐