物料平衡和热平衡.pptx

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1、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第1页/共37页前言 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。第2页/共37页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

2、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。第3页/共37页计算的方案 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 第4页/共37页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 原料原料CSiMnPS温度温度/铁水铁水废钢废钢4.240

3、0.180.840.200.580.420.150 0.0220.0370.024125025表6-1 铁水废钢成分（w/%）第5页/共37页 表62 渣料和炉衬材料成分（w/%）种种类类CaOSiO2MgOAl2O3SPCaF2FeOFe2O3烧减烧减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6页/共37页项目项目固态平均质量固

4、态平均质量热容热容kJ（kgC）-1熔化潜热熔化潜热kJKg-1液态或气态平均质量液态或气态平均质量热容热容kJ（kgC）-1生铁生铁0.744217.4680.8368钢钢0.699271.960.8368炉渣炉渣209.201.247炉气炉气1.136烟尘烟尘1.000209.200.996矿石矿石1.046209.20表63 各材料的比热容第7页/共37页表64 炼钢温度下的反应热效应 反应式反应式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

5、（液）（液）283142P+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8页/共37页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（

6、体积比）。（7）氧气成分：98.5氧气，1.5氮气。6-1-1-3 冶炼钢种 化学成分化学成分 w/%CSiMnPS0.140.220.120.300.400.650.0450.040表65 Q235B的规格成分 第9页/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 物料平衡计算第10页/共37页6-1-2-16-1-2-1炉渣量炉渣量及成分计算及成分计算元素氧化量元素氧化量（表（表6 66 6）各元

7、素耗氧量各元素耗氧量及氧化产物量及氧化产物量（表（表6 67 7）各渣料各渣料成分计算成分计算 矿石萤石白云石石灰炉渣浸蚀量渣中铁氧化物终渣第11页/共37页项目项目CSiMnPS铁水铁水4.240.850.580.1500.037钢水钢水0.1400.170.0150.025氧化量氧化量4.100.850.410.1350.012表66各元素的氧化量（w/%）A 元素氧化量（表66）第12页/共37页 B 各元素耗氧量及氧化产物量（表67）元素元素反应及产物反应及产物氧化量氧化量Kg耗氧量，耗氧量，Kg氧化产物量，氧化产物量，KgSiSi+O2=SiO20.850.9721.82Mn Mn+

8、1/2O2=MnO 0.410.1190.529CC+1/2O2=CO4.10903.694.828.61CC+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合计合计5.1256.33511.471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

9、分反算的。第13页/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GG石灰加入量F F渣中的铁氧化物第14页/共37页成分成分氧化产物氧化产物kg石灰石灰kg矿石矿石kg白云石白云石kg萤石萤石kg炉衬炉衬kg合计合计%CaOMgOSiO2P2O5MnOAl2O3CaF2CaSFeOFe2O31.820.3090.529 0.0181.0960.0475.050.110.110.080.0070.010.0040.0460.0110

10、0.0020.2940.6181.650.990.090.090.030.0020.0240.0040.0070.3460.270.190.010.0046.981.302.110.3140.5290.2030.3460.0271.390.69540.209.3414.182.263.801.462.460.1910.004.00合计合计13.90100.00表613 炉渣的重量及成分第15页/共37页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

11、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第16页/共37页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：COCO2SO

12、2H2ON2和7.986 m36-1-2-4 炉气成分和数量计算第17页/共37页 成分成分重量重量/kg体积体积/m3体积分数体积分数/%CO8.61+0.0536.9386.34CO21.503*0.19+0.009+0.150.94311.74SO20.0080.0030.04H2O0.005+0.0080.0160.20O20.0570.0941.17N20.01170.040.40合计合计10.71 8.026 100.00 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.

13、057kg.第18页/共37页 6-1-2-5 编制物料平衡表 收入收入 支出支出项目项目重量重量kg项目项目重量重量kg铁水铁水100.0084.44钢水钢水90.38476.14石灰石灰5.614.74炉渣炉渣13.9011.71萤石萤石0.40.34炉气炉气10.719.02白云石白云石3.002.53烟尘烟尘1.601.34炉衬炉衬0.50.42喷溅喷溅1.000.84氧气氧气7.38246.61金属铁珠金属铁珠1.1120.94氮气氮气0.1170.10矿石矿石1.000.84合计合计118.451100.00合计合计118.706100.00表615 物料平衡表第19页/共37页热

14、平衡6-1-3 热平衡计算热收入项铁水物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、吹炼过程热支出项第20页/共37页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

15、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

16、 合计 92353.8 第21页/共37页C 烟尘氧化放热 D 炉衬中碳氧化放热热量总收入114343.7692353.85346.13332.2212375.9kJE 热量总收入第22页/共37页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）+209.23

17、1039.8KJ C 矿石分解吸热第23页/共37页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2

18、12375.9510618.8KJI 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第24页/共37页6-1-3-3 编制热平衡表（表616）热收入热收入 热支出热支出 项目项目热量热量/KJ（%）项目项目热量热量/KJ（%）铁水物理热铁水物理热元素放热和成渣热

19、元素放热和成渣热114343.7692353.853.8443.73钢水物理热钢水物理热炉渣物理热炉渣物理热矿石分解热矿石分解热烟尘带走热烟尘带走热炉气物理热炉气物理热铁珠物理热铁珠物理热喷溅带走热喷溅带走热吹炼过程热损吹炼过程热损废钢熔化热废钢熔化热128701.231039.84013.92614.717337.31609.21423.910618.815017.160.6014.621.891.238.160.760.675.007.07其中：其中：CSiMnPFeSiO2P2O554480.824066.92878.22554.63363.73767.41242.225.6511.33

20、1.361.201.581.770.58烟尘氧化热烟尘氧化热炉衬炉衬C放热放热5346.1332.22.521.980.16共计共计212375.910000共计共计212375.910000表616 热平衡表第25页/共37页 收入收入 支出支出项目项目重量重量kg项目项目重量重量kg铁水铁水991.277.54钢水钢水100078.08废钢废钢104.28.15炉渣炉渣137.1810.76石灰石灰55.64.35炉气炉气106.168.29白云石白云石29.72.32烟尘烟尘15.861.24矿石矿石9.90.77喷溅喷溅9.910.77萤石萤石3.960.31金属铁珠金属铁珠11.02

21、0.86氧气氧气77.556.07氮气氮气1.160.09炉衬炉衬4.960.39合计合计1278.23100.00合计合计1280.73100.00表617 吨钢物料平衡表第26页/共37页Company LogoCompany Logo6-2 转炉生产过程物料平衡与热平衡计算测定数据测定数据测定数据测定数据测定结果测定结果测定结果测定结果计算计算计算计算结果分析结果分析结果分析结果分析第27页/共37页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。原料原料CaOMgOSiO2Al2O3TFePFe2O3S烧减烧减活性石灰活性石灰冶金石灰冶金石灰轻烧白云轻烧白云

22、综合矿石综合矿石焦白砖焦白砖镁碳砖镁碳砖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 14.09 7.99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。第28页/共37页（4）冷却水流量与温度差。顶

23、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。第29页/共37页a：开吹时间：开吹时间/minCO2COO2H2N3b：开吹时间：开吹时间/minCOCO2O2H2N31234567891011121314151624.422.419

24、.818.016.314.413.311.310.09.17.97.47.07.38.410.030.049.860.967.271.474.779.080.983.183.482.480.477.473.368.061.64.34.11.62.000.21.70.90.40.22.21.20.44.33.73.20.80.73.90.42.74.80.11.04.338.719.414.09.67.06.01.88.48.910.620.421.92468101214161820222426.643.469.673.378.081.472.981.482.784.762.814.918.41

25、9.623.321.317.213.418.412.411.39.47.68.800.30.10.20.40.30.30.2000.2044.034.44.94.23.33.71.24.14.14.728.474.41.01.81.11.01.11.11.30.90.90.90.90.9表619 造料及炉衬成分（w）第30页/共37页6.2.2 测定结果计算收入收入 支出支出项目项目kg项目项目kg铁水铁水943.0074.14钢水量钢水量100077.8废钢废钢131.4910.24喷黏钢喷黏钢10.830.84废钢锈蚀物废钢锈蚀物0.660.04渣中钢珠渣中钢珠1.640.13铁水渣铁水渣

26、4.090.40终渣量终渣量108.698.46冶金石灰冶金石灰14.241.11烟尘量烟尘量13.841.08活性石灰活性石灰34.432.76喷黏渣喷黏渣13.231.03轻烧白云石轻烧白云石22.831.78炉气量炉气量126.049.81萤石萤石2.470.19误差误差11.110.84矿石矿石23.311.81炉衬炉衬3.930.31氧气氧气74.044.76氮气氮气0.330.03吸入空气吸入空气18.381.42合计合计1284.41100合计合计1284.41100表620 吨钢物料平衡表第31页/共37页 热收入热收入 热支出热支出项目项目KJ（%）项目项目热量热量/KJ（%

27、）铁水带入热铁水带入热铁渣带入热铁渣带入热元素氧化放热元素氧化放热成渣反应热成渣反应热炉衬带入热炉衬带入热12270808307.29887869.8642338.44719.4446.410.3840.891.940.27钢水带走热钢水带走热终渣钢珠带走热终渣钢珠带走热钢渣带走热钢渣带走热物料分解热物料分解热炉气带走热炉气带走热冷却水带走热冷却水带走热烟尘带走热烟尘带走热物料水分带走热物料水分带走热炉体散热炉体散热炉口辐射热炉口辐射热喷黏钢带走热喷黏钢带走热喷黏渣带走热喷黏渣带走热差值差值1421980.402328.14224122.2183707.20211620.3228914.402

28、2409.2411820.8424643.0413064.0816327.3924080.7484471.4065.490.1110.373.859.741.331.040.441.130.600.741.163.88共计共计217131410000共计共计2171314.010000表621 顶吹转炉热平衡表第32页/共37页（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.

29、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 第33页/共37页表622 复吹转炉物料平衡表 收入收入 支出支出项目项目kg项目项目kg铁水铁水938.0074.32钢水量钢水量100079.24废钢废钢130.6210.34喷黏钢喷黏钢0.980.08铁水渣铁水渣2.

30、060.16渣中钢珠渣中钢珠1.200.10冶金石灰冶金石灰34.332.8终渣量终渣量108.008.46活性石灰活性石灰17.871.42烟尘量烟尘量13.621.08轻烧白云石轻烧白云石22.431.78喷黏渣喷黏渣1.200.10萤石萤石4.470.34炉气量炉气量119.489.47矿石矿石18.791.49误差误差17.461.37炉衬炉衬2.890.23氧气氧气71.794.69氮气氮气0.280.02氩气氩气0.860.07吸入空气吸入空气16.641.32合计合计100合计合计1262.04100第34页/共37页 热收入热收入 热支出热支出项目项目KJ/t（%）项目项目热量

31、热量/KJ（%）铁水带入热铁水带入热铁渣带入热铁渣带入热元素氧化放热元素氧化放热成渣反应热成渣反应热炉衬带入热炉衬带入热1176331.73332.18819674.8944999.904204.8847.390.1639.992.240.21钢水带走热钢水带走热终渣钢珠带走热终渣钢珠带走热钢渣带走热钢渣带走热物料分解热物料分解热炉气带走热炉气带走热冷却水带走热冷却水带走热烟尘带走热烟尘带走热物料水分带走热物料水分带走热炉体散热炉体散热炉口辐射热炉口辐射热喷黏钢带走热喷黏钢带走热喷黏渣带走热喷黏渣带走热差值差值1424274.31689.92223209.4477444.88194744.6638204.1921444.3811118.9024282.8114802.091467.472248.4012478.8669.440.0810.893.789.401.861.040.441.190.710.070.110.62共计共计2049444.4310000共计共计2049444.4310000表623 复吹转炉热平衡表第35页/共37页Company LogoCompany Logo小结测定数据测定数据测定数据测定数据测定结果测定结果测定结果测定结果计算计算计算计算结果分析结果分析结果分析结果分析第36页/共37页谢谢您的观看！第37页/共37页