20CrMnTi物料与热平衡计算

元素CSi标准成分/%0.17～0.240.20～0.40控制成分/%0.20.3名称CSi碳素废钢0.180.25炼钢生铁4.20.8FeMn6.60.5FeSi73FeCr4.350.4FeTi4.8Al焦炭/碳粉81.5电极99名称CaOSiO2石灰882.5萤石0.35.5铁矿石1.35.75火砖块0.5560.8高铝砖1.256.4镁砖4.13.65焦炭灰分4.449.7电极灰分8.957.8C废钢850.153生铁150.63焦炭0.1910.11674875合计100.1910.89974875项目名称元素CSiMnPFe表一：20CrMnTi的化学成分和控制成分(％)表二：原材料成分（%）表2-7净耗氧量(以O为状态）的计算耗氧项炉料中元素的氧化小计名称用量/kg配料成分/kg考虑到碳烧损率为25%，所以标记处C配入量为：0.1555665*（1-25%）=0.11674875表2-6炉料配入量带入O2带入N2带入O21.286626980.0129962320.76415569Si0.282625Mn0.362375P0.024975Fe0.3929630.0750.20.1910.312COCO2炉料中C的氧化0.4408768880.296917088焦炭带入0.0635632080.042807875电极带入0.490.33矿石带入石灰带入0.093氧气带入空气带入项目气态产物/kg表2-10炉气量计算为了提前造渣脱磷，先加入一部分石灰（20kg/t（金属料））和矿石（10kg/t（金属料））（4）确定金属量：金属量Qi=金属炉料重＋矿石带入的铁量－炉料中C、Si、Mn、P和Fe的烧损量＋焦炭配入的碳量=100+1×89.77%×112/160-2.905+0.1167=97.840kg。（5）确定炉气量：炉气来源于炉料以及焦炭和电极中碳的氧化产物CO和CO2，氧气和空气带入的N2，物料中的H2O及其反应产物，游离O2及其反应产物，石灰的烧减（CO2），焦炭的挥发分。计算结果列于表2-10。石灰合计质量分数表2-9熔化期炉渣量的确定炉料中元素的氧化炉顶炉衬焦炭电极1.2996232123.322416043表2-8氧气与空气实际消耗量77/23为空气中N2与O2的质量比,假设空气中氧的利用率为100%（3）确定炉渣量：炉渣源于炉料中Si、Mn、P、Fe等元素的氧化产物，炉顶和炉衬的蚀损，焦炭和电极的灰分，以及加入的各种熔剂。结果见表2-9。名称消耗量/kg矿石氧气/kg空气/kg　合计净耗氧量①令铁烧损率为2％，其中80％生成Fe2O3挥发掉成为烟尘的一部分；20％成渣。在20％这中，按3:1的比例分别生成(FeO)和(Fe2O3)。耗氧项焦炭中碳的氧化C电极中碳的氧化C合计供氧项Fe2O3S游离O2参与反应:CO+1/2O2=CO2-0.2251597220.35382242H2O参与反应：H2O+CO=H2+CO2-0.140.22合计0.6292803741.336547382质量分数/%13.84%29.39%项目质量/kg百分比废钢8578.42%生铁1513.84%焦炭0.1910.18%电极0.30.28%矿石10.92%石灰21.85%炉顶0.0750.07%炉衬0.20.18%氧气1.2996232121.20%空气3.3224160433.07%合计108.3880393100.00%炉料中元素的Si0.049875氧化或烧损Mn0.1115P0.0296925Fe0.214695335S0.00830250.0530.150.12.40410.5炉顶蚀损量注：计算误差=（108.388-108.802）/108.388×100%=-0.382%第二步：氧化期计算。引起氧化期物料波动的因素有：扒除熔化渣，造新渣；金属中元素的进一步氧化；炉顶、炉衬的蚀损和电极的蚀损。（1）确定渣量：1）留渣量。为了有利去磷，要进行换渣，即通常除去70%左右熔化渣，而进入氧化期只留下30%的渣。其组成见表2-12。2）金属中元素的氧化产物。根据表2-3给出的值可以计算产物量，详见表2-12。3）炉顶、炉衬的蚀损和电极的烧损量。根据表2-5的假定进行计算，其结果一并列入表2-12。4）造新渣时加入石灰、矿石和火砖块带入的渣量，见表2-12。（2）确定金属量：根据熔化期的金属量以及表2-12中的元素烧损量和矿石还原出来的铁量，即可得氧化末期的金属量为97.840-0.050-0.112-0.030-0.215-0.008+0.628=98.053kg。（6）确定铁的挥发量：由表2-7中的设定，铁的挥发量为98.241×2%×80%=1.572kg。上述（3）+（4）+（5）+（6）便是熔化期的物料支出量。挥发产物为Fe2O3，质量为98.241×2%×80%×160/112=2.246kg收入表2-11熔化期物料平衡表电极烧损量石灰带入矿石带入火砖块带入名称消耗量/kg合计质量分数/％表2-12氧化期渣量的确定炉衬蚀损量留渣=4.843*0.3=1.453kg空气中水含量为28mg/m³，空气的密度为1.239kg/m³名称元素烧损量/kgSi0.049875Mn0.1115P0.0296925合计矿石供氧Fe2O30.898石灰中S还原CaOS0.0014424金属中S还原CaO供氧S0.0083025合计净耗氧量带入O2带入N2带入O20.5304380010.005357960.424350401COCO2金属中C的氧化0.822970190.55424523电极带入0.1620.109矿石带入石灰带入0.112氧气带入空气带入游离O2反应:CO+1/2O2=CO2-0.092826650.14587045H2O反应：H2O+CO=H2+CO2-0.0482222220.075777778合计0.8439213180.996893458质量分数/%25.81%30.48%项目质量/kg%废钢8573.93%生铁1513.05%焦炭0.1910.17%电极0.40.35%矿石21.74%石灰4.4043.83%火砖块0.50.43%炉顶0.1280.11%表2-14氧气和空气实际消耗量电极中碳的氧化C0.099表2-13净耗氧量的计算（3）确定炉气量：计算方法如同熔化期。先求净耗氧量（表2-13），再确定氧气与空气消耗量（表2-14），最后将各种物料或化学反应带入的气态产物归类，而得其结果（表2-15）。具体算法参照表2-10。金属中元素的氧化C0.5038593Fe0.214695335表2-16熔化期和氧化期综合物料平衡表项目气态氧化物/kg表2-15炉气量收入氧气/kg空气/kg0.5357959611.845001742炉衬0.350.30%氧气1.8354191731.60%空气5.1674177864.49%合计114.975837100.00%CSiMn0.14%00.16%表2-18还原期造渣的确定0.258207960.0230.15石灰/kg1.96萤石/kg0.653火砖块/kg0.327Al块（预脱氧）/kg0.059C粉/kg0.245FeSi粉0.49Al块（终脱氧）/kg0.0490.008FeMn/kg1.19FeCr/kg1.744FeTi/kg0.49FeSi/kg0.164名称元素烧损量/kg电极中碳的氧化C0.099C粉中碳的氧化C0.18FeSi粉中Si0.17885Si、Al的氧化Al0.012Al块的氧化Al0.087FeMn中Mn的烧损Mn0.032FeCr中Cr的烧损Cr0.047FeTi中Ti的烧损Ti0.059FeSi中Si0.005合金剂合计质量分数/％表2-19净耗氧量计算残渣量/kg炉顶蚀损/kg炉衬蚀损/kg造渣剂脱氧剂脱硫:[CaO]+[FeS]═(CaS)+(FeO)小计其他反应(FeO)+C═[Fe]+{CO}(Fe2O3)+3C═2[Fe]+3{CO}2(FeO)+Si═2[Fe]+(SiO2)2(Fe2O3)+3Si═4[Fe]+3(SiO2)2(P2O5)+5Si═4[P]+5(SiO2)2(CaF2)+(SiO2)═2(CaO)+{SiF4}第三步：还原期计算。名称注：计算误差=(114.976-115.531)/114.976=-0.483%表2-17氧化期末金属成分Si、Al的烧损Al0.002石灰中S还原CaOS0.001金属中S还原CaO供氧S0.008合计净耗氧量表2-20空气消耗量及其带入的水分空气供O2量/kg随O2带入的N2量/kg0.7372.467COCO2C粉带入0.393166667电极带入0.231石灰带入0.091萤石带入空气带入H2O+CO=H2+CO2-0.0715202440.1123889562(CaF2)+(SiO2)═2(CaO)+{SiF4}合计0.4811261780.203388956质量分数/%13.93%5.89%CSi还原初期金属带入0.1372742C粉带入0.0199675FeSi粉带入0.179FeMn带入0.0790.006FeCr带入0.0760.007FeTi带入00.024FeSi带入0.115Al带入渣中(FeO)和(Fe2O3)被C、Si还原带入Fe渣中(P2O5)被Si还原带入P金属(CaO)+[FeS]═(CaS)+(FeO)总计0.31224170.331质量分数/％0.31%0.32%项目质量/kg%金属液98.05389.83%炉渣0.258207960.24%表2-23还原期物料平衡表项目钢水成分/kg表2-22钢水量及其成分表2-21炉气量收入空气消耗量=3.204kg空气带入的水分=0.031kg项目气态氧化物/kg石灰1.961.80%萤石0.6530.60%火砖块0.3270.30%Al块0.1080.10%C粉0.2450.22%FeSi0.6540.60%FeMn1.191.09%FeCr1.7441.60%FeTi0.490.45%电极0.10.09%炉顶0.0230.02%炉衬0.150.14%空气3.2042.94%合计109.159208100.00%项目质量/kg%废钢8567.23%生铁1511.86%石灰6.3645.03%萤石0.6530.52%火砖块0.8270.65%矿石21.58%焦炭0.4360.34%炉顶0.1510.12%炉衬0.50.40%氧气1.8354191731.45%空气8.971417187.10%电极0.50.40%Al0.1080.09%FeMn1.190.94%FeCr1.7441.38%FeTi0.490.39%FeSi0.6540.52%合计126.4238364100.00%铁水①废钢温度(℃)125025物料名称生铁钢固态平均热容(kJ/kg·K)0.7450.699收入将表2-16和表2-23归并合并，即得总物料平衡表2-24。表2-24总物料平衡表注：计算误差=（109.159-109.257）/109.159×100%=0.089706%注：计算误差=（126.424-126.805）/126.424×100%=-0.301%名称入炉物料热平衡计算表2-25入炉物料及产物的温度设定值表2-26物料平均热容熔化潜热(kJ/kg)218272液态或气态平均热容(kJ/kg·K)0.8370.837ΔH(kJ/kmol)C[C]+1/2{O2}═{CO}氧化反应-139420C[C]+{O2}═{CO2}氧化反应-418072Si[Si]+{O2}═(SiO2)氧化反应-817682Mn[Mn]+1/2{O2}═(MnO)氧化反应-361740P2[P]+5/2{O2}═(P2O5)氧化反应-1176563Fe[Fe]+1/2{O2}═(FeO)氧化反应-238229Fe2[Fe]+3/2{O2}═(Fe2O3)氧化反应-722432SiO2(SiO2)+2(CaO