炼钢课程设计讲稿-第二章

1炼钢厂设计原理第2章氧气转炉物料平衡与热平衡计算2–收入项：开吹前首先要向炉内加入钢铁料：铁水和废钢，然后降枪吹氧，同时加入造渣料：石灰、萤石、白云石、铁皮或矿石等，以及吹炼过程中炉衬要受到侵蚀而剥落下来进入炉内。–支出项：开吹后首先从炉口冒出炉气，炉气中夹带着烟尘，吹炼过程中要产生一些喷溅，并且要产生炉渣，炉渣中夹带着铁珠，最后得到钢水。还有其它一些支出物。3通过以上分析，可以给转炉物料平衡和热平衡下个定义：所谓物料平衡就是计算在炼钢过程中加入炉内并参与炼钢过程的全部物料和炼钢过程产生物之间的平衡关系。它是物质不灭定律在炼钢过程中的具体应用。所谓热平衡就是计算在炼钢过程中热量的收入与支出之间的平衡关系。它是能量守恒定律在炼钢过程中的具体应用。进行物料平衡与热平衡计算有什么意义呢？在进行炼钢设计和组织炼钢生产过程中，经常向我们提出一些“量”的问题需要我们来回答：4CSi、Mn、P、S、Fe炉气炉渣钢水铁水矿石CO90%CO210%炉气炉渣炉渣炉渣炉气H2OSiO2等Fe2O3钢水莹石炉气炉渣H2OCaF等炉衬炉气CCaO等炉渣白云石炉气烧减CaO等炉渣石灰炉气烧减CaO等计算渣中FeO10%Fe2O35%总炉渣烟尘含铁量自由氧、N2总炉气总钢水氧气氧气氧气氧气氧气氧气渣中铁珠量喷溅铁量氧气100kg1kg0.5kg0.5kg3kg根据碱度计算1.6kg1kg渣量8%52.1原始数据表2－1铁水成分及温度成分CSiMnPS温度，℃%4.2500.8500.5800.1500.0371250表2－3冶炼钢种Q235成分成分CSiMnPS%≤0.17≤0.300.35～0.80≦0.035≦0.0356种类成分％表2－2原材料成分石灰矿石萤石白云石炉衬CaO91.081.0030.8454.00SiO21.665.616.000.462.05MgO1.540.520.5820.1637.75Al2O31.221.100.780.741.00S0.060.070.09P0.55CaF290.00FeO29.40Fe2O361.80烧减4.4447.80H2O0.502.00C5.00100.00100.00100.00100.00100.007项目固态平均比热KJ/kg•度熔化潜热KJ/kg液态或气态平均比热KJ/kg•度生铁0.7452180.837钢0.6992720.837炉渣2091.248炉气1.137烟尘0.996209矿石1.046209表2－4平均比热8反应元素氧化放热KJ/KmolKJ/kg元素元素C+1/2O2=CO131365.010949.1CC+O2=CO2414481.734521.0CSi+O2＝SiO2795023.628314.0Si2P+5/2O2=P2O51172078.618922.6PMn+1/2O2＝MnO384959.07020.3MnFe+1/2O2＝FeO266635.05021.2Fe2Fe+3/2O2＝Fe2O3822156.07340.7Fe2CaO+SiO2=2CaO•SiO2124600.42071.1SiO24CaO+P2O5=4CaO•P2O5690414.95020.8P2O5表2－5铁水中元素氧化放热（6）反应热效应（25℃）91)渣中铁珠量为渣量的8％；2)金属中碳的氧化，其中90％的碳氧化成CO，10％的碳氧化成CO2；3)喷溅铁损为铁水量的1％；4)炉气和烟尘量，取炉气平均温度1450℃。炉气中自由氧含量为0.5％。烟尘量为铁水量的1.6％，其中FeO=77%,Fe2O3=20%;5)炉衬侵蚀量为铁水量的0.5％；6)氧气成分，98.5％O2、1.5％N2。（7）根据国内同类转炉的实测数据选取；10根据铁水成分、原材料质量以及冶炼钢种，采用单渣不留渣操作。为了简化计算，以100kg铁水为计算基础。2.2物料平衡计算（1）炉渣量及成分计算–炉渣来自金属中元素的氧化产物、造渣剂及炉衬侵蚀等。111)铁水中各元素氧化量表2－6铁水中各元素氧化量成分％项目CSiMnPS铁水4.2500.8500.5800.1500.037终点钢水0.150痕迹0.1700.0150.025氧化量4.1000.8500.4100.1350.012*终点钢水成分是根据国内同类转炉冶炼Q235钢种的实际数据选取，其中：[Si]：在碱性氧气转炉炼钢法中，铁水中的硅几乎全部被氧化，随同加入的其它材料而带入的SiO2一起进入炉渣中，所以终点钢水硅的含量为痕迹。[P]：采用低磷铁水操作，炉料中磷约85～95%进入炉渣，本计算采用低磷铁水操作，取铁水中磷的90%进入炉渣，10%留在钢中。[Mn]：终点钢水余锰含量，一般为铁水中锰的含量30～40％，取30％。[S]：去硫率，一般为30～50％的范围，取33％。[C]：终点钢水含碳量，根据冶炼钢种的含碳量和预估计脱氧剂等增碳量之差，则为终点含碳量。本计算取0.15%。12元素反应极其产物元素氧化量kg耗氧量kg氧化产物量kg备注C[C]+1/2{O2}={CO}4.100×90%=3.6903.690×16/12=4.9203.690×28/12=8.610C[C]+{O2}={CO2}4.100×10%=0.4100.410×32/12=1.0950.410×44/12=1.503Si[Si]+{O2}=(SiO2)0.8500.850×32/28=0.9710.850×60/28=1.821Mn[Mn]+1/2{O2}=(MnO)0.4100.41×16/55=0.1190.41×71/55=0.529P2P+5/2{O2}=(P2O5)0.1350.135×80/62=0.1740.135×142/62=0.309S[S]+{O2}={SO2}0.012×1/3=0.0040.004×32/32=0.0040.004×64/32=0.008S[S]+(CaO)=(CaS)+[O]0.012×2/3=0.0080.008×(-16/32)=-0.004产生氧量0.008×72/32=0.018产生(CaS)-0.004表示还原出氧量。耗CaO量0008×56/32=0.014Fe[Fe]+1/2{O2}=(FeO)1.055([Fe]量后面才能计算)1.055×16/55=0.3071.356由渣量计算10%见表2-13Fe2[Fe]+3/2{O2}=(Fe2O3)0.475(同上）0475×48/112=0.2030.678由渣量计算5%见表2-13共计7.0377.787表2－7铁水中各元素氧化产物量13矿石加入量为1.00/100Kg铁水，其成分及重量见表2－8。2）矿石加入量及成分成分重量kg备注Fe2O31.00×61.80％＝0.618不进入渣中FeO1.00×29.40％＝0.294不进入渣中SiO21.00×5.61％＝0.056Al2O31.00×1.10％＝0.011CaO1.00×1.00％＝0.010MgO1.00×0.50％＝0.005S*1.00×0.07％＝0.0007S以[S]+[CaO]=[CaS]+[O]的形式反应,其中生成CaS量为0.001×72/32＝0.002消耗CaO量为0.001×56/32＝0.002kgH2O1.00×0.50％＝0.005进入烟气共计1.000表2－8矿石加入量及其成分14萤石加入量为0.5/100kg铁水，其成分及重量3）萤石加入量及成分成分重量，kg成分重量，kgCaF20.5×90.00％＝0.45P*0.5×0.55％＝0.0028SiO20.5×6.00％＝0.030S**0.5×0.09％＝0.0004Al2O30.5×1.78％＝0.0089H2O0.5×2.00％＝0.010MgO0.5×0.58％＝0.0029共计0.500–*P以2[P]+5/2{O2}=(P2O5)的形式进行反应，其中生成P2O5量为0.0028×142/62=0.007kg。–消耗氧气量为0.0028×80/62＝0.004kg–**S微量，忽略之。表2－9萤石加入量及成分15炉衬被侵蚀量为0.50kg/100kg铁水，其成分及重量见表2-94）炉衬被侵蚀重量及成分成分重量kg成分重量kgCaO0.50×54.00％＝0.270Al2O30.50×1.00％＝0.005MgO0.50×37.95％＝0.190C*0.50×5.00％＝0.025SiO20.50×2.05％＝0.010共计0.500–*被侵蚀的炉衬中碳的氧化，同金属中碳氧化成CO、CO2的比例数相同，即：–C→CO0.025×90%×28/12＝0.053kg–C→CO20.025×10%×42/12＝0.009kg–其氧气消耗量：0.053×42/12＝0.030kg0.053×16/28＝0.007kg共消耗氧气量为0.030+0.007＝0.037kg表2－10炉衬被侵蚀重量及成分16–为了提高转炉炉衬寿命，采用白云石造渣剂，其主要目的是提高炉渣中的MgO含量，降低炉渣对炉衬的侵蚀能力。若使渣中MgO含量在6.00～8.00％的范围之内，其效果显著。经试算后取生白云石加入量为3.00Kg/100Kg铁水，其成分及重量5）生白云石加入量及成分成分重量kg成分重量kgCaO3.00×30.84％＝0.925SiO23.00×0.46％＝0.014MgO3.00×20.16％＝0.605烧减*3.00×47.80％＝1.434Al2O33.00×0.74％＝0.022共计3.000*烧减是指生白云石（MgCO3•CaCO3）分解后而产生的气体。176）石灰加入量5.3i%aR2OSOC％渣中渣中石灰有效石灰石灰石灰加入量渣中渣中石灰有效石灰加入量％）（）（％][][%]SiO%R%[X][][%][%XR222SiOCaOCaOSiOCaOCaO取转炉终渣碱度石灰石灰渣中渣中石灰加入量％22i%aaiOXOSROCOCSR18）（2iOS量＝铁水中Si氧化成SiO2量1.821+炉衬带入的SiO2量0.010+矿石带入的SiO2量0.056+萤石带入的SiO2量0.030+白云石带入的SiO2量0.014＝1.821+0.010+0.056+0.030+0.014＝1.931kg量＝白云石带入的CaO量0.925+炉衬带入的CaO量0.270+矿石带入的CaO量0.010-铁水中S成渣耗CaO量0.014-矿石中S成渣耗CaO量0.002＝0.925+0.270+0.010-0.014-0.002＝1.189kgCaO19kg52.6%66.15.3%08.91189.1931.15.3i%aaiOX22石灰石灰渣中渣中石灰加入量％OSROCOCSR成分重量kg成分重量kgCaO6.52×91.08％＝5.940S*6.52×0.06％＝0.004SiO26.52×1.66％＝0.108烧减**6.52×4.44％＝0.289MgO6.52×1.54％＝0.100共计6.520Al2O36.52×1.22％＝0.0795表2－12石灰成分及重量*S以[S]+(CaO)=(CaS)+[O]的形式反应，其中生成（CaS）量为0.004×72/32=0.009(kg)生成氧量为0.004×16/32=0.002(kg)消耗（CaO）量为0.004×56/32=0.007(kg)**烧减指未烧透的CaCO3经受热分解后产生的CO2气体重量20对于低磷铁水，参照国内同类转炉有关数据，取冶炼BD3钢的终渣7)终点氧化铁的确定%15eOF(Fe2O3）=5%,(FeO)=10%31FeOOFe32）（）（上面铁水、矿石、炉衬、萤石、白云石和石灰所形成的炉渣成分有：（CaO+MgO+SiO2+P2O5+MnO+Al2O3+CaF2+CaS）重量为：21成分铁水氧化量Kg石灰Kg矿石Kg生白云石Kg炉衬Kg萤石Kg共计Kg％CaO5.