金属物料及热量平衡计算公式

表15 热平衡初算 热量收入 项目 铁水物理热 CO CO2 Si 元素氧化热 Mn P FeO Fe2O3 SiO2成渣热 FeO 烟尘氧化热 Fe2O3 合计 热量/kJ 118728.7 43464.195 14451.96 11670.8 1384.53 2582.928 7194.330872 0 2405.9754 2683.479556 1048.9416 205615.8404 富余热量 热量支出 项目 钢水物理热 炉渣物理热 炉气物理热 烟尘物理热 渣中金属铁珠物理热 喷溅金属物理热 轻烧白云石分解热 其它热损失
合计
207367.8874
100
以五月份数据为准 1690 温度/℃ 1300 25 装入量（kg） 100 0 0 0
金属料成分及温度 % P 0.08 0.08 S 0.035 0.035
表2 辅原料成分 ω /% Al2O3
CaS
Fe2O3
MnO
CaF2
烧减
4.0
Fe2O3 0
温度（℃） 1660
以五月份数据为准 1. 原始数据 1.1 金属成分及温度 成分 铁水 废钢 Fe—Si Mn—Si 1.2 辅原料成分 项目 石灰 白云石 萤石 镁球 炉衬 1.3 终点渣成分 项目 R 5 1.4 冶炼钢种 1.5 其它假设条件 表4 其它假定条件数据表 90% 8.50% 0.85% 1450 1.16% 0.07% 99.60% 1700 0 表5 钢、炉渣、炉气和矿石的平均质量热熔 熔化潜热 /kJ/kg 218 272 209 209 MgO 10 MnO 钢水目标温度/℃ 表1 金属料成分及温度 ω /% Mn 0.3 0.3 65 表2 辅原料成分 ω /% CaO 70.0 30.8 2.0 2.0 SiO2 4.0 5.0 3.5 0.9 表3 终点渣成分 ω /% FeO 14 冶炼钢种为20MnSi MgO 1.2 19.3 63.8 77.0
合计
4 物料平衡和热平衡终算 4.1 加入 1 4.1.1 对物料平衡的影响 石灰增加量(kg) 矿石带入渣量(kg) 矿石分解增加钢(kg)
kg矿石对物料平衡的影响 -0.111 1 0
补加石灰带入渣量(kg) 渣中金属铁珠增加(kg) 钢水增加量(kg) 矿石分解供氧(kg) 0 渣中铁氧化氧耗量(kg) 总氧气耗量减少(kg) 石灰烧减增加CO2(kg) 0 氧气减少带来氮气减少(kg) 表16 lkg矿石引起物料平衡变化 变化值/kg 变化值/kg 收入项目 支出项目 矿石 1 钢水 -0.200427003 石灰 -0.111 炉渣 1.03372093 氧气 0.03228936 炉气 0.000128641 渣中金属铁珠 0.112560724 合计 0.92128936 0.945983292 4.1.2 对热平衡的影响 表17 1kg矿石引起热量平衡变化 热量变化项 热量/kJ 热支出变化项 热量/kJ Fe氧化 478.270514 钢水 -292.5650995 石灰矿石成渣量 74.4552 炉渣 2323.644424 炉气 0.209160336 渣中金属铁珠 161.4795014 矿石分解吸热 0 其他热损失 22.10902857 合计 552.725714 合计 2214.877015
1kg矿石吸收热量 4.2 矿石加入量的计算 加入矿石量/Kg 4.3 物料平衡修正及终算 表18 物料平衡修正 收入项目 变化值/kg 支出项目 矿石 3.16983074 钢水 石灰 -0.3518512 炉渣 氧气 0.10235182 炉气 渣终金属铁珠 合计 2.92033135
1662.151301 3.169830739
变化值/kg -0.635319674 3.276720381 0.00040777 0.356798441 2.998606918 表19 物料平衡终算 支出
收入 项目 重量/kg 占比例/% 项目 铁水 100 78.78334917 钢水 回炉钢 0 0 炉渣 矿石 3.16983074 2.49729882 炉气 石灰 10.0830774 7.943786044 烟尘 萤石 0 0 渣中金属铁 白云石 6 4.72700095 喷溅 炉衬 0.07 0.055148344 氧气 7.60746621 5.993416668 合计 126.930374 100 合计 表20 热量平衡修正 热收入变化项 热量/kJ 热支出变化项 热量/kJ Fe氧化 1516.03658 钢水物理热 -927.3818457 石灰矿石成渣热 236.010382 炉渣物理热 7365.559524 炉气物理热 0.663002864 渣中金属铁珠物理热 511.8626873 矿石吸热 0 其他热损失 70.08187837 合计 1752.04696 合计 7020.785247 3.169830739 kg矿石吸收热量 5268.738287 表21 热量平衡终算表 热量收入 热量/kJ 占比例/% 项目 铁水物理热 118728.7 57.2551042 C 57916.155 27.92918216 Si 11670.8 5.628065245 1384.53 0.66766847 元素氧化热 Mn P 2582.928 1.245577622 Fe 8710.36745 4.200441814 SiO2成渣热 2641.985782 1.274057336 烟尘氧化热 3732.421156 1.799903159
209
2.物料平衡初算 2.1炉渣量及成分计算 余锰量占金属锰 设
30% 脱硫率为 表7 元素氧化量 ω /% 项目 C Si Mn 铁水 4.3 0.4 0.3 回炉钢水 0 0 0 Fe—Si 0 0 Mn—Si 0 0 0 金属量平均 4.3 0.4 0.3 钢水（终点） 0.15 0 0.09 氧化量 4.15 0.4 0.21 表8 各元素反应产物及数量 元素 氧化产物 氧化量/kg 耗氧量/kg Si SiO2 0.4 0.457142857 Mn MnO 0.21 0.061090909 CO 3.735 4.98 C CO2 0.415 1.106666667 P P2O5 0.072 0.092903226 SO2 0.003499965 0.003499965 S CaS 0.007000035 0 FeO 1.69318213 0.483766323 Fe Fe2O3 0 0 合计 6.53568213 7.185069947 表9 石灰加入量 加入石灰的有效百分含量（%） 50 渣中已有SiO2量（kg） 1.067772857 渣中已有CaO量（kg） 0.12140000 石灰加入量（kg） 10.43492857 石灰带入的硫化钙量（kg） 0 生白云石带入炉气的CO2量（kg） 0 石灰带入带入炉气的CO2量（kg） 0 表10 炉渣的重量及成分
根据渣量 反算
3.89t
0.051866667
炉渣的重量及成分
萤石 质量/kg
炉衬
合计 0.0014 7.42585 0.0539 4.0071191 0.00063 1.48517 0.1649032 0.2710909 0.0028 0.0028 0 0.0157501 13.372683 2.1769485 0 15.549632
4 其它假定条件数据表 生成CO 温度 ℃ 其中：
10%
生成CO2 1600 ℃
自由氧含量 ω Fe2O3 炉衬侵蚀量
0.50% 20% ω FeO 0.04% 补炉料带入渣量 70% 0.03%
℃ kg
生白云石
6 kg
炉气和矿石的平均质量热熔 熔化潜热 /kJ/kg 218 272 209 209
占比例/% 47.75579313 25.76986511 9.551158627 1.060496016 1.743391177 0.018006857 0 0.101289078 14 0 100
0
0
钢水凝固点（℃）
1517
其它热损失为总热量的
4%
热量支出 热量/kJ 132101.6846 34953.16212 16769.24836 1888.828 1896.136331 1219.40915 3294 8224.633617
200347.1021 5268.738287
-0.111 0.087866279 -0.200427003 0.032160207 -0.032289364 -0.000128641
项目 CaO MgO SiO2 P2O5 MnO Al2O3 CaF2 CaS 小计 FeO Fe2O3 合计
氧化产物
石灰 7.30445 0.125219143 0.417397143
生白云石 质量/kg 0.12 3.828 0.21
0.85714286 0.16490323 0.27109091
0.2500 0.7940
89.38327874 9.931475415 0.031409473 0.410250275 0.243586101 100 7.505114391 5.255980074 1.321718704 90.4986
重量/kg 90.4986 15.54963181 10.3136666 1.16 1.321718704 0.85 119.6937
0.08 0.008 0.072 氧化产物量/kg 0.857142857 0.271090909 8.715 1.521666667 0.164903226 0.00699993 0.015750079 2.176948453 0 13.72950212
0.035 0.0245 0.0105 备注
液态或气态平均质量热熔 /kJ/（kg·℃） 0.837 0.837 1.247 1.141 0.996
209
热效应 △H/kJ/kg 11637 34824 6593 29177 35874 6459 4249 1620 549
30%
其中气化脱硫
33.33% 脱磷效率
90%
% P 0.08 0 S 0.035 0
C 4.3 4.3 2 2
Si 0.4 0.4 75 17
金属料中C 渣中金属铁珠占渣量 喷溅损失占金属量 炉气平均温度 炉气烟尘量比 进入炉渣的耐材量为金属量的 氧气纯度 出钢温度 加入萤石
项目 铁水 钢水 炉渣 炉气 烟尘
固态平均质量热熔 /kJ/（kg·℃） 0.745 0.699
矿石
1.017 表6 炼钢温度下的反应热效应 反应式 [C]+1/2O2=CO(气) [C]+O2(气)=CO(气) [Mn]+1/2O2=MnO(液) [Si]+O2(气)=SiO2(液) 2[P]+5/2O2(气)+4CaO(渣)=4CaO·P2O5(液) 2Fe(液)+3/2O2(气)=Fe2O3(液) 2Fe(液)+1/2O2(气)=FeO(液) SiO2(固)+2CaO(固)=2CaO·SiO2(液) 生白云石分解热
0.01575008 2.17694845 0
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表11 烟尘中铁及氧量 烟尘氧耗量（kg） 烟尘带走铁量（kg） 表12 炉气成分及数量表 成分 重量（%） 体积（标态）/m3 体积分数/% CO 8.715 6.972 CO2 1.52166667 0.774666667 SO2 0.00699993 0.002449976 O2 0.046 0.032 N2 0.024 0.019 合计 10.3136666 7.800116642 表13 实际氧气耗量计算 实际耗氧量（kg） 实际消耗氧气体积（标态）（m3/t) 渣中带金属铁珠量（kg） 钢水量（kg） 表14 物料平衡初算表 收入 项目 铁水 回炉钢水 石灰 萤石 生白云石 炉衬 氧气 合计 3.热平衡计算 3.1 热收入项 铁水凝固点（℃） 1089 重量/kg 100 0 10.4349286 0 6 0.07 7.50511439 124.010043 项目 钢水 炉渣 炉气 烟尘 金属铁珠 喷溅 合计 支出