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30.00
8.00
炉衬
1.0
0.92
80.40
0.28
17.4
1.1.3冶炼钢种和废钢成分
冶炼钢种和废钢成分见表1・3
表1・3冶炼钢种和废钢成分
c
P
S温度/°
WO.17
W0.30
0.35-0.80
W0.035
废钢
0.20
030
0.40
0.02
25
1.1.4平均比热
平均热见表
表1・4平均比热⑶
材料
固态半衡比热容kJ/kg-C
熔化潜热kJ/kgC
液态或气态平衡比热容kJ/kgC
生铁
0.745
218
0.837
钢
0.699
272
炉渣
209
1.248
炉气
1.137
烟尘
0.996
1.046
1.1.5反应热效率(认为25°
C与炼铁温度下两者数值近似)
表1・5反应热效率
反应式
kJ/kinol
kJ/kg(元素)
分子量
1
c+-o2=co
2
131365.0
10949.1
12
C+O2=CO2
414481.7
34521.0
Si4-O2=SiO2
795023.6
28314.0
28
2P+|o2=P2O5
1172078.6
18922.6
30.97
Mn+扌O2=MnO
384959.0
7020.3
54.9
Fe+iO2=FeO
266635.0
5021.2
Fe
55.8
3
2Fe+jO2=Fe?
O3
822156.0
7340.7
2CaO+SiO=2CaO・SiCh
■■
124600.4
2071.1
60.1
4CaO4-P2O5=4CaOP2O5
690414.9
5020.8
P2O5
142
水参氧气转换炉炼钢原理(美),冶金工业出版社74年版75页
1.1.6有关参数的选用
(1)渣中铁珠占渣重的5%:
(2)金属中碳的氧化90%[C]tCO,10%[C]->
CO2:
(3)喷溅铁损占铁水量的1%;
(4)炉气平均温度1470C;
含自由氧0.8%;
烟尘量占铁水量的1.5%其中有75%FeO利20%Fe2O3:
(5)炉衬侵蚀占铁水最的0.5%:
(6)氧气成分为99・6%O?
和0.4%^。
1.2物料平衡计算
根据铁水成分冶炼钢种,可选用单渣的操作法。
为简化计算,物料半衡以100kg铁水为计算基础。
121炉渣量及炉渣成分的计算
炉渣来自元素的氧化,造渣材料和炉衬侵蚀等。
(1)铁水中各元素的氧化量见表「6
表1・6铁水中各元素的氧化量
%C
S
备注
铁水
铁水温度1400°
终点钢水
0.14
痕迹
0.2
0.01
实测
氧化量
4.16
0.3
0.13
0.015
说明:
[Si]——在碱性转炉炼钢法中,铁水中的硅儿乎全部被氧化,随同加入的其它材料带入的Si6—起进入炉渣中,故终点钢水硅的含量为痕迹;
[P]——单渣法,转炉的去磷率约86—89%,本次计算取88%,12%留在钢中,同时要考虑钢包中回磷的因素:
[Mn]——终点钢水残镒量,一般为铁水中镭含最的30%〜40%,本设计取30%:
:
[S]——氧气转炉内去硫率不高,一般在30〜50%的范围,这里取40%;
(回硫按0.002%计算)。
(2)铁水中各元素的氧化量、耗氧量和氧化产物最的计算,见表1・7。
表1・7铁水中各元素的氧化量、耗氧量和氧化产物量
元素
元素氧化
(kg)
耗氧量(kg)
氧化产物
[C]+|o2=CO
3.744
4.992
&
7360
[C]+O2=CO2
0.416
1.109
1.5253
[Si]+O2=(SiO2)
0.514
0.9643
[Mn]+iO2=(MnO)
0.087
0.3874
2[P]+yO2=(P2O5)
0.168
0.2979
[Fe]+-O2=(FeO)
0.8403
0.24
1.0804
见12
2[Fe]+-O2=(Fe2O3)
03781
0.162
0.5402
共计
6.2584
7.2723
13.5315
(3)造渣剂成分及数最:
(选自国内有关生产炉)
1)、炉衬侵蚀成分及重最的计算(0.5Kg炉衬/lOOKg铁水)
表1-8
炉衬成分
重量(Kg)
重最(Kg)
0.5xl%=0.005
A12O3
0.5x0.28%=0.0014
0.5x80.40%=0.402
C⑴
0.5xl7.40%=0.087
0.5x0.92%=0.0046
0.500
其中①:
C90%CtCO0.087x90%x_=0.i827[Kg]
10%CtCO20.087xl0%x_=0.0319[Kgl
122
消耗02:
生成CO的耗氧0.1827x—=0.1044[Kg]
生成CO2的耗氧0.0319x—=0.0232[Kg]
44
炉衬中C消耗的6M:
0.1044+0.0232=0.1276[Kg]
2)、轻烧白云石成分及重最的计算(3.0Kg轻烧白云石/lOOKg铁水)
为了提高转炉炉衬寿命,在加入石灰造渣的同时,添加一部分白云石作造渣剂,其目的是提高炉渣中MgO的含最。
生产实践表明,渣中(MgO)含最为8〜12%时,其效果较好。
为此,必须保证渣中(MgO)含最在8〜12%之间来计算白云石加入最。
经试算后取轻饶白云石加入量为3.0/100公斤铁水。
具体的轻烧白云石成分及重量见表1-90
表1・9轻烧白云石成分及重最的计算
重量(砲)
3.0x46%=1.38
烧减②
3.0x8%=0.24
3.0x30%=0.90
ai2o3
3.0x0.50%=0.015
3・0xl5・5%=0・465
3.0
*加入轻饶白云石后经炉渣成分计算,应满足MgO=8〜12%范围,目的是可以提高炉衬抗熔渣的侵蚀能力,提髙炉龄。
②烧减是指轻烧白云石或石灰中未分解的CO:
及其重量。
3)、矿石加入星及成分。
矿石加入星为l.OOkg/lOOkg铁水,其成分及质量见表1—10o
表4・10矿石加入量及其成分
M(Fe2O3)
1.00x61.81%=0.6181
M(MgO)
lx0.52%=0.0052
M(FeO)
1.00x2&
80%=0.2880
M(S?
)
lx0.07%=0.0007
M(SiO2)
1.00x5.80%=0.0580
M(H:
O)
lxO.5O%=O.OO5O
M(A12O3)
1.00xl.0%=0.010
M(CaO)
1.00xl.5%=0.015
③S以[S]+[CaO]=[CaS]+[O]的形式反应,其中生成CaS量为0.0007x72/32=0.0016[Kg]消耗CaOft为0.0007x56/32=0.0012(kg)。
消耗微量氧,忽略。
4)、石灰成分及重量的计算(4.73Kg石灰/lOOKg铁水)见表1一11
表1-11石灰成分及重最
石灰成分
fl灰成分
4.467x91.15%=4.072
4.467xl.42%=0.0634
4.467xl.6%=0.0715
s1
4.467x0.03%=0.0013
4.467x1.4%=0.0625
烧减2
4.467x4.4%=0.1966
4.467
石灰加入量计算如下:
取终渣碱度R=%CaO/%SiO2=3.5(参炼钢原理P167图5—19)
R£
(SiO2)-£
(CaO)_R》(SiO2)-£
(CaO)
(%CaO)^效
%CaO石灰・R・%SiO2石灰
Q一
式中E(SiO2)=(铁水+炉衬+轻烧白云石+矿石)中带入
=(0.964+0.004640.465-10.0580)
=1.4916Kg]
E(CaO)=(轻烧白云石+炉衬+矿石一矿石中[S]成渣耗CaO)
=(1.3840.005+0.015-0.0012)
=1.3988[Kg]
・・・Q二
_3.5x1.4916-1.3988
~91.15%£
.5x1.6%=4.468[Kg]
1.S:
反应式为[S]+(CaO)=(CaS)+[O]
其中:
生成(CaS)重:
0.0013x||=0.0029[Kg]
生成[O]量为:
0.0013xi|=0.00065[Kg]
消耗(CaO)量:
0.0013x—=0.0023[Kg]
32
2.烧减指未饶透的CaCO3经受热分解后产生的CO?
气体质S:
o
5)、.终渣Z(FeO)的确定
取R=3.5及E(FeO)=15%这里取Z(FeO)=(%FeO)+0.9(%Fe3O3)=15%(全铁法)
取翳弓故低2。
3)朴,(FeO).lO%
6)、终渣成分及重量的计算见表1一12
表1・12终渣成分及重量
终渣成分
氧化产物/Kg
石灰/Kg
轻烧白云石/Kg
炉衬/Kg
总重/Kg
4.07071
1.3800
0.0050
0.0150
5.4697
50.64
0.0626
0.9000
0.4020
0.0052
1.3697
12.68
SiO:
0.964
0.0715
0.4650
0.0046
0.0580
1.5631
14.47
0.298
2.76
MnO
0.387
3.58
AI2O3
0.0635
0.0014
0.0100
0.0898
0.83
CaS
0.0030
0.0016
0.0045
0.04
1.080
1.080②
10.00
Fe?
0.540
5.00
3.269
4.27
2.7600
0.4130
10.8018
其中①4.0697=石灰中血(CaO)—石灰中S门耗m(CaO)=4.072—0.0023=4.0697Kg
②、③是元素被氧化成氧化铁的质星,其质量是这样算出來的:
表1・12中不计(Fe2O3)及(FeO)在内的炉渣质量为
ill(CaO+MgO+SiO2+P2O5+MiiO+Al2O3+CaS)=
(5・4697+l・3697+L563140・298H)・38740・089840・0045)=9・1818(Kg)
因为工血(FeO)=15%,所以渣中其他成分之和为100%—15吩85%,故炉渣质量为
9.1818_
85%_
10.8(Kg)
由此可知:
m(FeO)=10.8x10%=L08(Kg)
56
其中m(Fe)=1.08x—=0.84(Kg)
72
ill(Fe2O3)=10.8x5%=0.54(Kg)
其中m(Fe)=0.54x—=0.378(Kg)
160
1.2.2矿石及烟尘中的铁量和氧量的计算
(1)假定矿石中工(FeO)全部被还原成铁,则加入l.OOKg矿石带入的铁量和氧帚为:
Fe(矿石中》
=1.00x(28.8%x—+61.81%x—)=0.6567(Kg)
72160〜
O.=1.00x(28.8%x^-+61.81%x—)=0.24943(Ko)
-72160
(2)设烟尘量为铁水量的1.5%,则
Fe=1.5x(75%x—+20%x—)=1.085(Kg)
'
72160o
O=1.5x(75%x^+20%x
48
)=0.34(Kg)
123炉气成分及重量的计算见表1-13
表1—13炉气成分及重量
炉气成分
重量,Kg
体积(N1113)
co
9664
R22"
-7i711
8637
co:
2.0071
2.00714x^1=1.0218
12.30
so:
o2
0.0949
①
0.0664
0.80
n2
0.0270
②
0.0216
0.26
h2o
0.005
0.0050x^1=0.0062
18
11.1004
10.2371
100.00
其中m(CO)=铁水中的C被氧化成的CO+炉衬中的C被氧化成的CO
=8.862040.1044=8.9664Kg
ill(CO2)=铁水中的C被氧化成的CO2+炉衬中的C被氧化成的CO?
+白云石烧减的质量+石灰烧减的质星
=1.547340.023240.244X).1966=2.0071Kg
ill(SO3)=铁水中的S的气化氧化物质量=0Kg
ill(H?
O汽)=矿石带入的质5=0.0050Kg
①、②是自由氧和氮气的质量。
它是由表1一13中炉气的其他成分反复计算出來,即己知氧气成分为氧气99.6%、氮气0.4%和炉气中含口由氧的体积为0.8%,求氮气和氧的体积及质量。
设炉气总体积为V,则
V=(H2O+CO+CO3+SO?
)体积+门由氧的体积+N2体积=(0.005+8.9664+2.0071H)+0.8%V+Vn2
22.4
——x(7.2137+0.127&
0.34000.249430.0007)+0.8%V
Vn2=x0.-99.6%)
99.6%
*:
括号内的参数为“氧气的消耗和带入项目”,分式部分为氧气纯度99.6%时氧的体积,(1—99.6%)表示换算成N?
体积。
因此可得V=&
2012+0.8%V+(5.3045~H).8%・V)x2_L
99.6
整理后V=&
3055[Nm3]
炉气中自由氧体积=8.3055x0.8%=0.0664m‘
3J
炉气中门由氧重=0.0664x—n=0.0949[Kg]
炉气中氮体积=0.0218+0.0032%x&
1166=0・0216[Nm3]
炉气中氮重=0.0216x=0.0270[Kgl
1.2.4未加废钢时氧气的消耗量的计算见表1—14
表1—14加废钢时氧气的消耗量
项目重量/Kg备注项目重量/Kg备注
元素氧化耗氧量
7.3603
见表1—7
自由氧重
烟尘中铁氧化耗氧量
0.340
见1.2.2中
(2)
炉气中氮垂
炉衬中铁氧化
0.1276
见表1—8
石灰中s反
0.0007
见表1—11
耗氧量
应带入氧重
说明
矿石分解带入
0.2494
氧的质量/kg
(1)
由此可得实耗氧量=7.3603+0・34(HO・1276・0・2494400949+0・027・0・0007=7・6997[kg]
224
或实耗氧体积=7.6997x匚厂=5.3898[Nm3/lOOKg铁水=53.898[Nm3/T铁水]
4.2.5钢水量计算
吹喷项目:
铁水中铁元素氧化量:
6.3184kg(见农1一7)
烟尘中铁损量:
1.085kg
渣中铁珠重:
10.8018x5%=0.540kg(1.1.6有关参数的选用)
喷溅铁损最:
1.0000kg(1.1.6有关参数的选用)
矿石带入的铁最:
0.6567kg
因此100kg铁水可得钢水收得率为:
100—(6.3184+1.08540.540+1.0000)-H).6567=91.7131kg
4.2.6未加废钢时的物料平衡表见表1一15
收入项
质量/kg
含量/%
支出项
质最/kg
85.82
钢水
91.7131
7&
68
4.06
10.8036
9.49
轻烧白云石
3.00
2.57
9.22
0.43
1.5
0.99
氧气
7.6997
6.26
铁珠
0.76
0.86
喷溅
116.6882
116.6573
表1一15未加废钢时的物料半衡表
计算误差=
x100%=0.0094%
116.6682-116.6573
116.6682
1.3热平衡计算(取冷料为25°
C)
1.3.1热收入项
(1)铁水物理热
铁水熔点=1536-(4.3xl00-K).45x8-H).5x5-K).15x30-K).025x25)—7
=1087.77°
式中:
1536为纯铁熔点,100、8、5、30、25分别为C、Si、Mil、P、S元素1%含量时
降低铁水熔点值。
7为气体O、N、H对熔点总的影响。
铁水物理热=100x[0.745x(1087.77-25)+218-H).837x(1400-1087.77)]=127110.01kJ
(2)铁水中各元素氧化热与成渣热
C—>
CO3.744X10949.l=40993.43kJ
C->
CO:
0.416x34521.0=14360.73kJ
Si—SiO?
0.45x28314.0=127413kJ
Mn->
MiiOO.3x7020.3=2106.09kJ
Fe->
Fe00.8403x5021.2=4219.31kJ
Fe-*Fe2O30.3781x7340.7=2775.51kJ
P->
P2O50.13xl8922.6=2459.938kJ
P2O5->
4Ca0P2O50.2979x5020.8=1495.696kJ
Si02~>
2Ca0SiO2(0.9643-H).0046-K).465-K).058-H).0715)x2071.1=3237.95kJ共计84389.94kJ
(3)烟尘氧化放热
56112
1.5x(77%x—x5021.2+20%x—x7340.7)=6052.26kJ
72160
综上:
热收入总计=127110.01+84389.94-^052.26=217552.21kJ
[注]:
炉衬中C因放热量低未计入内。
13.2热支出项
(1)钢水物理热
钢水熔点=1536—(0.14x6540.2x5P.02x3(H0.01x25)—7=1518.05「C]
式中:
65、5、30、25分别为钢中元素C、MikP、S增加1%时,钢水熔点降低值°
C。
出钢温度的确定过程如下:
A.过热度,一般过热度为20〜40°
C,这里取30°
C:
E.吹氟后到中间包开浇期间的钢液温降,取50°
C.出钢后到吹氮前的温降,取10-C:
D.出钢过程温降,一般在40〜50°
C,取40-Co
故,出钢温度=钢水熔点+过热温度十出钢到搅拌前降温+出钢温降+吹氨搅拌过程温降
=1518.05+30+10+40+50
=1648.05[°
C]
钢水物理热=91.77x[0.699x(1518.05-25)+272-K).837x(1648.05-1518.05)]=130721.96[kJ]
(2)炉渣物理热
取终点渣温度与出钢温度相同,即1648.05°
C,则
炉渣物理热=10.80x[1.248x(1648.05-25)+209]=24133.31[kJ]
(3)烟尘物理热
1.5x[0.996x(1450-25)+209]=2442.45[kJ]
(4)炉气物理热
10.95x(1.137x(1450-25)]=17741.46[kJ]
(5)渣中铁珠物理热
0.54x(0.699x(1518.05一25)+27240.837x(1648.05一1518.05)]=769.20[kJ]
(6)喷溅金属物理热
1.0x(0.699x(1518.0525)十272+0.837x(1648.051518.05)]-1424.45[kJ]
(7)轻烧白云石分解吸热。
轻烧白云石分解热Qb°
由白云石的分解反应:
CaCO3MgCO3=MgO4-CaCH-2CO2和轻烧白云石的烧减量8.00%,可计算得到与分解出来和烧减量相对应的CaO和MgO含量。
即:
WCao=&
00%xMc<
1c^2Mco?
=&
00%x56w88=5.0909%
Wmq=8.00%xMmqV2Mco
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