【文章內(nèi)容簡介】 9 100.0 總渣量計算如下： 元素氧化成渣量由表 15 得到；石灰成渣量由表 17 取得。 除（ FeO）和（ Fe2O3）以外渣量為： +++++++=。 又由表 14 得，終渣∑ω（ FeO） =15%，所以總量為 ； 因此 ω（ FeO） =179。 %=； ω（ Fe2O3） =179。 5%=。 第二步：計算氧氣消耗量。 氧氣實際消耗量為消耗項與供入項之差，如下表 19 所示。 表 19 實際耗氧量 耗氧項 /kg 供氧項 /kg 實際氧氣消耗量 /kg 鐵水中元素氧化耗氧量（表 15 ） 鐵水中 S 與 CaO 反應還原出的氧化量（表 35） 爐襯中碳氧化耗氧量（表 16）62 石灰中 S 與 CaO 反應還原出的氧化量（表 37） 河北聯(lián)合大學輕工學院 6 煙塵中鐵氧化耗氧量 （表 14） 爐氣自由氧含量 （表 110） += 合計 合計 第三步：計算爐氣量及其成分。 爐氣中含有 CO、 CO N SO2 和 H2O。其中 CO、 SO CO2 和 H2O 可由表15~表 17 查得， O2 和 N2 則由爐氣總體積來確定?，F(xiàn)計算如下。 爐氣總體積 V∑： V∑ =Vg+% V∑ +1/99[（ ） GS+% V∑ VX] V∑ =（ 99Vg+） / 式中： Vg—— CO、 CO SO2 和 H2O 各組分總體積， ； GS—— 不計自由氧的氧氣消耗量， ； VX—— 鐵水與石灰中的 S 與 CaO 反應還原出的氧量，其質量為 （見表39）， m3； %—— 爐氣中自由氧含量； 99—— 由氧氣純度為 99%轉換得來。 V∑ =（ 99179。 +179。 ） /= m3。 所以爐氣自由氧含量 =179。 %=，質量 =179。 32/=。 N2 體積系爐氣總體積與其它成分的體積之差；重量為 28/=。 表 110 爐氣量及其成分 爐氣成分 爐氣量 /kg 體積 /m3 體積分數(shù) /% CO 5 CO2 5 SO2 3 H2O 0 O2 N2 合計 第四步：計算脫氧和合金化前的鋼水量。 鋼水量 Qg=鐵水量 鐵水 中元素的氧化量 煙塵、噴濺和渣中的鐵損 =[179。（ 75%179。 56/72+20%179。 112/160） +1+179。 6%] = 第一章 物料平衡計算 7 據(jù)此，可以編制脫氧和合金化前的物料平衡表 111。 表 111 未加入廢鋼時物料平衡表 收入 支出 項目 質量 /kg % 項目 質量 /kg % 鐵水 鋼水 石灰 爐渣 螢石 爐氣 生白云石 噴濺 爐襯 煙塵 氧氣 渣中鐵珠 合計 合計 注：計算誤差為： （ ） /179。 100%=% 誤差在允許范圍內(nèi)，說明結果是合理可取的。 第五步：計算加入廢鋼的物料平衡。 如同第一步中計算鐵水中元素氧化量一樣，利用表 11 的數(shù)據(jù)先確定廢鋼 中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量，制得表 112，再將其與表 111 歸類合并，遂得加入廢鋼后的物料平衡表 113 和表 114。 由后面的熱平衡計算，可得出加入廢鋼量為鐵 水量的 %，即廢鋼比為%。由此按表 11 數(shù)據(jù)，計算所的表 112 如下。 表 112 廢鋼中元素的氧化產(chǎn)物及其成渣量 元素 反應產(chǎn)物 元素氧化量 /kg 耗氧量 /kg 產(chǎn)物量 /kg 進入鋼中量 /kg C [C]→{CO} %90%=24 （入氣） [C]→{CO 2} %10%=03 （入氣） Si [Si]→ {SiO2} %= Mn [Mn]→ {MnO} %= P [P]→ （ P2O5） %= S [S]→{SO 2} %1/3=015 （入氣） [S]+（ CaO）→ （ CaS ）+[O] %2/3=009 （ CaS） 合計 .150=14.4 河北聯(lián)合大學輕工學院 8 成渣量 /kg 表 113 加入廢鋼的物料平衡表（以 100kg 鐵水為基礎） 收入 支出 項目 質量 /kg % 項目 質量 /kg % 鐵水 鋼水 += 廢鋼 爐渣 += 石灰 爐氣 += 螢石 噴濺 輕燒生白云石 煙塵 爐襯 渣中鐵 珠 氧氣 += 合計 合計 上表中，由表 19 得 實際耗氧量 =， 所以 ,氧氣量 =+=。 鋼水量 =+=。 其他數(shù)據(jù)均由前面列出的表中取得。 計算誤差： 誤差 =（ ） /179。 100=% 誤差在允許范圍內(nèi)，說明結果可取。 在列表 114 時，由后面熱平衡計算所得，可知廢鋼比 =%；按鐵水量100kg 進行計算，則可得 廢鋼量 =；再按照 100kg（鐵水 +廢鋼）為基礎進行計算，其中比例皆出自表 113，則可得 合計總量 =247。 %=； 鐵水量 =179。 %=；石灰量 =179。 %=； 螢石量 =179。 %=； 輕燒生白云石量 =179。 %=； 第一章 物料平衡計算 9 爐襯量 =179。 %=； 氧氣量 =179。 %=。 根據(jù)誤差 =%，進行計算，可得 支出總量 =+179。 %=； 按照表 113 中的比例進行計算支出表中其他項，計算過程同上計算收入項過程。將所得數(shù)據(jù)列入表 114，如下。 表 114 加入廢鋼的物料平衡表（以 100kg（鐵水 +廢鋼）為 基礎） 收入 支出 項目 質量 /kg % 項目 質量 /kg % 鐵水 鋼水 廢鋼 爐渣 石灰 爐氣 螢石 噴濺 輕燒生白云石 煙塵 爐襯 渣中鐵珠 氧氣 合計 合計 第六步：計算脫氧和合金化后的物料平衡。 先根據(jù)鋼種成分設定值（表 11）和鐵合金成分及其回收率（表 13）算出鉻鐵、錳鐵和硅鐵的加入量，再計算其元素的燒損量。將所有結果與表 114 歸類合并，即得冶煉一爐鋼的總物料平衡表。 錳鐵加入量 WMn 為： WMn=（ω [Mn]鋼種 ω [Mn]終點）247。（錳鐵中 Mn 含量179。 Mn 回收率）179。鋼水量 查表 1表 13 和表 114 可得 WMn=（ %%）247。（ %179。 80%）179。 = 硅鐵加入量 WSi 為： WSi=[（ω [Si]鋼種 ω [Si]終點）179。加錳鐵后的鋼水量 ω [Si]FeMn] 247。（硅鐵中的 Si 含量179。 Si 回收率） 查表 1表 13，并根據(jù)下表 115，進行計算，可得 河北聯(lián)合大學輕工學院 10 WSi=[（ %0）179。（ +） ] 247。（ %179。 75%） = 表 115 鐵合金中元素燒損量及產(chǎn)物量 類別 元素 燒損量 /kg 脫氧量 /kg 成渣量/kg 爐氣量/kg 入鋼量 /kg 錳鐵 C %10%= （ CO2） %90%= Mn %20%= %80%= Si %25%= %75%= P %= S %= Fe %= 合計 硅鐵 Al %100%= Mn %20%= %80%= Si %20%= %75%= P %= S %= Fe %= 合計 總計 ω（鋼水） =+=； ω（ C） =%+179。 100%=% ω（ Si） =（ +） /179。 100%=% ω（ Mn） =%+（ +） /179。 100%=% ω（ P） =%+(+)/179。 100%=% ω（ S） =%+179。 100%=% 可見，含碳量尚未達到設定值。為此需在鋼包內(nèi)加焦粉增碳。其加入量 W1 第一章 物料平衡計算 11 為： W1=[（ ） %179。鋼水量 ]/（焦碳中的 C含量179。 C回收率） =（ %179。 ） /（ %179。 75%） = 焦粉生成的產(chǎn)物如下表 116 所示。 在下表中，氣體量為 CO H2O 和揮發(fā)分的總和（未計算揮發(fā)分燃燒的影響）。 表 116 焦粉生成產(chǎn)物表 碳燒損量 /kg 耗氧量/kg 氣體量 /kg 成渣量 /kg 碳入鋼量 /kg %25%=012 2 %= %75%= 由此可得冶煉過程（即脫氧和合金化后）的總物料平衡表 117，如下。 表 117 總物料平衡表 收 入 支 出 項目 質量 /kg % 項目 質量 /kg % 鐵水 鋼水 廢鋼 爐渣 （ ++） 石灰 爐氣 （ ++） 螢石 噴濺 輕燒生白云石 煙塵 爐襯 渣中鐵 珠 氧氣 (++) 錳鐵 硅鐵 焦粉 合計 合計 100 上表中數(shù)據(jù)均由前面表中數(shù)據(jù)取 得或計算所得，計算方法同表 11表 114 河北聯(lián)合大學輕工學院 12 計算方法，不再贅述。 計算誤差： 誤差 =（ ）247。 179。 100%=% 誤差在允許范圍內(nèi)，說明所得物料平衡數(shù)據(jù)可取。 以上為本次設計的物料平衡的計算過程和結果。 第二章 熱平衡計算 13 第二章 熱平衡計算 計算所需原始數(shù)據(jù) 計算所需基本原始數(shù)據(jù)有：各種入爐料及產(chǎn)物的溫度；物料平均熱容；反應熱效應；熔入鐵水中的元素對鐵熔點的影響。其他數(shù)據(jù)參照物料平衡選取。 各種入爐料及產(chǎn)物的溫度見表 21，如下。鐵水的溫度根據(jù)任務書中要求獲得。 表 21 入爐料及產(chǎn)物的溫度設定值 名稱 入爐物料 產(chǎn)物 鐵水 廢鋼 其他原 料 爐渣 爐氣 煙塵 溫度 /℃ 1370 25 25 與鋼水相 同 1450 1450 純鐵熔點為 1536℃。 物料平均熱容見表 22，如下。 表 22 物料平均熱容 物料名稱 生鐵 鋼 爐渣 礦石 煙塵 爐氣 固態(tài)平均熱容 /kJ（ kgK） 1 熔化潛熱 /kJkg1 218 272 209 209 209 液態(tài)或氣態(tài)平均熱容 / kJ（ kgK） 1 7 反應熱效應見表 23，如下。 表 23 煉鋼溫度下的反應熱效應 組元 化學反應 ` ΔH/kJkmol1 ΔH/kJkg1 C [C]+1/2{O2}={CO} 氧化反應 139420 11639 C [C]+{O2}={CO2} 氧化反應 418072 34834 Si [Si]+{O2}= （ SiO2 ） 氧化反應 817682 29202 Mn [Mn]+1/2{O2}= （ MnO ） 氧化反應 361740 6594 P 2[P]+5/2{O2}= （ P2O5 ） 氧化反應 1176563 18980 河北聯(lián)合大學輕工學院 14 Fe [Fe]+1/2{O2}= （ FeO ） 氧化反應 238229 4250 Fe 2[Fe]+3/2{O2}= （ Fe2O3 ） 氧化反應 722432 6460 SiO2 （ SiO2） +2（ CaO） =（ 2CaOSiO2） 成渣反應 97133 1620 P2O5 （ P2O5） +4（ CaO） =（ 4CaOP2O5） 成渣反應 693054 4880 CaCO3 CaCO3= （ CaO ） +{CO2} 分解反應 169050 16