高碳铬铁物料平衡计算.docx

1、高碳铬铁物料平衡计算一、 物料平衡计算1、 基本原始数据：直接还原铁成分、燃料成分见表一、表二（1） 直接还原铁名称FeCrSiO2Al2O3CaOMgOSPOC%17.22 40.18 5.59 13.18 2.36 13.79 0.09 0.00 6.05 1.54 （2）焦炭成分 固定碳(C固)挥发分(V)灰分(A)SP 84% 2.0 % 15 % 0.6 % 0.02 %（3）白云石 白云石化学成分MgOCaOSiO2Al2O3SP 40% 5%0.050.02入炉白云石粒度2080mm。（4）硅石入炉硅石的化学成分应符合表4.210的规定。表4.210 硅石化学成分SiO2Al2O

2、3SP热稳定性 97% 1.0% 0.01% 0.01%不爆裂粉化入炉硅石粒度2080mm。2、 直接还原铁耗碳量计算(以100kg计算)假设Cr以Cr2O3、Cr形态存在,Fe以FeO,Fe形态存在，其中Cr2O3全部还原，FeO98%还原为Fe，45%还原为FeO, SiO22%还原,成品中含C量为2%，加入焦炭全部用于还原氧化物，则耗碳量为：名称反应方程式耗C量/kgCr2O3Cr2O3+3C= 2Cr+3CO40.18X20%X152/104X36/152=2.78FeOFeO+3C=2Fe+3CO17.22*80%*36/112 =4.44SiO2SiO2+2C=Si+2CO4.18

3、/(28.1+16*2)*12*2=1.67铬铁水含C量由铁水量求得6x40.18/62=3.9合计12.7912.79-1.54=11.25冶炼100kg铁矿消耗焦炭量为 Mc=耗C量/(Wc固*（1-W水）)=11.25/(84%*(1-8%)*（1+10%）=16kg 冶炼1吨高碳铬铁合金需要直接还原铁量为 M矿=1*w（Cr高碳铬铁水中质量比）/W（Cr矿中质量比）*还原率=1*62%/（40.18%）*98%=1.575吨3、 冶炼1吨高碳铬铁合金需要焦炭量为M焦炭=16kg*1.575*10=252kg4、 渣铁比计算以100kg直接还原铁配16kg焦炭，假设元素分配按下表所示成份

4、CrFeO/ FeMgOSiO2/SiAl2O3CaO入渣率0210098100100入合金率100980200物料平衡中未计算P和S的平衡量，按高碳铬铁合金生产状况设定P和S的含量。直接还原铁成渣量和成合金量见下表名称进入渣中量/kg质量分比/%进入合金中量/kg质量分比/%Cr-40.18*100%=40.1864FeO/Fe17.22*2%*160/112=0.491.4917.22*98%=16.8827Al2O313.18*100%=13.1840.15-MgO13.79*100%=13.7942-SiO2/Si5.59-4.18=1.414.2940.18*3/62=1.953Ca

5、O2.36*100%=2.367.2-C-62.78*6%=3.776灰分16*10%=1.64.87-合计32.83100（40.18+16.88+1.95）/(1-6%)=62.78100渣铁比按高碳铬铁冶炼要求MgO: Al2O3=1.2，原料中还应加入白云石29.4kg（MgO含量5.6kg），加入硅石21.24kg（SiO2净量20.6kg）按渣中SiO2含量35%考虑渣铁比计算：(32.83+5.6+20.6）/62.78=59.03/62.78=0.94由上述计算得知所生产的镍铁合金成分镍合金水成份（Wt%）成份CrFeCSiSP%64276300由于Cr /Fe=64/27 =

6、2.37，符合高碳铬铁生产的铬铁比大于2.2的要求，MgO/ Al2O3=(5.6+13.79)/13.18=1.47,符合高弹铬铁生产的镁铝比大于1.2的要求。铁水成分符合高碳铬铁FeCr67C6的标准。表 1 高碳铬铁牌号的化学成分 （GB/T 5683-2008）牌号化学成份CrCSiSP范围FeCr67C6.062.072.06.03.00.030.040.06FeCr55C60060.052.06.03.05.00.040.060.040.06FeCr67C9.562.072.09.53.00.030.040.06FeCr55C100060.052.010.03.05.00.040.

7、060.040.065、炉气生成量计算假设冶炼过程产生的炉气含CO量为100%，则100kg直接还原铁生成的CO量见下表，即100kg的直接还原铁产生740.1mol的炉气。M气=740.1*28/1000=20.72kg名称反应方程式生成CO量/molCr2O3Cr2O3+3C= 2Cr+3CO40.18*20%*1.5*1000/52=231.8FeOFeO+3C=2Fe+3CO17.22*80%*1.5*1000/56 =369SiO2SiO2+2C=Si+2CO4.18*2*1000/60=139.3合计740.1mol二、 热平衡计算1、各种物质热比容序号名称比热容（KJ/Kg.K）

8、1Cr0.452Cr2O30.173Fe0.464FeO0.675SiO20.9666MgO0.8747Al2O30.68CaO0.728C1.552、根据盖斯定律， 把矿热炉冶炼高碳铬铁合金的过程作为绝热过程考虑，并作如下假设：1）所有反应物和生成物均按纯物质考虑2）100kg直接还原铁从25上升到700自带热量序号名称吸收热量（KJ）1Cr40.18*80%*0.45*（700-25）=9763.742Cr2O340.18*20%*0.17*（700-25）=922.313Fe17.22*20%*0.46*（700-25）=1069.364FeO17.22*80%*0.67*（700-25

9、）=6230.25SiO25.59*0.966*（700-25）=3644.966MgO13.79*0.874*（700-25）=8135.47Al2O313.18*0.6*（700-25）=5337.98CaO2.36*0.728*（700-25）=1159.79C1.54*1.55*（700-25）=1611.23合计37874.8KJ矿热炉冶炼过程是电热过程可认为所用的能量均由电能提供，焦炭只作为加热体和还原剂。电能提供的一部分能量用于加热炉料，一部分用于直接还原反应的吸热。计算所需原始数据有：原料及产物温度、主要元素和化合物的热力学数据等见下表入炉物料产物直接还原铁焦炭硅石白云石炉渣炉

10、气高碳铬铁铁水700252525170017001700假设矿热炉为绝缘体系，热平衡项目有： 1）热支出：元素还原热、高碳铬铁物理热、炉渣物理热、炉气物理热 2）热收入：电能、成渣反应放热、金属元素熔解热热平衡计算过程如下（100kg直接还原铁需要16kg焦炭、硅石（SiO2）20.6kg、白云石（MgCO3）11.8kg为基础计算）2、计算热支出 1）元素还原热：各元素的还原热及总量见下表名称反应方程式KJ/molQ/KJCrCr2O3+3C= 2Cr+3CO27040.18*1000/52/2*270=104313.46FeFeO+3C=2Fe+3CO494.017.22*80%*1000

11、/56/2*494=60762SiSiO2+2C=Si+2CO654.934.18*1000/60*654.93=45626.79合计210702.252)铬铁水物理热100kg直接还原铁生成的铬铁水物理热（0.745*（1500-25）+218+0.837*（1700-1500）*62.78=93182.78KJ名称KJ/molQ/KJCr67.21.65*1000/58.7*67.2=2289.6Fe72.925*55%*1000/55.85*72.9=18273.9Si88.230*2%*1000/60.1/2*88.2=880.5C29.80.32*1000/12*29.8=795合计

12、222393）炉渣物理热100kg直接还原铁生成的炉渣物理热59.03*（1.247*（1700-25）+209.2）=135646.5KJ名称KJQ/KJSiO2100.630*98%*1000/60.1*100.6=49212MgO72.215*1000/40.3*72.2=26873.4CaO77.110*1000/56.1*77.1=16492FeO84.625*45%*1000/55.85*84.6=17041合计109618.44)炉气物理热100kg直接还原铁生成CO的物理热20.72*1.137*(1700-25)=39460.72KJ名称反应方程式CO的生成量/molNiON

13、iO+C=Ni+CO1.65*1000/58.7=28.1FeOFeO+3C=2Fe+3CO1.5*25*55%*1000/55.85=369.3FeO+C=2FeO+CO0.5*25*45%*1000/55.85=100.7SiSiO2+2C=Si+2CO2*30*2%*1000/60. 1=20合计518.1Qco=48KJ/molQco总=518.1*48=24868.8KJ5)碳酸镁分解热29.4*40%*26.47*4.184*1000/84=15505.07KJ3、计算热收入1）成渣反应热名称反应方程式KJ/molQ/KJCaOSiO2+2CaO =2CaO. SiO2-97.12

14、.36*1000/56/2*97.1=2039.1MgOSiO2+2MgO =2MgO. SiO2-5.619.39*1000/40/2*5.6=1357.3合计3396.42)金属元素溶解热金属溶于铁液中会有溶解热，其中C元素吸热，Ni、Si元素放热，假设3重元素溶于铁液中成为w（i）=1%溶液，则镍铁水中金属元素溶解热见下表：名称KJ/molQ/KJC-22590-3.77 /12*22590=-7097Cr1925040.18/52*19250=14874.3Si1315001.95/60.1*131500=4273.75合计12051.054、编制热平衡表上述计算中假设矿热炉为绝缘体系

15、，实际矿热炉热损失约10%，则上述热支出占总热支出的90%，则冶炼100kg的直接还原铁生产高碳铬铁合金的热平衡表如下:热收入热支出项目热量/KJ比例/%项目热量/KJ比例/%电能496119.2590.3元素还原热210702.2538.35成渣反应放热3396.40.61铬铁水物理热93182.7816.96金属元素溶解热12051.052.2炉渣物理热135646.524.69直接还原铁70037874.86.89炉气物理热39460.727.18碳酸镁分解热15505.072.82热损失54944.1510合计549441.5100合计494497.32/(1-10%)=549441.

16、51005、镍铁合金吨产品理论电耗计算已知1KW/KJ=3600,因此冶炼1吨700的直接还原铁理论电耗为496119.25*10/3600=1378.1KWh.则生产1吨高碳铬铁合金理论电耗为1378.1KWh*1.54=2122.3KWh考虑各种电能损失为10%，则生产1吨高碳铬铁合金实际电耗为 2122.3KWh*（1+10%）=2334.53KWh三、电炉产量计算单台电炉年生产高碳铬铁合金计算如下： P变压器额定容量 （KVA） 42000 Cos电炉功率因数 0.90K1功率利用系数 0.76 K2时间利用系数 0.97K3电压波动系数 0.98 d电炉年作业天数 330 W单位重量产品冶炼耗电量 2334.53kWh/t Q92646.5吨/年，日产量280.75吨5、由上述计算结果得出42MVA高碳铬铁电炉物料平衡表如下（单台量） 加入量Fe产出量名称t/ht/a备注名称t/ht/a备注直接还原铁18142677高碳铬铁合金水11.792646.5电极糊0.105831.6炉 渣10.6384189.6电极壳除 尘 灰1.3510692烟 气6.248770损 失3.2425654.6合计幸福，时时刻刻围绕在你身旁。如果你从母亲手中接过饭碗，心存温馨，那就是幸福；如果你在灯下读着朋友来信，品味友情，那就是幸福；如果你独坐一隅，静静听歌，凝神遐思，那就是幸福