高碳铬铁物料平衡计算.docx
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高碳铬铁物料平衡计算
一、物料平衡计算
1、基木原始数据：
直接还原铁成分、燃料成分见表一、表二
（1）直接还原铁
名称
Fe
Cr
SiO2
AI2O3
CaO
MgO
S
P
0
C
%
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）
s
p
>84%
<2.0%
<15%
<0.6%
<0.02%
（3）白云石
白云石化学成分
MgO
CaO
SiO2
A12O3
s
p
$40%
—
W5%
—
<0.05
<0.02
入炉口云石粒度20~80mm。
（4）硅石
入炉硅石的化学成分应符合表4.2-10的规定。
表4.2—10硅石化学成分
SiO2
AhO..
s
p
热稳定性
事97%
w1.0%
w0.01%
w0.01%
不爆裂粉化
入炉硅石粒度20~80mm。
2、直接还原铁耗碳量计算（以100kg计算）
假设Cr以Cr：
03.Cr形态存在,Fe以Fe203,Fe形态存在，其中CrQ全部还原，Fe20398%还原为Fe,45%还原为FeO,Si0：
2%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/kg
CrzOs
Cr：
（）3+3C二2Cr+3C0
40.18X20%X152/104X36/152=2.78
Fe2（）3
Fe2O3+3C=2Fe+3C0
17.22*80%*36/112=4.44
SiO：
SiO=+2C=Si+2CO
4.18/（28.1+16*2）*12*2=1.67
珞铁水含C量
由铁水量求得
6x40.18/62二3.9
合计
12.79
12.79-1.54=11.25
冶炼100kg铁矿消耗焦炭量为
Me二耗C量/（肌固*（1-W水））=11.25/（84%*（1-8%））*（1+10%）二16kg冶炼1吨高碳锯铁合金需要直接还原铁量为
M矿二1*w（Cr高碳辂铁水中质量比）/W（Cr矿中质量比）*还原率
=1*62%/（40.18%）*98%=1.575吨
3、冶炼1吨高碳辂铁合金需要焦炭量为
M焦炭=16kg*1.575*10=252kg
4、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
Cr
FeO/Fe
MgO
SiOc/Si
A1A
CaO
入渣率
00
入合金率
100
9S
0
2
0
0
物料平衡中未计算P和S的平衡量，按高碳鎔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M/kg
质量分比/%
进入合金中量/kg
质量分比
/%
Cr
40.18*100%=40.18
64
FezOa/Fe
17.22*2%*160/112
=0.49
1.49
17.22*98%=16.88
27
Al203
13.18*100%=13.18
40.15
—
—
MgO
13.79*100%=13.79
42
—
—
SiO：
/Si
5.59-4.18=1.41
4.29
40.18*3/62=1.95
3
CaO
2.36*100X2.36
7.2
—
—
C
—
—
62.78*6%=3・77
6
灰分
16*10%=1.6
4.87
—
合计
32.83
100
（40.18+16.88+1.95）/（1-
6%）=62.78
100
渣铁比
按髙碳馅铁冶炼要求MgO:
ALO3二1.2,原料中还应加入口云石
29.4kg（MgO含量5.6kg）,加入硅石21.24kg（SiQ净量
20.6kg）按渣中SiO：
含量35%考虑
渣铁比计算:
（32.83+5.6+20.6）/62・78=59.03/62.78=0.94
山上述计算得知所生产的银铁合金成分線合金水成份（毗％）
成份
Cr
Fe
c
Si
s
p
%
64
27
6
3
0
0
由于Cr/Fe二64/27=2.37,符合高碳珞铁生产的客铁比大于2.2的要求，MgO/A1Q二（5.6+13.79）/13.18二1.47,符合高弹锯铁生产的镁铝比大于
1.2的要求。
铁水成分符合高碳钻铁FeCr67C6的标准。
表1高碳珞铁牌号的化学成分（GB/T5683-2008）
牌号
化学成份
Cr
C
Si
S
P
范围
I
II
I
II
I
II
I
II
>
<
FeCr67C6.0
62.0-72.0
6.0
3.0
0.03
0.04
0.06
FeCr55C6OO
60.0
52.0
6.0
3.0
5.0
0.04
0.06
0.04
0.06
FeCr67C9.5
62.0-72.0
9.5
3.0
0.03
0.04
0.06
FeCr55C1000
60.0
52.0
10.0
3.0
5.0
0.04
0.06
0.04
0.06
5、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
C0量见下表，即100kg的直接还原铁产生740.1mol的炉气。
M^=740.1*28/1000=20.72kg
名称
反应方程式
生成CO量/mol
Cr:
03
Cr:
03+3C=2Cr+3C0
40.18*20%*l.5*1000/52=231.8
Fe2（）3
Fe2O3+3C=2Fe+3C0
17.22*80%*1.5*1000/56二369
SiO：
SiO=+2C=Si+2CO
4.18*2*1000/60=139.3
合计
740.lmol
二、热平衡计算
1、各种物质热比容
序号
名称
比热容（KJ/Kg.K）
1
Cr
0.45
2
CrzOs
0.17
3
Fe
0.46
4
FezOa
0.67
5
SiO：
0.966
6
MgO
0.874
7
A1A
0.6
8
CaO
0.728
C
1.55
2、根据盖斯定律，把矿热炉冶炼高碳钻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°C上升到7001自带热量
序号
名称
吸收热量（KJ）
1
Cr
40.18*80%*0,45*（700-25）=9763.74
2
CrcOs
40.18*20%*0.17*（700-25）=922.31
3
Fe
17.22*20%*0.46*（700-25）=1069.36
4
Fe2（）3
17.22*80齡0.67*（700-25）=6230.2
5
SiO：
5.59*0.966*（700-25）=3644.96
6
MgO
13.79*0.874*（700-25）=8135.4
7
A1A
13.18*0.6*（700-25）=5337.9
8
CaO
2.36*0.728*（700-25）=1159.7
9
C
1,54*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山电能提供，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
炉气
高碳锯铁铁水
700°C
25°C
25°C
25°C
1700°C
1700°C
1700°C
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、高碳辂铁物理热、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
热平衡讣算过程如下（100血直接还原铁需要16kg焦炭、硅石（SiOJ
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/mol
Q/KJ
Cr
Cr:
0s+3C=2Cr+3CO
270
40.18*1000/52/2*270=104313.46
Fe
Fe2Os+3C=2Fe+3CO
494.0
17.22*80齡1000/56/2*494二60762
Si
SiO：
+2C=Si+2CO
654.93
4.18*1000/60*654.93二45626.79
合计
210702.25
2）珞铁水物理热
100kg直接还原铁生成的珞铁水物理热
（0.745*（1500-25）+218+0.837*（1700-1300））*62.78=93182.78KJ
名称
KJ/mol
Q/KJ
Cr
67.2
1.65*1000/58.7*67.2=2289.6
Fe
72.9
25*55%*1000/55.85*72.9二18273.9
Si
88.2
30*2%*1000/60.1/2*88.2二880.5
c
29.8
0.32*1000/12*29.8=795
合计
22239
3）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）二135646.5KJ
名称
KJ
Q/KJ
SiO：
100.6
30*98%*1000/60.1*100.6=49212
MgO
72.2
15*1000/40.3*72.2二26873.4
CaO
77.1
10*1000/56.1*77.1=16492
FeO
84.6
25*45%*1000/55.85*84.6二17041
合计
109618.4
4）炉气物理热
100kg直接还原铁生成CO的物理热
20.72*1.137*（1700-25）二39460.72KJ
名称
反应方程式
CO的生成量/mol
NiO
NiO+C二Ni+CO
1.65*1000/58.7=28.1
FezOa
Fe2Os+3C=2Fe+3C0
1.5*25*55%*1000/55.85二369.3
Fe2O3+C=2Fe0+C0
0.5*25*45%*1000/55.85二100.7
Si
SiO：
+2C=Si+2CO
2*30*2%*1000/60.1=20
合计
518.1
Qco=48KJ/mol
Qco总二518.1*48=24868.8KJ
5）碳酸镁分解热
29.4*40%*26.47*4.184*1000/84=15505.07KJ
3、计算热收入
1）成渣反应热
名称
反应方程式
KJ/mol
Q/KJ
CaO
SiO:
+2CaO=2CaO.SiO：
-97.1
2.36*1000/56/2*97.1=2039.1
MgO
SiO:
+2MgO=2MgO.SiO：
-5.6
19.39*1000/40/2*5.6=1357.3
合计
3396.4
2）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，Xi.Si元素放热，假设3重元素溶于铁液中成为W
（1）二1%溶液，则傑铁水中金属元素溶解热见下表：
名称
KJ/mol
Q/KJ
C
-22590
-3.77/12*22590二-7097
Cr
19250
40.18/52*19250=14874.3
Si
131500
1.95/60.1*131500=4273.75
合计
12051.05
4、编制热平衡表
上述计算中假设矿热炉为绝缘体系，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锯铁合金的热平衡表如下：
热收入
热支出
项目
热量/KJ
比例/%
项LI
热量/KJ
比例/%
电能
496119.25
90.3
元素还原热
210702.25
38.35
成渣反应放热
3396.4
0.61
锯铁水物理热
93182.78
16.96
金属元素溶解热
12051.05
2.2
炉渣物理热
135646.5
24.69
直接还原铁700°C
37874.8
6.89
炉气物理热
39460.72
7.18
碳酸镁分解热
15505.07
2.82
热损失
54944.15
10
合计
549441.5
100
合计
494497.32/（1-
10%）=549441.5
100
5、線铁合金吨产品理论电耗计算
已知1KW/KJ二3600,因此冶炼1吨700°C的直接还原铁理论电耗为
496119.25*10/3600=1378.lKWh.
则生产1吨高碳銘铁合金理论电耗为
1378.1011*1.54=2122.3KWh
考虑各种电能损失为10%,则生产1吨高碳珞铁合金实际电耗为
2122.3011*（1+10%）=2334.53011
三、电炉产量计算
单台电炉年生产高碳銘铁合金计算如下:
Cos少-电炉功率因数0.90
Ki—功率利用系数0.76
念一时间利用系数0.97
念一电压波动系数0.98
Q=92646・5吨/年，日产量280.75吨
5.山上述计算结果得岀42MVA高碳珞铁电炉物料平衡表如下（单台量）
加入量
产出量
名称
t/h
t/a
备注
名称
t/h
t/a
备注
直接还
原铁
18
142677
高碳銘铁
合金水
11.7
92646.5
电极糊
0.105
831.6
炉渣
10.63
84189.6
电极壳
除尘灰
1.35
10692
烟气
6.2
48770
损失
3.24
25654.6
合计
49.94
395109.2
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