高碳鉻鐵物料平衡計(jì)算

1、一、 物料平衡計(jì)算1、 基本原始數(shù)據(jù)：直接還原鐵成分、燃料成分見表一、表二（1） 直接還原鐵名稱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)揮發(fā)分(V)灰分(A)SP 84% 2.0 % 15 % 0.6 % 0.02 %（3）白云石 白云石化學(xué)成分MgOCaOSiO2Al2O3SP 40% 5%0.050.02入爐白云石粒度2080mm。（4）硅石入爐硅石的化學(xué)成分應(yīng)符合表4.210的規(guī)定。表4.210 硅石化學(xué)成分SiO2Al2O3SP熱穩(wěn)定性 97

2、% 1.0% 0.01% 0.01%不爆裂粉化入爐硅石粒度2080mm。2、 直接還原鐵耗碳量計(jì)算(以100kg計(jì)算)假設(shè)Cr以Cr2O3、Cr形態(tài)存在,Fe以FeO,Fe形態(tài)存在，其中Cr2O3全部還原，F(xiàn)eO98%還原為Fe，45%還原為FeO, SiO22%還原,成品中含C量為2%，加入焦炭全部用于還原氧化物，則耗碳量為：名稱反應(yīng)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/(28.1+16*

3、2)*12*2=1.67鉻鐵水含C量由鐵水量求得6x40.18/62=3.9合計(jì)12.7912.79-1.54=11.25冶煉100kg鐵礦消耗焦炭量為 Mc=耗C量/(Wc固*（1-W水）)=11.25/(84%*(1-8%)*（1+10%）=16kg 冶煉1噸高碳鉻鐵合金需要直接還原鐵量為 M礦=1*w（Cr高碳鉻鐵水中質(zhì)量比）/W（Cr礦中質(zhì)量比）*還原率=1*62%/（40.18%）*98%=1.575噸3、 冶煉1噸高碳鉻鐵合金需要焦炭量為M焦炭=16kg*1.575*10=252kg4、 渣鐵比計(jì)算以100kg直接還原鐵配16kg焦炭，假設(shè)元素分配按下表所示成份CrFeO/ FeM

4、gOSiO2/SiAl2O3CaO入渣率0210098100100入合金率100980200物料平衡中未計(jì)算P和S的平衡量，按高碳鉻鐵合金生產(chǎn)狀況設(shè)定P和S的含量。直接還原鐵成渣量和成合金量見下表名稱進(jìn)入渣中量/kg質(zhì)量分比/%進(jìn)入合金中量/kg質(zhì)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=1.953CaO2.36*100%

5、=2.367.2-C-62.78*6%=3.776灰分16*10%=1.64.87-合計(jì)32.83100（40.18+16.88+1.95）/(1-6%)=62.78100渣鐵比按高碳鉻鐵冶煉要求MgO: Al2O3=1.2，原料中還應(yīng)加入白云石29.4kg（MgO含量5.6kg），加入硅石21.24kg（SiO2凈量20.6kg）按渣中SiO2含量35%考慮渣鐵比計(jì)算：(32.83+5.6+20.6）/62.78=59.03/62.78=0.94由上述計(jì)算得知所生產(chǎn)的鎳鐵合金成分鎳合金水成份（Wt%）成份CrFeCSiSP%64276300由于Cr /Fe=64/27 =2.37，符合高碳鉻

6、鐵生產(chǎn)的鉻鐵比大于2.2的要求，MgO/ Al2O3=(5.6+13.79)/13.18=1.47,符合高彈鉻鐵生產(chǎn)的鎂鋁比大于1.2的要求。鐵水成分符合高碳鉻鐵FeCr67C6的標(biāo)準(zhǔn)。表 1 高碳鉻鐵牌號(hào)的化學(xué)成分 （GB/T 5683-2008）牌號(hào)化學(xué)成份CrCSiSP范圍FeCr67C6.062.072.06.03.00.030.040.06FeCr55C60060.052.06.03.05.00.040.060.040.06FeCr67C9.562.072.09.53.00.030.040.06FeCr55C100060.052.010.03.05.00.040.060.040.06

7、5、爐氣生成量計(jì)算假設(shè)冶煉過程產(chǎn)生的爐氣含CO量為100%，則100kg直接還原鐵生成的CO量見下表，即100kg的直接還原鐵產(chǎn)生740.1mol的爐氣。M氣=740.1*28/1000=20.72kg名稱反應(yīng)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合計(jì)740.1mol二、 熱平衡計(jì)算1、各種物質(zhì)熱比容序號(hào)名稱比熱容（KJ/Kg.K）1Cr0.452Cr

8、2O30.173Fe0.464FeO0.675SiO20.9666MgO0.8747Al2O30.68CaO0.728C1.552、根據(jù)蓋斯定律， 把礦熱爐冶煉高碳鉻鐵合金的過程作為絕熱過程考慮，并作如下假設(shè)：1）所有反應(yīng)物和生成物均按純物質(zhì)考慮2）100kg直接還原鐵從25上升到700自帶熱量序號(hào)名稱吸收熱量（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）=6230.25S

9、iO25.59*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合計(jì)37874.8KJ礦熱爐冶煉過程是電熱過程可認(rèn)為所用的能量均由電能提供，焦炭只作為加熱體和還原劑。電能提供的一部分能量用于加熱爐料，一部分用于直接還原反應(yīng)的吸熱。計(jì)算所需原始數(shù)據(jù)有：原料及產(chǎn)物溫度、主要元素和化合物的熱力學(xué)數(shù)據(jù)等見下表入爐物料產(chǎn)物直接還原鐵焦炭硅石白云石爐渣爐氣高碳鉻鐵鐵水700

10、252525170017001700假設(shè)礦熱爐為絕緣體系，熱平衡項(xiàng)目有： 1）熱支出：元素還原熱、高碳鉻鐵物理熱、爐渣物理熱、爐氣物理熱 2）熱收入：電能、成渣反應(yīng)放熱、金屬元素熔解熱熱平衡計(jì)算過程如下（100kg直接還原鐵需要16kg焦炭、硅石（SiO2）20.6kg、白云石（MgCO3）11.8kg為基礎(chǔ)計(jì)算）2、計(jì)算熱支出 1）元素還原熱：各元素的還原熱及總量見下表名稱反應(yīng)方程式KJ/molQ/KJCrCr2O3+3C= 2Cr+3CO27040.18*1000/52/2*270=104313.46FeFeO+3C=2Fe+3CO494.017.22*80%*1000/56/2*494=

11、60762SiSiO2+2C=Si+2CO654.934.18*1000/60*654.93=45626.79合計(jì)210702.252)鉻鐵水物理熱100kg直接還原鐵生成的鉻鐵水物理熱（0.745*（1500-25）+218+0.837*（1700-1500）*62.78=93182.78KJ名稱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合計(jì)222393）爐渣物

12、理熱100kg直接還原鐵生成的爐渣物理熱59.03*（1.247*（1700-25）+209.2）=135646.5KJ名稱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合計(jì)109618.44)爐氣物理熱100kg直接還原鐵生成CO的物理熱20.72*1.137*(1700-25)=39460.72KJ名稱反應(yīng)方程式CO的生成量/molNiONiO+C=Ni+CO

13、1.65*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合計(jì)518.1Qco=48KJ/molQco總=518.1*48=24868.8KJ5)碳酸鎂分解熱29.4*40%*26.47*4.184*1000/84=15505.07KJ3、計(jì)算熱收入1）成渣反應(yīng)熱名稱反應(yīng)方程式KJ/molQ/KJCaOSiO2+2CaO =2CaO. SiO2-97.12.36*1000/5

14、6/2*97.1=2039.1MgOSiO2+2MgO =2MgO. SiO2-5.619.39*1000/40/2*5.6=1357.3合計(jì)3396.42)金屬元素溶解熱金屬溶于鐵液中會(huì)有溶解熱，其中C元素吸熱，Ni、Si元素放熱，假設(shè)3重元素溶于鐵液中成為w（i）=1%溶液，則鎳鐵水中金屬元素溶解熱見下表：名稱KJ/molQ/KJC-22590-3.77 /12*22590=-7097Cr1925040.18/52*19250=14874.3Si1315001.95/60.1*131500=4273.75合計(jì)12051.054、編制熱平衡表上述計(jì)算中假設(shè)礦熱爐為絕緣體系，實(shí)際礦熱爐熱損失約

15、10%，則上述熱支出占總熱支出的90%，則冶煉100kg的直接還原鐵生產(chǎn)高碳鉻鐵合金的熱平衡表如下:熱收入熱支出項(xiàng)目熱量/KJ比例/%項(xiàng)目熱量/KJ比例/%電能496119.2590.3元素還原熱210702.2538.35成渣反應(yīng)放熱3396.40.61鉻鐵水物理熱93182.7816.96金屬元素溶解熱12051.052.2爐渣物理熱135646.524.69直接還原鐵70037874.86.89爐氣物理熱39460.727.18碳酸鎂分解熱15505.072.82熱損失54944.1510合計(jì)549441.5100合計(jì)494497.32/(1-10%)=549441.51005、鎳鐵合金噸產(chǎn)品理論電耗計(jì)算已知1KW/KJ=3600,因此冶煉1噸700的直接還原鐵理論電耗為496119.25*10/3600=1378.1KWh.則生產(chǎn)1噸高碳鉻鐵合金理論電耗為1378.1KWh*1.54=2122.3KWh考慮各種電能損失為10%，則生產(chǎn)1噸高碳鉻鐵合金實(shí)際電耗為 2122.3KWh*（1+10%）=2334.53KWh三、電爐產(chǎn)量計(jì)算單臺(tái)電爐年生產(chǎn)高碳鉻鐵合金計(jì)算如下： P變壓器額定容量 （KVA） 42000 Cos電爐功率因數(shù) 0.90K1功率利用系數(shù) 0.76 K2時(shí)間利用系數(shù) 0.97K3電壓