转炉炼钢工艺(主要是热平衡计算)(5)

[ C ]1473{O2}298 = {CO}1473 ΔH1473K = －135600 J/mol 则1kg [ C ]氧化生成CO时放出的热量为135600／12≈11300 kJ／kg。

元素氧化放出的热量，不仅用于加热熔池的金属液和炉渣，同时也用于炉衬的吸热升温。现以100 kg金属料为例，计算各元素的氧化放热能使熔池升温多少。

设炉渣量为装入金属料的15％，受熔池加热的炉衬为装入金属料的10％，计算热平衡公式如下：

Q = ΣMC t (3-10 ) 式中 Q —— 1kg元素氧化放出的热量，kJ／kg；

M —— 受热金属液、炉衬和炉渣重量，kg；

C —— 各物质比热，已知钢液CL为0.84～1.0kJ／kg·℃，炉渣和炉衬的CS为1.23kJ/ kg·℃。 根据3-7式来计算在1200℃时C—O反应生成CO时，氧化1kg碳可使熔池温度升高的数值为：

11300

t 84100 1.0 15 1.23 10 1.23℃

1kg元素是100 kg金属料的1％，因此，根据同样道理和假设条件，可以计算出其它元素氧化1％时熔池的升温数值，计算结果见表3-11。

＋

由表3-11可见，碳的发热能力随其燃烧的完全程度而异，完全燃烧的发热能力比硅、磷高，但在氧气转炉中，一般只有15%左右的碳完全燃烧生成CO2，而大部分的碳没有完全燃烧。但由于铁水中的碳含量高，故碳仍然是重要热源。

发热能力大的是硅和磷，由于磷是入炉铁水中的控制元素，所以硅是转炉炼钢的主要发热元素。而锰和铁的发热能力不大，不是主要热源。

从高炉生产来看，铁水中的碳、锰和磷的含量波动不大，铁水成分中最容易波动的是硅，而硅又是转炉炼钢的主要发热元素。因此要正确地控制温度就必须注意铁水含硅量的变化。 3.5.2.2 富余热量的计算

富余热量是全部用铁水吹炼时，热量总收入与用于将系统加热到规定温度和抵偿不加冷却剂的情况下转炉的热损失所必须的热量之差。为了正确地控制转炉的终点温度，就需要知道富余热量有多少，这些热量需要加入多少冷却剂。

下面以某厂条件为例，计算如下：

铁水成分: 4.2 % C；0.7 % Si；0.4 %Mn；0.14 % P。 铁水温度: 1250℃。

终点成分: 0.2%C；0.16 %Mn；0.03 % P；痕迹Si。 终点温度: 1650℃。

(1) 先计算出在1250℃各元素氧化反应的发热量。

例如碳氧化生成CO2 ，从表3-11可以看出，1200℃碳氧化1 kg时熔池的吸热量为33022 kJ，1400℃时为32480 kJ。1250℃与1200℃之热量差x可由下式求得：

(1400－1200 ):(33022－32480 ) ＝ (1250－1200 ) : x

50 542

x＝200＝135.5 kJ

所以1250℃碳氧化成CO2 的发热量为32886 kJ / kg（33022－135.5）。

用同样的方法可以计算出其它元素在1250℃，每氧化1 kg 熔池所吸收之热量。

C → CO2 32886 kJ C → CO 11255 kJ

Fe → FeO 4055 kJ Mn →MnO 6312 kJ Si → 2CaO·SiO2 20304 kJ P → 4CaO·P2O5 25320 kJ

(2) 根据各元素的烧损量可以计算出熔池吸收热量(100 kg铁水时)： 熔池所吸收的热量是78116 kJ，见表3-12。

除了考虑炉气、炉渣加热到1250℃所耗热量外，在吹炼过程中炉子也有一定的热损失，如炉子辐射和对流的热损失以及喷溅引起的热损失等。因此，真正吸收的热量比上面计算的要小。上述几项热损失一般占10 % 以上。则熔池所吸收的热量是:

78116 × 90 % = 70304 kJ

(3) 计算熔池从1250℃升温到1650℃所需之热量：

从1250℃到1650℃需要升温400℃，钢水和熔渣加热400℃以及把炉气加热到1450℃所需热量为：

400×0.837×90＋400×1.247×15＋200×1.13×10=39874 kJ 式中0.837、1.247、1.13分别为钢液、熔渣和炉气的比热 (kJ/kg·℃)；90、15、10分别为钢液、

熔渣和炉气的重量 (kg)；200为假定炉气的平均温度为1450℃，则温升为1450－1250＝200℃。

(4) 计算富余热量。根据以上的计算应为:

70304 －39874 =30430 kJ

若以废钢为冷却剂，废钢的加入量为：

30430

＝21.3kg

0.70 (1500－25）＋272＋0.837 (1650－1500）

式中 0.70、0.837 分别为固体废钢和钢液的比热 ((kJ/kg·℃)；1500℃为钢的熔点 (℃)；272为钢的熔化潜热。

如果装入30 t 铁水，则可加废钢6.39 t ，或者加3 t 废钢和1 t 多铁矿。

以上是简单的计算方法。其准确程度的关键是确定热损失的大小。 3.5.3 冷却剂的种类及其冷却效应 3.5.3.1 冷却剂的种类及特点

常用的冷却剂有废钢、铁矿石、氧化铁皮等。这些冷却剂可以单独使用，也可以搭配使用。当然，加入的石灰、生白云石、菱镁矿等也能起到冷却剂的作用。

(1) 废钢。 废钢杂质少，用废钢做冷却剂，渣量少，喷溅小，冷却效应稳定，因而便于控制熔池温度，但加废钢必须用专门设备，占用装料时间，不便于过程温度的调整。用废钢做冷却剂，可以减少渣料消耗量、降低成本。

(2) 铁矿石。 与废钢相比，使用铁矿石做冷却剂不需要占用装料时间，能够增加渣中TFe，有利于化渣，同时还能降低氧气和钢铁料的消耗，吹炼过程调整方便，但是以铁矿石为冷却剂使渣量增大，操作不当时易喷溅，同时由于铁矿石的成分波动会引起冷却效应的波动。如果采用全矿石冷却时，加入时间不能过晚。

(3) 氧化铁皮。 与矿石相比，氧化铁皮成分稳定，杂质少，因而冷却效果也比较稳定。但氧化铁皮的密度小，在吹炼过程中容易被气流带走。

由此可见，要准确控制熔池温度，用废钢作为冷却剂效果最好，但为了促进化渣，提高脱磷效率，可以搭配一部分铁矿石或氧化铁皮。目前我国各厂采用定矿石调废钢或定废钢调矿石等两种冷却制度。

3.5.3.2 冷却剂的冷却效应

在一定条件下，加入lkg冷却剂所消耗的热量就是冷却剂的冷却效应。

冷却剂吸收的热量包括将冷却剂提高温度所消耗的物理热和冷却剂参加化学反应消耗的化学热两个部分。

Q冷＝Q物+Q化 （3-11）

而Q物取决于冷却剂的性质以及熔池的温度：

Q物＝c固·(t熔－t0)+λ熔+c液·(t出－t熔) （3-12）

式中 c固，c液——分别为冷却剂在固态和液态时的质量热容，kJ/（kg·℃）

t0 —— 室温，℃

t出 —— 给定的出钢温度，℃； t熔 —— 冷却剂的熔化温度，℃； λ熔 —— 冷却剂的熔化潜热，kJ/kg。

Q化不仅与冷却剂本身的成分和性质有关，而且与冷却剂在熔池内参加的化学反应有关。不同条件下，同一冷却剂可以有不同的冷却效应。

A 铁矿石的冷却效应

铁矿石的物理冷却吸热是从常温加热至熔化后直至出钢温度吸收的热量，化学冷却吸热是矿石分解吸收的热量。

铁矿石的冷却效应可以通过下式计算：

56112

Q矿＝m (C矿·Δt+λ矿+ω(Fe2O3)×160×6459+ω（FeO）×72×4249 ) (3-13 )

式中 m —— 铁矿石质量，kg

C矿—— 铁矿石的质量热容，kJ/(kg·℃)，C矿=1.016kJ/(kg·℃) Δt—— 铁矿石加入熔池后需温升数，℃； λ矿 ——— 铁矿石的熔化潜热，209k …… 此处隐藏：2597字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……