1、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 Fe Cr SiO2 Al2O3 CaO MgO S P O 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 Al2O3 S P 40% 5% 0.05 0.02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
2、.210 硅石化学成分SiO2 Al2O3 S P 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/kgCr2O3 Cr2O3+3C= 2Cr+3CO 40.18X20%X152/104X36/152=2.78FeO FeO+3C=2Fe+3C
3、O 17.22*80%*36/112 =4.44SiO2 SiO2+2C=Si+2CO 4.18/(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
4、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 Cr FeO/ Fe MgO SiO2/Si Al2O3 CaO入渣率 0 2 100 98 100 100入合金率 100 98 0 2 0 0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%=40.18 64FeO/Fe17.22*2%*160/112=0.491.49 17.22*9
5、8%=16.88 27Al2O3 13.18*100%=13.18 40.15 - -MgO 13.79*100%=13.79 42 - -SiO2/Si 5.59-4.18=1.41 4.29 40.18*3/62=1.95 3CaO 2.36*100%=2.36 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%)=62.78100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 21.24
6、kg（SiO 2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 Cr Fe C Si S P% 64 27 6 3 0 0由于 Cr /Fe=64/27 =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）化学成份C
7、r C Si S P 牌号范围 FeCr67C6.0 62.072.0 6.0 3.0 0.03 0.04 0.06FeCr55C600 60.0 52.0 6.0 3.0 5.0 0.04 0.06 0.04 0.06FeCr67C9.5 62.072.0 9.5 3.0 0.03 0.04 0.06FeCr55C1000 60.0 52.0 10.0 3.0 5.0 0.04 0.06 0.04 0.065、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 =74
8、0.1*28/1000=20.72kg名称 反应方程式 生成 CO 量/molCr2O3 Cr2O3+3C= 2Cr+3CO 40.18*20%*1.5*1000/52=231.8FeO FeO+3C=2Fe+3CO 17.22*80%*1.5*1000/56 =369SiO2 SiO2+2C=Si+2CO 4.18*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）1 Cr 0.452 Cr2O3 0.173 Fe 0.464 FeO 0.675 SiO2 0.9666 MgO 0.8747 Al2O3 0.68 CaO
9、0.728C 1.552、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）1 Cr 40.18*80%*0.45*（700-25）=9763.742 Cr2O3 40.18*20%*0.17*（700-25）=922.313 Fe 17.22*20%*0.46*（700-25）=1069.364 FeO 17.22*80%*0.67*（700-25）=6230.25 SiO2 5.59*0.966*（700-25）=3644.966 MgO 13
10、.79*0.874*（700-25）=8135.47 Al2O3 13.18*0.6*（700-25）=5337.98 CaO 2.36*0.728*（700-25）=1159.79 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 炉气 高碳铬铁铁水700 25 25 25 1700 1700 17
11、00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（SiO 2）20.6kg、白云石（MgCO 3）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/KJCr Cr2O3+3C= 2Cr+3CO 270 40.18*1000/52/2*270=104313.46Fe FeO+3C=2Fe+3CO 494.0 17.22*80%*1000/56/2*494=6076
12、2Si SiO2+2C=Si+2CO 654.93 4.18*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/mol Q/KJCr 67.2 1.65*1000/58.7*67.2=2289.6Fe 72.9 25*55%*1000/55.85*72.9=18273.9Si 88.2 30*2%*1000/60.1/2*88.2=880.5C 29.8 0.32*1000/12*29.8=79
13、5合计 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 KJ Q/KJSiO2 100.6 30*98%*1000/60.1*100.6=49212MgO 72.2 15*1000/40.3*72.2=26873.4CaO 77.1 10*1000/56.1*77.1=16492FeO 84.6 25*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
14、 反应方程式 CO 的生成量/molNiO NiO+C=Ni+CO 1.65*1000/58.7=28.1FeO+3C=2Fe+3CO 1.5*25*55%*1000/55.85=369.3FeOFeO+C=2FeO+CO 0.5*25*45%*1000/55.85=100.7Si SiO2+2C=Si+2CO 2*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/mol Q
15、/KJCaO SiO2+2CaO =2CaO. SiO2 -97.1 2.36*1000/56/2*97.1=2039.1MgO SiO2+2MgO =2MgO. SiO2 -5.6 19.39*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/mol Q/KJC -22590 -3.77 /12*22590=-7097Cr 19250 40.18/52*19250=14874.3Si 131500 1.95
16、/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，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 496119.25 90.3 元素还原热 210702.25 38.35成渣反应放热 3396.4 0.61 铬铁水物理热 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 37874.8 6.89 炉气物理热
17、 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%)=549441.51005、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
18、计算如下：1234cosPdKQWP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/h t/a 备注 名称 t/h t/a 备注直接还原铁18 142677 高碳铬铁合金水 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
