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 Cr223CaO MgO S P O CSiO Al O%17.2240.18 5.5913.18 2.3613.790.090.00 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 SiO Al O3S P22≥ 40%－≤ 5%－＜ 0.05＜0.02入炉白云石粒度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SiO2Al 2O3S P热稳定性≥ 97%≤ 1.0%≤ 0.01%≤ 0.01%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 Cr2O3、Cr 形态存在 ,Fe 以 Fe?O?,Fe 形态存在，其中Cr2O3全部还原， Fe?O?98%还原为 Fe， 45%还原为 FeO, SiO 22%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=2.78Fe?O?Fe?O?+3C=2Fe+3CO17.22*80%*36/112 =4.44SiO2SiO2+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M c=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Cr FeO/ Fe MgO SiO2/Si Al 2O CaO3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质量分比名称进入渣中量 /kg质量分比 /%进入合金中量 /kg/% Cr-----------40.18*100%=40.1864 Fe?O?17.22*2%*160/112/Fe1.4917.22*98%=16.8827=0.49Al O13.18*100%=13.1840.15--------2 3MgO13.79*100%=13.7942---------SiO /Si 5.59-4.18=1.41 4.2940.18*3/62=1.953 2CaO 2.36*100%=2.367.2--------C---------62.78*6%=3.776灰分16*10%=1.6 4.87-------（ 40.18+16.88+1.95）合计32.83100/(1-6%)=62.78100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）渣铁比按渣中 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%64276300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/Al 2O3=(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 ）化学成份牌号Cr C Si S P ⅠⅡⅠⅡⅠⅡⅠⅡ范围≥≤FeCr67C6.062.0~72.0 6.0 3.00.030.040.06 FeCr55C60060.052.0 6.0 3.05.00.040.060.040.06 FeCr67C9.562.0~72.09.5 3.00.030.040.06 FeCr55C100060.052.010.0 3.05.00.040.060.040.065、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=231.8Fe?O?Fe?O?+3C=2Fe+3CO17.22*80%*1.5*1000/56 =369SiO2SiO2+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 ）1Cr0.452Cr2O30.173Fe0.464Fe?O?0.675SiO20.9666MgO0.8747Al 2O30.68CaO0.728C 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）1Cr40.18*80%*0.45* （700-25 ）=9763.742Cr2O340.18*20%*0.17* （700-25 ）=922.313Fe17.22*20%*0.46* （700-25 ）=1069.364Fe?O?17.22*80%*0.67* （700-25 ）=6230.25SiO2 5.59*0.966* （ 700-25） =3644.966MgO13.79*0.874* （700-25 ）=8135.47Al 2O313.18*0.6* （700-25 ）=5337.98CaO 2.36*0.728* （ 700-25） =1159.79C 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700℃焦炭硅石25℃ 25℃白云石25℃炉渣1700℃炉气1700℃高碳铬铁铁水1700℃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/mol Q/KJCr Cr2O3+3C= 2Cr+3CO27040.18*1000/52/2*270=104313.46Fe Fe?O?+3C=2Fe+3CO494.017.22*80%*1000/56/2*494=60762Si SiO2+2C=Si+2CO654.93 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/KJCr67.2 1.65*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/KJSiO2100.630*98%*1000/60.1*100.6=49212 MgO72.215*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 /molNiO NiO+C=Ni+CO 1.65*1000/58.7=28.1Fe?O?+3C=2Fe+3CO 1.5*25*55%*1000/55.85=369.3Fe?O?Fe?O?+C=2FeO+CO0.5*25*45%*1000/55.85=100.7 Si SiO2+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/mol Q/KJCaO SiO2+2CaO=2 CaO. SiO 2-97.1 2.36*1000/56/2*97.1=2039.1 MgO SiO2+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/mol Q/KJC-22590-3.77 /12*22590=-7097Cr1925040.18/52*19250=14874.3Si131500 1.95/60.1*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，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 700℃37874.8 6.89炉气物理热39460.727.18碳酸镁分解热15505.07 2.82热损失54944.1510合计549441.5100合计494497.32/(1-1100 0%)=549441.55、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：P24dK1K 2 K3 cosQ WP－变压器额定容量（KVA）42000Cos φ－电炉功率因数0.90K1－功率利用系数0.76K2－时间利用系数0.97K3－电压波动系数0.98d－电炉年作业天数330W－单位重量产品冶炼耗电量2334.53kWh/tQ＝92646.5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）加入量产出量名称t/h t/a备注名称t/h t/a备注直接还18142677高碳铬铁11.792646.5原铁合金水电极糊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49.94395109.2。