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1、11 转炉物料平衡与热平衡计算物料平衡是计算转炉炼钢过程中加入炉内与参与炼钢的全部物料（如铁水、废钢、氧气、冷却剂、渣料、合金添加剂、被侵蚀的炉衬等）和炼钢过程的产物（如钢水、炉渣、炉气、烟尘等）之间的平衡关系。热平衡是计算转炉炼钢过程的热量收入（如铁水物理热、化学热）和热量支出（如钢水、炉渣、炉气的物理热、冷却剂溶化和分解热）之间的平衡关系。1.1 原始数据的选取原始数据的选取 1.1.1 原材料成分（表 1-1表 1-5）表 1-1 铁水、废钢成分（%）原料CSiMnPS温度/铁水4.10.600.450.150.0351300废钢0.160.150.480.0220.01525表 1-2
2、 渣料和炉衬材料成分（%）种类CaOSO2MgOAl2O3SPCaF2FeOFe2O3烧减H2OC石灰91.02.02.01.50.053.45矿石1.05.610.521.100.0729.461.80.50萤石6.00.581.780.090.5589.02.00白云石55.03.033.03.01.05.02炉衬54.02.038.01.05.0表 1-3 各材料的热容（kJ/kg.K）项目固态平均热容熔化潜热液（气）态平均热容生铁0.745217.5680.8368钢0.699271.960.8368炉渣209.201.247炉气1.136烟尘1.000209.20矿石1.046209
3、.20表 1-4 反应热效应（25）元素反 应反应热/kJkg-1元素C C+1/2O2=CO10950C C+O2=CO234520Si Si+O2=SiO228314P2P+5/2O2=P2O518923Mn Mn+1/2O2=MnO7020Fe Fe+1/2O2=FeO5020Fe Fe+3/2O2=Fe2O36670SiO2SiO2+2CaO=2CaOSiO22070P205P2O5+4CaO=4CaO P2O550203表 1-5 铁合金成分（分子）及其回收率（分母）项目CSiMnAlPSFe硅铁73.00/750.50/802.50/00.05/1000.03/10023.92/1
4、00锰铁6.60/900.50/7567.8/800.23/1000.13/10024.74/1001.1.2假设条件根据各类转炉生产实际过程假设：（1） 渣中铁珠量为渣量的 8%；（2） 喷溅损失为铁水量的 1%；（3） 熔池中碳的氧化生成 90%CO,10% CO2（4） 烟尘量为铁水量的 1.6%，其中 FeO 为 77%，Fe2O3=7%（5） 炉衬侵蚀量为铁水量的 0.5%；（6） 炉气温度取 1450，炉气中自由氧含量为总炉气量的 0.5%；（7） 氧气成分：98.5%氧气，1.5%氮气。1.1.3冶炼钢种及规格成分要求冶炼低碳钢，以 Q235 钢为例，其规格成分为（%）：C 0.
5、140.22，Si 0.120.30，Mn 0.400.65，P0.045,S0.0501.2 未加废钢和合金的物料平衡计算未加废钢和合金的物料平衡计算根据铁水、渣料质量及其冶炼钢种的要求，采用单渣法操作。为了简化运算，以 100kg 铁水为计算基础。41.2.1渣量及其成分计算（1） 铁水中元素氧化量（表 1-6）氧化量=元素在铁水中的含量 元素在钢水中的含量表 1-6 铁水中的元素氧化量元素/%项目CSiMnPS铁水4.100.600.450.150.035钢水0.2000.180.0250.018氧化量3.900.600.270.1250.017由表 1-6 知：脱磷率=0.125/ 0
6、.15 100% =83.3%；脱硫率 =0.017/0.035 100% =48.6%；钢中残锰量 =0.18/0.45100% =40%.(2) 各元素耗氧量及氧化产物量（表 1-7）表 1-7 铁水中元素氧化量、氧化产物量元素反应元素氧化量/kg耗氧量/kg氧化产物量/kgCC+1/2O2=CO3.990%=3.513.5116/12=4.683.5128/12=8.19CC+O2=CO23.910%=0.390.3932/12=1.040.3944/12=1.43SiSi+O2=SiO20.60.632/28=0.6860.660/28=1.286MnMn+1/2O2=MnO0.270
7、.2716/55=0.080.2771/55=0.35P2P+5/2O2=P2O50.1250.12580/62=0.1610.125142/62=0.2865SS+O2=SO20.021/3=0.0070.00732/32=0.0070.00664/32=0.014SS+(CaO)=(CaS)+O0.022/3=0.0110.013(-16)/32=-0.0060.01372/32=0.0293*FeFe+1/2O2=FeO0.93156/72= 0.7240.93116/72= 0.2070.931Fe2Fe+3/2O2=Fe2O30.21112/160= 0.1470.2148/160=
8、 0.0190.21总计5.8496.918*：假定炉内气化脱硫 1/3；铁的氧化由表 1-13 得出。(3) 渣料的加入量1）矿石加入量 ：为了化渣，加入矿石 1%，即 1001%=1kg ，其成分质量计算见表 1-8。(质量计算中各成分质量百分数见表 1-2)表 1-8 矿石加入量及成分成分质量/kg成分质量/kgFe2O3161.80%=0.618FeO129.40%=0.294SO215.61%=0.0561Al2O311.10%=0.011CaO11.0%=0.01MgO10.52%=0.005S10.07%0.001H2O10.50%=0.005其中：S+(CaO)=(CaS)+O
9、（CaS）生成量=0.00172/320.002kg消耗 CaO 量=0.00156/320.002kg2) 萤石加入量 ：根据冶金局（部）转炉操作规程，并参考炼钢工艺学 ，取萤石加入量 4kg/t，在本设计中，即为：0.14=0.4kg，其成分质量计算见表 1-9. (质量计算中各成分质量百分数见表 1-2)表 1-9 萤石加入量及成分6成分质量/kg成分质量/kgCaF20.489.0%=0.356MgO0.40.58%=0.002SiO20.46%=0.024P0.40.55%=0.002Al2O30.41.78%=0.007S0.40.09%0.000(忽略)H2O0.42%=0.00
10、8其中：2P+5/2O2=P2O5(P2O5)生成量=0.002142/62=0.005kg3) 白云石加入量 ：为了提高转炉寿命，采用白云石造渣，控制渣中（MgO）含量在 6% 8%范围内。根据已投产转炉的经验，取生白云石 30kg/t，在本设计中即为：300.1 =3kg，其成分质量计算见表 1-10。(质量计算中各成分质量百分数见表 1-2) 表 1-10 生白云石加入量及成分成分质量/kg成分质量/kgCaO330%=0.9MgO354%=1.62SiO233%=0.09Fe2O331%=0.03Al2O333%=0.09烧减39%=0.27其中：烧减是白云石中 CaCO3MgCO3分
11、解产生的气体。2CO4）炉衬侵蚀量：转炉炉衬在炉渣作用下，将被侵蚀和冲刷进入渣中，本设计中取铁水量的 0.5%，即 1000.5%=0.5kg ,其成分质量计算见表 1-11. (质量计算中各成分质量百分数见表 1-2)7表 1-11 炉衬侵蚀量及成分成分质量/kg成分质量/kgCaO0.554%=0.27SiO20.52%=0.01MgO0.538%=0.19C0.55%=0.025Al2O30.51%=0.005其中： 炉衬中碳的氧化与金属中氧化生成的 CO 和 CO2比例相同。即：C+1/2O2=CO：氧化产物 CO 量为：0.02590%28/12=0.053kg耗氧量为：0.0259
12、0%16/12=0.03kgC+O2=CO2：氧化产物 CO2量为：0.02510%44/12=0.009kg耗氧量为：0.00932/44=0.007kg共消耗氧量=0.03+0.007=0.037kg5) 石灰加入量：根据铁水成分，取终渣碱度 R=3.5，石灰加入量计算如下：(SiO2)=铁水Si生成（SiO2）+ 炉衬、矿石、白云石、萤石带入的（SiO2）=1.286+0.01+0.0561+0.09+0.024=1.466kg(CaO)=白云石、矿石、炉衬带入（CaO） 铁水、矿石中 S 消耗 CaO 量=0.9+0.01+0.270.01456/320.00156/32=1.154k
13、g石灰加入量=(SiO2)R-(CaO)/%CaO 有效100%=（1.4663.51.154）/(913.52) 100%=4.73kg其成分质量计算见表 1-12. (质量计算中各成分质量百分数见表 1-2)8表 1-12 石灰加入量及成分成分质量/kg成分质量/kgCaO4.7391%=4.304SiO24.732%=0.095MgO4.732%=0.095S4.730.05%=0.0024Al2O34.731.5%=0.071烧减4.733.45%=0.163其中： S+(CaO)=(CaS)+O生成的(CaS)=0.002472/32=0.005kg6) 渣中的铁氧化物：对于冶炼 Q
14、235 钢，根据已投产转炉渣中含（FeO）量，取（FeO）= 10%， （Fe2O3）= 7%。7）终渣总量及成分：根据表 1-7表 1-12 中的数据，确定终渣总量及成分，见表 1-13，：表 1-13 终渣总量及成分成分氧化产物/kg石灰/kg矿石/kg白云石/kg炉衬/kg萤石/kg总计/kg%CaO4.300.010.90.275.4844.73MgO0.0950.0051.620.190.0021.91215.61SiO21.2860.0950.0560.090.010.0241.56112.74P2O50.2860.0050.2912.38MnO0.350.352.86Al2O30
15、.040.0110090.0050.0070.1841.509CaF20.3560.3562.91CaS0.02930.0050.0020.03630.30FeO0.9310.2941.22510Fe2O30.210.6180.030.8587总计12.25100注：部分数据来源如下：若不计（FeO） 、 （Fe2O3） ，由表 1-13 中可得，CaO+MgO+SiO2+P2O5+MgO+Al2O3+CaF2+CaS= 5.48+1.912+1.561+0.291+0.35+0.184+0.356+0.0363=10.167kg已知（FeO）= 10% ,(Fe2O3）= 7% ，则其余渣应占渣量总数的 83%。故总渣量为 10.167/83% =12.25kg由此可知：（FeO=12.2510% =1.225kg,（Fe2O3=12.257%=0.858kg。由于矿石和白云石中带入部分（FeO）和（Fe2O3） ，其含量参见表 1-8和 1-10，实际铁氧化物为：（FeO=1.2250.294=0.934kg ；其值列入表 1-7.（Fe2O3=0.8580.6180.03 =0.21kg .其值列入表 1-71.2.2冶炼中的吹损计算根据假设条件，渣中铁珠量为渣量的 8%，喷溅损失为铁水量的 1%，烟尘损失为铁水量的 1.6%。故可得到：渣中铁珠量=12.
