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顶底复吹转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算

1 物料平衡计算 1.1 计算原始数据

基本原始数据有：冶炼钢种及成分、铁水和废铁的成分、终点钢水成分；造渣用溶剂及炉衬等原材料成分；脱氧和合金化用铁合金的成分及回收率；其他工艺参数。

表1-1 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值 成分含量/% C Si Mn P S 类别 钢种Q235设定值 0.18 0.25. 0.55 ≤0.045 ≤0.050 铁水设定值 废钢设定值 终点钢水设定值 表1-2 原材料成分 成分含量/% 类别 石灰 萤石 生白云石 炉衬 焦炭 Ca SiO2 MgO Al2O3 Fe2O3 CaF2 2.60 1.50 0.60 1.60 25.60 1.00 78.80 1.40 0.50 1.50 1.60 P2O5 S CO2 H2O C 0.10 1.50 灰分 挥发分 4.15 0.18 0.10 0.70 0.25 痕迹 0.20 0.55 006 0.200 0.030 0.020 0.030 0.030 0.018 88.00 2.50 0.30 1.20 5.50 3.00 36.40 0.80 0.10 0.06 88.00 0.90 0.10 36.20 14.0 0.58 81.5 12.4 5.52

表1-3 铁合金成分（分子）及其回收率（分母） 成分回收率/% C Si Mn Al P 类别 硅铁 —— 73.00/70.50/80 2.50/0 0.03/105 0 锰铁 6.60/90 0.50/75 67.8/80 —— 0.13/100

S 0.05/100 0.23/100 Fe 23.92/100 24.74/100

表1-4 其他工艺参数设定值 名称 终渣碱度 萤石加入量 生白云石加入量 炉衬蚀损量 终渣∑w(FeO)含量 (按向钢中传氧量w(Fe2O3)＝1.35w(FeO)折算) 烟尘量 喷溅铁损 渣中铁损(铁珠) 氧气纯度 炉气中自由氧含量 气化去硫量 金属中[C]的氧化物 废钢量 参数 w(CaO)/w(SiO2)=3.5 为铁水量的0.5﹪ 为铁水量的2.5﹪ 为铁水量的0.2﹪ 15﹪而ω(Fe2O3)/ ∑ω(FeO)=1/3,即金属中[C]的氧化产物w(Fe2O3)＝5﹪，w(FeO)=8.25﹪ 为铁量的1.5﹪(其中w(FeO)为75﹪w(Fe2O3)的20﹪) 为铁水量的1﹪ 为渣量的6﹪ 99﹪，余者为N2 1% 0.5﹪(体积比) 占总去硫量的1/3 90﹪C氧化成CO， 10﹪C氧化成CO2 由热平衡计算确定，本计算结果为铁水量的13.35﹪，即废钢比为11.78﹪ 1.1.2物料平衡的基本项目

收入项有：铁水、废钢、溶剂（石灰、萤石、轻烧白云石）、氧气、炉衬蚀损、铁合金。

支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。 1.1.3 计算步骤

以100㎏铁水为基础进行计算。

第一步：计算脱氧和合金化前的总渣量及其成分。

总渣量包括铁水中元素氧化，炉衬腐蚀和加入溶剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表5-5~表5-7。总渣量及成分如表5-8所示：

表5-5 铁水中元素的氧化产物及其成渣量

元素 反应产物 [C]+1/2O2→C {CO} [C]+O2→{CO2} [Si]+O2→Si (SiO2) [Mn]+1/2O2→Mn (MnO) 2[P]+5/2O2→P (P2O5) [S]+O2→{SO2} S [S]+[CaO]→ (CaS)+(O) [Fe] +1/2O2→Fe (FeO) 2[Fe]+3/2O2→ (Fe2O3) 合计 成渣量 元素氧化量/㎏ 4.05×90%=3.65 3.90×10%=0.405 0.70 0.20×70%=0.14 0.20×90%=0.18 0.03×1/3=0.01 0.03×2/3=0.02 1.078×56/72=0.838 0.600×112/160=0.425 6.363 耗氧量/㎏ 氧化产物量/㎏ 备注 3.65*16/12=4.86 8.505 0.4*32/12=1.08 1.5 0.70*32/28=0.8 1.714 入渣 0.14*16/44=0.041 0.181 入渣 0.18*80/62=0.23 0.410 入渣 0.001*32/32=0.01 0.02 0.002*(-16)/32=-0.0 入渣 1 0.045 0.838*16/46=0.24 1.078 入渣（表1-8） 0.421*48/112=0.182 0.607 入渣（表1-8） 7.433 入渣组分之 3.821 和 ①由CaO还原出的氧量；消耗CaO量=0.02×56/32=0.035㎏。

表1-6 炉衬腐蚀的成渣量 气态氧化物/成渣组分/㎏ ㎏ 炉衬蚀损渣量/㎏ C→ CaO SiO2 MgO Al2O3 Fe2O3 C→CO CO2 0.000.150.0002(表1-4) 0.003 6 8 0.003 3 0.059 0.010 合计 0.173 0.069

1-7 加入溶剂的成渣量 类别 加入成渣组分/㎏ 耗氧量/㎏ C→CO，CO2 0.021 0.021 气态氧化物

CaF CaO MgO SiO2 Al2O3 Fe2O3 P2O5 CaS 2 H2O CO2 O2 0.000.000.020.000.000.000.000.40.000.5 萤石 2 3 8 8 8 5 1 4 8 白云0.022.5 0.91 0.64 0.02 0.905 石 5 5.850.170.160.030.000.000.000.006.67 0.1 0.309 石灰 4 3 7 3 7 9 7 2 6.760.810.210.130.040.010.40.010.00合计 5 6 5 3 1 2 0.01 4 5 1.214 2 成渣量 8.4321 1.2305 ①.石灰加入量：渣中已含CaO=-0.016+0.004+0.002+0.910=0.900㎏；渣中已含SiO2=1.710+0.009+0.028+0.020=1.767㎏；因设定终渣碱度R=3.5，故石灰加入量为：5.285/(88.0%-3.5×2.50%)=6.67㎏

②.石灰加入量=(石灰中CaO含量）-（石灰中S→CaS自耗的CaO量）

表5-8 总渣量及其成分 Al2O炉渣成分/㎏ CaO SiO2 MgO 3 MnO FeO Fe2O3 CaF2 P2O5 CaS 合计 元素氧化成渣 1.71 0.452 1.065 0.6 0.41 0.021 4.264 6.34石灰石成渣量 5.854 0.167 0.173 0.1 0.033 0.007 0.009 3 0.000.25炉衬蚀损成渣 0.004 0.009 0.236 4 0.005 8 0.021.59生白云石成渣 0.91 0.02 0.64 5 5 0.000.49萤石成渣量 0.002 0.028 0.003 8 0.008 0.44 0.005 0.001 5 0.1312.95总成渣量 6.77 1.934 1.052 7 0.452 1.065 0.646 0.44 0.422 0.031 5 质量分数/% 52.26 14.93 8.12 1.06 3.49 8.25 5.00 3.40 3.26 0.24 100 ①.表中除(FeO)和(Fe2O3)以外的总渣量为6.779+1.934+1.052+0.137+0.452+0.440+0.422+0.031=+

11.238㎏，而终渣Σω(FeO)=15%(表5-4)，故总渣量为11.238/86.75%=12.955㎏。

②.ω(FeO)=12.910×8.25%=1.069㎏ ω(Fe2O3)=12.910×5%-0.033-0.005-0.008=0.602㎏

第二步：计算氧气消耗量。

量 ㎏

氧气的实际消耗量系消耗项目与供入项目之差。见表5-9

表5-9 实际耗氧量 耗氧项/㎏ 供氧项/㎏ 实际耗氧量/㎏ 铁水中元素氧化耗氧量（表5-5） 6.698 石灰中S与CaO反应还原炉衬中碳氧化消耗氧量（表5-6） 出的氧化量（表5-7）0.062 0.002 烟尘中铁氧化消耗氧量（表5-4） 0.340 7.157-0.002+0.064=7.炉气自由氧含量（表7-10） 219 0.057 合计 7.157 合计 0.002 第三步：计算炉气量及其成分。

炉气中含有CO、CO2、N2、SO2和H2O.其中CO、CO2、SO2和H2O可由表7-5~表7-7查得，O2和N2则由炉气总体积来确定。现计算如下：

炉气总体积VΣ

122.4Gs?0.5%V∑－Vx) V∑=Vg+0.5%V∑+ (

993299Vg?0.7Gs?Vx99?7.998?0.7?7.10?0.007?22.4/32?=

98.5098.5=8.089 m3

式中Vg——CO、CO2、SO2和H2O各组分总体积，m3。本计算中其值为：

8.278?22.42.659?22.40.010?22.40.015?22.4???=7.998m3

28446418 Gs——不计自由氧的氧气消耗量，㎏。本计算中其值为：

6.698+0.062+0.34=7.10㎏（见表5-9）

Vx——石灰中的S和CaO反应还原出的氧量（其质量为：0.002㎏，见表5-9），

m3。0.5%——炉气中自由氧含量。

99——自由氧纯度为99%转换得来。

计算结果列于表5-10

表5-10 炉气量及其成分 炉气成分 炉气量/㎏ 炉气体积/ m3 体积分数/% CO 8.278 8.278×22.4/28=6.622 81.87 CO2 2.659 2.659×22.4/44=1.353 16.73 SO2 0.010 0.010×22.4/64=0.004 0.04 H2O 0.015 0.015×22.4/18=0.019 0.23 O2 0.057 0.04 0.50 N2 0.064 0.051 0.63 合计 11.083 8.089 100.00 ①.炉气中O2的体积为8.089*0.5%=0.040m3；质量为0.040×32/22.4=0.057㎏。