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180t氧气顶吹转炉物料平衡与热平衡计算

1.1原始数据

1）铁水成分及温度 成分 W(C) 含量% 4.250 2）原材料成分 种 成 类 分 表1－1 铁水成分及温度 W(Si) W(Mn) W(P) W(S) 0.850 0.580 0.150 0.037 表1－2 原材料成分 矿石 萤石 温度℃ 1250 石灰 % 白云石 炉衬 W(CaO)／％ 91.08 1.00 30.84 54.00 w(SiO2)／％ 1.66 5.61 6.00 0.46 2.05 w(MgO)／％ 1.54 0.52 0.58 20.16 37.75 w(Al2O3)／％ 1.22 1.10 0.78 0.74 1.00 w(S)／％ 0.06 0.07 0.09 w(P)／％ 0.55 w(CaF2)／％ 90.00 w(FeO)／％ 29.40 w(Fe2O3)／％ 61.80 烧减／％ 4.44 47.80 w(H2O)／％ 0.50 2.00 w(C)／％ 5.00 ∑ 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 3）冶炼钢种及成分 表1－3 冶炼钢种（Q235）成分 成分 W(C) W(Si) W(Mn) W(P) W(S) 含量≤0.17 ≤0.30 0.35～0.80 ≦0.035 ≦0.035 ／% 4）平均比热容 表1－4 原料平均比热容 液态或气态平均固态平均比热 熔化潜热 项目 比热容 KJ/（kg·℃） KJ/kg KJ/（kg?℃） 生铁 0.745 218 0.837 钢 0.699 272 0.837 炉渣 209 1.248 炉气 1.137 烟尘 0.996 209 矿石 1.046 209 5）冷却剂 用废钢做冷却剂，其它成分与冶炼钢种成分的中限皆同。

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6）反应热效应（25℃）

表1－5 铁水中元素氧化放热 元素氧化放热 反应 KJ/Kmol KJ/kg元素 元素 1C+O2=CO 131365.0 10949.1 C 2C+O2=CO2 414481.7 34521.0 C Si+O2＝SiO2 795023.6 28314.0 Si 52P+O2=P2O5 1172078.6 18922.6 P 21Mn+O2＝MnO 384959.0 7020.3 Mn 21Fe+O2＝FeO 266635.0 5021.2 Fe 232Fe+O2＝Fe2O3 822156.0 7340.7 Fe 22CaO+SiO2=2CaO?SiO2 124600.4 2071.1 SiO2 4CaO+P2O5=4CaO?P2O5 690414.9 5020.8 P2O5 注：数据来源：《氧气转炉炼钢原理》（美），密执安大学，冶金工业出版社，1974年，75页。

7）根据国内同类转炉的实测数据选取 (1)渣中铁珠量为渣量的8％；

(2)金属中碳的氧化，其中90％的碳氧化成CO，10％的碳氧化成CO2； (3)喷溅铁损为铁水量的1％；

(4)炉气和烟尘量，取炉气平均温度1450℃。炉气中自由氧含量为0.5％。烟尘量为铁水量的1.6％，其中FeO=77%, Fe2O3=20%; (5)炉衬侵蚀量为铁水量的0.5％； (6)氧气成分，98.5％O2、1.5％N2。 1.2 物料平衡计算 根据铁水成分、原材料质量以及冶炼钢种，采用单渣不留渣操作。为了简化计算，以100kg钢铁料为基础进行计算，取废钢比9.45%。 1）炉渣量及成分计算

炉渣来自金属中元素的氧化产物、造渣剂及炉衬侵蚀等。 (1)铁水中各元素氧化量

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表1－6 铁水中各元素氧化量 项 目 成 分 M(C) 4.250 0.180 0.150 3.715 M(Si) 0.850 0.20 痕迹 0.789 M(Mn) 0.580 0.520 0.170 0.404 M(P) 0.150 0.022 0.015 0.123 M(S) 0.037 0.025 0.025 0.011 铁水 废钢 终点钢水 氧化量 注： 终点钢水据国内同类转炉冶炼Q235钢种的实际数据选取，其中：

[Si]：在碱性氧气转炉炼钢法中，铁水中的硅几乎全部被氧化，随同加入的其它材料而带入的SiO2起进入炉渣中，所以终点钢水硅的含量为痕迹。

[P]：采用低磷铁水操作，炉料中磷约85～95%进入炉渣，本计算采用低磷铁水操作，取铁水中磷的90%进入炉渣，10%留在钢中，则终点钢水含P质量为0.150×10%=0.015kg。

[Mn]：终点钢水余锰含量，一般为铁水中锰的含量30～40％，取30％,则终点钢水含Mn质量为0.580×30%=0.170kg。

[S]：去硫率，一般为30～50％的范围，取40％，则终点钢水含S质量为0.037×60%=0.25kg。

[C]：终点钢水含碳量，根据冶炼钢种的含碳量和预估计脱氧剂等增碳量之差，则为终点含碳量。本计算取0.15%。 铁水中各元素氧化量计算过程如下： (a):

成分 ％ C 铁水 4.25×90.55％＝3.848 废钢 0.180×9.45％＝0.017 终点钢水 0.150

氧化量 3.848＋0.017－0.150=3.715 (b):

成分 ％ Si 铁水 0.850×90.55％＝0.770 废钢 0.20×9.45％＝0.019 终点钢水 痕迹

氧化量 0.770＋0.019－0=0.789 (c):

成分 ％ Mn

铁水 0.580×90.55％＝0.525 废钢 0.520×9.45％＝0.049 终点钢水 0.170

氧化量 0.525＋0.049－0.170=0.404 (d):

成分 ％ P

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铁水 0.150×90.55％＝0.136 废钢 0.022×9.45％＝0.002 终点钢水 0.015

氧化量 0.136＋0.002－0.015=0.123 (e):

成分 ％ S

铁水 0.037×90.55％＝0.034 废钢 0.025×9.45％＝0.002 终点钢水 0.025

氧化量 0.034＋0.002－0.025=0.011

(2）各元素氧化量、耗氧量及其氧化产物量，见表1-7。

铁水中各元素氧化产物量1-7 元反应极其产物 元素氧化量kg 耗氧量kg 氧化产物量素 kg C [C]+1/2{O2}={CO3.715*90%=3.33.344*16/12=43.344*28/12} 44 .459 =7.803 C [C]+{O2}={CO2} 3.715*10%=0.30.372*32/12=00.372*44/1272 .992 =1.364 Si [Si]+{O2}=(SiO20.789 0.789*32/22=00.789*60/28) .902 =1.691 Mn [Mn]+1/2{O2}=(M0.404 0.404*16/55=00.404*71/55nO) .118 =0.522 P 2[P]+5/2{O2}=(P0.123 0.123*80/62=00.123*142/6.159 2=0.282 2O5) S [S]+{O2}={S O2} 0.011*1/3=0.00.004*32/32=00.004*64/3204 .004 =0.008 S [S]+(CaO)=(CaS0.011-0.004=00.078*(-16/320.007*72/32)+[O] .007 )=-0.004 =0.016 备注 -0.004表示还原出氧量消耗CaO量0.007×56/32=0.012 见表1-13 见表1-13 Fe [Fe]+1/2{O2} =(FeO) Fe 2[Fe]+3/2{O2}=(Fe2 O3) 共计 1.055 0.475 6.580 1.055*16/55=0.307 0.475*48/112=0.203 7.140 1.356 0.678 (3)造渣剂成分及数量 150t氧气顶吹转炉加入造渣剂数量，是根据国内同类转炉有关数据选取： a)矿石加入量及成分

矿石加入量为1.00/100Kg(钢)，其成分及重量见表1－8。

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表1－8 矿石加入量及其成分 成分(m) 质量 kg Fe2O3 1.00×61.80％＝0.618 FeO 1.00×29.40％＝0.294 SiO2 1.00×5.61％＝0.056 Al2O3 1.00×1.10％＝0.011 CaO 1.00×1.00％＝0.010 MgO 1.00×0.50％＝0.005 S* 1.00×0.07％＝0.0007 H2O 1.00×0.50％＝0.005 共计 1.000 S*以[S]+[CaO]=[CaS]+[O]的形式反应,其中生成CaS量为0.001*72/32=0.002kg。

消耗CaO量为0.001*56/32＝0.002kg。 消耗微量氧，忽略之。 b)萤石加入量及成分

萤石加入量为0.5/100kg(钢)，其成分及重量见表1-9。

表1－9 萤石加入量及成分 成分(m) 质量， kg 成分 质量， kg CaF2 0.50*90.00％＝P* 0.50*0.55％＝0.45 0.0028 SiO2 0.56*6.00％＝S** 0.50*0.09％＝0.030 0.0004 Al2O3 0.50*1.78％＝H2O 0.50*2.00％＝0.0089 0.010 MgO 0.50*0.58％＝共计 0.500 0.0029 *P以2[P]+5/2{O2}=(P2O5)的形式进行反应,其中生成P2O5量为0.0028*142/62=0.007kg。

消耗氧气量为0.0028*80/62＝0.004kg **S微量，忽略之。

c)炉衬被侵蚀重量及成分

炉衬被侵蚀量为0.50kg/100kg（钢），其成分及重量见表1-10。

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