毕业设计(论文)-以16Mn钢为主的年产180万吨方坯的转炉炼钢车间设计说明书.doc

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密级：__________

本科生课程设计(论文)

以16Mn钢为主的年产180万吨

方坯的转炉炼钢车间
题 目： ____________________________

__________________________

作 者： ____________________________
学 号： ____________________________

学 院： ____________________________
专 业： ____________________________
成 绩： ____________________________

2016 年 12 月

设计任务书
运用教学过程中讲述的原理以及专业知识，计算并设计以16Mn钢为主的年产180万吨方坯的转炉炼钢车间。要求完成物料平衡和热平衡计算，画出主要设备剖面图以及车间平面布置图并编写设计说明书。通常设计说明书包括的内容有：
1.绪论；
2.产品方案；
3.物料平衡和热平衡；
4.原材料；
5.工艺制度；
6.主要工艺设备选择；
7.工艺流程；
8.主厂房工艺布置；
9.转炉烟气净化及回收系统设计;
10.炼钢车间人员编制；
11.车间主要经济技术指标;
12.参考文献；
13.图纸目录。

目 录
1绪论 1
1.1钢铁工业在国民经济中的地位和作用 1
1.2炼钢厂设计概述 1
1.2.1炼钢厂设计依据 1
1.2.2设计原则和指导思想 2
1.2.3设计工作程序 2
2.生产产品方案 4
2.1车间冶炼钢种的确定 4
2.2转炉公称容量、转炉座数和生产规模的确定 4
2.3核算炼钢车间年产钢量 5
3 转炉平衡计算 6
3.1平衡计算结果摘要 6
3.2物料平衡计算 7
3.2.1计算数据 7
3.2.2物料平衡的基本项目 8
3.2.3计算过程 9
3.3热平衡计算 15
3.3.1计算数据 15
3.3.2计算过程 17
4.原材料供应系统 20
4.1 铁水供应系统 20
4.1.1混铁车 20
4.1.2铁水罐 20
4.2 废钢供应系统 21
4.2.1 废钢车间的布置 21
4.2.2 车间所需废钢量 21
4.2.3 废钢料斗容量及数量 21
4.3 散料供应系统 22
4.3.1地面料仓容积和数量的确定 23
4.3.2上料方式的选择 24
4.3.3高位料仓容积和数量的确定 24
4.3.4铁合金的供应 25
4.4供氧系统 26
4.4.1 供氧工艺流程 26
4.4.2 车间需氧量 27
4.4.3 制氧机选择 28
4.4.4 供氧量 28
4.5合金料供应系统 28
5.工艺制度 29
5.1主要原材料的技术要求 29
5.1.1金属料 29
5.1.2造渣材料 30
5.2装入制度 30
5.2.1 装料次序 30
5.2.2 装入量 31
5.2.3 装入方法 31
5.3 供氧制度 31
5.3.1 喷头结构 31
5.3.2 供氧强度 31
5.3.3 供氧操作 32
5.4 造渣制度 32
5.4.1造渣方法 33
5.4.2 渣料的加入 34
5.5 温度制度 35
5.5.1 生产过程温度控制 35
5.5.2 终点温度控制 35
5.6 终点控制 35
5.7 出钢操作 36
6.设备设计及其工艺参数 36
6.1 转炉 36
6.1.1炉型设计说明 36
6.1.2炉型设计计算 38
6.1.3底部供气元件设计 43
6.2 氧枪 44
6.2.1氧枪喷头设计 44
6.2.2氧枪枪身设计 46
6.2.3氧枪热平衡计算 50
6.2.4氧枪冷却水阻力计算 50
6.2.5副枪设计 51
6.3 钢包 53
6.3.1钢包内衬材质的确定 53
6.3.2钢包的主要尺寸及工艺参数的确定 53
6.3.3钢包的结构 54
6.3.4钢包需用量的计算 54
6.4.渣罐车 55
6.4.1渣罐容积的确定 55
6.4.2渣罐数量的确定 55
6.5 LF精炼炉 56
6.5.1 LF设备选择 56
6.5.2 LF炉主要技术参数 57
6.5.3 LF炉钢包设计 58
6.5.4 LF炉相关尺寸确定 60
6.6方坯连铸机设计 60
6.6.1方坯连铸机主要参数 60
6.6.2方坯连铸机生产能力 63
6.6.3连铸主要设备选择 64
7.工艺流程 69
8主厂房工艺布置 70
8.1原料跨间布置 70
8.2炉子跨间布置 71
8.3精炼设备布置 74
8.4浇注设备布置 74
8.5 各跨吊车选型的选定 76
8.5.1 天车设备参数 76
8.2.2 车间主厂房柱间距、各跨及跨距 76
9转炉烟气净化及回收系统设计 77
9.1炼钢车间烟气特征 77
9.2转炉烟气净化方案选择 77
9.2.1炉口附近烟气净化方法 77
9.2.2转炉烟气净化方法 78
9.3转炉烟气净化及回收系统设计计算 79
9.3.1计算条件 79
9.3.2参数计算 79
9.4主要设备设计计算 82
9.4.1溢流定径文氏管设计 82
9.4.2重力挡板脱水器设计 86
9.4.3贮气柜选择 87
9.4.4风机选择 88
10炼钢车间人员编制 89
11炼钢车间经济指标 93
11.1 主要技术经济指标 93
11.2 原材料消耗 93
参考文献 95

VI

1绪论
1.1钢铁工业在国民经济中的地位和作用
钢铁材料是人类经济建设和日常生活中所使用的最重要的结构材料和产量最大的功能材料,是人类社会进步所依赖的重要物质基础。中国钢铁工业的进步历程是国民经济高速发展的指示器和风向标。[1]钢铁工业是我国国民经济的支柱性产业，是关系国计民生的基础性行业，在工业现代化进程中发挥了不可替代的作用。钢铁工业作为一个原材料的生产和加工部门，处于工业产业链的中间位置。它的发展与国家的基础建设以及工业发展的速度关联性很强。
钢铁是用途最广泛的金属材料，人类使用的金属中，钢铁占90%以上，人们生活离不开钢铁，人们从事生产或其他活动所用的工具和设施也都要使用钢铁。钢铁产量往往是衡量一个国家工业化水平和生产能力的重要标志，钢铁的质量和品牌对国民经济的其他工业部分产品的质量，都有着极大的影响。
世界经济发展到今天的水平，钢铁作为最重要的基础材料之一的地位依然未受到根本性的影响，而且，在可预见的范围内，这个地位也不会因世界新技术和新材料的进步而削弱。纵观世界主要发达国家的经济发展史，不难看出钢铁材料工业的发展在美国、前苏联、日本、英国、德国和法国等国家的经济发展中都起到了决定性的作用。这些国家和地区钢铁工业的迅速发展和壮大对于推动其汽车、造船、机械、电器等行业的发展和经济腾飞都发挥了至关重要的作用。
1.2炼钢厂设计概述
1.2.1炼钢厂设计依据
炼钢生产环节在钢铁联合企业中处于整个生产流程的中间部位，起承上启下的作用，可谓钢产品生产的中间纽带；而在独立的钢厂，即炼钢——轧钢以及钢的深加工型企业里，炼钢是决定产品产量、质量的首要一步。炼钢环节的任何延误或产量、质量波动都会影响前后生产工序的协调运转。这都与炼钢车间的设备、工艺、组织管理等因素有关。所以在新建厂设计或旧厂进行技术改造设计的起始阶段就应当处理好相关的各种问题，为正常生产，保持良好的运转秩序打下基础。
炼钢厂的设计应该按照基建程序来安排，每一段工作均应以批准的前一段设计文件为依据，非经批准不得任意修改。设计之前，应从有关领导部门取得设计任务书或建设单位提出的设计委托书。设计任务书或设计委托书是有关部门或厂家，根据国家计划或当地计划，经过充分讨论研究之后制定的。设计任务书和设计委托书是进行各阶段设计的基本依据，此外，设计单位还要根据工作需要到建设单位的现场进行详细的调查，了解实况，收集资料。这是设计工作的准备阶段，或称为设计前期工作。设计单位应积极参加设计任务书的编制与建设地址选择等前期工作。
1.2.2设计原则和指导思想
对设计的总要求是技术先进，工艺上可行，经济上合理。所以，设计应遵循的原则和指导思想是：
①遵守国家的法律、法规，执行行业设计有关标准、规范和规定，严格把关，精心设计；
②设计中对主要工艺流程进行多方案比较，以确定最佳方案；
③设计中应充分采用各项国内外成熟的新技术，因某种原因暂时不上的新技术要预留充分的可能性。所采用的新工艺、新设备、新材料必须遵循经过工业性试验或通过技术鉴定的原则；
④要按照国家有关劳动安全、工业卫生及消防的标准及行业设计规定进行设计；
⑤在学习、总结国内外有关厂家的生产经验的基础上，移植适用可行的先进技术；
⑥设计中应充分考虑节约能源、节约用地，实行资源的综合利用，改善劳动条件以及保护生态环境。
1.2.3设计工作程序
炼钢厂设计是一项集体创作，它所涉及的面很广，除炼钢工艺设计人员外还有其他专业人员参加，设计单位的实践证明，设计工作必须有组织有秩序的进行，否则势必引起各专业之间工作脱节，造成设计各部分不协调，小则引起设计返工，大则引起影响施工质量或造成事故。通常将设计工作划分为三个阶段或两个阶段，即初步设计、技术设计和施工设计，或扩大初步设计和施工设计。因为已经积累了比较多的设计资料和设计经验，所以现在多采用两阶段设计(即扩大的初步设计和施工设计)。
一阶段设计也称技术施工设计，即在施工设计之前，以工艺人员为主，根据经济建设的各项方针政策，对生产纲领、车间规模的大小、车间等级、协作产品及分期建设等原则问题提出初步意见，并作出车间平面布置图，经有关部门负责人审查通过后，即可开始施工设计。我们所做的毕业设计即属于第一阶段的初步设计，在实际设计中在第一阶段设计之前应该还有可行性研究方案，作为进一步设计的基础，本设计中不涉及这部分的内容。

2.生产产品方案
本设计的金属主要流程是：高炉铁水—铁水罐运输—铁水预脱硫—转炉冶炼—钢包吹氩精炼—弧形连铸机连铸得到150×150mm2，220×220mm2方坯及后序精整、轧制等过程，最终得到所需要的产品。由于16Mn钢种对含硫量要求较高，而对碳含量要求不高，因此本设计需采用铁水预处理脱硫工序，并且在转炉出钢铁水中含硫量并不能达设计标准，故本设计的精炼工艺仅采用钢包吹氩精炼，使钢水成分和温度均匀，脱硫并促进夹杂物在吹氩过程中上浮。
2.1车间冶炼钢种的确定
主要生产16Mn钢种，全部为方坯。
本设计的16Mn钢种主要参数如下：
表2.1 16Mn钢种主要参数[2]
钢种
C/%
Si/%
Mn/%
P/%
S/%
铸坯断面/mm
年产量/万吨
16Mn
0.16
0.35
1.40
0.02
0.02
150×150，
220×220
180
2.2转炉公称容量、转炉座数和生产规模的确定
考虑到炉外精炼、连铸、轧制过程金属的损耗问题，结合现今以上各工艺的发展情况，取

根据物料平衡来计算，所需钢水量

平均冶炼周期取36min。
转炉的作业率：依据我国现在全连铸发展情况，转炉作业率η=85～90%。即转炉年作业天数为310天～329天，取转炉年作业天数为320天，若用一台转炉，则：

根据下表：
表2.2 氧气转炉公称容量系列
转炉公称容量/t
50
100
120
150
200
注吊车起重量/t
100/32
180/63/20
225/63/20
280/80/20
360/100/20
选定两座转炉，每座公称容量T=80t；每炉次平均出钢量为146.689/2=73.345t，即采用两座公称容量为80t转炉用于16Mn钢材的冶炼生产。
2.3核算炼钢车间年产钢量
在选定转炉公称容量和转炉座数之后，即可计算出车间的年产钢水量，再根据转炉后序钢包吹氩精炼、连铸、轧钢的工艺过程金属的收得率即可计算出车间的年产钢坯量。

式中：n——车间吹炼转炉座数，座； N——，炉；
q——转炉公称容量，t。
则从轧钢车间得到的年产合格方坯量为：

3 转炉平衡计算
3.1平衡计算结果摘要
表3-1为脱氧和合金化后的总物料平衡。
表3-1总物料平衡表
收入
支出
项目
质量/kg
%
项目
质量/kg
%
铁水
88.378
76.94
钢水
92.862+2.297-0.127=95.032
83.64
废钢
11.622
10.19
炉渣
5.738+0.638=6.376
5.61
石灰
2.544
2.22
炉气
9.710+0.314+0.034=10.058
8.85
萤石
0.168
0.15
喷溅
0.884
0.78
轻烧白云石
1.061
0.93
烟尘
0.928
0.82
炉衬
0.265
0.23
渣中
铁珠
0.336
0.30
氧气
6.881+0.187+0.243=7.311
6.41

锰铁
2.14
1.88

硅铁
0.587
0.51

合计
114.086
100
合计
113.614
100
注：计算误差为(114.086-113.614)/ 114.086×100%=0.41%

表3-2为计算后的热平衡表。
表3-2 热平衡表
收入
支出
项目
热量/kJ
%
项目
热量/kJ
%
铁水物理热
114741.04
57.12
钢水物理热
134414.60
66.91
元素氧化热和成渣热
82363.11
41.00
炉渣物理热
14547.21
7.24
其中C氧化
60998.65
30.37
废钢吸热
19217.34
9.56
Si氧化
11680.80
5.81
炉气物理热
17770.63
8.85
Mn氧化
2307.90
1.15
烟尘物理热
1709.72
0.85
P氧化
1708.20
0.85
渣中铁珠物理热
551.15
0.27
Fe氧化
3163.46
1.57
喷溅金属物理热
1442.52
0.72
SiO2成渣
1489.84
0.74
轻烧白云石分解热
1169.81
0.58
续表3-2 热平衡表
收入
支出
项目
热量/kJ
%
项目
热量/kJ
%
P2O5成渣
1014.25
0.50
热损失
10043.31
5.00
烟尘氧化热
3552.75
1.77

炉衬中碳的氧化热
209.38
0.10

合计
200866.28
100
合计
200866.28
100
3.2物料平衡计算
3.2.1计算数据
基本数据有：冶炼钢种及其成分铁水和废钢成分、终点钢水成分（见表3-3）；造渣用熔剂及炉衬等的原材料的成分（见表3-4）；脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率（见表3-5）；其它工艺参数（见表3-6）。
表3-3钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值
类别
C
Si
Mn
P
S
16Mn
0.16
0.35
1.4
0.02
0.02
铁水设定值①
4.53
0.40
0.50
0.10
0.03
废钢设定值
0.55
0.20
0.50
0.03
0.03
终点钢水设定值②
0.16
痕迹
0.15
0.01
0.018
注：本计算设定的冶炼钢种为低合金高强度钢16Mn。
① 铁水设定值是经过铁水预处理后的成分含量。
②终点钢水成分中，[C]和[Si]按实际生产情况选取；[Mn]、[P]和[S]分别按铁水中相应成分含量的30%、10%和60%留在钢水中设定。
表3-4原材料的成分
类 别
石 灰
萤 石
生白云石
炉 衬
焦 炭
CaO
91.38
0.30
36.40
54.00

SiO2
1.26
5.50
0.80
2.05

MgO
1.54
0.60
25.60
37.95

Al2O3
1.42
1.60
1.00
1.00

Fe203

1.50

CaF2

88.00

P2O5

0.90

S
0.06
0.10

续表3-4原材料的成分
类 别
石 灰
萤 石
生白云石
炉 衬
焦 炭
CO2
4.34

36.20

H2O

1.50

0.58
C

5.00
81.05
灰 分

12.40
挥发分

5.52
表3-5铁合金成分及其回收率
类别
C
Si
Mn
Al
P
S
Fe
硅铁
—
73.0
75
0.50
80
2.50
—
0.05
100
0.03
100
23.92
100
锰铁
6.60
90*
0.50
75
67.8
80
—
0.23
100
0.13
100
24.74
100
注：10%C与氧生成CO2。
表3-6其他工艺参数设定值
名称
参数
名称
参数
终渣碱度
3.5
烟尘量
为铁水量的1.05%
萤石加入量
（占铁水量）
0.19%
喷溅铁损
为铁水量的1.0%
生白云石
(占铁水量)
1.2%
渣中铁损
为渣量的6.0%
炉衬蚀损量
（占铁水量）
0.3%
氧气纯度
99.0%
终渣∑ω(FeO)含量（按1.35ω(Fe2O3)= ω(FeO)折算）
∑ω(FeO)=15%，而ω(Fe2O3)/∑ω(FeO)=1/3,既ω(FeO)=8.25%
气化去硫量
占总去硫量的1/3
金属中[C]氧化物
按9:1氧化为
CO和CO2
废钢量
由热平衡计算确定，本计算结果为铁水量的13.15%，
即废钢比为11.62%
3.2.2物料平衡的基本项目
收入项
支出项
铁水
钢水
废钢
炉渣
熔剂（石灰、萤石、轻烧白云石）
烟尘
氧气
渣中铁珠
炉衬蚀损
炉气
铁合金
喷溅
3.2.3计算过程
以100kg铁水为基础进行计算。
第一步：计算脱氧合金化前的总渣量及其成分。
总渣量包括铁水中元素氧化，炉衬蚀损和加入熔剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表3-7～表3-9。总渣量及其成分见表3-10所示。
第二步：计算氧气消耗量。
氧气实际消耗量为消耗项与收入项之差，见表3-11。
表3-7铁水中元素的氧化产物及其成渣量
类别
反应产物
元素氧化量/kg
耗氧量/kg
产物量/kg
备注
C
[C]→{CO}
4.37×90%=3.933
5.244
9.177

[C]→{CO2}
4.37×10%=0.437
1.165
1.602

Si
[Si]→(SiO2)
0.400
0.457
0.857
入渣
Mn
[Mn]→(MnO)
0.350
0.102
0.452
入渣
P
[P]→(P2O5)
0.090
0.116
0.206
入渣
S
[S]→{SO2}
0.012×1/3=0.004
0.004
0.008

[S]+(CaO)→
(CaS)+(O)
0.012×2/3=0.008
-0.004*
0.018
入渣
Fe
[Fe]→(FeO)
0.525×56/72=0.409
0.117
0.525
入渣
[Fe]→(Fe2O3)
0.316×112/160=0.221
0.095
0.316
入渣
合计
5.852
7.296

成渣量

2.543
组分之和
注：由CaO还原出的氧量;消耗的CaO量=0.008×56/32=0.014kg。
表3-8炉衬蚀损的成渣量
炉衬蚀
损量
成渣组分/kg
气态产物/kg
耗氧量/kg
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
C→CO
C→CO2
C→CO,CO2
0.3%
0.162
0.006
0.114
0.003
0.3×5%×90%×28/12=0.032
0.3%×5×10%×44/12=0.005
0.3%×5×(90%×16/12+10%×32/12)=0.022
合计
0.285
0.037
0.022
表3-9加入熔剂成渣量
类别
加入量
成渣组分/kg
气态产物/kg
CaO
MgO
SiO2
Al2O3
Fe2O3
P2O5
CaS
CaF2
H2O
CO2
O2
萤石
0.19
0.001
0.001
0.010
0.003
0.003
0.002

0.167
0.003

生白
云石
1.20
0.437
0.307
0.010
0.012

0.434

石灰
2.88①
2.63②
0.044
0.036
0.041

0.004

0.125
0.001③
合计
3.068
0.353
0.056
0.056
0.003
0.002
0.004
0.167
0.003
0.559
0.001
成渣量
3.709

注：①由表3-6表3-7可知，渣中已含（CaO）= -0.014+0.162+0.001+0.437=0.586kg；渣中已含（SiO2）=0.857+0.006+0.010+0.010=0.883kg。因设定的终渣碱度R=3.5；
故石灰加入量为[R∑ω(SiO2)－∑w(CaO)]/[ω(CaO石灰)－R×ω(SiO2石灰)]=2.505/(91.4%－3.5×1.3%)=2.88kg。
②(石灰中CaO含量)－(石灰中S→CaS自耗的CaO含量)。
③由CaO还原出来的氧气，计算方法同表3-6注。
表3-10总渣量及其成分(单位/kg)
炉渣成分
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
MnO
FeO
Fe2O3
CaF2
P2O5
CaS
合计
元素氧化成渣

0.857

0.452
0.525②
0.316③

0.206
0.018
2.543
石灰成渣量
2.630
0.036
0.044
0.041

0.004
2.756
炉衬蚀损成渣
0.162
0.006
0.114
0.003

0.285
生白云石成渣
0.437
0.010
0.307
0.012

0.766
萤石成渣量
0.001
0.010
0.001
0.003

0.003
0.167
0.002

0.187
总渣量
3.230
0.920
0.467
0.059
0.452
0.525
0.318
0.167
0.208
0.022
6.368①
质量
分数
50.720
14.442
7.327
0.926
7.095
8.250
5.000
2.626
3.264
0.350
100
注：①总渣量计算如下:因为表3-9中除(FeO)和(Fe2O3)以外的渣量为3.230+0.920+0.467+0.059+0.452+0.167+0.208+0.022=5.525Kg
而终渣∑ω(FeO)=15%(表3-4)故总渣量为5.525÷86.75%=6.368Kg。
②ω(FeO)量=6.368×8.25%=0.525Kg。
③ω(Fe2O3)量=6.368×5%-0.003=0.316Kg。
第二步：计算氧气消耗量
氧气实际消耗量系消耗项目与供入项目之差。详见表3-11。
表3-11实际耗氧量
耗氧项/kg
供氧项/kg
实际氧气消耗量/kg
铁水中元素氧化耗氧量
7.296
铁水中S与CaO反
应还原出的氧化量
0.004
7.614-0.005+0.119
=7.728
炉衬中碳氧化耗氧量
0.022
石灰中S与CaO反
应还原出的氧化量
0.001
烟尘中铁氧化耗氧量
0.238

炉气自由氧含量
0.058

合计
7.614
合计
0.005
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可表
查得，O2和N2则有炉气总体积来确定。先计算如下：
炉气总体积V∑：
V∑=Vg+0.5%V∑+1/99(22.4/32Gs+0.5%∑V﹣Vx)
V∑=(99Vg+0.7Gs-Vs)/98.50=(99×7.842+0.7×7.057-0.005)/98.50=8.26m3
式中 Vg—SO2、CO、CO2和H2O各组分总体积，m3。本计算中，其值为：
9.177×22.4/28+1.602×22.4/44+0.008×22.4/64+0.003×22.4/18=8.165kg。
Gs—不计自由氧的氧气消耗量，Kg。本计算中，其值为：
7.296+0.022+0.238=7.556kg。
Vx—铁水与石灰石的S与GaO反应氧气质量为0.005kg见表3-11，m3；
0.5%—炉气中自由氧含量；
99—由氧气纯度99%转换得来的。
计算结果列于表3-12。

表3-12炉气量及其成分
炉气成分
炉气量/kg
体积/m3
体积分数/%
CO
9.177
9.177×22.4/28=7.342
88.89
CO2
1.602
1.602×22.4/44=0.816
9.88
SO2
0.008
0.008×22.4/64=0.003
0.04
H2O
0.003
0.003×22.4/18=0.004
0.05
O2
0.059①
0.041①
0.05
N2
0.119②
0.095②
1.15
合计
10.968
8.26
100.00
注：①炉气中O2的体积为8.26×0.5%=0.041m3，重量为0.041×32/22.4=0.059Kg。
②炉气中的N2的体积为炉气总体积与其它成分的体积之差；重量为0.095×28/22.4=0.119Kg。
第四步：计算脱氧和合金化的钢水量。
钢水量Qg = 铁水量－铁水中元素的氧化量－烟尘－喷溅和渣中的铁损；
Qg=100－5.852－[1.05×（75%×56/72+20%×112/160）+1.00+6.368×6.0%]=92.006Kg。
据此可以编制脱氧和合金化前的物料平衡表3-13。
表3-13未加废钢的物料平衡表
收入
支出
项目
质量/kg
%
项目
质量/kg
%
铁水
100.00
89.04
钢水
92.006
82.32
石灰
2.89
2.57
炉渣
6.368
5.70
萤石
0.19
0.17
炉气
10.968
9.81
生白云石
1.20
1.07
喷溅
1.00
0.89
炉衬
0.30
0.27
烟尘
1.05
0.94
氧气
7.728
6.88
渣中铁珠
0.38
0.34
合计
112.308
100
合计
111.772
100
注：计算误差为(112.308-111.772)/ 112.308×100%=0.48%。
第五步：计算加入废钢的物料平衡
如同第一步中计算铁水中元素氧化量一样。利用表3-3的数据先确定废钢种元素的氧化量及其耗氧量和成渣量（表3-14）。再将其与表3-13归类合并，遂得加入废钢后的物料平衡表3-15和表3-16。

表3-14废钢中元素的氧化产物及成渣量
元素
反应产物
元素氧化量/kg
耗氧量/kg
产物量/kg
进入钢中的量/kg
C
[C]→{CO}
13.15×0.05%×90%=0.006
0.008
0.014

[C]→{CO2}
13.15×0.05%×10%=0.001
0.003
0.004
Si
[Si]→(SiO2)
13.15×0.2%=0.026
0.030
0.056
Mn
[Mn]→{MnO}
13.15×0.35%=0.046
0.013
0.059
P
[P]→(P2O5)
13.15×0.02%=0.003
0.004
0.007
S
[S]→{SO2}
13.15×0.012%×1/3=0.0005
0.0005
0.001

[S]+(CaO)
→(CaS)+[O]
13.15×0.012%×2/3=0.001
-0.0005
0.002
(CaS)

合计
0.083
0.058

成渣量

0.124

表3-15加入废钢的物料平衡表(以100Kg铁水为基准)
收入
支出
项目
质量/kg
%
项目
质量/kg
%
铁水
100.00
79.67
钢水
92.006+13.067=105.073
84.07
废钢
13.15
10.48
炉渣
6.368+0.124=6.492
5.19
石灰
2.89
2.30
炉气
10.968+0.019=10.987
8.79
萤石
0.19
0.15
喷溅
1.00
0.80
轻烧白云石
1.20
0.96
烟尘
1.05
0.84
炉衬
0.30
0.24
渣中铁珠
0.38
0.30
氧气
7.728+0.058=7.786
6.20

合计
125.516
100
合计
124.982
100
注：计算误差为（125.516-124.982）/125.516×100%=0.43%
表3-16加入废钢的物料平衡表（以100Kg(铁水+废钢)为基准）
收入
支出
项目
质量/kg
%
项目
质量/kg
%
铁水
88.378
79.67
钢水
92.862
84.07
废钢
11.622
10.48
炉渣
5.73
5.19
石灰
2.544
2.29
炉气
9.710
8.79
萤石
0.168
0.15
喷溅
0.884
0.80
轻烧白云石
1.061
0.96
烟尘
0.928
0.84
炉衬
0.265
0.24
渣中
铁珠
0.336
0.30
氧气
6.881
6.20

合计
110.929
100
合计
110.458
100
第六步：计算脱氧后和合金化后的物料平衡。
先根据钢种成分设定值和（表3-3）和铁合金成分及其回收率（表3-5）算出锰铁和硅铁的加入量，再计算其元素的烧损量。将所有结果与表3-16归类合并，既得冶炼一炉钢的总物料平衡表。
锰铁加入量 W锰=(1.4%-0.15%)×92.862/(67.80%×80%)=2.14Kg
硅铁加入量 W硅= [0.35%×(92.862+2.14) -0.011]/(73.00%×75%)=0.587Kg
铁合金中元素的烧损量和产物量列于表3-17。
表3-17铁合金中元素烧损量及其产物量
类别
元素
烧损量/kg
耗氧量/kg
成渣量/kg
炉气量/kg
入钢量/kg

锰

铁

C
2.14×6.60%×10%=0.014
0.021

0.034
2.14×6.60%×90%=0.127
Mn
2.14×67.80%×20%=0.290
0.084
0.374

2.14×67.80%×80%=1.161
Si
2.14×0.50%×25%=0.003
0.003
0.006

2.14×0.50%×75%=0.008
P

2.14×0.23%=0.005
S

2.14×0.13%=0.003
Fe

2.14×24.74%=0.529
合计
0.307
0.108
0.38
0.034
1.833

硅

铁
Al
0.587×2.50%×100%=0.015
0.013
0.028

Mn
0.587×0.50%×20%=0.0006
0.0002
0.0007

0.587×0.50%×80%=0.002
Si
0.587×73.00%×25%=0.107
0.122
0.229

0.587×73.00%×75% =0.321
P

0.587×0.05%=0.0003
S

0.587×0.03%=0.0002
Fe

0.587×23.92%=0.140
合计
0.123
0.135
0.258

0.464
总计
0.43
0.243
0.638
0.034
2.297
脱氧和合金化后的钢水成分如下：
W(C)=(0.16%+0.127/95.895×100%)=0.292%
W(Si)=( 0.008+0.321)/ 95.895×100%=0.343%
W(Mn)=[0.15%+(1.161+0.002)/ 95.895×100%]=1.36%
W(P)=(0.010%+0.0053/95.895×100%)=0.016%
W(S)=(0.018%+(0.003+0.0002)/ 95.895×100%)=0.021%。
可见含碳量超过设定值，补吹氧气0.185Kg。
类别
反应产物
元素氧化量/kg
耗氧量/kg
产物量/kg
备注
C
[C]→{CO}
0.127×90%=0.114
0.152
0.266

[C]→{CO2}
0.127×10%=0.013
0.035
0.048

由此可得冶炼过程（即脱氧和合金化后）的总物料平衡表，即表3-1。
3.3热平衡计算
3.3.1计算数据
计算所需基本原始数据有：各种炉料及产物的温度（3-19）；物料平均热容（表3-20）；反映热效应（表3-21）；溶入铁水的元素对铁水的熔点的影响（表3-22）。其他参照物料平衡选取。
表3-19入炉物料及产物的温度设定
名称
入炉物料
产物
铁水*
废钢
其他原