转炉炼钢物料平衡计算上课讲义.doc

转炉炼钢物料平衡计算

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1.转炉炼钢物料平衡计算
1.1计算原始数据
基本原始数据：冶炼钢种及其成分、铁水和废钢成分、终点钢水成分(表1)；造渣用溶剂及炉衬等原材料的成分(表2)；脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率(表3)；其他工艺参数(表4)。
表1 钢水、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值
成分含量/%
类别
C
Si
Mn
P
S
钢种Q235设定值
0.18
0.25
0.55
≤0.045
≤0.050
铁水设定值
4.10
0.90
0.55
0.300
0.035
废钢设定值
0.18
0.25
0.55
0.030
0.030
终点钢水设定值‚
0.10
痕迹
0.18
0.020
0.021
aa‚[C]和[Si]按实际产生情况选取；[Mn]、[P]和[S]分别按铁水中相应成分含量的30%、10%和60%留在刚水中设定。
表2 原材料成分
成分/%
类别
CaO
SiO2
MnO
Al2O3
Fe2O3
CaF2
P2O5
S
CO2
H2O
C
灰分
挥发分
石灰
87.00
2.80
2.70
1.80
0.60

0.10
0.06
4.84
0.10

萤石
0.30
5.40
0.70
1.60
1.50
88.00
0.90
0.10

1.50

生白云石
37.40
0.80
24.60
1.00

36.2

炉衬
1.20
3.00
78.80
1.40
1.60

14.0

焦炭

0.58
81.5
12.4
5.52

表3 铁合金成分（分子）及其回收率（分母）
成分含量/回收率/%
类别
C
Si
Mn
Al
P
S
Fe
硅铁
—
73.00/75
0.50/
80
2.50/
0
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
10%与氧生成CO2。
表4 其他工艺参数设定值
名称
参数
名称
参数
终渣碱度
萤石加入量
生白云石加入量
炉衬蚀损量
终渣∑ω(FeO)含量(按向钢中传氧量ω(Fe2O3)
=1.35ω(FeO)折算)
烟尘量

喷吹铁损
W(CaO)/W(SiO2)=3.5
为铁水量得0.5%
为铁水量得2.5%
为铁水量得0.3%
15%,而W(Fe2O3)/∑w(FeO)=1/3，即W(Fe2O3)=5%
W(FeO)=8.25%

为铁水量得1.5%(其中W(FeO)75%,
W(Fe2O3)为20%)
为铁水量得1%
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]的氧化产物
废钢量
为渣量的6%
99%,余者为N2
0.5%(体积比)
占总去硫量得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13.64%，即废钢比为12.00%
1.2物料平衡基本项目
收入项有：铁水、废钢、溶剂、氧气、炉衬损失、铁合金。
支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。
1.3计算步骤
以100kg铁水为基础进行计算。
1.3.1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，炉衬蚀损和加入溶剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表5-表7。总渣量及其成分如表8所示。
表5 铁水中元素的氧化产物及其成渣量
元素
反应产物
元素氧化量/kg
耗氧量/kg
产物量/kg
备注
C

Si
Mn
P
S

Fe

[C]→{CO}
[C]→{CO2}
[Si]→(SiO2)
[Mn]→(MnO)
[P]→(P2O5)
[S]→{SO2}
[S]+(CaO)→(CaS)+(O)
[Fe]→(FeO)

[Fe]→(Fe2O3)
4.09×90%=3.681
4.09×10%=0.409
0.870
0.430
0.160
0.015×1/3=0.005
0.015×2/3=0.010
1.16×56/72=0.902

0.645×112/160 = 0.452
4.908
1.087
0.979
0.123
0.204
0.005
-0.005①
0.258

0.194
8.589
1.496
1.860
0.553
0.364
0.010
0.021（CaS）
1.16

0.645

入渣
入渣
入渣

入渣
入渣（见表8）

入渣（见表8）
合 计
6.919
7.753

成渣量

4.613
入渣组分之和
由CaO还原出的氧量；消耗的CaO量=0.01×56/32=0.018kg。

表6 炉衬蚀损的成渣量
炉衬蚀损量/kg
成渣组分/kg
气态产物/kg
耗氧量/kg
CaO
SiO2
MgO
Al2O
Fe2O
C→CO
C→CO2
C→CO,CO2
0.3
（据表4）
0.004
0.009
0.236
0.004
0.005
0.3×14%×90%×28/12=0.088
0.3×14%×10%×44/12=0.015
0.3×14%(90%×16/12＋10%×32/12)=0.062
合 计
0.258
0.103
0.062
表7 加入溶剂的成渣量
类 别
加入量/kg
成渣组分/kg
气态产物/kg
CaO
MgO
SiO2
Al2O3
Fe2O3
P2O5
CsS
CaF2
H2O
CO2
O2
萤 石
0.5(表4)
0.002
0.004
0.027
0.008
0.008
0.005
0.001
0.440
0.008

生白云石
2.5(表4)
0.935
0.615
0.020
0.025

0.905

石 灰
7.49
6.498
0.202
0.221
0.135
0.045
0.007
0.010

0.008
0.363
0.002‚
合 计
7.435
0.821
0.257
0.168
0.053
0.012
0.011
0.440
0.016
1.268
0.002
成渣量
9.197

石灰加入量计算如下：由表5—表7可知，渣中已含(CaO)=–0.018+0.004+0.002+0.935=0.923kg；渣中已含(SiO2)=1.860+0.009+0.027+0.020=1.916kg。因设定的终渣碱度R=3.5，故石灰加入量为：
[R∑ω(SiO2)-∑ω(CaO)]/[ω(CaO石灰)-R×ω(SiO2石灰)]=5.783/(87.0%-3.5×2.8%)=7.49kg。
‚（石灰中CaO含量）—（石灰中S—CaS自耗的CaO量）
ƒ由CaO还原出来的氧量，计算方法同表5的注。

表8 总渣量及其成分
炉渣成分
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
MnO
FeO
Fe2O3
CaF2
P2O5
CsS
合计
元素氧化成渣量/kg
石灰成渣量/kg
炉衬蚀损成渣量/kg
生白云石成渣量/kg
萤石成渣量/kg

6.498
0.004
0.935
0.002
1.860
0.210
0.009
0.020
0.027

0.202
0.236
0.615
0.004

0.135
0.004
0.025
0.008
0.553
1.16‚

0.607
0.045
0.005

0.008

0.440
0.364
0.007

0.005
0.021
0.010

0.001
4.603
7.107
0.258
1.585
0.495
总渣量/kg
7.439
2.126
1.057
0.172
0.553
1.160
0.703
0.440
0.375
0.032
14.056
质量分数/%
52.92
15.13
7.52
1.22
3.93
8.25
5.00
3.13
2.68
0.23
100.00
总渣量计算如下：表8中除(FeO)和(Fe2O3)以外的渣量为：7.439+2.216+1.057+0.172+0.553+0.44+0.376+0.032=12.194kg,而终渣∑ω(FeO)=15%(表4)，故总量为：12.194÷86.75%=14.056kg。
‚ω(FeO)=14.056×8.25%=1.16kg。
ƒω(Fe2O3)=14.056×5%-0.045-0.005-0.008=0.645kg。
1.3.2计算氧气消耗量
氧气实际消耗量消耗项目与供入项目之差。见表9。
表9 实际耗氧量
耗氧项/kg
供氧项/kg
实际氧气消耗项/kg
铁水中氧化耗氧量
(表5)
7.753

炉衬中碳氧化耗氧量
(表6)
0.062
石灰中S与CaO反应还原出的氧气量(表7)
0.002

烟尘中铁氧化耗氧量
(表4)
0.340

8.215-0.002+
0.065①=8.28
炉气自由氧含量(表10)
0.06

合 计
8.215
合 计
0.002
炉气N2（存在于氧气中，表4）的质量，详见表10。.
1.3.3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5-表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V∑：
V∑=Vg+0.5%V∑+1/99×(22.4/32Gs+0.5%V∑-Vx)
V∑==(99×8.375+0.7×8.155－0.002×22.4/32)/98.50=8.475㎡
式中 Vg—CO、CO2、SO2和H2O各组分总体积，m3。本计算中，其值为：
8.677×22.4/28+2.729×22.4/44+0.010×22.4/64+
0.016×22.4/18=8.375m3。
Gs—不计自由氧的氧气消耗量，kg。本计算中，其值为：7.753＋0.062＋ 0.34=8.155kg（见表9）；
Vx—石灰中的S与CaO反应还原出的氧量(其质量为：0.002kg，见表9)，m3；
0.5%—炉气中自由氧含量；
99—由氧气纯度为99%转换的得来。
计算结果列于表1.10。
表10 炉气量及其成分
炉气成分
炉气量/kg
体积/m3
体积分数/%
CO
CO2
SO2
H2O
O2
N2
8.677
2.779
0.010
0.016
0.060①
0.065②
8.677×22.4/28=6.942
2.779×22.4/44=1.415
0.010×22.4/64=0.004
0.016×22.4/18=0.02
0.042
0.052
81.93
16.70
0.05
0.24
0.5
0.6
合 计
11.607
8.475
100.00
炉气中O2的体积为8.475×0.5%=0.042m³；质量为0.042×32÷22.4=0.060kg。
‚炉气中N2的体积系炉气总体积与其他成分的体积之差；质量为0.052×28÷22.4=0.065kg。
1.3.4计算脱氧和合金化前的钢水量
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
=100－6.919－[1.50×(75%×56/72＋20%×112/160)＋1＋14.056×6%]
=93.839kg
据此可以编制出未加废钢、脱氧与合金化前得物料平衡表11。
表11 未加废钢时的物料平衡表
收 入
支 出
项 目
质量/kg
%
项 目
质量/kg
%
铁 水
石 灰
萤 石
生白云石
炉 衬
氧 气
100.00
7.49
0.50
2.50
0.30
8.28
83.98
6.90
0.42
2.10
0.25
6.95
钢 水
炉 渣
炉 气
喷 溅
烟 尘
渣中铁珠
93.84
14.06
11.61
1.00
1.50
0.84
76.39
11.44
9.45
0.81
1.22
0.68
合 计
119.07
100.00
合 计
122.85
100.00
注：计算误差为(119.07－122.85)/119.07×100%=－3.2 %。

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