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冶金工程专业炼钢学课程炼钢设计原理（部 分） 教 案（主讲 冯聚和）河北理工大学冶金与能源学院1 钢铁厂设计概述1.1 钢铁工业在国民经济中的地位和作用材料技术、能源技术和信息技术是构成人类现代文明的三大支柱。材料是人类社会发展的物质基础和先导。材料又分金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料，金属材料是现代文明的重要支撑材料，没有金属材料便没有人类的物质文明。国民经济各个部门都离不开金属材料，目前，尽管陶瓷材料、高分子材料和复合材料发展很快，但是金属材料在今后很长时间内仍将占主导地位。金属材料包括钢铁材料和有色金属材料两大类，是整个原材料工业体系中的重要组成部分，它与能源工业和交通运输业一样，是构成国民经济的基础产业。由于铁在地壳中占5，分布比较集中，适合大量开采和大规模冶炼加工，故在所有金属材料中属于成本低、储量大、用途广和可再生利用的材料。人类开采并利用铁的历史可以追溯到3000多年以前，以铁为主要元素可以生产出各种用途和性能的钢铁产品，这些钢铁产品为人类生活提供了极大的物质财富，钢铁产品作为国民经济重要的基础原材料，是当今世界各国追求工业文明和提高经济实力的重要标志之一。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，人们从事生产或其它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，钢铁的质量和品种对国民经济的其他工业部门产品的质量，都有着极大的影响。现代钢铁工业是个庞大的工业生产系统，主要生产部门包括采矿、选矿、烧结球团、炼铁、炼钢、轧钢等；也包括大量的辅助生产部门，如焦化、耐火材料、石灰、铁合金、机修、动力、运输等，而且还包括专门以钢铁工业为工作和研究对象的大专院校、科学研究、经济信息、营销机构、地质勘探、工程设计和建设施工等部门。1.2 工程设计的意义设计是一个古老的行业。自从人类最早制造工具、修建遮蔽风雨的洞穴和泥土屋开始，就有了某种意义的设计。工程世界的发展，无非包括量变和质变两个方面，生产主要增加产品数量，而产品本身的更新换代、研制新产品等质变飞跃，则依靠工程设计来实现。因此，从根本意义上说，设计是一种创造性劳动，它是设计师(工程师)所从事的工作中最有新意、最能使人感到满足的工作之一。当一项设计任务提出时设计是并不存在的，设计师从接受之时开始，就要根据设计要求构思各种可能的方案，经过反复推敲、比较，选择其中最佳方案。 基本建设是发展生产力的重要手段，而设计工作又是基本建设的重要环节和先导，是整个工程建设的灵魂，是把科学技术转化为生产力的纽带。没有现代化的设计，就没有现代化的建设。在建设项目确定之前，它为项目决策提供科学依据；在建设项目确定之后，它又为工程建设提供设计文件。做好设计工作，对加快工程项目的建设速度，节约建设投资，保证项目投产取得好的经济效益、社会效益和环境效益都起着决定性的作用。将一种或多种冶金原料经过一个特定的过程得到另一种或多种冶金原料(或产品)，这个特定的过程称为冶金工艺过程。冶金工艺过程中所包括的冶金物理化学反应、反应的空间(冶金炉、设备、管线)和反应的控制等方面的技术称为冶金工艺技术。钢铁厂设计，是将一个系统(如一个钢铁厂、一个生产车间或一套装置等)按照其工艺技术要求，经工程技术人员的创造，将其全部描绘成图纸、表格及必要的文字说明的过程，也就是用文件化的语言(工程语言)将工艺技术转化为图纸的全过程。1.3 基本建设项目的建设程序1.3.1 基本建设项目的设计类型建设项目的设计按照项目的性质可分为新建、扩建、改建、迁建和恢复建设项目5类：(1)新建项目设计：指为经济、科技和社会发展从无到有“平地起家”新开始建设的项目。有的建设项目原有的基础很小，经扩大建设规模后，其新增加的固定资产价值超过原有固定资产价值二倍以上的也算新建项目。这种类型的设计要求比较全面系统，要完成项目建议书、可行性研究、厂址选择、初步设计直至施工图设计一整套设计任务。(2) 改建项目设计：指原有企业为了提高生产效益，改进产品质量或改变产品方向，对原有设备或工程进行技术改造的项目。有的企业为了平衡生产能力，增建一些附属、辅助车间或非生产性工程，也算改建项目。(3)扩建项目设计：指原有企业为扩大原产品生产能力(效益)或增加新的产品生产能力，而新增建主要车间，同时增建相应设备(炉子座数和连铸机台数)而进行的设计。(4)迁建项目设计：指原有企业、事业单位由于各种原因(如为改变生产力布局)经上级批准搬到另一地方建设的项目。迁移另地建设项目，不论其规模是维持原状还是扩大规模，均算迁建项目，般指的是全厂性迁建项目。(5)恢复建设项目设计：指原有企业遭受各种灾害，毁坏严重，使原有固定资产已全部或部分报废，对全厂进行重建的项目。不论是按原有规模重新恢复，还是在恢复的同时进行扩建都属于恢复建设项目。 厂址选择项目建议书预可行性研究接受任务技术考察可行性研究环境影响评价复查厂址初步设计提出初堪要求设备采购施工图设计提出详堪要求施工服务竣工验收图11 设计工作程序框图设计工作程序框图见图11钢铁厂的设计是一个系统工程，是由各个不同的专业组成的一个有机整体，设计涉及许多专门的学科，如炼铁、炼钢、轧钢、冶金机械、自动化控制、动力工程、土木建筑、给排水、总图运输、采暖通风、环境保护、安全卫生、技术经济、工程经济等。设计单位根据工厂设计的需要将这些学科重新划分，设立为各个不同的专业。虽然各专业的分工不同，但相互间都有非常密切的内在联系，而且这种联系在设计过程中至关重要，各专业必须互相协调合作才能保证钢铁厂的设计整体往前推进，才能保证工程设计质量。钢铁厂建设项目的类型不同，设计的内容和要求也不尽相同。但是不论哪种类型的项目设计都是以钢铁冶炼工艺专业为主体，其它专业(设备、土建、动力、自动化和仪表、给排水及采暖通风、机修、总图运输，技术经济等)相辅助的整体设计。在设计中要解决一系列未来建设和生产问题，其中包括生产工艺、厂房建筑、原材料、燃料、压缩空气、氧气、水、电的供应、厂址选择确定与交通运输、设备制造、安装和维修，环境保护等。通常将工程设计工作划分为三个阶段或两个阶段，即初步没计、技术设计和施工图设计，或扩大初步设计和施工图设计。建国初期，工厂设计是按照初步没计、技术设计和施工图设计三个阶段进行的，后来逐渐地积累了比较多的设计资料和设计经验，采取了二阶段设计(即扩大的初步设计和施工图设计)。目前较多的是采用两个阶段设计。设计项目对国家经济有重大影响，或技术要求比较高以及缺乏生产经验时，则仍采用三阶段设计，对于规模小的简单的工厂(或车间)亦可以采用一阶段设计。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，对生产流程，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，并做出车间平面布置图，经有关部门负责人审查同意后，即可开始施工设计。但是，为了确保拟建项目的经济与技术的可靠性，充分发挥项目建成后的作用，在设计开始前应作可行性研究，也就是说，设计要在可行性研究报告完成的基础上进行，实际上我国已把拟建项目的可行性研究视作设计过程的最初阶段。1.3.2 项目建议书 项目建议书是法人单位根据国民经济和社会发展的长远规划、行业规划、地区规划、经济建设的方针、技术经济政策和建设任务，结合资源情况、建设布局等条件，经过调查、预测、分析而提出的具体项目建设建议。项目建议书作为基本建设程序最初阶段的工作，是对建设项目的轮廓设想和立项的先导，是为建设项目取得建设资格而提出的建议，它用于上报政府部门，使之对工程项目做出初步决策。此建议一经主管审批机关批准后即宣告该项目立项，被纳入前期工作计划。并且作为开展可项目行性研究和编制设计任务书的依据。1.3.5 初步设计（1）初步设计的目的 初步设计的目的是对于在指定地点和规定期限内计划建设的工程，阐明其在技术上的可能性和经济上的合理性；保证正确的选择建设场地及确定其主要原料、燃料、水、动力供应来源；并对所设计的工程项目做出基本技术决定，确定工程总造价和基本技术经济指标。在两阶段设计时，初步设计及其总概算可作为工程拨款和监督拨款使用的基本文件。1.3.6 技术设计 技术设计是指对些技术复杂或有特殊要求的建设项目，经主管部门指定增加的设计阶段。根据国家基本建设程序的有关规定，对于大、中型企业设计，一般采用两个阶段设计，即初步设计和施工图设计。对于特大规模的工程项目，原料性质或冶炼工艺极为复杂的工程项目，采用新工艺、新设备而且有待试验研究的新开发工程项目，某些援外的工程项目，以及极为特殊的工程项目，可以根据工程项目的具体条件，上级机关或主管部门要求，在初步设计与施工图设计之间增加一段技术设计。一般情况下，为了缩短建设工期和设计周期，均将初步设计与技术设计合并为扩大初步设计阶段或初步设计。 技术设计的目的在于，根据批准的初步设计，对设计中比较复杂的项目、遗留问题或特殊需要，通过更为详细的设计和计算，进一步研究和阐明其可靠性和合理性，准确地决定各项主要的技术问题。技术设计的范围应与初步设计中有关范围的内容基本一致，技术设计的深度原则上与对初步设计的要求没有区别，只是在某些技术问题上的设计深度将超过初步设计，如在设备表的基础上提出设备订货表，在投资概算的基础上编制投资预算等。 1.3.7 施工图设计 施工图设计是设计的最后阶段。施工图设计是根据批准的初步设计(或技术设计)文件编制，它把初步设计(或技术设计)中确定的设计原则和设计方案，根据建筑安装工程或非标准设备制作的需要进一步具体化、明确化、把工程和设备的各个组成部分、布置和主要施工方法，以图样及文字的形式加以确定，并编制设备、材料明细表和施工图预算。1.4 钢铁厂设计的基本原则设计政策、方针、规定等是设计工作者在进行设计时必须遵循的。根据我国钢铁企业设计工作的经验和国家对工业基建设计的要求，钢铁企业设计的基本原则归纳如下：1) 贯彻执行党和国家工业建设的方针政策，符合国家的法律规定，厂址选择必须符合国家工业布局，城市或地区的发展规划要求，节约用地，尽可能不占或少占耕地、良田。我国可耕地少，而人口又多，设计时确应严格遵循这一政策规定；2) 要采用国内外新技术、新工艺、新材料、新结构、新方法；设计方案应反映出该领域内最新的成就，各项技术经济指标应选择平均先进指标； 3） 3） 设计中尽可能采用各种标准设计，这样可以减小设计工作量和缩短建设周期；4） 4） 设计中的技术决定必须紧密结合国情，保证技术先进与经济合理相结合，做到技术先进经济合理，安全可靠；在多方案比较中，选择最经济合理的方案，使得吨钢产品的投资最低，经济效益最佳；5） 5） 设计所选用的指标和技术方案应以客观的数据为依据，做出的方案经得起全面的客观的推敲，保证所采用的方案有坚实的基础，并能成功的付诸实施；6） 6） 合理利用资源，努力节约能源，实现资源的合理开发、综合利用，我国矿产资源中共生矿居多，冶金设计工作尤其应该注意贯彻这一政策；7） 7） 充分利用当地自然资源和发挥现有工业基地的潜力，尽可能的就地就近选用原材料，以减少运输费用，努力节约原材料、燃料，降低生产成本；8） 8） 设计过程中各部分的设计方案要互相联系，局部方案应与总体方案相一9） 9） 贯彻环境保护法规，执行“建设项目的三同时制度和环境影响评价制度”，使生产与环境保护协调发展，三废治理符合国家的排放标准，达标排放，贯彻节能综合利用方针。煤气致，各专业的设计应以工艺设计部分为基础；尽可能回收利用，污水经处理后循环使用，炉渣资源化处理利用，降低噪声污染，使人们在优雅的环境中生产和生活；10） 10） 设计中体现社会主义制度对劳动者安全健康的关怀。所有设备的设计都必须考虑应有的安全措施，防止意外事故发生；11）厂区和车间工作环境具有较好的布局和较好的劳动条件，厂区应具有排列美观，色彩明快，安全宜人的环境，以减少疲劳和提高劳动生产率；12）厂区布置、作业面积、车间高度、交通运输等设计方案确定时都应考虑未来发展的可能性，留有发展余地。2 氧气转炉物料平衡与热平衡计算一炉钢冶炼过程的分析：图21 氧气顶吹转炉物料和热平衡示意图收入项：开吹前首先要向炉内加入钢铁料：铁水和废钢，然后降枪吹氧，同时加入造渣料：石灰、萤石、白云石、铁皮或矿石等，以及吹炼过程中炉衬要受到侵蚀而剥落下来进入炉内。支出项：开吹后首先从炉口冒出炉气，炉气中夹带着烟尘，吹炼过程中要产生一些喷溅，并且要产生炉渣，炉渣中夹带着铁珠，最后得到钢水。还有其它一些支出物。通过以上分析，可以给转炉物料平衡和热平衡下个定义：所谓物料平衡就是计算在炼钢过程中加入炉内并参与炼钢过程的全部物料和炼钢过程产生物之间的平衡关系。它是物质不灭定律在炼钢过程中的具体应用。所谓热平衡就是计算在炼钢过程中热量的收入与支出之间的平衡关系。它是能量守恒定律在炼钢过程中的具体应用。进行物料平衡与热平衡计算有什么意义呢？在进行炼钢设计和组织炼钢生产过程中，经常向我们提出一些“量”的问题需要我们来回答：例如：在设计方面，设计氧枪时需要知道单位时间内向炉内的供氧量是多少？设计转炉烟气净化系统时需要知道单位时间内产生的炉气量是多少？设计转炉车间时需要知道一炉钢产生的渣量是多少？在组织炼钢生产时，为了制定合理的工艺制度和进行计算机自动控制，首先要知道各种物料的加入量是多少和产生的产物量是多少？为了制定合理的热工制度，确定合适的废钢加入量，需要知道炉子有多少富余的热量。（因为转炉的热量除能满足出钢要求外还有富余，这部分富余热量可以用来多吃废钢，以降低炼钢成本）总之，不论从设计方面讲，还是从工艺方面讲都需要知道一些定量的数据。这些数据从哪里来呢？都是通过转炉物料平衡和热平衡计算得来的。因此，做好物料平衡和热平衡计算，对于设计转炉炼钢车间及其主要设备（转炉，氧枪和除尘设备等），指导和组织炼钢生产，分析、研究和改进冶炼工艺，实现计算机自动控制等都有着极其重要的意义。由于转炉内进行着极其复杂而又激烈地物理化学反应，不可能做到十分精确地计算，因此，要结合生产实际情况进行一些假设处理，做近似计算，然后在实际生产中加以修正。下面以120吨氧气顶吹转炉为例进行物料平衡和热平衡计算。2.1 原始数据（1）铁水成分及温度表21 铁水成分及温度成分CSiMnPS温度，%4.2500.8500.5800.1500.0371250（2）原材料成分表22 原材料成分成分种类石灰矿石萤石白云石炉衬CaO91.081.0030.8454.00SiO21.665.616.000.462.05MgO1.540.520.5820.1637.75Al2O31.221.100.780.741.00S0.060.070.09P0.55CaF290.00FeO29.40Fe2O361.80烧减4.4447.80H2O0.502.00C5.00100.00100.00100.00100.00100.00（3）冶炼钢种及成分表23 冶炼钢种成分成分CSiMnPS%0.170.300.350.800.0350.035（4）平均比热表24 平均比热项目固态平均比热KJ/kg度熔化潜热KJ/kg液态或气态平均比热KJ/kg度生铁0.7452180.837钢0.6992720.837炉渣2091.248炉气1.137烟尘0.996209矿石1.046209（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。（6）反应热效应（25）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；表25 铁水中元素氧化放热反应元素氧化放热KJ/KmolKJ/kg元素元素C+O2=CO131365.010949.1CC+O2=CO2414481.734521.0CSi+O2SiO2795023.628314.0Si2P+O2=P2O51172078.618922.6PMn+O2MnO384959.07020.3MnFe+O2FeO266635.05021.2Fe2Fe+O2Fe2O3822156.07340.7Fe2CaO+SiO2=2CaOSiO2124600.42071.1SiO24CaO+P2O5=4CaOP2O5690414.95020.8P2O51)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，98.5O2、1.5N2。2.2 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铁水为计算基础。（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表26 铁水中各元素氧化量成分项目CSiMnPS铁水4.2500.8500.5800.1500.037终点钢水0.150痕迹0.1700.0150.025氧化量4.1000.8500.4100.1350.012*终点钢水成分是根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SiO2一起进入炉渣中，所以终点钢水硅的含量为痕迹。169表27 铁水中各元素氧化产物量元素反应极其产物元素氧化量kg耗氧量kg氧化产物量kg备注CC+O2=CO4.10090%=3.6903.690=4.9203.690=8.610CC+O2=CO24.10010%=0.4100.410=1.0950.410=1.503SiSi+O2=(SiO2)0.8500.850=0.9710.850=1.821MnMn+O2=(MnO)0.4100.410=0.1190.410=0.529P2P+O2=(P2O5)0.1350.135=0.1740.135=0.309SS+O2=SO20.012=0.0040.004=0.0040.004=0.008SS+(CaO)=(CaS)+O0.012-0.004=0.0080.008(-)=-0.0040.008=0.018-0.004表示还原出氧量消耗CaO量0.008=0.014FeFe+O2 =(FeO)1.0551.055=0.3071.356见表8Fe2Fe+O2=(Fe2O3)0.4750.475=0.2030.678见表8共计7.0377.787P：采用低磷铁水操作，炉料中磷约8595%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。Mn：终点钢水余锰含量，一般为铁水中锰的含量3040，取30。S：去硫率，一般为3050的范围，取40。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%。(2)各元素氧化量、耗氧量及其氧化产物量，见表27。(3)造渣剂成分及数量120吨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：1） 1） 矿石加入量及成分矿石加入量为1.00/100Kg铁水，其成分及重量见表28。表28 矿石加入量及其成分成分重量 kgFe2O31.0061.800.618FeO1.0029.400.294SiO21.005.610.056Al2O31.001.100.011CaO1.001.000.010MgO1.000.500.005S*1.000.070.0007H2O1.000.500.005共 计1.000*S以S+CaO=CaS+O的形式反应,其中生成CaS量为0.001=0.002kg。消耗CaO量为0.0010.002kg。消耗微量氧，忽略之。2）萤石加入量及成分萤石加入量为0.5/100kg铁水，其成分及重量表29 萤石加入量及成分成分重量， kg成分重量， kgCaF20.5090.000.45P*0.500.550.0028SiO20.566.000.030S*0.500.090.0004Al2O30.501.780.0089H2O0.502.000.010MgO0.500.580.0029共计0.500*P以2P+O2=(P2O5)的形式进行反应,其中生成P2O5量为0.0028=0.007kg。消耗氧气量为0.00280.004kg*S微量，忽略之。3）炉衬被侵蚀重量及成分炉衬被侵蚀量为0.50kg/100kg铁水，其成分及重量*被侵蚀的炉衬中碳的氧化，同金属中碳氧化成CO、CO2的比例数相同，即：CCO 0.02590%0.053kg表210 炉衬被侵蚀重量及成分成分重量 kg成分重量kgCaO0.5054.000.270Al2O30.501.000.005MgO0.5037.950.190C*0.505.000.025SiO20.500.010共计0.500CCO2 0.02510%0.009kg。其氧气消耗量：0.0530.030kg 0.0090.007kg共消耗氧气量为0.030+0.0070.037kg4）生白云石加入量及成分为了提高转炉炉衬寿命，采用白云石造渣剂，其主要目的是提高炉渣中的MgO含量，降低炉渣对炉衬的侵蚀能力。若使渣中MgO含量在6.008.00的范围之内，其效果显著。经试算后取生白云石加入量为3.00Kg/100Kg铁水，其成分及重量表211 生白云石加入量及成分成分重量 kg成分重量kgCaO3.0030.840.925SiO23.000.460.014MgO3.0020.160.605烧减*3.0047.801.434Al2O33.000.740.022共计3.000*烧减是指生白云石（MgCO3CaCO3）分解后而产生的气体。5）炉渣碱度和石灰加入量取终渣碱度R=3.5首先计算由上述造渣剂以及元素氧化产物而进入炉渣中的SiO2和CaO的重量。渣中已存在的量铁水中Si氧化成SiO2量+炉衬带入的SiO2量+矿石带入的SiO2量+萤石带入的SiO2量+白云石带入的SiO2量1.821+0.010+0.056+0.030+0.0141.931kg。 渣中已存在的量白云石带入的CaO量+炉衬带入的CaO量+矿石带入的CaO量-铁水中S成渣耗CaO量-矿石中S成渣耗CaO量0.925+0.270+0.010-0.014-0.0021.189kg。再计算石灰加入量： 石灰加入量 =6.52kg。表212 石灰成分及重量成分重量 kg成分重量kgCaO6.5291.085.940S*6.520.060.004SiO26.521.660.108烧减*6.524.440.289MgO6.521.540.100共计6.520Al2O36.521.220.0795*S以S+(CaO)=(CaS)+O的形式反应，其中生成（CaS）量为0.0040.009kg生成氧量为0.0040.002kg消耗（CaO）量为0.0040.007kg*烧减指未烧透的CaCO3经受热分解后产生的CO2气体重量。6） 6） 终点氧化铁的确定对于低磷铁水，参照国内同类转炉有关数据，取冶炼BD3钢的终渣=15%其中：（Fe2O3）/=1/3,故（Fe2O3）=5%,(FeO)=10%7） 终渣量及成分表213中不计（Fe2O3）、（FeO）在内的炉渣重量为（CaO+ MgO+ SiO2+ P2O5+ MnO+ Al2O3+ CaF2+ CaS）7.136+0.903+2.038+0.316+0.529+0.125+0.445+0.03111.523kg。又知=15%,则渣中其它成分之和为100-15=85,故炉渣重量为kg。由此可知：(FeO)的重量=13.55710%=1.356kg。其中铁重量=1.356。(Fe2O3)的重量=13.5575%=0.678kg。其中铁重量=0.678 =0.475Kg。表213 炉渣终渣量及成分成分氧化产物量Kg石灰Kg矿石Kg生白云石Kg炉衬Kg萤石Kg共计KgCaO5.931*0.0100.9250.2707.13652.65MgO0.1000.0050.6050.1900.0030.9036.65SiO21.8210.1080.0560.0140.0100.0302.03815.03P2O50.3090.0070.3162.33MnO0.5290.5293.92Al2O30.0780.0110.0220.0050.0090.1250.92CaF20.4450.4453.28CaS0.0180.0090.0020.0310.22FeO1.3561.356*10.00Fe2O30.6780.678*5.00共计4.7116.2260.0841.5660.4750.49413.557100.00*5.931=石灰中CaO含量石灰中S自耗CaO重量=5.9400.009=5.931Kg* *是元素被氧化成氧化铁的重量，其重量是这样计算出来的。将其值分别代入表7、8内。（2）矿石、烟尘中铁及氧量。假定矿石中（FeO)全部被还原成铁，则矿石带入铁量=1.00（29.4061.80）=0.661Kg。矿石带入氧量=1.00（29.40 61.80 ）=0.251Kg。烟尘带走铁量=1.60（7720 ）=1.182Kg。烟尘消耗氧量=1.60（77 20）0.370Kg。（3）炉气成分及重量表中各项的计算CO的重量=铁水中的C被氧化成CO的重量炉衬中的C被氧化成CO的重量=8.6100.053=8.663KgCO2重量=铁水中的C被氧化成CO2的重量炉衬中的C被氧化成CO2的重量白云石烧碱的重量石灰烧碱的重量=1.5030.0091.4340.2893.235Kg。表214 炉气成分及重量成分重量， kg 体积，m3CO8.6638.663=6.92579.40CO23.2353.235=1.64718.89SO20.0080.0080.03O20.0630.044*0.50N20.1060.0847*0.96H2O0.0150.0150.22共计12.098.723100.00SO2的重量铁水中的S的气化氧化物重量0.008kgH2O汽的重量矿石带入的重量+萤石带入的重量0.005+0.0100.015kg。*、*是自由氧和氮气的重量。它是由表9中炉气的其它成分反复计算出来，即已知氧气成分为98.50O2、1.50N2和炉气中自由氧体积比为0.50，求自由氧和氮气的体积及重量。解：设炉气的总体积为X，则 X元素燃烧生成的气体体积和水蒸气的体积+自由氧体积+氮气体积。即 X（6.925+1.647+0.003+0.019）+0.50X8.594+0.50X+（5.56+0.50X）8.594+0.50X+（0.085+0.008X）整理 X， 故炉气中自由氧体积8.7230.500.044 炉气中自由氧重量0.044炉气中氮气体积0.0088.723+0.0840.0847 m3炉气中氮气重量0.0847*炉气的总体积公式中分子括号内数据参考下面氧气消耗项目。（4）氧气消耗计算消耗和带入氧气的项目：元素氧化耗氧重量 7.787kg烟尘中铁氧化耗氧重量 0.370kg炉衬中碳氧化耗氧重量 0.037kg萤石中磷氧化耗氧重量 0.004kg自由氧重量 0.063kg炉气中氮气重量 0.105kg矿石分解带入氧的重量 0.251kg石灰中硫把氧化钙还原出的氧重量为 0.002kg故，氧气实际消耗重量为7.787+0.370+0.037+0.004+0.063+0.105-0.251-0.0028.113kg换算成体积量8.1135.68Nm3/100kg铁水或56.8Nm3/t铁水。（5）钢水量计算吹损组成项目：化学损失（元素氧化）量 7.037kg烟尘中铁损失量 1.182kg渣中铁珠损失量 13.55781.080kg喷溅铁损失量 1.000kg矿石带入铁量 0.661kg故，钢水重量（收得率）为100-（7.037+1.182+1.080+1.000）+0.66190.36kg（6）物料平衡表表215 物料平衡表收入支出项目重量 kg 项目重量 kg 铁水100.0083.78钢水90.3675.48石灰6.525.24炉渣13.5611.33矿石1.000.84炉气12.0910.10萤石0.500.42烟尘1.601.34白云石3.000.42铁珠1.080.91炉衬0.502.51喷溅1.000.84氧气8.116.79总计119.63100.00总计119.69100.00计算误差 0.052.3 热平衡计算为了简化计算，取冷料入炉温度均为25。（1）热收入项1)铁水物理热铁水熔点1536（4.25100+0.858+0.585+0.1530+0.03725）7 1089式中100、8、5、30、25分别为C、Si、Mn、P、S元素增加1含量降低铁水熔点值；7为气体O、H、N共降低铁水熔点值；1536为纯铁熔点。铁水物理热1000.745(108925)+218+0.837（12501089）114544KJ2）铁水中各元素氧化放热及成渣热CCO 3.6910949.1=40402KJCCO2 0.41034521=14154KJSiSiO2 0.85028314=24067KJMnMnO 0.4107020.3=2878KJFeFeO 1.0555021.2=5297KJFeFe3O3 0.4757340.7=3486.8KJPP2O5 0.13518922.6=2554.6KJP2O54CaO P2O5 0.3165020.8=1586.6KSiO22CaO SiO2 2.0332071.1=4220.9KJ共计 98646.9KJ3）烟尘氧化放热=.6（775021.2+207340.7）6455.7KJ则，热收入总量为=114544+98646.9+6455.7219646.6KJ注：对于炉衬中的C和萤石中的P，其氧化放热微量，故忽略之。（2）热支出项1）钢水物理热 钢水熔点1536（0.1565+0.175+0.01530+0.02525）71517式中65、5、30、25分别为钢中元素C、Mn、P、S增加1时，钢水熔点降低值。确定出钢温度1） 1） 过热度，连续普碳钢一般在2040，取30。2） 2） 吹氩后到中间包开浇5分钟期间的钢液温降，取50。3） 3） 吹氩调温过程温降，取10。4） 4） 出钢后到搅拌前的温降，取11。5） 5） 出钢过程温降，一般在4050，取40。故，出钢温度钢水熔点+过热度+出钢温度降出钢搅拌前温降吹氩调温过程温降 1517+30+40+11+50 1658。那么，钢水物理热90.360.699（151725）+272+0.837（16581517） 129479.1KJ2） 2） 炉渣物理热取终点炉渣温度与钢水温度相同，即1658。故，炉渣物理热13.561.248（1658-25）+209 30469.1KJ3） 3） 矿石分解吸热 1（29.40+61.80） 4323.8KJ4） 4） 烟尘物理热 1.60.996(145025)+209 =2605.3KJ5） 炉气物理热12.091.137(145025) =19588.5KJ6）渣中铁珠物理热 1.080.699(151725)+272+0.837(16581517) =1547.6KJ7）喷溅金属物理热 10.699(151725)+272+0.837(16581517) =1432.9KJ8）白云石分解吸热取生白云石中的CaCO3在1183K分解，MgCO3在750K分解。经过计算，生白云石的分解热效应为1422.6KJ/kg生白云石，故3kg生白云石分解吸热为 31422.64267.8KJ上述各项热支出量为 129497.1+30469.1+4323.8+2605.3+19588.5+1547.6+1432.9+4267.81937321KJ9）剩余热量吹炼过程炉子热辐射、对流、传导传热、冷却水等带走的热量与炉子大小等因素有关。一般为总收入热量的38，本计算取5。故热损失为 219646.6510982.3KJ则，剩余热量为219646.6193732.110982.314932.2KJ 表216 热平衡表收入项支出项项目热量 KJ项目热量 KJ铁水物理热11454452.15钢水物理热129479.159.00元素氧化放热和成渣热98646.944.91炉渣物理热30469.113.90其中 C5455624.84矿石分解热4323.81.84Si2406710.96烟尘物理热2605.31.19Mn28781.31炉气物理热19588.58.92P2554.61.16铁珠物理热1547.60.70Fe8783.84.00喷溅金属物理热1432.90.65P2O51586.60.72白云石分解热4267.81.95SiO24220.91.92其它热损失10982.35.00烟尘氧化热6455.72.94废钢物理热14932.26.81共计219646.6100.00共计219646.6100.0010）废钢加入量kg废钢吸收热量=10.699（151725）+272+0.837（1658-1517）=1432.9KJ那么，用剩余热量可加热废钢量应为=其废钢比为11）热平衡表热效率79.722.4 加入废钢和脱氧后的物料平衡2.4.1 加入废钢的物料平衡（1）废钢中各元素应被氧化量表217 废钢中各元素被氧化量CSiMnPS废钢成分取冶炼钢种中限0.180.200.520.0220.025终点钢水0.15痕迹0.170.0150.025废钢中各元素应被氧化量0.030.200.350.007（2）10.44kg废钢中各元素氧化量、进入钢中的量、耗氧量及氧化产物量表218废钢中各元素氧化量、耗氧量及氧化产物量废钢中各元素氧化重量 kg废钢进入钢中量kg耗氧量kg氧化产物量kg备注CCO10.440.0390*0.0030.0030.0040.003生成物CO和CO2均进入炉气中，其和为0.007+0.0010.008CCO210.440.0310*0.00030.00030.00080.0003SiSiO210.440.200