转炉炼钢物料平衡和热平衡计算模板

1、第二章、转炉物料平衡和热平衡计算1、低磷生铁吹炼（单渣法）一、原始数据（一）铁水成分及温度表2-1-1成分CSiMnPS温度 %4.36o.570. 620.070.051300（二）原材料成分表2-1-2成分%种类CaOSiO2MgOAl2O3SPCaF2FeOFe2O3烧减H2OC合计%石灰9108166154122006444100矿石100561052110007294618050100萤石6000581780090558900200100白云石53040483494074108炉衬14026085001100100（三）冶炼钢种及成分表2-1-3成分CSiMnPS%0.120.200

2、.200.551.201.600.0450.045（四）平均比热表2-1-4项目固态平均比热kcal/kg.熔化潜热kcal/kg液态或气态平均比热kcal/kg.生铁0.178520.20钢0.167650.20炉渣500.298烟尘0.23850矿石炉气：CO0.349CO20.558SO20.555O20.356N20.346H2O0.439(五)冷却剂 用废钢做冷却剂，其成分与冶炼钢种中限相同。（六）反应热效应反应热效应通常采用25为参考温度，比较常用的反应数据见表2-1-5（七）根据国内转炉实测数据选取1、渣中铁珠量为渣量的2.5%；2、金属中C假定85%氧化成CO，15%氧化成CO

3、2；3、喷溅铁损为铁水量的0.3%；4、取炉气平均温度1450,自由氧含量0.5%，烟尘量为铁水量的1.8%，其中FeO=75%，Fe203=22%；5、炉衬侵蚀量为铁水量的0.15%；6、氧气成分为98.9% O2，1.5% N2。表2-1-5反应放出热 kcal/kgC(Fe3C)+1/2O2=CO2616.9C(Fe3C)+1/2O2=CO28250.7Si(Fe3Si)+O2=SiO26767.22P(Fe3P)+5/2O2=P2O54522.6Mn+1/2 O2=MnO1677.90.95Fe+1/2 O2 =Fe0.95O1200.1Fe+1/2 O2 =FeO1150.52Fe+

4、3/2 O2=Fe2O31758.13Fe+2 O2=Fe3O41594.62CaO+SiO2=2CaO. SiO2495.04 CaO+ P2O5=4 CaO. P2O59162.1FeO+ SiO2= FeO. SiO280.6MnO+ SiO2= MnO. SiO2107.2二、物料平衡计算根据铁水成分，渣料质量，采用单渣不留渣操作。先以100公斤铁水为计算基础。（一） 炉渣及其成分的计算1、 铁水中各元素氧化量表2-1-6成分，kg项目CSiMnPS合计铁水4.360.570.620.070.05终点钢水0.13痕迹0.130.0080.019氧化量4.230.570.490.0620

5、.0315.308C：取终点钢水含碳量0.15%；Si：在碱性氧气转炉炼钢中，铁水中的Si几乎全部被氧化；Mn：顶底复吹转炉残锰量取60%；P：采用低磷铁水吹炼，铁水中磷90%进入炉渣，10%留在钢中；S：氧气转炉去硫率不高，取40%。2、各元素氧化量，耗氧量及其氧化产物量见表2-1-73、造渣剂成分及数量根据国内同类转炉有关数据选取1） 矿石加入量及成分矿石加入量为1.00公斤/100公斤铁水，成分及重量见表2-1-82） 萤石加入量及成分萤石加入量为0.30kg/kg铁水，其成分及重量见表2-1-93） 炉衬侵蚀量为0.200公斤/100公斤铁水，其成分及重量见2-1-104） 生白云石加

6、入量及成分加入的白云石后，须保证渣中（MgO）含量在68%之间，经试算后取轻烧白云石加入量为1.2公斤/100公斤铁水。其成分及重量见表2-1-11表2-1-7元素反应及其产物元素氧化量，公斤耗氧量，公斤氧化产物量，公斤CC+1/2O2=CO(4.36-0.13)85%=3.5963.59616/12=4.7953.59628/12=8.391CC+O2=CO2(4.36-0.13)15%=0.6350.63532/12=1.6930.63544/12=2.328SiSi+O2 =(SiO20.570.5732/28=0.6510.5760/28=1.221MnMn+1/2O2=(MnO)0.

7、6240%=0.2480.24816/55=0.0720.24871/55=0.320P2P+5/2O2=(P2O5)0.07090%=0.0630.06380/62=0.08130.063142/62=0.144SS+O2=SO20.0540%1/3=0.0070.00732/32=0.0070.00764/32=0.014SS+(CaO)=(CaS)+O0.0310.007=0.0240.024(-16/32)=-0.0120.02472/32=0.054FeFe+1/2O2=(FeO)0.6070.06716/56=0.1730.780Fe2Fe+3/2O2=(Fe2O3)0.2730.

8、27348/112=0.1170.390总计6188表2-1-8成分重量，公斤备注Fe2O31.0061.80%=0.618生成CaS0.002公斤，消耗CaO量0.002公斤，生成0.001公斤氧。(FeO1.0029.40%=0.294SiO21.005.61%=0.0561Al2O31.001.10%=0.011CaO1.001.00%=0.010MgO1.000.52%=0.0052S1.000.007%=0.001H2O1.000.50%=0.005共计1.000表2-1-9成分重量，公斤CaF20.3089.00%=0.267SiO20.306.00%=0.018Al2O30.30

9、1.78%=0.005MgO0.300.58%=0.002P0.300.55%=0.002S0.300.09%=0.0003H2O0.302.00%=0.006共计0.300P以2P+5/2O2=(P2O5)的形式进行反应，其中生成(P2O5)的量为0.00165142/62=0.004公斤，消耗氧量0.0016580/62=0.002表2-1-10成分重量，公斤成分重量，公斤CaO0.201.40%=0.0028Al2O3MgO0.2085.0%=0.170C*0.2011.0%=0.022SiO20.202.60%=0.0052共计0.020*被侵蚀的炉衬中C的氧化，同金属中C氧化成CO、

10、CO2的比例相同，即：C-CO 0.02288%28/12=0.045 kgC-CO2 0.02212%44/12=0.010 kg消耗氧量为： 0.14516/28=0.026 kg 0.01032/44=0.007 kg共消耗氧气量为： 0.033 kg表2-1-11成分重量，公斤成分重量，公斤CaO1.2053.04%=0.6365SiO21.200.46%=0.0058MgO1.2020.16%=0.4193烧减1.2010.8%=0.1296Al2O31.200.74%=0.0089共计1.205） 炉渣碱度和石灰加入量取终渣碱度渣中已存在的（SiO2）量=铁水中硅氧化生成的SiO2

11、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=1.393+0.0052+0.056+0.018+0.0058=1.478kg渣中已存在的（CaO）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消耗的CaO矿石中S成渣消耗的CaO=0.6365+0.003+0.0100.01930.002=0.622 kg加入石灰成分及重量见表2-1-12表2-1-12成分重量，公斤CaO5.32891.08%=4.853SiO25.3281.66%=0.088MgO5.3281.54%=0.082Al2O35.3281.22%=0.06

12、5S5.3280.06%=0.003烧减5.3284.44%=0.237共计5.328S以S+（CaO）=（CaS）+O的形式反应，其中生成CaS量为：0.00372/32=0.007,生成氧量为 0.00316/32=0.0016kg，消耗（CaO）量为0.00356/32=0.0056kg6)终点氧化铁的确定 根据生产实践数据，当终渣碱度为3.5，含碳量为0.15%时，终渣中（Fe2O3）=4%和（FeO）=8%。7）终渣量及成分表2-1-13中不计（FeO）、(Fe2O3)在内的炉渣重量为（CaO +MgO+SiO2 +P2O5 +MnO+ Al2O3+ CaS+ CaF2+ CaS）=

13、5.497+0.678+1.566+0.169+0.284+0.090+0.267+0.033=8.584 kg已知渣中FeO量为12%，则渣中其它成分之和为88%，故炉渣总重量为8.584/88%=9.754kg由此可知：(FeO)重量=9.7548%=0.780kg 其中铁重 =0.78056/72=0.607kg(Fe2O3）重量=9.7544%=0.390kg 其中铁重=0.390112/160=0.273kg将(FeO)和 (Fe2O3）的值分别填入表2-1-7表2-1-13成分氧化产物量，公斤石灰，公斤矿石，公斤轻烧白云石，公斤炉衬，公斤萤石，公斤合计，公斤CaO4.8470.01

14、00.6370.00285.497MgO0.0820.0050.4190.1700.0020.678SiO21.3930.0880.0560.0060.0050.0181.566P2O50.1650.0040.169MnO0.2840.284Al2O30.0650.0110.0090.0050.090CaF20.2670.267CaS0.0240.0070.0020.033FeO0.7800.780Fe2O30.3900.390总计3.0365.0890.0741.0710.1750.2969.754(二)矿石、烟尘中铁及氧量矿石带入的Fe量=1.00(29.04%56/72+61.80%11

15、2/160)=0.661 kg烟尘带走的铁量=1.60(77%56/72+20%48/160)=1.182 kg矿石带入的氧量=1.00(29.04%16/72+61.80%48/160)=0.251kg烟尘消耗的氧量=1.60(77%16/72+20%48/160)=0.370 kg（三）炉气成分及重量（见表2-1-14）表2-1-14成分重量，公斤体积，m3%（体积）CO8.9777.18284.57CO22.2901.16613.73SO20.0110.0040.05O20.0610.0420.49N20.1050.0840.99H2O0.0110.01416.49共计11.4558.4

16、92100.00表2-1-14中各项计算如下：CO重量= 8.932+0.045=8.977kgCO2重量=铁水中C被氧化成CO2的重量+炉衬中C被氧化成CO2的重量+白云石烧减的重量+石灰烧减的重量=2.290kgSO2重量=铁水中S气化而生成的氧化物重量=2.290kgH2O重量=矿石带入水分+萤石带入水分=0.005+0.006=0.011kg炉气中自由氧的体积=0.042m3炉气中自由氧的重量=0.04232/22.4=0.061 kg炉气中N2的体积=0.084 m3炉气中N2的重量=0.08428/22.4=0.105(四)氧气消耗量计算消耗和带入氧气的项目为：元素氧化耗氧重量 7

17、.686 kg烟尘中铁氧化耗氧重量 0.370 kg炉衬中C氧化耗氧重量 0.033 kg萤石中磷氧化耗氧重量 0.002 kg炉气中自由氧含量 0.061 kg炉气中N2的重量 0.105 kg矿石分解带入及其中的硫把氧化钙还原出来的氧的重量：1.00(61.8%48/160+29.40%16/72)+0.001=0.252 kg石灰中S把氧化钙还原出的氧重量 0.002kg故氧气实际消耗量为:7.686+0.370+0.033+0.002+0.061+0.105-0.252-0.002=8.004kg换算成体积=8.00422.4/32=5.603标m3 /kg铁水（五）钢水量的计算吹损包

18、括下列组成项目：化学损失量 6.188kg烟尘中铁损 1.182kg渣中铁珠损失量 9.7543%=0.293kg喷溅铁损失量 0.3kg矿石带入铁量 0.661kg故钢水重量为：100-(6.188+1.182+0.293+0.3)+0.661=92.995kg即钢水收得率为92.995%(六)物料平衡表以100公斤铁水为基础（见表2-1-15）表2-1-15收入支出项目重量，公斤项目重量，公斤铁水100.00钢水92.995石灰5.328炉渣9.754矿石1炉气11.455萤石0.3烟尘1.6白云石1.2铁珠0.293炉衬0.2喷溅0.3氧气8.004总计116.032总计116.397计

19、算误差=（收入项-支出项）/收入项100% =（116.032-116.397）/116.032100% =-0.145%三、热平衡计算为简化计算，取冷料入炉温度均为25（一）热收入相1、铁水物理热铁水熔点=1536(4.5100+0.658+0.555+0.0830+0.0425) 7=1067.65式中100、8、5、30、25分别是C、Si、Mn、P、S增加1%含量降低铁水的熔点值；7为O、H、N共降低铁水的熔点值；1563为纯铁熔点，取铁水温度为1350。则：铁水物理热=1000.178(1067.6525)+52+0.2(13501089)=29406.17 kcal2、铁水中各元素

20、氧化放热及成渣热C-CO 3.8282616.9=10017.5 kcalC-CO2 0.5228250.7=4306.9 kcalSi-SiO2 0.656767.2=4398.7 kcalMn-MnO 0.221677.9=369.1 kcalFe- FeO 0.6071150.5=698.4 kcalFe- Fe2O3 0.2731758.1=480.0 kcalP- P2O5 0.0724522.6=325.6 kcalP2O5-4 CaO. P2O5 0.1651162.1=197.7 kcalSiO2-2 CaO SiO2. 1.393495.0=689.5 kcal共计 2148

21、3.4 kcal3、烟尘氧化放热1.6 (77%56/721150.5+20%112/1601758.1)=1496.2 kcal则热收入总量：29406.2+21483.4+1496.2=52832.4kcal（二）热支出项1、钢水物理热钢水熔点=1536-(0.15065+0.335+0.00830+0.02425)-7=1517式中65、5、30、25分别为钢中元素C、Mn、P、S增加1%时钢水熔点的降低值，。确定出钢温度：（1）钢水过热度取2030，取25；（2）t1为出钢温度损失。取出钢时间为5min，平均温降10/min，则出钢温降为50；（3）t2为吹Ar搅拌温度损失，转炉吹Ar

22、一般为35min，取4min，温降5/min，则吹温降为20；（4）t3为钢水罐在停留时间内的温降，取12；（5）t4为钢水罐在浇注时间内的钢水温度损失，取40.则出钢温度=1517+25+50+20+12+40=1664则钢水物理热=92.9950.167(1517-25)+65+0.20(1664-1517)=31949.73kcal2、炉渣物理热取终点炉渣温度与钢水温度相同，即1664。故炉渣物理热=9.754 0.298(1664-25)+50=5251.77kcal3、矿石分解吸热1 (29.40%56/721150.5+61.80%112/1601758.1)=1023.6kcal

23、4、烟尘物理热1.6(0.238(1450-25)+50)=622.6kcal5、炉气物理热(7.1820.349+1.1660.558+0.0040.555+0.0420.365+0.0840.346+0.0140.439) 1450=4705.08kcal6、渣中铁珠物理热0.2930.167(1517-25)+65+0.20(1664-1517)=100.66kcal7、喷溅金属物理热0.30.167(1517-25)+65+0.20(1664-1517)=103.04kcal8、白云石分解吸热1.285=102.00上述各项热支出量为：31949.73+5251.77+1023.6+6

24、22.6+4705.08+100.66+103.04+102.00=43858.5kcal9、剩余热量吹炼过程转炉辐射、对流、传导传热及冷却水带走热量，一般取热收入总量的38%，本计算取3.1%，则热损失为:52832.383.1%=1641.6 kcal则剩余热量为：52832.38-43858.5-1641.6=7332.3 kcal10、废钢加入量1公斤废钢吸收热量为：10.167(1517-25)+0.20(1664-1517)=343.6 kcal则可加入废钢量为：7332.3/343.6=21.44 kg即废钢比为21.44/(100+21.44) 100%=17.66%注：水的汽

25、化吸热和S吸热甚微，忽略之。11、热平衡表（见表2-1-16）表2-1-16收入项支出项项目热量，千卡项目热量，千卡铁水物理热29406.17钢水物理热31949.73元素氧化放热或成渣热21483.4炉渣物理热5251.77其中：C14324.4矿石分解热1023.6Si4398.7烟尘物理热622.6Mn369.1炉气物理热4705.08P325.6铁珠物理热100.66Fe1178.4喷溅物理热103.04P2O5197.7白云石分解热102.00SiO2689.5其它热损失2641.6烟尘氧化热1496.2废钢物理热7332.3共计52832.4共计52832.4四、加入废钢后和脱氧后

26、的物料平衡（一）加入废钢后的物料平衡1、废钢中各元素应被氧化量：见表2-1-17表2-1-17 成分，%数值CSiMnPS废钢成分取同一冶炼钢种中限0.180.200.520.0220.025终点钢水0.15痕迹0.330.0080.024废钢中各元素应被氧化量0.030.200.190.0140.0012、 21.44公斤废钢中各元素氧化量，进入钢中量，耗氧量及氧化产物量见表2-1-18表2-1-18 项目反应废钢中元素氧化量废钢进入钢中量，公斤耗氧量，公斤氧化产物量，公斤C-CO21.440.03%88%=0.00621.44-0.094=21.3500.00616/12=0.0080.0

27、0628/12=0.013C-CO221.440.03%12%=0.00080.000832/12=0.0020.000844/12=0.003Si-SiO221.440.20%=0.0430.04332/28=0.0490.04360/28=0.092Mn-MnO21.440.19%=0.0410.04116/55=0.0120.04171/55=0.053P- P2O521.440.014%=0.0030.00380/62=0.0040.003142/62=0.007S-SO221.440.03%1/3=0.00010.000132/32=0.00010.000164/32=0.00014

28、S-CaS21.440.03%2/3=0.000140.00014(-16/32)=-0.000070.0001472/32=0.00032共计0.0940.0750.1683、 加入废钢后的物料平衡表见表2-1-19 表2-1-19收入项支出项项目重量，公斤项目重量，公斤铁水10000钢水92995+21.350=114.345废钢2144炉渣9.754+0.0871=9.841石灰533炉气11.455+0.014=11.469矿石100烟尘1.600萤石0.300铁珠0.293白云石1.200喷溅0.300炉衬0.200氧气8.004+0.061=8.065共计137.537共计137.8484、把表2-1-19内的金属料（铁水+废钢）换算成以100公斤金属料为基础，得到重新整理加入废钢后的物料平衡。见表2-1-20表2-1-20收入项支出项项目重量，公斤项目重量，公斤铁水82.342钢水94.155废钢17.658炉渣8.032石灰4.387炉气9.445矿石0.823烟尘1.317萤石0.247铁珠0.241白云石0.988喷溅0.247炉衬0.165氧气6.652总计113.262总计113.438（二）脱氧后的物料平衡1、冶炼BD3钢选用Mn-Fe和Si-Fe脱氧。其成分如下表2-1-21表2-1-21 成分合金CSiMnPSFe备