第一部分 转炉物料平衡和热平衡计算
（一）原始数据（收集或给定）
一、铁水成分和温度
表1-1
成分 % | C 4.25 | Si 0.85 | Mn 0.58 | P 0.15 | S 0.037 | C 1250 |
刚中[Ｐ、Ｓ]影响渣质,喷溅和炉容比,[Si]影响炼铁焦比和转炉废钢加入量(目前要求[Si]<0.80%)
二、原材料成分（参[2] 、[4]、规程及[6]166）
表1-2
% | CaO | SiO2 | MgO | Al2O3 | S | P | CaF2 | FeO | Fe2O3 | 烧碱 | H2O | C | ∑ |
石灰 | 91.08 | 1.66 | 1.54 | 1.22 | 0.06 | 4.44 | 100 | ||||||
矿石 | 1.00 | 5.61 | 0.52 | 1.10 | 0.07 | 29.4 | 61.8 | 0.50 | 100 | ||||
萤石 | 6.00 | 0.58 | 1.78 | 0.09 | 0.55 | 89.0 | 2.00 | 100 | |||||
生白 云石 炉衬 | 30.84 54.00 | 0.46 2.05 | 20.16 37.95 | 0.74 1.00 | 47.8 | 5.00 | 100 100 | ||||||
三、冶炼钢种和废钢成分
表1-3
% | C | Si | Mn | P | S |
钢种BD3 | 0.14~0.22 | 0.12~0.30 | 0.40~0.65 | ≤0.045 | ≤0.055 |
废钢取 BD3中线 | 0.18 | 0.20 | 0.52 | 0.022 | 0.025 |
四、平均比热
表1-4
材料 | kcal/kg·C （固体） | kcal/kg (溶化) | kcal/kg· C ( 气，液态) |
生铁 | 0.178 | 52 | 0.2 |
钢 | 0.167 | 65 | 0.2 |
炉渣 | 50 | 0.298 | |
炉气 | 0.275 | ||
烟尘 | 0.238 | 50 | |
矿石 | 0.25 | 50 | |
五、反应热效率（认为25℃与炼铁温度下两者数值近似）
表1-5
反应式 | kcal/kg· mol | kcal/kg | 分子量 |
C +O2=CO | 31397.0 | 2616.9 | C 12 |
C+O2=CO2 | 99063.5 | 8250.7 | C 12 |
Si+O2=SiO2 | 190015.2 | 6767.2 | Si 28 |
2P+O2=P2O5 | 280133.5 | 4522.6 | P 30.97 |
Mn+O2=MnO | 92007.4 | 1677.9 | Mn 54.9 |
2Fe+O2=Fe2O3 | 267243.4 | 1594.6 | Fe 55.8 |
2CaO+SiO2=2CaO·SiO2 | 29780.2 | 495.0 | SiO2 60.1 |
4CaO+P2O5=4CaO·P2O5 | 165013.2 | 1200.0 | P2O5 142 |
*参氧气转换炉炼钢原理（美）,冶金工业出版社74年版75页
六、有关参数的选用
1、渣中铁珠占渣重的8%；
2、金属中90%[C] →CO 10%[C]→CO2;
3、喷溅铁损占铁水量的1%；
4、炉气平均温度1450℃；含自愿氧0.5%；烟尘量占铁水量的1.6% 其中有77%FeO和20%Fe2O3;
(作课程设计时刻改为；烟尘量占铁水量的1.16%。参[4]31)
5、炉衬侵蚀占铁水量的0.5%；
6、氧气成分为98.5%O2和1.5%N；
（作课程设计时可改为：99.5%O2和0.5%N2，参[4]31）。
（二）物料平衡计算
由铁水成分冶炼钢种可选用单渣发不留渣的操作。
为简化计算，物料平衡以100kg铁水为计算基础。
一、炉渣量及炉渣成分的计算
炉渣来自元素的氧化，造渣材料和炉衬侵蚀等。
1.铁水中各元素的氧化量%
表1-6
% | C | Si | Mn | P | S | 备注 |
铁水 | 4.25 | 0.85 | 0.58 | 0.150 | 0.037 | 铁水温度1250℃ |
终点钢水 | 0.15 | — | 0.17 | 0.015 | 0.025 | 实测 |
氧化量 | 4.10 | 0.85 | 0.41 | 0.135 | 0.012 | 转入表1-7 |
说明：
[Si]——碱性渣操作时终点[Si]量为痕迹；
[P]——单渣发去磷约90%（±5%）；
[Mn]——终点余锰量约30~40%，这里实测为30%；
[S]——转炉去硫约30~50%，这里取40%；
[C]——终点碳与钢种及磷量有关，要求出钢后加铁合金增碳的量能满足钢的规格中限，即：
[C]终点=[C]中限—[C]增碳
这里取[C]终=0.15%,可满足去磷保碳与增碳两个条件。
2、铁水中各元素的氧化量，耗氧量和氧化产物量的计算。
表1-7
元素 反应式 | 元素氧化 （kg） | 消耗 （kg） | 氧化产物 （kg） | 备注 |
C[C] +O2=CO | 4.1×90％=3.69 | 3.69×=4.82 | 3.69×=8.61 | |
C[C] +O2=CO2 | 4.1×10％=0.41 | 0.4×=1.095 | 0.4×=1.508 | |
Si[Si]+O2=(SiO2) | 0.85 | 0.85× =0.972 | 0.85×=1.82 | |
Mn [Mn]+ O2 =（MnO） | 0.41 | 0.41× =0.119 | 0.41× =0.529 | |
P 2[P]+O2 =（P2O5） | 0.135 | 0.135× =0.174 | 0.135× =0.309 | |
S[S]+O2=SO2 | 0.012× =0.004 | 0.004× \=0.004 | 0.004× =0.008 | 设为气化去硫 |
S[S]+(CaO) =(CaS)+[O] | 0.012-0.004 =0.008 | 0.008×（—） =—0.004 | 0.008× =0.018 | ①-0.004表还原出[O]量②[S]消耗CaO量 =0.008× =0.014 |
Fe[Fe]+O2 =(FeO) | 1.055 | 1.055× =0.302 | 1.356 | 见表1-13及说明 |
Fe 2[Fe]+O2 =(Fe2O3) | 0.475 | 0.475× =0.203 | 0.678 | 见表1-13及说明 |
共计 | 7.037 | 7.685 | ||
3.造渣剂成分及数量：（选自国内有关生产炉）
1）矿石成分及重量的计算（1.0kg矿石/100kg铁水）
表1-8
矿石成分 | 重量（kg） | 矿石成分 | 重量(kg) |
Fe2O3 | 1.0×61.8％=0.6180 | MgO | 1.0×0.52％=0.005 |
FeO | 1.0×29.4％=0.2940 | S | 1.0×0.07％=0.001 |
SiO2 | 1.0×5.61％=0.0561 | H2O | 1.0×0.50％=0.005 |
CaO | 1.0×1.00％=0.0100 | 共计 | 1.000 |
Al2O3 | 1.0×1.1％=0.0110 | ||
S*:反应式为[S]+( CaO)= (CaS)+[O]
其中：(CaS)重为0.001×=0.002[㎏]
[S]消耗（CaO) 重为0.001×=0.002[㎏]
[O]微量，可不计。
2）萤石成分及重量的计算（0.5㎏萤石／100㎏铁水）
表1—9
:P*反应式为 2[P]+5/2O2=(P2O5)
萤石成分 | 重量（㎏） | 萤石成分 | 重量（㎏） |
CaF2 | 0.5×89.0%=0.445 | P* | 0.5×0.55%=0.0028 |
SiO2 | 0.5×6%=0.030 | S** | 0.5×0.09%=0.0004 |
Al2O3 | 0.5×1.78%=0.0089 | H2O | 0.5×x2.00%=0..10 |
MgO | 0.5×0.58%=0.0029 | 共计 | 0.500 |
其中：(P2O5)重为0.0028×=0.007[㎏]
(P)消耗O重为0.0028×=0.004[㎏]
[O]微量，可不计。
3）炉衬侵蚀成分及重量的计算（0.5㎏炉衬／100㎏铁水）
表1—10
C*:其中 90%C→CO 0.025×90%×=0.053[㎏]
炉衬成分 | 重量（㎏） | 炉衬成分 | 重量（㎏） |
CaO | 0.5×54.0%=0.270 | Al2O3 | 0.5×1.00%=0.005 |
MgO | 0.5×37.95%=0.190 | C* | 0.5×5.00%=0.025 |
SiO2 | 0.5×2.05%=0.010 | 共计 | 0.500 |
10%C→CO2 0.025×10%×=0.009[㎏]
消耗O2 ： 0.053×=0.030[㎏]
0.009×=0.007[㎏]
炉衬中C共消耗O2重 0.037[㎏]
4）生白云石成分及重量的计算（3.0㎏生白云石／100㎏铁水）
表1—11
成分 | 重量（㎏） | 成分 | 重量（㎏） |
CaO | 3.0×30.84%=0.925 | SiO2 | 3.0×0.46%=0.014 |
MgO | 3.0×20.16%=0.605 | 烧碱** | 3.0×47.8%=1.434 |
Al2O3 | 3.0×0.84%=0.022 | 共计 | 3.0 |
*加入生白云石后经经炉渣成分计算，应满足MgO=6～8%范围（见表1—13），目的是可以提高炉衬抗熔渣的侵蚀能力，提高炉龄。
* *烧碱是指生白云石或石灰中未分解的CO2及其重量。
5）石灰成分及重量的计算（6.25㎏石灰/100㎏铁水）
表1—12
石灰成分 | 重量（㎏） | 石灰成分 | 重量（㎏） |
CaO | 6.25×91.08%=5.940 | Al2O3 | 6.25×1.22%=0.078 |
SiO2 | 6.25×1.66%=0.108 | S* | 6.25×0.06%=0.005 |
MgO | 6.25×1.54%=0.100 | 烧碱 | 0.52×4.44%=0.289 |
共计 | 6.520 | ||
说明：石灰加入量计算如下：
取终渣碱度R=% CaO/%SiO2=3.5 (参炼钢原理P167图5—19)
你
式中 Σ(SiO2) = (铁水+炉衬+矿石+萤石+生白云石)中带入
=（1.820+0.010+0.056+0.030+0.014）
=1.930 [㎏]
参表：（1—7、1—8、1—9、1—10、1—11）
Σ(CaO ) = (生白云石+炉衬+矿石—铁水[S]消耗—矿石[S]消耗)
=（0.925+0.270+0.010—0.0141—0.002）
=1.189 [㎏]
参表：（1—7、1—8、1—9、1—10、1—11）
∴ Q石灰==6.52[㎏]
S*:反应式为[S]+( CaO)= (CaS)+[O]
其中：生成(CaS)重:0.005×=0.011[㎏]
还原[O]: 0.005×=0.003[㎏]
消耗（CaO）量：0.005×=0.009[㎏]
6）.终渣Σ(FeO)的确定
取R=3.5及Σ(FeO)=15%时可满足终点钢水中[P]=0.015%的要求(参表1—6及炼钢原理P167图5—19)
这里取Σ(FeO)= (%FeO) +0.9（%FeO) =15%
取（Fe2O3）/Σ(FeO)= 。故（Fe2O3）=5%，(FeO) ≈10%
7）．终渣成分及重量的计算
表1－13
终渣成分 | 氧化产物 ㎏ | 石灰 ㎏ | 矿石 ㎏ | 生白云石 ㎏ | 炉衬 ㎏ | 萤石 ㎏ | 总重 ㎏ | % |
CaO | 5.931 | 0.010 | 0.925 | 0.270 | 7.136 | 52.65 | ||
MgO | 0.100 | 0.005 | 0.605 | 0.190 | 0.003 | 0.903 | 6.65 | |
SiO2 | 1.820 | 0.108 | 0.056 | 0.014 | 0.010 | 0.030 | 2.038 | 15.03 |
P2O5 | 0.309 | 0.007 | 0.316 | 2.33 | ||||
MnO | 0.529 | 0.529 | 3.92 | |||||
Al2O3 | 0.078 | 0.011 | 0.022 | 0.005 | 0.009 | 0.125 | 0.92 | |
CaF2 | 0.445 | 0.445 | 3.28 | |||||
CaS | 0.018 | 0.011 | 0.002 | 0.031 | 0.22 | |||
FeO | 1.356 | 1.356 | 10.00 | |||||
Fe2O3 | 0.678 | 0.678 | 5.00 | |||||
共计 | 4.710 | 6.228 | 0.084 | 1.566 | 0.475 | 0.494 | 13.557 | 100.00 |
| 铁水温度 |
说明
1．总渣量的计算如下：
表中CaO+MgO +SiO2+ P2O5 +MnO+ Al2O3 +CaF2 +CaO
=7.136+0.803+2.038++0.316+0.529+0.125+0.445+0.031
=11.523[㎏]
总渣量 —Σ(FeO)=100%—15%=85%
因此总渣量==13.557[㎏]
2．(FeO)重＝13.557×10%=1.356[㎏]，其中Fe氧化量
1.356×=1.055[㎏](转入表1—7)
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