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
表2-1-1
成分 | C | Si | Mn | P | S | 温度 ℃ |
% | 4.36 | o.57 | 0. 62 | 0.07 | 0.05 | 1300 |
（二）原材料成分
表2-1-2
成分% 种类 | CaO | SiO2 | MgO | Al2O3 | S | P | CaF2 | FeO | Fe2O3 | 烧减 | H2O | C | 合计 % |
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 | 89．00 | 2．00 | 100 | |||||
白云石 | 53．04 | 0．48 | 34．94 | 0．74 | 10 | 8 | |||||||
炉衬 | 1．40 | 2．60 | 85．00 | 11．00 | 100 | ||||||||
（三）冶炼钢种及成分
表2-1-3
成分 | C | Si | Mn | P | S |
% | 0.12—0.20 | 0.20—0.55 | 1.20—1.60 | ≤0.045 | ≤0.045 |
（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 | 0.178 | 52 | 0.20 |
钢 | 0.167 | 65 | 0.20 |
炉渣 | 50 | 0.298 | |
烟尘 | 0.238 | 50 | |
矿石 | |||
炉气：CO | 0.349 | ||
CO2 | 0.558 | ||
SO2 | 0.555 | ||
O2 | 0.356 | ||
N2 | 0.346 | ||
H2O | 0.439 | ||
(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%；
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/kg |
C(Fe3C)+1/2O2=CO | 2616.9 |
C(Fe3C)+1/2O2=CO2 | 8250.7 |
Si(Fe3Si)+O2=SiO2 | 6767.2 |
2P(Fe3P)+5/2O2=P2O5 | 4522.6 |
Mn+1/2 O2=MnO | 1677.9 |
0.95Fe+1/2 O2 =Fe0.95O＊ | 1200.1 |
Fe+1/2 O2 =FeO | 1150.5 |
2Fe+3/2 O2=Fe2O3 | 1758.1 |
3Fe+2 O2=Fe3O4 | 1594.6 |
2CaO+SiO2=2CaO. SiO2 | 495.0 |
4 CaO+ P2O5=4 CaO. P2O5 | 9162.1 |
FeO+ SiO2= FeO. SiO2 | 80.6 |
MnO+ SiO2= MnO. SiO2 | 107.2 |
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 | C | Si | Mn | P | S | 合计 |
铁水 | 4.36 | 0.57 | 0.62 | 0.07 | 0.05 | |
终点钢水 | 0.13 | 痕迹 | 0.13 | 0.008 | 0.019 | |
氧化量 | 4.23 | 0.57 | 0.49 | 0.062 | 0.031 | 5.308 |
[C]：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2-1-7
3、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2-1-8
2）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2-1-9
3）炉衬侵蚀量为0.200公斤/100公斤铁水，其成分及重量见2-1-10
4）生白云石加入量及成分
加入的白云石后，须保证渣中（MgO）含量在6—8%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 |
C | [C]+1/2{O2}={CO} | (4.36-0.13)×85%=3.596 | 3.596×16/12=4.795 | 3.596×28/12=8.391 |
C | [C]+{O2}={CO2} | (4.36-0.13)×15%=0.635 | 0.635×32/12=1.693 | 0.635×44/12=2.328 |
Si | [Si]+O2 =(SiO2} | 0.57 | 0.57×32/28=0.651 | 0.57×60/28=1.221 |
Mn | [Mn]+1/2{O2}=(MnO) | 0.62×40%=0.248 | 0.248×16/55=0.072 | 0.248×71/55=0.320 |
P | 2[P]+5/2{O2}=(P2O5) | 0.070×90%=0.063 | 0.063×80/62=0.0813 | 0.063×142/62=0.144 |
S | [S]+{O2}={SO2} | 0.05×40%×1/3=0.007 | 0.007×32/32=0.007 | 0.007×64/32=0.014 |
S | [S]+(CaO)=(CaS)+[O] | 0.031－0.007=0.024 | 0.024×(-16/32)=-0.012 | 0.024×72/32=0.054 |
Fe | [Fe]+1/2{O2}=(FeO) | 0.607 | 0.067×16/56=0.173 | 0.780 |
Fe | 2[Fe]+3/2{O2}=(Fe2O3) | 0.273 | 0.273×48/112=0.117 | 0.390 |
总计 | 6．188 | |||
表2-1-8
成分 | 重量，公斤 | 备注 |
Fe2O3 | 1.00×61.80%=0.618 | 生成CaS0.002公斤，消耗CaO量0.002公斤，生成0.001公斤氧。 |
(FeO | 1.00×29.40%=0.294 | |
SiO2 | 1.00×5.61%=0.0561 | |
Al2O3 | 1.00×1.10%=0.011 | |
CaO | 1.00×1.00%=0.010 | |
MgO | 1.00×0.52%=0.0052 | |
S | 1.00×0.007%=0.001 | |
H2O | 1.00×0.50%=0.005 | |
共计 | 1.000 | |
表2-1-9
成分 | 重量，公斤 |
CaF2 | 0.30×89.00%=0.267 |
SiO2 | 0.30×6.00%=0.018 |
Al2O3 | 0.30×1.78%=0.005 |
MgO | 0.30×0.58%=0.002 |
P | 0.30×0.55%=0.002 |
S | 0.30×0.09%=0.0003 |
H2O | 0.30×2.00%=0.006 |
共计 | 0.300 |
P以2[P]+5/2{O2}=(P2O5)的形式进行反应，其中生成(P2O5)的量为0.00165×142/62=0.004公斤，消耗氧量0.00165×80/62=0.002
表2-1-10
成分 | 重量，公斤 | 成分 | 重量，公斤 | |
CaO | 0.20×1.40%=0.0028 | Al2O3 | ||
MgO | 0.20×85.0%=0.170 | C* | 0.20×11.0%=0.022 | |
SiO2 | 0.20×2.60%=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、CO2的比例相同，即：
C----CO 0.022×88%×28/12=0.045 kg
C----CO2 0.022×12%×44/12=0.010 kg
消耗氧量为：
0.145×16/28=0.026 kg
0.010×32/44=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 | |
CaO | 1.20×53.04%=0.6365 | SiO2 | 1.20×0.46%=0.0058 | |
MgO | 1.20×20.16%=0.4193 | 烧减 | 1.20×10.8%=0.1296 | |
Al2O3 | 1.20×0.74%=0.0089 | |||
共计 | 1.20 | |||
5）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+0.010－0.0193－0.002=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 |
CaO | 5.328×91.08%=4.853 |
SiO2 | 5.328×1.66%=0.088 |
MgO | 5.328×1.54%=0.082 |
Al2O3 | 5.328×1.22%=0.065 |
S | 5.328×0.06%=0.003 |
烧减 | 5.328×4.44%=0.237 |
共计 | 5.328 |
S以[S]+（CaO）=（CaS）+[O]的形式反应，其中生成CaS量为：0.003×72/32=0.007,
生成氧量为 0.003×16/32=0.0016kg，消耗（CaO）量为0.003×56/32=0.0056kg
6)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）
=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=9.754×8%=0.780kg 其中铁重 =0.780×56/72=0.607kg
(Fe2O3）重量=9.754×4%=0.390kg 其中铁重=0.390×112/160=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 |
CaO | 4.847 | 0.010 | 0.637 | 0.0028 | 5.497 | ||
MgO | 0.082 | 0.005 | 0.419 | 0.170 | 0.002 | 0.678 | |
SiO2 | 1.393 | 0.088 | 0.056 | 0.006 | 0.005 | 0.018 | 1.566 |
P2O5 | 0.165 | 0.004 | 0.169 | ||||
MnO | 0.284 | 0.284 | |||||
Al2O3 | 0.065 | 0.011 | 0.009 | 0.005 | 0.090 | ||
CaF2 | 0.267 | 0.267 | |||||
CaS | 0.024 | 0.007 | 0.002 | 0.033 | |||
FeO | 0.780 | 0.780 | |||||
Fe2O3 | 0.390 | 0.390 | |||||
总计 | 3.036 | 5.089 | 0.074 | 1.071 | 0.175 | 0.296 | 9.754 |
(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%×112/160)=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铁水温度×(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） |
CO | 8.977 | 7.182 | 84.57 |
CO2 | 2.290 | 1.166 | 13.73 |
SO2 | 0.011 | 0.004 | 0.05 |
O2 | 0.061 | 0.042 | 0.49 |
N2 | 0.105 | 0.084 | 0.99 |
H2O | 0.011 | 0.014 | 16.49 |
共计 | 11.455 | 8.492 | 100.00 |
表2-1-14中各项计算如下：
CO重量= 8.932+0.045=8.977kg
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