转炉物料平衡及热平衡计算

顶底复吹转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算

5.1 物料平衡计算

5.1.1 计算原始数据

基本原始数据有：冶炼钢种及成分、铁水和废铁的成分、终点钢水成分；造渣用溶剂及炉衬等原材料成分；脱氧和合金化用铁合金的成分及回收率；其他工艺参数。

表5-2 原材料成分

表5-3 铁合金成分（分子）及其回收率（分母）

表5-4 其他工艺参数设定值

5.1.2物料平衡的基本项目

收入项有：铁水、废钢、溶剂（石灰、萤石、轻烧白云石）、氧气、炉衬蚀损、铁合金。

支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。

5.1.3 计算步骤

以100㎏铁水为基础进行计算。

第一步：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，炉衬腐蚀和加入溶剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表5-5~表5-7。总渣量及成分如表5-8所示：

①由CaO还原出的氧量；消耗CaO量=0.009×56/32=0.016㎏。

表5-6 炉衬腐蚀的成渣量

表5-7 加入溶剂的成渣量

①.石灰加入量：渣中已含CaO=-0.016+0.004+0.002+0.910=0.900㎏；渣中已含

SiO2=1.710+0.009+0.028+0.020=1.767㎏；因设定终渣碱度R=3.5，故石灰加入量为：5.285/(88.0%-3.5×2.50%)=6.67㎏

②.石灰加入量=(石灰中CaO含量）-（石灰中S→CaS自耗的CaO量）

表5-8 总渣量及其成分

11.238㎏，而终渣Σω(FeO)=15%(表5-4)，故总渣量为11.238/86.75%=12.955㎏。

②.ω(FeO)=12.910×8.25%=1.069㎏ ω(Fe2O3)=12.910×5%-0.033-0.005-0.008=0.602㎏

第二步：计算氧气消耗量。

氧气的实际消耗量系消耗项目与供入项目之差。见表5-9

表5-9 实际耗氧量

第三步：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7-5~表7-7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 Σ

V ∑=g V +0.5%V ∑+99

1 (%5.0324

.22+s G V ∑－x V )

=5

.9832/4.22007.010.77.0998.79950.987.099⨯-⨯+⨯=

-+Vx Gs Vg =8.089 m ³

式中Vg ——CO 、CO2、SO2和H2O 各组分总体积，m ³。本计算中其值为：

18

4

.22015.0644.22010.0444.22659.2284.22278.8⨯+

⨯+⨯+⨯=7.998m ³ Gs ——不计自由氧的氧气消耗量，㎏。本计算中其值为：

6.698+0.062+0.34=

7.10㎏（见表5-9）

Vx ——石灰中的S 和CaO 反应还原出的氧量（其质量为：0.002㎏，见表5-9），

m ³。0.5%——炉气中自由氧含量。

99——自由氧纯度为99%转换得来。

计算结果列于表5-10

①.炉气中O2的体积为8.089*0.5%=0.040m³；质量为0.040×32/22.4=0.057㎏。

②.炉气中N2的体积系炉气总体积与其他成分体积之差；质量为0.051*28/22.4=0.064㎏

第四步：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＝100-6.596-[1.50×(75%×56/72+20%×112/160)+1+12.955×6%]

＝90.542㎏

由此可以编制出未加废钢、脱氧与合金化前的物料平衡表5-11

表5-11 未加废钢时的物料平衡表

注：计算误差为（117.39-117.55）/117.39×100%=-0.1%

第五步：计算加入废钢的物料平衡。

如同第一步计算铁水中元素氧化量一样，利用表5-1中的数据先确定废钢种元素的氧化量及其消耗量和成渣量（表5-12），再将其与表5-11归类合并，逐得到加入废钢后的物料平衡表5-13和表5-14。

表5-13 加入废钢的物料平衡表（以100㎏铁水为基础）

注：计算误差为（130.61-130.77）/130.61×100%=-0.1%

表5-14 加入废钢的物料平衡表（以100㎏铁水+废钢为基础）

第六步：计算脱氧和合金化后的物料平衡。

现根据钢种成分设定值（表5-1）和铁合金成分及其回收率（表5-3）算出锰铁和硅铁的加入量，在计算其元素的烧损量。将所有的结果与表7-14合并，及得到炼一炉钢的总物料平衡表。

锰铁加入量WMn 为：

[][]钢水量回收率

量锰铁含终点

钢种⨯⨯-=Mn Mn w Mn W Mn Mn w

㎏59.055.91%

80%80.67%

15.0%50.0=⨯⨯-=

硅铁加入量WSi 为：

[][][]回收率

量锰铁含加锰铁后的钢水量终点钢种Si Si Si )Si w Si (W Fe Si ⨯-⨯-=

Mn

w w

kg 42.0%

75%00.73002

.0)51.055.91(%25.0 =⨯-+⨯=

铁合金中元素烧损量和产物量列于表5-15。 脱氧和合金化后的钢水成分如下：

%14.0%10039

.92035

.0%10.0)(w =⨯+=C %25.0%10039

.92230

.0002.0)i (w =⨯+=S

%05.0%10039.92002

.0320.0%51.0)(w =⨯++=Mn

%021.0%10039.92001

.0%020.0)(w =⨯+=P

%022.0%10039.92001

.0%021.0)(w =⨯+=S

表5-15 铁合金中元素烧损量和产物量