转炉物料平衡与热平衡计算.docx

钢铁冶金专业设计资料（炼铁、炼钢）本钢工学院冶化教研室二00三年八月第一章物料平衡与热平衡计算物料平衡和热平衡计算是氧气顶吹转炉冶炼工艺设计的一项基本的计算，它是建立在 物质和能量不灭定律的基础上的它以转炉作为考察对象，根据装入转炉内或参与炼钢过 程的全部物料数据和炼钢过程的全部产物数据，如图 1 -1所示的收入项数据和支出项数据，来进行物料的重量和热平衡计算通过计算，可以定量地 掌握冶炼工重要参数，做到“胸中有数”对指导生产和分析研究改进冶 炼工艺，设计转 炉炼钢车间等均有其重要意义由于转炉炼钢过程是一个十分复杂的物理化学过程，很显 然，要求进行精确的计算较为困难，特别是热平衡，只能是近似计算，但它仍然有十分重 要的指导意义物料平衡和热平衡计算，一般可分为两面种方案第一种方案是为了设计转炉及其氧 枪设备以及相应的转炉炼钢车间而进行的计算，通常侧重于理论计算，特别是新设计转炉 而无实际炉型可以参考的情况下；另一种方案是为了校核和改善已投产的转炉冶炼工艺参 数及其设备参数或者采用新工艺新技术等，而由实测数据进行的计算，后者侧重于实测 本计算是采用第一种方案目前，我国顶吹转炉所采用的生铁基本匕为低磷的( 0.10~0.40%)和中磷的(0.40〜1.00%)两种，对这两种不同含磷量生铁的冶炼工艺制度也不相同。

因此，下 面以50吨转炉为例，分别就低磷生铁和高磷生铁两种情况，进行物料平衡和热平衡计 算1.1 原始数据1.1.1 铁水成分及温度表111成分CSiMnPS温度c%4.2500.8500.5800.1500.03712501.1.2原材料成分表1・1・2原材料成分种CaOS1O2MgOAl 2O3SPCaF2FeOFe20aH2OC烧碱合计石灰91.381.261.541.420.064.34100.00W后1.105.110.521.160.0728.861.80.50100.00萤石6.000.581.780.090.5589.002.00100.00轻烧白云石30.840.4620.160.740.040.1147.8100.00镁质炉衬54.501.0539.451.005.0100.00表2-1-1铁水成分与温度成分cSiMnPS温度c%4.3000.6500.5600.1500.0381300转炉冶炼钢种常为普通碳素钢和低合金钢，在此以要求冶炼 BD3钢考虑，其成分见表2-1-3成分（中限）cSiMnPS%0.16 -0.240.16 -0.280.35 -0.650.0450.045表1151.1.4平均比热表114项 目固态平均比热千卡/公熔化潜热液态或气态平均比热斤•度千卡/公斤开/公斤•度生 铁0.178520.20钢0.167650.20炉 渣500.298烟 尘0.23850矿 石炉 气co0.349CO20.558SO20.555O20.365N20.346H200.489115冷却剂用废钢作冷却剂，其成份与冶炼钢种成份的中限相同。

（见表1-1-3）1.1.6 反应热效应虽然炉内化学反应，实际上是在炉料温度和炉内上部气相温度之间的任一温度发生 的，但反应热效应通常仍采用25c作为参考温度，值得指出的是，反应热还与组分在铁 水中存在形态有关，至今对参与化学反应有关的实际组成物还有不同的看法但是，比较 常用的反应热数据见表反应放出热（千卡）每公斤分子每公斤兀素或化合物千卡兀素或化合物31397.02616.9CC (FeaC)+ -O2=CO99063.58250.7CC (Fe3C)+O2=CO2190015.26767.2SiSi (Fe3Si)+O2=SiO2280133.54522.6P2P (FesP)+-O2=P2O592007.41677.9Mn1 Mn + —O2=MnO263727.31200.1Fe* 0.95Fe+ —02=Feo.950 264430.01150.5FeFe+ —O2=FeO196910.01758.1Fe23267243.41594.6Fe2Fe+ -O2=Fe2O3229780.2495.0SiO23Fe+2O2=Fe3O4165013.21162.1P2O52CaO+SiO2=2CaO • SiO280.64CaO+F2O5=4CaO ・ P2O54500.4FeO5889.4107.2FeO+SiO2=FeO • SiO2MnOMnO+SiO2=MnO • SQ21*通常近似认为是Fe+—O2=FeO21.1.7 其它数据的选取 （根据国内同类转炉的实测数据选取）1 .渣中铁珠量为渣量的5%-8%本设计取8%2 .金属中碳的氧化假定为：80%・90%勺碳氧化成CO, 20%・10%勺碳氧化成C023 .喷溅铁损为铁水量的0.7%〜1.0%，本设计取1.0%。

4 .取炉气平均温度1450E，炉气中自由氧含量为0.5%，烟尘量铁珠量的1.6%,其中 FeO=77% Fe?O3=20%5 .氧气成分为98.5%2, 1 ,5%N2o6 .炉衬侵蚀量为铁水量的0.5%1.2物料平衡计算根据铁水成份，渣料质量以及冶炼钢种，采用单渣不留渣操作，通常首先以10公斤 铁水为计算基础，然后再折算成100公斤金属料1.2.1 炉渣量及其成份的计算炉渣来自金属中元素的氧化产物，渣料以及炉衬侵蚀等1 •铁水中各元素氧化量（见表2-2・1）表 1-2-1成份重量项 公斤）CSiMnPS铁 水4.2500.8500.5800.1500.037终点钢水0.150痕迹0.1740.0150.022氧化量4.1000.8500.4060.1350.015终点钢水成份是根据同类转炉冶炼钢种的实际数据选取，其中：[C]:应根据冶炼钢种含碳量的中限和预估计的脱氧剂的增碳量（ 0.2~0.3）之差来确定终点钢水含碳量，取0.150%[Si]：在碱性转炉炼钢法中，铁水中的硅几乎全部被氧化，随同加入的其它材料带入的SiO2 一起进入炉渣中，故终点钢水硅的含量为痕迹[Mn]:终点钢水残镒量，一般为铁水中镒含量的 30%—40%取30%[用:采用低磷铁水操作，铁水中磷约85〜95%进入炉渣，在此取铁水中磷的90%进入炉渣，10%§在钢中。

同时要考虑钢包中回磷的因素[S]：氧气转炉内去硫率不高，一般在30〜50%勺范围，取40%2 ,各元素氧化量、耗氧量及其氧化产物量见表 1 -2-2表122元素氧化量耗氧量氧化产物量元素反应及其产物备注（公斤）（公斤）（公斤）CCSiMnPSSFeFe1Q]+ -{02}={C0) 2[C]+{0 2}={CO2}[Si]+{0 2}=(SiO 2) 1[Mn]+ - {02}=( MnO)252[P]+ - {02}=(P205)[S]+{0 2}={S0 2}[S]+(CaO)=(CaS)+[0][Fe]+{0 2}=(FeO)2[Fe]+{0 2}=(Fe2O3)4.100 X90%=3.6904.100 X 10%=0.4100.8500.4060.1351n n-iR V f -n nn尻30.015-0.005=0.011.0560.475*指生成的CaS量3.690 X16 12“32 0.410Xc 12320.850 X28180.406 X 5580=4.920=1.093=0.971=0.1180.135 X =0.174620.005 X32 =0.005320.010X(- )=-0.005161.056X ! =0.302560.575 X /8 = o,2O411228C CCC AZ /r/r=8.610120.41 OX 44=1,503600.850 X =1.82128710.406 X — =0.52414aL0.135 X 142 = =0.3096264 =0.0103272n n-i n V A 0,023 *321.3580.679假定气化硫率占总去硫率的-。

0.005表示还原出的 3氧量，消耗CaO量为心0.010X— =0.01832见表2-2-8见表2-2-83•造渣剂成分及数量50吨氧气转炉加入造渣剂数量，是根据国内同类转炉有关数据选取:0.001 X 72 二321）矿石加入量及成分成 分重 量（公斤）F02O31.00X61.80% = 0.618FeO1.00X29.40% = 0.294SiO21.00X5.61% = 0.056Al 2O31.00X 1.10% = 0.011CaO1.00 X 1.00% = 0.010MgO *S1.00X0.52% = 0.0051.00X0.07% = 0.001H2O1.00X0.50% = 0.005共计1.00矿石加入量为1.00公斤/ 100公斤铁水，其成分及重量见表1 -2-3表 1-2-3* S以]S]+ （CaO）二（CaO） + [O]的形式反应，其中生成CaS量为0 002公斤‘消耗Ca量为02 X 5）002公斤，生成微量氧0.001 X I6 = 0.001 公斤322）萤石加入量及成分萤石加入量为0.50公斤/ 100公斤铁水，其成分及重量见表2-2-4表124成分重量（公斤）CaF20.50 X 89.00%= 0.445SiO20.50 X 6.00%= 0.030Al 2O30.50 X 1.78%= 0.009MgO0.50 X 0.58%= 0.003* p0.50 X 0.55%= 0.003*。