转炉物料平衡和热平衡.docx
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转炉物料平衡和热平衡
120t氧气顶吹转炉设计说明书
冶金39班
杨斌
一、原始数据
（1）铁水成分及温度
成分（%）
W（C）
W（Si）
W（Mn）
W（P）
W（S）
含量
4.230
0.650
0.530
0.140
0.035
温度：
1280℃
（2）原材料成分
石灰
矿石
萤石
白云石
炉衬
CaO
91.08
1.00
30.84
1.2
SiO2
1.66
5.16
6.00
0.46
3.0
MgO
1.54
0.52
0.58
20.16
78.80
Al2O3
1.22
1.10
0.78
0.74
1.4
S
0.06
0.07
0.09
P
0.55
CaF2
90.00
FeO
29.40
Fe2O3
61.8
1.60
NaOH
4.44
47.80
H2O
0.5
2.0
C
14.00
∑
100
100
100
100
100
（3）平均比热容
项目
固态平均比热[KJ/kg-1·℃-1]
熔化潜热[KJ/kg]
液气平均比热[KJ/kg-1·℃-1]
生铁
0.745
218
0.837
钢
0.699
272
0.837
炉渣
209
1.247
烟尘
0.996
209
炉气
1.137
矿石
1.046
209
反应
元素氧化放热
[KJ/mol]
[KJ/kg]
元素
C+1/2O2=CO
131365.0
10949.1
C
C+O2=CO2
414481.7
34521.0
C
Si+O2=SiO2
395023.6
28314.0
S
2P+5/2O2=P2O5
1172078.6
18922.6
P
Mn+1/2O2=MnO
384959.0
7020.3
Mn
Fe+1/2O2=FeO
266635.0
5021.2
Fe
2Fe+2/3O2=Fe2O3
822156.0
7340.7
Fe
2CaO+SiO2=2CaO·SiO2
124600.4
2071.1
SiO2
4CaO+P2O5=4CaO·P2O5
690414.9
5020.8
P2O5
（4）反应热效应
（5）冷却剂
元素
C
Si
Mn
P
S
%
0.3
0.2
0.5
0.04
0.04
（6）终点钢水和终渣成分
成分（%）
W（C）
W（Si）
W（Mn）
W（P）
W（S）
含量
4.230
0.650
0.530
0.140
0.035
终渣CaO/SiO2=3.02，
FeO:
10.99%Fe2O3：
2.0%
（7）冶炼钢种及成分
成分
C
Si
Mn
P
S
含量
0.165
≦0.030
0.35-0.8
≦0.030
≦0.033
（8）根据国内同类转炉实测数据选取
①渣中的钢珠为渣量的8%
②金属中碳元素的氧化，90%氧化成CO，10%氧化成CO2。
③喷溅铁损为铁水量的1%
④炉气和烟气量，取炉气平均温度1450℃，炉气中自由氧含量0.5%，烟尘量为铁水的1.6%，其中W（FeO）=77%，W（Fe2O3）=20%.
⑤炉衬侵蚀量为铁水量的0.5%
⑥氧气成分W（O2）=98.5%,W（N2）=1.5%
二、物料平衡计算
钢铁料总重：
126+14=140t，铁水占90%，废钢10%。
为简化计算，以100kg钢铁料来算。
W石灰=
×B×1000kg/t×0.1t
=
×3.02×1000×0.1=4.88kg
W白=1/4W石灰=1/4×4.88=1.22kg
（1）铁水中各元素的氧化量
元素
反应产物
元素氧化量（kg）
耗氧量（kg）
产物量（kg）
备注
C
C+1/2O2=CO
3.68
4.907
8.587
CO
C+O2=CO2
0.409
1.091
1.500
CO2
Si
Si+O2=SiO2
0.650
0.743
1.393
入渣
Mn
Mn+1/2O2=MnO
0.360
0.105
0.465
入渣
P
2P+5/2O2=P2O5
0.125
0.161
0.286
入渣
S
S+O2=SO2
0.003
0.003
0.006
SO2
S+CaO=CaS+O
0.007
-0.003
0.007
入渣
Fe
Fe+1/2O2=FeO
0.588
0.168
0.756
入渣
2Fe+3/2O2=Fe2O3
0.128
0.055
0.183
入渣
合计
5.95
7.233
成渣量
3.091
（2）废钢中元素的氧化量
元素
反应产物
元素氧化量（kg）
耗氧量（kg）
产物量（kg）
备注
C
C+1/2O2=CO
0.139
0.186
0.326
CO
C+O2=CO2
0.016
0.041
0.057
CO2
Si
Si+O2=SiO2
0.200
0.299
0.499
入渣
Mn
Mn+1/2O2=MnO
0.330
0.188
0.518
入渣
P
2P+5/2O2=P2O5
0.025
0.323
0.348
入渣
S
S+O2=SO2
0.005
0.005
0.010
SO2
S+CaO=CaS+O
0.010
-0.005
0.023
入渣
合计
0.720
0.972
1.451（渣）
（3）炉衬蚀损成渣量
炉衬蚀损量kg
成渣组分
气态产物
耗氧量
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
Fe2O3
CO
CO2
CO、CO2
0.5
0.006
0.015
0.394
0.007
0.008
0.147
0.026
0.103
合计
0.430
0.173
（4）熔剂成渣量
类别
石灰
生白云石
萤石
矿石
合计
成渣量
加入量（kg）
4.88
1.22
0.5
1
7.6
成
渣
组
成
CaO
4.445
0.376
0.001
4.822
6.432
MgO
0.075
0.246
0.003
0.005
0.329
SiO2
0.081
0.006
0.030
0.006
0.123
Al2O3
0.060
0.009
0.004
0.001
0.047
Fe2O3
0.618
0.618
P2O5
0.006
0.002
0.008
CaS
0.007
0.001
0.008
CaF2
0.450
0.450
气态
产物
H2O
0.262
0.010
0.272
CO2
O2
0.001
0.001
（5）总渣量及其成分
炉渣成分
铁水成渣
废钢成渣
炉衬成渣
石灰
生白云石
萤石
矿石
总渣量
%
CaO
0.006
4.445
0.376
0.001
4.828
50.54
SiO2
1.254
0.050
0.015
0.081
0.006
0.030
0.006
1.442
15.10
MgO
0.394
0.075
0.246
0.003
0.005
0.723
7.53
Al2O3
0.007
0.060
0.009
0.004
0.001
0.081
0.85
MnO
0.419
0.052
0.471
4.93
FeO
0.756
0.294
1.050
10.99
Fe2O3
0.183
0.008
0.191
2.00
CaF2
0.450
0.450
4.71
P2O5
0.257
0.035
0.006
0.002
0.300
3.14
CaS
0.006
0.002
0.007
0.001
0.016
0.17
合计
9.552
100
（6）耗氧量及烟气量
自由氧含量以及氮气量的计算：
设烟气中自由氧含量的体积为xm3，氮气的体积为ym3.，可列如下方程：
解得
烟尘中的铁损耗=100×1.6%（77%×
+20%×
）=0.370kg
铁矿石供氧量=1×（29.4%×
+6.18%×
）=0.250kg
耗氧量（kg）
供氧量（kg）
铁水重元素氧化耗氧量
6.501
铁水中S于CaO反应放氧
0.003
废钢中元素氧化耗氧量
0.097
废钢中S于CaO反应放氧
0.005
炉衬中C氧化耗氧量
0.103
石灰中S于CaO反应放氧
0.001
烟尘中铁氧化耗氧量
0.370
铁矿石供氧
0.250
炉气中自由氧含量
0.053
合计
7.133
合计
0.259
实际氧气消耗量
6.874
炉气成分
炉气量（kg）
体积（m3）
体积%
CO
7.908
6.326
84.58
CO2
1.382
0.704
9.41
SO2
0.006
0.002
0.03
H2O
0.272
0.388
4.52
O2
0.053
0.037
0.50
N2
0.090
0.072
0.96
合计
9.711
7.479
100
（7）钢水量
吹损组成：
化学损失，烟尘损失，渣中铁珠损失，机械损失
钢水量=钢铁料－铁水氧化－废钢氧化－烟尘－喷溅－渣中铁珠
=100－5.355－0.072－1.6×（77%×
+20%×
）－1－9.552×8%
=91.627kg
（8）物料平衡总表
收入
支出
项目
质量（kg）
%
项目
质量（kg）
%
钢铁料
100
86.69
钢水
91.627
80.20
石灰
4.88
4.23
炉渣
9.552
8.36
萤石
0.5
0.43
炉气
9.711
8.50
生白云石
1.22
1.06
喷溅
1
0.88
炉衬
0.5
4.33
烟尘
1.6
1.40
矿石
1
0.87
渣中铁珠
0.764
0.67
氧气
7.242
6.27
合计
115.342
100
合计
114.254
100
三、热平衡计算
（1）热量收入
T铁=1538－（4.23×100+0.65×8+0.53×5+0.14×30+0.035×25）－7
=1095℃
QW=90×[0.745×（1095－25）+218+0.837×（1280－1095）]
=105299.55kg
铁水中元素氧化放热
反应产物
氧化热或成渣热KJ
C+1/2O2=CO
3.326×10949.1=36416.71
C+O2=CO2
0.370×34521.0=12772.77
Si+O2=SiO2
0.605×28314.0=17129.97
Mn+1/2O2=MnO
0.357×7020.3=2506.25
Fe+1/2O2=FeO
0.588×5021.2=2952.47
2Fe+2/3O2=Fe2O3
0.218×7340.7=939.61
2P+5/2O2=P2O5
0.118×18922.6=2232.87
4CaO+P2O5=4CaO·P2O5
0.3×5020.8=1506.24
2CaO+SiO2=2CaO·SiO2
1.442×2071.1=2986.53
合计
19443.42
Q烟=1.6×（0.77×
×5021.2+0.20×
×7340.7）
=6455.74KJ
Q炉C=0.5×14%（0.90×
×10949.1+0.10×
×34521.0）
=705.66KJ
（2）热量支出
T钢=1538－（0.145×65+0.170×5+0.015×30+0.025×25）－7
=1520℃
出钢温度=T钢+△t1+△t2+△t3=1520+70+60+30=1680℃
△t1——钢水过热度
△t2——出钢、吹氩、运输、镇静等散热损失
△t3——炉外精炼热损失
Q钢=100×[0.699×（1520－25）+272+0.837×（1680－1520）]
=145092KJ
Q渣=9.552[1.247×（1680－25）+209]=21709.64KJ
某些物料的物理热
项目
带走的物理热KJ
炉气物理热
9.711×1.137×（1450－25）=15734.00
烟气物理热
1.6×[0.996×（1450－25）+209]=2605.28
渣中铁珠物理热
0.764×[0.699×（1520－25）+272+0.873×（1680－1520）]=1108.50
喷溅金属物理热
1×[0.699×（1520－25）+272+0.873×（1680－1520）]=1450.925
合计
20898.705
热平衡总表
收入
支出
项目
热量（KJ）
%
项目
热量（KJ）
%
铁水物理热
105299.55
54.87
钢水中物理热
145092.00
75.61
元
素
氧
化
热
和
成
渣
热
C
49189.48
25.63
炉渣物理热
21709.64
11.31
Si
17129.97
8.93
炉气物理热
15734.00
8.20
Mn
2506.25
1.31
烟尘物理热
2605.28
1.36
P
2232.87
1.16
渣中铁珠
物理热
1108.50
0.58
Fe
3892.08
2.03
SiO2
2986.53
1.56
喷溅金属
物理热
1450.93
0.76
P2O5
1506.24
0.78
合计
79443.42
41.47
热损失
4204.37
2.19
烟尘氧化热
6455.74
3.52
炉衬C氧化
705.66
0.37
合计
191904.37
100
合计
191904.37
100
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