炼钢过程中的物料平衡与热平衡计算.docx
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炼钢过程中的物料平衡与热平衡计算
炼钢过程的物料平衡与热平衡计算
炼钢过程的物料平衡与热平衡计算是建立在物质与能量守恒的基础上。
其主要目的是比较整个冶炼过程中物料、能量的收入项和支出项，为改进操作工艺制度，确定合理的设计参数和提高炼钢
技术经济指标提供某些定量依据。
应当指出，由于炼钢系复杂的高温物理化学过程，加上测试手段有限，目前尚难以做到精确取值和计算。
尽管如此，它对指导炼钢生产和设计仍有重要的意义。
本章主要结合实例阐述氧气顶吹转炉和电弧炉氧化法炼钢过程物料平衡和热平衡计算的基本步骤和方法，同时列出一些供计算用的原始参考数据。
1.1物料平衡计算
（1）计算所需原始数据。
基本原始数据有：
冶炼钢种及其成分（表1）；金属料—铁水和废钢的成分（表1）；终点钢水成分（表1）；造渣用溶剂及炉衬等原材料的成分（表2）；脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率（表3）；其它工艺参数（表4）.
表1
钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值
成分含量/%
C
Si
Mn
P
S
类别
钢种H15Mn设定值①
0.18
0.25
0.55
≤0.045
≤0.050
铁水设定值
4.20
0.40
0.45
0.12
0.060
废钢设定值
0.18
0.25
0.55
0.030
0.030
终点钢水设定值②
0.10
痕迹
0.18
0.020
0.021
①本计算设定的冶炼钢种为
H15Mn。
②[C]和[Si]
按实际生产情况选取；
[Mn]、[P]和[S]分别按铁水中相应成分含量的
30%、10%和60%留在钢水中设
定。
表2
原材料成分
成分含量%
挥发
CaO
SiO
2
MgO
Al
O
3
FeO
3
CaF
PO
5
S
CO
2
HO
C
灰分
2
2
2
2
2
分
类别
石灰
88.00
2.50
2.60
1.50
0.50
0.10
0.06
4.64
0.10
萤石
0.30
5.50
0.60
1.60
1.50
88.00
0.90
0.10
1.50
生白云石
36.40
0.80
25.60
1.00
36.20
炉衬
1.20
3.00
78.80
1.40
1.60
14.00
焦炭
0.58
81.50
12.40
5.52
表3铁合金成分（分子）及其回收率（分母）
成分
含量/回收率/%
C
Si
Mn
Al
P
S
Fe
类别
硅铁
—
73.00/75
0.50/80
2.50/0
0.05/100
0.03/100
23.92/100
锰铁
6.60/90①
0.50/75
67.80/80
—
0.23/100
0.13/100
24.74/100
①10%C与氧生产CO2
表4
其它工艺参数设定值
名称
参数
名称
参数
终渣碱度
%CaO/%SiO2=3.5
渣中铁损（铁珠）
为渣量的6%
萤石加入量
为铁水量的0.5%
氧气纯度
99%,余者为N2
生白云石加入量
为铁水量的2.5%
炉气中自由氧含量
0.5%（体积比）
炉衬蚀损量
为铁水量的0.3%
气化去硫量
占总去硫量的1/3
终渣∑（FeO）含量（按
23
∑（FeO）=1/3
金属中〔C〕的氧化产
90%C氧化成CO,
15%，而（FeO）/
（FeO）=1.35（Fe2O3）折算）
即（Fe2O3
）=5%（FeO）=8.25%
物
10%C氧化成CO2
烟尘量
为铁水量的1.5%（其中FeO
由热平衡计算确定。
本
为75%，Fe2O3为20%）
废钢量
计算结果为铁水量的
喷溅铁损
为铁水量的1%
10.934%,即废钢比为9.86%
（2）物料平衡基本项目。
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。
（3）计算步骤。
以100kg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、炉衬蚀损和加入溶剂的成渣量。
其各项成渣量分别列于表
5、6和7。
总渣量及其成分如表8所示。
第二步：
计算氧气消耗量。
氧气实际消耗量系消耗项目与供入项目之差，详见表
9。
表5铁水中元素的氧化产物及其成渣量
元素
反应产物
元素氧化量/kg
耗氧量/
产物量/kg
备注
kg
C
〔C〕→｛CO｝
4.22×90%=3.798
4.920
8.610
〔C〕→｛CO2｝
4.22×10%=0.422
1.090
1.500
Si
〔Si〕→（SiO2）
0.400
0.457
0.857
入渣
Mn
〔Mn〕→（MnO）
0.270
0.079
0.349
入渣
P
〔P〕→（PO
）
0.100
0.129
0.229
入渣
2
5
S
〔S〕→（SO2）
0.039×1/3=0.013
0.013
0.026
〔S〕+（CaO）=（CaS）+（O）
0.039×2/3=0.026
—0.013①
0.059（CaS）
入渣
Fe
〔Fe〕→（FeO）
0.675×56/72=0.525
0.150
0.675
入渣（见表8）
〔Fe〕→（Fe2O3）
0.379×112/160=0.265
0.114
0.379
入渣（见表8）
合计
5.699
0.965
成渣量
2.548
入渣组分之和
①由CaO还原出的氧量，消耗的
CaO量=0.013×56/32=0.023kg
表6
炉衬蚀损的成渣量
炉衬蚀损量
成渣组分/kg
气态产物/kg
耗氧量/kg
（kg）
CaOSiO
2
MgO
Al
2
O
3
FeO
3
C→CO
C→CO
2
C→CO、CO
2
2
0.3
0.004
0.009
0.236
0.004
0.005
0.3×14%×90%
0.3×14%×10%
0.3×14%（90%×16/12+10%×
（据表4）
×28/12=0.088
×44/12=0.015
32/12）=0.062
合计
0.258
0.103
0.062
表7
加入溶剂的成渣量
类别
加入量
成渣组分/kg
气态产物/kg
/kg
CaO
MgO
2
Al
23
23
25
CaS
2
2
2
2
SiO
O
FeO
PO
CaF
HO
CO
O
萤石
0.5据（表
0.002
0.003
0.028
0.008
0.008
0.005
0.001
0.440
0.005
4）
生白云
2.5据（表
0.910
0.640
0.020
0.025
0.905
石
4）
石灰
3.455
①
3.035
0.090
0.086
0.052
0.017
0.003
0.005
0.003
0.160
0.001
②
③
合计
3.947
0.733
0.134
0.085
0.025
0.008
0.006
0.440
0.008
1.065
0.001
成渣量
7.634
①
石灰加入量计算如下：
由表
5~7可知，渣中已含（CaO）=-0.455+0.004+0.002+0.910=0.461kg;
渣中已含
（SiO2）=0.857+0.009+0.028+0.022=0.914kg.
因设定的终渣碱度
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