t凝 = 1539 –Σ[%i]Δt i (3-9)
式中 [%i] ——钢水中元素含量;
Δt i ——1%的i元素使纯铁凝固温度的降低值,其数据见表3-10。 现以Q235F钢为例来计算出钢温度。
成品钢水成分是:C 0.20%,Si 0.02%,Mn 0.4%,P 0.030%,S 0.020%,钢水中气体降温7℃。
t凝 = 1539 – (0.2×65+0.02×8+0.4×5+0.03×30+0.020×25+7) =1515℃ 取Δt 1为70℃、Δt 2为50℃、Δt 3为30℃,则: t 出 = 1515 +70 + 50 +30 =1665℃
铁水带入炉内的物理热和化学热, 除能满足出钢温度的要求(包括吹炼过程中金属升温300~400C℃;将造渣材料和炉衬加热到出钢温度;高温炉气和喷溅物带走的热量以及其它热损失)外,还有富余。因此需要加入一定数量的冷却剂才能将终点温度控制在规定的范围内。为了确定冷却剂的加入数量,应先知道富余热量,为此应先计算热量的收入与支出。
3.5.2.1 热量来源
氧气转炉炼钢的热量来源主要是铁水的物理热和化学热。物理热是指铁水带入的热量,它与铁水温度有直接关系;化学热是指铁水中各种元素氧化后放出的热量,它与铁水化学成分直接相关。
在炼钢温度下,各元素氧化放出的热量各异,它可以通过各元素氧化放出的热效应来计算确定。例如铁水温度1200℃,吹入的氧气25℃,碳氧反应生成CO时:
[ C ]1473{O2}298 = {CO}1473 ΔH1473K = -135600 J/mol 则1kg [ C ]氧化生成CO时放出的热量为135600/12≈11300 kJ/kg。
元素氧化放出的热量,不仅用于加热熔池的金属液和炉渣,同时也用于炉衬的吸热升温。现以100 kg金属料为例,计算各元素的氧化放热能使熔池升温多少。
设炉渣量为装入金属料的15%,受熔池加热的炉衬为装入金属料的10%,计算热平衡公式如下:
Q = ΣMC t (3-10 ) 式中 Q —— 1kg元素氧化放出的热量,kJ/kg;
M —— 受热金属液、炉衬和炉渣重量,kg;
C —— 各物质比热,已知钢液CL为0.84~1.0kJ/kg·℃,炉渣和炉衬的CS为1.23kJ/ kg·℃。 根据3-7式来计算在1200℃时C—O反应生成CO时,氧化1kg碳可使熔池温度升高的数值为:
11300
t 84100 1.0 15 1.23 10 1.23℃
1kg元素是100 kg金属料的1%,因此,根据同样道理和假设条件,可以计算出其它元素氧化1%时熔池的升温数值,计算结果见表3-11。
+