汪洋：设计一座年产800万吨良胚的转炉炼钢车间
2 厂址选择
本设计厂址选在新余市郊，随着江西省经济的迅速发展，各行业对钢材的需求也在不断上升。尤其是特种钢材，而且人们的注意力也逐渐移向钢材的高质量，为了充分利用当地资源条件促进其他部门的发展，在新余附近建立一个钢厂是很迫切的。 同时，优越的地理位置更提供给我们在新余市郊建设钢厂的条件：
(1) 新余北依浙赣铁路、沪瑞高速公路，东临赣粤高速公路，东南紧濒赣江支流袁河，
交通便利，可以外购废钢，大吨位运输。
(2) 新余市工业发达，废钢资源丰富，而且人口众多，劳动力充足。
(3) 新余市贸易发达，进出口条件优惠，美，澳，日等多国在此均有贸易，有投资优
势。再技术改进上也有优势。
由此，本设计中年产800万吨良坯，以碳结钢、合结钢，弹簧钢为主的转炉钢厂选在新余市郊的公路铁路沿线处。
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3 顶底复吹转炉炼钢的物料平衡与热平衡计算
3.1物料平衡计算
3.1.1计算所需原始数据
基本数据有：冶炼钢种及其成份表（3-1）；金属料——铁水和废钢成分（表3-1）造渣用熔剂及炉衬等原材料的成分（表3-2）；脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率（表3-3）；其它工艺参数设定值表（表3-4）
表3-1 冶炼钢种铁水、废钢和终点钢水的成分设定值 成分 类别 钢种Q235设定值 铁水设定值 废钢设定值 ＊终点钢水设定值 0.18 0.25 0.55 ≤0.045 ≤0.050 4.15 0.65 0.55 0.18 0.045 0.18 0.25 0.55 0.030 0.030 0.10 痕迹 0.20 0.016 0.026 C Si Mn P S *[C]和[Si]按实际生产情况选取;[Mn]、[P]和[S]分别按铁水成分的28%、12%、55%留在钢水中设定。
表3-2 原材料成分
成分 CaO SiO2 Mg0 Al2O3 Fe2O3 CaF2 P2O5 S CO2 H2O C 灰分 烧碱 类别 石灰 萤石 轻烧白云 炉衬 焦炭 87.5 2.40 3.50 1.55 0.50 0.10 0.06 4.64 0.10 1.32 4.45 0.60 0.60 1.50 87.80 0.90 0.10 1.50 36.0 0.80 26.0 1.20 36.0 1.52 3.30 78.9 0.28 1.80 14.6 FeO 0.56 81.8 12.6 5.49 表3-3 铁合金成分(分子)及其回收率(分母)
硅 铁 锰 铁 C Si Mn Al P S Fe - 73.00/75 0.50/80 2.5/0 0.05/100 0.03/100 23.92/100 *6.60/87 0.50/75 67.80/80 - 0.23/100 0.13/100 24.74/100 *13%的C生成CO2。
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表3-4 其它工艺参数设定值
名 称 终渣碱度 萤石加入度 轻烧白云石 炉衬蚀损量 参 数 êO/%SiO2=3.0 为铁水的0.5% 为铁水的2.3% 为铁水的0.3% 名 称 渣中铁损 氧气纯度 炉气中自由氧含量 气化去硫量 参 数 为渣量的4.5% 99%余者为N2 0.5%(体积比) 占总去硫量的1/3 88% C氧化为CO，12%氧化为CO2 由热平衡计算确定，本计算结果为铁水量的16.12%，即废钢比为13.88% 终渣含量∑FeO按 13%，而（Fe2O3）/∑(FeO)= (FeO)=1.35(Fe2O3)1/3,即（Fe2O3）=4%，（FeO）金属中[C]的氧化物 =6.6% 折算 烟尘量 喷溅铁损 为铁水量的1.5%（其中FeO为75%，Fe2O3为20% 为铁水量的0.16% 废钢量 3.1.2 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份
总渣量包括铁水中元素氧化，炉衬蚀损和加入熔剂的成渣量。其各项成渣量及成分分别列于3-5，3-6，3-7。总渣量及其成分如表3-8所示 第二步：计算氧气消耗量
氧气消耗量是消耗项目与供入项目之差，详见表3-10所示
表3-5 铁水中元素的氧化产物及其成渣量
元素 C Si Mn P S Fe 合计 成渣量 反应产物 元素氧化量（kg） 耗氧量（kg） 产物量（kg） [C]->{CO} 4.05×88%=3.56 4.87 8.52 [C]->{CO2} 4.05×12%=0.49 1.09 1.50 [Si]->(SiO2) 0.65 0.74 1.39 [Mn]->(MnO) 0.35 0.10 0.45 [P]->(P2O5) 0.164 0.21 0.38 [S]->{SO2} 0.019×1/3=0.006 0.006 0.012 [S]+(CaO)-> (CaS)+(O) 0.019×2/3=0.006 -0.0065* 0.029(CaS) [Fe]->(FeO) 0.963×56/72=0.75 0.21 0.96 [Fe]->(Fe2O3) 0.29×112/160=0.203 0.087 0.29 6.196 7.31 *由CaO还原出的氧量；消耗的CaO量0.012×56/32=0.021kg
备注 入渣 入渣 入渣 入渣 入渣(表2-8) 入渣(表2-8) 入渣组分之和：3.482 4
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表3-6 炉衬蚀损的成渣量
炉衬蚀损量（kg） 0.3 (据表2-4) 合计 成渣组分（kg） 气态产物（kg） 耗氧量（kg） C->CO CaO SiO2 MgO Al2O3 Fe2O3 0.3×14.60.0046 0.0099 0.2367 0.0008 0.0054 %×88%×28/12=0.09 0.26 表3-7 加入熔剂成渣量
C->CO2 0.3×14.6%×12%×44/12=0.019 0.109 C->CO，CO2 0.3×14.6%(88%×16/12+12%×32/12)=0.065 0.065 类别 加入量 (kg) 成渣组分(kg) 气态产物(kg) CaO MgO SiO2 Al2O3 Fe2O3 P2O5 CaS CaF2 H2O CO2 O2 0.007 0.003 0.022 0.008 0.008 0.005 0.00075 0.439 0.828 0.598 0.018 0.028 3.809*2 0.153 0.102 0.068 0.022 0.004 0.004 4.64 0.754 0.142 0.104 0.030 0.009 0.005 0.439 6.127 0.005 0.828 0.004 0.202 0.0009*3 0.009 1.03 0.0009 萤石 轻烧白云石 石灰 合计 成渣量 0.5 2.3 4.36*1 *1石灰加入量计算如下：由表3-5~3-7可知， 渣中已含（CaO）=-0.023+0.0046+0.007+0.828=0.8166kg 渣中已含（SiO2）=1.39+0.0099+0.022+0.018=1.4399kg 因设定的终渣碱度为R=3.0
故石灰加入量[R·∑(SiO2)-∑(CaO)]/(êO石灰-R×%SiO2石灰) ( 3-1) =(3×1.4399-0.8166)/(87.5%-3×2.4%)=4.36kg *2为(石灰中CaO含量)-(石灰中S→CaS的CaO量)。 *3为由CaO还原出的氧量，计算方法同表3-5之注
表3-8 总渣量及其成分
炉渣成分 CaO SiO2 MgO Al2O3 MnO FeO Fe2O3 CaF2 P2O5 CaS ①②合计 元素氧化 1.390 0.450 0.963 0.2900.380 0.029 3.502 3.809 0.102 0.153 0.068 0.022 0.004 4.162 石灰成渣 0.004 0.257 炉 衬 1.472 轻烧白云石 0.0046 0.010 0.238 0.0008 0.0054 0.493 萤石成渣量 0.828 0.018 0.598 0.028 0.007 0.022 0.003 0.008 0.008 0.44 0.005 0.0008 总渣量 % 4.65 1.54 0.99 0.10 0.45 0.963 0.29 0.44 0.039 0.034 9.76* 48.37 16.11 10.21 1.06 5.02 6.60 4.00 4.24 4.05 0.34 100 *总渣量计算如下：因为表2-8中除FeO和Fe2O3发外的渣量为：4.65+1.54+0.99+0.10+0.450+0.44+0.390+0.034=8.594kg，
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而终渣∑（FeO）=13%(表3-4),故总渣量为：8.594/(100-13)%=9.88kg ① (FeO)量=9.88×9.75%=0.963kg ② (Fe2O3)量=9.88×3.25%-0.022-0.0054-0.008=0.29kg 第三步：计算炉气及其成分表3-9，3-11。
1) 矿石,烟尘中的铁及氧量：假定矿石中的 FeO、Fe2O3全部被还原成铁，则有： 烟尘带走铁量=1.50×(75.00%×56/72+20.00%×112/160)=1.085kg 烟尘消耗氧量=1.5×(75.00%×16/72+20%×48/160)=0.340kg 其它造渣剂的Fe2O3带入量和氧量忽略不计 2) 炉气成分、重量及体积
① 当前炉气化和造渣剂带入的气体重量见下表体积V1由元素氧
表3-9 气体来源及重量、体积
来源 CO CO2 SO2 H2O 合计 铁水/kg 炉衬/kg 轻烧白云石/kg 石灰/kg 萤石 8.52 0.090 1.50 0.019 0.828 0.202 0.012 0.004 0.005 合计 8.490 2.55 0.012 0.009 体积/Nm3* 6.792 1.298 0.004 0.011 V1=8.11 10.032 0.109 0.828 0.206 0.005 11.18 *气体体积=气体重量×22.4/气体分子量 ② 当前氧气消耗重量及体积
表3-10 氧气消耗量 元素氧化 烟尘铁氧化 炉衬碳氧化 石灰硫还原氧 合计 耗氧量7.31 0.340 0.065 -0.0027 7.71 /kg 则当前实际氧气消耗的体积量： VO2=7.71×22.4/32=5.397Nm3
③ 炉气总体积Vg：炉气总体积为：
Vg=元素氧化生成的体积+水蒸气的体积+炉气中自由体积+炉气中氮气体积 即Vg=V1+{O2}炉气×Vg+[V02+{O2}炉气×Vg] ×{N2}氧气/{O2}氧气，式中，{O2}炉气为炉气中自由氧含量，0.5%;{N2}氧气中氮气成分;{O2}氧气为氧气中氧气成分。
Vg?整理得：
V1?VO2{N2}氧气/{O2}氧气1?{O2}炉气?{O2}炉气{N2}/{O2}氧气 ( 3-2)
=[8.11+5.397×0.5%/99.5%]/[1-0.5%-0.5%×%0.5%/99.5% =8.06Nm3
④ 炉气中自由氧体积及重量] If=0.5%×8.06=0.5%Vg =0.0403 Nm3 We=32×0.0403/22.4=0.058kg ⑤ 炉气中氮气气体体积及重量 Vn2=(5.397+0.0403) ×0.5%/99.5% =0.027 Nm3 Wn2=28×0.027/22.4 =0.034kg
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