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表3-11 炉气组元的重量和体积
炉气组元 重量/kg 体积/ Nm3 体积百分数 CO CO2 SO2 O2 N2 H2O 合计 8.49 2.55 0.012 0.058 0.034 0.009 11.153 6.792 1.298 0.004 0.0403 0.027 0.011 8.172 83.11 15.88 0.049 0.49 0.33 0.135 100 3) 总氧气消耗量及体积 WO2∑=7.71+0.058+0.034
=7.802kg
VO2∑=22.4×(7.71+0.058)/32+22.4×0.034/28=5.420+0.027
=5.465 Nm3
第四步:计算脱氧和合金化前的钢水量
表3-12 吹炼中铁水的各项损失
吹损 重量/kg 铁损合计 元素氧化* 烟尘铁损 渣中铁珠 喷溅铁损 6.196 1.085 9.88×4.5%=0.518 100×0.16%=0.16 7.886 *铁水元素氧化：4.05+0.65+0.35+0.164+0.019+0.75+0.203=6.186kg 钢水重量为Wm=100.00-7.886
=92.114kg
即钢水收得率为92.114%
表3-13 未加废钢的物料平衡表
收入 项目 重量 % 铁水 100 86.83 石灰 4.36 3.79 萤石 0.5 0.43 轻烧白云石 2.3 2.0 炉衬 0.3 0.26 氧气 7.71 6.69 合计 115.17 100 支出 项目 重量 % 钢水 92.114 79.89 炉渣 9.88 8.6 炉气 11.153 9.68 喷溅 0.160 0.14 烟尘 1.500 1.3 渣中铁珠 0.445 0.39 115.252 100 计算误差=(115.17-115.252)/115.17×100%=-0.07% 第五步：计算加入废钢的物料平衡 (1) 废钢中各元素氧化量
表3-14 废钢中各元素氧化量
元素 废钢成分/% 终点钢水/% 氧化量/% C Si Mn P S 0.18 0.25 0.55 0.030 0.030 0.1 痕迹 0.20 0.016 0.026 0.08 0.25 0.35 0.014 0.004 (2) 废钢中各元素氧化量耗氧量,氧化产量
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表3-15 16.12kg废钢中元素氧化产物及成渣量
元素 反应产物 C Si Mn P S [C]→{CO} [C]→{CO2} [Si]→(SiO2) [Mn]→MnO [P]→(P2O5) S]→(SO2) [S]+(CaO) →(CaS)+(O) 元素氧化量 16.12×0.08%×88%=0.011 16.12×0.08%×12%=0.0015 16.12×0.25%=0.040 16.12×0.35%=0.056 16.12×0.014%=0.0023 16.12×0.004%×1/3=0.0002 16.12×0.004%×2/3=0.0008 0.111 耗氧量 0.011×16/12=0.015 0.0015×32/12=0.004 0.04×32/28=0.046 0.056×16/55=0.016 0.0023×80/62=0.003 0.0002 -0.00021 产物量 0.011×28/12=0.026 0.0015×44/12=0.0055 0.04×60/28=0.086 0.056×71/55=0.072 0.0023×142/62=0.005 0.00042 0.00097 0.196 合计 成渣量 0.084 废钢进入钢水中的重量=16.12-0.111=16.009kg 进入炉气中的气体重量=0.026+0.0055+0.00042=0.032kg
(3) 加入废钢后的物料平衡,将表3-15和表3-13的相应数据合并得加入废钢后的物料表见
表3-16和表3-17
表3-16 加入废钢后的物料平衡表(以100kg铁水为基础) 收 入 项目 重量 铁水 100 废钢 16.12 石灰 4.36 萤石 0.5 轻烧白云石 2.3 炉衬 0.3 氧气 7.802+0.084=7.886 合计 131.466 支 出 项目 重量 钢水 92.114+16.009=108.123 炉渣 9.88+0.196=10.076 炉气 11.153+0.032=11.185 喷溅 0.160 烟尘 1.500 渣中铁珠 0.445 合计 131.489 表3-17 加入废钢的物料平衡表[以100kg(铁水+废钢为基础)]
收 入 项目 铁水 废钢 石灰 萤石 轻烧白云石 炉衬 氧气 合计 重量 86.12 13.88 3.75 0.43 1.98 0.26 6.79 113.21 % 76.07 12.26 3.31 0.38 1.75 0.23 6.00 100 项目 钢水 炉渣 炉气 喷溅 烟尘 渣中铁珠 合计 113.07 支 出 重量 93.11 8.68 9.63 0.14 1.13 0.38 100 % 82.35 7.68 8.51 0.12 1.00 0.34 计算误差:(113.21-113.07)/113.21×100% =0.12% 8
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第六步：算脱氧和合金化后的计物料平衡
(1) 钢种成分中限(表3-1)和铁合金成 锰铁,硅铁加入量
根据分及其收得率(表3-3)算出锰铁和硅铁加入量。锰铁加入量Win的计算为: Win=[(Mn)钢种%-[Mn]终点%]/(锰铁Mn%×Mn收得率%)×钢水量 (3-3) =[(0.55%-0.20%)/(67.8%×80%)]×93.11=0.60kg 硅铁加入量为WFe-Si：
WFe-Si=[([Si]钢种%-[Si]终点%)×(加入猛铁后的钢水量-[Si]/(硅铁含Si%×Si回收率)
=[(0.25%-0)×(93.11+0.60)-0.60×0.5%×75%]/(73%×75%)
=0.234/(73%×75%)=0.42kg
铁合金中元素的烧损量和产物量。
表3-18铁合金元素烧损量及产物量
类别 锰 铁 元素 C Mn Si P S Fe 合计 Mn Si P S Fe 合计 总 计 烧损量 脱氧量 成渣量 炉气量 进入钢中量/kg 0.60×6.60%×13%=0.005 0.014 0.012 0.60×6.6%×87%=0.034 0.60×67.8%×20%=0.081 0.047 0.128 0.60×67.8%×80%=0.325 0.60×0.5%×25%=0.0008 0.001 0.0017 0.60×0.5%×75%=0.002 0.60×0.23%=0.00138 0.60×0.13%=0.00078 0.60×24.74%=0.148 0.0808 0.002 0.130.012 0.510 0.42×0.5%×20%=0.0004 0.0001 0.0005 0.42×0.5%×80%=0.002 0.42×73%×25%=0.077 0.088 0.165 0.42×73%×75%=0.230 0.42×0.05%=0.0002 0.42×0.03%=0.0001 0.42×23.92%=0.100 0.0787 0.088 0.166 0.332 0.16 0.09 0.296 0.012 0.842 硅 铁 *0.124kg的氧量为脱氧剂总脱氧量
终点钢水含氧量可根据终点[C]=0.1%和[C]×[O]=0.0023即[O]=0.0023/0.1=0.023% 则出钢时氧的重量=0.023%×93.11=0.0214kg,此氧量还不能满足脱氧剂的耗氧量,其差值是由于出钢时钢水二次氧化所获得的氧。 (2) 脱氧和合金化后钢水成分
C： 0.10%+0.034/(93.11+0.842)×100%=0.038% Si：(0.002+0.230)/(93.11+0.842)×100%=0.245% Mn：0.2%+(0.325+0.002)/(93.11+0.842)×100%=0.35% P：0.016%+(0.00138+0.0002)/( 93.11+0.842)×100%=0.0019% S：0.026%+(0.00078+0.0001)/( 93.11+0.842)×100%=0.0012%
可见含量尚未达到设定值,为此需向钢包内加入焦粉增碳,焦粉成分见表(2-2)其加入量We=([C]钢种中限-[C]脱氧后)%×钢水量/[焦粉含碳量(%)×C回收 率% =(0.18-0.038)%×(93.11+0.842)/(81.8%×75%)=0.22kg (3-4) 加入0.0716kg的焦粉后,钢水的含碳量可达0.18%焦粉生成物如表3-19
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表3-19 焦粉生成产物
碳烧损量 耗氧量 气体量/kg 成渣量/kg 碳入钢量/kg 0.22×81.8%×25% 0.045×32/12 0.045×44/12+0.22 0.22×12.4% 0.22×81.8%×75% ×(0.56+5.49)% =0.045 =0.12 =0.178 =0.027 =0.18 * 是CO2、H2O和挥发分之总和(未计挥发分燃烧的影响) (4) 脱氧和合金化后的总物料平衡
将以上结果合并后可得脱氧和合金化后的总物料平衡表
表3-20 总物料平衡表
收 入 项目 重量 % 支 出 项目 重量 %
铁水 86.12 75.1 钢水 93.11+0.842+0.18=94.123 82.14 废钢 13.88 12.1 炉渣 8.68+0.296+0.027=9.003 7.86 石灰 3.75 3.27 喷溅 0.14 0.12 萤石 0.43 0.38 烟尘 1.13 0.98 轻烧白云石 1.98 1.73 渣中铁珠 0.38 0.33 炉衬 0.26 0.23 炉气 9.63+0.012+0.78=9.746 8.57 氧气 6.79+0.09 +0.12=7.0 6.1 硅铁 0.42 0.37 锰铁 0.60 0.52 焦粉 0.22 0.2 合计 114.66 100 114.605 100 计算误差=(114.66-114.605)/114.66×100%=0.048%
3.2热平衡计算
3.2.1基本数据
(1) 物料平均热容及其熔化潜热
表3-21 物料平均热容
物料名称 固态平均热容(kJ/chg.) 熔化潜热(kJ/kg) 液态或气态平均热容(kJ/chg.) 生铁 钢 炉渣 矿石 烟尘 炉气 0.745 0.699 ---- 1.047 0.996 ---- 218 272 209 209 209 ---- 0.837 0.837 1.248 1.137 表3-22 入炉物料及产物的温度 名称 温度/°C 入炉物料 铁水 废钢 其它原料 1250 25 25 产物 炉渣 炉气 烟尘 与钢水相同 1450 1450 (2) 入炉物料及产物的温度 (2) 熔入铁液中元素对铁熔点的降低值
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表3-23 熔入铁溶液中元素对铁熔点的降低值 元素 熔入1%元素使铁熔点降低值/°C 使用含量范围1% C 65 70 75 80 85 90 100 <1 1.0 2.0 2.5 3.0 3.5 40 Si Mn P S 8 5 30 25 ≤3 ≤15 ≤0.7 ≤0.08 另外，O、H、N三种元素共降低铁水熔点值为6℃ （4）炼钢反应热效应
表3-24 炼钢温度下的反应热效应 反应类型 氧化反应 成渣反应 分解反应 化学反应 [C]+1/2{O2}={CO} [C]+{O2}={CO2} [Si]+{O2}=(SiO2) {Mn}+{O2}=(MnO2) 2[P]+5/2{O2}=(P2O5) [Fe]+1/2{O2}=(FeO) 2[Fe]+3/2{O2}=(Fe2O3) (SiO2)+2(CaO)=(2CaO·SiO2) P2O5+4(CaO)=(4CaO·P2O5) CaCO3=(Ca)+{CO2} MgCO3=(MgO)+{CO2} 热效应 kj/kmol -139420 -418072 -817682 -361740 -1176563 -238229 -722432 -97133 -693054 169050 118020 热效应 KJ/kg 组元 -11639 C -34834 C -29202 Si -6594 Mn -18980 P -4250 Fe -6460 Fe -1620 SiO2 -4880 P2O5 1690 CaCO3 1405 MgCO3 3.2.2计算过程（以100kg铁水为基础）
(1) 热收入Qin
1) 铁水物理热Ohm
已知纯铁水的熔点是1536°C，则根据表3-23和表3-1的数据得：
铁水熔点 T=1536-（4.15×100+0.65×8+0.55×5+0.18×30+0.045×25）-6 (3-5) =1112.5°C
铁水物理热 QW=100×[0.745×(1112.5-25)+218+0.837×(1250-1112.5)] (3-6) =114327.57KJ 2) 元素氧化热及成渣热QY
由铁水中元素氧化量和反应热效应可算出。
表3-25 元素氧化热和成渣热
反应产物 C→CO C→CO2 Si→SiO2 Mn→MnO2 Fe→FeO 氧化热或成渣热/KJ 3.650×11639=42482.35 0.410×34834=14281.94 0.65×29202=18981.30 0.35×6594=2307.9 0.75×4250=3187.5 反应产物 Fe→Fe2O3 P→P2O5 P2O5→4CaO·P2O5 SiO2→2CaO·SiO2 总计 氧化热或成渣热/KJ 0.203×6460=1311.38 0.164×18980=3112.72 0.39×4880=1903.20 1.54×1620=2494.8 90063.09 3) 烟尘氧化热QC由表3-4中给出的烟尘量参数和反应热效应可得： QC=1.5×(75℅×56/72×4250+20℅×112/160×6460) (3-7)
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