第二章 氧气顶吹转炉炼钢物料平衡和热平衡
2.1 物料平衡计算
（1）计算所需原始数据
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的。其主要目的是比较整个过程中物料、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。
表2-1 钢种、铁水、废钢和终点钢水的成分设定值
（％ 成分） 类别 钢种设定值 铁水设定值* 废钢设定值 终点钢水设定值** 0.070 3.600 0.070 0.040 0.000 0.331 0.000 痕迹 0.400 0.351 0.400 0.105 0.005 0.093 0.005 0.009 0.010 0.032 0.010 0.019 C Si Mn P S *这里的铁水设定值为铁水预处理后的铁水成分，具体内容见“第七章 铁水预处理及炉外精练”。
**〔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。
（2）物料平衡基本项目。
收入项 铁水 废钢
熔剂（石灰、萤石、轻烧白云石） 氧气 炉衬蚀损 铁合金
支出项 钢水 炉渣 烟尘 渣中珠铁 炉气 喷溅
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表2－2 原材料成分
成分 类别 88.00 2.50 2.60 1.50 0.50 石 灰 萤 石 0.30 5.50 0.60 1.60 1.50 88.00 0 .90 0.10 1.50 36.20 0.10 0.06 4.64 0.10 CaO SiO2 MgO Al2O3 Fe2O3 CaF2 P2O5 S CO2 H2O C 灰分 挥发分 生白云石 36.40 0.80 25.60 1.00 炉 衬 焦 碳 1.20 3.00 78.80 1.40 1.60 14.00 0.58 81.50 12.40 5.52
表2－3 硅铁合金的成分及回收率
硅铁 锰铁
C
Si 73.00/75
6.60/90
0.50/75
Mn 0.50/80 67.80/80
Al 2.50/0
P 0.05/100 0.23/100
S 0.03/100 0.13/100
Fe 23.92/100 24.74/100
（3）计算步骤。以100㎏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、炉衬蚀损和加入熔剂的成渣量。其各项成渣量分别列于表2－5、2－6和2－7。总渣量及其成分如表2－8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2－9。 第三步：计算炉气量及其成分。
第四步：计算脱氧和合金化前的钢水量。
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表 2－4 其它工艺参数设定值
名 称 终渣碱度 萤石加入量 生白云石加入量 炉衬蚀损量 参 数 êO/%SiO2=3.5 为铁水量的0.5% 为铁水量的2.5% 为铁水量的0.3% 名 称 渣中铁损（铁珠） 氧气纯度 炉气中自由氧含量 气化去硫量 参 数 为渣量的6% 99%，余者为N2 0.5%（体积比） 占总去硫量的1/3 90%C氧化成CO，10%C 氧化成CO2 由热平衡计算确定。本计 算结果为铁水量的7.53% 即废钢量比为7.00% 终渣Σ（FeO）含量 15%，即（Fe2O3）=5% 金属中〔C〕的氧化 (Fe2O3)/(FeO)=1/3 烟尘量 喷溅铁损 （FeO）=10% 产物 为铁水量的1.5%（其中 废钢量 FeO为75%，Fe2O3为20% 为铁水量的1%
表2－5 铁水中元素的氧化产物及其成渣量
元 素 C Si Mn P S Fe 反 应 产物 〔C〕→﹛CO﹜ 〔C〕→﹛CO2﹜ 〔Si〕→（SiO2） 〔Mn〕→（MnO） 〔P〕→（P2O5） 〔S〕→﹛SO2﹜ 〔S〕→（CaO）=（CaS）+（O） 〔Fe〕→（FeO） 〔Fe〕→（Fe2O3） 元素氧化量（kg） 耗氧量（kg） 产出量（kg） 3.204 0.356 0.400 0.246 0.084 0.004 0.009 0.457 0.231 4.991 4.272 0.949 0.457 0.072 0.108 0.004 -0.004 0.131 0.099 6.088 7.476 1.305 0.857 0.318 0.206 0.009 0.020 0.588 0.329 2.317 备 注 入 渣 入 渣 入 渣 入 渣 入渣（见3-8） 入渣（见表3-8） 入渣组分之和 合 计 成 渣 量 *由CaO还原出的氧量；消耗的CaO量＝0.009×56/32＝0.016kg㎏
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表 2－6 炉衬蚀损的成渣量
炉衬蚀损量 （kg） 0.3 （据表3-4） 合 计 0.258 0.103 CaO 成渣组分（kg） SiO2 MgO Al2O3 Fe2O3 气态产物（kg） C→CO C→CO2 耗氧量（kg） C→CO，CO2 0.004 0.009 0.236 0.004 0.005 0.088 0.015 0.062
表2－7 加入熔剂的成渣量
加 入 量 类 别 （kg） 0.5（据表萤 石 3-4） 2.5（据表0.910 0.640 0.020 0.025 生白云石 3-4） 0.905 0.002 0.003 0.028 0.008 0.008 0.005 0.001 0.440 0.008 CaO MgO SiO2 Al2O3 Fe2O3 P2O5 CaS CaF2 H2O CO2 O2 成 渣 组 分（kg） 气态产物（kg） 石 灰 2.899*1 2.247 *2 0.075 0.072 0.043 0.014 0.003 0.004 合 计 3 0.003 0 .135 0.001*
3.159 0.718 0.120 0.076 0.022 0.007 0.005 0.440 0.010 1 .040 0.001 4.548 成 渣 量 *1石灰加入量计算如下：由表（2－5）～（2－7）可知，渣中已含（CaO）＝－0.016+
0.004+0.002+0.910＝0.900kg；渣中已含（SiO2）＝0.857+0.009+0.028+0.020＝0.914kg；因设定的终渣碱度R＝3.5；故石灰加入量为：
〔RΣ(SiO2)－Σ(CaO)〕/(êO石灰－R×%SiO2石灰) ＝(3.5×0.914－0.900)/(88.00%－3.5×2.5%)＝2.899kg㎏ *2为（石灰中CaO含量）－（石灰中S→CaS自耗的CaO量） *3由CaO还原出的氧量，计算方法同表2－5。
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表2－8 总渣量及其成分
炉 渣 成 分 元素氧化成渣量 0.857 (kg) 石灰成渣量(kg) 炉衬蚀损成渣量0.004 0.009 0.236 0.004 (kg) 生白云石成渣量0.910 0.020 0.640 0.025 (kg) 萤石成渣量(kg) 总渣量(kg) % 0.002 0.028 0.003 0.008 0.008 0.440 0.005 0.001 0.493 7.123 1.595 0.005 0.258 2.247 0.072 0.075 0.043 0.014 0.003 0.004 2.460 0.318 0.588 0.329 ②CaO SiO2 MgO Al2O3 MnO FeO Fe2O3 CaF2 P2O5 CaS 合 计 2.317 0.206 0.020 3.162 0.986 0.955 0.081 0.318 0.588 0.356 0.440 0.213 0.025 44.394 13.844 13.407 1.133 4.458 8.250 5.00 6.177 2.995 0.345 100.00 *总渣量计算如下：因为表2－8中除(FeO)和(Fe2O3)以外的渣量为：3.162+0.986+0.955+
0.081+0.318+0.440+0.213+0.025＝6.180kg；而终渣Σ(FeO)=15%（表2－4），故总渣量为：6.180/85.75％＝7.123kg㎏
①(FeO)量＝7.123×8.25％＝0.588kg㎏
②(Fe2O3)量＝7.123×5％－0.014－0.005－0.008＝0.329kg㎏
炉气中含有CO、CO2、O2、N2、SO2和H2O。其中CO、CO2、SO2和H2O可由表
(2－5)～(2－7)查得，O2和N2则由炉气总体积来确定。现计算如下：
炉气总体积VΣ：
122.4V?＝Vg?0.5％V??（Gs?0.5％V??Vx）
9932V?＝99Vg?0.7Gs?Vx98.51＝10.039m3
式中 Vg——CO、CO2、SO2和H2O诸组分之总体积，m3。本计算中，其值为
7.564322.4/28+2.360322.4/44+0.009322.4/64+0.0010322.4/18
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