Si Mn P Fe 电极中碳的氧化 合计 矿石供氧 石灰中S还原CaO 金属中S还原CaO供氧 合计 净耗氧量 C Fe2O3 S S 0.058 0.113 0.026 0.224 [Si]→(SiO2) [Mn]→(MnO) [P]→(P2O5) [Fe]→(FeO) [Fe]→(Fe2O3) 0.066 0.033 0.035 0.053 0.017 0.092 0.079 0.928 0.269 0.001 0.005 0.275 见表2-11 见表2-11 70%[C]生成CO 30%[C]生成CO2 还原出铁0.628kg 0.100×[C]→{CO} 99%=0.099 [C]→{CO2} 0.898 0.002 0.009 Fe2O3=Fe+3/2O2 CaO+S=CaS+O CaO+S=CaS+O 0.648 如表2-4中所述，应由氧气供给的氧为50%，即0.928×50%=0.464,空气应供氧0.464-0.275=0.189kg，由此可求出氧气与空气的实际消耗量如表2-13
表2-13 氧气和空气实际消耗量
氧气（kg） 带入O2 0.464/90%=0.514 带入N2 0.514/99%×1%=0.005 带入O2 0.189 空气（kg） 带入N2 0.189×(77/23)=0.633 ∑=0.514+0.005=0.519
表2-14 炉气量
项目 金属中C的氧化 电极带入 矿石带入 石灰带入 氧气带入 空气带入 游离O2参与反应 CO+1/2O2=CO2 H2O参与反应 H2O+CO=H2+CO2 气态产物(kg) CO 0.520 0.1612 -0.090 -0.036 CO2 0.349 0.109 0.125 0.141 0.056 N2 0.005 0.626 H2O 0.012 0.003 0.008 -0.023 *∑=0.189+0.633=0.852 备注 H2 0.003 合计 0.869 0.270 0.012 0.128 0.005 0.634 0.051 0 C烧损量0.318kg C烧损量0.099kg *计算方法同表9 游离氧 0.513×10%=0.051 H2O全部消耗 合计 质量分数/% 0.555 28.19 0.780 39.61 0.631 32.05 0 0.003 0.15 1.969 100.00 表2-15 熔化期和氧化期综合物料平衡表 收入 项目 废钢 生铁 碳粉 电极 矿石 石灰 火砖块 炉顶 炉衬 氧气 空气 合计 质量/kg 75.000 25.000 0.835 0.300+0.100=0.400 1.000+1.000=2.000 2.000+2.660=4.660 0.500 0.075+0.053=0.128 0.200+0.150=0.350 1.735+0.519=2.254 5.536+0.852=6.388 117.470 % 63.85 21.28 0.71 0.34 1.70 3.97 0.43 0.11 0.30 1.92 5.45 100.00 合计 117.404 100.00 项目 金属 炉渣 炉气 铁的挥发 其他烟尘 支出 质量/kg 97.895 4.138+5.197-1.241=8.094 7.347+1.969=9.316 1.564 0.600 % 83.33 6.89 7.93 1.33 0.51 注：计算误差=（117.470-117.404）/117.470=0.06%。
表2-16 氧化末期各金属成分
元素 C Si Mn P S
含量（%） 0.891 0 0.086 0.015 0.024 备注 （1.700-0.510-0.318）/97.830=0.891 (0.563-0.366-0.113)/97.830=0.086 0.015 （0.032-0.009）/97.830=0.024 2.2热平衡计算
以100kg金属料（废钢+生铁）为基础。
2.2.1 计算热收入Qs
（1）物料的物理热。计算结果列于表2-18。 （2）元素氧化热及成渣热。计算结果列于表2-18。
（3）消耗的电能。根据消耗的热量确定，为92294.71kJ。详见下面的计算。
表2-17 总物料平衡表
收入 项目 废钢 生铁 石灰 萤石 火砖块 矿石 焦炭 炉顶 炉衬 氧气 空气 电极 Al FeMn FeCr FeSi 合计
表2-18 物料带入的物理热
质量㎏ 75 25 6.660 0.653 0.827 2.000 1.088 0.151 0.500 2.236 9.320 0.500 0.108 0.285 20320 0.585 127.233 % 58.94 19.65 5.24 0.51 0.65 1.57 0.86 0.12 0.39 1.76 7.33 0.39 0.009 0.22 1.82 0.46 100 合计 127.386 100 项目 钢液 炉渣 炉气 铁的挥发 其他烟尘 支出 质量㎏ 100.887 11.592 12.553 1.564 0.790 % 79.19 9.10 9.86 1.23 0.62 名称 废钢 生铁 石灰 萤石 火砖块 矿石 焦炭 炉顶高Al砖 炉衬Mg砖 氧气 空气 电极 热容kJ/(kg·K) 0.699 0.745 0.728 0.898 0.858 1.047 0.858 0.879 0.996 1.318 0.963 1.507 温度(℃) 298 298 298 298 298 298 298 873 873 298 298 723 消耗量(kg) 75.000 25.000 6.660 0.653 0.827 2.000 1.088 0.151 0.500 2.230 9.296 0.500 物理热(kJ) 1310.625 465.625 121.212 14.627 17.739 52.350 23.338 79.639 298.800 73.479 223.801 339.075 Al FeMn FeCr FeSi 合计
0.896 0.678 0.565 0.745 298 298 573 298 0.108 0.285 2.302 0.585 2.419 4.831 393.240 10.896 3431.694 注:其他入炉原料都假设是25℃
表2-19 元素氧化热及成渣热
名称 电极中的C 0.119 碳粉中的C 金属中Si 金属中Mn 金属中的P Fe SiO2成渣 P2O5成渣 合计 *氧化量/kg 0.277 0.120 0.052 0.388 0.479 0.058 4.526 1.662 1.435 0.142 化学反应 C+1/2{O2}={CO} C+{O2}={CO2} C+1/2{O2}={CO} C+{O2}={CO2} [Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe] [Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe] 2[P]+5(FeO)=(P2O5)+5[Fe] [Fe]+1/2{O2}=(FeO) 2[Fe]+3/2{O2}=(Fe2O3) 2(CaO)+(SiO2)=(2CaO·SiO2) 4(CaO)+(P2O5)=(4CaO·P2O5) ?H放热量（kJ） 3224 4145 1397 1811 4396 1042 140 19236 10737 2325 693 49059 （kJ/kg） -11639 -34834 -11639 -34834 -11329 -2176 -2419 -4250 -6460 -1620 -4880 *因熔化期和氧化期所需要的O2量50%由氧气提供，由表2-3和2-13可知，该气态O2总用量为1.543+0.462=2.005kg。其中,氧化成Fe2O3的量为1.662(见表2-6) 所需氧量为1.662×48/112=0.712kg。其余O2均设定为将铁氧化成FeO，即该部分Fe的氧化量为（2.005-0.712）×56/16=4.526kg.这些铁为金属中C、Si、Mn、P提供部分氧源。
2.2.2 计算热支出Qz
（1）钢水物理热Qg。该钢熔点为1536-（0.891×70+0×8+0.086×5+0.015×30+0.024×25）-6=1466℃；出钢温度控制在中下限，本计算中取1600℃。则： Qz=97.830×[0.699×(1466-25)+272+0.837×(1600-1466)]=136122.33kJ (2)炉渣物理热Qr。计算结果见表2-20。 （3）吸热反应消耗的物理热Qh。详见表2-21。
（2）
表2-20 炉渣物理热 熔化期炉渣 1520 1.172 4.138×70%×[1.172×(1520-25)+209]=5680.64 氧化期炉渣 1670 1.216 5.197×[1.216×(1670-25)+209]=11481.84 合计 17162.48 名称 温度/℃ 热容kJ/(kg·K) 物理热/kJ
表2-21 吸热量
名称 金属脱碳 金属脱硫 石灰烧碱 水分挥发（由25℃升至1200℃） 石灰带入 矿石带入 碳粉带入 空气带入 小计 氧化量（kg） 0.510+0.318=0.828 0.009 4.660×4.64%=0.216 4.660×0.10%=0.005 2.000×1.20%=0.024 0.835×1.25%=0.010 0.056+0.008=0.064 0.103 0.515 化学反应 [C]+(FeO)={CO}+[Fe] ?H吸热量（kJ/kg） (kJ) 6244/C 5170.03 43.40 902.23 126.38 916.19 7158.23 [FeS]+(CaO)=(CaS)+(FeO) 2143/CaS CaCO3=CaO+CO2 4177/CO2 H2O→{H2O}1200℃ C→[C] 1227/H2O 1779/C 金属增C 合计 （4）炉气物理热Qx。令炉气温度为1200℃，热容为1.137 kJ/(kg·K)，由炉气量可得：
Qx=9.316×[1.137×(1200-25)]=12445.94kJ
（5）烟尘物理热Qy。将铁的挥发物计入烟尘中，烟尘热容为0.996kJ/(kg·K)；则得：
Qy=（1.564+0.600）×[0.996×(1200-25)]=2532.53kJ
（6）冷却水吸热Ql。如炉子公称容量为30t，冷却水消耗量为20m/h，冷却水进出口温差为20℃，冶炼时间平均为1h，则得：
Ql=（20×1000×1×4.185×20）/300=5580.00kJ/100kg(金属料)
（7）其他热损失Qq。包括炉体表面散热热损失、开启炉门热损失、电极热损失等。其损失量与设备的大小、冶炼时间、开启炉门和炉盖的总时间以及炉内的工作温度有关。时间表明，该项热损失占总热收入的6%-9%，本设计中取8%。
3
（8）变压器及断网系统的热损失。一般，该热损失为总热收入的5～7%。本计算取5%。
令炉子总收入等于Qs，则：
Qs=136122.33+17162.48+7158.23+12445.94+2532.53+5580.00+Qs×(8%+5%) 即 0.87Qs=181001.51
Qs=208047.71kJ
故应供应电能为：208047.71-521.33-49059.00=158467.38kJ；Qq=208047.71×8%=16643.82kJ；Qb=208047.71×5%=10402.39kJ。
总热平衡计算结果列于表2-21。
表2-22 热平衡表
收入 项目 物料物理热 氧化热和成渣热 其中 C氧化 Si氧化 Mn氧化 P氧化 Fe氧化 SiO2成渣 P2O5成渣 电能① 合计 热量（kJ） 521.33 49059.00 10577.00 4396.00 1042.00 140.00 29973.00 2258.00 673.00 158467.38 208047.71 % 0.25 23.58 5.08 2.11 0.50 0.07 14.41 1.09 0.32 76.17 100.00 -4
支出 项目 钢水物理热 炉渣物理热 吸热反应消耗热 炉气物理热 烟尘物理热 冷却水吸热 其他热损失 变压器系统热损失 热量（kJ） 13.6122.33 17162.48 7158.23 12445.94 2532.53 5580.00 16643.82 10402.39 % 65.43 8.25 3.44 5.98 1.22 2.68 8.00 5.00 合计 208047.71 100.00 ①单位电耗计算：因1kJ=2.773×10kW·h，故单位电耗为（158467.38×2.773×10-4）×1000/97.830=449.2kW·h/t(钢水)。