氧气转炉炼钢物料平衡计算与热平衡计算1物料平衡计算1.1计算原始数据基本原始数据铁水和废钢成分、终点钢水成分（表1）;造渣用溶剂及炉衬等原材料的成分（表2）；脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率（表3）；其他工艺参数（表4）表合金成分及其回收率2表其他工艺参数设定值1.2物料平衡基本项目：收入项目：收入量=铁水+废钢+溶剂+氧气+炉衬蚀损+合金支出项目：支出量=钢水+炉渣+烟尘+渣中铁珠+炉气+喷溅。
1.3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分。
总渣量包括铁水中元素氧化，炉衬蚀损和加入溶剂的成渣量。
其各项成渣量分别列于表5 表7。
总渣量及其成分如表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。
见表9.表铁水中元素的氧化产物及其成渣量表炉衬蚀损的成渣量石灰加入量计算如下：由表7-5—表7-7可知，渣中已含（CaO） =-0.014+0.004+0.002+0.910=0.902kg ;渣中已含（SiO2）=1.50+0.009+0.028+0.020=1.557kg。
因设定的终渣碱度 R=3.5 ,故石灰加入量为：［R E Q（SiO2）- E Q（CaO）］/［3 （CaO 石灰）-R ）］=（3.5X 1.557-0.902）/ （88%-3.5 X 2.5%）=5.73kg。
X3 （SiO2石灰由CaO还原岀来的氧量，计算方法同表 5的注表总渣量及成分① 由表 1-8 知，除 FeO 和 Fe 2O 3 外的渣量 6.799+1.724+1.052+0.137+0.63+0.44+0.63+0.028=11.56kg 而终渣刀 w (FeO) =15% (表 1-4),故渣的总量 11.56-86.75%=13.326kg 。
② 所以，w (FeO) =13.326 X 8.25%=1.099kg③ w(Fe 2O 3)= 13.066 X 5%-0.033-0.005-0.008=0.620kg表9实际耗氧量2第三步：计算炉气量及其成分。
炉气中含有CO、CO2、N2、SC2和H20。
其中CO、CO2、SO2和H2O可由表5~表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V刀1 22 43=V g 0-5%V +99 -3T Gs 0-5%V Vx、，99Vg 0.7Gs Vx 99 8.531 0.7 8.42 0.002 门“ 2V E = = =8.634 m298.50 98.5式中V g—CO、CO2、SO2和H2O各组分总体积，m3。
本计算中，其值为:8.908 224 2.726 22.4 0.008 22・4 0.01122・4 =8.531m3。
/28 /44 /64 /18G s—不计自由氧的氧气消耗量，kg。
本计算中，其值为：8.108 0.062 0.34=8.42kg （见表9）;V x —石灰中的S与CaO反应还原出的氧量（其质量为：0.002kg，见表9），m3；0.5% —炉气中自由氧含量；99—由氧气纯度为99%转换的得来。
表10炉气量及其成分②气体积为总体积减去其余成分为0.06m3质量为0.06X 28-22.4=0.075kg第4步：计算脱氧和合金化前的钢水量。
钢水量0§=铁水量-铁水中元素的氧化量-烟尘、喷溅和渣中的铁损=100-6.961-{1.5 X（75%X 56\72+20%X 112\160）+1+13.326X 6%}=90.365kg 据此可以编制出未加废钢。
脱氧与合金化前得物料平衡表11.表未加废钢时的物料平衡表第五步：计算加入废钢的物料平衡。
如同“第一步”计算铁水中元素氧化量一样，利用表1的数据先确定废钢中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量（表12），再将其与表11归类合并，遂得加入废钢后的物料平衡表13和表14。
表加入废钢的物料平衡表（以铁水为基础）注：计算误差为(139.58 —140.776) /139.58 X 100%= —0.86%表14加入废钢的物料平衡表（以100 kg （铁水+废钢）为基础）第六步：计算脱氧和合金化后的物料平衡先根据钢种成分设定值（表1）和铁合金成分及回收率（表3）算出锰铁和硅铁的加入量，再计算元素的烧损量。
将所有结果与表14归类合并，即得冶炼一炉钢的总物料平衡表。
锰铁加入量W Mn为:3 [Mn]钢种一3 [Mn]终点一WMn=锰铁含Mn量X Mn回收率X钢水量0.55% 0.21% 门= 91.89 =0.57kg67.8% 80%硅铁加入量Ws i为:（①［Si ］钢种―①［Si ］终点）x 加锰铁后的钢水量―①［Si ］FeMn硅铁含Si 量x Si 回收率0.25% (91.89 0.45) 0.00273% 75%表15铁合金中元素烧损量有产物量脱氧和合金化后的钢水成分如下：W(C)=0.1%+0034100%=0.14% 92.71 0.002 0.230W(Si)=100%=0.25% 92.71W(P)=0.03%+ 0001 100% =0.031%92.71 W(S)=0.018%+0001100%=0.019% 92.71可见，含碳量已经在设定值范围以内。
满足要求。
=0.42kg92.71W(Mn)=0.21%+ 0.309 0.002 100% x 100%=0.55%表总物料平衡表计算误差为(115.69— 116.55) /115.69X 100%=—0.74%2热平衡计算2.1计算所需原始数据计算所需基本原始数据有：各种入炉料及产物的温度（表17）;物料平均热容（表18）;反应热效应（表19）；溶入铁水中的元素对铁熔点的影响（表20）。
其他数据参照物料平衡选取。
表17入炉物料及产物的温度设定值表物料平均热容表19炼钢温度下的反应热效应组元 化学反应△ H/kJ kmol -1 △ H/kJ kg -1 C [C]+1/2{O 2}={CO} 氧化反应 -139420 -11639 C [C]+{O 2}={CO 2} 氧化反应 -418072 -34834 Si [Si]+{O 2}=(SiO 2) 氧化反应 -817682 -29202 Mn [Mn]+1/2{O 2}=(MnO) 氧化反应 -361740 -6594 P 2[P]+5/2{O 2}=(P 2O 5) 氧化反应 -1176563 -18980 Fe [Fe]+1/2{O 2}=(FeO) 氧化反应 -238229 -4250 Fe 2[Fe]+3/2{O 2}=(Fe 2O 3) 氧化反应 -722432 -6460 SiO 2 (SiO 2)+2(CaO)=(2CaO SiO 2) 成渣反应 -97133 -1620 P 2O 5 (P 2O 5)+4(CaO)=(4CaO P 2O 5) 成渣反应 -693054 -4880 CaCO 3CaCO 3=(CaO)+{CO 2} 分解反应 169050 1690 MgCO 3MgCO 3=(MgO)+{CO 2}分解反应1180201405表溶入铁水中的元素对铁熔点的降低值2.2计算步骤以100kg 铁水为基础。
第一步：计算热收入Q S热收入项包括：铁水物理热；元素氧化热及成渣热；烟尘氧化热；炉衬中碳的氧化 热。
(1) 铁水物理热Q w ：先根据纯铁熔点、铁水成分以及溶入元素对铁熔点的降低值(表 17、 1、和表20)计算铁水熔点T t ，然后由铁水温度和生铁热熔(表17、18)确定Q w oT t =1536— (4.3 X 100+0.7X 8+0.7X 5+0.3X 30+0.03X 25) — 6=1081 T Q w =100 X [0.745 X (1081 — 25)+218+0.0837X (1400— 1081)]=127172.3kg(2) 元素氧化热及成渣热 Q y ：由铁水中元素氧化量和反应热效应(表 1-19)可以算出， 其结果列于表21o表21元素氧化热和成渣热⑶烟尘氧化热Q c：由表7-4中给出的烟尘量参数和反应热效应计算可得。
Q c=1.5X( 75%X 56/72X 4250+20%X 112/160X 6460) =5075.35kg(4)炉衬中碳的氧化热Q i:根据炉衬蚀损量及其含碳量确定。
Q i=0.3X 14%X 90X 11639+0.3X 14%X 10%X 34834=586.25kj故热收入总值为：Q s=Q w+Q y+Q c+Q1=232561.33kj第二步：计算热支出Q z。
热支出项包括：钢水物理热；炉渣物理热；烟尘物理热；炉气物理热；渣中铁珠物理热; 喷溅(金属)物理热；轻烧白云石分解热；热损失；废钢吸热。
(1)钢水物理热Q g；先按求铁水熔点的方法确定钢水熔点T g；再根据出钢和镇静时的实际温降(通常前者为40〜60C,后者约为3〜5C/min,具体时间与钢包大小和浇注条件有关)以及要求的过热度(一般为50〜90C)确定出钢温度T z；最后由钢水量和热容算出物理热。
T g=1536—( 0.1 X 65+0.21 X 5+0.03X 30+ 0.018X 25)- 6=1521 T 式中，0.10、0.18、0.020和0.021分别为终点钢水C、Mn、P、和S的含量。
T z=1521+50+50+20=1691C式中，50、50和70分别为出钢过程中的温降、镇静及炉后处理过程中的温降和过热度。
Q g=90.365X [0.699 X (1521 —25)+272+0.837X (1691 —1521)]=131932.36(2)炉渣物理热Qr：令终渣温度与钢水温度相同，则得：Qr=13.326X [1.248 X (1691 —25)+209]=30492.13kj⑶炉气、烟尘、铁珠和喷溅金属的物理热Q x。
根据其数量、相应的温度和热容确定。
详见表22.表某些物料的物理热(4)生白云石分解热Q b ：根据其用量、成分和表19所示的热效应计算。
Q b =2.5X (36.4%1690+25.60%X 1405)=2437.10kj⑸热损失Q q ：其他热损失带走的热量一般约占总热收入的 3%〜8%。
本计算取5%,则得:Q q =232561.33X 5%=11628.07kj(6)废钢吸热Q f ：用于加热废钢的热量系剩余热量，即：Q f =Q s — Q g — Q r — Q x — Q b — Q q=31914.98kj故废钢加入量W f 为：W f =31914.98- {1 X [0.699 X (1521 - 25)+272+0.837X (1691 — 1521)]}=21.86kg即废钢比为：100% =17.94%100 21.86钢水物理热+炉渣物理热+废钢物理热= 热收入总量第三步：列出热平衡表(表23)表23热平衡表应当指出，加入铁合金进行脱氧和合金化，会对热平衡数据产生一定的影响。