年产500万吨良坯的转炉炼钢车间顶底复吹转炉氧枪设计学校：东北大学学院：材料与冶金学院班级：冶金051班姓名：***学号：********指导教师：***1、物料平衡计算1.1基本数据（1）铁水和废钢的成分及温度。

见表1-1。

表1-1 铁水和废钢的成分元素 C Si Mn P S 温度铁水/% 3.9 0.55 0.33 0.068 0.002 1350废钢/% 0.18 0.25 0.55 0.030 0.030 25 （2）造渣剂及炉衬成分。

见表1-2。

表1-2造渣剂及炉衬成分成分/% CaO SiO2MgO Al2O3Fe2O3CaF2P2O5S CO2H2O 烧减石灰/% 91.0 1.50 1.60 1.50 0.50 0.10 0.06 3.64 0.10矿石/% 1.0 5.61 0.52 1.10 61.80 FeO=29.40 0.07 0.50铁矾土/% 7.20 28.60 2.01 48.99 11.39 0.06 0.06 TiO2=1.69轻烧白云石/% 50.15 0.46 41.80 0.74 6.85 炉衬/% 1.0 0.92 79.80 0.28 1.60 C=16.4 （3）冶炼钢种及成分。

见表1-3。

表1-3钢种成分元素 C Si Mn P S钢种Q235/% 0.14～0.22 0.12～0.30 0.30～0.70 ≤0.045 ≤0.045 （4）铁合金成分。

见表1-4。

表1-4 铁合金成分元素 C Si Mn P S Fe 硅铁/% —70 0.70 0.05 0.04 29.21 锰铁7.50 2.50 75 0.38 0.03 14.59 铁合金种的元素收得率：Mn的收得为80%，Si的收得率为75%，C的收得率为90%，其中10%的C被氧化成CO2。

P，S，Fe全部进入钢中。

（5）操作实测数据。

见表1-5。

表1-5 实测数据名称参数名称参数终渣碱度R=%CaO/%SiO2=2.8 喷溅铁损为铁水量的（0.1～0.3）%，取0.2%计算铁矾土加入量为铁水量的0.5% 渣中铁损（铁珠）为渣量的（1～2.5）%,取2.5%计算矿石加入量为铁水量的1.0% 氧气纯度99.5%O2，0.5%N2炉衬侵蚀量为铁水量的（0.1～0.3）%，取0.1%计算炉气中自由氧含量为炉气体积的0.5%终渣T.Fe含量取12%计算，其中炉渣中的（%FeO）=1.35（%Fe2O3）金属中[C]的氧化80%～85%的C氧化成CO，取80%计算，则20%的C氧化成CO2烟尘量为铁水量的（1.3～1.5）%，取 1.5%计算（其中FeO为75%，Fe2O3为20%）1.2计算过程（以100kg铁水为基础）（1）炉渣量及成分。

炉渣来自金属料元素氧化和还原的产物，加入的造渣剂以及炉衬侵蚀等。

①铁水中各元素氧化量。

终点钢水的成分是根据同类转炉冶炼Q235钢种的实际数据选取。

其中[C]：应根据冶炼钢种含碳量和预估计的脱氧剂的增碳量来确定终点钢水含碳量，取0.10%；[Si]：在碱性氧气转炉炼钢法中，铁水中的硅几乎全部被氧化进入炉渣；[Mn]：终点钢水残锰量，一般为铁水中含锰量的50%～60%，取50%；[P]：采用低磷铁水操作，铁水中磷约85%～95%氧化进入炉渣，在此取脱磷率为90%。

铁水中各元素氧化量见表1-6。

表1-6 100k g铁水各元素氧化量元素 C Si Mn P S 合计铁水/kg 3.9 0.55 0.33 0.068 0.002终点钢水/kg 0.1 痕迹0.165 0.0068 0.002氧化量/kg 3.8 0.55 0.165 0.0512 0.002 4.5682 其中，氧化成CO的C质量为3.8×80%=3.04kg，氧化成CO2的C质量为3.8×20%=0.76kg。

②铁水中各元素氧化耗氧量及氧化产物量。

见表1-7。

表1-7 铁水中各元素氧化耗氧量及氧化产物量元素反应产物耗氧量产物量备注C [C]→[CO] 3.04×16/12=4.053 3.04×28/12=7.093 进入炉气[C]→[CO2] 0.76×32/12=0.868 0.76×60/28=1.628 进入炉气Si [Si]→(SiO2) 0.55×32/28=0.628 0.55×60/28=1.178 进入炉渣Mn [Mn]→(MnO) 0.165×16/55=0.048 0.165×71/55=0.213 进入炉渣P [P]→(P2O5) 0.0512×80/62=0.066 0.0512×142/62=0.117 进入炉渣Fe [Fe]→(FeO) 0.593×16/72=0.132 0.763[Fe]→(Fe2O3) 0.396×48/112=0.170 0.565合计 5.663③造渣剂加入量及其各组元质量a.矿石、铁矾土、炉衬带入的各组元质量。

由矿石、铁矾土加入量和炉衬侵蚀量和其中各组元的成分可计算出各组元的质量，见表1-8和1-9。

炉衬中C的氧化耗氧量为0.1×16.4%×（16×80%/12+32×20%/12）=0.026kg。

b.轻烧白云石。

为了提高转炉炉衬寿命，在加入石灰造渣的同时，添加轻烧白云石造渣，其目的是提高炉渣中MgO的含量，有利于提高炉衬寿命。

渣中（MgO）含量在6%～10%效果较好。

经试算后轻烧白云石加入量为1.5kg/100kg铁水。

其各组元质量见表1-8和表1-9.其中的烧减为（MgCO3·CaCO3）分解产生的CO2质量。

c.炉渣碱度和石灰加入量。

根据铁水的[P]、[S]含量，取终渣碱度R=2.8。

未计石灰带入的SiO2量时，渣中现有的SiO2量为（见表1-7和表1-8）：∑(SiO2)=(SiO2)铁水+(SiO2)炉衬+(SiO2)矿石+(SiO2)铁矾土+(SiO2)轻白=1.178+0.001+0.056+0.143+ 0.008=1.386kg 渣中现有的CaO量为：∑(CaO)=(CaO)炉衬+(CaO)矿石+(CaO)铁矾土+(CaO)轻白=0.001+0.010+0.036+0.753=0.8kg 则石灰加入量为：W石灰=[R×∑(SiO2)−∑(CaO)][(%CaO)石灰−R×(%SiO2)石灰]⁄=[2.8×1.386−0.8][91.0%−2.8×1.5%]⁄=3.549kg④终渣T.%Fe的确定。

终渣中T.%Fe与终点碳含量和终渣的碱度有关，根据生产数据，终渣T.%Fe取12%计算。

渣中存在着（FeO）和（Fe2O3），按照（%FeO）=1.35（%Fe2O3）和T.%Fe=56×(%FeO)/72+112×(%Fe2O3)/160的关系，求得（FeO）=9.26%和（Fe2O3）=6.86%。

⑤终渣及成分。

终渣量及成分列于表1-8中。

表中的FeO和Fe2O3质量计算过程如下。

不计（FeO）和（Fe2O3）在内的炉渣质量为W s=CaO+MgO+SiO2+Al2O3+MnO+P2O5+TiO2=4.03+0.779+1.439+0.32+0.213+0.121+0.008=6.91kg表1-8 终渣量及成分组元产物量/kg 石灰/kg 矿石/kg 轻白/kg 炉衬/kg 铁矾土/kg 合计比例CaO 3.23 0.01 0.753 0.001 0.036 4.03 48.92% MgO 0.057 0.005 0.627 0.08 0.01 0.779 9.46% SiO2 1.178 0.053 0.056 0.008 0.001 0.143 1.439 17.47% Al2O30.053 0.011 0.011 0.245 0.32 3.88% MnO 0.213 0.213 2.59% P2O50.117 0.004 0.121 1.47% TiO20.008 0.008 0.10% FeO 0.763 0.763 9.26% Fe2O30.565 0.565 6.86% 合计8.238 100.00% 那么，总渣量为W s∑=6.91100%−9.26%−6.86%=8.238kg（FeO）质量=8.238×9.26%=0.763kg，其中铁=0.763×56/72=0.593kg；（Fe2O3）质量=8.238×6.86%=0.565kg，其中铁=0.565×112/160=0.396kg。

（2）矿石、烟尘中的铁及氧量。

假定矿石中的FeO、Fe2O3全部还原成铁，则矿石带入铁量=1.00×（29.40%×56/72+61.80%×112/160）=0.661kg烟尘带走铁量=1.50×（75.00%×56/72+20.00%×112/160）=1.085kg矿石带入氧量=1.00×（29.40%×16/72+61.80%×48/160）=0.251kg烟尘消耗氧量=1.50×（75.00%×16/72+20.00%×48/160）=0.340kg其他造渣剂的Fe2O3带入的铁量和氧量忽略不计。

（3）炉气成分、质量及体积。

①当前炉气体积V1。

由元素氧化和造渣剂带入的气体质量见表1-9。

表1-9 气体来源及质量、体积来源铁水/kg 炉衬/kg 轻白/kg 石灰/kg 矿石/kg 铁矾土/kg 合计体积/m3* CO 7.093 0.031 7.124 5.699CO2 1.628 0.012 0.103 0.129 1.872 0.953H2O 0.004 0.005 0.009 0.011合计V1=6.663 *：气体体积=气体质量×22.4/气体分子量②当前氧气消耗质量及体积。

当前氧气消耗质量见表1-10。

表1-10 氧气消耗质量元素氧化烟尘铁氧化炉衬碳氧化矿石带入氧合计耗氧量/kg 5.663 0.340 0.026 -0.251 5.778则当前氧气消耗的体积V O2=5.778×22.432⁄=4.045m3③炉气总体积V g=元素氧化生成的体积+水蒸气的体积+炉气中自由氧体积+炉气中氮气体积，即V g=V1+{O2}炉气×V g+[V O2+{O2}炉气×V g]×{N2}氧气{O2}氧气⁄式中{O2}炉气－炉气中自由氧含量；{N2}氧气－氧气中氮气成分；{O2}氧气－氧气中氧气成分整理得：V g=V1+V O2{N2}氧气{O2}氧气⁄1−{O2}炉气−{O2}炉气{N2}氧气{O2}氧气⁄=[6.663+4.045×0.5%99.5%⁄][1−0.5%−0.5%×0.5%99.5%⁄]=6.717m3④炉气中自由氧体积及质量V f=0.5%×6.717=0.034m3，W f=32×0.03422.4⁄=0.049kg ⑤炉气中氮气体积及质量V N2=(4.045+0.034)×0.5%99.5%⁄=0.020m3 W N2=28×0.02022.4⁄=0.025kg炉气中各组元成分的质量和体积见表1-11。