一、物料平衡计算 (1)1、计算所需原始数据 (1)2、物料平衡基本项目 (2)3、计算步骤 (2)二、热平衡计算 (9)1、计算热收入Q s (9)2、计算热支出Q z (11)三、电弧炉炉型及主要参数 (12)参考文献 (15)一、物料平衡计算1、计算所需原始数据基本原始数据：冶炼钢种及成分（见表1）；原材料成分（见2）；炉料中元素烧损率（见表3）；其他数据（见表4）表1 冶炼钢种及其成分钢种成分（%）备注C Si Mn P S Cr FeGCr9 1.00～1.10/1.050.15～0.35/0.250.20～0.40 ≤0.027 ≤0.020 0.90～1.20余量氧化法注：分母系计算时的设定值，取其成分中限。
表2 原材料成分（%）名称C Si Mn P S Cr Al Fe H2O灰分挥发分碳素废钢0.18 0.25 0.55 0.030 0.030 余量炼钢生铁 4.20 0.80 0.60 0.200 0.035 余量焦炭81.50 0.58 12.40 5.52 电极99.00 1.00名称CaO SiO2MgO Al2O3CaF2Fe2O3CO2H2O P2O5S石灰88.00 2.50 2.60 1.50 0.50 4.64 0.10 0.10 0.06铁矿石 1.30 5.75 0.30 1.45 89.77 1.20 0.15 0.08火砖块0.55 60.80 0.60 36.80 1.25高铝砖 1.25 6.40 0.12 91.35 0.88镁砂 4.10 3.65 89.50 0.85 1.90焦炭灰分 4.40 49.70 0.95 26.25 18.55 0.15电极灰分8.90 57.80 0.10 33.10表3 炉料中元素烧损率成分C Si Mn P S烧损率（%）熔化期25～40,取30 70～95，取 8560～70，取6540～50，取45可以忽略氧化期0.06①全部烧损20 0.015②25～30，取27①按末期含量比规格下限低0.03%～0.10%（取0.06%）确定（一般不低于0.03%的脱碳量）；②按末期含量0.015%来确定表4 其他数据名称参数配碳量比钢种规格中限高0.70%，即达1.75%熔化期脱碳量30%，即1.75×30%＝0.51kg电极消耗量熔化期3Kg/t；氧化期1 Kg/t炉顶高铝砖消耗量熔化期占0.75 Kg/t，氧化期0.525 Kg/t炉衬镁砖消耗量熔化期2 Kg/t；氧化期1.5 Kg/t熔化期和氧化期所需要氧量50%来自氧气，其余50%来自矿石和空气氧气纯度和利用率99%，余者为N2，氧利用率90%焦炭中碳的回收率75%（系指配料用焦炭）碳氧化产物均按70%生成CO，30%生成CO2考虑2、物料平衡基本项目收入项有：废钢、生铁、焦炭、石灰、电极、炉衬镁砖、炉顶高铝砖、火砖块、氧气和空气。
支出项有：钢水、炉渣、炉气、挥发的铁、焦炭中挥发分。
3、计算步骤以100kg金属炉料（废钢+生铁）为基础，按工艺阶段分为熔化期和氧化期分别进行计算，然后汇总成物料平衡表。
第一步：熔化期计算。
（1）确定物料消耗量：1）金属炉料配入量。
废钢和生铁按75kg和25kg搭配，不足碳量用焦炭来配。
其结果列于表5。
表5 炉料配入量名称用量（kg）配料成分（kg）C Si Mn P S Fe废钢75.000 0.135 0.188 0.413 0.023 0.023 74.218 生铁25.000 1.050 0.200 0.150 0.050 0.009 23.541 焦炭0.924 0.565①合计100.924 1.750 0.388 0.563 0.073 0.032 97.759 ①碳烧损率25%。
2)其他原材料消耗量。
为了提前造渣脱磷，先加入一部分石灰（20kg/t（金属料））和矿石（10kg/t（金属料））。
炉顶、炉衬和电极消耗量见表4。
（2）确定氧气和空气消耗量：耗氧项包括炉料中元素的氧化，焦炭和电极中碳的氧化；而矿石则带来部分氧，石灰中CaO被自身S还原出部分氧。
详见表6。
表6 净耗氧量的计算项目名称元素反应产物元素氧化量（kg）耗氧量（kg）供氧量（kg）耗氧项炉料中元素的氧化CSiMnPFe〔C〕→{CO}〔C〕→{CO2}〔Si〕→(SiO2）〔Mn〕→(MnO）〔P〕→(P2O5）〔Fe〕→(FeO）*〔Fe〕→（Fe2O3）*1.750×30%×70%=0.3681.750×30%×30%=0.1580.388×85%=0.3300.563×65%=0.3660.073×45%=0.03397.759×2%×15%=0.29397.759×2%×85%=1.6620.4910.4210.4430.1060.0430.0840.712合计 3.210 2.300 焦炭中碳的氧化电极中碳的氧化CC（C）→{CO}（C）→{CO2}（C）→{CO}（C）→{CO2}0.924×81.5%×25%×70%=0.1320.924×81.5%×25%×30%=0.0570.4×75%×99%×70%=0.2080.4×75%×99%×30%=0.0890.1760.1520.2770.237合计 3.142供氧项矿石石灰Fe2O3SFe2O3 =2Fe+3/2O2CaO+S=CaS+O0.2690.0006合计0.270 净耗氧量 2.872 *令铁烧损率为2%，其中80%生成Fe2O3挥发掉成为烟尘的一部分；20%成渣。
在这20%中，按3：1的比例分别生成（FeO）和（Fe2O3）。
如表4中所述，应由氧气供给的氧为50%，即3.142×50%=1.571,空气应供氧1.571-0.270=1.301kg，由此可求出氧气与空气的实际消耗量如表7表7 氧气与空气实际消耗量氧气（kg）空气（kg）带入O2带入N2带入O2带入N21.571/90%=1.746 1.746/99%×1%=0.018 1.301 1.301×（77/23）=4.356∑=1.746+0.018=1.764 ∑=1.301+4.356=5.657 上述1）+2）便是熔化期的物料收入量。
（3）确定炉渣量：炉渣源于炉料中Si、Mn、P、Fe等元素的氧化产物，炉顶和炉衬的蚀损，焦炭和电极中的灰分，以及加入的各种熔剂。
结果见表8。
表8熔化期炉渣量的确定名称消耗量(kg)成渣组分(kg)CaO SiO2MgO Al2O3MnO FeO Fe2O3P2O5CaS合计炉料SiMnPFe0.3300.3660.0330.3910.7070.4720.377 0.1400.0760.7070.4720.0760.517炉顶炉衬焦炭电极石灰矿石0.0750.2000.9240.3002.0001.0000.0010.0080.005略1.7580.0130.0040.0070.0570.0020.0500.058略0.1790.001略0.0520.0030.0690.0020.0300.0010.0300.0150.0010.0040.0210.010余量0.002 0.0020.0750.2000.1140.0031.904合计 1.785 0.885 0.235 0.147 0.472 0.377 0.176 0.080 0.004 4.161 百分比42.90 21.27 5.65 3.53 11.34 9.06 4.23 1.92 0.10 100.00①Fe的消耗量，按表6中注释97.759×25%×20%=0.391②石灰中氧化钙的计算,石灰中自身S还原消耗0.002kgCa③矿石中的Fe2O3假设全部还原，还原得到的铁为1.000×0.8977×112/160=0.628kg（4）确定金属量：金属量Q i=金属炉料重+矿石带入的铁量-炉料中C、Si、Mn、P和Fe的烧损量+焦炭配入的碳量=100+0.628-3.210+0.565=97.983kg。
（5）确定炉气量：炉气来源于炉料以及焦炭和电极中碳的氧化物CO和CO2，氧气带入的N2，物料中的H2O及其反应产物，游离O2及其反应产物，石灰的烧减（CO2），焦炭的挥发分。
计算结果列于表9。
表9 炉气量计算项目气态产物(kg)CO CO2N2H2O H2挥发物合计炉料中C的氧化焦炭带入电极带入石灰带入矿石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+CO20.8590.3080.485-0.301-0.1200.5790.2090.3260.0930.4800.1890.0184.3560.0050.0020.0120.058*-0.077 0.0090.0511.4380.5730.8110.0950.0120.0184.4140.179合计1．231 1.876 4.374 0 0.009 0.051 7.540 质量分数/% 16.33 24.88 58.01 0 0.12 0.68 100.00*计算条件：常温（20℃）、常压（0.1MPa）下空气相对湿度为70%，20℃的饱和蒸汽压为0.0023MPa。
先求湿空气体积 4.396×（273+20）/273×0.1/(0.1-0.0023)=4.829 m3再算空气含水量 4.725×0.0119=0.058kg（6）确定铁的挥发量：有表6中设定，铁的挥发量为：97.949×2%×80%=1.564kg。
上述（3）+（4）+（5）+（6）便是熔化期的物料支出量。
由此可列出熔化期物料平衡表10。
表10 熔化期物料平衡表收入支出项目质量(kg) % 项目质量(kg) %废钢75.000 67.01 金属97.983 88.08生铁25.000 22.34 炉渣 4.161 3.74焦炭0.924 0.83 炉气7.540 6.78电极0.300 0.27 铁的挥发 1.564 1.41矿石 1.000 0.89石灰 2.000 1.79炉顶0.075 0.07炉衬0.200 0.18氧气 1.764 1.58空气 5.657 5.05合计111.920 100.00 合计111.248 100.00注：计算误差=（111.920-111.248）/111.920×100%=0.60%。