J I A N G S U U N I V E R S I T Y 课程设计转炉炼钢工艺设计的物料平衡和热平衡计算原料的化学成分及条件（wt%）元素 C Si Mn P S 温度/℃铁水 4.15 0.95 0.65 0.150 0.050 1360.00废钢0.18 0.25 0.75 0.030 0.030 25.00学院名称：专业班级：学生姓名：设计时间;指导教师：2014 年12月目录1. 课程设计的目的 (2)2. 课程设计的要求 (2)3. 转炉炼钢工艺设计的物料平衡和热平衡计算 (2)3.1引言 (2)3.2 转炉炼钢工艺设计的物料平衡计算 (3)3.2.1基本数据3.2.2 计算过程3.3 转炉炼钢工艺设计的热平衡计算 (9)3.3.1 基本数据3.3.2 计算过程3.4 加入废钢和脱氧剂后的物料平衡计算 (14)3.5 结束语 (18)4. 致谢 (19)1. 课程设计的目的物料平衡与热平衡计算是氧气转炉冶炼工艺设计的一项基本计算。
它是建立在物质与能量守恒的基础上的。
它以氧气转炉作为考察对象，根据装入转炉内或参与炼钢过程的全部物料数据和炼钢过程的全部产物数据，来进行物料的质量和热量平衡计算。
通过计算，可以定量地掌握冶炼工艺重要参数，做到“胸中有数”。
其主要目的是比较整个冶炼过程中物料、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。
2. 课程设计的要求计算并给出适合下表原料条件的转炉炼钢的主要参数和物料平衡和热平衡计算表，完成设计报告。
原料的化学成分及条件（wt%）3. 转炉炼钢工艺设计的物料平衡和热平衡计算3.1引言氧气转炉炼钢在大型的钢铁企业中处于整个钢铁生产流程的中间环节，起到承上启下的作用，炼钢是决定钢材产量、质量的关键所在。
在设计转炉炼钢车间时，应当处理好各种设计问题，为正常生产，保持良好的生产秩序打下基础。
氧气转炉炼钢自1952年在奥地利诞生以来，因其生产率高、建设费用低、节省劳动力、不需外加能源、生产成本低、钢质量好、耐材消耗少、易与连铸配合等优点而得到迅速发展。
转炉钢产量占总的钢产量的百分比从1961年的6％上升到1970年的43.0％，到1996年，转炉钢产量的比例达到60.2％。
氧气转炉炼钢在50年的发展过程中，经历了转炉大型化、铁水预处理、炉外精炼、连铸、顶底复合吹炼、吹炼自动控制、溅渣护炉等一系列重大技术进步。
使转炉炼钢从传统的“转炉吹炼一模铸”炼钢工艺变成“铁水预处理—大型顶底复吹转炉吹炼—炉外精炼—连铸”现代的炼钢工艺流程。
所以在进行转炉炼钢厂的设计中，应充分考虑转炉炼钢上述的这些技术进步，使转炉炼钢在设备、工艺方面处于先进的水平。
本课程设计以大型现代转炉的主要经济技术指标为设计参数进行初步设计，首先要完成的设计内容是物料平衡和热平衡计算。
应当指出，由于炼钢是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，尤其是热平衡，只能近似计算。
尽管如此，它对指导炼钢生产和设计仍有重要的意义。
3.2 转炉炼钢工艺设计的物料平衡计算3.2.1基本数据铁水和废钢的成分及温度见表1。
表1铁水和废钢成分（wt%）造渣剂及炉衬成分见表2。
表2造渣剂及炉衬成分（wt%）冶炼钢种及成分见表3。
表3钢种成分（wt%）铁合金成分见表4。
表4铁合金成分（wt%）铁合金中的元素收得率：Mn的收得率为80%，Si的收得率为75%，C的收得。
P，S，Fe全部进入钢中。
率为90%，其中10%的C被氧化成CO2操作实践数据见表5。
表5实测数据3.2.2计算过程（以100kg铁水为基础）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浸蚀等。
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发中，铁水中的硅几乎全部被氧化进入炉渣；[Mn]：终点钢水残锰量，一般为铁水中锰含量的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%；[S]：氧气转炉内去硫率不高，一般在30%-50%的范围，取40%。
铁水中各元素氧化量见表6。
表6 100kg铁水各元素氧化量（wt%）的C质量为其中，氧化成CO的C质量为4.050×80%=3.240kg，氧化成CO2的S的质量为0.02×1/3=0.0067kg，还原成4.050×20%=0.810kg。
氧化成SO2CaS的S的质量为0.02×2/3=0.0133kg。
铁水中各元素氧化耗量及氧化产物量见表7。
表7 铁水中各元素氧化耗量及氧化产物量*：S生成CaS消耗的CaO量=0.0133×56/32=0.023kg造渣剂加入量及其各组元质量：矿石、萤石、炉衬带入的各组元质量。
由矿石、萤石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。
其中，矿石中的S生成（CaS）的量为0.001×72/32=0.002kg，消耗（CaO）的量为0.001×56/32=0.002kg，生成微量氧[O]为0.001×16/32=0.001kg；炉衬中C的氧化耗氧量为0.1×16.4%×（16×80%/12+32×20%/12）=0.026kg；萤石中的硫反应生成的CaS量为0.0005×56/32=0.001kg，消耗的CaO和生成的氧量忽略不计。
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%时，效果较好。
经试算后轻烧白云石加入量为3.0kg/100kg 铁水。
其中的烧减为（MgCO 3·CaCO 3）分解产生的CO 2质量。
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=3.0。
未计石灰带入的SiO 2量时，渣中现有的SiO 2量为：∑（SiO 2）=（SiO 2）铁水+（SiO 2）炉衬+（SiO 2）矿石+（SiO 2）萤石+（SiO 2）轻白 =2.036+0.001+0.056+0.028+0.014=2.135kg 渣中现有的CaO 量为：∑（CaO ）=（CaO ）炉衬+（CaO ）矿石+（CaO ）萤石+（CaO ）轻白－∑（CaO ）S 消耗 =0.001+0.010+0.002+1.505－(0.023+0.002)=1.493kg 则石灰加入量为：W 石灰=[R ×∑（SiO 2）－∑（CaO ）]/[(%CaO)石灰－R ×（%SiO 2）石灰] =[3.0×2.135－1.493]/[91.0%－3.0×1.5%]=5.679kg石灰带入的各组元质量见表8。
石灰中的S 生成的CaS 量=0.003×72/32=0.008kg ，生成的氧量=0.003×16/32=0.002kg ，消耗的CaO 量=0.003×56/32=0.005kg 。
终渣T.%Fe 的确定。
终渣中T.%Fe 与终点碳含量和终渣碱度有关，根据生产数据，终渣T.%Fe 取13%计算。
渣中存在着（FeO ）和（Fe 2O 3），按照（%FeO ）=1.35（%Fe 2O 3）和T.%Fe=56×（%FeO ）/72+112×（%Fe 2O 3）/160的关系，求得（FeO ）=10.00%和（Fe 2O 3）=7.41%。
终渣量及成分。
终渣量及成分列于表8中。
表中的FeO 和Fe 2O 3质量计算过程如下。
不计（FeO ）（Fe 2O 3）在内的炉渣质量为： W S =CaO+MgO+SiO 2+Al 2O 3+MnO+P 2O 5+CaS+CaF 2=6.679+1.433+2.220+0.126+0.420+0.319+0.041+0.440 = 11.678kg 那么，总渣量为：W S ∑=11.678/（100%-10.00%-7.21%）=14.106kg（FeO ）质量=14.106×10.00%=1.411kg ，其中铁=1.411×56/72=1.097Kg ；（Fe2O3）重量=14.106×7.41%=1.045kg，其中铁=1.045×112/160=0.732。
由于矿石和白云石等中带入了部分的(FeO)和（Fe2O3），实际的铁氧化物有：（FeO）质量=1.411-0.294=1.117Kg，其中铁=1.117×56/72=0.868kg；（Fe2O3)质量=1.045-（0.028+0.618+0.007+0.002）=0.389Kg，其中铁=0.389×112/160=0.272kg。
表8 终渣量及成分注：造渣剂中的FeO、Fe2O3被还原成铁进入钢中，带入的氧消耗与元素氧化。
矿石、烟尘中的铁及氧量。
假定矿石中的FeO、Fe2O3全部被还原成铁，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。
炉气成分、质量及体积。
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9。
表9气体来源及质量体积注：气体体积=气体质量×22.4/气体分子量当前氧气消耗质量及体积。
当前氧气消耗质量见表10。
表10 氧气消耗质量则当前氧气消耗的体积Vo2=8.257×22.4/32=5.780m3。
炉气总体积Vg。
炉气总体积为：Vg=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×Vg+[Vo2+{O2}炉气×Vg]×{N2}氧气/{O2}氧气式中{O2}炉气——炉气中自由氧含量，0.5%；{N2}氧气——氧气中氮气成分；{O2}氧气——氧气中氧气成分。