轉(zhuǎn)爐物料平衡與熱平衡計(jì)算

1、鋼鐵冶金專業(yè)設(shè)計(jì)資料（煉鐵、煉鋼）本鋼工學(xué)院冶化教研室二00三年八月第一章 物料平衡與熱平衡計(jì)算物料平衡和熱平衡計(jì)算是氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉工藝設(shè)計(jì)的一項(xiàng)基本的計(jì)算，它是建立在物質(zhì)和能量不滅定律的基礎(chǔ)上的。它以轉(zhuǎn)爐作為考察對象，根據(jù)裝入轉(zhuǎn)爐內(nèi)或參與煉鋼過程的全部物料數(shù)據(jù)和煉鋼過程的全部產(chǎn)物數(shù)據(jù)，如圖1-1-1所示的收入項(xiàng)數(shù)據(jù)和支出項(xiàng)數(shù)據(jù)，來進(jìn)行物料的重量和熱平衡計(jì)算。通過計(jì)算，可以定量地掌握冶煉工重要參數(shù)，做到“胸中有數(shù)”。對指導(dǎo)生產(chǎn)和分析研究改進(jìn)冶煉工藝，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)爐煉鋼車間等均有其重要意義。由于轉(zhuǎn)爐煉鋼過程是一個十分復(fù)雜的物理化學(xué)過程，很顯然，要求進(jìn)行精確的計(jì)算較為困難，特別是熱平衡，只能是近似計(jì)算

2、，但它仍然有十分重要的指導(dǎo)意義。 物料平衡和熱平衡計(jì)算，一般可分為兩面種方案。第一種方案是為了設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)爐及其氧槍設(shè)備以及相應(yīng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼車間而進(jìn)行的計(jì)算，通常側(cè)重于理論計(jì)算，特別是新設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)爐而無實(shí)際爐型可以參考的情況下；另一種方案是為了校核和改善已投產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐冶煉工藝參數(shù)及其設(shè)備參數(shù)或者采用新工藝新技術(shù)等，而由實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行的計(jì)算，后者側(cè)重于實(shí)測。本計(jì)算是采用第一種方案。目前，我國頂吹轉(zhuǎn)爐所采用的生鐵基本上為低磷的（0.100.40%）和中磷的（0.401.00%）兩種，對這兩種不同含磷量生鐵的冶煉工藝制度也不相同。因此，下面以50噸轉(zhuǎn)爐為例，分別就低磷生鐵和高磷生鐵兩種情況，進(jìn)行物料平衡和熱平衡計(jì)算

3、。1.1原始數(shù)據(jù)1.1.1鐵水成分及溫度表1-1-1成分CSiMnPS溫度%4.2500.8500.5800.1500.03712501.1.2原材料成分28表1-1-2 原材料成分%種類CaOSiO2MgOAl2O3SPCaF2FeOFe2O3H2OC燒堿合計(jì)石灰91.381.261.541.420.064.34100.00礦石1.105.110.521.160.0728.861.80.50100.00螢石6.000.581.780.090.5589.002.00100.00輕燒白云石30.840.4620.160.740.040.1147.8100.00鎂質(zhì)爐襯54.501.0539.45

4、1.005.0100.00表2-1-1鐵水成分與溫度成分CSiMnPS溫度%4.3000.6500.5600.1500.0381300轉(zhuǎn)爐冶煉鋼種常為普通碳素鋼和低合金鋼，在此以要求冶煉BD3鋼考慮，其成分見表2-1-3成分（中限）CSiMnPS%0.160.240.160.280.350.650.0450.0451.1.4平均比熱表1-1-4項(xiàng) 目固態(tài)平均比熱千卡/公斤·度熔化潛熱千卡/公斤液態(tài)或氣態(tài)平均比熱千卡/公斤·度生 鐵鋼爐 渣煙 塵礦 石爐 氣COCO2SO2O2N2H2O0.1780.1670.238526550500.200.200.2980.3490.55

5、80.5550.3650.3460.4891.1.5冷卻劑用廢鋼作冷卻劑，其成份與冶煉鋼種成份的中限相同。(見表1-1-3)1.1.6反應(yīng)熱效應(yīng)雖然爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)，實(shí)際上是在爐料溫度和爐內(nèi)上部氣相溫度之間的任一溫度發(fā)生的，但反應(yīng)熱效應(yīng)通常仍采用25作為參考溫度，值得指出的是，反應(yīng)熱還與組分在鐵水中存在形態(tài)有關(guān)，至今對參與化學(xué)反應(yīng)有關(guān)的實(shí)際組成物還有不同的看法。但是，比較常用的反應(yīng)熱數(shù)據(jù)見表1-1-5。 表1-1-5反 應(yīng)放 出 熱（千卡）每公斤分 子每公斤元素或化合物千 卡元素或化合物C (Fe3C)+ O2=COC (Fe3C)+O2=CO2Si (Fe3Si)+O2=SiO22P (Fe3P

6、)+ O2=P2O5Mn+O2=MnO0.95Fe+O2=Fe0.95OFe+O2=FeO2Fe+O2=Fe2O33Fe+2O2=Fe3O42CaO+SiO2=2CaO·SiO24CaO+P2O5=4CaO·P2O5FeO+SiO2=FeO·SiO2MnO+SiO2=MnO·SiO231397.099063.5190015.2280133.592007.463727.364430.0196910.0267243.429780.2165013.24500.45889.42616.98250.76767.24522.61677.91200.11150.517

7、58.11594.6495.01162.180.6107.2CCSiPMnFeFeFeFeSiO2P2O5FeOMnO 通常近似認(rèn)為是Fe+O2=FeO1.1.7 其它數(shù)據(jù)的選取 （根據(jù)國內(nèi)同類轉(zhuǎn)爐的實(shí)測數(shù)據(jù)選?。?渣中鐵珠量為渣量的5%8%，本設(shè)計(jì)取8%。2金屬中碳的氧化假定為：80%90%的碳氧化成CO，20%10%的碳氧化成CO2。3噴濺鐵損為鐵水量的0.7%1.0%，本設(shè)計(jì)取1.0%。4取爐氣平均溫度1450，爐氣中自由氧含量為0.5%，煙塵量鐵珠量的1.6%，其中FeO=77%，F(xiàn)e2O3=20%。5氧氣成分為98.5%O2，1.5%N2。6爐襯侵蝕量為鐵水量的0.5%。1.2物料平

8、衡計(jì)算根據(jù)鐵水成份，渣料質(zhì)量以及冶煉鋼種，采用單渣不留渣操作，通常首先以100公斤鐵水為計(jì)算基礎(chǔ)，然后再折算成100公斤金屬料。1.2.1爐渣量及其成份的計(jì)算爐渣來自金屬中元素的氧化產(chǎn)物，渣料以及爐襯侵蝕等。1鐵水中各元素氧化量(見表2-2-1) 表1-2-1 成份重量項(xiàng) 目 （公斤）CSiMnPS鐵 水終點(diǎn)鋼水氧 化 量4.2500.1504.1000.850痕跡0.8500.5800.1740.4060.1500.0150.1350.0370.0220.015終點(diǎn)鋼水成份是根據(jù)同類轉(zhuǎn)爐冶煉鋼種的實(shí)際數(shù)據(jù)選取，其中：C：應(yīng)根據(jù)冶煉鋼種含碳量的中限和預(yù)估計(jì)的脫氧劑的增碳量（0.20.3）之差來

9、確定終點(diǎn)鋼水含碳量，取0.150%。Si：在堿性轉(zhuǎn)爐煉鋼法中，鐵水中的硅幾乎全部被氧化，隨同加入的其它材料帶入的SiO2一起進(jìn)入爐渣中，故終點(diǎn)鋼水硅的含量為痕跡。Mn：終點(diǎn)鋼水殘錳量，一般為鐵水中錳含量的30%40%，取30%。P：采用低磷鐵水操作，鐵水中磷約8595%進(jìn)入爐渣，在此取鐵水中磷的90%進(jìn)入爐渣，10%留在鋼中。同時要考慮鋼包中回磷的因素。S：氧氣轉(zhuǎn)爐內(nèi)去硫率不高，一般在3050%的范圍，取40%。2各元素氧化量、耗氧量及其氧化產(chǎn)物量見表1-2-2。表1-2-2元 素反應(yīng)及其產(chǎn)物元素氧化量（公斤）耗氧量（公斤）氧化產(chǎn)物量（公斤）備 注CCSiMnPSSFeFeC+ O2=COC+

10、O2=CO2Si+O2=(SiO2)Mn+ O2=(MnO)2P+ O2=(P2O5)S+O2=SO2S+(CaO)=(CaS)+OFe+O2=(FeO)2Fe+O2=(Fe2O3)4.100×90%=3.6904.100×10%=0.4100.8500.4060.1350.015×= 0.0050.015-0.005=0.011.0560.4753.690×=4.9200.410×=1.0930.850×=0.9710.406×=0.1180.135×=0.1740.005×=0.0050.010

11、15;(-)=-0.0051.056×= 0.3020.575×= 0.2043.690×=8.6100.410×=1.5030.850×= 1.8210.406×= 0.5240.135×= 0.3090.005×= 0.0100.010×= 0.0231.3580.679假定氣化硫率占總?cè)チ蚵实摹?0.005表示還原出的氧量，消耗CaO量為0.010×=0.018見表2-2-8見表2-2-8 指生成的CaS量3造渣劑成分及數(shù)量50噸氧氣轉(zhuǎn)爐加入造渣劑數(shù)量，是根據(jù)國內(nèi)同類轉(zhuǎn)爐有關(guān)數(shù)據(jù)選取：1)

12、礦石加入量及成分礦石加入量為1.00公斤100公斤鐵水，其成分及重量見表1-2-3表1-2-3成 分重 量 (公斤)Fe2O3FeOSiO2Al2O3CaOMgOSH2O1.00 × 61.80% 0.6181.00 × 29.40% 0.2941.00 × 5.61% 0.0561.00 × 1.10% 0.0111.00 × 1.00% 0.0101.00 × 0.52% 0.0051.00 × 0.07% 0.0011.00 × 0.50% 0.005共 計(jì) 1.00S以S(CaO)(CaO)O的形式反應(yīng)，其

13、中生成CaS量為0.001×0.002公斤，消耗CaO量為0.001×0.002公斤，生成微量氧為0.001×0.001公斤。2)螢石加入量及成分螢石加入量為0.50公斤100公斤鐵水，其成分及重量見表2-2-4表1-2-4成分重量(公斤)CaF2SiO2Al2O3MgOPSH2O 0.50×89.00%0.4450.50×6.00%0.0300.50×1.78%0.0090.50×0.58%0.0030.50×0.55%0.003 0.50×0.09%0.00040.50×2.00%0.010

14、共計(jì) 0.500P以2P+O2=（P2O5）的形式進(jìn)行反應(yīng)，其中生成P2O5量為0.003×=0.007公斤，消耗氧量為0.003×=0.004公斤。S微量，忽略之。3）爐襯侵蝕量為0.50公斤/100公斤鐵水，其成分及重量見表1-2-5表1-2-5成分重量(公斤)CaOMgOSiO2Al2O3C0.50×54.00%0.2700.50×37.95%0.1900.50×2.05%0.0100.50×1.00%0.0050.50×5.00%0.025共計(jì) 0.500被浸蝕的爐襯中碳的氧化，同金屬中碳的氧化成CO，CO2的比例相

15、同，即：C CO 0.025×90%×= 0.053公斤C CO2 0.025×10%×= 0.009公斤其消耗氧氣量為：0.053×=0.030公斤 0.009×=0.007公斤共消耗氧氣量為 0.03+0.007=0.037公斤4）生白云石加入量及成份為了提高轉(zhuǎn)爐爐襯壽命，在加入石灰造渣的同時，添加一部分白云作造渣劑，其目的是提高爐渣中MgO的含量。初期渣中（MgO）含量增高，使?fàn)t渣的熔點(diǎn)和粘度明顯降低，減緩或阻礙石灰顆粒表面的硅酸二鈣層（2CaO·SiO2）的形成，從而加速石灰的熔解。同時，能減少初期渣中的（FeO）含

16、量或者中和一部分氧化鐵，因此降低了爐渣的有效氧化能力。這樣就使得焦油白云石爐襯中碳的氧化作用減慢，有利于提高爐襯浸蝕能力。另外，提高爐渣中的（MgO）含量，降低了爐渣對爐襯的浸蝕能力，在吹煉后期隨著爐渣堿度的提高，其粘度相應(yīng)提高，使得爐壁容易掛渣，從而保護(hù)避免受浸蝕，也有利于提高爐襯壽命。生產(chǎn)實(shí)踐表明，渣中（MgO）含量為68%時，其效果較好。為此，必須保證渣中（MgO）含量在68%之間來計(jì)算白云石加入量。經(jīng)試算后取生白云石加入量為2.0 3.0 / 100公斤鐵水，本設(shè)計(jì)取3.0，其成份及重量見表1-2-6 表1-2-6成分重量(公斤)CaOMgOSiO2Al2O3燒堿3.00×3

17、0.84%0.9253.00×20.16%0.6053.00×0.46%0.0143.00×0.74%0.0223.00×47.80%1.434共計(jì) 3.000燒減是指生白云石（MgCO3·CaCO3）分解后而生產(chǎn)的CO2氣體。5）爐渣堿度和石灰加入量取終渣堿度 R=2.84.0 取3.5首先計(jì)算由上述造渣劑以及鐵水中各元素氧化產(chǎn)物而進(jìn)入爐渣中的SiO2和CaO 的重量，然后再計(jì)算石灰加入量。渣中已存在的(SiO2)量=鐵水中Si氧化生成的SiO2量+爐襯帶入的SiO2量+礦石帶入的SiO2量+螢石帶入的SiO2量+白云石帶入的SiO2量=1.

18、821+0.010+0.056+0.030+0.014=1.931公斤。渣中已存在的(CaO)量=白云石帶入的CaO量+爐襯帶入的CaO量+礦石帶入的CaO量-鐵水中S成渣消耗的CaO量-礦石中S成渣消耗的CaO量=0.925+0.27+0.010-0.018-0.002=1.185公斤。石灰加入量= = = = 6.537公斤加入石灰所代入的各成份及重量見表1-2-7。表1-2-7成分重量(公斤)CaOMgOSiO2Al2O3S燒堿6.537×91.08%5.9546.537×1.54%0.1016.537×1.66%0.1086.537×1.22%0

19、.0806.537×0.06%0.0046.537×4.44%0.290共計(jì) 6.537S以S+（CaO）=（CaS）+O的形式反應(yīng)，其中生成（CaS）量為0.004×=0.009，生成氧量為0.004×=0.002公斤；消耗（CaO）量為0.004×=0.007公斤。燒減是指未燒透的CaCO3經(jīng)受熱分解所產(chǎn)生的CO2氣體量。6）終點(diǎn)氧化鐵的確定終渣中氧化鐵的含量與鋼水的終點(diǎn)含碳量和終渣的堿度有關(guān)，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)，終點(diǎn)鋼水含碳量為0.15%和終渣堿度為3.5時，終渣中（Fe2O3）= 5% 和（FeO）= 10%。7）終渣量及其成份表1-2-

20、8中不計(jì)（FeO）和（Fe2O3）在內(nèi)的爐渣重量為：(CaO+MgO+SiO2+P2O5+MnO+Al2O3+CaF2+CaS)= 7.152+0.904+2.039+0.316+0.524+0.127+0.445+0.034=11.541公斤已知渣中氧化鐵量為15%，則渣中其它成份之和為100%15%=85%故爐渣總重量為=13.578公斤 由此可知：（FeO）的重量=13.578×10%=1.358公斤，其中鐵重=1.358×=1.056公斤（Fe2O3）的重量=13.578×5%=0.679公斤，其中鐵重量=0.679×=0.474公斤將（FeO）

21、和（Fe2O3）的值分別填入表2-3-2中。終渣量及其成份見表1-2-8。表1-2-8成份氧化產(chǎn)物量(公斤)石灰(公斤)礦石(公斤)輕燒白云石(公斤)爐襯(公斤)螢石(公斤)合計(jì)(公斤)%CaOMgOSiO2P2O5MnOAl2O3CaF2CaSFeOFe2O31.8210.3090.5240.0231.3580.6795.9470.1010.1080.0800.0090.0100.0050.0560.0110.0020.9250.6050.0140.0220.2700.1900.0100.0050.0030.0300.0070.0090.4457.1520.9042.0390.3160.52

22、40.1270.4450.0341.3580.67952.676.6615.022.333.860.933.280.2510.005.00總計(jì)4.7146.2450.0841.5660.4750.49413.578100.005.947=石灰中CaO含量石灰中S自耗CaO重量=5.9540.007=5.947和是元素鐵被氧化成氧化亞鐵和三氧化二鐵的重量。1.2.2礦石、煙塵中的鐵及重量假定礦石中（FeO）全部被還原成鐵，則：礦石帶入鐵量=1.00× (29.40%×+ 61.80% ×)=0.661公斤 煙塵帶走鐵量=1.60× (77%×+

23、20%×)=1.182公斤礦石代入的氧量=1.00× (29.40% ×+ 61.8%×)=0.251公斤煙塵消耗氧量=1.60× (77%×+20%×)=0.370公斤 1.2.3爐氣成份及重量 表1-2-9成份重量(公斤)體積，米3%（體積）COCO2SO2O2N2H2O8.6633.2360.0100.0630.1080.0158.663×=6.9303.236×=1.6470.010×=0.004 0.0440.0860.015×=0.01979.3818.870.040.50

24、0.990.22共計(jì)12.0958.730100.00表1-2-9中各項(xiàng)的計(jì)算如下；CO的重量=鐵水中的C被氧化成CO的重量+爐襯中的C被氧化成CO的重量=8.610+0.053=8.663公斤CO2的重量=鐵水中的C被氧化成CO2的重量+爐襯中的C被氧化成CO2的重量+白云石燒減的重量+石灰燒減的=1.503+0.009+1.434+0.290=3.236公斤SO2的重量 = 鐵水中的S氣化而產(chǎn)生的氧化物重量=0.010公斤H2O汽的重量=礦石代入的水分全部汽化的重量+螢石代入的水分全部汽化的重量=0.005+0.010=0.015公斤和分別是自由氧和氮?dú)獾闹亓亢腕w積，它是由表1-2-9中爐

25、氣的其它成份反算出來的，即已知氧氣成份為98.5%O2，1.5%N2和爐氣中自由氧體積比為0.50%，求自由氧和氮?dú)獾捏w積和重量，其求法如下：設(shè)爐氣總體積為X米3，則X=元素氧化生成的氣體體積和水蒸汽的體積+自由氧體積+氮?dú)怏w積，即：X=6.930+1.647+0.004+0.019+0.50%X+×(1-98.5%)=8.600+0.50%X+(0.085+0.008%X)整理得：X=8.730米3故爐氣中自由氧體積=8.730×0.50%=0.044米3 自由氧重量=0.044×=0.063公斤 爐氣中氮?dú)怏w積=0.085+0.008% ×8.730

26、=0.086米3爐氣中氮?dú)庵亓?0.086×=0.108公斤括號內(nèi)的數(shù)據(jù)參看下面氧氣消耗項(xiàng)目。1.2.4氧氣消耗量計(jì)算消耗和代入氧氣的項(xiàng)目為：為元素氧化耗氧重量 7.782公斤煙塵中鐵氧化耗氧重量 0.370公斤爐襯中碳氧化耗氧重量 0.037公斤螢石中磷氧化耗氧重量 0.004公斤爐氣中自由氧重量 0.063公斤爐氣中氮?dú)庵亓?0.108公斤礦石分解代入及其中硫把氧化鈣還原出的氧的重量為：1.0×(61.80%××+2.04%×)+0.001=0.252公斤石灰中硫把氧化鈣還原出的氧重量0.002公斤故氧氣實(shí)際消耗重量為：7.782+0.37

27、0+0.037+0.004+0.063+0.108-0.252-0.002 = 8.110公斤 換算成體積=8.110×=5.68標(biāo)米3/100公斤鐵水或56.8標(biāo)米3/噸鐵水.噸鋼耗氧量，即供氧強(qiáng)度在55-65m3/t則計(jì)算合理。1.2.5鋼水量計(jì)算吹損包括下列組成項(xiàng)目：化學(xué)損失（元素氧化）量 7.037公斤煙塵中鐵損失量 1.182公斤渣中鐵珠損失量 13.578×8%=1.086公斤噴濺鐵損失量 1.000公斤但是，礦石 代入鐵量 0.661公斤故鋼水重量為 100-(7.037+1.182+1.086+1.000)+0.661= 90.356公斤 即鋼水收得率為 9

28、0.36%1.2.6物料平衡表（以100公斤鐵水為基礎(chǔ)）表1-2-10收 入 項(xiàng)支 出 項(xiàng)項(xiàng) 目重量（公斤）%項(xiàng) 目重量（公斤）%鐵 水石 灰礦 石螢 石白云石爐 襯氧 氣100.000 6.537 1.000 0.500 3.000 0.500 8.11083.585.460.340.422.510.426.77鋼 水爐 渣爐 氣煙 塵鐵 珠噴 濺90.35613.57812.095 1.600 1.086 1.00075.4811.3410.101.340.910.88總 計(jì)119.647100.00總 計(jì)119.715100.00計(jì)算誤差=×100% =×100% =

29、-0.06% ±0.5% 則合格1.3 熱平衡計(jì)算1.3.1熱收入項(xiàng)1鐵水物理熱 (為了簡化計(jì)算，取冷料入爐溫度均為25.)鐵水熔點(diǎn):=1536-(4.25×100+0.86×8+0.58×5+0.18×30+0.037×25)-7=1089 式中100、8、5、30、25分別為C、Si、Mn、P、S元素增加1%含量降低鐵水熔點(diǎn)值；7為氣體O2、H2、N共降低鐵水熔點(diǎn)值；1536為純鐵熔點(diǎn)，取鐵水溫度為1250，則：鐵水物理熱=100×0.178×(1089-25)+52+0.20×1250-1089=2

30、7360千卡2鐵水中各元素氧化放熱及成渣熱C CO 3.690×2616.9 = 9656.4千卡 C CO2 0.410×8250.7 = 3882.8千卡Si SiO2 0.850×6767.2 = 5752.1千卡Mn MnO 0.406×1677.9 = 681.2千卡Fe FeO 1.056×1150.5 = 1214.9千卡Fe Fe2O3 0.475×1758.1 = 885.1千卡P P2O5 0.135×4522.6 = 610.6千卡P2O5 4CaO·P2O5 0.316×1162.

31、1 = 367.2千卡SiO2 2CaO·SiO2 2.039×495.0 = 1009.3千卡共 計(jì) 23509.6千卡3.煙塵氧化放熱1.6×(77%××1150.5+20%××1758.1) = 1496.2千卡則熱收入總量為：27360+26509.6+1496.2 = 52365.8千卡注：對于爐襯中的C和螢石中的P，其氧化放熱甚少，故忽略之。1.3.2熱支出項(xiàng)1鋼水物理熱鋼水熔點(diǎn):=1536-(0.150×65+0.174×5+0.015×30+0.022×25)-7=15

32、17 式中65、5、30、25分別為鋼中元素C、Mn、P、S增加1% 時鋼水熔點(diǎn)的降低值。確定出鋼溫度：（1）鋼水過熱度，鎮(zhèn)靜鋼一般在7090，取70（2）鎮(zhèn)靜溫度降，按13/分鐘計(jì)，鎮(zhèn)靜時間為79分，故其溫度降為21（3）出鋼溫度降，一般在4050, 取50.故出鋼溫度=鋼水熔點(diǎn)+過熱度+鎮(zhèn)靜溫度降+出鋼溫度降=1517+70+21+50=1658則鋼水物理熱=90.356×0.107×(1517-25)+65+0.20×(1658-1517) =30934.6千卡2爐渣物理熱取終點(diǎn)爐渣溫度與鋼水溫度相同，即1658故爐渣物理熱=13.578×0.29

33、8×(1658-25)+50=7286.4千卡3礦石分解吸熱: 1×(29.40%××1150.5+61.8%××758.1)=1023.6千卡4煙塵物理熱: 1.6×0.233×(1450-25)+50 = 622.6千卡5爐氣物理熱: (6.930×0.349+1.647) ×1450 = 4921.36渣中鐵珠物理熱:1.086×0.167×(1517-25)+65+0.20×(1658-1517) = 371.87噴濺金屬物理熱:1×0.167&#

34、215;(1517-25)+65+0.20×(1658-1517) = 342.4千卡8白云石分解吸熱:取生白云石中的CaCO3在1183K分解，MgCO3在750K分解，經(jīng)過計(jì)算，生白云石的分解熱效應(yīng)為生340千卡/公斤生白云石，故3公斤生白云石分解吸熱為3×340=1020千卡上述各項(xiàng)熱支出量為:30934.6+7286.4+1023.6+622.6+4921.3+371.8+342.4+1020=46522.7千卡9剩余熱量:吹煉過程轉(zhuǎn)爐熱輻射、對流、傳導(dǎo)、傳熱以及冷卻等帶走的熱量，與爐容量小，操作等因素有關(guān)，一般為總收入熱量的38%，本計(jì)算取5%，故熱損失為5236

35、5.8×5%=2618.3千卡則剩余熱量為52365.8-46522.7-2618.3=3224.8千卡10廢鋼加入量:1公斤廢鋼吸收熱量為:1×0.167×(1517-25)+65+0.2×1658-1517 = 342.4千卡則可加入的廢鋼量為：=9.42公斤 即廢鋼比為: ×100% = 8.61%11.熱平衡表 表1-3-1收 入 項(xiàng)支 出 項(xiàng)項(xiàng) 目熱 量（千卡）%項(xiàng) 目熱 量（千卡）%鐵水物理熱27360.052.25鋼水物理熱30934.659.08元素氧化放熱和成渣熱23509.644.89爐渣物理熱7286.413.91其中C1

36、3039.224.90礦石分解熱1023.61.96Si5752.110.90煙塵物理熱622.61.19Mn681.21.30爐氣物理熱4921.89.4P610.61.17鐵珠物理熱371.80.71Fe2050.23.91噴濺物理熱34240.65P2O5367.20.70白云石分解熱10201.95SiO21009.31.93其它熱損失2618.85.00煙塵氧化熱1496.22.86廢鋼物理熱3224.86.16共計(jì)52365.8100.00共計(jì)52365.8100.00熱效率=×100%=×100% =0.043<0.50% 則合格。1.4 加入廢鋼和脫氧

37、劑后的物料平衡1.4.1 加入廢鋼后的物料平衡1廢鋼中各元素應(yīng)被氧化量，見表2-4-1。表1-4-1成 份 %數(shù) 值CSiMnPS廢鋼成份取同一冶煉鋼種中限終點(diǎn)鋼水廢鋼中各元素應(yīng)被氧化量0.180.150.0030.20痕跡0.200.5200.1740.3460.0220.0150.0070.0250.0220.00529.42公斤廢鋼各元素氧化量，進(jìn)入鋼中的量，耗氧量及氧化產(chǎn)物量見表1-4-2。把表1-4-3內(nèi)的金屬料（鐵水+廢鋼）換算以100公斤金屬料為基礎(chǔ)，得到重新整理加入廢鋼后的物料平衡。3加入廢鋼后物料平衡，見表1-4-4。計(jì)算誤差=×100% = -0.05%表1-4-

38、2項(xiàng)目反應(yīng)廢鋼中各元素 氧化量（公斤）廢鋼進(jìn)入鋼中量（公斤）耗氧量（公斤）氧化產(chǎn)物量（公斤）備注C CO9.42×0.03%×90%=0.0030.003×=0.0040.003×=0.007生成物CO,CO2均進(jìn)入爐氣中，其和為0.007+0.001=0.008生成物SiO2、MnO、P2O5、CaS均進(jìn)入爐渣中，其和為0.041+0.043+0.002+0.0005=0.087SO2量極微，忽略之C CO29.42×0.03%×10%=0.00030.0003×=0.0010.0008×=0.001Si SiO

39、29.42×0.20%=0.0190.019×=0.0220.019×=0.041Mn MnO9.42×0.346%=0.0330.033×=0.0100.033×=0.043P P2O59.42×0.007%=0.0010.001×=0.0010.001×=0.002S SO29.42×0.003%×=0.00010.0001×=0.00010.0001×=0.0002S CaS9.42×0.003%×=0.00020.0002×-

40、=-0.00010.0002×=0.0005共計(jì)0.0579.42-0.057=9.3630.038廢鋼中C同鐵水中C氧化成CO、CO2的比例相同把表1-2-10和表1-4-2有關(guān)項(xiàng)目合并整理為表1-4-3表1-4-3收 入 項(xiàng)支 出 項(xiàng)項(xiàng) 目重量（公斤）項(xiàng) 目重量（公斤）90.356+9.363=99.71913.578+0.087=13.66512.095+0.008=12.103 1.600 1.086 1.000鐵 水廢 鋼石 灰礦 石螢 石白云石爐 襯氧 氣100.0009.420 6.537 1.000 0.500 3.000 0.5008.110+0.038=8.148

41、鋼 水爐 渣爐 氣煙 塵鐵 珠噴 濺總 計(jì)129.105總 計(jì)129.173表1-4-4 收 入 項(xiàng)支 出 項(xiàng)項(xiàng) 目重量（公斤）%項(xiàng) 目重量（公斤）%鐵 水廢 鋼石 灰礦 石螢 石白云石爐 襯氧 氣91.391 8.609 5.974 0.914 0.457 2.742 0.4577.44777.46 7.30 5.06 0.77 0.39 2.32 0.39 6.31鋼 水爐 渣爐 氣煙 塵鐵 珠噴 濺91.13412.48911.061 1.462 0.993 0.91477.2010.539.37 1.24 0.84 0.77總 計(jì)117.991100.00總 計(jì)118.053100.0

42、01.4.2脫氧后的物料平衡1冶煉BD3鋼選用錳鐵和硅鐵脫氧，其成份如表4-2-5表1-4-5成份%合金CSiMnPSFe備注錳鐵7.52.575.00.380.0314.59牌號n3硅鐵/70.00.70.050.0429.21S1752.計(jì)算錳鐵、硅鐵加入量根據(jù)國內(nèi)同類轉(zhuǎn)爐冶煉BD3鋼種的有關(guān)數(shù)據(jù)選取：錳鐵：Mn的收得率為75%，Si的收得率為70%,C的收得率為90%，其中10%的C被氧化成CO2.硅鐵：Mn的收得率為80%，Si收得率為75%.兩種脫氧劑含有的P、S、Fe均全部進(jìn)入鋼中。故錳鐵加入量=×91.134=0.561公斤硅鐵加入量=×(91.134+0.4

43、48)公斤= 0.331公斤0.01是錳鐵中硅進(jìn)入鋼中所占的重量百分?jǐn)?shù)。0.448是錳鐵中各元素進(jìn)入鋼中的總重量。以上兩者均見表4-2-6。3脫氧劑中各元素的計(jì)算和的數(shù)據(jù)見表4-2-8。0.113公斤為脫氧劑總脫氧量。終點(diǎn)鋼水含氧量，是根據(jù)終點(diǎn)鋼水含C=0.15%，查C-O平衡曲線，得終點(diǎn)鋼水含O=0.017%，其重量為0.017%×91.134 = 0.015公斤 。此含氧量遠(yuǎn)不能滿足脫氧劑的耗氧量，其差值是由于出鋼時鋼水二次氧化所獲得的氧。4脫氧后的鋼水成份把表1-2-1和表1-4-6中有關(guān)元素進(jìn)入鋼中的項(xiàng)目合并起來，故得脫氧后的鋼水成份（見表1-4-7）表1-4-6合金成 份元

44、素?zé)龘p量（公斤）耗氧量（公斤）產(chǎn) 物元素進(jìn)入鋼中成渣量成爐氣量重量（公斤）重量百分?jǐn)?shù)%硅鐵總計(jì)Si SiO20.331×70%×(1-75%)=0.0580.058×=0.0660.058×=0.1240.331×70%×75%=0.174×100%=0.19%Mn MnO0.331×0.7×(1-80%)=0.00050.005×=0.00010.0005×=0.00060.331×0.7%×80%=0.002×100%=0.002%P0.331

45、5;0.05%=0.0002微量不計(jì)S0.331×0.04%=0.0001微量不計(jì)Fe0.331×9.21%=0.097合計(jì)0.05850.06610.12460.27330.1720.1130.2700.0150.721合金成 份元素?zé)龘p量（公斤）耗氧量（公斤）產(chǎn) 物元素進(jìn)入鋼中成渣量成爐氣量重量（公斤）重量百分?jǐn)?shù)%錳鐵C CO20.561×7.5%×(1-90%)=0.0040.004×=0.0110.004×=0.0150.561×7.5%×90%=0.038×100%=0.040%Si SiO20

46、.561×2.5%×(1-70%)=0.0040.004×=0.0050.004×=0.0090.561×2.5%×70%=0.010×100%=0.01%Mn MnO0.561×75%×(1-75%)=0.1050.105×=0.0310.105×=0.1360.561×75%×75%=0.316×100%=0.35%P0.561×0.38%=0.002×100%=0.002%S0.561×0.03%=0.0微量不計(jì)Fe0.

47、561×14.59=0.082合計(jì)0.1130.0470.1450.0150.448表1-4-7成份CSiMnPS%0.190.15+0.040.200.01+0.190.530.174+0.35+0.0020.0170.015+0.0020.0225脫氧后的物料平衡見下表 表1-4-8收 入 項(xiàng)支 出 項(xiàng)項(xiàng) 目重量（公斤）%項(xiàng) 目重量（公斤）%鐵 水廢 鋼石 灰礦 石螢 石白云石爐 襯錳 鐵硅 鐵91.3918.6095.9740.9140.4572.7420.4570.5610.33176.887.245.030.770.382.310.380.470.28鋼 水爐 渣爐 氣煙

48、塵鐵 珠噴 濺91.85591.134+0.448=91.58291.582+0.273=91.85512.759(12.489+0.270)11.076(11.061+0.015)1.4620.9930.91477.1510.729.30 1.23 0.83 0.77總 計(jì)118.883100.00總 計(jì)119.059100.00計(jì)算誤差=×100% = -0.15% 0.5% 則合格。表第二章 連鑄機(jī)的總體設(shè)計(jì)及有關(guān)參數(shù)的確定一、 連鑄機(jī)的總體設(shè)計(jì)（一） 設(shè)計(jì)原則從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，建立“總體設(shè)計(jì)”的感念。穩(wěn)定性原則保持連鑄過程的穩(wěn)定性，應(yīng)該成為連鑄設(shè)計(jì)的優(yōu)先考慮原則。前后匹配

49、銜接的原則連鑄和煉鋼爐必須匹配，與熱軋機(jī)必須銜接。凝固傳熱是連鑄的工藝?yán)碚摶A(chǔ)，而鋼坯力學(xué)則是連鑄機(jī)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，應(yīng)建立和完善連鑄機(jī)工程設(shè)計(jì)的技術(shù)理論基礎(chǔ)和體系。板坯連鑄機(jī)設(shè)計(jì)的核心技術(shù)鑄流設(shè)計(jì)和輥列設(shè)計(jì)。三性原則可靠性，維修性和經(jīng)濟(jì)性是連鑄機(jī)設(shè)計(jì)的基本思想，設(shè)備的通用性互換性及標(biāo)準(zhǔn)化始終是設(shè)備設(shè)計(jì)和圖形要遵循的基本原則。（二） 鑄機(jī)機(jī)型方案的選擇1. 鑄機(jī)的類型：立式鑄機(jī)、立彎式鑄機(jī)、弧形鑄機(jī)、橢圓形鑄機(jī)、水平式鑄機(jī)。2. 鑄機(jī)特點(diǎn)：A. 立式鑄機(jī)優(yōu)點(diǎn)：（1）占地面積小； （2）夾雜物容易上?。?（3）無彎曲，內(nèi)部裂紋小； （4）鑄坯冷卻均勻；（5）結(jié)構(gòu)簡單；缺點(diǎn)：（1）鋼水靜壓力大，鑄坯

50、易產(chǎn)生鼓肚；（2）基建費(fèi)用高； （3）不適于高拉速，生產(chǎn)率低； （4）鑄坯定尺有限； （5）切割很難，只能生產(chǎn)小方坯；B.立彎式鑄機(jī)優(yōu)點(diǎn)：（1）夾雜物容易上??； （2）機(jī)身高度降低，節(jié)省投資； （3）水平方向出坯，加長機(jī)身容易； （4）可以實(shí)現(xiàn)高拉速；缺點(diǎn)：（1）鑄坯一次彎曲，一次矯直內(nèi)部裂紋增多； （2）不適和大斷面鑄坯；C.弧形鑄機(jī)優(yōu)點(diǎn)：（1）高度低； （2）鋼水靜壓力小，鼓肚小； （3）加長機(jī)身容易，提高拉速；缺點(diǎn)：（1）夾雜物聚集，在內(nèi)弧側(cè)； （2）鑄坯冷卻不均勻； （3）設(shè)備復(fù)雜；D.橢圓形鑄機(jī)優(yōu)點(diǎn)：（1）高度低； （2）鋼水靜壓力小，維修方便； （3）投資可比弧形連鑄機(jī)約低20%30%；缺點(diǎn)：（1）夾雜物不易上??； （2）設(shè)備安裝、對中不方便；E.水平式鑄機(jī)優(yōu)點(diǎn)：（1）設(shè)備高度最低，投資省，建設(shè)首速度快，適合中、小電爐鋼廠技術(shù)改造； （2）鋼水無二次養(yǎng)活純凈度高，中間包與結(jié)晶器密不可分