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w（SiO2）／％

1.66

5.61

6.00

0.46

2.05

w（MgO）／％

1.54

0.52

0.58

20.16

37.75

w（Al2O3）／％

1.22

1.10

0.78

0.74

w（S）／％

0.06

0.07

0.09

w（P）／％

0.55

w（CaF2）／％

90.00

w（FeO）／％

29.40

w（Fe2O3）／％

61.80

烧减／％

4.44

47.80

w（H2O）／％

0.50

2.00

w（C）／％

5.00

100.00

3）冶炼钢种及成分

表1－3冶炼钢种（Q235）成分

含量／%

≤0.17

≤0.30

0.35～0.80

≦0.035

4）平均比热容

表1－4原料平均比热容

项目

固态平均比热

KJ/（kg•℃）

熔化潜热

KJ/kg

液态或气态平均比热容

生铁

0.745

218

0.837

钢

0.699

272

炉渣

209

1.248

炉气

1.137

烟尘

0.996

1.046

5）冷却剂

用废钢做冷却剂，其它成分与冶炼钢种成分的中限皆同。

6）反应热效应（25℃）

表1－5铁水中元素氧化放热

反应

元素氧化放热

KJ/Kmol

KJ/kg元素

元素

C+O2=CO

131365.0

10949.1

C

C+O2=CO2

414481.7

34521.0

Si+O2＝SiO2

795023.6

28314.0

Si

2P+O2=P2O5

1172078.6

18922.6

P

Mn+O2＝MnO

384959.0

7020.3

Mn

Fe+O2＝FeO

266635.0

5021.2

Fe

2Fe+O2＝Fe2O3

822156.0

7340.7

2CaO+SiO2=2CaO•SiO2

124600.4

2071.1

SiO2

4CaO+P2O5=4CaO•P2O5

690414.9

5020.8

P2O5

注：

数据来源：

《氧气转炉炼钢原理》（美），密执安大学，冶金工业出版社，1974年，75页。

7）根据国内同类转炉的实测数据选取

（1）渣中铁珠量为渣量的8％；

（2）金属中碳的氧化，其中90％的碳氧化成CO，10％的碳氧化成CO2；

（3）喷溅铁损为铁水量的1％；

（4）炉气和烟尘量，取炉气平均温度1450℃。

炉气中自由氧含量为0.5％。

烟尘量为铁水量的1.6％，其中FeO=77%,Fe2O3=20%;

（5）炉衬侵蚀量为铁水量的0.5％；

（6）氧气成分，98.5％O2、1.5％N2。

1.2物料平衡计算

根据铁水成分、原材料质量以及冶炼钢种，采用单渣不留渣操作。

为了简化计算，以100kg钢铁料为基础进行计算，取废钢比9.45%。

1）炉渣量及成分计算

炉渣来自金属中元素的氧化产物、造渣剂及炉衬侵蚀等。

（1）铁水中各元素氧化量

表1－6铁水中各元素氧化量

项

目

M（C）

M（Si）

M（Mn）

M（P）

M（S）

铁水

废钢

0.180

0.20

0.520

0.022

0.025

终点钢水

痕迹

0.170

0.015

氧化量

3.715

0.789

0.404

0.123

0.011

终点钢水据国内同类转炉冶炼Q235钢种的实际数据选取，其中：

[Si]：

在碱性氧气转炉炼钢法中，铁水中的硅几乎全部被氧化，随同加入的其它材料而带入的SiO2起进入炉渣中，所以终点钢水硅的含量为痕迹。

[P]：

采用低磷铁水操作，炉料中磷约85～95%进入炉渣，本计算采用低磷铁水操作，取铁水中磷的90%进入炉渣，10%留在钢中，则终点钢水含P质量为0.150×

10%=0.015kg。

[Mn]：

终点钢水余锰含量，一般为铁水中锰的含量30～40％，取30％,则终点钢水含Mn质量为0.580×

30%=0.170kg。

[S]：

去硫率，一般为30～50％的范围，取40％，则终点钢水含S质量为0.037×

60%=0.25kg。

[C]：

终点钢水含碳量，根据冶炼钢种的含碳量和预估计脱氧剂等增碳量之差，则为终点含碳量。

本计算取0.15%。

铁水中各元素氧化量计算过程如下：

（a）:

成分％C

铁水4.25×

90.55％＝3.848

废钢0.180×

9.45％＝0.017

终点钢水0.150

氧化量3.848＋0.017－0.150=3.715

（b）:

成分％Si

铁水0.850×

90.55％＝0.770

废钢0.20×

9.45％＝0.019

终点钢水痕迹

氧化量0.770＋0.019－0=0.789

（c）:

成分％Mn

铁水0.580×

90.55％＝0.525

废钢0.520×

9.45％＝0.049

终点钢水0.170

氧化量0.525＋0.049－0.170=0.404

（d）:

成分％P

铁水0.150×

90.55％＝0.136

废钢0.022×

9.45％＝0.002

终点钢水0.015

氧化量0.136＋0.002－0.015=0.123

（e）:

成分％S

铁水0.037×

90.55％＝0.034

废钢0.025×

终点钢水0.025

氧化量0.034＋0.002－0.025=0.011

（2）各元素氧化量、耗氧量及其氧化产物量，见表1-7。

47

铁水中各元素氧化产物量1-7

反应极其产物

元素氧化量kg

耗氧量kg

氧化产物量kg

备注

[C]+{O2}={CO}

3.71590%=3.344

3.344=4.459

3.344=7.803

[C]+{O2}={CO2}

3.71510%=0.372

0.372=0.992

0.372=1.364

[Si]+{O2}=（SiO2）

0.789=0.902

0.789=1.691

[Mn]+{O2}=（MnO）

0.404=0.118

0.404=0.522

2[P]+{O2}=（P2O5）

0.123=0.159

0.123=0.282

S

[S]+{O2}={SO2}

0.011=0.004

0.004=0.004

0.004=0.008

[S]+（CaO）=（CaS）+[O]

0.011-0.004=0.007

0.078（-）=-0.004

0.007=0.016

-0.004表示还原出氧量消耗CaO量0.007×

=0.012

[Fe]+{O2}=（FeO）

1.055

1.055=0.307

1.356

见表1-13

2[Fe]+{O2}=（Fe2O3）

0.475

0.475=0.203

0.678

共计

6.580

7.140

（3）造渣剂成分及数量

150t氧气顶吹转炉加入造渣剂数量，是根据国内同类转炉有关数据选取：

a）矿石加入量及成分

矿石加入量为1.00/100Kg（钢），其成分及重量见表1－8。

表1－8矿石加入量及其成分

成分（m）

质量kg

Fe2O3

1.00×

61.80％＝0.618

FeO

29.40％＝0.294

5.61％＝0.056

Al2O3

1.10％＝0.011

CaO

1.00％＝0.010

MgO

0.50％＝0.005

S*

0.07％＝0.0007

H2O

1.000

S*以[S]+[CaO]=[CaS]+[O]的形式反应,其中生成CaS量为0.001=0.002kg。

消耗CaO量为0.001＝0.002kg。

消耗微量氧，忽略之。

b）萤石加入量及成分

萤石加入量为0.5/100kg（钢），其成分及重量见表1-9。

表1－9萤石加入量及成分

质量，kg

质量，kg

CaF2

0.5090.00％＝0.45

P*

0.500.55％＝0.0028

0.566.00％＝0.030

S**

0.500.09％＝0.0004

0.501.78％＝0.0089

0.502.00％＝0.010

0.500.58％＝0.0029

0.500

*P以2[P]+{O2}=（P2O5）的形式进行反应,其中生成P2O5量为0.0028=0.007kg。

消耗氧气量为0.0028＝0.004kg

**S微量，忽略之。

c）炉衬被侵蚀重量及成分

炉衬被侵蚀量为0.50kg/100kg（钢），其成分及重量见表1-10。

表1－10炉衬被侵蚀重量及成分

质量kg

0.5054.00％＝0.270

0.501.00％＝0.005

0.5037.95％＝0.190

C*

0.505.00％＝0.025

0.50％＝0.010

*被侵蚀的炉衬中碳的氧化，同金属中碳氧化成CO 、CO2的比例数相同，即：

C→CO0.02590%＝0.053kg

C→CO20.02510%＝0.009kg。

其氧气消耗量：

0.053＝0.030kg

0.009＝0.007kg

共消耗氧气量为0.030+0.007＝0.037kg

d）生白云石加入量及成分

为了提高转炉炉衬寿命，采用白云石造渣剂，其主要目的是提高炉渣中的MgO含量，降低炉渣对炉衬的侵蚀能力。

若使渣中MgO含量在6.00～8.00％的范围之内，其效果显著。

经试算后取生白云石加入量为3.00Kg/100Kg（钢），其成分及重量见表1-11。

表1－