1000万吨钢厂毕业设计

年产1000万吨连铸坯的全连铸
转炉炼钢车间工艺设计
专业：冶金工程
姓名：***
指导老师：***
设计总说明
转炉炼钢是现代钢铁联合企业生产环节中不可缺少的一部分，连接着炼铁和炉外精炼、连铸、轧钢等生产工艺。

本设计以炼钢工艺设计为中心，在查阅和借鉴国内外钢铁企业设计资料的基础上，结合理论知识和实习教学内容，根据设计任务书的要求，选择了顶底复吹转炉和全连铸生产工艺。

选择的工艺流程如下：铁水预处理→转炉→RH→连铸。

设计内容包括产品方案的确定、物料平衡及热平衡的计算以及氧气顶底复吹转炉的炉型设计。

此外，还根据生产的品种进行了炼钢生产工艺设计、车间的工艺布置、各跨间的主要设备选择以及各项技术指标的确定；在此基础上完成车间平面图、转炉炉型图各一张；最后，完成了专题论文—绿色冶金的概念及意义的写作。

关键词：工艺设计，全连铸，顶底复吹转炉，工艺流程
目录
1 绪论 (1)
2 炼钢厂总体设计方案 (3)
2.1 转炉车间生产能力的确定 (3)
2.1.1 初始条件 (3)
2.1.2 计算年车间产钢量 (3)
2.1.3 计算年出钢炉数 (3)
2.1.4 转炉座数及公称容量选择 (3)
2.2 主要钢种的选择 (4)
2.3 生产工艺流程 (4)
2.4 原材料的方案 (4)
2.4.1 铁水的供应和预处理 (4)
2.4.2 废钢的供应及要求 (4)
2.4.3 散状材料的供应 (5)
2.4.4 铁合金的供应 (5)
2.4.5 氧气的供应及设备 (6)
2.5 车间布置方案 (6)
2.5.1 车间组成 (6)
2.5.2 主厂房工艺布置 (6)
3 物料平衡与热平衡 (7)
3.1 物料平衡计算 (7)
3.1.1 物料平衡计算所需数据 (7)
3.1.2 物料平衡计算步骤 (9)
3.2 热平衡计算 (19)
3.2.1 热平衡计算所需原始数据： (19)
3.2.2 热平衡计算步骤 (21)
4 顶底复吹转炉炉型设计 (24)
4.1 转炉炉型设计原始条件 (25)
4.2 转炉支撑及倾动结构设计 (28)
5 氧枪设计 (31)
5.1 氧枪喷头设计 (31)
5.2 氧枪枪身设计 (33)
5.3 底部供气构件的设计 (34)
6 转炉炼钢的生产工艺设计 (36)
6.1 主要原材料的技术要求 (36)
6.1.1 金属料 (36)
6.1.2 造渣材料 (37)
6.1.3 氧化剂 (38)
6.2 装料制度 (38)
6.3 供氧制度 (38)
6.4 造渣制度 (38)
6.5 温度制度 (43)
6.6 终点控制和出钢 (45)
6.7 脱氧制度及合金化 (45)
7 车间主要设备的选择 (47)
7.1 原料跨 (47)
7.1.1 混铁车 (47)
7.1.2 废钢料斗 (48)
7.2 转炉跨 (49)
7.2.1 钢包 (49)
7.2.2 渣灌 (47)
7.3 精炼跨 (48)
7.4 连铸跨 (49)
7.4.1 板坯的生产 (49)
7.5 其它设备选型 (57)
7.5.1 供氧机的选型 (57)
7.5.2 起重机的选型 (58)
8 炼钢车间厂房工艺布置 (57)
8.1 原料跨间布置 (57)
8.2 转炉跨间的布置 (59)
8.3 浇注跨布置 (65)
8.4 出坯跨布置 (68)
8.5 钢渣跨布置 (68)
9 转炉车间环境保护系统设计 (69)
9.1 环境保护系统设计原始条件 (69)
9.2 环境保护系统参数计算 (73)
9.3 转炉烟气净化系统工艺设计 (76)
9.3.1 一次除尘系统工艺设计 (76)
9.3.2 二次除尘系统工艺设计 (77)
9.4 转炉烟气净化系统设备选型 (77)
9.5 资源综合利用 (78)
10 总劳动定员表 (83)
11 主要技术经济指标 (87)
专题绿色冶金的概念和意义 (86)
参考文献： (89)
致谢 (91)
1 绪论
顶底复吹转炉（combined blown converter steelmaking process）是从转炉炉顶吹氧的同时又向炉底吹入不同气体（氧气或氩气，有时也用氮气）进行吹炼的转炉炼钢方法。

这是在氧气顶吹转炉炼钢法和氧气底吹转炉炼钢法两种方法(简称顶吹法和底吹法)的基础上发展起来的一种方法。

它发挥了顶吹法和底吹法两种炼钢方法的优点，从而在一定程度上弥补了这两种方法的不足之处。

复吹法的吹炼特点是：从炼钢熔池上部通过顶吹氧枪供应炼钢主要用氧，同时从埋入炉底的喷嘴将氧或惰性气体，有时伴之必要的粉剂吹入熔池，以增强熔池的搅拌和相应的冶金反应。

顶吹法和底吹法可作互相补充的主要冶金特点分别是：
顶吹法熔池上下温差大，渣中FeO高，易于发生喷溅；脱碳反应在泡沫渣
，可适当提高废钢比；内进行；通过调节氧枪位置，能将炉内部CO燃烧成CO
2
顶吹法冶炼超低碳钢困难，过氧化现象严重。

底吹法则具有搅拌力远大于顶吹法，熔池内温差小；CO燃烧率小，不生成泡沫渣，前期脱磷较困难；熔池接近平衡状态，过氧化程度低等特点。

复吹法则集合了顶吹法和底吹法之长处，从而获得较好的技术经济效果。

主要有：
(1)渣中含铁降低约2.5％～5.0％；
(2)金属收得率提高约0.5％～1.5％；
(3)石灰消耗减少约3～10kg／t；
(4)终点碳可降至0.01％～0.03％；
(5)残锰提高约0.02％～0.06％；
(6)磷含量降低约0．002％；
(7)减少或消除钢液喷溅，故可适当提高炉子装入量；
(8)降低氧耗约8％，并缩短了吹炼时间。

本设计内容是新建一座年产1000万吨连铸坯的全连铸转炉炼钢车间，包括转炉容量和座数的选择确定；转炉炉型设计；氧枪设计；炉外处理、连铸机以及除尘系统的设计与选择；炼钢过程物料平衡和热量平衡计算；转炉车间生产工艺设计和布置；车间主要设备选择和车间平面设计以及总图运输方案的确定。

其主要产品有，普碳钢、低合金钢等。

本设计的氧气转炉炼钢车间由以下几个部分组成：转炉车间、精炼车间、连铸车间、铁水预处理站、铁水倒灌站、废钢堆料场、铁合金料仓及其散装料储运设施等。

厂中并设有渣场以及主控、工具房等设施。

根据设计任务要求及现代化转炉炼钢的现状及趋势，确定基本的工艺流程如下图所示。

高炉铁水铁水预处理转炉废钢
炉外精炼
连铸
轧钢
总体上，本设计力求保证整个炼钢车间物流的顺行，操作及控制的便利，转炉与精炼和连铸冶炼周期配合得当，同时在厂内特别是转炉上注意烟尘的处理，采用未燃法干法静电除尘系统，对转炉煤气进行回收利用，保证生产环境的清洁、整齐。

2 炼钢厂总体设计方案
根据设计任务的要求及各种设计条件提出初步设计思路，这是对设计工作一个框架式的设定。

方案的确定要求设计合理，能顺利生产。

2.1转炉车间生产能力的确定
2.1.1初始条件
本设计初始条件：
年产连铸坯1000万吨；
η—作业率，转炉98％，连铸机98％；
η连铸—连铸坯收得率，98.5%；
η钢水—钢水收得率，99.8%；
T1—转炉冶炼周期，38min。

2.1.2计算年车间产钢量
本设计方案为了实现产品多样化，降低钢铁厂市场风险拟采用两条生产线满足设计需求，分别为年产1000万吨板坯车间，下面就可行性进行计算。

车间年产钢水量
W＝1000÷η
钢水
÷
η
连铸
＝700÷99.8%÷98.5%=712万吨。

式中；W—车间车间年产钢水量；
η
钢水—钢水收得率，99.8%；
η
连铸
—连铸坯收得率，98.5%。

则该车间年产钢水量712万吨。

2.1.3计算年出钢炉数
每一吹炼炉的年出钢炉数N为：
N＝1440365T
η
⨯⨯÷=1440×365×98％÷38＝13554炉/年
式中：
1
T—每炉钢的平均冶炼时间，38min/炉；
1440—一天的时间，min/d；
365—一年的日历天数，d/a ；
—转炉作业率，取98％。

2.1.4 转炉座数及公称容量选择
因此，取转炉座数3座。

则转炉公称容量为：
G=W÷N÷3
则G=712×10000÷13554÷3=175.1吨。

则转炉的公称容量取175吨转炉3座，分别采用“三吹三”制。

2.2 主要钢种的选择
本设计主要生产碳素钢、低合金钢，也可根据市场的要求进行灵活调整。

2.3 生产工艺流程
根据设计任务书的要求以及现代转炉炼钢的发展趋势，确定本设计方案其基本的工艺流程如下：
车间生产坚持四个“百分之百”，及百分之百的进行铁水预处理，百分之百的进行转炉复吹，百分之百的进行炉外精炼，百分之百的进行连铸。

2.4 原材料的方案
高炉铁水 混铁车 铁水预处理 倒罐站 铁水罐
扒渣 转炉 精炼钢包 渣场
RH
钢包回转台 连铸机 轧机
预处理渣 转炉渣 精炼渣
连铸坯
废钢及其它辅料
2.4.1铁水的供应和预处理
铁水是转炉炼钢的主要原料，由高炉提供，本设计中高炉铁水采用混铁车运输，经预处理后转运兑入转炉，混铁车再返回高炉待用。

2.4.2废钢的供应及要求
废钢主要依靠外购，也包括部分本厂返回废钢，生铁块由本厂供给，应分类存放，在转炉冶炼中也作冷却剂加入。

（1）对废钢有如下要求
（2）表面清洁少锈，无油污，无泥沙。

（3）废钢中不得有铅、锡、砷等有色金属。

（4）废钢中硫、磷的含量要低。

（5）外形尺寸要合格，不能过大。

（6）废钢中不得有密封容器，易燃易爆物品和毒品。

对废钢管理有如下要求：
（7）废钢入厂后，必须进行分类存放。

（8）对废钢进行清除处理，以清楚油污、泥沙等杂质和有色金属、毒品等，使外形尺寸合格。

炼钢车间在原料跨的一端设单独的废钢间，按每炉需用量装入废钢料斗送到炉前。

废钢一次一斗装入。

2.4.3散状材料的供应
氧气转炉散状材料包括石灰、白云石、萤石、铁矿石、焦炭等。

供应系统包括散状料堆场，地下料仓，由地下料仓送往主厂房的运料设施，转炉上方高位料仓，称量和向转炉加料的设施。

为了保证转炉正常生产，应设散状料堆场，尽可能靠近转炉。

各种散状材料的储存量按20天考虑。

在靠近主厂房附近设置地下料仓，它兼有部分储存和转运作用。

地下料仓为地下式，便于火车或汽车或运输带自动卸料。

各种散状料储存天数按3天考虑。

从地下料仓向高位料仓供料采用全胶带运输。

往各高位料仓布料采用可逆活动胶带运输机，运输设备能力按每日工作一个班（约8h）考虑。

设置高位料仓在于起到临时储料的作用，并利用重力方式向转炉及时可靠的供料，保证转炉正常生产。

高位料仓沿炉子跨纵向布置，三座转炉共用一套高位料仓，这样可以相互支持供料，并避免由于转炉停炉后料仓内剩余石灰的粉化。

散状料的用途如下：
（1）石灰：主要的造渣材料。

石灰极易潮湿，故在入炉前须烘烤，以提高石灰的活性，有利于冶炼。

（2）萤石：用于稀释炉渣，提高炉渣的活性。

（3）白云石：用于提高炉渣的碱度，减小对炉衬的侵蚀。

（4）铁矿石：用作冷却剂。

2.4.4铁合金的供应
铁合金的供应一般由炼钢厂铁合金间，车间铁合金料仓及称量和输送设
施等几部分组成。

铁合金主要用来调整钢液的成分、温度并进行合金化处理。

其主要作用如下：
（1）硅铁：用于合金化，也作脱氧剂。

（2）锰铁：用于合金化，也作脱氧剂。

根据碳含量可分为中碳、低碳、高碳锰铁，锰铁中碳含量越低，磷含量越低，价格越昂贵。

（3）铝铁：合金化材料，也作脱氧剂。

在铁合金间内储存、烘烤及加工合格块度，按铁合金的品种和牌号分类存放，并相应保存好出厂化验单。

铁合金由铁合金间运入转炉车间的方式为全胶带供料系统，这种系统工作可靠，运输量大，机械化程度高。

2.4.5氧气的供应及设备
氧气转炉炼钢要消耗大量的工业纯氧，为了适应氧气转炉炼钢工艺的要求，
炼钢厂的供氧系统一般是由制氧机，加压机，中压储氧罐，输氧管，控制闸阀，测量仪表及喷枪等主要设备组成。

氧枪升降装置布置于转炉的上方，这样其结构简单，运行可靠，换枪迅速。

当氧枪烧坏时须及时更换，设置横移装置及换枪装置，在横移装置上并排设有两套氧枪升降小车，其中一套供工作，一套备用。

副枪和氧枪平行插入炉内。

2.5车间布置方案
2.5.1车间组成
转炉车间由以下各部分组成：主厂房（包括原料跨、炉子跨、精炼跨、浇注跨），铁水预处理站及铁水倒灌间，废钢堆间及配料间，铁合金仓库及散装原料储运设施，渣场，耐火材料仓库，一、二次烟气净化设施及煤气回收设施，水处理设施，分析、检测及计算机监控设施，备用备件库，机修间，生活福利设施，水、电、气供应设施等。

2.5.2主厂房工艺布置
1、原料跨布置
在原料跨主要完成兑铁水、加废钢和转炉炉前的工艺操作，在原料跨的两端分别布置铁水和废钢工段。

铁水供应方式采用200t混铁车，并进行铁水预处理。

该方案包括铁水预
处理间，倒渣站，铁水倒灌站。

铁水预处理间和倒渣站位于炼铁车间与铁水倒灌站之间，且彼此平行布置。

经处理后的混铁车，每隔三次送到倒渣站倒渣。

铁水倒灌站设有两条运输线和与其垂直布置的受铁坑，受铁坑位于铁水线下面。

一个铁水坑由两个铁水转注位置。

铁水预处理的方法采用混铁车喷吹法，同时脱硫、脱磷。

废钢供应方式是在原料跨的一端的外侧另建废钢间，废钢间的废钢量装入料斗并称重，然后料斗送进原料跨待用。

转炉渣罐的转运方式为将渣罐车横穿过原料跨，在主厂房之外的中间渣场处理。

2、炉子跨的布置
炉子跨是车间中厂房最高，建筑结构最复杂和单位投资最多的跨间。

很多重要的生产设备与辅助设备都布置在这里，其中包括转炉，转炉倾动系统，散装料供应系统和加料、供氧系统，底吹气系统，烟气净化系统，出渣、出钢设施，拆修炉设备。

炉子跨采用横向布置。

烟道和烟罩皆沿跨间朝炉后弯曲，一是便于氧枪和副枪穿过烟罩插入转炉内，二是有一个连续的更换氧枪的通道，换枪方便。

副枪布置在靠烟道的一侧。

散装料的各个高位料仓沿炉子跨纵向布置，在其顶部有分配皮带机通过，高位料仓布置在紧靠烟道的后面，这样烟道倾角较大，不易积灰。

转炉烟气净化采用采用未燃法干法静电除尘系统。

转炉修炉方法采用上修法，烟罩下部可侧向移动。

3、精炼跨的布置
精炼采用三个RH精炼炉，沿精炼跨纵向布置，RH炉整体为真空移动型，真空室支持于旋转臂（支架）上，真空室旋转有两个工作位置：
（1）钢水处理位置，真空室下降进行处理；
（2）准备工位，修砌、喷补真空室内衬，更换上升、下降管，预热。

3 物料平衡与热平衡
3.1物料平衡计算
3.1.1物料平衡计算所需数据
基本数据有冶炼钢种及其成分，金属料—铁水和废钢的成分。

终点钢水成分（表3-1）造渣用溶剂及炉衬等原材料的成分（表3-2），脱氧和合金化用铁
合金的成分及其回收率（表3-3）其它工艺参数（表3-4）
表3-1 钢种、铁水、废钢、和终点钢水的成分设定值 C Si Mn P S 温度/℃
钢种Q235A 设定值
0.18 0.26 0.50 0.045 0.045 铁水设定值 4.16 0.70 0.50 0.15 0.030 1250 废钢设定值 0.12 0.20 0.50 0.040 0.035 25 终点钢水设定值(1)
0.10
痕迹
0.15
0.015
0.018
出钢温度
1690
注：本计算设定的冶炼钢种为Q235A 。

(1) ［C ］和［Si ］按实际生产情况选取 ［Mn ］、［P ］、［S ］分别按贴水中相应成分含量的30%、10%、和60% 留在钢水中设定。

表3-2 原材料成分
成分 类别 CaO SiO 2 MgO Al 2O 3 Fe 2O 3 CaF 2 P 2O 5 S CO 2 H 2O C
灰
分
挥 发 分 石灰 88.0 2.50 2.60 1.50 0.50 0.10 0.06 4.64 0.10
萤石 0.30 5.50 0.60 1.60 1.50 88.0 0.90 0.10
1.50 生白云石 36.40 0.80 25.60 1.00
36.20 炉衬 1.20 3.00 78.80 1.40 1.60
14.0
焦炭
0.58 81.5 12.4 5.52
表3-3 铁合金成分（分子）及其回收率（分母）
C
Si
Mn
Al P S
Fe
硅铁 —
73.00/75
0.50/80 2.50/0 0.05/100 0.03/100 23.92/100 锰铁
6.60/90(1) 0.50/75
67.80/80
—
0.23/100
0.13/100
24.74/100
(1) 10%C 与氧生成2CO
表3-4 其它工艺参数设定值
成
分
(%)
类
别
成
分
(%)
类
别
名称参数名称参数
终渣碱度
萤石加入量
生白云石加入量
炉衬蚀损量
终渣∑（FeO）含量按FeO=1.35(
23
Fe O)折算）
烟尘量
喷溅铁损
%CaO/%
2
SiO=3.5
为铁水量的0.3%
为铁水量的2.0%
为铁水量的0.6%
15%，而（
23
Fe O）/ ∑
（FeO）=1/3，即
（
23
Fe O）=5%，（FeO）
=8.25%
为铁水量的1.5%（其
中FeO为75%，为
20%）
为铁水量的1%
渣中铁损（铁珠）
氧气纯度
炉气中的自由氧含
量
气化去硫量
金属中［C］的氧化
产物
废钢量
为渣量的7%
99%，余者为
2
N
1%（体积比）
占总去硫量的1/3
90%C氧化成CO，
10%氧化成
2
CO
由热平衡计算确定，
本计算结果为铁水
量的10.72%，即废钢
比为9.68%
物料平衡基本项目
收入项：铁水、废钢、熔剂（石灰、萤石、轻烧白云石）、氧气、炉衬蚀损、铁合金
支出项：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅、
3.1.2物料平衡计算步骤
以100kg铁水为基础进行计算。

第一步：计算脱氧合金化前的总渣量及其成。

总渣量包括铁水中元素的氧化，炉衬蚀损和加入熔剂的成渣量。

其各项成渣量分别列于表3-5至表3-7。

总渣量及其成分如表3-8所示。

表3-5 铁水中元素的氧化产物及其成渣量
元素反应产物元素氧化量（kg）
耗氧量
（kg）
产物量（kg）备注
C []{}
C CO
→ 4.06×90%=3.654 4.872 8.526
[]{}
2
C CO
→ 4.06×10%=0.406 1.083 1.489
Si ]()2Si SiO →
0.700 0.800 1.500 入渣 Mn []()Mn MnO →
0.350 0.102 0.452 入渣 P
[]()25P P O →
0.135
0.174 0.309 入渣 S
[]{}2S SO →
0.012×1/3=0.004 0.004
0.008
[]()()()
S CaO CaS O +=+
0.012×2/3=0.008 -0.004（1）
0.018（CaS ） 入渣 Fe
[]()Fe FeO →
0.922×56/72=0.717 0.205 0.922 入渣（见表3-8） []()
23Fe Fe O →
0.519
×
112/160=0.363
0.156 0.519 入渣（见表3-8）
合计 6.337 7.392 成渣量
3.720
入渣组分之和
（1） CaO 还原出来的氧量：消耗的CaO 量为：0.008×56/32=0.014kg
表3-6 炉衬蚀损成渣量
炉衬蚀
损量
（kg ）
成渣组分（kg ） 气态产物
耗氧量(kg)
CaO 2SiO MgO 23Al O
23Fe O
C →CO C →CO 2 C →CO ，CO 2
0.3(据
表3-4)
0.004 0.009
0.236 0.004 0.005
0.3×14％×90％×28/12=0.088 0.3×
14％×10％×44/12＝
0.015
0.3×14％
（90％×16/12+10％×32/12）＝
0.062
合计 0.258
0.103
表3-7加入熔剂的成渣量
类别 加入量
（kg ） 成渣组分（kg ）
气态产物（kg ）
CaO
MgO
SiO 2
Al 2O 3 Fe 2O 3
P 2O 5
CaS
CaF 2
H 2O
CO 2 O 2 萤石 0.3（据
表3-4） 0.001 0.002 0.017 0.005 0.005 0.003 0.0003 0.264 0.005
生白
2
（据表
0.728 0.512 0.016 0.020
0.724
云石
3-4） 石灰
5.90（1）
5.186（2）
0.153 0.148
0.089 0.030 0.006
0.008
0.006 0.274
0.002
（3）
合
计
5.951 0.667 0.181 0.114
0.035
0.009 0.0083 0.264 0.011 0.998
0.002 成渣量 7.193
（1） 石灰加入量计算如下：
渣中已含（CaO ）＝-0.014+0.004+0.001+0.728
＝0.719kg 渣中已含（2SiO ）＝1.500+0.009+0.017+0.016 ＝1.542kg
因设定的终渣碱度R=3.5，则石灰加入量为：
()()2[R SiO2CaO ](%CaO R %SiO )
3.51.5420.719/(88% 3.5 2.5%)5.90kg
∑-∑-=⨯--⨯=石灰石灰石
（） （2）（石灰中CaO 含量）-（石灰中S →CaS 自耗的CaO 量） （3）为CaO 还原出的氧量，计算方法同表3-5的注。

表3-8总渣量及其成分
炉渣成分 CaO
SiO 2
MgO
Al 2O 3
MnO
FeO Fe 2O 3 CaF 2 P 2O 5 CaS 合计
元素氧化成渣量（kg ）
1.500
0.452
0.922
（2）
0.519
（3）
0.309 0.018 3.720
石灰成渣量（kg ） 5.186 0.148 0.15 0.089
0.030
0.006 0.008
5.617 炉衬蚀
0.004 0.009 0.236 0.004
0.005
0.258
损成渣
量（kg）
生白云
石成渣
量（kg）
0.728 0.016 0.512 0.020 1.276
萤石成
渣量
（kg）
0.001 0.017 0.002 0.005 0.005 0.246 0.003 0.31 0.589
总渣量（kg）5.919 1.690 0.903 0.118 0.452 0.922 0.559 0.264 0.318 0.026
11.170
（1）
％52.99 15.13 8.080 1.06 4.047 8.254 5.004 2.363 3.402 0.233 100.00 （1）总渣量计算：
表3-8除(FeO)和(
23
Fe O)以外的渣量为：
0.519+1.690+0.903+0.118+0.452+0.264+0.318+0.026＝9.690kg
由表3-4知，终渣∑（FeO）＝15％，又因为（
23
Fe O）/∑（FeO）＝1/3，
所以（
23
Fe O）＝5％，（FeO）＝8.25％
（
23
Fe O）+（FeO）＝13.25％
故总渣量为9.690/（1-13.25％）＝11.170kg
（2）（FeO）量＝11.170×8.25％＝1.076kg
（3）（
23
Fe O）量＝11.170×5％-0.030-0.005-0.005＝0.519kg
第二步：计算氧气消耗量。

氧气实际消耗量为消耗项与供入项之差，见表3-9。

表3-9 实际耗氧量
耗氧项（kg）供氧项实际氧气消耗量
铁水中元素氧化耗氧量(表
3-5)7.392 铁水中S与CaO反应还原出的氧量（表3-5）0.004
7.853-0.006+
0.069（1）
=7.916
炉衬中碳氧化耗氧量（表3-6）
0.062
石灰中S与CaO反应还原出的氧量（表3-7）0.002 烟尘中铁氧化耗氧量（表3-4）
0.034
炉气自由氧含量（表3-10）0.059
合计 7.853
合计 0.006
（1）炉气2N （存在于氧气中，见表3-4）的质量，详见表3-10。

第三步：计算炉气量及其成分。

炉气中含有CO 、2CO 、2O 、2N 、2SO 和2H O ，其中CO 、2CO 、2SO 和2H O 可由表3-5～表3-7查得，2O 和2N 则由炉气总体积确定。

现计算如下：
炉气总体积V ∑：
3
122.4
0.5%(0.5%)9932
990.798.51
998.1820.77.7940.0004298.50
8.279g g x g s x
V V V G V V V G V m ∑∑∑=+++-+-=
⨯+⨯-=
=
式中 g V —CO 、2CO 、2SO 和2H O 各组分总体积，3m 。

本计算中，其值为8.614×22.4/28+2.502×22.4/44+0.008×22.4/64+0.011×22.4/18＝8.1823m ； s G —不计自由氧的氧气消耗量，kg 。

本计算中其值为7.392+0.062+0.034＝7.794kg
x V —铁水与石灰中的S 与CaO 反应还原出的氧量其质量为0.006kg （见表3-9）3m ；
5％—炉气中的自由氧含量，3m ；
99—由氧气纯度99％转换而来。

计算结果列于表（表3-10）。

表3-10 炉气量及其成分
炉气成分 炉气量（kg ） 体积（3m ） 体积％
CO 8.614 8.614×22.4/28＝6.891
83.23
CO 2.502 2.502×22.4/44＝1.274 15.39 2
SO0.008 0.008×22.4/64＝0.003 0.04 2
H O0.011 0.011×22.4/18＝0.0145 0.17
2
O0.059（1）0.041（1）0.50
2
N0.070（2）0.056（2）0.68 2
合计11.264 8.279 100.00 (1)炉气中
O的体积为：8.279×0.5％＝0.0413m
2
O的质量为：0.041×32/22.4=0.059kg
2
(2)炉气中
N的体积系炉气总体积与其他成分的体积之差；
2
质量为0.056×28/22.4＝0.070kg
第四步：计算脱氧合金化前的钢水量。

Q＝铁水量－铁水中元素的氧化量－烟尘、喷溅和渣中的铁损钢水量
g
＝100－6.337－[1.50×（75％×56/72+20％×112/160＋1+11.170×6％）] ＝90. 778kg
据此可以编制脱氧和合金化前的物料平衡表3-11。

表3-11 未加废钢时的物料平衡表
收入支出
项目质量(kg) ％项目质量（kg）％
铁水100.00 85.90 钢水90.78 78.00 石灰 5.90 5.07 炉渣11.17 9.60 萤石0.30 0.26 炉气11.26 9.68
生白云石 2.00 1.72 喷溅 1.00 0.85 炉衬0.30 0.26 烟尘 1.50 1.29 氧气7.92 6.80 渣中铁珠0.67 0.58 合计116.42 100.00 合计116.38 100.00
注：计算误差为（116.42－116.38）/116.42×100％＝0.03％
第五步：计算加入废钢的物料平衡，利用表3-1中的数据先确定废钢中元素的氧化量及其耗氧量和成渣量（表3-12），计算过程和表3-5计算过程一样。

表2-12 废钢中元素的氧化产物及其成渣量
元素
反应产物
元素氧化量（kg ） 耗氧量（kg ） 产物量（kg ） 进入钢中的来量（kg ）
C
[]{}C CO →
10.72×0.02％×90％＝0.002
0.0027 0.0047（入气） []{}2C CO → 10.72×0.15％×10％＝0.002
0.0005 0.007（入气） Si []{}2Si SiO → 10.72×0.20％＝0.021 0.024 0.045（入渣） Mn []{}Mn MnO →
10.72×0.25％＝0.038 0.011 0.049（入渣） P
[]{}25P P O →
10.72×0.025％＝0.0027 0.003 0.006（入渣） S
[]{}2S SiO →
10.72×0.017％×1/3＝0.0006
0.0006
0.0008（入气）
[]()()[]
S CaO CaS CO +=
+
10.72×0.017％×2/3＝0.0012
－0.0006 0.0027（CaS 入渣）
合计 0.066 0.041 10.72－0.066＝10.654
成渣量（kg ）
0.103
将表3-11与表3-12合并，得到加入废钢后的物料平衡表3-13和表3-14。

表3-13 加入废钢的物料平衡表（以100kg 铁水为基础）
收入
支出 项目 重量（kg ） ％ 项目 重量（kg ） ％ 铁水 100.00 78.63 钢水 90.78+10.654
＝101.43 79.78 废钢 10.72 8.43 炉渣 11.17+0.103＝11.273 10.03 石灰
5.90
4.64
炉气
11.26+0.006
8.87
＝11.27
萤石 0.30 0.24 喷溅 1.00 0.79 轻烧白云石 2.00 1.57 烟尘 1.50 1.18 炉衬 0.30 0.24 渣中铁珠
0.67 0.53 氧气 7.916+0.041＝7.957 6.26 合计
127.18
100.00
合计
127.14
100.00
注：计算误差＝%3.004
.11274
.11278.1127=-。

3-14加入废钢后的物料平衡表（以100kg （铁水+废钢）为基础）
收 入
支 出
项目 重量（kg ） ％ 项目 重量（kg ）
％ 铁水 90.32 78.63 钢水 91.61 79.78 废钢 9.68 8.43 炉渣 10.18 8.87 萤石 0.27 0.23 炉气 10.18 8.87 轻烧白云石
1.81 1.58 喷溅 0.90 0.78 炉衬 0.27 0.23 烟尘 1.35 1.18 石灰 5.33 4.64 渣中铁珠
0.61 0.53 氧气 7.19 6.89 合计
114.87
100.00
114.83
100.00
第六步：计算脱氧和合金化后的物料平衡。

根据钢种成分设定值（表3-1）和铁合金成分及其烧损率（表3-3）算出锰铁和硅铁的加入量再计算其元素的烧损量。

将所得结果与表3-14合并，即得到冶炼一炉钢的总物料平衡表。

锰铁加入量W Mn 为：
Mn %%
[][]=
%%0.50%-0.15% =67.8080% =0.59kg
-
Mn Mn W Mn ⨯⨯⨯钢种终点钢水量
锰铁含锰回收率
[][]()
[]()0.26%91.610.510.00273.00%75%
0.43FeMn
Si
Si Si W Si Si kg
⨯⨯⨯+-⨯Si 钢种
硅铁加入量W 为
％－终点％加锰铁后的钢水量－Si ＝
硅铁含％回收率％
＝
＝
铁合金中元素的烧损量和产物量列于表3-15
表3-15 铁合金中元素及产物量 类别 元素 烧损量
脱氧量 成渣量 炉气量 入钢量（kg ）
锰 铁 C 0.59×6.60％×10％＝
0.004
0.010 0.015（2CO ）
0.59×6.60％×90％＝0.035 Mn 0.59×67.80％×20％
＝0.080
0.023 0.103 0.59×67.80％×80％＝0.320 Si 0.59×0.50%×25％＝
0.001
0.001 0.002 0.59×0.50％×75%=0.002 P 0.59×0.23%=0.001 S 0.59×0.13％＝
0.001 Fe 0.59×24.74％＝
0.146
合计 0.085
0.034 0.105 0.015 0.505 硅
Al 0.43×2.50％×100％
＝0.011
0.010 0.016
Mn 0.43×0.50％×20％＝
0.0004
0.0001（1） 0.0005 0.43×0.50％×80％＝0.002 Si 0.43×73.00％×25％
＝0.0785
0.090 0.168 0.43×73.00％×75％＝0.235 P 0.43×0.05％＝0.0002（1） S
0.43×0.03％＝0.0001（1）
铁
Fe
0.43×23.92％＝
0.103
合计 0.0899 0.100 0.175 0.340 总计 0.175 0.134 0.280
0.015
0.845
（1）可以忽略。

脱氧和合金化后的钢水成分如下： C ：0.0350.10%100%0.138%92.46
+⨯=
Si:：0.0020.235100%0.26%92.46+⨯=
Mn ：0.3200.002
0.15%100%0.50%92.46
++⨯=
P ：0.001
0.015%0.016%92.46
+
= S ：0.0010.018%100%0.019%92.46
+⨯=
可见碳含量未达到设定值，为此需向钢包内加焦粉增碳。

设其加入量为1W ，则
1[0.580.16%]C C 0.042%92.46%81.50%75%0.064W kg
-=
⨯=⨯=（）钢水量（焦炭中含量回收率）（）（）错误！未找到引用源。

焦粉生成的产物如下：
表3-16 焦粉生成的产物
碳烧损量（kg ）
耗氧量（kg ） 气体量（kg ）（1）
成渣量（kg ） 碳入钢量（kg ）
0.064 ×81.50％×25％＝0.013
0.035
0.048+0.064×
（0.58+5.52）％
＝0.052
0.004×12.40％
＝0.008
0.064×81.50％×75％＝0.039
（1）2CO 、2H O 和挥发分之总和（未计算挥发分燃烧的影响）。

将表3-14、3-15、3-16合并归类，得到总物料平衡表3-17
表3-17总物料平衡表
收入
支出 项目
质量（kg ）
%
项目
质量（kg ）
％
铁水90.32 77.78 钢水91.61+0.845+0.039＝92.49 78.46 废钢9.68 8.34 炉渣10.18+0.280+0.008＝10.47 10.24 石灰 5.33 4.59 炉气10.18+0.015+0.052＝10.25 8.83 萤石0.27 0.23 喷溅0.90 0.74 轻烧白云石 1.81 1.56 烟尘 1.35 1.13 炉衬0.27 0.23 渣中铁珠0.61 0.60
氧气7.19+0.134+0.0
35＝7.36（1）
6.34
锰铁0.59 0.51
硅铁0.43 0.37
焦粉0.064 0.06
合计116.12 100.00 116.07 100.00 注：计算误差为：（116.12－116.07）/116.07×100％＝0.04％
（1）可近似认为（0.134+0.035）的氧量系出钢时钢水二次氧化所带入。

3.2热平衡计算
3.2.1热平衡计算所需原始数据：
各种入炉料及产物的温度（表3-18）、物料平均热容（表3-19）、反应热效应（表3-20），溶入铁水中的元素对铁熔点的影响（表3-21）。

其他数据参照物料平衡选取。

表3-18 入炉物料及产物的温度设定值
名称入炉物料产物
铁水（1）废钢其它原料炉渣炉气烟尘温度（℃）1250 25 25 与钢水相同1450 1450 （1）熔点1536℃
表3-19物料平均热容
物料名称生铁钢炉渣矿石烟尘炉气固态平均热容（kJ/k g·k）0.745 0.699 — 1.047 0.996 —熔化潜热（kJ/k g）218 272 209 209 209 —
液态或气态平均热容（kJ/k g·k）0.837 0.837 1.248 —— 1.137
表3-20 炼钢温度下的反应热效应
组员化学反应△△H/（kJ/kg）
H/kJ/kmol
C
[]{}{}212
C O CO +=
氧化反应
－139420 －11639
C
[]{}{}22C O CO +=
氧化反应
－418072 －34834
Si
[]{}{}22Si O SiO +=
氧化反应
－817682 －29202
Mn
[]{}{}212
Mn O MnO +=
氧化反应
－361740 －6594
P []{}{}2255
22
P O P O +
= 氧化反应
－1176563 －18980
Fe
[]{}{}212
Fe O FeO +=
氧化反应
－238229 －4250
Fe []{}{}2233
22
Fe O Fe O +
= 氧化反应
－722432 －6460
2SiO
()()()2222SiO CaO CaO SiO +=
成渣反应
－97133 －1620
25P O
()()25254()4P O CaO CaO P O +=
成渣反应
－693054 －4880
3CaCO
(){}32CaCO CaO CO =+
分解反应
169050 1690
3MgCO
(){}32MgCO MgO CO =+
分解反应
118020 1405
3-21 溶入铁中的元素对铁熔点的降低值
元素 C Si Mn P S Al Cr N 、H 、O 在铁中的极限
5.41
18.5
无
2.8
0.18
35.0
无
溶解度限限溶入1％元素
使铁熔点的降
低值（℃）
65 70 75 80 85 90 100 8 5 30 25 3 1.5
氮、氢、氧溶入铁熔点的降低值（℃）∑＝6
适用含量范围
（％）＜
1.0
1.0
2.0 2.5
3.0 3.5
4.0 ≤3
≤
15
≤
0.7
≤
0.08
≤1
≤
18
3.2.2热平衡计算步骤
100kg铁水为基础
第一步：计算热收入
s
Q。

热收入项包括：铁水物理热、元素氧化热及成渣热、炉衬中碳的氧化热、烟尘氧化热。

（1）物理热w Q：根据纯铁熔点，铁水成分以及溶入元素对铁熔点的降低值（表3-18、3-1和3-21）计算铁水熔点t T，由铁水温度和生铁比热（表3-18和表3-19）确定w Q
t
T＝1536－（4.16×100+0.7×8+0.5×5+0.15×30+0.030×25）－6
＝1100.65℃
w
Q＝100×[0.745×（1100.65－25）+218+0.837×（1250－1100.65）] ＝114436.52KJ
（2）元素氧化热及成渣量热y Q：根据铁水中元素氧化量和反应热效应（表3-20）算出，其结果列于表3-22中。

表3-22 元素氧化热和成渣热
反应产物氧化热或成渣热
（kJ）
反应产物
氧化热或成渣热
（kJ）
C CO
→3.654×11639＝
42528.91 23
Fe Fe O
→0.363×6460＝2344.98
2C CO →
0.406×34834＝
14142.60 25P P O →
0.135×18980＝2562.30 2Si SiO →
0.700×29202＝
20441.40 25254P O CaO P O → 0.318×4880＝1551.84 Mn MnO →
0.350×6594＝2307.90 222SiO CaO SiO →
1.690×1620＝2737.80
Fe FeO →
0.717×4250＝3047.25
合计y Q
91664.98
(3)烟尘氧化热c Q ：根据炉衬蚀损量及其含碳量可得：
l Q ＝0.3×14％×90％×11639+0.3×14％×10％×34834＝586.25kJ
（4）烟尘氧化热c Q ：由表2-4给出的烟尘量参数和反应热效应计算
c Q ＝1.5（75％×56/72×4250+20％×112/160×6460）＝5075.36kJ
故热收入总值为：
s Q ＝w Q +y Q +l Q +c Q ＝211763.10kJ
第二步：计算热支出z Q
热支出项包括：钢水物理热，炉渣物理热，烟尘物理热，炉气物理热，渣中铁珠物理热，喷溅物理（金属热），轻烧白云石分解热，热损失，废钢吸热。

（1）钢水物理热g Q ：先根据铁水熔点的方法确定钢水熔点g T ，再根据出钢和镇静时的实际温降，以及要求的过热度（一般为50～90℃）确定出钢温度z T ；最后由钢水量和热容算出物理热。

g T ＝1536－（0.10×65+0.15×5+0.015×30+0.018×25）－6＝1521.85℃ （式中:0.10,0.15,0.015和0.018分别为终点钢水C 、Mn 、P 和S 的含量） z T ＝1521.85+50+50+70＝1691.85℃
（式中：50，50和70分别为出钢过程中的温降、镇静及炉后处理过程中的温降和过热度）
g Q ＝90.778×[0.699×（1521.85－25）+272+0.837×（1691.85－1521.85）] ＝132589.27kJ
（2）炉渣物理热r Q ：令终渣温度与钢水温度相同，则得： r Q ＝11.170×[1.248×（1691.85－25）+209]＝25570.69 kJ
(3)炉气、烟尘、铁珠和喷溅金属的物理热x Q 。

根据其数量、相应的温度和热容确定。

详见表3-23。

表3-23 某些物料的物理热
项目 参数（kJ ）
备注
炉气物理热 11.264× [1.137×（1450－25）]＝18250.21 1450℃系炉气和烟尘的温度
烟尘物理热 1.5×[0.996×（1450－25）+209]＝2442.45
渣中铁珠物理热
0.78× [0.699×（1521.85－25）+272+0.887×
（1691.85－1521.85）]＝1139.26 1520℃系钢水熔点
喷溅金属物理热
1×[0.699×（1521.85－25）+272+0.837×
（1691.85－1520）]＝1460.59
合计
x Q ＝23292.51
（4）生白云石分解热b Q ：根据其用量、成分和表3-20所示的热效应计算 b Q ＝2×（36.40％×1690+25.60％×1405）＝1949.68 kJ
（5）热损失q Q ：其它热损失带走的热量一般约占总热收入的3～8％，在这取6，则得
q Q ＝211763.10×6％＝12705.79 kJ
（6）废钢吸热f Q ：用于加热废钢的热量系剩余热量，即： f s g r z b q Q Q Q Q Q Q Q =-----＝15655.16 kJ 故废钢加入量f W 为：
f W ＝15655.16÷{1×[0.699×（1521.85－25）+272+0.837×（1691.85－1521.85）]}＝10.72 kJ
故废钢比为：
10.72
100%9.68%10010.72
⨯=+
热平衡表计算结果列于表3-24。