转炉车间炼钢物料平衡热平衡计算

转炉车间炼钢物料平衡热平衡计算转炉车间是炼钢过程中的重要环节，需要进行炼钢物料平衡和热平衡计算，以确保生产过程的稳定和高效。

本文将对转炉车间的炼钢物料平衡和热平衡计算进行详细介绍。

炼钢物料平衡是指通过对转炉车间中的原料投入和产出物料进行测量和计算，从而得到物料平衡的结果。

炼钢物料平衡的目的是确保转炉车间原料的投入和产出物料的稳定性，避免资源的浪费和环境的污染。

物料平衡的计算主要包括原料质量平衡和物料流量平衡两个方面。

原料质量平衡是指对转炉车间中原料的质量进行计算和比较。

首先，需要测量和记录转炉车间中原料的投入量和产出量，包括铁矿石、废钢、废铁、石灰石等原料。

然后，根据原料的化学成分和质量比例，计算不同原料的质量，并与实际投入和产出物料进行比较。

如果投入和产出物料的质量不平衡，就需要调整原料的配比和使用，以达到物料平衡的要求。

物料流量平衡是指对转炉车间中物料流动的计算和分析。

首先，需要测量和记录转炉车间中不同物料的流量和速度，包括氧气、燃烧剂、炉渣、煤粉等。

然后，根据物料流动的速度和体积，计算不同物料在转炉车间中的流量，并与实际测量结果进行比较。

如果物料的流量不平衡，就需要调整物料的供给和流动方式，以保持物料平衡的状态。

炼钢热平衡计算是指通过对转炉车间中的热能输入和输出进行测量和计算，从而得到热平衡的结果。

炼钢热平衡计算的目的是确保转炉车间热能的合理利用和能量的平衡。

热平衡的计算主要包括燃烧热平衡和传热平衡两个方面。

燃烧热平衡是指对转炉车间中燃料的燃烧过程进行计算和分析。

首先，需要测量和记录转炉车间中燃料的消耗量和燃烧产物的产生量，包括煤粉、燃气、燃油等。

然后，根据燃料的能量含量和燃烧反应的热效率，计算燃料的热值和燃烧产生的热能，并与实际产生的热能进行比较。

如果燃烧过程的热能不平衡，就需要调整燃料的供给和燃烧方式，以达到热平衡的要求。

传热平衡是指对转炉车间中传热过程的计算和分析。

首先，需要测量和记录转炉车间中不同部位的温度和热能输入输出，包括炉渣的温度、冷却水的流量和温度、炉气的温度等。

第二章、转炉物料平衡和热平衡计算1、低磷生铁吹炼（单渣法）一、原始数据（一）铁水成分及温度（二）原材料成分（三）冶炼钢种及成分（四）平均比热(五)冷却剂用废钢做冷却剂，其成分与冶炼钢种中限相同。

（六）反应热效应反应热效应通常采用25℃为参考温度，比较常用的反应数据见表2-1-5（七）根据国内转炉实测数据选取1、渣中铁珠量为渣量的2.5%；2、金属中[C]假定85%氧化成CO，15%氧化成CO2；3、喷溅铁损为铁水量的0.3%；4、取炉气平均温度1450℃,自由氧含量0.5%，烟尘量为铁水量的1.8%，其中FeO=75%，Fe203=22%；5、炉衬侵蚀量为铁水量的0.15%；6、氧气成分为98.9% O2，1.5% N2。

根据铁水成分，渣料质量，采用单渣不留渣操作。

先以100公斤铁水为计算基础。

（一）炉渣及其成分的计算1、铁水中各元素氧化量表2-1-6成分，kgC Si Mn P S 合计项目铁水 4.36 0.57 0.62 0.07 0.05终点钢水0.13 痕迹0.13 0.008 0.019氧化量 4.23 0.57 0.49 0.062 0.031 5.308 [C]：取终点钢水含碳量0.15%；[Si]：在碱性氧气转炉炼钢中，铁水中的Si几乎全部被氧化；[Mn]：顶底复吹转炉残锰量取60%；[P]：采用低磷铁水吹炼，铁水中磷90%进入炉渣，10%留在钢中；[S]：氧气转炉去硫率不高，取40%。

2、各元素氧化量，耗氧量及其氧化产物量见表2-1-73、造渣剂成分及数量根据国内同类转炉有关数据选取1）矿石加入量及成分矿石加入量为1.00公斤/100公斤铁水，成分及重量见表2-1-82）萤石加入量及成分萤石加入量为0.30kg/kg铁水，其成分及重量见表2-1-93）炉衬侵蚀量为0.200公斤/100公斤铁水，其成分及重量见2-1-104）生白云石加入量及成分加入的白云石后，须保证渣中（MgO）含量在6—8%之间，经试算后取轻烧白云石加入量为1.2公斤/100公斤铁水。

炼钢过程的物料平衡与热平衡计算炼钢过程的物料平衡与热平衡计算是建立在物质与能量守恒的基础上。

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。

应当指出，由于炼钢系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。

尽管如此，它对指导炼钢生产和设计仍有重要的意义。

本章主要结合实例阐述氧气顶吹转炉和电弧炉氧化法炼钢过程物料平衡和热平衡计算的基本步骤和方法，同时列出一些供计算用的原始参考数据。

1.1 物料平衡计算（1）计算所需原始数据。

基本原始数据有：冶炼钢种及其成分（表1）；金属料—铁水和废钢的成分（表1）；终点钢水成分（表1）；造渣用溶剂及炉衬等原材料的成分（表2）；脱氧和合金化用铁合金的成分及其回收率（表3）；其它工艺参数（表4）.①本计算设定的冶炼钢种为H15Mn。

②[C]和[Si]按实际生产情况选取；[Mn]、[P]和[S]分别按铁水中相应成分含量的30%、10%和60%留在钢水中设定。

表2 原材料成分①10%C与氧生产CO2表4 其它工艺参数设定值收入项有：铁水、废钢、溶剂(石灰、萤石、轻烧白云石)、氧气、炉衬蚀损、铁合金。

支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。

（3）计算步骤。

以100kg铁水为基础进行计算。

第一步：计算脱氧和合金化前的总渣量及其成分。

总渣量包括铁水中元素氧化、炉衬蚀损和加入溶剂的成渣量。

其各项成渣量分别列于表5、6和7。

总渣量及其成分如表8所示。

第二步：计算氧气消耗量。

氧气实际消耗量系消耗项目与供入项目之差，详见表9。

①由CaO还原出的氧量，消耗的CaO量=0.013×56/32=0.023kg表7 加入溶剂的成渣量石灰加入量计算如下：由表5~7可知，渣中已含(CaO)= -0.455+0.004+0.002+0.910=0.461kg;渣中已含(SiO2)=0.857+0.009+0.028+0.022=0.914kg.因设定的终渣碱度R=3.5；故石灰加入量为:[R∑w(SiO2)－∑w(CaO)]/[w(CaO石灰)－R×w(SiO2石灰)]= 2.738/（88.00%－3.5×2.50%）=3.45kg②为(石灰中CaO含量)—（石灰中S→CaS自耗的CaO量）。

文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.钢铁冶金专业设计资料（炼铁、炼钢）本钢工学院冶化教研室二00三年八月第一章物料平衡与热平衡计算物料平衡和热平衡计算是氧气顶吹转炉冶炼工艺设计的一项基本的计算，它是建立在物质和能量不灭定律的基础上的。

它以转炉作为考察对象，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，如图1-1-1所示的收入项数据和支出项数据，来进行物料的重量和热平衡计算。

通过计算，可以定量地掌握冶炼工重要参数，做到“胸中有数”。

对指导生产和分析研究改进冶炼工艺，设计转炉炼钢车间等均有其重要意义。

由于转炉炼钢过程是一个十分复杂的物理化学过程，很显然，要求进行精确的计算较为困难，特别是热平衡，只能是近似计算，但它仍然有十分重要的指导意义。

物料平衡和热平衡计算，一般可分为两面种方案。

第一种方案是为了设计转炉及其氧枪设备以及相应的转炉炼钢车间而进行的计算，通常侧重于理论计算，特别是新设计转炉而无实际炉型可以参考的情况下；另一种方案是为了校核和改善已投产的转炉冶炼工艺参数及其设备参数或者采用新工艺新技术等，而由实测数据进行的计算，后者侧重于实测。

本计算是采用第一种方案。

目前，我国顶吹转炉所采用的生铁基本上为低磷的（0.10〜0.40%）和中磷的（0.40〜1.00%）两种，对这两种不同含磷量生铁的冶炼工艺制度也不相同。

因此，下面以50吨转炉为例，分别就低磷生铁和高磷生铁两种情况，进行物料平衡和热平衡计算。

1.1原始数据表 1-1-1表1-1-2原材料成分表2-1-1铁水成分与温度转炉冶炼钢种常为普通碳素钢和低合金钢，在此以要求冶炼BD3钢考虑，其成分见表2-1-31-1-4用废钢作冷却剂，其成份与冶炼钢种成份的中限相同。

（见表1-1-3）虽然炉内化学反应，实际上是在炉料温度和炉内上部气相温度之间的任一温度发生的，但反应热效应通常仍采用25 C作为参考温度,值得指出的是，反应热还与组分在铁水中存在形态有关，至今对参与化学反应有关的实际组成物还有不同的看法。

转炉物料平衡与热平衡计算简介转炉是冶金行业中常见的设备之一，主要用于高炉炼铁的后续工序。

转炉的工作原理是利用高温将铁水中的杂质进行氧化还原反应，从而得到高纯度的钢水。

为了确保炉内反应的正常进行，需进行物料平衡和热平衡的计算。

本文将介绍转炉物料平衡和热平衡的计算方法，并给出一个示例，以帮助读者更好地理解。

转炉物料平衡计算方法转炉物料平衡是指通过对转炉输入和输出物料的数量进行统计，计算转炉内的物料平衡情况。

物料平衡计算的基本原理是质量守恒定律，即输入物料的总质量必须等于输出物料的总质量。

物料平衡计算的步骤如下：1.确定转炉的输入物料，包括铁水、矿石、废钢等。

2.统计输入物料的质量。

3.确定转炉的输出物料，包括钢水、废气、炉渣等。

4.统计输出物料的质量。

5.比较输入物料的总质量和输出物料的总质量，若两者相等，则物料平衡成立；若不相等，则存在物料的损失或增加。

下面以一个具体的例子来说明转炉物料平衡的计算过程。

假设一个转炉的输入物料包括1000kg的铁水、200kg的矿石和100kg的废钢。

经过转炉反应后，得到800kg的钢水、400kg的废气和100kg的炉渣。

通过统计计算，我们可以得到输入物料的总质量为1000kg + 200kg + 100kg = 1300kg，输出物料的总质量为800kg + 400kg + 100kg = 1300kg。

两者相等，说明物料平衡成立。

转炉热平衡计算方法转炉热平衡是指通过对转炉内的能量输入和输出进行统计，计算转炉的热平衡情况。

热平衡计算的基本原理是能量守恒定律，即输入能量的总量必须等于输出能量的总量。

热平衡计算的步骤如下：1.确定转炉的输入能量，包括燃料的热值、还原剂的热值等。

2.统计输入能量的总量。

3.确定转炉的输出能量，包括钢水的热值、废气的热值等。

4.统计输出能量的总量。

5.比较输入能量的总量和输出能量的总量，若两者相等，则热平衡成立；若不相等，则存在能量的损失或增加。

物料及热量平衡计算(一)、工艺条件及工艺要求1、铁水条件：化学成分：碳：4.5% 硅：0.5% 锰：0.20% 硫：0.045% 磷：0.110%，铁水温度：1350℃2、炉渣成分：碱度3.0，氧化镁10%，3、各辅料成分：石灰（CaO）85% ，二氧化硅1.50%；轻烧白云石：氧化镁28%，氧化钙48%；镁球：氧化镁：65%4、总装入量115吨5、出钢温度：1680℃（二）废钢比计算：1、设上述条件下：铁水x吨废钢y吨X+Y==115设冶炼钢种HRB335，成分：【C】0.21% [Si]0.35% [Mn]1.35% [S]0.030% [P]0.035%2、热收入2.1、铁水物理热：按常温下25℃计算铁的熔点Tf=1539-（100*4.5+8*0.5+5*0.2+30*0.15+25*0.045+7)=1080℃铁的物理热=X*1000[0.744*(1080-25)+217.486+0.8368*（1350-1080）]=1228342X Kj2.2、元素放热：钢水终点【C】0.1%，锰按氧化40%计算，碳氧化成90%CO,10%CO2计算C—CO（4.5-0.1）%*90%*10940*X*1000=433220X KjC—CO2（4.5-0.1）%*10%*34220*X*1000=150570X KjSi—SiO2 0.5%*28314*X*1000=141570*XMn—MnO (0.2-40%*0.2)%*7020*X*1000=8424X KjP—P2O5 0.11*75%*18923*X*1000=15610X Kj实际生产中【P】按氧化75%计算3、热支出3.1、钢熔点Tf=1539—(65*0.21+5*0.35+5*1.35+30*0.035+25*0.030+7)=1508℃装入量115T按实际出钢量108T计算3.2、钢水的物理热=108*1000【0.699*（1508-25）+271.96+0.8368（1680-1508）】=156870756 Kj3.3、钢渣的物理热=115*1000*11%【1.247（1680-25）+209.2】=28753260Kj (渣量按装入量的11%计算)3.4、炉气的的物理热：主要按炉气生成CO和CO2计算，炉气温度1450℃【C】+1/2O2=CO (4.5-0.1)%*90%*28/12=0.0924Kg【C】+1/2O2=CO2 (4.5-0.1)%*90%*44/12=0.0161Kg 则炉气物理热=（0.0924+0.0161）*1.136*（1450-25）*X*1000=175639.8X Kj4、热收入=热支出则得出1977736X=156870756+287532260.25+175639.8X解得铁水=103废钢y==12t(二) (1)铁水【Si】波动0.1%，调整废钢量【Si】波动0.1%则放热波动如下：103*1000*0.1%*28314=2916342K j 根据资料这部分热量的70%用于熔池有效升温每公斤废钢的冷却效应（按出钢温度1680℃，废钢熔点1500℃）Q 废=1*【0.699（1500-25）+271.96+0.8368（1680-1500）】=1453.609Kj/Kg 则得出铁水【Si】波动0.1%，调整废钢量为：2916342*70%/1453.609=1400Kg=1.4t(2) 每吨废钢的降温值（出钢量108t）1453.609*1000=108*1000*0.8368*△t △t=16.1℃.根据经验与资料取△t=14.5℃（3）铁水温度波动10℃调整废钢量，铁水温度波动10℃，则带入的物理热波动为103*1000*0.8367*10=861801Kj 70%用于有效升温则调整废钢量为861801*70%/1453.609=415Kg(4)增加1t铁水，则带入的物理热为1000*【0.744（1080-25）+217.486+0.8368（1350-1080）】=1228342(Kj)元素放热增加如下：C—CO 433220Kj C—CO2 150570Kj Si—SiO2 141570Kj Mn—MnO 8424Kj P—P2O5 15610Kj 总计 621974Kj增加1t铁水总计增加的热量1228342+621974Kj=1850316Kj 70%用于有效升温，则能使钢水升温△t℃则得出：1228342*70%+621947*70=108*1000*0.8368*△t △t=20℃(三)(1)如果每炉烧结矿定为3吨，则需减废钢Xt,增加铁水y吨（103+y）+(12-x)=115,14.5x+20y=3*43 得出x=y=3.74吨即铁水调整为103+3.74=106.74t 废钢调整为12—3.74=8.26t(2)如果烧结矿定位4t 需减废钢Xt增加铁水y吨（103+ y）+(12-X)=115 ,14.5x+20y=4*43 得出x=4.98≈5t,y=4.98≈5t 即铁水调整为103+5=108t 废钢调整为12-5=7t.附表：各冷却剂降温值。

4.6 转炉炼钢的物料平衡及热平衡[5]炼钢过程的物料平衡和热平衡计算是建立在物质与能量守恒的基础上的。

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。

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。

尽管如此，它对指导炼钢生产和设计仍有重要的意义。

转炉炼钢的过程是一个很复杂的物理化学变化过程，对其作完全定量的分析是不可能的，但是一些基本的规律和原理在该过程中仍然适用。

比如说转炉炼钢过程遵循物质不灭和能量守恒定律，在这个基础上建立了转炉炼钢过程中的物料平衡和热平衡计算。

用来研究转炉收入、支出的物质和能量在数量上的平衡关系，并用平衡方程式、平衡表或者物流及热流图表示出来。

通过物料平衡和热平衡的计算可以全面的掌握转炉的物料和能量的利用情况，了解转炉的工作能力和热效率，从而为改进工艺、实现转炉最佳操作探索途径，并为降低原材料消耗及合理利用能源和节能提供方向。

总的来说，物料平衡和热平衡的计算一方面可以指导车间或设备的设计，比如说转炉及其供氧设备，或者炼钢车间的设计；另一方面可以改善和校核已投产的转炉冶炼工艺参数、设备适应性能，比如说确定加入冷却剂的数量和时间，或者采用新技术等而由实测数据进行的计算，比如说设计一些自动控制模型时的计算。

4.6.1 物料平衡[12]物料平衡是计算炼钢过程中加入炉内和参与炼钢过程的全部物料（铁水、废钢、氧气、冷却剂、渣料和耐材等）及炼钢过程中产物（钢液、炉渣、炉气及烟尘等）之间的平衡关系。

以下通过举例进行计算分析。

1．原材料成分表4.9铁水、废钢成分（%）表4.10渣料和炉衬材料成分（%）表4.11各项目的热容表4.12反应热效应（25℃）2．其它假设条件（根据各类转炉生产实际过程假设）：（1）炉渣中铁珠量为渣量的8%；（2）喷溅损失为铁水量的1%；（3）熔池中碳的氧化生成90%CO，10%CO2；（4）烟尘量为铁水量的1.6%，其中烟尘中FeO=77%，Fe2O3=20%；（5）炉衬侵蚀量为铁水量的0.5%；（6）炉气温度取1450℃，炉气中自由氧含量为总炉气量的0.5%；（7）氧气成分：98.5%O2，1.5%N2。

顶底复吹转炉炼钢的物料平衡和热平衡计算1 物料平衡计算1.1 计算原始数据基本原始数据有：冶炼钢种及成分、铁水和废铁的成分、终点钢水成分；造渣用溶剂及炉衬等原材料成分；脱氧和合金化用铁合金的成分及回收率；其他工艺参数。

1.1.2物料平衡的基本项目收入项有：铁水、废钢、溶剂（石灰、萤石、轻烧白云石）、氧气、炉衬蚀损、铁合金。

支出项有：钢水、炉渣、烟尘、渣中铁珠、炉气、喷溅。

1.1.3 计算步骤以100㎏铁水为基础进行计算。

第一步：计算脱氧和合金化前的总渣量及其成分。

总渣量包括铁水中元素氧化，炉衬腐蚀和加入溶剂的成渣量。

其各项成渣量分别列于表5-5~表5-7。

总渣量及成分如表5-8所示：①由CaO还原出的氧量；消耗CaO量=0.02×56/32=0.035㎏。

SiO 2=1.710+0.009+0.028+0.020=1.767㎏；因设定终渣碱度R=3.5，故石灰加入量为：5.285/(88.0%-3.5×2.50%)=6.67㎏②.石灰加入量=(石灰中CaO 含量）-（石灰中S →CaS 自耗的CaO 量）①.表中除(FeO)和(Fe2O3)以外的总渣量为6.779+1.934+1.052+0.137+0.452+0.440+0.422+0.031=11.238㎏，而终渣Σω(FeO)=15%(表5-4)，故总渣量为11.238/86.75%=12.955㎏。

②.ω(FeO)=12.910×8.25%=1.069㎏ ω(Fe2O3)=12.910×5%-0.033-0.005-0.008=0.602㎏第二步：计算氧气消耗量。

氧气的实际消耗量系消耗项目与供入项目之差。

见表5-9第三步：计算炉气量及其成分。

炉气中含有CO 、CO2、N2、SO2和H2O.其中CO 、CO2、SO2和H2O 可由表7-5~表7-7查得，O2和N2则由炉气总体积来确定。

现计算如下：炉气总体积V ΣV ∑=g V +0.5%V ∑+991 (%5.0324.22+s G V ∑－x V )=5.9832/4.22007.010.77.0998.79950.987.099⨯-⨯+⨯=-+Vx Gs Vg =8.089 m ³式中Vg ——CO 、CO2、SO2和H2O 各组分总体积，m ³。

炼钢过程中的物料平衡与热平衡计算炼钢是一种重要的冶金工艺，通过加热和处理铁矿石和其他原料，从而将其转化为钢铁。

在炼钢过程中，物料平衡和热平衡的计算是保证炼钢过程顺利进行的关键。

1.物料平衡计算物料平衡计算是指在炼钢过程中，对原料和产物之间的质量变化进行控制和监测。

物料平衡计算的基本原理是质量守恒定律，即物质在任何化学反应和过程中，质量不能被创造或破坏。

在炼钢过程中，主要的原料包括铁矿石、废钢和其他合金。

物料平衡计算的目的是确定原料和产物之间的质量变化以及原料的流量。

以基本的炼钢炉为例，物料平衡计算可以分为三个主要步骤：1)原料质量和流量测量：测量并记录原料的质量和流量，包括铁矿石、废钢和其他合金的输入。

2)化学反应和质量变化计算：根据炼钢过程中的化学反应，计算原料和产物之间的质量变化。

这包括原料的表面吸附、化学反应和挥发物的产生。

3)产物质量和流量测量：测量并记录产物的质量和流量，包括钢铁和炉渣的输出。

通过这些步骤，可以得到原料和产物之间的质量平衡关系。

通过不断调整原料的输入和产物的输出，可以确保炼钢过程中的物料平衡。

热平衡计算是指在炼钢过程中，通过计算热量的吸收和释放，以确保炉内的温度可以达到所需的炼钢温度。

在炼钢过程中，有几种主要的热量转移方式，包括辐射、传导、对流和蒸发。

热平衡计算的基本原理是能量守恒定律，即能量不能被创造或破坏。

热平衡计算可以分为以下几个步骤：1)炉内温度测量：通过在炉内安装温度传感器，可以测量和记录炉内的温度分布。

2)热量输入和输出计算：通过测量原料的热量输入和产物的热量输出，可以计算总的热量平衡。

热量输入包括燃料燃烧生成的热量和化学反应产生的热量。

热量输出包括炉渣的热量、废气的热量以及钢铁的热量。

3)热量转移计算：通过计算炉内热量的传导、辐射、对流和蒸发，可以确定炉内的热量分布。

这可以通过数学模型和计算方法进行计算。

通过热平衡计算，可以确定炉内的温度分布，并根据需要进行调整。