3电弧炉炼钢物料平衡和热平衡3.1 物料平衡计算3.1.1 计算所需原始数据基本原始数据：冶炼钢种及成分（见表3-1）；原材料成分（见表3-2）；炉料中元素烧损率（见表3-3）；合金元素回收率（见表3-4）；其他数据（见表3-5）。表3-1 冶炼钢种及其成分钢种成分/%备注CSiMnPSFeQ2150.090.150.030.250.550.0450.045余量FBZ注：分母系计算时的设定值，取其成分中限。表3-2 原材料成分/%名称CSiMnPSCrAlFeH2O灰分挥发分碳素废钢0.180.250.550.0300.030余量炼钢生铁4.200.800.600.2000.035余量FeMn6.600.5067.800.2300.13024.74FeSi73.000.500.0500.0302.5023.92SiMn1.6520.5063.200.0650.04514.54FeCr4.350.400.0350.04567.3027.87Al98.501.50焦炭81.500.5812.405.52电极99.001.00名称CaOSiO2MgOAl2O3CaF2Fe2O3CO2H2OP2O5S石灰88.002.502.601.500.504.640.100.100.06萤石0.305.500.601.6088.001.501.500.900.10铁矿石1.305.750.301.4589.771.200.150.08火砖块0.5560.800.6036.801.25高铝砖1.256.400.1291.350.88镁砂4.103.6589.500.851.90焦炭灰分4.4049.700.9526.2518.550.15电极灰分8.9057.800.1033.10表3-3 炉料中元素烧损成分CSiMnPS烧损率/%熔化期2540,取307095，去856070，取654050，取45可以忽略氧化期0.06全部烧损200.0152530，取27按末期含量比规格下限低0.03%0.10%（取0.06%）确定（一般不低于0.03%的脱碳量）；按末期含量的0.015%来确定。表3-4 铁水、废钢成分设定值类别成分%CSiMnPS废钢设定值0.180.250.550.0300.030表3-5 其他数据名称参数配碳量比钢种规格中限高0.48%，即达0.6%熔化期脱碳量30%，即0.6%30%0.18kg电极消耗量4kg/t（金属料）：其中熔化期占75%；氧化期和还原期各占25%炉顶高铝砖消耗量1.275kg/t（金属料）：其中熔化期占59%，氧化期占41%炉衬镁砖消耗量3.5kg/t（金属料）：其中熔化期占57%；氧化期和还原期各占43%熔化期和氧化期所需要氧量100%来自于氧气氧气纯度和利用率99%，余者为N2，氧利用率90%焦炭中碳的回收率75%（系指配料用焦炭）碳氧化产物均按70%生成CO，30%生成CO2考虑烟尘量按8.5kg/t（金属料）考虑3.1.2 物料平衡基本项目收入项有：废钢、生铁、焦炭、石灰、萤石、电极、炉衬镁砖、炉顶高铝砖、火砖块、铁合金、氧气和空气。支出项有：钢水、炉渣、炉气、挥发的铁、焦炭中挥发分。3.1.3 计算步骤以100kg金属炉料（废钢+生铁）为基础，按工艺阶段熔化期、氧化期和还原期分别进行计算，然后汇总成物料平衡表。第一步：熔化期计算。（1）确定物料消耗量：1）金属炉料配入量。废钢和生铁按75kg和25kg搭配，不足碳量用焦炭来配。其结果列于表3-6。计算用原始数据见表3-2和3-5。表3-6 炉料配入量名称用量/kg配料成分/kgCSiMnPSFe废钢100.0000.180.250.550.030.0398.96焦炭0.6870.42合计100.6870.60.250.550.030.0398.96碳烧损率25%。2)其他原材料消耗量。为了提前造渣脱磷，先加入一部分石灰（20kg/t（金属料）和矿石（10kg/t（金属料）。炉顶、炉衬和电极消耗量见表3-5。（2）确定氧气和空气消耗量：耗氧项包括炉料中元素的氧化，焦炭和电极中碳的氧化；而矿石则带来部分氧，石灰中CaO被自身S还原出部分氧。前后两者之差即为所需净氧量2.458kg。详见表3-7。根据表3-5中的假设，应由氧气供给的氧气为100%，即2.239kg。由此可求出氧气实际消耗量。详见表3-8。上述1）+2）便是熔化期的物料收入量。表3-7 净耗氧量的计算项目名称元素反应产物元素氧化量/kg耗氧量/kg供氧量/kg耗氧项炉料中元素的氧化CSiMnPFe（C）CO（C）CO2（Si）SiO2）（Mn）MnO）（P）P2O5）（Fe）FeO）（Fe（Fe2O3）0.1260.0540.21250.35750.01350.2971.6820.1680.1440.24280.1040.01740.08480.721合计2.74251.482焦炭中碳的氧化电极中碳的氧化CC（C）CO（C）CO2（C）CO（C）CO20.0980.0420.2080.0890.1310.1120.2770.237合计2.239供氧项矿石石灰SCaO+S=CaS+O0.0006合计0.0006净耗氧量2.2384令铁烧损率为2%，其中80%生成Fe2O3挥发掉成为烟尘的一部分；20%成渣。在这20%中，按3：1的比例分别生成（FeO）和（Fe2O3）。表3-8 氧气实际消耗量氧气/kg带入O2带入N22.2384/氧利用率=2.2384/90%=3.128(3.128/99%)1%=0.032（3）确定炉渣量：炉渣源于炉料中Si、Mn、P、Fe等元素的氧化产物，炉顶和炉衬的蚀损，焦炭和电极中的灰分，以及加入的各种熔剂。结果见表3-9。表3-9 熔化期炉渣量的确定名称消耗量/kg成渣组分/kgCaOSiO2MgOAl2O3MnOFeOFe2O3P2O5CaS合计炉料SiMnPFe0.2130.3580.0140.3960.4550.460.3820.1410.0310.4550.4620.0310.523炉顶炉衬焦炭电极石灰0.0750.2000.6870.3002.0000.0010.0080.004略1.7580.0040.0070.0420.0020.050略0.1790.001略0.0520.0690.0020.0220.0010.0300.0010.0040.0160.010略0.0020.0020.0750.2000.0850.0031.904合计1.7710.5610.2320.1240.460.3820.1720.0330.0023.737百分比47.38156.23.3212.310.214.60.880.54100.00（4）确定金属量：金属量Qi=金属炉料重+矿石带入的铁量-炉料中C、Si、Mn、P和Fe的烧损量+焦炭配入的碳量=100-2.7425+0.42=97.6775kg。（5）确定炉气量：炉气来源于炉料以及焦炭和电极中碳的氧化物CO和CO2，氧气带入的N2，物料中的H2O及其反应产物，游离O2及其反应产物，石灰的烧减（CO2），焦炭的挥发分。计算结果列于表3-10。表3-10 炉气量计算项目气态产物/kgCOCO2N2H2OH2挥发物合计炉料中C的氧化焦炭带入电极带入石灰带入氧气带入游离O2参与反应CO+1/2O2=CO2H2O参与反应H2O+CO=H2+CO20.2940.2280.485-0.4354-0.00930.1980.1540.3260.0930.68410.014670.02510.0040.002-0.0060.000670.0470.4920.4240.8110.0950.02510.24870合计0.56231.470.025100.000670.0382.091质量分数/%26.8370.131.1900.031.81100.00（6）确定铁的挥发量：有表3-7中设定，铁的挥发量为：97.9492%80%=1.564kg。上述（3）+（4）+（5）+（6）便是熔化期的物料支出量。由此可列出熔化期物料平衡表3-11。表3-11 熔化期物料平衡表收入支出项目质量/kg%项目质量/kg%废钢100.00094.54金属97.677592.94焦炭0.6870.65炉渣3.73743.56电极0.3000.283炉气2.09611.99石灰2.0001.89铁的挥发