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    常州精密鋼管博客網

    煉鋼+精煉+連鑄系統各種計算公式

    1、轉爐裝入量

    2、氧氣流量


    3、供氧強度

    注:氧氣理論計算值僅為總耗氧量的75%~85%。


    氧槍音速計算

    α=(κgRT)1/2m/s

    α—當地條件下的音速,m/s;

    κ—氣體的熱容比,對于空氣和氧氣,κ=1.4;

    g—重力加速度,9.81m/s2;

    R—氣體常數,26.49m/κ。


    馬赫數計算

    M=ν/α

    M—馬赫數;

    ν—氣體流速,m/s;

    α—音速,m/s。


    沖擊深度計算

    h—沖擊深度,m;

    P0—氧氣的滯止壓力(絕對),㎏/㎝2;

    d0—噴管出口直徑,m;

    H—槍位,m;

    ρ—金屬的密度,㎏/m3;

    dc—候口直徑,m;

    B—常數,對低粘度液體取作40;

    K—考慮到轉爐實際吹煉特點的系數,等于40。


    在淹沒吹煉的情況下,H=0,沖擊深度達到最大值,即

    有效沖擊面積計算

    ν—氧射流在出口處的流速,m/s。


    金屬-氧接觸面積計算

    在淹沒吹煉時,射流中的金屬液滴重是氧氣重量的3倍,吹入1m3氧氣的液滴總表面積(金屬-氧氣的接觸面積):

    G1標米3氧氣中的金屬液滴重量=3×1.43㎏;

    r平均—液滴的平均半徑,m;

    ρ—金屬液的密度,7×103/m3。


    金屬-熔渣接觸面積計算

    V—乳化渣的總體積,m3;

    r—渣滴半徑,m。


    氧氣高度計算

    H=bPDe

    H—氧槍噴頭端面距熔池液面的高度,㎜;

    b—系數,隨噴孔數而變化,四孔噴頭b=4560;

    P—供氧壓力,MPa;

    De—噴頭出口直徑,㎜。


    4、石灰的加入量(㎏/t)

    當鐵水P<0.30%時,

    當鐵水P>0.30%時,

    η-脫磷率,單渣法取90%,雙渣法為90%~95%;

    當生成3CaO·P2O5時,

    當生成4CaO·P2O5時,

    4CaO·P2O53CaO·P2O5在煉鋼高溫下都是穩定的化合物,生產時放出大量的熱,3CaO·P2O54CaO·P2O5生成時放出的熱量多。只有當渣中P2O5的質量分數ωP2O53%時才有可能形成3CaO·P2O5。實際生產中P2O5的質量分數一般不會超過1%。


    噸鋼石灰的加入量(㎏)=

    鐵水帶渣帶入的SiO2應考慮鐵水渣中CaO相當的SiO2

    則輔原料及鐵水帶渣所需石灰用量(㎏)=


    5、渣量計算

    渣量可以用元素平衡法計算。Mn和P兩元素,從渣料和爐襯中的來源很少,其數量可以忽略不計。因而可以用Mn或P的平衡來計算渣量。


    用Mn平衡計算渣量

    設渣量為X,終渣中氧化錳的含量已知為A%;


    錳來源量=鐵水帶錳量+廢鋼帶錳量

    =鐵水裝入量×鐵水中錳含量%+廢鋼裝入量×廢鋼中錳含量%


    錳支出量=鋼水帶錳量+爐渣帶錳量

    =出鋼鋼水量×終點殘錳量%+爐渣渣量×爐渣中錳含量%


    根據質量守恒定律,錳來源量=錳支出量


    鐵水裝入量×鐵水中錳含量%+廢鋼裝入量×廢鋼中錳含量%=出鋼鋼水量×終點殘錳量%+爐渣渣量×爐渣中錳含量%


    用P平衡計算渣量

    設渣量為Y,終渣中氧化錳的含量已知為A%;

    P來源量=鐵水帶P量+廢鋼帶P量

    =鐵水裝入量×鐵水中P含量%+廢鋼裝入量×廢鋼中P含量%


    P支出量=鋼水帶P量+爐渣帶P量

    =出鋼鋼水量×終點鋼水中P量%+爐渣渣量×爐渣中P含量%


    根據質量守恒定律,P來源量=P支出量


    鐵水裝入量×鐵水中P含量%+廢鋼裝入量×廢鋼中P含量%=出鋼鋼水量×終點鋼水中P量%+爐渣渣量×爐渣中P含量%

    6、白云石加入量計算

    白云石加入量

    石灰帶入的MgO的量=石灰加入量×石灰中MgO含量%=A(㎏)


    1t裝入量爐襯熔損帶出的MgO的量=1000×熔損的含量%×爐襯中MgO的含量%=B(㎏)


    1t裝入量終渣MgO的量=1000×渣量占金屬裝入量的量%×終渣成分中MgO含量%=C(㎏)


    白云石的加入量=(終渣要求MgO的量C-石灰帶入的MgO的量A-爐襯熔損帶出的MgO的量B)/白云石中MgO的含量% =D(㎏)


    白云石需補加石灰用量


    白云石相當的石灰量

    白云石相當的石灰量=

    ∴石灰的加入總量=石灰加入量-補加石灰量-白云石相當的石灰量=G(㎏)


    爐鋼渣量總量簡單計算

    爐渣總量/爐=石灰加入量+白云石×(1-白云石中燒堿含量%)+礦石加入量×(1-礦石中全鐵含量%)+裝入量×入爐金屬料硅含量%×1000×60÷28


    入爐金屬料硅含量=裝入量×鐵水所占比例×鐵水硅含量%+裝入量×生鐵塊所占比例×生鐵塊硅含量%+裝入量×廢鋼所占比例×廢鋼硅含量%


    煉鋼溫度下分配系數常以渣中氧化物含量和元素的比值表示


    渣中氧化物含量換算的系數

    根據脫磷效果確定硅、渣量計算

    轉爐煉鋼脫磷能力較強,去磷量可達90%以上,在FeO%=14%時,脫磷指數為Lp=P/[P]


    爐渣堿度下脫磷指數Lp=P/[P]的最大值

    爐渣堿度

    2.4

    2.8

    3.5

    4.0

    Lp

    120

    210

    440

    480

    實際脫磷指數只能達到最大值的50%~80%之間。

    L=0.436Lp+0.3717

    100㎏爐料為例,磷的平衡關系為:

    爐料中磷量=鋼中磷量+渣中磷量

    100ω[P]%=Qω[P]%+QωP%

    ωP%=0.437ωP2O5%,ωP2O5%=Lpω[P]%

    100ω[P]%=Qω[P]%+0.437QLpω[P]%

    ω[P]%= 100ω[P]%/ (Q+0.437QLp)

    ω[P]%—爐料中磷的質量百分數;

    Q—鋼水重量,㎏;

    Q—爐渣重量,㎏。

     

    煉鋼鐵水的最佳硅質量分數

    渣量既要保證脫磷效果,又要考慮成本。煉鋼堿度一般取3.5,爐渣中CaO和SiO2占總渣量的50%60%左右。假定CaO+ SiO2為渣量的55%,渣中CaO含量為B%,渣中SiO2含量為C%

    石灰的加入量(㎏/t)=渣量×渣中CaO含量%/石灰有效氧化鈣


    鐵水硅含量計算

    渣中SiO2的量(㎏/t=渣量×渣中SiO2含量%=A×C%=D

    每噸鐵水的Si含量 ω(Si)=渣中SiO2的量/1000×28/60×100%=E%    

    ∴鐵水中的ω(Si)ω(P) 的關系為:

    Si%=(P%鐵水-P%出鋼)×1000×100%×渣中SiO2含量%×28×100%/L×P%出鋼×60×1000


    L=0.436Lp+0.3717

    還原性脫磷方案:

    硅鈣合金脫磷,要求用一定壓力的氬氣作為載流氣體,將CaSi合金粉噴入鋼液之中;電石脫磷,要求鋼液溫度為15751680℃、鋼中碳的活度在0.020.30之間,脫磷率ηp可達50%以上;CaC2CaF2合成渣脫磷,鋼水溫度在15751680℃,CaC2CaF2渣系中CaF2的配比控制在10%25%為好。

    溫度為15701680℃,ωCaO24%脫磷計算


    當硫在渣、鋼間的分配系數Ls一定時,鋼液硫含量取決于爐料硫含量和渣量的計算

    Σω(S)%[S]%(S)%·Q

    Ls=ω(S)%[S]%

    ω[S]%=Σω(S)%/1+Ls·Q

    Σω(S)%—爐料帶入熔池的總硫量,%;

    ω[S]%—鋼液中硫的質量百分數;

    ω(S)%—爐渣中硫的質量百分數;

    Q—渣量,%。

     

    7、轉爐熱效率計算


    8、出鋼溫度的計算

    出鋼溫度=凝固溫度(T+過熱度(α)+出鋼過程溫降(Δt1+出鋼完畢至精煉開始之前的溫降(Δt2+鋼水精煉過程的溫降(Δt3+鋼水精煉完畢至開澆之前的溫降(Δt4+鋼水從鋼包至中間包的溫降(Δt5


    常用的凝固溫度計算公式

    Tn=1536-(78ω[C]+7.6ω[Si]+4.9ω[Mn]+34ω[P]+30ω[S]+5.0ω[Cu]+3.1ω[Ni]+2.0ω[Mo]+2.0ω[V]+1.3ω[Cr]+18ω[Ti]+3.6ω[Al]+80ω[B]+ 80ω[O] +90ω[N] +1300ω[H]

    過熱度-與鋼種、坯型有關,方坯一般取20-30℃,板坯一般取15-25


    9、冷卻劑的冷卻效應計算

    Q=Q+Q

    1㎏礦石的冷卻效應

    Qkj/㎏)=1×(礦石熱熔×(前期熔池溫度-常溫)+礦石熔化潛熱+礦石中Fe2O3含量×112/160×還原鐵吸收熱量+礦石中FeO含量×56/72×還原鐵吸收熱量)

    Qkj/=1×C×Δt+λ+1×(ω(e2O3)×112/160×6456+ω(FeO)×56/72×4247)

    Q=1×(1.016×(1350-25+209+礦石中Fe2O3含量×112/160×6459+礦石中FeO含量×112/160×4249

    1㎏廢鋼的冷卻效應

    Qkj/㎏)=1×((廢鋼固態熱熔×(廢鋼熔化溫度-常溫)+廢鋼熔化潛熱+液態熱熔×(出鋼溫度-廢鋼熔化溫度))

    Qkj/㎏)=1×[C×(t25))+λC(tt)]

    Q=1×(0.699×(1500-25+272+0.837×(出鋼溫度-1500))

    冷卻劑用量確定

    如果選擇礦石為裝入量的A%,則需要設廢鋼用量,設廢鋼用量χ㎏

    Q=A%(100+χ)×Q+χ×Q

     溫度降低計算

    假定設定廢鋼的冷卻效應為1,則常用冷卻劑的冷卻效應換算值換算

    冷卻劑

    重廢鋼

    輕薄廢鋼

    壓塊

    鑄鐵件

    生鐵塊

    金屬球團

    燒結礦

    鐵塊石

    氧化鐵皮

    冷卻效應值

    1.0

    1.1

    1.6

    0.6

    0.7

    1.5

    3.0

    3.0-3.6

    3.0

    冷卻劑

    石灰石

    生白云石

    石灰

    無煙煤

    焦炭

    硅鐵

    菱鎂礦

    螢石

    OG泥燒結礦

    冷卻效應值

    2.2

    2.2

    1.0

    -2.9

    -3.2

    -5.0

    2.2

    1.0

    2.8

    加入1%冷卻劑時降溫的經驗數據

    加入1%冷卻劑

    廢鋼

    礦石

    鐵皮

    石灰

    白云石

    石灰石

    降溫效果/

    812

    3040

    3444

    1420

    2024

    2838

    氧化1㎏元素的放熱量及氧化1%元素使熔池升溫度數

    元素氧化反應

    氧氣吹煉

    1200

    1400

    1600

    [C]+{O2}={CO2}

    244/33022

    240/32480

    236/31935

    [C]+1/2{O2}={CO}

    84/11286

    83/11161

    82/11035

    [Fe]+1/2{O2}=(FeO)

    31/4067

    30/4013

    29/3963

    [Mn]+1/2{O2}=(MnO)

    47/6333

    47/6320

    47/6312

    [Si]+ {O2}+2(CaO)=(2CaO·SiO2)

    152/20649

    142/19270

    132/17807

    2[P]+5/2{O2}+2(CaO)=4 CaO·P2O5

    190/25707

    187/24495

    144/19762

    注:表中分母上的數據為氧化1㎏某元素的放熱量(kJ),分子上的數據為氧化1%該元素使熔池升溫的度數(℃)。

    熔池升溫度數計算

    Q=Σ(m·c)·Δt

    Δt= Q/Σ(m·c

    Δt—熔池升溫度數,℃;

    Q1㎏元素氧化后放出的熱量,kJ;

    m—受熱物體(金屬、爐渣、爐襯)的量,㎏;

    c—受熱物體(金屬、爐渣、爐襯)的比熱容,kJ/(㎏·℃)

    c金屬=1.05 kJ/(㎏·℃)

    c爐渣=1.235 kJ/(㎏·℃)

    c爐襯=1.235 kJ/(㎏·℃)

    10、合金元素吸收的計算

    合金加入量計算

    合金中元素增加量%=


    合金元素吸收率核算公式η%


    鐵合金中的氫含量范圍

    名稱

    硅鐵(45%

    高碳錳鐵

    低碳錳鐵

    低碳鉻鐵

    硅錳合金

    電解鎳

    氫含量(×10-6

    9.717.4

    7.517.0

    8.1

    4.36.0

    14.2

    0.2

    鐵合金中的氮含量范圍

    名稱

    硅鐵(75%

    高碳錳鐵

    鈦鐵

    高碳鉻鐵

    硅錳合金

    氮錳合金

    氮鉻合金

    ω[N]

    0.003

    0.002

    0.022

    0.039

    0.025

    2.88

    7.67

     

    1600℃時錳、碳、硅、鋁的脫氧能力

    脫氧元素(含量為1%

    Mn

    C

    Si

    Al

    鋼液中平衡時ω[O]

    0.10

    0.02

    0.017

    0.0017


    1600℃時鋼中氧和鋁的平衡含量

    ω[Al]

    0.1

    0.05

    0.01

    0.005

    0.002

    0.001

    ω[O]

    0.0003

    0.0004

    0.0013

    0.002

    0.0037

    0.0059

    用熱力學函數作為判斷冶金反應方向及計算

    ΔG=ΔGΘ+-19.149T·lgQ

    ΔGΘ=-19.149T·lgK

    ΔG—某一狀態Q時的吉布斯自由能變化,J/mol;

    ΔGΘ—由標準態到平衡狀態時的吉布斯自由能變化J/mol;

    Q—反應在非標準狀態下活度的比值;

    K—反應的平衡常數,用活度表示。


    鋁脫氧平衡關系

    一般情況下,在1600℃時,當原始狀態Q=1,則反應2[Al]+3[O]=Al2O3達到平衡時:

    例如:一鋼液ω[O]=0.02%,現向鋼中加Al后,ω[Al]=0.08%。在1600℃反應達到平衡時,鋼中的ω[O]、 ω[Al]各為多少,認為濃度很小時,可用濃度代替活度)?

    ∵反應生成Al2O3,其消耗的ω[O]%和 ω[Al]%的比值為:

    ∴  ω[Al]%=0.02222,α [Al]平=0.08-0.02222=0.05778, ω[Al] =0.05788%

    ω[O]%=0.019754,α [O]平=0.02-0.019754=0.000246, ω[O] =0.000246%


    鈦脫氧平衡關系

    轉爐終點的氧含量計算

    堿性電弧的氧含量計算

    熔池鐵液中氧的飽和含量關系

    ω[O]=0.23αFeO


    鋼中氧化量計算:

    αo=94.07+36.8862/[%C] ppm


    100t轉爐鋼水含氧量計算

    [O]=10.99/[%C]+1.63T(℃)-880[%Mn]-2236 ppm


    150t轉爐鋼水含氧量計算

    αo=36.63/[%C]+0.77T(℃)-1350.57[%Mn]-1387.78 ppm


    鋼中氧含量計算

    (%O)=-0.154[%C]+0.006(ΣFeO)-0.018[%Mn]+12×10-7T(℃)+0.0392

     

    氧的脫碳效率

    0.933=22.4/(2×12)

    氧化單位碳量所需的氧量將隨 [%C]的不同而不同,大致如下

    ω[C]/%

    0.91.0

    0.30.6

    0.10.25

    0.050.10

    0.05

    單位耗氧量(m3

    0.030.06

    0.040.06

    0.050.07

    0.50

    1.251.90

    鋼中碳的溶解

    碳溶于鐵液是吸熱過程,隨溫度上升溶解度增加,吸收每克碳吸熱1887J。

    在煉鋼的溫度范圍內,對于Fe—C二元系和Fe—C—Σ多元系,在不同溫度下碳的飽和溶解度計算式:

    Fe—C二元系 :

    ω[C]%飽=1.3+0.00257t

    Fe—C—Σ多元系:

    ω[C]%飽

    =1.3+0.00257t+0.17ω[Ti]%+0.135ω[V]%+0.12ω[Nb]%+0.065ω[Cr]%+0.027ω[Mn]%+0.015ω[Mo]%-0.4ω[S]%-0.32ω[P]%-0.31ω[Si]%- 0.22ω[Al]%-0.074ω[Cu]%-0.053ω[Ni]%

    上式中的標準含量以1%作單位。合適含量見下表,合適溫度范圍是1150~2000℃。

    元素

    Ti

    V

    Nb

    Cr

    Mn

    Mo

    含量/%

    1

    3.4

    1

    9

    25

    2

    元素

    S

    P

    Si

    Al

    Cu

    Ni

    含量/%

    0.4

    3

    5.5

    2

    3.8

    8

    上式從各元素前的系數大小可看出變化程度,以此來估計多種元素的吸碳能力的大小。


    碳氧濃度積

    不同碳含量和溫度時的m值

    ω[C]%

    溫度/

    1500

    1550

    1600

    1650

    1700

    m×10-3

    0.01

    1.76

    1.91

    2.06

    2.19

    2.33

    0.05

    2.11

    2.22

    2.34

    2.44

    2.55

    0.10

    2.20

    2.30

    2.41

    2.51

    2.60

    0.50

    2.51

    2.61

    2.72

    2.83

    2.94

    1.00

    2.91

    3.02

    3.16

    3.27

    3.40

    氧氣轉爐熔池中的實際氧含量ω[O]%實際高于在該情況下與碳平衡的氧含量ω[O]%平衡(m)值即:

    ω[C]%·ω[O]%實際>ω[C]%·ω[O]%平衡(m)值

    Δω[O]%= ω[O]%實際-ω[O]%平衡=ω[O]%實際-(m/ω[C]%


    11、出鋼量計算



    12、鋼鐵料計算

    其中:生鐵包括冷生鐵、高爐鐵水、還原鐵;廢鋼鐵包括各種廢鋼、廢鐵等;


    a. 輕薄料廢鋼,包括銹蝕的薄鋼板以及相當于銹蝕薄板的其他輕薄廢鋼,按實物量×60%計算,其加工壓塊按實物量×60%計算;


    b. 渣鋼是指從爐渣中回收的帶渣子的鋼,按實物×70% 計算;經過砸碎加工(基本上去掉雜質)的渣鋼,按實物量×90%計算;


    c. 優質鋼絲(即過去所稱“鋼絲”)、鋼絲繩、普通鋼鋼絲(即過去所稱“鐵絲”)、鐵屑以及鋼錠扒皮車屑和機械加工的廢鋼屑(加工壓塊在內),按實物量×60%計算;


    d. 鋼坯切頭切尾、湯道、中注管鋼、桶底鋼、凍包鋼、重廢鋼等均按實物計算;


    簡單算法

    鋼鐵料消耗(kg/t鋼)= 金屬裝入量(鐵水+廢鋼+生鐵塊)×1000/合格鋼坯


    合格鋼坯=[裝入量×(1-吹損率)+合金加入量×合金回收率]×鑄坯收得率

    鑄坯收得率應考慮鋼包殘鋼量、連澆爐數、中包殘鋼量、鑄坯定尺長度、鑄坯割縫、頭坯量和尾坯量、廢品量(現場+退廢)、切割時氧化損失、引流損失等影響。


    鋼鐵料消耗(kg/t鋼)=金屬裝入量(鐵水+廢鋼+生鐵塊)×1000/(裝入量-各種損失)

    損失:化學損失、爐渣損失、煙塵損失、噴濺損失等


    鋼鐵料消耗(kg/t鋼)=金屬裝入量(鐵水+廢鋼+生鐵塊)×1000/(裝入量-各工序損失)


    各工序損失:

    原料工序損失:鐵水帶渣扣減量、鐵水預處理的比例及其工序鐵水損失、鐵水翻罐和兌入時潑灑、廢鋼的折算;


    煉鋼工序損失:化學燒損、鋼渣中金屬損失、金屬鐵氧化、渣中鋼珠損失、噴濺損失、煙塵金屬料損失、回爐鋼水及新循環廢鋼損失(回爐鋼水+自循環廢鋼)×吹損率)、按鋼種分類統計;


    連鑄工序損失:氧化鐵皮損失、切縫損失、切頭、切尾損失、連鑄中間包余鋼、工序鋼包余鋼、漏鋼損失、連鑄坯合格率、軋后退廢。


    13、爐渣氧化性的表示方法

    全氧法

    Σω(FeO)=ω(FeO)+1.35ω(Fe2O3


    全鐵法(常用)

    Σω(FeO)=ω(FeO)+0.9ω(Fe2O3


    當ω[C]>0.1%時,轉爐吹煉末期的氧化鐵總量計算式

    Σω(FeO)%=4ω(CaO)%/ω(SiO2%+0.3/ω[C]%+1×10-6t2+1.25


    對于任何爐種的爐渣,特別是低碳鋼(ω[C]≤0.05%)的鋼液,氧化鐵含量計算式

    Σω(FeO)%=12+0.9/ω[C]%


    在純氧化鐵渣下(α(FeO)=1),金屬中的平衡含氧量即為飽和含氧量,因為氧在鋼中的溶解度很低,可用ω[O]代替α[O]

    L0(FeO)[O]=1/ω[O]飽和; lgL0=lg(1/ω[O]飽和)=6320/T-2.734,按此式計算可得不同溫度時純鐵渣下飽和含氧量

    t/℃

    1550

    1600

    1650

    1700

    ω[O]/%

    0.190

    0.231

    0.278

    0.331

     金屬中氧含量除與溫度有關外,還與爐渣的成分有關。因此,α(FeO)等于金屬液中與渣平衡時的氧含量和純氧化鐵渣下飽和含氧量ω[O]飽和之比。

    α(FeO)[O][O]飽和

    研究證明,當∑(FeO)一定,堿度為2左右時爐渣的氧化能力最強。


    14、鋼的密度

    鋼液密度隨溫度變化計算

    ρ=8523-0.8358(t+273);t的單位為℃。


    成分對鋼液密度影響的經驗計算公式

    ρ=ρ01600℃-210ω[C]- 210ω[C]- 60ω[Si] -7.5ω[Mn]-6ω[Ni] -550ω[Cr]-43ω[W]- 164ω[Al]

    ρ01600℃—鐵碳熔體在1600℃的密度,㎏/m3;

    元素含量適用范圍:ω[C]<1.7%,其余元素的質量百分數均在18%以下。

    爐渣密度隨溫度變化計算

    ρ0—爐渣1400℃時的密度,kg/m3;

    ρ—爐渣高于1400℃時的密度,kg/m3

    1400℃時,爐渣的密度與組成的關系

    一般液態堿性渣的密度為3000㎏/m3,固態堿性渣的密度為3500㎏/m3,ω(FeO)>40%的高氧化性渣的密度為4000㎏/m3,酸性渣的密度一般為3000㎏/m3。


    15、每噸鋼液中元素氧化物的數量、耗氧量、放熱量和鋼液的升溫關系式:

    M=(2.14Δω[Si]+ 1.29Δω[Mn]+ 1.48Δω[Cr]+ 1.28Δω[Fe]+ 2.29Δω[p]+ 1.47Δω[V]+ 1.67Δω[Ti]+ 1.88Δω[Al])×1000

    M為1t鋼液中元素氧化生產氧化物的數量,㎏;Δω[M]為鋼液中元素質量分數的變化值,如為1%則代入0.01。


    MO2=( 1.5295Δω[C]+1.143Δω[Si]+ 0.29Δω[Mn]+ 0.461Δω[Cr]+ 0.286Δω[Fe]+ 1.29Δω[p]+ 0.471Δω[V]+ 0.888Δω[Al])×1000

    MO2為1t鋼液的耗O2量,㎏;如果單純生成CO2則用2.66Δω[C],若生成CO時,則為1.33Δω[C];若脫氧產物為15% CO2、85% CO,則為1.5295ω[C]。


    Q=(12.225Δω[C]+27.813Δω[Si]+ 6.908Δω[Mn]+ 4.27Δω[Cr]+ 4.103Δω[Fe]+ 20.515Δω[p]+ 11.388Δω[V]+ 28.30Δω[Al])×1000

    Q為1t鋼液的放熱量,kj;其中12.225Δω[C]適用于生成CO的情況。


    ΔT O2=(14.6Δω[C]+33.21Δω[Si]+ 8.25Δω[Mn]+ 5.1Δω[Cr]+ 4.9Δω[Fe]+ 24.5Δω[p]+ 13.6Δω[V]+ 33.8Δω[Al])×1000(不計熱損失)

    ΔT O21t鋼液的升溫值,℃。鋼液熱容為837.36kj/(t·℃)。


    16、鋼中雜質的含量和渣量的計算

    ω[M]—100㎏鋼液中殘存的元素含量,㎏;

    Σω[M]—原始狀態下,100㎏鋼、渣中元素M的含量,㎏;

    M—100㎏鋼液的爐渣重量,㎏;

    LM—渣鋼間元素的分配系數,

    它和渣成分有關。

    QAr—氬氣流量,m3/min;Q—鋼液重量,t;T1—鋼液的溫度,K;Tg—氣體的溫度,K;P0—鋼液面處氣體的壓力,Pa;h0—氣體噴吹深度,m;η—貢獻系數。


    元素的溶解對純鐵熔點的計算

    ΔT=1021/MB{[ωA液]- [ωA固]}


    濺渣護爐

    爐渣熔化溫度與爐渣成分經驗計算式

    T=0.7498ω(MgO)%+4.5017(ω(CaO)%/ω(SiO2)%)-10.5335ω(TFe)%+1582(℃)


    調渣劑中MgO含量計算

    ω(MgO)相對=ω(MgO)/(1-ω(CaO)+R·ω(SiO2))

    式中ω(MgO)、ω(CaO)、 ω(SiO2)為調渣劑中含量。


    調渣劑與廢鋼的熱當量置換比計算

    調渣劑與廢鋼的熱當量置換比=

    ΔHi、ΔHs分別為i種調渣劑和廢鋼的焓,MJ/kg;ω(MgO)i為i種調渣劑中MgO的質量分數,%。

    不同調渣劑的熱焓(H1773k-HΘ298k)及其對煉鋼熱平衡的影響

         調渣劑 

    種類項目

    生白

    云石

    輕燒白

    云石

    菱鎂

    菱鎂

    冶金

    鎂砂

    氮氣

    廢鋼

    熱焓/MJ/㎏

    3.407

    1.762

    3.026

    2.06

    1.91

    2.236

    1.38

    與廢鋼的熱

    量置換比

    2.47

    1.28

    2.19

    1.49

    1.38

    1.62

    1.0

    與廢鋼的熱

    當量置換比

    11.38

    3.36

    4.77

    2.21

    1.66

    合適的留渣量計算

    公稱噸位200t以上的大型轉爐,濺渣層厚度取25~30mm;公稱噸位100t以下的小型轉爐,濺渣層厚度取15~20mm。

    Qs=KABC

    Qs—留渣量,t;K—渣層厚度,m;A—爐襯內襯表面積,m2;B—爐渣密度,t/m3;C—系數,一般取1.1~1.3。


    精   煉

    LF爐用變壓器功率計算

    鋼包爐的變壓器功率取決于加熱速度、能量轉換率、鋼水重量

    W—鋼水重量,㎏;C—鋼水比熱容,kcal/(㎏·℃);ω—渣的重量,㎏;c—渣的比熱容,kcal/(㎏·℃);K1—功率因數;K2—電效率;K3—電弧熱效率;K4—負荷率;θ—加熱速度,℃/min;Δθ—散熱速度,℃/min;860—能量轉化系數,kcal/kW。


    電極極心圓侵蝕指數計算

    REP—耐材實效侵蝕指數;I—電弧電壓;VP—弧柱電壓;α—削尖了的電極側面到爐壁的間距。α=0.7L;L—爐壁與電極側面之間距。


    RH年處理能力計算公式

    P—年處理能力,Mt/年;

    H—平均出鋼量,t/爐;

    T—RH爐鋼水平均處理周期,min;

    η1—轉爐、精煉(LF)、RH、連鑄配合率,%;

    η2—RH處理鋼水合格率,%;

    η3—RH作業率,%.


    RH鋼水循環率計算

    U=3.8×10-3×D0.3u×D1.1d×G0.31×H0.5

    U—鋼水循環率,t/min;Du—插入管上升管直徑,cm;Dd—插入管下降管直徑,cm;G—提升氣體流速,L/min;H—提升氣體在上升管內的通入的高度,cm。


    真空下吹氬應滿足的條件:

    PAr>Pg+ρ·H+2σ/r

    PAr—氬氣泡的壓力;Pg—真空度;ρ—鋼液密度;H—氣泡距鋼液面的高度;σ—鋼液的界面張力;r—生成Ar氣泡的半徑。


    二次氧化時鋼液進氧量與進氮量的計算

    Δ[O]=(rMeO2·A·t)/Q×100%ppm

    Δ[N]=(rMeN2·A·t)/Q×100%ppm

    rMeO2,rMeN2—二次氧化時的吸氧、吸氮的傳質通量,kg/m2·s;A—澆注時氣液平均接觸面積,m2;t—澆注時氣液的接觸時間,s;Q—澆注鋼液重量,kg。


    碳鋼吸氧速度關系式

    rMeO2=(3.1-1.08αc)×10-3kg·O2/m2·s

    αc—1600℃下計算的碳的活度值。


    高合金鋼、高硅鋼吸氧速度關系式

    rMeO2=(3.3-4.8)×10-3kg·O2/m2·s

     

    發熱劑的加入量

    CΔTW=QWη

    W/W=CΔT/(Qη)

    W—發熱劑的加入量,kg;C—鋼水比熱容,kJ/(t·℃);Q—發熱劑的發熱值,kJ/kg;ΔT—升溫幅度,℃;η—發熱效率。


    發熱劑的過剩指數

    I=發熱劑實際加入量/預定升溫理論計算量(即按化學計算反應的量)

    過剩指數變化范圍為1.0~1.4


    喂線深度

    H=Aδ(1-δ/D)V

    H—包芯線喂入鋼水深度,mm;A—與鐵皮材質和鋼水溫度有關的參數;δ—鐵皮的厚度,mm;D—包芯線的直徑,mm;V—包芯線的喂線速度,m/s 。


    喂線速度

    V=0.12×(W0.344/(δ(1-δ/D)×10-3

    W—鋼液重量,t;其它參數與喂線深度一樣。


    合金用量計算

    Pi=G(ai-bi)/(fici)+Mipi

    Pi—合金用量,kg;G—鋼液重量,kg;ai—合金元素的目標含量,%;bi—合金元素在鋼液中的含量,%;ci—元素在鋼液中的含量,%;fi—元素的收得率,%;Mi—合金的補加系數;pi′—各種合金的初步總用量,kg;Mipi′—合金的補加量。


    Mi—(ai/(fici)/1-Σai/(fici

    ai/(fici)—合金在鋼液中所占的比分,%;1-Σ[ai/(fici)]—不含合金的純鋼液所占的比分,%。

    pi′=ΣPi(ai-bi)/(fici


    合金加入量

    合金加入量(kg)=(控制成分%-分析成分%)×鋼水量(kg)/(回收率%×鐵合金中元素含量%)


    在精煉爐內脫氧好,FeO<0.5%的條件下元素回收率:

    100%回收率的元素有:Ni、Mo、Mn、Cr、Si、C、V、Nb;

    S、Al、Ti直接加包中回收率:30%~50%;

    喂線法加入的回收率:S、Al、Ti為70%~80%,B為40%~50% 。

    LF成分控制精度

    成分

    C

    Si

    Mn

    Cr

    Mo

    Ni

    Als

    精度控制/%

    ±0.01

    ±0.02

    ±0.02

    ±0.01

    ±0.01

    ±0.01

    ±0.009

    吹氬攪拌時,鋼水溫降ΔT與處理時間ζ關系

    鎮靜鋼ΔT=0.87ζ+0.14ζ2-0.0083ζ3

    低合金鋼ΔT=0.49ζ+0.558ζ2-0.0479ζ3

    半鎮靜鋼和沸騰鋼=ΔT=0.66ζ+0.373ζ2-0.0289ζ3

    鋼與渣之間的平衡關系可以用氧的分配系數L0表示

    根據氧在鋼液與爐渣間的質量平衡關系,即鋼液中排出的氧量等于進入爐渣的氧量

    分配系數與爐渣堿度和溫度的關系

    ω[O]- ω[O]=[ ω(FeO)- ω(FeO))]×16/72×m

    ω[O], ω[O]—鋼中平衡和初始氧含量,%;

    ω(FeO), ω(FeO)—渣中平衡和初始氧含量,%;

    m—渣量所占鋼水量的質量分數,%。


    喂線長度

    適合喂絲的合金元素

    與氧親和力

    高的元素

    低密度

    元素

    高蒸汽壓

    力元素

    低溶解

    度元素

    Ca

    Ca

    Mg

    Pb

    Mg

    Mg

    Ca

    Ca

    Ce

    C

    Se

    Mg

    Zr

    B

    Te

    Al

    Si

    Ti

    S

    Si

    Se

    Nb

    包芯線喂線速度一般比為鋁線慢些,喂線速度一般取1.5~3.5m/s。


    不同鋼包的最大喂入深度

    鋼包容量/t

    最大喂入深度/m

    25

    1.5

    50

    2

    100

    2.5

    150

    3

    250

    3.5

    不同包芯線的相對吸熱能力

    包芯線種類

    相對吸熱能力

    包芯線種類

    相對吸熱能力

    C

    0.7

    S

    0.5

    CaSi

    0.9

    FeTi

    1.1

    在1600℃的溫度條件下,當元素在鋼中的含量為0.1%時,一些常見元素的脫氧能力由強到弱的排列順序:

    Re→Zr→Ca→Al→Ti→B→Si→C→P→Nb→V→Mn→Cr→W,Fe,Mo→Ni→Cu


    鋁線最佳喂速確定

    最佳喂入深度是在距包底上方100~200mm處,鋁線在此熔化和反應。最佳喂速確定:

    ν=(H-0.15)/ζt

    ν—最佳喂速,m/s;H—熔池深度,m;根據鋼液量及鋼包尺寸計算;ζt—鋁線熔化時間,s。


    鋁收得率計算

    在渣流動性良好的情況下,鋁收得率主要與鋼液中溶解氧化量和鋼液溫度有關,取計算式:

    η=253.2993+0.342[O]2-0.00002884T2-0.008667[O]T


    鋼液喂鋁量計算

    L—喂入鋼液中的鋁線長度,m;Alaim—控制的目標殘鋁量,%;Alas—分析的鋼中殘鋁量,%;κ—冶煉過程中鋁的損失量,kg;η—鋁的收得率,%;W—鋁線的每米重量,kg/m;G—鋼液重量,t。


    鋼液的脫碳、脫氫與脫氮速度關系計算

    ν[H]=15470·[%H]2·ν[C]%/min;ν[N]=1446·[%N]2·ν[C]%/min。


    1個大氣壓下,1.013×105Pa,脫碳、脫氫、脫氮的關系式

    [%C]2-[%C]1=-Δ[%C]=6K2H·{1/[%H]2-1/[%H]1}+6{[%H]2-[%H]1}


    [%C]2-[%C]1=-Δ[%C]=0.43K2N·{1/[%N]2-1/[%N]1}+0.43{[%N]2-[%N]1}

    [%C]1—原始 [%C],%;[%C]2—降低后的[%C],%;[%H]1,[%N]1—原始 [%C],%;[%H]2,[%N]2—降低后的[%C],%;K2H,K2N—原始 [%H]、 [%H]的值。


    鋼液吹氬與氣體含量變化關系式

    VAr=112·Q·{PAr·K2H·(1/[%H]2-1/[%H]1)+([%H]2-[%H]1)}Nm3Ar

    VAr=8·Q·{PAr·K2N·(1/[%N]2-1/[%N]1)+([%N]2-[%N]1)}Nm3Ar

    Q—鋼水的重量,t;PAr—吹入氬氣時,Ar在鋼水中的平均壓力,大氣壓(1.013×105Pa為1單位)


    二次氧化鋼液的進氧量與進氮量關系式

    Δ[O]=(rMeO2·A·t)/Q×100%  PPm

    Δ[N]=(rMeN2·A·t)/Q×100%  PPm

    rMeO2,rMeN2—二次氧化時吸氧、吸氮的傳質通量,kg/m2·s;A—澆注時氣液平均接觸面積,m2;t—澆注時氣液接觸的時間,s;Q—澆注鋼液重量,kg。


    碳鋼吸氧速度關系式

    rMeO2=(3.1-1.08αc)×10-3  kg·O2/m2·s

    αc—1600℃下計算的碳的活度值。

    高合金、高硅鋼種吸氧量在(3.3~4.8)×10-4 kg·O2/m2·s


    鋼液吸氣面積關系式

    A=1.2345d·(H1+H0)+0.848d·((ω20+ω1ω0+ω21)/g) m2

    d—鑄口直徑,m;H1、H0—澆注前后由鑄口到中鑄管的距離,m;ω1、ω0—澆注一盤前后鑄口處鋼液的速度,m/s;g —重力加速度,9.81m/s2;z1、z0—開澆和澆完一盤時鋼水在盛鋼桶中的高度,m;C0—鑄口的阻力系數,一般為0.96。


    澆注一盤鋼需要時間的關系式

    A0—鑄口的斷面積,m2;D—盛鋼桶的平均內徑,m;CD—鑄口的阻力系數,一般為0.96。


    連  鑄

    坯殼厚度計算

    t—凝固時間,min;

    l—結晶器有效長度,㎜(結晶器液面至結晶器下口的距離,約為結晶器實長減80~100㎜),V—拉坯速度,㎜/min。


    渣膜厚度計算

    e—渣膜厚度,mm;η—渣黏度,Pa·s;V—拉速,m/min;g—重力加速度,cm/s2;ρm,ρs—鋼和渣的密度,g/cm3。黏度在1300℃時小于0.14Pa·s,在1250~1400℃時在0.1~1.0 Pa·s的范圍。


    鑄坯線收縮量計算

    Δl=βΔT

    ΔT—彎月面到結晶器出口處坯殼的溫度變化;

    β—坯殼收縮系數,鐵素體為16.5×10-6/℃;奧氏體為22.0×10-6/℃。


    鑄坯液相穴深度計算

    L—鑄坯的液相穴深度,m;

    D—鑄坯厚度,mm;

    V—拉坯速度,m/min;

    t—鑄坯完全凝固所需要的時間,min;

    K綜合—綜合凝固系數,㎜/min1/2。


    結晶器倒錐度計算

    ε1—結晶器每米長度的倒錐度,%/m;

    S—結晶器上口斷面積,mm2;

    S—結晶器下口斷面積,mm2;

    L—結晶器的長度,m。


    矩形坯或板坯倒錐度計算

    S—結晶器上口寬邊或窄邊長度,mm;

    S—結晶器下口寬邊或窄邊長度,mm。


    結晶器長度計算

    結晶器的長度應保證鑄坯出結晶器下口的坯殼厚度大于或等于10~25mm,通常,生產小斷面鑄坯時取下限,而生產大斷面時,應取上限。

    V—拉坯速度,mm/min。

    考慮到鋼液面到結晶器上口應有80~120mm的高度,故結晶器的實際長度應為:L= Lm+(80+120)mm


    結晶器水縫面積計算

    A—結晶器的水縫總面積,m2;Q—結晶器每米周邊長耗水量,m3/(h·m);L—結晶器周邊長度,m;V—冷卻水流速,m/s。


    澆注溫度計算

    T澆注=TL+ΔT

    T澆注—合適澆注溫度,℃;TL—液相線溫度,℃;ΔT—鋼液的過熱度,℃。


    TL=1536-(78ω[C]+7.6ω[Si]+4.9ω[Mn]+34ω[P]+30ω[S]+5.0ω[Cu]+3.1ω[Ni]+2.0ω[Mo]+2.0ω[V]+1.3ω[Cr]+18ω[Ti]+3.6ω[Al]+ 80ω[B]+7)

    中間包鋼水過熱度選取值

    澆注鋼種

    板坯、大方坯

    小方坯

    澆注鋼種

    板坯、大方坯

    小方坯

    高碳鋼、高錳鋼

    +10℃

    +15~20℃

    不銹鋼

    +15~20℃

    +20~30℃

    合金結構鋼

    +5~15℃