常州精密钢管博客网

炼钢+精炼+连铸系统各种计算公式

1、转炉装入量

2、氧气流量


3、供氧强度

注:氧气理论计算值仅为总耗氧量的75%~85%。


氧枪音速计算

α=(κgRT)1/2m/s

α—当地条件下的音速,m/s

κ—气体的热容比,对于空气和氧气,κ=1.4

g—重力加速度,9.81m/s2

R—气体常数,26.49m/κ。


马赫数计算

M=ν/α

M—马赫数;

ν—气体流速,m/s;

α—音速,m/s。


冲击深度计算

h—冲击深度,m;

P0—氧气的滞止压力(绝对),㎏/㎝2

d0—喷管出口直径,m;

H—枪位,m;

ρ—金属的密度,㎏/m3

dc—候口直径,m;

B—常数,对低粘度液体取作40;

K—考虑到转炉实际吹炼特点的系数,等于40。


在淹没吹炼的情况下,H=0,冲击深度达到最大值,即

有效冲击面积计算

ν—氧射流在出口处的流速,m/s


金属-氧接触面积计算

在淹没吹炼时,射流中的金属液滴重是氧气重量的3倍,吹入1m3氧气的液滴总表面积(金属-氧气的接触面积):

G1标米3氧气中的金属液滴重量=3×1.43㎏;

r平均—液滴的平均半径,m

ρ—金属液的密度,7×103/m3


金属-熔渣接触面积计算

V—乳化渣的总体积,m3

r—渣滴半径,m


氧气高度计算

H=bPDe

H—氧枪喷头端面距熔池液面的高度,㎜;

b—系数,随喷孔数而变化,四孔喷头b=4560

P—供氧压力,MPa

De—喷头出口直径,㎜。


4、石灰的加入量(㎏/t)

当铁水P<0.30%时,

当铁水P>0.30%时,

η-脱磷率,单渣法取90%,双渣法为90%~95%;

当生成3CaO·P2O5时,

当生成4CaO·P2O5时,

4CaO·P2O53CaO·P2O5在炼钢高温下都是稳定的化合物,生产时放出大量的热,3CaO·P2O54CaO·P2O5生成时放出的热量多。只有当渣中P2O5的质量分数ωP2O53%时才有可能形成3CaO·P2O5。实际生产中P2O5的质量分数一般不会超过1%


吨钢石灰的加入量(㎏)=

铁水带渣带入的SiO2应考虑铁水渣中CaO相当的SiO2

则辅原料及铁水带渣所需石灰用量(㎏)=


5、渣量计算

渣量可以用元素平衡法计算。Mn和P两元素,从渣料和炉衬中的来源很少,其数量可以忽略不计。因而可以用Mn或P的平衡来计算渣量。


用Mn平衡计算渣量

设渣量为X,终渣中氧化锰的含量已知为A%;


锰来源量=铁水带锰量+废钢带锰量

=铁水装入量×铁水中锰含量%+废钢装入量×废钢中锰含量%


锰支出量=钢水带锰量+炉渣带锰量

=出钢钢水量×终点残锰量%+炉渣渣量×炉渣中锰含量%


根据质量守恒定律,锰来源量=锰支出量


铁水装入量×铁水中锰含量%+废钢装入量×废钢中锰含量%=出钢钢水量×终点残锰量%+炉渣渣量×炉渣中锰含量%


用P平衡计算渣量

设渣量为Y,终渣中氧化锰的含量已知为A%;

P来源量=铁水带P量+废钢带P量

=铁水装入量×铁水中P含量%+废钢装入量×废钢中P含量%


P支出量=钢水带P量+炉渣带P量

=出钢钢水量×终点钢水中P量%+炉渣渣量×炉渣中P含量%


根据质量守恒定律,P来源量=P支出量


铁水装入量×铁水中P含量%+废钢装入量×废钢中P含量%=出钢钢水量×终点钢水中P量%+炉渣渣量×炉渣中P含量%

6、白云石加入量计算

白云石加入量

石灰带入的MgO的量=石灰加入量×石灰中MgO含量%=A(㎏)


1t装入量炉衬熔损带出的MgO的量=1000×熔损的含量%×炉衬中MgO的含量%=B(㎏)


1t装入量终渣MgO的量=1000×渣量占金属装入量的量%×终渣成分中MgO含量%=C(㎏)


白云石的加入量=(终渣要求MgO的量C-石灰带入的MgO的量A-炉衬熔损带出的MgO的量B)/白云石中MgO的含量% =D(㎏)


白云石需补加石灰用量


白云石相当的石灰量

白云石相当的石灰量=

∴石灰的加入总量=石灰加入量-补加石灰量-白云石相当的石灰量=G(㎏)


炉钢渣量总量简单计算

炉渣总量/炉=石灰加入量+白云石×(1-白云石中烧碱含量%)+矿石加入量×(1-矿石中全铁含量%)+装入量×入炉金属料硅含量%×1000×60÷28


入炉金属料硅含量=装入量×铁水所占比例×铁水硅含量%+装入量×生铁块所占比例×生铁块硅含量%+装入量×废钢所占比例×废钢硅含量%


炼钢温度下分配系数常以渣中氧化物含量和元素的比值表示


渣中氧化物含量换算的系数

根据脱磷效果确定硅、渣量计算

转炉炼钢脱磷能力较强,去磷量可达90%以上,在FeO%=14%时,脱磷指数为Lp=P/[P]


炉渣碱度下脱磷指数Lp=P/[P]的最大值

炉渣碱度

2.4

2.8

3.5

4.0

Lp

120

210

440

480

实际脱磷指数只能达到最大值的50%~80%之间。

L=0.436Lp+0.3717

100㎏炉料为例,磷的平衡关系为:

炉料中磷量=钢中磷量+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]%—炉料中磷的质量百分数;

Q—钢水重量,㎏;

Q—炉渣重量,㎏。

 

炼钢铁水的最佳硅质量分数

渣量既要保证脱磷效果,又要考虑成本。炼钢碱度一般取3.5,炉渣中CaO和SiO2占总渣量的50%60%左右。假定CaO+ SiO2为渣量的55%,渣中CaO含量为B%,渣中SiO2含量为C%

石灰的加入量(㎏/t)=渣量×渣中CaO含量%/石灰有效氧化钙


铁水硅含量计算

渣中SiO2的量(㎏/t=渣量×渣中SiO2含量%=A×C%=D

每吨铁水的Si含量 ω(Si)=渣中SiO2的量/1000×28/60×100%=E%    

∴铁水中的ω(Si)ω(P) 的关系为:

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


L=0.436Lp+0.3717

还原性脱磷方案:

硅钙合金脱磷,要求用一定压力的氩气作为载流气体,将CaSi合金粉喷入钢液之中;电石脱磷,要求钢液温度为15751680℃、钢中碳的活度在0.020.30之间,脱磷率ηp可达50%以上;CaC2CaF2合成渣脱磷,钢水温度在15751680℃,CaC2CaF2渣系中CaF2的配比控制在10%25%为好。

温度为15701680℃,ωCaO24%脱磷计算


当硫在渣、钢间的分配系数Ls一定时,钢液硫含量取决于炉料硫含量和渣量的计算

Σω(S)%[S]%(S)%·Q

Ls=ω(S)%[S]%

ω[S]%=Σω(S)%/1+Ls·Q

Σω(S)%—炉料带入熔池的总硫量,%

ω[S]%—钢液中硫的质量百分数;

ω(S)%—炉渣中硫的质量百分数;

Q—渣量,%

 

7、转炉热效率计算


8、出钢温度的计算

出钢温度=凝固温度(T+过热度(α)+出钢过程温降(Δt1+出钢完毕至精炼开始之前的温降(Δt2+钢水精炼过程的温降(Δt3+钢水精炼完毕至开浇之前的温降(Δt4+钢水从钢包至中间包的温降(Δt5


常用的凝固温度计算公式

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]

过热度-与钢种、坯型有关,方坯一般取20-30℃,板坯一般取15-25


9、冷却剂的冷却效应计算

Q=Q+Q

1㎏矿石的冷却效应

Qkj/㎏)=1×(矿石热熔×(前期熔池温度-常温)+矿石熔化潜热+矿石中Fe2O3含量×112/160×还原铁吸收热量+矿石中FeO含量×56/72×还原铁吸收热量)

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

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

1㎏废钢的冷却效应

Qkj/㎏)=1×((废钢固态热熔×(废钢熔化温度-常温)+废钢熔化潜热+液态热熔×(出钢温度-废钢熔化温度))

Qkj/㎏)=1×[C×(t25))+λC(tt)]

Q=1×(0.699×(1500-25+272+0.837×(出钢温度-1500))

冷却剂用量确定

如果选择矿石为装入量的A%,则需要设废钢用量,设废钢用量χ㎏

Q=A%(100+χ)×Q+χ×Q

 温度降低计算

假定设定废钢的冷却效应为1,则常用冷却剂的冷却效应换算值换算

冷却剂

重废钢

轻薄废钢

压块

铸铁件

生铁块

金属球团

烧结矿

铁块石

氧化铁皮

冷却效应值

1.0

1.1

1.6

0.6

0.7

1.5

3.0

3.0-3.6

3.0

冷却剂

石灰石

生白云石

石灰

无烟煤

焦炭

硅铁

菱镁矿

萤石

OG泥烧结矿

冷却效应值

2.2

2.2

1.0

-2.9

-3.2

-5.0

2.2

1.0

2.8

加入1%冷却剂时降温的经验数据

加入1%冷却剂

废钢

矿石

铁皮

石灰

白云石

石灰石

降温效果/

812

3040

3444

1420

2024

2838

氧化1㎏元素的放热量及氧化1%元素使熔池升温度数

元素氧化反应

氧气吹炼

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:表中分母上的数据为氧化1㎏某元素的放热量(kJ),分子上的数据为氧化1%该元素使熔池升温的度数(℃)。

熔池升温度数计算

Q=Σ(m·c)·Δt

Δt= Q/Σ(m·c

Δt—熔池升温度数,℃;

Q1㎏元素氧化后放出的热量,kJ

m—受热物体(金属、炉渣、炉衬)的量,㎏;

c—受热物体(金属、炉渣、炉衬)的比热容,kJ/(㎏·℃)

c金属=1.05 kJ/(㎏·℃)

c炉渣=1.235 kJ/(㎏·℃)

c炉衬=1.235 kJ/(㎏·℃)

10、合金元素吸收的计算

合金加入量计算

合金中元素增加量%=


合金元素吸收率核算公式η%


铁合金中的氢含量范围

名称

硅铁(45%

高碳锰铁

低碳锰铁

低碳铬铁

硅锰合金

电解镍

氢含量(×10-6

9.717.4

7.517.0

8.1

4.36.0

14.2

0.2

铁合金中的氮含量范围

名称

硅铁(75%

高碳锰铁

钛铁

高碳铬铁

硅锰合金

氮锰合金

氮鉻合金

ω[N]

0.003

0.002

0.022

0.039

0.025

2.88

7.67

 

1600℃时锰、碳、硅、铝的脱氧能力

脱氧元素(含量为1%

Mn

C

Si

Al

钢液中平衡时ω[O]

0.10

0.02

0.017

0.0017


1600℃时钢中氧和铝的平衡含量

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

用热力学函数作为判断冶金反应方向及计算

ΔG=ΔGΘ+-19.149T·lgQ

ΔGΘ=-19.149T·lgK

ΔG—某一状态Q时的吉布斯自由能变化,J/mol;

ΔGΘ—由标准态到平衡状态时的吉布斯自由能变化J/mol;

Q—反应在非标准状态下活度的比值;

K—反应的平衡常数,用活度表示。


铝脱氧平衡关系

一般情况下,在1600℃时,当原始状态Q=1,则反应2[Al]+3[O]=Al2O3达到平衡时:

例如:一钢液ω[O]=0.02%,现向钢中加Al后,ω[Al]=0.08%。在1600℃反应达到平衡时,钢中的ω[O]、 ω[Al]各为多少,认为浓度很小时,可用浓度代替活度)?

∵反应生成Al2O3,其消耗的ω[O]%和 ω[Al]%的比值为:

∴  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%


钛脱氧平衡关系

转炉终点的氧含量计算

碱性电弧的氧含量计算

熔池铁液中氧的饱和含量关系

ω[O]=0.23αFeO


钢中氧化量计算:

αo=94.07+36.8862/[%C] ppm


100t转炉钢水含氧量计算

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


150t转炉钢水含氧量计算

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


钢中氧含量计算

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

 

氧的脱碳效率

0.933=22.4/(2×12)

氧化单位碳量所需的氧量将随 [%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

单位耗氧量(m3

0.030.06

0.040.06

0.050.07

0.50

1.251.90

钢中碳的溶解

碳溶于铁液是吸热过程,随温度上升溶解度增加,吸收每克碳吸热1887J。

在炼钢的温度范围内,对于Fe—C二元系和Fe—C—Σ多元系,在不同温度下碳的饱和溶解度计算式:

Fe—C二元系 :

ω[C]%饱=1.3+0.00257t

Fe—C—Σ多元系:

ω[C]%饱

=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]%

上式中的标准含量以1%作单位。合适含量见下表,合适温度范围是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

上式从各元素前的系数大小可看出变化程度,以此来估计多种元素的吸碳能力的大小。


碳氧浓度积

不同碳含量和温度时的m值

ω[C]%

温度/

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

氧气转炉熔池中的实际氧含量ω[O]%实际高于在该情况下与碳平衡的氧含量ω[O]%平衡(m)值即:

ω[C]%·ω[O]%实际>ω[C]%·ω[O]%平衡(m)值

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


11、出钢量计算



12、钢铁料计算

其中:生铁包括冷生铁、高炉铁水、还原铁;废钢铁包括各种废钢、废铁等;


a. 轻薄料废钢,包括锈蚀的薄钢板以及相当于锈蚀薄板的其他轻薄废钢,按实物量×60%计算,其加工压块按实物量×60%计算;


b. 渣钢是指从炉渣中回收的带渣子的钢,按实物×70% 计算;经过砸碎加工(基本上去掉杂质)的渣钢,按实物量×90%计算;


c. 优质钢丝(即过去所称“钢丝”)、钢丝绳、普通钢钢丝(即过去所称“铁丝”)、铁屑以及钢锭扒皮车屑和机械加工的废钢屑(加工压块在内),按实物量×60%计算;


d. 钢坯切头切尾、汤道、中注管钢、桶底钢、冻包钢、重废钢等均按实物计算;


简单算法

钢铁料消耗(kg/t钢)= 金属装入量(铁水+废钢+生铁块)×1000/合格钢坯


合格钢坯=[装入量×(1-吹损率)+合金加入量×合金回收率]×铸坯收得率

铸坯收得率应考虑钢包残钢量、连浇炉数、中包残钢量、铸坯定尺长度、铸坯割缝、头坯量和尾坯量、废品量(现场+退废)、切割时氧化损失、引流损失等影响。


钢铁料消耗(kg/t钢)=金属装入量(铁水+废钢+生铁块)×1000/(装入量-各种损失)

损失:化学损失、炉渣损失、烟尘损失、喷溅损失等


钢铁料消耗(kg/t钢)=金属装入量(铁水+废钢+生铁块)×1000/(装入量-各工序损失)


各工序损失:

原料工序损失:铁水带渣扣减量、铁水预处理的比例及其工序铁水损失、铁水翻罐和兑入时泼洒、废钢的折算;


炼钢工序损失:化学烧损、钢渣中金属损失、金属铁氧化、渣中钢珠损失、喷溅损失、烟尘金属料损失、回炉钢水及新循环废钢损失(回炉钢水+自循环废钢)×吹损率)、按钢种分类统计;


连铸工序损失:氧化铁皮损失、切缝损失、切头、切尾损失、连铸中间包余钢、工序钢包余钢、漏钢损失、连铸坯合格率、轧后退废。


13、炉渣氧化性的表示方法

全氧法

Σω(FeO)=ω(FeO)+1.35ω(Fe2O3


全铁法(常用)

Σω(FeO)=ω(FeO)+0.9ω(Fe2O3


当ω[C]>0.1%时,转炉吹炼末期的氧化铁总量计算式

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


对于任何炉种的炉渣,特别是低碳钢(ω[C]≤0.05%)的钢液,氧化铁含量计算式

Σω(FeO)%=12+0.9/ω[C]%


在纯氧化铁渣下(α(FeO)=1),金属中的平衡含氧量即为饱和含氧量,因为氧在钢中的溶解度很低,可用ω[O]代替α[O]

L0(FeO)[O]=1/ω[O]饱和; lgL0=lg(1/ω[O]饱和)=6320/T-2.734,按此式计算可得不同温度时纯铁渣下饱和含氧量

t/℃

1550

1600

1650

1700

ω[O]/%

0.190

0.231

0.278

0.331

 金属中氧含量除与温度有关外,还与炉渣的成分有关。因此,α(FeO)等于金属液中与渣平衡时的氧含量和纯氧化铁渣下饱和含氧量ω[O]饱和之比。

α(FeO)[O][O]饱和

研究证明,当∑(FeO)一定,碱度为2左右时炉渣的氧化能力最强。


14、钢的密度

钢液密度随温度变化计算

ρ=8523-0.8358(t+273);t的单位为℃。


成分对钢液密度影响的经验计算公式

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

ρ01600℃—铁碳熔体在1600℃的密度,㎏/m3

元素含量适用范围:ω[C]<1.7%,其余元素的质量百分数均在18%以下。

炉渣密度随温度变化计算

ρ0—炉渣1400℃时的密度,kg/m3

ρ—炉渣高于1400℃时的密度,kg/m3

1400℃时,炉渣的密度与组成的关系

一般液态碱性渣的密度为3000㎏/m3,固态碱性渣的密度为3500㎏/m3,ω(FeO)>40%的高氧化性渣的密度为4000㎏/m3,酸性渣的密度一般为3000㎏/m3


15、每吨钢液中元素氧化物的数量、耗氧量、放热量和钢液的升温关系式:

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为1t钢液中元素氧化生产氧化物的数量,㎏;Δω[M]为钢液中元素质量分数的变化值,如为1%则代入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为1t钢液的耗O2量,㎏;如果单纯生成CO2则用2.66Δω[C],若生成CO时,则为1.33Δω[C];若脱氧产物为15% CO2、85% CO,则为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为1t钢液的放热量,kj;其中12.225Δω[C]适用于生成CO的情况。


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(不计热损失)

ΔT O21t钢液的升温值,℃。钢液热容为837.36kj/(t·℃)。


16、钢中杂质的含量和渣量的计算

ω[M]—100㎏钢液中残存的元素含量,㎏;

Σω[M]—原始状态下,100㎏钢、渣中元素M的含量,㎏;

M—100㎏钢液的炉渣重量,㎏;

LM—渣钢间元素的分配系数,

它和渣成分有关。

QAr—氩气流量,m3/min;Q—钢液重量,t;T1—钢液的温度,K;Tg—气体的温度,K;P0—钢液面处气体的压力,Pa;h0—气体喷吹深度,m;η—贡献系数。


元素的溶解对纯铁熔点的计算

ΔT=1021/MB{[ωA液]- [ωA固]}


溅渣护炉

炉渣熔化温度与炉渣成分经验计算式

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


调渣剂中MgO含量计算

ω(MgO)相对=ω(MgO)/(1-ω(CaO)+R·ω(SiO2))

式中ω(MgO)、ω(CaO)、 ω(SiO2)为调渣剂中含量。


调渣剂与废钢的热当量置换比计算

调渣剂与废钢的热当量置换比=

ΔHi、ΔHs分别为i种调渣剂和废钢的焓,MJ/kg;ω(MgO)i为i种调渣剂中MgO的质量分数,%。

不同调渣剂的热焓(H1773k-HΘ298k)及其对炼钢热平衡的影响

     调渣剂 

种类项目

生白

云石

轻烧白

云石

菱镁

菱镁

冶金

镁砂

氮气

废钢

热焓/MJ/㎏

3.407

1.762

3.026

2.06

1.91

2.236

1.38

与废钢的热

量置换比

2.47

1.28

2.19

1.49

1.38

1.62

1.0

与废钢的热

当量置换比

11.38

3.36

4.77

2.21

1.66



合适的留渣量计算

公称吨位200t以上的大型转炉,溅渣层厚度取25~30mm;公称吨位100t以下的小型转炉,溅渣层厚度取15~20mm。

Qs=KABC

Qs—留渣量,t;K—渣层厚度,m;A—炉衬内衬表面积,m2;B—炉渣密度,t/m3;C—系数,一般取1.1~1.3。


精   炼

LF炉用变压器功率计算

钢包炉的变压器功率取决于加热速度、能量转换率、钢水重量

W—钢水重量,㎏;C—钢水比热容,kcal/(㎏·℃);ω—渣的重量,㎏;c—渣的比热容,kcal/(㎏·℃);K1—功率因数;K2—电效率;K3—电弧热效率;K4—负荷率;θ—加热速度,℃/min;Δθ—散热速度,℃/min;860—能量转化系数,kcal/kW。


电极极心圆侵蚀指数计算

REP—耐材实效侵蚀指数;I—电弧电压;VP—弧柱电压;α—削尖了的电极侧面到炉壁的间距。α=0.7L;L—炉壁与电极侧面之间距。


RH年处理能力计算公式

P—年处理能力,Mt/年;

H—平均出钢量,t/炉;

T—RH炉钢水平均处理周期,min;

η1—转炉、精炼(LF)、RH、连铸配合率,%;

η2—RH处理钢水合格率,%;

η3—RH作业率,%.


RH钢水循环率计算

U=3.8×10-3×D0.3u×D1.1d×G0.31×H0.5

U—钢水循环率,t/min;Du—插入管上升管直径,cm;Dd—插入管下降管直径,cm;G—提升气体流速,L/min;H—提升气体在上升管内的通入的高度,cm。


真空下吹氩应满足的条件:

PAr>Pg+ρ·H+2σ/r

PAr—氩气泡的压力;Pg—真空度;ρ—钢液密度;H—气泡距钢液面的高度;σ—钢液的界面张力;r—生成Ar气泡的半径。


二次氧化时钢液进氧量与进氮量的计算

Δ[O]=(rMeO2·A·t)/Q×100%ppm

Δ[N]=(rMeN2·A·t)/Q×100%ppm

rMeO2,rMeN2—二次氧化时的吸氧、吸氮的传质通量,kg/m2·s;A—浇注时气液平均接触面积,m2;t—浇注时气液的接触时间,s;Q—浇注钢液重量,kg。


碳钢吸氧速度关系式

rMeO2=(3.1-1.08αc)×10-3kg·O2/m2·s

αc—1600℃下计算的碳的活度值。


高合金钢、高硅钢吸氧速度关系式

rMeO2=(3.3-4.8)×10-3kg·O2/m2·s

 

发热剂的加入量

CΔTW=QWη

W/W=CΔT/(Qη)

W—发热剂的加入量,kg;C—钢水比热容,kJ/(t·℃);Q—发热剂的发热值,kJ/kg;ΔT—升温幅度,℃;η—发热效率。


发热剂的过剩指数

I=发热剂实际加入量/预定升温理论计算量(即按化学计算反应的量)

过剩指数变化范围为1.0~1.4


喂线深度

H=Aδ(1-δ/D)V

H—包芯线喂入钢水深度,mm;A—与铁皮材质和钢水温度有关的参数;δ—铁皮的厚度,mm;D—包芯线的直径,mm;V—包芯线的喂线速度,m/s 。


喂线速度

V=0.12×(W0.344/(δ(1-δ/D)×10-3

W—钢液重量,t;其它参数与喂线深度一样。


合金用量计算

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

Pi—合金用量,kg;G—钢液重量,kg;ai—合金元素的目标含量,%;bi—合金元素在钢液中的含量,%;ci—元素在钢液中的含量,%;fi—元素的收得率,%;Mi—合金的补加系数;pi′—各种合金的初步总用量,kg;Mipi′—合金的补加量。


Mi—(ai/(fici)/1-Σai/(fici

ai/(fici)—合金在钢液中所占的比分,%;1-Σ[ai/(fici)]—不含合金的纯钢液所占的比分,%。

pi′=ΣPi(ai-bi)/(fici


合金加入量

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


在精炼炉内脱氧好,FeO<0.5%的条件下元素回收率:

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%;

喂线法加入的回收率:S、Al、Ti为70%~80%,B为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

吹氩搅拌时,钢水温降ΔT与处理时间ζ关系

镇静钢ΔT=0.87ζ+0.14ζ2-0.0083ζ3

低合金钢ΔT=0.49ζ+0.558ζ2-0.0479ζ3

半镇静钢和沸腾钢=ΔT=0.66ζ+0.373ζ2-0.0289ζ3

钢与渣之间的平衡关系可以用氧的分配系数L0表示

根据氧在钢液与炉渣间的质量平衡关系,即钢液中排出的氧量等于进入炉渣的氧量

分配系数与炉渣碱度和温度的关系

ω[O]- ω[O]=[ ω(FeO)- ω(FeO))]×16/72×m

ω[O], ω[O]—钢中平衡和初始氧含量,%;

ω(FeO), ω(FeO)—渣中平衡和初始氧含量,%;

m—渣量所占钢水量的质量分数,%。


喂线长度

适合喂丝的合金元素

与氧亲和力

高的元素

低密度

元素

高蒸汽压

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




包芯线喂线速度一般比为铝线慢些,喂线速度一般取1.5~3.5m/s。


不同钢包的最大喂入深度

钢包容量/t

最大喂入深度/m

25

1.5

50

2

100

2.5

150

3

250

3.5

不同包芯线的相对吸热能力

包芯线种类

相对吸热能力

包芯线种类

相对吸热能力

C

0.7

S

0.5

CaSi

0.9

FeTi

1.1

在1600℃的温度条件下,当元素在钢中的含量为0.1%时,一些常见元素的脱氧能力由强到弱的排列顺序:

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


铝线最佳喂速确定

最佳喂入深度是在距包底上方100~200mm处,铝线在此熔化和反应。最佳喂速确定:

ν=(H-0.15)/ζt

ν—最佳喂速,m/s;H—熔池深度,m;根据钢液量及钢包尺寸计算;ζt—铝线熔化时间,s。


铝收得率计算

在渣流动性良好的情况下,铝收得率主要与钢液中溶解氧化量和钢液温度有关,取计算式:

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


钢液喂铝量计算

L—喂入钢液中的铝线长度,m;Alaim—控制的目标残铝量,%;Alas—分析的钢中残铝量,%;κ—冶炼过程中铝的损失量,kg;η—铝的收得率,%;W—铝线的每米重量,kg/m;G—钢液重量,t。


钢液的脱碳、脱氢与脱氮速度关系计算

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


1个大气压下,1.013×105Pa,脱碳、脱氢、脱氮的关系式

[%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。


钢液吹氩与气体含量变化关系式

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—钢水的重量,t;PAr—吹入氩气时,Ar在钢水中的平均压力,大气压(1.013×105Pa为1单位)


二次氧化钢液的进氧量与进氮量关系式

Δ[O]=(rMeO2·A·t)/Q×100%  PPm

Δ[N]=(rMeN2·A·t)/Q×100%  PPm

rMeO2,rMeN2—二次氧化时吸氧、吸氮的传质通量,kg/m2·s;A—浇注时气液平均接触面积,m2;t—浇注时气液接触的时间,s;Q—浇注钢液重量,kg。


碳钢吸氧速度关系式

rMeO2=(3.1-1.08αc)×10-3  kg·O2/m2·s

αc—1600℃下计算的碳的活度值。

高合金、高硅钢种吸氧量在(3.3~4.8)×10-4 kg·O2/m2·s


钢液吸气面积关系式

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

d—铸口直径,m;H1、H0—浇注前后由铸口到中铸管的距离,m;ω1、ω0—浇注一盘前后铸口处钢液的速度,m/s;g —重力加速度,9.81m/s2;z1、z0—开浇和浇完一盘时钢水在盛钢桶中的高度,m;C0—铸口的阻力系数,一般为0.96。


浇注一盘钢需要时间的关系式