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—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—槍位，m；

ρ_金—金屬的密度，㎏/m³；

d_c—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_出—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）：

G_金—1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—金屬液的密度，7×10³㎏/m³。

金屬－熔渣接觸面積計算

V_渣—乳化渣的總體積，m³；

r_渣—渣滴半徑，m。

氧氣高度計算

H=bPD_e

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=45～60；

P—供氧壓力，MPa；

D_e—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·P₂O₅和3CaO·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·P₂O₅比4CaO·P₂O₅生成時放出的熱量多。只有當渣中P₂O₅的質量分數ω_（P2O5）＞3%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量

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L_p=（P）/[P]

爐渣堿度下脫磷指數L_p=（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_實=0.436L_p+0.3717

以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]_%料=Q_鋼ω[P]_%料+Q_渣ω（P）_%

∵ω（P）_%=0.437ω（P₂O₅）_%，ω（P₂O₅）_%=L_pω[P]_%

100ω[P]_%料=Q_鋼ω[P]_%料+0.437Q_渣L_pω[P]_%

ω[P]_%= 100ω[P]_%料/ (Q_鋼+0.437Q_渣L_p)

ω[P]_%料—爐料中磷的質量百分數；

Q_鋼—鋼水重量，㎏；

Q_渣—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%則

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)與ω(P) 的關系為：

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

L_實=0.436L_p+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Ca—Si合金粉噴入鋼液之中；電石脫磷，要求鋼液溫度為1575～1680℃、鋼中碳的活度在0.02～0.30之間，脫磷率ηp可達50%以上；CaC₂—CaF₂合成渣脫磷，鋼水溫度在1575～1680℃，CaC₂—CaF₂渣系中CaF₂的配比控制在10%～25%為好。

溫度為1570～1680℃，ω_（CaO）＞24%時脫磷計算

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)%=ω_[S]%+ω_(S)%·Q

Ls=ω_(S)%/ω_[S]%

則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_凝）+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

T_n=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_冷=Q_物+Q_化

1㎏礦石的冷卻效應

Q_礦（kj/㎏）=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）

Q_礦（kj/㎏=1×C_礦×Δt+λ_礦+1×(ω(e₂O₃)_礦×112/160×6456+ω(FeO)_礦×56/72×4247)

Q_礦=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

Q_廢（kj/㎏）=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））

Q_廢（kj/㎏）=1×[（C_固×(t_熔－25)）＋λ_廢＋C_液(t_出－t_熔)]

Q_廢=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_余=A%(100+χ)×Q_礦＋χ×Q_廢

 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/℃	8～12	30～40	34～44	14～20	20～24	28～38

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，℃；

Q—1㎏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）	9.7～17.4	7.5～17.0	8.1	4.3～6.0	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=ΔG^Θ+-19.149T·lgQ

ΔG^Θ=-19.149T·lgK

ΔG—某一狀態Q時的吉布斯自由能變化，J/mol；

ΔG^Θ—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]_平、 ω[Al]_平各為多少，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] _平=0.05788%

ω[O]_%=0.019754，α _[O]平=0.02-0.019754=0.000246, ω[O] _平=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]=0.23α_FeO

鋼中氧化量計算：

α_o=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

α_o=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]/%	0.9～1.0	0.3～0.6	0.1～0.25	0.05～0.10	＜0.05
單位耗氧量（m3）	0.03～0.06	0.04～0.06	0.05～0.07	～0.50	1.25～1.90

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=α_（FeO）/α_[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）=ω_[O]/ω_[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=ρ⁰_1600℃-210ω[C]- 210ω[C]- 60ω[Si] -7.5ω[Mn]-6ω[Ni] -550ω[Cr]-43ω[W]- 164ω[Al]

ρ⁰_1600℃—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_渣—爐渣1400℃時的密度，kg/m³；

ρ_渣—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_渣=（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_渣為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。

M_O2=（ 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

M_O2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_熱=（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_熱為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_渣—100㎏鋼液的爐渣重量，㎏；

L_M—渣鋼間元素的分配系數，

它和渣成分有關。

Q_Ar—氬氣流量，m³/min；Q—鋼液重量，t；T₁—鋼液的溫度，K；T_g—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/M_B{[ω_A液]- [ω_A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=

ΔH_i、ΔH_s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(H_1773k-H^Θ_298k)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 礦	菱鎂 球	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。

Q_s=KABC

Q_s—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

R_EP—耐材實效侵蝕指數；I—電弧電壓；V_P—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×D^0.3_u×D^1.1_d×G^0.31×H^0.5

U—鋼水循環率，t/min；D_u—插入管上升管直徑，cm；D_d—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：

P_Ar＞P_g＋ρ·H＋2σ/r

P_Ar—氬氣泡的壓力；P_g—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]=(r^Me_O2·A·t)/Q×100%ppm

Δ[N]=(r^Me_N2·A·t)/Q×100%ppm

r^Me_O2，r^Me_N2—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

r^Me_O2=（3.1-1.08α_c）×10^-3kg·O₂/m²·s

α_c—1600℃下計算的碳的活度值。

高合金鋼、高硅鋼吸氧速度關系式

r^Me_O2=（3.3-4.8）×10^-3kg·O₂/m²·s

 

發熱劑的加入量

C_鋼ΔTW_鋼=Q_發W_發η

W_發/W_鋼=C_鋼ΔT/(Q_發η)

W_發—發熱劑的加入量，kg；C_鋼—鋼水比熱容，kJ/(t·℃)；Q_發—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×（W^0.344/（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

P_i=G(a_i-b_i)/(f_ic_i)+M_ip_i′

P_i—合金用量，kg；G—鋼液重量，kg；a_i—合金元素的目標含量，%；b_i—合金元素在鋼液中的含量，%；c_i—元素在鋼液中的含量，%；f_i—元素的收得率，%；M_i—合金的補加系數；p_i′—各種合金的初步總用量，kg；M_ip_i′—合金的補加量。

M_i—(a_i/（f_ic_i）/1-Σa_i/（f_ic_i）

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

p_i′=ΣP_i（a_i-b_i)/（f_ic_i）

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

ω[O]_初， ω[O]_平—鋼中平衡和初始氧含量，%；

ω(FeO)_初， ω(FeO)_平—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)/ζ_t

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；ζ_t—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；Al_aim—控制的目標殘鋁量，%；Al_as—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]=6K²_H·{1/[%H]₂-1/[%H]₁}＋6{[%H]₂-[%H]₁}

[%C]₂-[%C]₁=-Δ[%C]=0.43K²_N·{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]，%；K²_H，K²_N—原始 [%H]、 [%H]的值。

鋼液吹氬與氣體含量變化關系式

V_Ar=112·Q_鋼·{P_Ar·K²_H·(1/[%H]₂-1/[%H]₁)＋([%H]₂-[%H]₁)}Nm³Ar

V_Ar=8·Q_鋼·{P_Ar·K²_N·(1/[%N]₂-1/[%N]₁)＋([%N]₂-[%N]₁)}Nm³Ar

Q_鋼—鋼水的重量，t；P_Ar—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]=(r^Me_O2·A·t)/Q×100%  PPm

Δ[N]=(r^Me_N2·A·t)/Q×100%  PPm

r^Me_O2，r^Me_N2—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

r^Me_O2=（3.1－1.08α_c）×10^-3  kg·O₂/m²·s

α_c—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；C_D—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；ρ_m，ρ_s—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_液—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，㎜/min^1/2。

結晶器倒錐度計算

ε₁—結晶器每米長度的倒錐度，%/m；

S_上—結晶器上口斷面積，mm²；

S_下—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_上—結晶器上口寬邊或窄邊長度，mm；

S_下—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= L_m+（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=T_L+ΔT

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

T_L=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℃	+15～20℃	硅鋼	+10℃	+15～20℃
鋁鎮靜鋼、低合金鋼	+15～20℃