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；
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=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=45～60；
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·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實=0.436Lp+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）%=Lpω[P]%
100ω[P]%料=Q鋼ω[P]%料+0.437Q渣Lpω[P]%
ω[P]%= 100ω[P]%料/ (Q鋼+0.437Q渣Lp)
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=0.436Lp+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
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=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]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]=0.23αFeO
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]/% |
0.9～1.0 |
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=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。
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，㎏；
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 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。
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
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×（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]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)/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鋼·{PAr·K2H·(1/[%H]2-1/[%H]1)＋([%H]2-[%H]1)}Nm3Ar
VAr=8·Q鋼·{PAr·K2N·(1/[%N]2-1/[%N]1)＋([%N]2-[%N]1)}Nm3Ar
Q鋼—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，㎜/min1/2。
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= 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℃ |
+15～20℃ |
硅鋼 |
+10℃ |
+15～20℃ |