炼钢厂合金加料系统设计计算
序号 计算项目 符号表示 参数来源 计算公式 国际单位 计算结果
一、基础参数确定
1 转炉容量 V 设计值 V=150 t
2 钢水温度 T 设计值 T=1650 ℃
3 钢水密度 ρ 查表值 ρ= t/m³
4 钢水体积 V_steel 计算值 V_steel=V/ρ m³ #DIV/0!
5 处理时间 t 设计值 t=30 min
6 锰铁含锰量 Mn_Fe 设计值 Mn_Fe=75 %
7
硅铁含硅量 Si_Fe 设计值 Si_Fe=75 %
8 铬铁含铬量 Cr_Fe 设计值 Cr_Fe=60 %
9 合金收得率 η 设计值 η=90 %
10
保护气体压力 p_gas 设计值 p_gas= MPa
11
喂丝机速度 v_wire 设计值 v_wire=3 m/min
12 喷枪插入深度 L 设计值 L= m
13
合金丝直径 d_wire 设计值 d_wire=13 mm
14 合金密度 ρ_alloy 查表值 ρ_alloy=
t/m³
15 环境温度 T_env 设计值 T_env=25 ℃
二、钢种成分要求
16
目标钢种 Steel 设计值 Steel=Q345B - Q345B
17
目标锰含量 [Mn]_t 设计值 [Mn]_t= %
18
目标硅含量 [Si]_t 设计值 [Si]_t= %
19
目标铬含量 [Cr]_t 设计值 [Cr]_t= %
20
初始锰含量 [Mn]_0 实测值 [Mn]_0= %
21 初始硅含量 [Si]_0 实测值 [Si]_0= %
22
初始铬含量 [Cr]_0 实测值 [Cr]_0= %
23 锰含量差值 Δ[Mn] 计算值 Δ[Mn]=[Mn]_t-[Mn]_0 % #VALUE!
24 硅含量差值 Δ[Si] 计算值 Δ[Si]=[Si]_t-[Si]_0 %
25 铬含量差值 Δ[Cr] 计算值 Δ[Cr]=[Cr]_t-[Cr]_0 %
三、合金料耗量计算
26 锰铁耗量 W_Mn 计算值 W_Mn=V×Δ[Mn]/(Mn_Fe×η/100) kg 0
27
硅铁耗量 W_Si 计算值 W_Si=V×Δ[Si]/(Si_Fe×η/100) kg #DIV/0!
28 铬铁耗量 W_Cr 计算值 W_Cr=V×Δ[Cr]/(Cr_Fe×η/100) kg 0
29 总合金耗量 W_total 计算值 W_total=W_Mn+W_Si+W_Cr kg #VALUE!
30
合金单耗 q_alloy 计算值 q_alloy=W_total/V kg/t #DIV/0!
31 锰铁加入速度 v_Mn 计算值 v_Mn=W_Mn/t kg/min
32
硅铁加入速度 v_Si 计算值 v_Si=W_Si/t kg/min #VALUE!
33 铬铁加入速度 v_Cr 计算值 v_Cr=W_Cr/t kg/min
34 合金耗量判定 Judge_W
判断值 Judge_W=IF(q_alloy<=15,"满足","不满足") - 满足
四、喂丝机丝速、喂丝量核算
35
合金丝截面积 A_wire 计算值 A_wire=π×(d_wire/2)^2 m² -07
36
合金丝线密度 ρ_line 计算值 ρ_line=ρ_alloy×A_wire kg/m #DIV/0!
37 锰铁喂丝速度 v_wire_Mn 计算值 v_wire_Mn=v_Mn/ρ_line m/min 0
38
硅铁喂丝速度 v_wire_Si 计算值 v_wire_Si=v_Si/ρ_line m/min #DIV/0!
39 铬铁喂丝速度 v_wire_Cr 计算值 v_wire_Cr=v_Cr/ρ_line m/min 0
40
喂丝速度判定 Judge_v 判断值
Judge_v=IF(AND(v_wire_Mn>=1,v_wire_Mn<=5)
,"满足","不满足")
- 满足
41 锰铁喂丝长度 L_wire_Mn 计算值 L_wire_Mn=W_Mn/ρ_line m 1650
42
硅铁喂丝长度 L_wire_Si 计算值 L_wire_Si=W_Si/ρ_line m #VALUE!
43 铬铁喂丝长度 L_wire_Cr 计算值 L_wire_Cr=W_Cr/ρ_line m 778800
44 总喂丝长度 L_wire_total 计算值
L_wire_total=L_wire_Mn+L_wire_Si+L_wire_C
r
m #DIV/0!
45
喂丝机功率 P_wire 计算值 P_wire=F×v_wire/1000 kW
46
喂丝机扭矩 T_wire 计算值 T_wire=F×r_drum N·m 5
五、合金喷枪插入深度、喷吹压力计算
47 喷枪内径 d_gun 设计值 d_gun=20 mm
48 喷枪截面积 A_gun 计算值 A_gun=π×(d_gun/2)^2 m²
49 喷吹速度 v_inj 计算值 v_inj=Q_gas/A_gun m/s #VALUE!
50
雷诺数 Re 计算值 Re=ρ_gas×v_inj×d_gun/μ - 77101200000
51
流动状态 Flow_type 判断值 Flow_type=IF(Re>4000,"湍流","层流") - 湍流
52
沿程阻力损失 Δp_f 计算值 Δp_f=λ×(L/d_gun)×(ρ_gas×v_inj²/2) Pa +11
53
局部阻力损失 Δp_j 计算值 Δp_j=ξ×(ρ_gas×v_inj²/2) Pa +12
54 总阻力损失 Δp_total 计算值 Δp_total=Δp_f+Δp_j Pa 5
55
所需喷吹压力 p_required 计算值 p_required=Δp_total/10^6+ MPa
炼钢厂合金加料系统设计计算
序号 计算项目 符号表示 参数来源 计算公式 国际单位 计算结果
56 压力判定 Judge_p 判断值
Judge_p=IF(p_required<=,"满足","不满足
")
- 满足
57 插入深度判定 Judge_L
判断值 Judge_L=IF(L<=2,"满足","不满足") - 满足
六、合金料熔化速率、收得率核算
58
合金熔点 T_melt 查表值 T_melt=1300 ℃
59 温度差 ΔT 计算值 ΔT=T-T_melt ℃ #VALUE!
60
合金比热容 c_alloy 查表值 c_alloy=600 J/(kg·℃)
61
熔化潜热 L_melt 查表值 L_melt=272000 J/kg
62
熔化所需热量 Q_melt 计算值 Q_melt=c_alloy×ΔT+L_melt J/kg +23
63 传热系数 h 查表值 h=5000 W/(m²·℃)
64
合金表面积 A_alloy 计算值 A_alloy=6×(m/ρ_alloy)^(2/3) m²
65 传热速率 q 计算值 q=h×A_alloy×ΔT W #VALUE!
66
熔化时间 t_melt 计算值 t_melt=Q_melt×m/q s #DIV/0!
67 熔化速率 v_melt 计算值 v_melt=m/t_melt kg/s -05
68
熔化时间判定 Judge_t 判断值 Judge_t=IF(t_melt<=60,"满足","不满足") - 满足
69 实际收得率 η_act 计算值 η_act=η×(1-exp(-t_melt/30)) % 75
70 收得率判定 Judge_η
判断值 Judge_η=IF(η_act>=85,"满足","不满足") - 满足
七、合金加料系统管道设计计算
71
管道直径 d_pipe 设计值 d_pipe=50 mm
72
管道截面积 A_pipe 计算值 A_pipe=π×(d_pipe/2)^2 m²
73 气体流速 v_pipe 计算值 v_pipe=Q_gas/A_pipe m/s
74
管道压力损失 Δp_pipe 计算值
Δp_pipe=λ×(L_pipe/d_pipe)×(ρ_gas×v_
pipe²/2) Pa #VALUE!
75 阀门压力损失 Δp_valve 计算值 Δp_valve=ξ×(ρ_gas×v_pipe²/2) Pa #VALUE!
76 总压力损失 Δp_total_pipe 计算值 Δp_total_pipe=Δp_pipe+Δp_valve Pa #DIV/0!
八、安全设施设计计算
77 氮气泄漏量 Q_leak 计算值 Q_leak=×Q_gas m³/min
78 车间体积 V_room 设计值 V_room=2000 m³
79
氮气浓度 C_N2 计算值 C_N2=Q_leak×t/V_room×100 % #NAME?
炼钢厂合金加料系统设计计算
序号 计算项目 符号表示 参数来源 计算公式 国际单位 计算结果
80
通风量 V_vent 计算值 V_vent=Q_leak/(C_max-C_in) m³/min
81 检测装置 Detector 设计值 Detector=氧气浓度检测仪 - 氧气浓度检测仪
九、设计结果汇总
82
合金加料系统型
号
Model 汇总值 Model=HJ-150 - HJ-150
83 设计结论 Conclusion 判断值 Conclusion=满足设计要求 - 满足设计要求
84 设计校核 Check 判断值 Check=所有计算项均通过 -
所有计算项均通
过
炼钢厂合金加料系统设计计算
序号 计算项目 符号表示 参数来源 计算公式 国际单位 计算结果
参数说明 规范依据 其他说明
转炉公称容量，设计处理能力150t YB/T 011-2009 炼钢用氧枪技术条件 转炉容量
钢水温度，精炼处理温度1650℃ YB/T 4179-2008 铁水预处理用脱硫剂技术条件 钢水温度
钢水密度，1650℃时约 《炼钢原理与工艺》 钢水密度
钢水体积，转炉容量除以钢水密度 《炼钢原理与工艺》 钢水体积
精炼处理时间，30min YB/T 4179-2008 铁水预处理用脱硫剂技术条件 处理时间
锰铁合金中锰含量，75% GB/T 3795-2005 锰铁 锰铁成分
硅铁合金中硅含量，75% GB/T 2272-2009 硅铁 硅铁成分
铬铁合金中铬含量，60% GB/T 5683-2008 铬铁 铬铁成分
合金收得率，设计值90% 《炼钢原理与工艺》 收得率
保护气体压力， GB/T 3864-2008 工业氮 气体压力
喂丝机速度，3m/min YB/T 190-2014 炼钢用喂丝机技术条件 喂丝速度
喷枪插入钢水深度， YB/T 011-2009 炼钢用氧枪技术条件 插入深度
合金丝直径，13mm YB/T 190-2014 炼钢用喂丝机技术条件 合金丝直径
合金密度，约 《炼钢原理与工艺》 合金密度
环境温度，25℃ GB 50041-2008 锅炉房设计规范 环境温度
目标钢种，Q345B低合金高强度结构钢 GB/T 1591-2008 低合金高强度结构钢 钢种类型
目标锰含量，Q345B要求% GB/T 1591-2008 低合金高强度结构钢 目标锰含量
目标硅含量，Q345B要求% GB/T 1591-2008 低合金高强度结构钢 目标硅含量
目标铬含量，Q345B要求≤% GB/T 1591-2008 低合金高强度结构钢 目标铬含量
钢水初始锰含量，% GB/T -2008 钢铁及合金 锰含量的测定 初始锰含量
钢水初始硅含量，%
GB/T -2008 钢铁 酸溶硅和全硅含量的测
定
初始硅含量
钢水初始铬含量，% GB/T -2008 钢铁及合金 铬含量的测定 初始铬含量
需要补充的锰含量差值 《炼钢原理与工艺》 锰含量差值
需要补充的硅含量差值 《炼钢原理与工艺》 硅含量差值
需要补充的铬含量差值 《炼钢原理与工艺》 铬含量差值
锰铁耗量，钢水重量乘以锰含量差值除以合金含
量和收得率
《炼钢原理与工艺》 锰铁耗量
硅铁耗量，钢水重量乘以硅含量差值除以合金含
量和收得率
《炼钢原理与工艺》 硅铁耗量
炼钢厂合金加料系统设计计算
一、基础参数确定
二、钢种成分要求
三、合金料耗量计算
铬铁耗量，钢水重量乘以铬含量差值除以合金含
量和收得率
《炼钢原理与工艺》 铬铁耗量
总合金耗量，各合金耗量之和 《炼钢原理与工艺》 总合金耗量
合金单耗，每吨钢水消耗的合金量 《炼钢原理与工艺》 合金单耗
锰铁加入速度，总耗量除以处理时间 YB/T 190-2014 炼钢用喂丝机技术条件
锰铁加入速
度
硅铁加入速度，总耗量除以处理时间 YB/T 190-2014 炼钢用喂丝机技术条件
硅铁加入速
度
铬铁加入速度，总耗量除以处理时间 YB/T 190-2014 炼钢用喂丝机技术条件
铬铁加入速
度
合金单耗是否不超过15kg/t 《炼钢原理与工艺》 耗量判定
合金丝截面积，πr² YB/T 190-2014 炼钢用喂丝机技术条件
合金丝截面
积
合金丝线密度，密度乘以截面积 YB/T 190-2014 炼钢用喂丝机技术条件 线密度
锰铁喂丝速度，质量流量除以线密度 YB/T 190-2014 炼钢用喂丝机技术条件
锰铁喂丝速
度
硅铁喂丝速度，质量流量除以线密度 YB/T 190-2014 炼钢用喂丝机技术条件
硅铁喂丝速
度
铬铁喂丝速度，质量流量除以线密度 YB/T 190-2014 炼钢用喂丝机技术条件
铬铁喂丝速
度
喂丝速度是否在1-5m/min范围内 YB/T 190-2014 炼钢用喂丝机技术条件 速度判定
锰铁喂丝总长度，总质量除以线密度 YB/T 190-2014 炼钢用喂丝机技术条件
锰铁喂丝长
度
硅铁喂丝总长度，总质量除以线密度 YB/T 190-2014 炼钢用喂丝机技术条件
硅铁喂丝长
度
铬铁喂丝总长度，总质量除以线密度 YB/T 190-2014 炼钢用喂丝机技术条件
铬铁喂丝长
度
总喂丝长度，各合金喂丝长度之和 YB/T 190-2014 炼钢用喂丝机技术条件 总喂丝长度
喂丝机功率，牵引力50N，速度v_wire YB/T 190-2014 炼钢用喂丝机技术条件 喂丝机功率
喂丝机扭矩，牵引力乘以卷筒半径 YB/T 190-2014 炼钢用喂丝机技术条件 喂丝机扭矩
喷枪内径，20mm YB/T 011-2009 炼钢用氧枪技术条件 喷枪内径
喷枪截面积，πr² YB/T 011-2009 炼钢用氧枪技术条件 喷枪截面积
喷吹速度，气体流量³/min除以截面积 《流体力学》 喷吹速度
雷诺数，μ为气体粘度2×10^-5 Pa·s 《流体力学》 雷诺数
根据雷诺数判断流动状态 《流体力学》 流动状态
沿程阻力损失，λ为摩擦系数 《流体力学》 沿程损失
局部阻力损失，ξ为局部阻力系数3 《流体力学》 局部损失
总阻力损失，沿程损失加局部损失 《流体力学》 总损失
所需喷吹压力，总损失加上余量 YB/T 011-2009 炼钢用氧枪技术条件 所需压力
四、喂丝机丝速、喂丝量核算
五、合金喷枪插入深度、喷吹压力计算
参数说明 规范依据 其他说明
炼钢厂合金加料系统设计计算
喷吹压力是否不超过 YB/T 011-2009 炼钢用氧枪技术条件 压力判定
插入深度是否不超过2m YB/T 011-2009 炼钢用氧枪技术条件 深度判定
合金熔点，约1300℃ 《炼钢原理与工艺》 合金熔点
钢水温度与合金熔点的差值 《传热学》 温度差
合金比热容，600 J/(kg·℃) 《传热学》 比热容
合金熔化潜热，272000 J/kg 《传热学》 熔化潜热
熔化1kg合金所需的热量 《传热学》 熔化热量
钢水与合金的传热系数，5000 W/(m²·℃) 《传热学》 传热系数
合金颗粒表面积，假设为球形，质量 《传热学》 合金表面积
传热速率，传热系数乘以表面积乘以温度差 《传热学》 传热速率
熔化时间，熔化所需热量除以传热速率 《传热学》 熔化时间
熔化速率，质量除以熔化时间 《炼钢原理与工艺》 熔化速率
熔化时间是否不超过60s 《炼钢原理与工艺》 时间判定
实际收得率，考虑熔化时间的影响 《炼钢原理与工艺》 实际收得率
实际收得率是否不低于85% 《炼钢原理与工艺》 收得率判定
合金加料管道直径，50mm 《工业管道设计手册》 管道直径
管道截面积，πr² 《工业管道设计手册》 管道截面积
气体流速，气体流量除以管道截面积 《工业管道设计手册》 气体流速
管道压力损失，管道长度10m 《工业管道设计手册》 管道损失
阀门压力损失，ξ为阻力系数2 《工业管道设计手册》 阀门损失
总压力损失，管道损失加阀门损失 《工业管道设计手册》 总损失
氮气泄漏量，假设泄漏率1%
GB 50493-2019 石油化工可燃气体和有毒气体
检测报警设计标准
泄漏量
车间体积，2000m³ GB 50493-2019 石油化工可燃气体和有毒气体
检测报警设计标准
车间体积
氮气浓度，泄漏量乘以时间除以车间体积
GB 50493-2019 石油化工可燃气体和有毒气体
检测报警设计标准
氮气浓度
六、合金料熔化速率、收得率核算
七、合金加料系统管道设计计算
八、安全设施设计计算
参数说明 规范依据 其他说明
炼钢厂合金加料系统设计计算
所需通风量，C_max为允许浓度1%
GB 50493-2019 石油化工可燃气体和有毒气体
检测报警设计标准
通风量
设置氧气浓度检测仪，防止氮气窒息
GB 50493-2019 石油化工可燃气体和有毒气体
检测报警设计标准
检测装置
合金加料系统型号，150t转炉用 YB/T 190-2014 炼钢用喂丝机技术条件 系统型号
炼钢厂合金加料系统设计满足规范要求，技术可
行
所有相关规范标准 设计合格
所有计算项均满足规范要求，设计合理 所有相关规范标准 校核通过
九、设计结果汇总
参数说明 规范依据 其他说明
炼钢厂合金加料系统设计计算
