氧气顶吹转炉设计

氧气顶吹转炉设计
姓名XXX
学号XXXX
冶金工程XXXX
材料科学与工程学院
目录
1.原始条件------------------------------3
2.炉型选择------------------------------3
3.炉容比的确定------------------------3
4.熔池直径的计算---------------------4
5.炉帽尺寸的确定---------------------6
6.炉身尺寸的确定---------------------6
7.出钢口尺寸的确定------------------7
8.炉衬厚度确定------------------------8
9.炉壳厚度的确定---------------------9
10.验算高宽比---------------------------9
氧气顶吹转炉设计
1. 原始条件
炉子平均出钢量为50t ，钢水收得率为92％，最大废钢比取20％，采用废钢矿石法冷却；
铁水采用P08低磷生铁；
氧枪采用五孔拉瓦尔型喷头，设计氧压为1.0MPa 。

2. 炉型选择
根据初始条件采用筒球型作为设计炉型。

转炉由炉帽、炉身、炉底三部分组成，转炉炉型是指由上述三部分组成的炉衬内部空间的几何形状。

有于炉帽和炉身的形状没有变化，所以通常按熔池形状将转炉炉型分为筒球型、锥球型和截锥型三种。

炉型的选择往往与转炉的容量有关。

和相同体积的筒球型相比，锥球型熔池比较深，有利于保护炉底。

在同样熔池深度的情况下，熔池直径可以比筒球型大，增加了熔池反应面积，有利于去P ，S 。

我国的中小型转炉普遍采用这种炉型。

3. 炉容比的确定
炉容比是指转炉有效容积V t 与公称容量G 的比值V t /G(m 3/t)。

V t 系炉帽、炉身和熔池三个内腔容积之和。

公称容量以转炉炉役期的平均出钢量来表示。

确定炉容比应综合考虑。

通常，铁水比增大，铁水中Si 、S 、P 含量高，用矿石作冷却剂以及供氧强度提高时，为了减少喷溅或溢渣损失，提高金属收得率和操作稳定性，炉容比要适当增大。

但过大的炉容比又会使基建和设备投资增加。

对于大型转炉，由于采用多孔喷枪和顶底复吹，操作比较稳定，因此在其他条件相同的情况下，炉容比有所减少。

转炉新砌炉衬的炉容比推荐值为0.90~0.95m 3/t ，大转炉取下限，小转炉取上限。

本题中，取炉容比为
95.0=G
V t
4. 熔池直径的计算
① 熔池直径的计算 熔池直径的计算公式
t
G
K
D = 式中D 熔池直径，m ； G 新炉金属装入量，t ； t 吹氧时间，min ；
K 比例系数，如表1所示。

3143.70
.750
m G
V ==
=
金
金ρ (钢液的密度取t m /0.73
)
A ． 确定吹氧时间：
根据生产实践，吨钢耗氧量，一般低磷铁水约为50~57m 3/t 钢，高磷铁水为62~69m 3/t 钢，本设计采用低磷铁水，取吨钢耗氧量为50m 3/t 钢，并取吹氧时间为15min （参见表2）。

则
()[]
min /33.315
50)/332
⋅===t m t m q O 吹氧时间吨钢耗氧量（供氧强度
取
8.1=K 。

则
(取整数D=3290mm)
氧气射流穿透深度
m n
Tq H O 803.0533.35036.036.0256
.0256
.02
=⎪
⎭
⎫
⎝⎛⨯⨯=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=穿
② 熔池深度的计算
锥球型熔池深度的计算公式为：
mm m D D V h 1158158.129.3665.029.3033.07.29665.0033.02
323==⨯⨯+=+=金
取整数1160mm
为防止炉底直接接受氧气射流冲击，氧气射流穿透深度应小于熔池深度，一般应使
mm D 328615
50
*
8.1==
h H 7.0<穿
本题中：
m h m H 829.07.011607.0803.0=⨯=⨯<=穿
符合要求。

所以确定
mm h mm D 1160,3290==（取整数结果）
③ 熔池其他尺寸的确定。

球冠的弓形高度：
mm D h 296329009.009.01=⨯==
（取整数300mm ） 炉底球冠曲率半径：
mm D R 361532901.11.1=⨯==
（取整数3620mm ）
5. 炉帽尺寸的确定
① 炉口直径d
取
mm D d 174229.353.053.0=⨯==
（取整数1750mm ） ② 炉帽倾角θ
选取原则：便于炉气逐渐收缩逸出，减少炉气对炉帽衬砖的冲刷侵蚀；使帽锥各层砖逐渐收缩，缩短砌砖的错台长度，增加砌砖的稳定性。

如果角度值过大，砌砖错台太长容易脱落。

取
︒=60θ.
③ 炉帽高度H 帽；
取H 口=300mm ，则整个炉帽高度为：
m H d D H 16373.060tan 2
1750
3290tan 20=+︒-=+-=
口帽θ （取整数1650mm ）
在炉口设置水冷管式水冷炉口。

炉帽部分容积为：
()()3
22078.67.17.129.329.33.065.112
)
1222m d Dd D H H V =+⨯+-=
++-=π
π
）（（口帽帽
6. 炉身尺寸的确定
① 炉膛直径D 膛=D （无加厚段）
② 根据选定的炉容比为0.95，可求出炉子总容积为
35.475095.0m V =⨯=总
327.34143.7087.65.47m V V V V =--=--=池帽总身
③ 炉身高度
mm D V H 404429.34
27
.344
2
2
==
=
π
π
身
身
（取整数4100mm ） 则炉型内高
mm H H h H 6910410016501160=++=++=身帽内
7. 出钢口尺寸的确定
出钢口尺寸一般都设在炉帽与炉身的交界处，以使转炉出钢时其位置最低，便于钢水全部出净。

出钢口的主要尺寸是中心线的水平倾角和直径。

① 出钢口直径
出钢口直径决定出钢时间，随炉子容量不同而异。

出钢时间通常为2至8分钟。

时间缩短（即出钢口过大），难以控制下渣，且钢包内钢液静压力增长过快，脱氧产物不易上浮。

时间过长（即出钢口过小），钢液容易二次氧化和吸气，散热也达。

通常按下面的公式来确定：
cm T d T 3.1275.163=+=
(取整数120mm)
② 出钢口衬砖外径
cm d d T ST 65.675.5==
(取整数680mm)
③ 出钢口长度
cm d L T T 25.925.7==
(取整数930mm)
④ 出钢口倾角β：
为了缩短出钢口长度以利于维修和减少钢液二次氧化及热损失，大型转炉θ1 趋于减小。

取︒=20β
8. 炉衬厚度确定
通常炉衬由永久层、填充层、工作层组成。

有些转炉则在永久层和炉壳钢板之间夹
有一层石棉板绝热层。

永久层紧贴炉壳（无绝热层时），修炉时一般不予拆除。

其主要作用是保护炉壳。

该层常用镁砖砌筑。

填充层介于永久层和工作层之间，一般用焦油镁砂捣打而成。

其主要作用是减轻炉衬受热膨胀时对炉壳产生挤压和便于拆除工作层。

转炉各部位的炉衬厚度设计参考值如表3所示。

炉衬选择应遵循以下原则：
①耐火度高；
②高温下机械强度高，耐极冷极热性能好；
③化学性质稳定；
④资源广泛，价格便宜。

根据表3得：
炉身加料侧工作层选700mm，永久层115mm，填充层100mm，总厚度为
700=
+
+
115
mm
915
100
炉身出钢侧工作层选650mm，永久层115mm，填充层100mm，总厚度为
650=
+
+
115
mm
865
100
炉壳内径为
+
+
=
3290=
mm
D5070
865
915
内壳
炉帽工作层厚度600mm,永久层厚度115mm,填充层厚度100mm,炉底工作层选600mm，炉底永久层300mm，砌3层标准镁砖每层厚度100mm则炉底砖衬总厚度为
+
600=
900
300
mm
故炉壳总高度为
+
=
6910=
+
900
200
mm
H8010
总
工作层材质全部采用镁碳砖。

9.炉壳厚度确定
炉身部分选150mm厚的钢板，炉帽和炉底部分选用65mm厚的钢板，则
+
+
=
8010=
mm
H8140
65
65
总
mm D 537015025070=⨯+=壳
10. 验算高宽比
增大高宽比有利于减少喷溅和溢渣、提高金属收得率。

但是高宽比过大，在炉膛体积一定时，反应面积过小，氧气流股易冲刷炉壁，对炉衬寿命不利；而且导致厂房高，基建费用大；转炉倾动力矩大，耗电大。

转炉高宽比推荐值为1.35-1.65。

52.15370
8140
==壳总D H
符合转炉高宽比推荐值（1.35~1.65），因此认为所设计的炉子尺寸基本上是合适的。

能够保证转炉的正常冶炼进行。