t顶底复吹转炉炉型设计说明书DOC

目录
前言 (1)
一、转炉炉型及其选择 (1)
二、炉容比的确定 (3)
三、熔池尺寸的确定 (3)
四、炉帽尺寸的确定 (5)
五、炉身尺寸的确定 (6)
六、出钢口尺寸的确定 (6)
七、炉底喷嘴数量及布置 (7)
八、高径比 (9)
九、炉衬材质选择 (9)
十、炉衬组成及厚度确定 (9)
十一、砖型选择 (12)
十二、炉壳钢板材质与厚度的确定 (14)
十三、校核 (15)
参考文献 (16)
专业班级学号姓名成绩
前言：
转炉是转炉炼钢车间的核心设备。

转炉炉型及其主要参数对转炉炼钢的生产率、金属收的率、炉龄等经济指标都有直接的影响，其设计是否合理也关系到冶炼工艺能否顺利进行，车间主厂房高度和与转炉配套的其他相关设备的选型。

所以，设计一座炉型结构合理，满足工艺要求的转炉是保证车间正常生产的前提，而炉型设计又是整个转炉车间设计的关键。

设计内容：100吨顶底复吹转炉炉型的选择与计算；耐火材料的选择；相关参数的选择与计算。

一、转炉炉型及其选择
转炉有炉帽、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。

由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形、锥球型和截锥形等三种。

炉型的选择往往与转炉的容量有关。

（1）筒球形。

熔池由球缺体和圆柱体两部分组成。

炉型形状简单，砌砖方便，炉壳容易制造，被国内外大、中型转炉普遍采用。

（2）锥球型。

熔池由球缺体和倒截锥体两部分组成。

与相同容量的筒球型比较，锥球型熔池较深，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，有利于去磷、硫。

我国中小型转炉普遍采用这种炉型，也用于大型炉。

（3）截锥形。

熔池为一个倒截锥体。

炉型构造较为简单，平的熔池底较球型底容易砌筑。

在装入量和熔池直径相同的情况下，其熔池最深，因此一般不适用于大容量炉，我国30t以下的转炉采用较多。

不过由于炉底是平的，便于安装底吹系统，往往被顶底复吹转炉所采用。

顶底复吹转炉炉型图
顶底复吹转炉炉型的基本特征如下：
（1）吹炼的平稳和喷溅程度优于顶吹转炉，而不及底吹转炉，故炉子的高宽比略小于顶吹转炉，却大于底吹转炉，即略呈矮胖型。

（2）炉底一般为平底，以便设置喷口，所以熔池常为截锥型。

（3）熔池深度主要取决于底部喷口直径和供气压力，同时兼顾顶吹氧流的穿透
深度，力求保持吹炼平稳。

综上所述，100t 顶底复吹转炉采用截锥型炉型较为合适。

二、炉容比的确定
炉容比系指转炉有效容积t V 与公称容量G 之比值)t /m (/3G V t 。

转炉炉容比主要与供氧强度有关，与炉容量关系不大。

当供氧强度提高时，随着炉内反应加剧，如果炉膛自由空间不足，必然会发生大量的渣钢喷溅或泡沫渣翻滚溢出，造成较多的金属损失。

为了在较高金属收的率基础上增大供氧强度，缩短吹炼时间，必须有适当的炉容比。

由于顶底复吹转炉吹炼过程比单纯顶吹平稳，且钢渣喷溅高度也比较低，所以顶底复吹转炉的炉容比可略小于顶吹转炉。

一般取
t /m 00.1~80.03。

对于容量较小的炉子，铁水比大且Si 、P 、S 含量高，以及供
氧强度增加和底部喷口直径大者，取上限。

综上所述，炉容比G V t /取值为0.95。

3m 9595.0==G V t
三、熔池尺寸的确定
（1）熔池直径D 。

熔池直径指转炉熔池在平静状态时金属液面的直径。

转炉吹氧时间t 与金属装入量G 成正比，而与单位时间供氧量Q 成反比，即：
Q
G
t ∝
（2-1）
在供氧量增大的情况下，若要避免喷溅趋于严重，就必须扩大熔池面积。

也就是说，单位时间供氧量Q 与熔池直径D 的平方成正比，即：
D Q 2
∝ （2-2） 将式（2-1）与式（2-2）合并，得： t
G
∝D （2-3） 上式可写为：
t
G
K D = （2-4） 式中 D ——熔池直径，m; K ——系数，参见表2-1；
G ——新炉金属装入量，t ，可取公称容量；
t ——平均每炉钢纯吹氧时间，min ，参见表2-2。

表2-1 系数k 的推荐值
转炉容量/t
<30 30~100 >100 备注
K
1.85~
2.10
1.75~1.85
1.50~1.75
大容量取下限，小容量取上限
表2-2 平均每炉钢吹氧时间推荐值
转炉容量/t <30 30~100 >100 备注
冶炼时间/min
12~16
14~18
16~20
结合供氧强度、铁水成分和所炼
钢种等具体条件确定
综上所述，系数k 取值为1.75，吹氧时间t 取值为16min 熔池直径：m 375.416
10075.1=⨯==t G K
D 取D=4380mm 已知：3m /t 9.6=铁ρ 则：3m 4928.149
.6100
==
池V （2）熔池深度h 。

熔池深度指转炉熔池在平静状态时，从金属液面到炉底的深度。

对于一定容量的转炉，炉型和熔池直径确定后，可利用几何公式计算熔池深度h 。

截锥型熔池：通常倒截锥体顶面直径D b 7.0≈。

熔池体积池V 和熔池直径D 及熔池深度h 有如下关系：
2574.0hD V =池
因而
2
574.0D V h 池
=
则：m 3161.1380
.4574.04928
.14574.02
2=⨯==
D V h 池 取h=1320mm
四、炉帽尺寸的确定
顶吹转炉一般都是正口炉帽，其主要尺寸有炉帽倾角、炉口直径和炉帽高度。

（1）炉帽倾角θ。

倾角过小，炉帽内衬不稳定，容易倒塌；过大则出钢时容易钢渣混出和从炉口大量流渣。

倾角一般为 68~60,小炉子取上限，大炉子取下限，这是因为大炉子的炉口直径相对要小些。

综上所述，取 64=θ
（2）炉口直径d 。

在满足顺利兑铁水和加废钢的前提下，应适当减小炉口直径，以减少热损失。

一般炉口直径为熔池直径的43%~53%较为适宜。

小炉子取上限，大炉子取下限。

综上所述，取mm 2190m 19.2380.4%50%50==⨯==D d
（2）炉帽高度帽H 。

为了维护炉口的正常形状，防止因砖衬蚀损而使其迅速扩大，在炉口上部设有高度为mm 400~300=口H 的直线段。

因此炉帽高度帽H 为：
口帽H d D H +-=θtan )(2/1
炉帽总容积帽V 为：
口口帽帽H d d Dd D H H V 2224
))((12
π
π
+
++-=
综上所述，取mm 350=口H
m 595.2350.064tan 19.2380.42
164tan 21=+-⨯=+-= ）（）（口帽H d D H
取mm 2600=帽H
()
3222m 0943.214
12=+++-=口口帽帽）（H d d Dd D H H V π
π
五、炉身尺寸的确定
转炉炉帽以下，熔池面以上的圆柱体部分称为炉身。

其直径与熔池直径是一致的，故需确定的尺寸是炉身高度身H 。

2
2)
(44D V V V D V H t ππ池帽身身--==
式中：
帽V 、身V 、池V ——分别为炉帽、炉身和熔池的容积;
t V ——转炉有效容积，为帽V 、身V 、池V 三者之和，取决于炉容量和炉容比。

综上所述：
m 9431.3380
.4)
4928.149043.2195(4)(442
22=⨯--⨯=--⨯==
πππD V V V D V H t 池帽身身 取 mm 3950=身H
六、出钢口尺寸的确定
出钢口内口一般都设在炉帽与炉身交界处，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）出钢口中心线水平倾角1θ。

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，大型转炉的1θ趋于减小。

国外不少转炉采用 0，一般为
20~15。

综上所述，取 151=θ
（2）出钢口直径出d 。

出钢口直径决定着出钢时间，因此随炉子容量而异。

出钢时间通常为2~8min 。

出钢时间过短（即出钢口过大），难以控制下渣，且钢包内静压力增长过快，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，散热也大。

通常出d （cm ）按下面的经验公式确定：
G d 75.163+=出
式中 G ——转炉的公称容量，t 。

综上所述:
cm 43.1510075.16375.163=⨯+=+=G d 出
取mm 154=出d
七、炉底喷嘴数量及布置
目前对最佳喷嘴数量和布置方式尚无一致看法。

一般说来，喷嘴多而直径小些好。

生产中喷嘴数量常为2~4个，具体视炉子容量和布置形式而定。

本炉喷嘴取3个。

合理的布置应使底吹和顶吹产生的熔池环流运动方向相同，以获得最佳的搅拌效果，即最快的熔池混匀时间。

为此，应满足以下关系：
c c R X R 3.1m a x ≤≤ （7-1） 而
)2
1
t a n (21
1θθ+=H R c （7-2） 式中 m a x X ——炉底喷嘴至炉底中心的最大距离，mm ； c R ——顶吹氧流对熔池的冲击半径，mm ； 1H ——顶吹氧枪枪位，mm ； 1θ——顶吹氧枪喷孔夹角； 2θ——顶枪喷出射流的扩张角。

顺便指出，如果炉底喷嘴较多，一般只要半数以上能满足式（7-1）的要求也就可以了。

另外，从实际情况来看，喷嘴呈非对称布置似乎更好些。

要想算出max X ，必先算出喉d ，进而求出1H 。

（标态）吹氧时间
出钢量每吨钢耗氧量氧流量min /m 3
⨯=
对于普通铁水，每吨钢耗氧量为55~65t /m 3（标态），对高磷铁水，每吨钢耗氧量为60~69t /m 3（标态）。

计算氧枪喷头喉口直径：
计算氧流量。

取每吨钢耗氧量为603m （标态），纯吹氧时间为16min ，出钢量按公称容量100t 计算，则通过氧枪的氧气流量：
（标态）min /m 37516
100
603=⨯=
Q 当Ma=2.0时，1278.0/= p p ；取喷头出口压力MPa 101.0==膛p p ，则喷口滞止氧压为：
MPa 790.01278
.0101
.0==
p
每个喷孔氧气流量为：
min /m 75.934
37543===
Q q （标态） 由于 0
783.1T p A C q D
⨯=喉 取95.0=D C ，K T 3000=，又MPa p 790.00=，代入上式，则
300
10790.04
95.0783.175.936
2⨯⨯
⨯
⨯=喉d π
由上式可求出 mm 3.39=喉d 顶吹氧枪枪位1H 一般为35~50倍的喉d
因此取 mm 5.1768451=⨯=喉d H 取 101=θ 102=θ
mm 9.473)510(tan 1783)2
1
tan(211=+⨯=+= θθH R c
则
07.6169.473max ≤≤X
取 mm 550max =X
八、高径比
高径比系指转炉炉壳总高度总H 与炉壳外径壳D 之比值。

实际上它只是作为炉型设计的校核数据。

因此当炉膛内高内H 和内径D 确定后，再根据所设计的炉衬和炉壳厚度，高径比也就被确定下来了。

增大高径比对减少喷溅和溢渣，提高金属收的率有利。

但是高径比过大，在炉膛体积一定时，反应面积反而小，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。

随着转炉大型化和顶底复吹技术的采用，转炉由细高型趋于矮胖型，即高径比趋于减小。

顶底复吹转炉高径比推荐值为 1.25~1.45。

大炉子取下限，小炉子取上限。

对于容量较小的炉子，铁水比大且Si 、P 、S 含量高，以及供氧强度增加和底部喷口直径大者，取上限。

九、炉衬材质选择
转炉炉衬寿命是一个重要的技术经济指标，受许多因素的影响，特别是受冶炼操作工艺水平的影响较大。

但是，合理选用炉衬（特别是工作层）的材质是提高炉衬寿命的基础。

根据炉衬的工作特点，其材质选择应遵循一下原则： （1）耐火度（即在高温条件下不熔化的性能）高； （2）高温下机械性能高，耐急冷急热性能好； （3）化学性能稳定； （4）资源广泛，价格便宜。

近年来氧气转炉炉衬工作层普遍使用镁碳砖，炉衬寿命显著提高。

但由于镁碳砖成本较高，因此一般只用于诸如耳轴区、渣线等炉衬易损部位。

十、炉衬组成及厚度确定
通常炉衬由永久层、填充层和工作层组成。

有些转炉则在永久层与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），修炉时一般不予以拆除。

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，厚度约80~100mm。

其主要功能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，也有的转炉不设填充层。

工作层系指与金属、熔渣和炉气接触的内层炉衬，工作条件及其苛刻。

目前，该层多用镁碳砖和焦油白云石砖综合砌筑。

炉帽可用二步煅烧镁砖，也可根据具体条件选用其他材质。

转炉各部位的炉衬厚度设计参考值如下表所示
炉衬各部位名称转炉容量/t
<100 100~200 >200 炉帽永久层厚度/mm 60~115 115~150 115~150 工作层厚度/mm 400~600 500~600 550~650 炉身（加料侧）永久层厚度/mm 115~150 115~200 115~200 工作层厚度/mm 550~700 700~800 750~850 炉身（出钢侧）永久层厚度/mm 115~150 115~200 115~200 工作层厚度/mm 500~650 600~700 650~750 炉底永久层厚度/mm 300~450 350~450 350~450 工作层厚度/mm 550~600 600~650 600~750
综上所述，转炉各部位的炉衬厚度为：
炉衬各部位名称转炉容量/t
100
炉帽永久层厚度/mm115
工作层厚度/mm500 炉身（加料侧）永久层厚度/mm115
工作层厚度/mm700
炉身（出钢侧）永久层厚度/mm115
工作层厚度/mm600 炉底永久层厚度/mm450
工作层厚度/mm600
炉衬材质性能及使用部位
气孔率%体积密度
g/cm3
常温耐压强
度MPa
高温抗折强
度MPa
使用部
位
优质镁碳砖2 2.823810.5耳轴、渣线
普通镁碳砖4 2.7623 5.6耳轴部位、炉帽液面以
上
复吹供气砖2 2.854614复吹供气砖及保护砖
高强度镁碳
砖10～15 2.85～3.0>40
炉底及钢液
面以下
合成高钙镁
砖
10～15 2.85～3.1>50装料侧高纯镁砖10～15 2.95>60装料侧镁质白云石
烧成砖
2.8 2.838.4装料侧
(1) 炉口部位。

这个部位温度变化剧烈，熔渣和高温废气的冲刷比较厉害，在加料和清理残钢、残渣时，炉口受到撞击，因此用于炉口的耐火砖必须具有较高的抗热震性和抗渣性，耐熔渣和高温废气的冲刷，且不易粘钢，即便粘钢也易于清理的镁碳砖。

(2) 炉帽部位。

这个部位是受熔渣侵蚀最严重的部位，同时还受温度急变的影响和含尘废气的冲刷，故使用抗渣性强和抗热震性好的镁碳砖。

此外，若炉帽部位不便砌筑绝热层时，可在永久层与炉壳钢板之间填筑镁砂树脂打结层。

(3) 炉衬的装料侧。

这个部位除受吹炼过程熔渣和钢水喷溅的冲刷、化学侵蚀外，还要受到装入废钢和兑入铁水时的直接撞击与冲蚀，给炉衬带来严重的机械性损伤，因此应砌筑具有高抗渣性、高强度、高抗热震性的镁碳砖。

(4) 炉衬出钢侧。

此部位基本上不受装料时的机械冲撞损伤，热震影响也小，主要是受出钢时钢水的热冲击和冲刷作用，损坏速度低于装料侧。

若与装料侧砌筑同样材质的镁碳砖时，其砌筑厚度可稍薄些。

(5 ) 渣线部位。

这个部位是在吹炼过程中，炉衬与熔渣长期接触受到严重侵蚀而形成的。

在出钢侧，渣线的位置随出钢时间的长短而变化，大多情况下并不明显，但在排渣侧就不同了，受到熔渣的强烈侵蚀，再加上吹炼过程其他作用的共同影响，衬砖损毁较为严重，需要砌筑抗渣性能良好的镁碳砖。

(6 ) 两侧耳轴部位。

这部位炉衬除受吹炼过程的蚀损外，其表面又无保护渣层覆盖，砖体中的碳素极易被氧化，并难于修补，因而损坏严重。

所以，此部位应砌筑抗渣性能良好、抗氧化性能强的高级镁碳砖。

(7 ) 熔池和炉底部位。

这部位炉衬在吹炼过程中受钢水强烈的冲蚀，但与其他部位相比损坏较轻。

可以砌筑含碳量较低的镁碳砖，或者砌筑焦油白云石砖。

若是采用顶底复合吹炼工艺时，炉底中心部位容易损毁，可以与装料侧砌筑相同材质的镁碳砖。

（8）转炉出钢口。

转炉的出钢口除了受高温钢水的冲刷外，还受温度急变的影响，蚀损严重，其使用寿命与炉衬砖不能同步，经常需要热修理或更换，影响冶炼时间。

改用等静压成型的整体镁碳砖出钢口，由于是整体结构，更换方便多了，材质改用镁碳砖，寿命得到大幅度提高，但仍不能与炉衬寿命同步，只是更换次数少了而已。

十一、砖型选择
砌筑转炉炉衬选择砖型时应考虑以下一些原则：
（1）在可能条件下，尽量选用大砖，以减少砖缝，还可以提高筑炉速度，减轻劳动强度；
（2）力争砌筑过程中不打或少打砖，以提高砖的利用率和保证砖的砌筑质量；（3）出钢口用高压整体成形专用砖，更换方便、快捷；炉底用带弧形的异形砖；
(4)尽量减少砖型种类。

炉衬的砌筑
砌筑过程：
第一步：炉底工作层预砌筑、搭建耐火泥浆搅拌站、搭设临时切砖房、耐火砖的加工、出钢口座砖施工、炉底施工。

第二步：砌筑永久层第一层和第二层的镁质砖，先沿中心线砌出十字形，然后分四部分采用人字形方式砌筑。

各层之间错开45 度。

第三步：砌筑炉底中心砖和第一环工作层砖。

第四步：砌筑永久层第三层砖，其砌筑方式与第一和第二永久层相同。

第五步：砌筑炉底工作层砖，整个炉底工作层1～8 砖环缝全部用泥浆湿砌，1～24 环砖放射缝要求每隔5 块中有1 块砖放射缝打灰湿砌。

砌筑时若每环砖环缝面有错台时，则可用角向磨光机进行研磨。

第六步：炉底风口部位的砌筑，当炉底工作层砖钢至风口旁时，先干摆并调整风口工作层砖，量出加工砖的上下口尺寸。

第七步：砌筑炉底结合部的工作层砖，将已预加工好的炉底工作层砖，在顺序进入炉内砌筑，局部不平处，可用研磨机磨平。

然后在最外环底部充填捣打料，并砌筑接头层砖。

十二、炉壳钢板材质与厚度的确定
转炉吹炼过程中，炉壳承受多种负荷，有炉壳、炉衬自重和炉料重引起的静负荷，有兑铁水、加废钢时的冲击以及炉体旋转时产生的动负荷，还有炉衬热膨胀和炉壳本身温度分布不均匀引起的热负荷。

这些负荷必然使炉壳承受相应的应力，以致引起不同程度的变形。

研究表明，其中热应力起主导作用，所以设计时力求选用抗蠕变强度高、焊接性能好的材料。

大中型转炉多用耐高温、高压的锅炉钢板制作炉壳，也有用合金钢板的。

国内用于制作炉壳的低合金高强度钢有16Mn 、14MnNb 、20g 等。

由于应力计算相当复杂，所以炉壳钢板的厚度常按下表中的经验公式确定。

转炉容量/t
mm /1δ
mm /2δ mm /3δ
备注
30≤
2)0.1~8.0(δ
壳D )0008.0~0065.0( 28.0δ 1δ：炉帽钢板厚度
2δ：炉身钢板厚度
3δ：炉底钢板厚度
壳D ：炉壳外径
>30
2)9.0~8.0(δ 壳D )011.0~008.0( 2)0.1~8.0(δ
几种炉子容量的实际炉壳尺寸
炉子容量/t 15 30 50 120 150 300 炉帽钢板厚度/mm 24 30 55 50 58 75 炉身钢板厚度/mm 24 40 55 70 80 85 炉底钢板厚度/mm 20 30 45 70 62 80 炉壳高度/mm 5530 7000 7470 9750 8992 11575 炉壳外径/mm
3548
4220
5110
6670
7000
8670
综上所述，100t 顶底复吹转炉选定各部位钢板厚度为： 炉帽钢板厚度：mm 551=δ 炉身钢板厚度：mm 652=δ 炉底钢板厚度：mm 653=δ
十三、校核
mm
8985654506001320395026003=+++++=+++++=δδδ永久层工作层身帽总h H H H mm
6300651158070043802
122122=++++⨯⨯=++++=）（）（永久层填充加料侧工作层壳δδδδD D 43.16300/8985/≈=总总D H
顶底复吹转炉高径比推荐值为 1.25~1.45，大炉子取下限，小炉子取上限。

故对于100t 顶底复吹转炉符合要求。

参考文献
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