氧气顶吹转炉设计

3.1 转炉炉型设计3.1.1 转炉炉型设计概述（1）公称容量及其表示方法

公称容量（T），对转炉容量大小的称谓，即平时所说的转炉的吨位。它是转炉生产能力的主要标志和炉型设计的重要依据。目前国内外对公称容量的含义的解释还很不统一，归纳起来，大体上有以下三种表示方法：

1)以平均金属装入量（t）表示；

2)以平均出钢量（t）表示；

3)以平均炉产良坯量（t）表示。

在一个炉役期内，炉役前期和后期的装入量或出钢量不同，随着吹炼的进行，炉衬不断地受到侵蚀，熔池不断扩大，装入量增大，所以三种表示方法都是以其平均容量来表示。

这三种表示方法各有其优缺点，以平均金属装入量表示公称容量，便于进行物料平衡和热平衡计算，换算成新炉装入量时也比较方便。

以平均炉产良坯量表示公称容量，便于车间生产规模和技术经济指标的比较，但是在进行炉型设计时需做较复杂的换算。

以平均出钢量表示公称容量则介于两者之间，其产量不受操作方法和浇铸方法的影响，便于炼钢后步工序的设计，也比教容易换算成平均金属装入量和平均炉产良坯量。设计的公称容量与实际生产的炉产量基本一致。所以在进行炉型设计时采用以平均出钢量表示公称容量比较合理。

（2）炉型的定义：

转炉炉型是指转炉炉膛的几何形状，亦即指由耐火材料砌成的炉衬内形。

（3）炉型设计的意义

转炉是转炉炼钢车间的核心设备，炉型及其主要参数对转炉炼钢的生产率、金属收得率、炉龄等技术经济指标都有着直接的影响，炉型设计的是否合理关系到冶炼工艺能否顺利进行的问题，如喷溅问题，除与操作因素有关外，炉型设计是否合理也是个重要因素，并且车间的主厂房高度以及主要设备，像除尘设备，倾动机构设备等都与炉型尺寸密切相关。而且转炉一旦投产使用，炉型尺寸就很难再作改动，因为不论变动直径还是高度都牵涉到耳轴位置，它是与转炉基础联系在一起的，一般不能随意变动。

所以说，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设计的关键。

设计内容：炉型种类的选择；

炉型主要参数的确定；

炉型尺寸设计计算；

炉衬和炉壳厚度的确定；

顶底复吹转炉设计。

3.1.2炉型种类及其选择

吹炼过程中炉膛内进行着极其复杂而又激烈地物理化学反应和机械运动，因此，转炉的炉型必须适应这些反应特点和运动规律，否则就不能保证冶炼过程的正常进行。那么，什么样的炉型才是比较理想的炉型呢？也就是说，炉型具备什么特点才能适应转炉炼钢反应激烈，吹炼速度快的特点呢？

（1）炉型种类的选择原则

选择炉型时应考虑以下几条基本原则：

①炉型应能适应炉内钢液、炉渣和炉气的循环运动规律，使熔池得到激烈而又均匀的搅拌，从而加快炼钢过程的物理化学反应；

②有利于提高供氧强度（B），缩短冶炼时间，减少喷溅，降低金属损耗；

③新砌好的炉子的炉型要尽量接近于停炉以后残余炉衬的轮廓，减少吹炼过程中钢液、炉渣和炉气对炉衬的冲刷侵蚀及局部侵蚀，提高炉龄，降低耐火材料的消耗；

④炉壳应容易制造，炉衬砖的砌筑和维护要方便，从而改善工人的劳动条件，缩短修炉时间，提高转炉作业率。

总之应能使转炉炼钢获得较好的经济效益，优质、高产、低耗。

（2）炉型种类及其选择

目前国内外氧气顶吹转炉所采用的炉型，依据熔池（容纳金属液的那部分容积）的形状不同来区分，炉帽、炉身部位都相同，大体上归纳为以下三种炉型：筒球型、锥球型和截锥型。

a b c

图3－1 转炉常用炉型示意图

a－筒球型；b－锥球型；c－截锥型

①筒球型炉型：该炉型的熔池由一个圆筒体和一个球冠体两部分组成，炉帽为截锥型，炉身为圆筒型。其特点是形状简单，砌砖简便，炉壳容易制造。在相同的熔池直径（D）和熔池深度（h）的情况下，与其它两种炉型相比这种炉型熔池的容积大，金属装入量大，其形状接近于金属液的循环运动轨迹，适用于大型转炉。国外，美国、日本采用的较多，我国120吨和50吨转炉也有采用这种炉型的。如太钢50吨、包钢50吨、攀枝花120吨、本溪120吨、鞍钢150吨都采用了筒球型炉型。

②锥球型炉型（国外又叫橄榄型）：该炉型的熔池由一个倒置截锥体和一个球冠体两部分组成，炉帽和炉身与筒球型炉型相同。其特点是，与同容量的其它炉型相比，在相同熔池深度（h）下，其反应面积大，有利于钢、渣之间的反应，适用于吹炼高磷铁水。熔池形状比较符合钢、渣环流的要求，熔池侵蚀均匀，熔池深度h变化小，新炉炉型接近于停炉后残余炉衬的轮廓，炉型上下对称（橄榄形），空炉重心接近于炉体的几何重心位置，使得转炉的倾动力矩小。

我国中型转炉采用锥球型炉型的比较多，并取得了一些经验，特别是20～80吨转炉，尚未发现明显的缺点。我国的宝钢300吨、马鞍山50吨采用的是锥球型炉型。国外说法不一样，有的认为适合大炉子，像奥地利；有的认为适合于小炉子，像前苏联，产生不同看法的原因，可能是各国的铁水条件（[P]）不一样。这种炉型在国外，德国和日本采用的较多。总的来说，生铁含P较高的国家采用的较多。

③截锥型炉型：该炉型的熔池由一个倒置的截锥体组成。其特点是，形状简单，炉底砌筑简便；其形状基本上能满足于炼钢反应的要求，与相同容量的其它炉型相比，在熔池直径相同的情况下，熔池最深，适用于小型转炉。我国30 吨以下的转炉基本上都是采用截锥型的炉型。国外很少采用这种炉型，主要是大型转炉，小炉子较少。

总之，结合我国已建成的转炉的设计经验，在选择炉型时，可以考虑：

100～200t以上的大炉子，采用筒球型，

50～80t的中型炉子，采用锥球型；

30t以下的小炉子，采用截锥型。

但是也不绝对，还要根据当地的铁水条件，主要是[P]、[S]含量，来考虑确定最合适的炉型。对于顶底复吹转炉，可以采用截锥型炉型。

④大炉膛型炉型：国外还有一种用氧气－喷石灰粉法吹炼高磷铁水的大炉膛的炉型。其特点是：上大下小，具有较大的反应空间，适合于脱磷反应产生大量泡沫渣的需要。

3.1.3 炉型主要参数的确定

由于炼钢生产的因素是复杂多变的和进行高温模拟试验研究相当困难，所以尽管国内、外很多人对炉型设计问题进行过研究，但迄今为止还没有形成一套完整的炉型理论计算公式，不能完全从理论上确定一个理想的炉型和炉型的各部分尺寸参数。现有的设计公式都是属于经验公式。

目前国内各厂在进行炉型设计时，一般都是采用“依炉建炉”的设计方法。即通过考察和总结同类转炉的长期生产情