第二章 转炉炉型设计

转炉炉型和炉衬设计确定适合于转炉炉容量和操作条件的转炉炉型和各部位炉衬材质的设计。

是转炉炼钢车间设计的主要组成部分。

转炉炉型设计转炉炉型是指新砌成的转炉炉衬的内腔形状和尺寸。

氧气转炉的炉型通常是先用统计公式计算出转炉各部位的主要尺寸，然后再与炉容量相近、条件相似的实际生产转炉进行比较和调整后确定的。

氧气转炉炉型绝大多数是轴对称回转体结构，由截锥型炉帽(仅有少数转炉呈偏口形)、圆柱形炉身和不同形状的炉底三部分组成。

按转炉熔池形状不同，常见的炉型有筒球型、锥球型和截锥型三种(见图)。

筒球型炉型形状简单，砌筑方便，炉壳制造容易，大容量转炉采用较多。

锥球型炉型与相同容量的筒球型炉相比，在熔池深度相同的情况下，更有利于冶金反应；截锥型炉型的优点是炉底砌筑方便，这两种炉型在中小容量转炉炉型设计中采用较多。

对氧气转炉炉型的主要技术参数要求为：(1)炉容比(工作容积与公称容量之比)与铁水条件、冶炼操作转zhuan方法和转炉炉容量有关，通常每公称吨炉容比为0．80～1．00m3／t；(2)高宽比(炉子全高与炉壳直径之比)对转炉操作和建设费用有直接影响，一般取为1．25～1．65；(3)炉帽的倾角为60o±3。

；(4)炉口直径一般为熔池直径的0．43～0．53倍；(5)熔池直径系指转炉熔池在平静状态时金属液面的直径，它与转炉装入量和供氧强度有关，可按D=K(G/T)1/2进行计算，式中D为熔池直径，m；K为比例常数，一般为1．85～2．3；G为转炉装入量，t；T 为转炉供氧时间，min。

炉衬耐火材料选择转炉炉衬分为工作层、填充层和永久层。

工作层衬砖与熔池钢水和熔渣接触工作条件十分恶劣，要求有良好的物理性能和化学稳定性，同时也要有较低的价格。

转炉工作层衬砖常采用焦油白云石砖、焦油镁砂砖、镁碳砖和二步煅烧砖，镁碳砖应用较广泛。

为了提高炉衬使用寿命，降低生产成本，设计和生产中广泛采用不同部位使用不同材质炉衬的“综合砌炉法”。

2.转炉炉型设计及计算2.1转炉容量的计算2.1.1根据生产规模和产品方案计算出年需要钢水量：年需钢水量=良坯收得率年需良坯量年需不同钢种的连铸方坯250×104t ，连铸板坯200×104t 。

连铸收得率99%，则：年需钢水量=99%450=450×104t 2.1.2计算年出钢炉数：（按2吹2计算） 年出钢炉数=2冶炼周期转炉作业率日历时间冶炼周期年炼钢时间⨯⨯=⨯2转炉作业率=79.5%100%365290100%=⨯=⨯日历天数转炉有效作业天数转炉有效作业天数：日历天数扣除大于20min 以上的一切检修和故障时间总和，转炉工艺设计技术规范规定，当转炉与单台连铸机配合全连铸时为275～300天。

本设计取290天。

冶炼周期按容量大小确定，大于100t 为38～45min ，本设计取40min ， 则：年出钢炉数=2×365×79.5%×24×60/40=20880炉每天出钢炉数=炉年作业天数年出钢炉数7229020880==平均产钢水量=215.5t 208804500000==年出钢炉数年产钢水量2.1.3按标准系列确定炉子容量：选定250t 转炉2座，按照2吹2方式生产。

核算车间年产量：250×20880×99%=495.9×104t 良坯。

2.2转炉炉型设计 2.2.1原始条件炉子平均出钢量为250t ，铁水密度6.8g/cm 3，铁水收得率为92%。

2.2.2炉型选择顶底复吹转炉的炉型基本上与顶吹和底吹转炉相似；它介于顶吹转炉和底吹转炉之间。

为了满足顶底复吹的要求炉型趋于矮胖型，由于在炉底上设置底吹喷嘴，炉底为平底，所以根据原始数据，为了便于设置底部供气构件，选择截锥形炉型。

2.2.3炉容比炉容比指转炉有效容积V t 与公称容量T 之比值V t /T(m 3/t)。

V t 系炉帽、炉身和熔池三个内腔容积之和。

《t转炉炉型设计》doc版《t转炉炉型设计》doc版课题名称140T 转炉炉型设计专业班级冶金0504 班姓名秦胜利系部冶金学院指导教师王鸿雁时间2007 年12 月9 日~ 12 月15 日序言现在钢铁联合企业包括炼铁，炼钢，轧钢三大主要生产厂。

炼钢厂则起着承上启下的作用，它既是高炉所生产铁水的用户，又是供给轧钢厂坯料的基地，炼钢车间的成产正常与否，对整个钢铁联合企业有着重大影响。

目前，氧气转炉炼钢设备的大型化，生产的连续化和高速化，达到了很高的生产率，这就需要足够的设备来共同完成，而这些设备的布置和车间内各种物料的运输流程必须合理，才能够使生产顺利进行。

转炉是炼钢车间的核心设备，设计一座炉型合理满足工艺需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。

140T 转炉炉型设计 1 炉型设计步骤(1) 列出原始条件：公称容量，铁水条件。

废钢比，氧枪类型以及吹氧时间等。

(2) 根据条件选炉型(3) 确定炉容比(4) 计算熔池直径，熔池深度等尺寸(5) 计算炉帽尺寸(6) 计算炉身尺寸(7) 计算出钢口尺寸(8) 确定炉衬厚度(9) 确定炉壳厚度(10) 校核H/D (11) 绘制炉型图2 炉型设计与计算2.1 本次设计任务：设计140T 转炉炉型(1) 原始条件炉子平均出钢量为140t , 钢水收得率为92% ，最大废钢比取20% ，采用废钢矿石法冷却。

铁水采用低磷生铁[W(si)≤0.85%,W(F)≤0.2% W(5)≤0.05%] ; 氧枪采用三孔拉瓦尔型喷头，设计氧压为1.0mpa (2) 炉型选择根据原始条件采用筒球形炉型作为此次设计的转炉炉型(3) 炉容比，取V/T=0.989 2.2 炉型尺寸的计算(1) 熔池尺寸的计算①熔池直径计算：计算公式: D=k (G/t) 1/2 熔池直径式中: K—常数，取1.57 ；G—金属装入量，t ；T—吹氧时间，min 。

a: 确定初期金属装入量为G G=2T/2+B*1/2 式中：T——平均出钢量为，140t ；B——常数，取15% ；η金——金属收得率为92% ；G=2×140/2+15%*1/92%=141.557(t) V金=G/ρ金=141.557/6.8=20.817(m3) B: 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50~57 则供氧强度=吨钢耗氧量/吹氧时间=57/14=14[m3/(t*min)] D=1.57(141.557/14)1/2=4.99m 熔炉深度计算筒球型熔池深度的计算公式为：h熔=V金+0.046D3/0.79D2=20.817+0.046*4.993/0.79*4.992=1.35m 熔池其他尺寸的确定球冠的弓形高度: h1=0.15D=0.15×4.99=4.54m 球冠的曲率半径：R=0.91×D=0.15×4.99=4.54m 2.3 炉帽尺寸的确定(1) 炉口直径d0：d0=0.48D=0.48×4.99=2.4m (2) 炉帽倾角θ 取64°；(3) 炉帽高度(H 帽) 式中：Ho——炉口高度，取0.4m 在炉口设置水箱式水冷炉口2.4 炉身尺寸确定(1) 炉膛直径( 无加厚段) (2) 根据选定的炉容比为0.989 ，可求出炉子总容积为炉身高度: 则炉型内高: 2.5 出钢口尺寸计算(1) 出钢口直径: (2) 出钢口衬砖外径dr=63+1.7571/2=(6+1.75*140)1/2=17.5CM=0.175m (3) 出钢口长度dT =6dT=6*17.5=105cm=1.05m (4) 出钢口倾角β取18°LT=TdT=7×17.5=122.5cm=1.225m 符合高宽比的推荐值，因此认为所涉及的炉子尺寸是基本合适的。

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。

1 40T 转炉炉型设计序言现在钢铁联合企业包括炼铁，炼钢，轧钢三大主要生产厂。

炼钢厂那么起着承上启下的作用，它既是高炉所生产铁水的用户，又是供应轧钢厂坯料的基地，炼钢车间的成产正常与否，对整个钢铁联合企业有着重大影响。

目前，氧气转炉炼钢设备的大型化，生产的连续化和高速化，到达了很高的生产率，这就需要足够的设备来共同完成，而这些设备的布置和车间各种物料的运输流程必须合理，才能够使生产顺利进展。

转炉是炼钢车间的核心设备，设计一座炉型合理满足工艺需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。

140T 转炉炉型设计1 炉型设计步骤(1) 列出原始条件：公称容量，铁水条件。

废钢比，氧枪类型以及吹氧时间等。

(2) 根据条件选炉型(3) 确定炉容比(4) 计算熔池直径，熔池深度等尺寸(5) 计算炉帽尺寸(6) 计算炉身尺寸(7) 计算出钢口尺寸(8) 确定炉衬厚度(9) 确定炉壳厚度(10) 校核H/D(11) 绘制炉型图2 炉型设计与计算2.1 本次设计任务：设计140T 转炉炉型(1) 原始条件炉子平均出钢量为140t , 钢水收得率为92% ，最大废钢比取20% ，采用废钢矿石法冷却。

铁水采用低磷生铁[W(si)≤0.85%,W(F)≤0.2% W(5)≤0.05%] ; 氧枪采用三孔拉瓦尔型喷头，设计氧压为1.0mpa(2) 炉型选择根据原始条件采用筒球形炉型作为此次设计的转炉炉型(3) 炉容比，取V/T=0.9892.2 炉型尺寸的计算(1) 熔池尺寸的计算①熔池直径计算：计算公式: D=k (G/t) 1/2熔池直径式中:K—常数，取1.57 ；G—金属装入量，t ；T—吹氧时间，min 。

a: 确定初期金属装入量为GG=2T/2+B*1/2式中：T——平均出钢量为，140t ；B——常数，取15% ；η金——金属收得率为92% ；G=2×140/2+15%*1/92%=141.557(t)V金=G/ρ金=141.557/6.8=20.817(m3)B: 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50~57 那么供氧强度=吨钢耗氧量/吹氧时间=57/14=14[m3/(t*min)] D=1.57(141.557/14)1/2=4.99m熔炉深度计算筒球型熔池深度的计算公式为：h熔=V金+0.046D3/0.79D2=20.817+0.046*4.993/0.79*4.992=1.35m 熔池其他尺寸确实定球冠的弓形高度:h1=0.15D=0.15×4.99=4.54m球冠的曲率半径：R=0.91×D=0.15×4.99=4.54m2.3 炉帽尺寸确实定(1) 炉口直径d0：d0=0.48D=0.48×4.99=2.4m(2) 炉帽倾角θ 取64° ；(3) 炉帽高度(H 帽)式中：H o——炉口高度，取0.4m在炉口设置水箱式水冷炉口2.4 炉身尺寸确定(1) 炉膛直径( 无加厚段)(2) 根据选定的炉容比为0.989 ，可求出炉子总容积为炉身高度:那么炉型高:2.5 出钢口尺寸计算(1) 出钢口直径:(2) 出钢口衬砖外径d r=63+1.7571/2=(6+1.75*140)1/2=17.5CM=0.175m(3) 出钢口长度d T' =6d T=6*17.5=105cm=1.05m(4) 出钢口倾角β取18°L T=T dT=7×17.5=122.5cm=1.225m符合高宽比的推荐值，因此认为所涉及的炉子尺寸是根本适宜的。

180t 顶底复吹转炉设计一、转炉炉型设计原始条件： 炉子平均出钢量180t 。

金属收得率取92%，最大废钢比取20%，采用废钢矿石冷却，铁水采用P08低磷生铁{w （si ）≤0.85%，w （p ）≤0.2%，w （s ）≤0.05%}1、熔池形状确定转炉炉型有筒球型、锥球型、截锥型，熔池形状选用截锥型。

为了满 足顶底复吹的要求，炉型趋于矮胖型，由于在炉底上要设置底吹喷嘴，炉底为平底，所以熔池为截锥形。

2、炉容比确定炉容比系指转炉有效容积t V 与公称容量T 之比值。

t V 系炉帽体积帽V 、炉身体积身V 、和容池体积c V 三个内腔容积之和。

由于顶底复吹转炉吹炼过程比较平稳，产生泡沫渣的量比顶吹转炉要少得多，喷溅较少，因此其炉容比比顶吹转炉小，但比底吹转炉要大。

根据冶炼条件取炉容比为0.95m 3/t 。

3、熔池尺寸的确定熔池是容纳金属并进行一系列复杂物理化学反应的过程，其主要尺寸有熔池 直径和熔池深度。

设计时，应根据装入量、供氧强度、喷嘴类型、冶金动力学条件以及炉衬蚀损的影响综合考虑。

截锥型熔池尺寸如图（1）所示：则其体积为： )(12h2112d Dd D V ++=π熔（1） 熔池直径D ：熔池直径通常指熔池处于平静状态时金属液面的直径。

D=Kt G =1.63×15180=5.646m 式中G ——炉子公称容量，180t ；t ——平均每炉钢纯吹氧时间，取15分钟； K ——比例系数，根据炉子容量取1.63； （2）熔池深度h ：根据经验，取D d 7.01== 3.952m其中熔池体积38.268.6180m GV c ===ρ故熔池深度： 20.574c V h D == 2646.5574.08.26⨯=1.465m校核26.0646.5465.1/==D h 符合要求 4、炉帽尺寸的确定（1）炉帽倾角θ：本计算中取θ=65度（2）炉口直径d ：炉口直径为熔池直径的43~53%，本计算中取48%则 d=48%D=0.48×5.646=2.710m（3）炉帽高度H 帽：炉帽高度是截椎体高度与炉口直线段高度值和。

第二章转炉炼钢设备与工艺一、炼钢原理1、根据所炼钢种的要求把生铁中的含碳量去除到规定范围，并使其它元素的含量减少或增加到规定范围的过程。

2、简单地说，是对生铁降碳、去硫、磷、调硅、锰含量的过程。

这一过程基本上是一个氧化过程，是用不同来源的氧(如空气中的氧、纯氧气、铁矿石中的氧)来氧化铁水中的碳、硅、锰等元素。

反应生成的一氧化碳很容易从铁水排至炉气中而被除掉。

生成的二氧化硅、氧化锰、氧化亚铁互相作用成为炉渣浮在钢水面上。

3、化学反应主要有：2FeO+Si ——2Fe+SiO2 FeO+Mn—— Fe+MnO4、生铁中硫、磷这两种元素在一般情况下对钢是有害的，在炼钢过程中必须尽可能除去。

在炼钢炉中加入石灰(CaO)，可以去除硫、磷：2P+5FeO+3CaO—— 5Fe+Ca2(PO4)2(入渣)5、在使碳等元素降到规定范围后，钢水中仍含有大量的氧，是有害的杂质，使钢塑性变坏，轧制时易产生裂纹。

故炼钢的最后阶段必须加入脱氧剂(例如锰铁、硅铁和铝等)，以除去钢液中多余的氧：Mn＋FeO ——MnO＋Fe Si＋2FeO—— SiO2＋2Fe Al＋3FeO ——Al2O3＋3Fe6、同时调整好钢液的成分和温度，达到要求可出钢，把钢水铸成连铸坯或钢锭。

二、炼钢方法1、炼钢的方法主要有转炉、电炉和平炉三种。

（1）平炉炼钢的主要特点是可搭用较多的废钢(可搭用钢铁料的20—50％的废钢)，原料适应性强，所用的原料有废钢、废铁、铁矿石和溶剂（石灰石和生石灰）。

反应所需的热量是由燃烧气体燃料（高炉煤气，发生炉煤气）或液体燃料（重油）所提供。

但冶炼时间长，已被淘汰。

（2）转炉炼钢广泛采用氧气顶吹转炉或顶底复吹转炉，生产速度快(1座300吨的转炉吹炼时间不到20分钟，包括辅助时间不超过1小时，而300吨平炉炼1炉钢要7个小时)，品种多、质量好，可炼普通钢，也可炼合金钢。

（3）电炉炼钢是用电能作热源进行冶炼。

原料可以是废钢、也可以是海绵铁，现代电弧炉甚至可以用大量铁水。