转炉设计

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。

H 锥()θtg d D -=21=()m tg H 132.36571.2646.5210=⨯-=帽 直线段高度H 口一般为300~400mm ，本计算中取H 口=400mm 。

则有 m H H H 532.34.0132.3=+=+=口锥帽 炉帽总容积为：322247.47m 4d d 12=+++=d H D D H V 直锥帽）（ππ5、炉身尺寸确定（1） 炉膛直径D 膛=D （无加厚段）（2）根据选定的炉容比0.95m 3/t ，可求出炉子总容积为总V =0.95⨯180=171m 3 身V =总V -c V -帽V =171-26.8-47.47=97.03m 3 （3）炉身高度H 身m 877.34/2==D V H ）（身身π则炉型内高内H =h+帽H +身H =1.465+3.532+3.877=8.874m 6、出钢口尺寸确定 （1）.位置出钢时出钢口应处于钢液最深处，因此出钢口应设在炉帽和炉身内衬的交界处，以便当转炉处于水平位置出钢时其位置最低，这样钢水容易出净，又不容易下渣。

（2）出钢口中心线水平倾角θ：出钢口角度是指出钢口中心线与水平显得夹角，，其大小应考虑缩短出钢口长度，有利维修、减少钢水二次氧气及热损失，大型转炉的出钢口角度趋向减小。

国外不少采用0°，但0°倾角使钢流对钢包内金属的冲力变小。

本设计取θ=18°（3）.出钢口直径T 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 。

通常T d 可按下面经验公式确定：0.19m 19.44cm 18075.16375G .163≈=⨯+=+=T d式中：G —转炉公称容量，本计算中取180t（4）.出钢口衬砖外径：ST d =6d T =6⨯0.19=1.14m（5）.出钢口长度：L T =7d T =7⨯0.19=1.33m二、 转炉炉衬设计1、炉衬厚度：炉身工作层选700mm，永久层115mm，填充层100mm，总厚度为700+115+100=915 mm则炉衬外径即炉壳内径为D=5.646+0.915×2=7.476m壳内炉帽和炉底工作层均选600mm，炉帽永久层为150mm，炉底永久层用标准镁砖立砌一层230mm，粘土砖平砌三层65×3=195mm；则炉底砖衬总厚度为600+230+195=1025mm故炉壳内型高度为H=8.874+1.025=9.899m1工作层材质全采用镁碳砖。

2、材质：选用沥青或树脂结合的镁碳转，含碳量为14%。

镁碳砖具有耐高温、耐渣侵和耐剥落等优良的使用性能。

与其他镁砖相比，在使用过程中变质层变薄，不至于引起砖体结构的剥落，加入相当的数量的石墨改善了砖的导热性能，具有良好的抗震性。

用镁碳砖砌筑炉衬，大幅度的提高了炉衬的使用寿命，再配合溅渣护炉等护炉技术，炉衬寿命可达1万次以上。

但由于镁碳砖成本较高，因此根据在冶炼过程中，工作层不同部位受损情况的不同，采用不同档次的镁碳砖，这样整个炉衬的受损情况较为均匀，就是综合砌炉。

（1）.炉口部位。

该部位温度变化剧烈，熔渣和高温废气的冲刷较严重，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抗热震性和抗渣性，耐熔渣和高温废气的冲刷，且不易粘钢的易于清理的镁碳砖。

（2）. 炉帽部位。

该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。

（3）. 炉衬装料侧。

该部位除受吹炼过程熔渣和钢水时的直接撞击与冲刷、化学侵蚀外，还要受到装入料废钢和兑铁水时的冲蚀，给炉衬带来严重的机械性损伤，因此应砌筑具有较高抗渣性、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，所以可砌筑档次低一些的镁碳砖，并且砌筑厚度可薄一些。

出钢口除受高温钢水的冲刷外，还经受温度急变的影响，蚀损严重，需要经常更换，影响冶炼时间，而出钢口则采用等静压成型的整体镁碳砖出钢口，整体结构方便更换。

（5）.渣线部位。

此部位在吹炼过程中，炉衬与熔渣长期接触受到严重侵蚀而形成。

在出钢侧渣线位置的变化并不明显，但在排渣侧受到熔渣的强烈侵蚀，再加上吹炼过程中其他作用的共同影响，衬砖损毁较为严重，应砌筑抗渣性良好的镁碳砖。

（6）. 两侧耳轴部位。

该部位出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。

故此部位应砌筑抗渣性好、抗氧化性能强的高级镁碳砖。

（7）.熔池和炉底部位。

此部位炉衬在吹炼过程中受钢水强烈冲蚀，并且采用顶底复吹工艺，炉底中心部位容易损毁，可与装料侧砌筑相同材质的镁砖。

炉衬由永久层、填充层和工作层组成。

无绝热层时，永久层紧贴炉壳，修炉时一般不予拆除，作用是保护炉壳，常用镁砖砌筑。

填充层介于永久层与工作层之间，一般用焦油镁砂捣打而成，厚度约80～100 mm。

工作层与金属、熔渣和炉气接触的内层炉衬，工作条件相当恶劣，用高、中、低不同档次的镁碳砖砌筑。

炉帽可用二步煅烧镁砖。

三、转炉炉壳设计：1、炉壳厚度确定：查表选择：炉帽：65mm厚钢板炉身：75mm 厚钢板 炉底：65mm 厚钢板 2、炉壳转角半径：SR 1=SR 2=900mmSR 3=0.5δ底=0.5×1025=510mm 3、验算高宽比：由以上数据可计算得：H 总=9899+65=9964mm D 壳=7476+2×75=7626mm 则：壳总D H =76269964=1.31 由此可知，壳总D H ≥1.3，符合高宽比的推荐值，因此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。

四、氧枪设计氧枪是转炉炼钢的主要设备，氧枪设计的好坏也关系到炉内的温度、钢液质量等。

氧枪由喷头、枪身和尾部三部分组成。

氧枪设计的内容包括：喷头设计、枪身设计。

1、氧枪喷头设计 ⑴原始数据转炉公称容量180t ，低磷铁水，冶炼钢种以低碳钢为主，转录参数，炉容为0.95，熔池直径为5.646m ，有效高度8.874 m ，熔池深度1.465m 。

⑵氧流量和供氧强度氧流量是指单位时间通过氧枪的氧量。

供氧强度指单位时间每吨钢的供氧量，在转炉设计中常用单位时间转炉每工程称单位的供氧量。

①氧流量： 氧流量v q =吹氧时间出钢量吨钢耗氧量⨯ =6841518057=⨯ (Nm 3/min)②供氧强度： 供氧强度=吹氧时间吨钢耗氧量=8.31557= [ m 3/（t.min ）] ⑶选用喷孔参数出口马赫数 M=2.0，采用4孔喷头，喷空夹角120多孔喷头变集中供氧为分散供氧，增大了氧射流同熔池的冲击面积，渣中FeO 含量高，化渣快，热效率高，废钢比高，吹炼平稳，喷溅减少，炉口结渣少等优点。

喷头出口射流马赫数的大小决定了喷嘴氧气出口速度，即决定了氧气射流对熔池的冲击能力。

射流马赫数过大会出现喷溅，清渣费时，热损失增大，增大了渣料消耗及铁损，容易损坏转炉内衬及炉底；射流马赫数过低，气流搅拌作用减弱，降低氧气利用率，渣中铁含量增高，也会引起喷溅。

一般推荐氧气射流马赫数选取的范围为Ma =1.8～2.1，本设计取马赫数 M=2.0。

⑷设计工况氧压根据等熵表来确定，当Ma=2.0时，P/P 0=0.1278，取P=P 膛=1.3×105 Pa 。

则： P 设=P/P 膛P =1.3×105/0.1278=10.17×105（Pa ） ⑸计算喉口直径：每孔氧流量： q=q V /4=684/4=171（m 3/min ） 利用公式q=00T p 784.1喉A C D，令C D =0.90,T 0=290K ，P 设=10.17×105（ Pa ），D C ——多空喷头流量系数，D C =（0.90～0.96），本设计取0.90喉A ——喉口总断面面积，喉A =42喉d π0T ——氧气滞止温度，一般按当地夏天温度选取，0T =273+（30～40）K ，本设计取 290K ， 则： 171=1.784×0.90×42喉d π×2901017.105⨯求得 d 喉=0.048m=48mm⑹喷嘴喉口长度：喷嘴喉口段长度对稳定气流影响较大，过长的喉口段会增大阻损，同时为了收缩段和扩张段加工方便，喉口长度一般取值5～10mm.本设计喉L =10mm 。

⑺喷孔出口直径：根据等熵表来确定，当Ma=2.0时，查等熵表得A /喉A =1.688，即：42出d π=1.688×42喉d π出d =喉喉d A/A ⨯=688.1×48=62mm ⑻扩张段的长度为：取半锥角为5o ，则扩张段长度：扩L =（出d —喉d ）/ [2tan （扩α/2）] =(62-48)/2tan5 =80mm（扩α/2）——扩张段的半锥角，一般为4°～6°，可保证气流不脱离孔壁 ⑼收缩段长度为：收L =1.2×喉d =1.2×48=57.6≈58mm2、氧枪枪身设计 ⑴原始数据：冷却水流量w m q =180t /h ，冷却水进水速度j v =6m/s ，冷却水回水速度p v =7m/s ，冷却水喷头处流速h v =9m/s ，中心氧管内氧气流速v 0=50 m/s,吹炼过程中水温升Δt=200C ，其中回水温度t 2=450C ，进水温度t 1=250C ；()2中心氧管直径的确定：中心氧管管径的公式为A 0=v q / v 0依据气体状态方程，在中心管内的实际状态下的氧流量为：Q 实=2736841⨯×17.10290=71.44m 3/min=1.19m 3/s 取中心管内氧气流速为50m/s ，则中心钢管直径为：d 内=5019.14⨯π=0.174m=174mm 。