1 转炉炉型选型设计及相关参数计算1 转炉炉型设计1.1.1 炉型选择氧气顶底复吹转炉是 20 世纪 70 年代中、后期，开始研究的一项新炼钢工艺其优越性在于炉子的高宽比略小于顶吹转炉却又大于底吹转炉，略呈矮胖型；炉底一般为平底，以便设置底部喷口综合以上特点选用转炉炉型为锥球型(适用于中小型转炉见图 1-1)图 1-1 常见转炉炉型(a)筒球型； (b)锥球型； (c)截锥型1.1.2 主要参数的确定本设计选用氧气顶吹转炉(公称容量 50t)1) 炉容比炉容比系指转炉有效容积与公称容量之比值转炉炉容比主要与供氧强度有关，与炉容量关系不大从目前实际情况来看，转炉炉容比一般取0.9~1.05m3/t本设计取炉容比为 1.05m3/t2) 高径比转炉高径比，通常取 1.35～1.65小炉子取上限，大炉子取下限本设计取高径比：1.403) 熔池直径 D可按以下经验公式确定：(1-1)tGKD式中 D——熔池直径，m；G——新炉金属装入量，t，可取公称容量；K——系数，参见表 1-1；t ——平均每炉钢纯吹氧时间，min，参见表 1-2表 1-1 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 1-2 平均每炉钢冶炼时间推荐值转炉容量/t ＜30 30～100 ＞100 备注冶炼时间/min28～ 32(12～16)32～ 38(14～18)38～ 45(16～20)结合供氧强度、铁水成分、所炼钢种等具体条件确定注：括号内数系吹氧时间参考值。
设计中转炉的公称容量为 50t，取 K 为 1.85，t 取 15min可得：m 38.150.D(4) 熔池深度 h锥球型熔池倒锥度一般为 12°~30°，当球缺体半径 R=1.1D 时，球缺体高=0.09D 的设计较多熔池体积和熔池直径 D 及熔池深度 h 有如下的关系：1(1-2)2365.0Vh池由 可得：池G1(m3)9.7.1G池将 代入式(7-2)得：池V(m)98.03.65.065.0322 DVh池(5) 炉身高度 身H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，故须确定的尺寸是炉身高度 身H (1-3)2t2)(4DVVH池帽身身 式中 、 、 ——分别为炉帽、炉身和熔池的容积；帽V身 池Vt——转炉的有效容积，为 、 、 三者之和，取决于帽 身 池容量和炉容比代入数据可得：=3.19m身H（6）熔池其它尺寸的计算设计部门推荐的球冠弓形高度为：h1=0.09D=0.09×3.38=0.3042 (m)炉底球冠曲率半径：R=0.99D=0.99×3.38=3.3462 (m)(7) 炉帽尺寸炉帽尺寸包括炉帽倾角、炉口直径和炉帽高度。
① 炉帽倾角 炉帽倾角 一般为 60°~68°，小炉子取上限，大炉子取下限本设计取炉帽倾角为 65°② 炉口直径 d一般炉口直径为熔池直径的 43%～53%较为适宜小炉子取上限，大炉子取下限本设计取炉口直径为 1.8m③ 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 =300～400mm 的直线段炉帽高度为：口(1-4)帽 口HdDtan)(21=0.5×（3.38-1.8）×tan65°+ 口=1.69+0.3=1.99(m)那么，炉帽总容积为： 口口帽帽 ）（ HDHV222d4)(12= 3.02.8.3..059 ）（）（=16.80(m3)(8) 出钢口尺寸出钢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 1为了缩短出钢口长度，以利维修和减少钢液二次氧化及热损失，大型转炉的 θ1 趋于减小，一般为 15°~20°本设计取 15 o② 出钢口直径 出d出钢口直径决定出钢时间，随炉子容量不同而异通常又下面的经验式确定：= =12.7(cm)出 507.16375.163G式中 ——转炉公称容量，t。
G③ 出钢口衬砖外径： =6 =6×0.127=0.762(m)STd出④ 出钢口长度： =7 =7×0.127=0.889(m)L出（9）炉身尺寸的计算①炉膛直径炉膛直径 D 膛=D=3.38(m) （无加厚段）②转炉总容积根据选定的炉容比 V／T = 1.05 可求出：V 总=1.05×50 = 52.5（m 3）③炉身容积炉身容积： -身 总 池 帽④炉身高度：炉身高度：根据公式计算可得： =2H4VD身 身⑤炉型内高=Hh+内 帽 身1.1.3 底部供气构件的设计本设计为增加废钢型顶底复合吹炼法不仅在转炉底部布置喷吹惰性气体或中性气体 N2 来加强搅拌，还考虑在转炉底部喷吹小部分燃料与氧气为炉膛提供更多热量，补偿废钢加入所吸收的热量，使转炉冶能够炼顺利进行1) 底气用量在底部吹 N2、Ar、CO 2 等气体时，供气强度小于 0.03 m3/（t· min） ，其冶金特点接近顶吹法；达到 0.2～0.3m 3/（t· min） ，则可以降低炉渣和金属的氧化性，并达到足够的搅拌强度最大供气强度一般不超过 0.3 m3/（t ·min） 全程吹Ar，成本太高；全程吹 N2，又会增加钢中的氮。
所以，本设计采用底部全程供气，但是前期吹 N2，末期再改吹 Ar；供气强度为 0.2 m3/(t·min)2) 供气构件根据本设计的底部喷吹 N2 和 Ar，选择砖型供气元件，且为弥散型透气砖1.2 转炉炉衬设计炉衬设计的主要任务是选择合适的炉衬材质，确定合理的炉衬组成和厚度，并提出相应的砖型和数量，以确保获得经济上的最佳炉龄1.2.1 炉衬材质的选择目前常用的工作层衬砖有：沥青结合镁砖，含碳量为 5～6%；烧成浸渍镁砖，含碳量为 2%左右；焦油或沥青结合的白云石砖，含碳量约 2%；沥青或树脂结合的白云石碳砖，含碳量为 7～15%；沥青或树脂结合的镁碳砖（加入或不加防氧化剂） ，含碳量通常为 10～25%现在，氧气转炉炉衬材质普遍使用镁碳砖，炉龄有明显提高但由于镁碳砖成本较高，因此一般只将其用在诸如耳轴区、渣线等炉衬易损部位，即炉衬工作层采用均衡炉衬，综合砌炉1.2.2 炉衬的组成和厚度的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，修炉时一般不予拆除该层用镁碳砖砌筑填充层介于永久层与工作层之间，用焦油镁砖沙捣打而成，厚度约为 80～100mm。
工作层用镁碳砖和焦油白云石砖综合砌筑炉帽用二步煅烧镁砖其选择依据为表 1-3一般炉身工作层厚度为 400～800㎜，炉底工作层比炉身稍薄，约350～600㎜，填充层为 60～100㎜，炉身永久层为 113～200㎜，多数为 113～115㎜，炉底永久层为 300～500㎜，转炉各层炉衬厚度如表：表 1-3 转炉容积和工作层对照表容积/ t ＜100 t 100～200 ＞200炉帽工作层/㎜炉身工作层/㎜炉底工作层/㎜炉身永久层/㎜400～600550～700550～600115～150500～600700～800600～650115～200550～650750～850600～750115～200炉底耐材总厚/㎜ 850～1050 950～1100 950～1200根据 50t 转炉炉衬衬材，本设计炉衬采用表 1-4 所示值表 1-4 本设计转炉炉衬厚度值炉衬厚度 永久层厚度/mm 工作层厚度/mm 填充层 /mm炉帽 80 500炉身 130 600（加料侧）/550 100炉底 350 5701.3 转炉炉体金属构件设计1.3.1 炉壳炉壳通常由炉帽、炉身和炉底三部分组成炉壳的材质力求抗蠕变强度高、焊接性能又好的材料。
本设计采用锅炉钢板制作炉壳根据一些炉子的炉壳尺寸，该处选为：炉帽钢板 45mm、炉身钢板 50mm、炉底钢板 45mm综上所述，转炉总高 ：总H=1.99+3.19+0.98+(0.35+0.08+0.5+0.045)=7.21 m；总转炉外壳直径：=3.38+2×(0.08+0.13+0.05)+0.6+0.55 =5.15 m壳D验算高径比： =1.40，符合要 求的范围，也与取值相符由上15.27壳总述数据可画出转炉炉型图(见附录图 1)1.3.2 支承装置托圈选取大型转炉剖分式焊接托圈其具体尺寸见下表 1-5表 1-5 设计中的托圈尺寸断面形状 断面高度/mm 断面宽度/mm 盖板厚度/mm 腹板厚度/mm箱 2400 760 83 75炉壳与托圈的连接选用吊挂式连接装置该结构是用螺栓将炉壳吊挂在托圈上，三个螺栓在圆周上呈 120 布置，且与焊在托圈盖板上的支座绞接o耳轴要受多种负荷的作用，必须有足够的强度和刚度该处耳轴选用合金钢，且耳轴直径为 800mm，耳轴轴承采用双列向心滚子轴承1.3.3 倾动装置该处转炉采用电动机一齿轮传动方式且倾动速度为 0.5r/min，倾动角度为±360 ，无极调速。
o2 转炉氧枪设计及相关参数计算2.1 氧枪喷头尺寸计算喷头是氧枪的核心部分，其基本功能可以说是一个能量转换器，它将氧管中氧气的高压能转换为动能，并通过氧气射流完成对熔池的作用而氧气射流的参数主要由喷头参数所决定2.1.1 喷头主要参数计算公式(1) 氧流量计算氧流量是指单位时间通过氧枪的氧量（Nm 3/min） 氧流量的精确计算应根据物料平衡求得简单计算氧流量则可用下式：Nm3/min吹 氧 时 间 出 钢 量每 吨 钢 耗 氧 量氧 流 量 对于普通铁水，每吨钢耗氧量为 55～65Nm 3/t，对于高磷铁水，每吨钢耗氧量为 60～69Nm 3/t本设计取 65 Nm3/t.(2) 喷头孔数现代转炉氧枪都用多孔喷头一般中、小型转炉用三孔或四孔喷头，大型转炉用五孔或五孔以上的喷头3) 理论计算氧压及喷头出口马赫数 M理论计算氧压（又称设计工况氧压）是指喷头进口处的氧气压强，近似等于滞止氧压 ，它是喷头设计的重要参数喷头出口马赫数 M 是喷头设计的另0P一个重要参数，目前国内外氧枪喷头出口马赫数 M 多选用 2.0 左右M 值与滞止氧压 和喷头出口压力 P 的比值（P/ ）有确定的对应关系。
如图 2-10 0图 2-1 M 与 Po、V 之间的关系表 2-1 M、V 、P 0 之间的关系M 氧射流出口温度/K 氧射流出口音速/m/s V/m/s P0/MPa 备 注1.52.02.53.02001611291042702422171954054855425820.3710.7901.7263.711假定氧气滞止温度为290K,炉内环境压力为1.01MPa2.1.2 50t 转炉氧枪喷头尺寸计算公称容量 50t 转炉设计氧枪喷头尺寸采用普通铁水冶炼钢种以碳素结构钢和低合金钢为主1) 计算氧流量取每吨钢耗氧量为65 ,纯吹氧时间为15min ，出钢量按公称容量50t 计算，3Nm则通过氧枪的氧流量： /min (2-1) 3.28156吹 氧 时 间 出 钢 量每 吨 钢 耗 氧 量QNm(2) 选用喷孔出口马赫数与喷孔数马赫数确定原则已如前述综合考虑，选取马赫数M=2.0参照同类转炉氧枪使用情况，对于50t转炉喷孔数取 3孔，能保证氧气流股有一定的冲击面积与冲击深度，熔池内尽快形成乳化区，减少喷溅，提高成渣速度和改善热效率。
3) 设计工况氧压根据等熵流表，当M=2.0时, ；。