氧气顶吹转炉设计

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1、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

2、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

3、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

4、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：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；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；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

5、火材料的消耗；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 31 转炉常用炉型示意图a筒球型；b锥球型；c截锥型筒球型炉型：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

6、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。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

7、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 2080 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。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

8、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：100200t 以上的大炉子，采用筒球型，5080t 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。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

9、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况和较先进的技术经济指标，结合采用经验公式计算和进行可行的模拟试验，再结合当地条件作适当修改，来确定新炉的炉型尺寸。由此可知，要真正设计一座转炉必须掌握已投产的同类转炉的设计情况和投产后的使用情况，吸取别人的经

10、验教训作设计。所以说炉型主要参数的确定方法，也是采用推荐的方法：直接推荐各参数的数值范围；推荐经验计算公式。公式很多，不能一一介绍，主要介绍由北京钢铁设计研究总院推荐的一套经验公式。主要参数包括：V/T、H/D、 h/D、d 0/D、，出钢口参数（ dT、 、L T） 。对这些参数的确定需要持慎重态度，在进行炉型设计时，要仔细考虑确定这些参数，才能使设计出来的炉型比较合理，满足工艺要求。图 32 炉型主要尺寸示意图H0熔池深度；H 身 炉身高度；H 帽炉帽高度；H 总 转炉总高；H 内 转炉有效高度； D熔池直径； D 壳 炉壳直径 ；d炉口直径 ；h熔池深度；d 出 出钢口直径； 炉帽倾角（

11、1）炉容比（V/T，容积比或容积系数）炉容比（V/T）：指新炉时转炉的炉膛有效容积（V ）与公称容量（T）的比值（m 3/T）意义：单位公称容量所占有的炉膛有效容积（也叫工作容积）的大小。它是炉型参数中一个最重要的参数，它决定了炉子吹炼容积的大小。炉容比对吹炼操作、喷溅、炉衬寿命都有很大的影响。 炉容比的大小是由人为确定的。那么，选择多大的炉容比为合适呢？ 炉容比与哪些因素有关呢？为了说明这个问题，我们先从两个极端来讨论一下 炉容比过小、过大的害处。1）炉容比过小和过大的害处炉容比过小（即反应空间小）A 因为反应空间过小，满足不了冶炼反应所需要的空间，容易喷溅和溢渣，金属收得率 金 降低，操作

12、困难，工人的劳动强度增加。B 加剧钢、渣对炉衬的冲刷侵蚀，使得炉龄降低。C 不利于提高供氧强度（B） ，强化冶炼，限制了生产率的提高，因为供氧强度大，炉容比小，易喷溅。供 氧 强 度吨 钢 耗 氧 量吹 氧 时 间 炉容比过大：炉容比大势必增加炉子高度 H（H 还受 H/D 的影响） ，增加厂房高度和倾动力矩。实践证明，炉子高度 H 增高 1m，厂房增高 2m，将导致投资增大、设备庞大和电耗增加。因此说炉容比过大过小都不好，怎么确定 V/T 呢？有哪些因素影响 V/T 呢？2）影响炉容比大小的因素： 炉子吨位本身的影响 小炉子因炉膛小，操作困难，炉容比应适当大些；大炉子因炉膛大，容易控制，炉容

13、比应适当小些。 铁水成分的影响如果铁水中 Si、P、S 高，产生的渣量大，炉容比就应大些，反之炉容比小些。 铁水比的影响铁水比：铁水占钢铁料的比例； 废钢比：废钢占钢铁料的比例。铁水比大，则铁水多废钢少，渣量大，炉容比应大些。 供氧强度（B）的影响供氧强度大，反应激烈，单位时间内从熔池排出的 CO 气体量大，炉容比应大些；否则，产生大量的喷溅，金属收得率 低。金供氧强度小，反应缓和，炉容比可小些。 冷却剂的影响用矿石冷却，渣量大，炉容比大些；用废钢冷却，渣量小，炉容比小些。在考虑了上述诸因素之后，炉容比就可以确定了。“炼钢工艺设计技术规定” 要求转炉新砌炉衬的炉容比（V/T）应在 0.90.9

14、5m 3/t，小容量转炉取上限，大容量转炉取下限。我国设计部门推荐：炉子越大 ，炉容比越小。表 31 不同转炉炉容比 大型转炉炉容量（t） 小型转炉200t炉容比，m 3/t 1.001.05 0.951.00 0.901.0 0.900.95使用条件：9095的铁水比，采用废钢矿石法冷却，使用部颁标准 P08 生铁，供氧强度（B）在 34Nm 3/tmin这些参数是 72 年推荐的，后来建设的转炉的 V/T 有增大的趋势，主要原因是采用了较大的供氧强度，就是当时设计炉子的 V/T 也比推荐值大些，如太钢 50 吨的 V/T 为 0.98，包钢 50 吨的 V/T 为 0.99，马钢 50t

15、的 V/T 为 0.975， 武钢 50t的 V/T 为 0.95，攀钢 120t 的 V/T 为 1.02，20t 定型设计为 1.03，15t 定型设计取 1.031.21。上述数据与实际比较接近，通常 V/T 在 0.901.05 。V/T 增大的原因是采用了较大的供氧强度，吹氧时间缩短。表 32 国内外部分转炉钢厂曾经使用的供氧强度（三孔）厂名 公称容量 t 供氧强度 Nm3/tmin首钢 30 3.43.6上一 30 3.43.6太二 50 2.753.1包钢 50 2.753.1武钢二炼 50 2.853.3攀钢 120 2.5鞍钢 150 2.45宝钢 300 4.4意大利塔兰托

16、 300 3日本加古川 250 2.6德国萨尔茨吉特 200 4国外采用的炉容比，美国较大，日本次之，德国最小。炉容比还可以采用经验公式计算：（31）06.105.102.5.70/ 2133BPSiCTV式中：C铁水含碳量(%)Si铁水含硅量(%)P铁水含磷量(%)B供氧强度，m 3/tmin（2）高宽比 H/D定义：炉子的高度与直径之比。表示方法 两种表示方法相差一个炉衬厚度。/HD高宽比是反映炉型形状的另一个重要参数，决定了炉型是瘦长型还是矮胖型。高宽比随着转炉的发展历史经历了一个马鞍型的发展过程。早期的转炉容量都比较小，多为瘦长型（H/D 大） ，因为再小的炉子也必须具有一个防止喷溅的起码高度。到了六十年代初期，随着炉容量的逐渐增