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1、第二部分200 吨转炉炉型设计计算(一)转炉炉型及主要参数一、转炉三种炉型介绍转炉炉型应能适应炉内钢液、溶渣和高温气的循环运动规律，达到反应快、喷溅少和炉龄高等目的。内型应与残余炉衬的轮廓接近，以利减少炉衬的局部侵蚀和降低耐火材料的消耗，此外还要容易砌筑。目前，氧气顶吹转炉金属熔池形状可分为三种炉型：1.筒球形炉型这种炉子形状简单、砌砖方便、炉壳容易制造。球形底可使散热面积小，倒渣时炉底形成拱顶而强度相对要大。球底熔池的形状接近金属液的循环轨迹。.常用于 50 吨的炉子。2.锥球形炉型这种炉子的熔池形状更符合钢流循环的要求，且与筒球形相比，当熔池深度相同时，熔池直径与反应而积均可稍大而有利于去
2、磷反应的进行(见式 2-6 和式 2-6)。常用于 2080 吨的炉子。3.截锥形炉型熔池循环有死角，故适用于30 吨的炉子。这种倒圆台的炉底比球形炉底易于砌筑. 二.炉子各部分主要尺寸参数的确定和计算转沪的主要尺寸如4254 图 23一 1 所示 .下面分五个部分进行讨论(I)熔池部分1.熔池直径的计算D=K/G t式中： G新炉金属料装入量，T（由原始条件给出）t吹氧时间， min K系数30 吨炉子K=1.852.1 系数120 供氧时间 (min) 1216 1618 1420 2.金属熔池体积和熔池深度的计算 当取铁水密度=6.8T/m3时则金属熔池体积V 金属 =GT0.147T/
3、m3 锥球形熔池深度h=320.0363D0.7D+金属V (m) 筒球形熔池深度h=320.046D0.79D+金属V (m) 由：比较式26 与式 27 可知，当深度两者相同时，锥球形熔池直径稍大而可扩大熔池的渣钢反应界面有利于去磷的反应。两种熔池相应尺寸见图21 所示图 21 锥球形熔池（ a）和筒形熔池（ b）的示意图3.熔池深度的核算由7，对顶吹转炉要求有合适的熔池穿透比：表 23 熔池穿透比参数表h/h穿单孔喷头三孔喷头0.40.7 0.250.4 (b)h =R-22 2( )DR -h h D R=1.1D h(a) b=0.895D h =0.090D hD R=1.1D 4
4、.熔池穿透深度的三种计算式(结果近似可选用 ) 试算式h穿=13(2.93.440h /10dHPmmr-+锥 穿 设 喉 （）769 2-28 式中：= 6.8 g/cm3 最高枪位H高=4.33d出 P0=35d出mm7 最佳枪位H佳=3.1d出 P0=25d出mm 或H*=1.4H佳 三孔喷头单孔穿透式= d出 V单孔/(H佳+ h穿) 1 2mm其中： V单孔Nm3/S;其余参数的单位与试算式同。(参西安冶院编的炼钢设计参考资料) 解：令 x=，则 x2= h穿可得一般式x3+ax2+bx+c=0 (x 有三个根 ) 以 x=y- 3a代入则可得Y2+py+q=0 (由 y：即可得根
5、x：=1 2h穿) y1=232333 223223( )( )( )( )qqqqqq-+-+=1 2h穿(参四川矿业学院编的数学手册第13 页) 式中： q= V单孔mm Nm/S P= H佳=25 d出mm V单孔=32422/mcm-单孔流量 Nm /S单孔出口面积 cm 10=3224(/ 4)10dcmp- 出供氧强度 Nm /T min GT/3孔60S 近似计种式（参 415(27)式）h穿=400.50.60.4/1.625pdr0出()炉帽部分（参 4254 图 231）1、炉口炉口小有利于出钢不留渣可防回磷，也可减少炉口辐射损失和防喷，但要便于加废钢，兑铁水和补炉等操作。
6、炉口尺寸与熔池直径之比为d/D=0.430.53 炉口上部有柱形段高约300400mm，可防炉口耐火材料因耗损而迅速扩大炉口尺寸。炉口外部有水冷炉圈(参图或 4257 图 23-3 和图 23-2)可易于清除炉口上的结渣。2.炉帽倾角当炉帽高度一定时，增大倾角则炉子容积扩大。倾角小时则耐火材料成悬臂型负荷而容易使炉帽倾塌。一般倾角 =55700，大炉取下限。当耐火材料弧度高时可取= 60士 33.炉帽高度H帽=12（D-d）tg （300400) = H帽+ （300400)mm(2 一 20) 式中： 300400mrn 为炉口上端柱形段的高度4.炉帽容积V帽=0.262 H帽 （D2- d
7、-D d)+0.785d2(0.3 一 0.4) m3 (2 一 21) ()炉身部分1.炉身高度H身= 2(1/ 4)pG身V (2 一 22) 式中 :炉身容积 V身，由炉容比 (V/T)确定，为转炉有效容积和公称容量的比值。转炉有效容积V=V 金属 +V身+V 帽(参4图 23 一 1) (2 一 23) 2. 炉熔比一般 (V/T)=0.850.95(参附表 ) (2 一 24) 当铁水中 Si、P、S高，铁水比大，并用矿石作冷却剂，或提高供氧强度均要求相应增大炉熔比，这样可以容纳较多的渣量和顺利地排出CO炉气而防止喷溅和过度冲刷炉衬。3.出钢口取出钢口在炉帽与炉身的交界处(5492)
8、，有利于在出尽钢水的同时可少下渣而减少回磷，出钢口直径应保证出钢时间在36 分钟左右。过小则出钢时间长使钢水降温大，且钢流冲力小不利混匀铁合金。过大则钢流易发展而氧化并加大下渣量影响回磷，缩短出钢口和长度可减少热损失便于维修。出钢口的水平倾角一般在030 之间出钢口直径可由经验式确定：d出钢口=63 1.75+cm (2-25) T 一一炉子容量 T (N)沪衬材质的选择，组成和厚度的确定我国目前炉衬砖主要有焦油白云石砖和焦油镁砂、砖两种。它们的耐火度都在2000以上，并有良好的抗碱性渣的能力。炉衬的组成可分为:工作层、填料层和永久层。分述如下: 1.永久层用以保护钢板，用一层镁砖侧砌，厚约1
9、13115:mm。炉底永久层为345mm (451)。2.填料层可减轻工作层在受热膨胀时对钢板的挤压作用，并可便于拆炉和调整炉容比，厚度 86175mm。3 工作层厚度 400800mm,炉底 350600mrn,炉帽工作层由于使用三孔喷枪后，喷溅高度下移，因此可比炉身工作层稍薄，约为炉身工作层的86%。表 24 我国部分转炉炉衬厚度（ mm）设计参考数据公称容量（T）炉帽工作层炉身永久层填料层工作层炉底工作层炉底厚度球形30 400600 60115 4060 550600 400 730 50 450600 115 6080 550700 500600 9001050 4416 ()炉子外
10、形尺寸的宽度比（H 总/D 壳） （参 4254 图 231）炉子高宽比大则增加转炉的倾翻力矩，并使厂房高度随之增加。但可减少炉子的喷溅，炉子高宽比小则增加熔池的反应面积。表 25 我国推荐的转炉高宽比和炉壳厚度公称容量（ T）30 5080 120150 300 高宽比1.51.6 1.41.5 1.31.4 1.488 炉壳厚32 5570 7080 8090 （二)炉型设计计计算以 175 吨氧气顶吹转炉设计：一、原始条件1.炉子前期平均出钢量为175 吨钢水 (前三炉除外 )。钢水收得率在90%左右（也可由 “ 加废钢后物料平衡” 表中选取 )，则新炉金属装入量G=15%)*0.92(
11、2200*21 B22T =202（T） 。2.原料用平炉生铁P08(参2101)或给定条件 (参表 1 一 1)，冷却剂为矿石和废钢。3.氧枪用四孔拉瓦尔型喷咀，设计氧压P。取 1.0MPa。 二、熔池尺寸计算1.熔池直径计算据生产炉的情况选用供氧时间为t=14min，则供氧强度：07.41457吹氧时间吨钢耗氧量供氧强度Nm3/T min 每吨钢水的耗氧量57m3/t 低磷铁水时为5057Nm3/T左右，高磷铁水时在6269Nm3/T左右。具体计算如下：由式（ 23）可求 “ 加废钢后每吨钢水耗氧量”=kg91.9146.7kg 1000 /T 322.4 32Nm =57Nm3/ T .
12、因此可得熔池直径D =K/G t=1.57 14202=5.96m 2.熔池深度的计算选用筒球形熔池时h=320.046D0.79D+金属V=235.960.7996.5046.07.29 =1.405m 式中： V 金=GT/6.8m3/T =202/6.8=29.7m3球冠的拱形高度h1=0.15D=0.15*5.96=0.894m 炉底球冠曲率半径R=0.91D=0.91*5.96=5.414m 三、炉帽尺寸计算1、取炉口直径与炉膛直径之比d/D=0.48（动范围为0.430.53) 则可得直径 d=5.960.48=2.86m 2、炉帽角为为64 (一般为 60 士 3 ) 3、炉帽高
13、度计算H帽=21（D-d）tan=21 (5.96-2.86) tan64 =3.18m 4、炉帽容积计算V帽=123.18(D-d) tan (22DdDd)+2 4d0.4m3 =123.18(5.96-2.86) tan64 (5.962+5.96 2.86+2.862）+ 42.8620.4 =48.4m3 四、出钢口尺寸计算由经验式出钢口直径d出钢=63 1.75T+cm= 20075.163=20cm=0.2m 出钢口衬砖外径dST=6d出钢= 1.2m 出钢口长度LT=7d出钢=1.4m 由附表取水平倾角为 18五、炉子内型高度的计算根据铁水成分，铁水比90.3%和渣量 8.07
14、%的条件 (表 1 一 1 和表 122)，并参附，选用炉容比(V/T)=1.05，则新炉时炉膛有效容积V=GTV/T=2001.05=210m3 。因此可得：炉身容积V身=V 一(V金+V帽) =210 一(29.7+48.35)=131.95m3 炉身高度H身=296. 5495.131 =4.73m 炉型内高H内=h 十 H身十 H帽=1.405+3.58+4.73=9.715m 六、炉衬厚度的选定炉衬工作层选700mm ，填充层 100mm，永久层 115mm 总厚度为 700+100 十 115=915mm 炉壳内径为： 5.96+0.915 2=7.5m=7.79m 炉帽和炉底工作层均选600mm,炉衬砖用焦油白砖振动成型的大砖。炉底永久层用标准煤粉砖立砌一层230mm ，粘土石云平砌三层653=195mm。炉底总厚度为： 600+230+195=1025 mm 炉壳内型总高H总=9.715+1.025=10.74m 七、炉子高宽比的确定取炉壳的高宽比H/D=27577906510740 =1.361.3 故符合设计要求
