50T转炉炉体设计书

目 录

1. 原始条件 2. 炉型选择 3. 炉容比的确定 4. 熔池直径的计算 5. 炉帽尺寸的确定 6. 炉身尺寸的确定 7. 出钢口尺寸的确定8. 炉衬厚度确定 9. 炉壳厚度的确定 10. 验算高宽比

4 4 4 4 6 6 6 7 9 9

1

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。 炉衬简介 1 炉衬组成

转炉炉衬由永久层，填充层和工作层组成。永久层紧贴着炉壳钢板，通常是用一层镁砖或铝砖侧砌而成，其作用是保护炉壳。修炉时一般不拆除炉壳永久层填充层介于永久层和工作层之间，一般用焦油镁砂或焦油白云石料捣打而成。工作层直接与钢水，炉渣和炉气接触，不断受到物理的，机械的和化学的冲刷，撞击和侵蚀作用，另外还要受到工艺操作因素的影响，所以其质量直接诶关系到炉龄的高低。

国内外中小型转炉 普遍采用焦油白云石或焦油镁砂质大砖砌筑炉衬。为提高炉衬寿命，目前已广泛使用镁质白云石为原料的烧成油浸砖。我国大中型转炉多采用镁碳砖。 2 炉衬砌筑 (1) 砌筑顺序：

转炉炉衬砌筑顺序是先测定炉底中心线，然后进行炉底砌筑，在进行炉身，炉帽和炉口的砌筑，最后进行出钢口炉内和炉外部分的砌筑。 (2) 砌筑要求

① 背紧，靠实，填满找平，尽量减少砖缝 ;

2

② 工作层实行干砌，砖缝之间用不定型耐火材料填充，捣打结实；

③ 要注意留有一定的膨胀缝 . 3 提高炉衬寿命的措施 (1) 提高耐火材料的质量； (2) 采用均衡炉衬提高砌炉质量；(3) 改进操作工艺； (4) 转炉热态喷补； (5) 激光监测；

(6) 采用溅渣护炉技术；

3

原始条件

炉子平均出钢量为50t； 铁水采用生铁水； 氧枪采用四孔喷头。

1. 炉型选择

根据初始条件采用锥球型作为设计炉型。

转炉由炉帽、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。有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型、锥球型和截锥型三种。炉型的选择往往与转炉的容量有关。 所选50t转炉属小型故用截锥型。 2. 炉容比的确定

炉容比是指转炉有效容积Vt与公称容量G的比值Vt/G(m3/t)。Vt系炉帽、炉身和熔池三个内腔容积之和。公称容量以转炉炉役期的平均出钢量来表示。

确定炉容比应综合考虑。通常，铁水比增大，贴水中Si、S、P行两高，用矿石作冷却剂以及供氧强度提高时，为了减少喷溅或溢渣损失，提高金属收得率和操作稳定性，炉容比要适当增大。但过大的炉容比又会使基建和设备投资增加。对于大型转炉，由于采用多孔喷枪和顶底复吹，操作比较稳定，因此在其他条件相同的情况下，炉容比有所减少。

转炉新砌炉衬的炉容比推荐值为0.90~0.95m3/t，大转炉取下限，小转炉取上限。

本题中，取炉容比取上限为0.95m³/t.

3. 熔池直径的计算

① 熔池直径的计算 熔池直径的计算公式

GDK

t式中D--熔池直径，m； G--新炉金属装入量，t； t--吹氧时间，min；

转炉吨位/t K K--比例系数，如表1所示。

表1 不同吨位下的K值 <30 1.85~2.10 30~100 1.75~1.85 >100 1.50~1.75 备注 达容量取下限，小容量取上限 4

A． 确定初期金属装入量G：则

G50V液7.14m3

7

(钢液的密度取7.0m3/t)

B． 确定吹氧时间：

表2 平均每炉钢冶炼时间推荐值 转炉容量/t <30 30~100 >100 备注 结合供氧强度，铁水成分和所炼钢种等具体条件确定。 冶炼时间/min 28~32 (12~16) 32~38 (14~18) 38~45 (16~20)

取吨钢耗氧量为60m3/t钢，并取吹氧时间为15min（参见表2）。 则

吨钢耗氧量（m3/t)60供氧强度qo24m3/tmin

供氧时间(min)15K取1.8 则

G50 DK1.83286mm

t15取3.286m

氧气射流穿透深度

Tqo20.256)0.36(5044)0.256980mm H穿0.36(n② 熔池深度的计算

筒球型熔池深度的计算公式为：

Vc7.14m3/th深1.156m 220.574D0.574(3.286)W为防止炉底直接接受氧气射流冲击，氧气射流穿透深度应小于熔池深度，

一般应使H穿h深

本题中：

H穿h深

符合要求。 所以确定

D=3.286m,h=1.156m

5

即D=3286mm, h=1156mm

4. 炉帽尺寸的确定

① 炉口直径d

炉口直径取43%的熔池直径

d43%D0.433.286m1.413m

取d为1413mm ② 炉帽倾角θ

选取原则：便于炉气逐渐收缩逸出，减少炉气对炉帽衬砖的冲刷侵蚀；使帽锥各层砖逐渐收缩，缩短砌砖的错台长度，增加砌砖的稳定性。如果角度值过大，砌砖错台太长容易脱落。 取

63. ③ 炉帽高度H帽；

取H口=300mm，则整个炉帽高度为：

H帽1/2(Dd)tgH1/2(3.2861.413)tg63300mm2.102m 取H=2102mm

在炉口设置水冷管水冷炉口。虽然制作难度比较大但为安全考虑防止烧穿。 炉帽容积为：

V帽0.262(H帽-H口）（D2Ddd2)0.785d2H口

带入数据 V帽0.262（2.102m-0.3m）(3.286m23.286m1.413m1.413m2）-0.785d2H口=8.232m³。 5. 炉身尺寸的确定

① 炉膛直径D膛=D（无加厚段）

② 根据选定的炉容比为0.95，可求出炉子总容积为

V总0.955047.5m³

V身V有效-V帽-V池47.5m38.232m37.14m332.128m3

③ 炉身高度

4VH身身23.791m

πD 取整H=3791mm

6. 出钢口尺寸的确定

出钢口尺寸一般都设在炉帽与炉身的交界处，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 出钢口直径

6

出钢口直径决定出钢时间，随炉子容量不同而异。出钢时间通常为2至8分钟。时间缩短（即出钢口过大），难以控制下渣，且钢包内钢液静压力增长过快，脱氧产物不易上浮。时间过长（即出钢口过小），钢液容易二次氧化和吸气，散热也达。通常按下面的公式来确定：

d出631.75T631.755012.27cm

取d=122.7mm ② 出钢口衬砖外径

dST5d出5122.7m614mm

取dST614mm ③ 出钢口长度

LT7d出7122.7m859mm

取LST859mm ④ 出钢口倾角θ：

为了缩短出钢口长度以利于维修和减少钢液二次氧化及热损失，大型转炉θ

趋于减小。

取63

7. 炉衬厚度确定

通常炉衬由永久层、填充层、工作层组成。有些转炉则在永久层和炉壳钢板之间夹有一层石棉板绝热层。

永久层紧贴炉壳（无绝热层时），修炉时一般不予拆除。其主要作用是保护炉壳。该层用黏土砖砌筑。

填充层介于永久层和工作层之间，一般用焦油镁砂捣打而成。其主要作用是减轻炉衬受热膨胀时对炉壳产生挤压和便于拆除工作层。 炉帽可用二步煅烧镁砖，也可根据具体条件选用其他材质。

转炉各部位的炉衬厚度设计参考值如表3所示。

7

表3 炉衬各部分名称 永久层厚度/mm 工作层厚度/mm 永久层厚度/mm 工作层厚度/mm 永久层厚度/mm 工作层厚度/mm 永久层厚度/mm 工作层厚度/mm 转炉炉衬厚度设计参考值 转炉容量/t <100 60-115 400-600 115-150 550-700 115-150 500-650 300-450 550-600

：炉衬选择应遵循以下原则：

① 耐火度高；

② 高温下机械强度高，耐极冷极热性能好； ③ 化学性质稳定；

④ 资源广泛，价格便宜。 根据如上

8

100-200 115-150 500-600 115-200 700-800 115-200 600-700 350-450 600-650 >200 115-150 550-650 115-200 750-850 115-200 650-700 350-450 600-750 炉帽 炉身（加料侧） 炉身（出钢侧） 炉底

50t 氧气顶吹转炉炉衬厚度选取

永久层厚度/mm 工作层厚度/mm 永久层厚度/mm 工作层厚度/mm 永久层厚度/mm 工作层厚度/mm 永久层厚度/mm 工作层厚度/mm 80 500 120 600 120 600 400 580 炉帽 炉身（加料侧） 炉身（出钢侧） 炉底

选填充层100mm选用焦油镁砂填料。

8. 炉壳厚度确定

炉壳都采用60mm16Mn钢。

则H总H帽H身hH炉衬h钢板2.1023.7911.1561.080.128.249 D总DD炉衬h钢板3.2860.820.820.125.046m

9. 验算高宽比

增大高宽比有利于减少喷溅和溢渣、提高金属收得率。但是高宽比过大，在炉膛体积一定时，反应面积过小，氧气流股易冲刷炉壁，对炉衬寿命不利；而且导致厂房高，基建费用大；转炉倾动力矩大，耗电大。

转炉高宽比推荐值为1.35-1.65。

H总8.2491.63 D总5.046

符合转炉高宽比推荐值（1.35~1.65），因此认为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进行。 9