转炉炉型设计
转炉是转炉炼钢车间的核心设备。
转炉炉型及其主要参数对转炉炼钢的生产率、金属收得率、炉龄等经济指标都有直接的影响，其设计是否合理也关系到冶炼工艺能否顺利进行，车间主厂房高度和转炉配套的其他相关设备的选型。
2.1 炉型的选择
本设计为150t的中型转炉，选用筒球型转炉。
2.2 炉容比与高宽比
2.2.1 炉容比（V/T , m3/t）
炉容比是转炉有效容积与公容量的比值，主要与供氧强度有关，本设计选取炉容比为0.93
2.2.2 高宽比
高宽比是指转炉炉壳总高度与炉壳外径的比值，是作为炉型设计的校核数据。
在
1.25-1.45之间。
2.3 转炉主要尺寸的确定
2.3.1 熔池尺寸
（1）熔池直径D
熔池直径是指转炉熔池在平静状态时金属液面的直径。
可根据公
式
D?K
G ——新炉金属装入量，t；（取公称容量） t ——吹氧时间，min，取16min K——比例系数，取1.70
则熔池直径D?K
1.7×√（150÷16）＝5.21m
熔池深度是指转炉熔池在平静状态时，从金属液面到炉底的深度。
对于筒球
型熔池，取球缺体半径R = 1.1D = 5726mm，此时熔池体积VC与熔池直径存在如下关系：VC?0.790hD?0.046D，即h0?
2
3
VC?0.046D
0.79D
2
3。
熔池体积VC = 装入量/比重 =150/5.0 = 30m3 则熔池深度h0?
VC?0.046D
0.79D
2
3
＝（30+0.046×5.21）/（0.790×5.21）＝1.70m
32
2.3.2 炉帽尺寸
（1）炉帽倾角?
倾角过小，炉帽内衬不稳定，容易倒塌；过大则出钢时容易钢渣混出和从炉口大量流渣。
在本设计中取? = 60°.
（2）炉口直径d0
本设计中取炉口直径为熔池直径的48%，即d0 = 5.21×48% = 2.5m =2500mm (3) 炉帽高度H
帽
口 = 350 mm，则炉帽高度为：
取炉口上部直线段高度H
H帽 = ?
(D?d)tan??H= 1/2（5.21 — 2.5）tan60°+ 0.35 = 2.70m 002
2.3.3 炉身尺寸
（1）炉身直径
转炉炉帽以下，熔池面以上的圆柱体部分称为炉身。
其直径与熔池直径一致，即为D。
（2）炉身高度H
身
2
2
H身 = 4V
式中 V
身
身
/(?D)?4(Vb?V帽?VC)/(?D)
、V帽、VC——分别为炉身、炉帽、熔池的容积。
其中：
V帽??/24(D3?d口3)tan???/4d口2H口
=0.262(H帽?H口)(D+Dd口+d口)+0.785d口H口
2
2
2
Vb ——转炉有效容积，为V身、V帽、VC三者之和，取决于容量和炉容
比。
Vb = 炉容比×G。
根据已得的数据，则有：
3
Vb = 炉容比×G = 0.93×150 =140 m
V帽?0.262(H帽?H口)(D+Dd口+d口)+0.785d口H口
222
=0.262（2.70-0.35）（5.21+5.21×2.5+2.5）+0.785×2.5×0.35 = 30.30 m3 2 22
由此，则有炉身高度为：
H身 = 4V
身
/(?D)?4(Vb?V帽?VC)/(?D)
22
= 3.74m = 3740 mm
2.3.4 出钢口尺寸
出钢口内口一般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。
（1）出钢口中心线水平倾角?
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，大型转炉出钢口中心线水平倾角趋于减小，本设计中取? = 20°. (2) 出钢口直径d
出
出钢口直径决定出钢时间，因此随炉子容量而定。
可用如下经验公式确定： d 出=
63?1.75G?
63?1.75?150
=18.042 cm
式中 G——转炉公称容量，t 。
则在本设计中，出钢口直径为：
d出 = 0.18m
(3) 出钢口衬砖外径和出钢口长度
取出钢口衬砖外径为出钢口直径的6倍，即为：0.18×6 = 1.08m 取出钢口长度为其直径的7倍，即为：0.18×7 =1.26m
(4)验算高径比
经计算： H总＝炉身高H身＋熔池深度h＋炉帽高度H帽
＋底部炉衬厚度＋底部炉壳钢板＝3.74+1.7+2.7+0.62+0.07＝8.806
D壳＝熔池直径D＋炉身加料侧炉衬厚度＋炉身出钢侧炉衬
厚度
＋炉身钢板厚度×2
＝5.21+0.130+0.750+0.130+0.650+0.01D壳×2
所以D壳＝7.01m
H总
D壳= 8.806/7.01=1.26 因1.25< 1.26 <1.45所以符合要求的范
围。
由上述数据可画出转炉炉型图。
2.3.4 炉衬炉衬材质的选择
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。
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，也有的转炉不设填充层。
在本设计中不设填充层。
永久层紧贴炉壳，修炉时不予拆除。
其主要作用是保护炉壳，用镁砖砌筑。
工作层是与金属、熔渣和炉气接触的内层炉衬，工作条件苛刻，设计中用镁碳砖砌筑。
各层厚度参考高泽平《炼钢设备及车间设计》表3-1，设计中取值见表2-1：表2-1 转炉炉衬厚度取值
2.3.6 炉壳
炉壳通常由炉帽、炉身和炉底三部分组成，常用材质有16Mn 、
15MnTi 、14MnNb等，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。
选用16Mn制作炉壳。
表3-3炉壳钢板厚度的确定
备注：δ1：炉帽钢板厚度；δ2：炉身钢板厚度δ3：炉底钢板厚度 D壳：炉壳外径
因为转炉为150吨＞30吨，所以选择
δ2＝0.01×D壳＝70.1mm
δ1＝0.8×δ2＝56.08mm δ3＝1×δ2＝70.1mm
所以：炉帽钢板56.08mm、炉身钢板70.1mm、炉底钢板70.1mm
3.4.2 支承装置
托圈选取大型转炉剖分式焊接托圈，炉壳与托圈的连接选用吊挂式连接装置。
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，耳轴与托圈的连接采用法兰螺栓连接。
3.4.3 倾动装置
⑴倾动速度：采用无级调速，转速为 0.15—1.5r/min 。
⑵倾动力矩：M=Mk+M y+Mc
⑶耳轴位置：应兼顾安全性和经济性，必须满足以下条件： (Mk+My)>Mc
(Mk+My)cr≥Mc
⑷倾动机构类型：
本设计采用悬挂式，优点是设备轻，结构紧凑，占地面积少。
3.5氧气顶底复吹转炉供氧系统
氧气转炉炼钢车间的供氧系统一般由制氧机，加压机，中间储氧罐，输
氧管，控制闸门，测量仪表，及喷枪主要设备组成。
3.6底吹元件
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、CO2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0.2～0.3m3/（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。
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