转炉炉型设计计算

2.转炉炉型设计及计算

2.1转炉容量的计算

2.1.1根据生产规模和产品方案计算出年需要钢水量：

年需钢水量=

良坯收得率

年需良坯量

年需不同钢种的连铸方坯250×104t ，连铸板坯200×104t 。连铸收得率99%，则：

年需钢水量=

99%

450

=450×104t 2.1.2计算年出钢炉数：（按2吹2计算） 年出钢炉数=2冶炼周期

转炉作业率

日历时间冶炼周期年炼钢时间??=?

2

转炉作业率=

79.5%100%365

290

100%=?=?日历天数转炉有效作业天数

转炉有效作业天数：日历天数扣除大于20min 以上的一切检修和故障时间总和，转炉工艺设计技术规范规定，当转炉与单台连铸机配合全连铸时为275～300天。本设计取290天。

冶炼周期按容量大小确定，大于100t 为38～45min ，本设计取40min ， 则：

年出钢炉数=2×365×79.5%×24×60/40=20880炉

每天出钢炉数=

炉年作业天数年出钢炉数7229020880

==

平均产钢水量=

215.5t 20880

4500000

==年出钢炉数年产钢水量

2.1.3按标准系列确定炉子容量：

选定250t 转炉2座，按照2吹2方式生产。

核算车间年产量：250×20880×99%=495.9×104

t 良坯。

2.2转炉炉型设计 2.2.1原始条件

炉子平均出钢量为250t ，铁水密度6.8g/cm 3，铁水收得率为92%。 2.2.2炉型选择

顶底复吹转炉的炉型基本上与顶吹和底吹转炉相似；它介于顶吹转炉和底吹转炉之间。为了满足顶底复吹的要求炉型趋于矮胖型，由于在炉底上设置底吹喷嘴，炉底为平底，所以根据原始数据，为了便于设置底部供气构件，选择截锥形炉型。 2.2.3炉容比

炉容比指转炉有效容积V t 与公称容量T 之比值V t /T(m 3/t)。V t 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表示，这种表示方法不受操作方法和浇注方法的影响。转炉新砌炉衬的炉容比推荐值为0.85-0.95m 3/t,大转炉取下限，本设计取V/T=0.95。 2.2.4熔池尺寸的计算 2.2.4.1熔池直径的计算

t

G

K

D = 式中 D —熔池直径，m ； G —新炉金属装入量，t ； t —垂杨时间，min ； K —比例系数； （1）确定初期装入量G ：取B=15% ）

（金t 252%921

%1522502122=?+?=?+=

ηB T G ）

（金

金3m 2.378

.6252

G ==

=

ρV 式中 B —老炉比新炉多产钢系数； 金η—钢水收得率；

V 金—新炉装入量占的体积； （2）确定吹氧时间：

吨耗氧量：57m 3/t ，吹氧时间14min

m i n )]

/([07.414

57

3?===t m 吹氧时间吨耗氧量供养强度 取K=1.50 则： D=1.5×

14

252

=6.36m 2.2.4.2熔池深度的计算。

熔池深度h=

1.602m 6.36

0.57437.2

0.574D

V 2

2

=?=

金

2.2.4.3炉帽尺寸的计算确定

（1）炉口直径d 0：取d 0=0.43 D=0.43×6.36=2.73（m ）。 （2）炉帽倾角θ：选θ=640。

（3）炉帽高度H 帽：H 膛=2

1

（D-d 0）64tan 0

=2

1×（6.36－2.73）×60tan 0

=3.72（cm ）

取H 口=400 mm ，则整个炉帽高度为： H 帽=H 膛+ H 口

=3.72+0.4

=4.12（m ） 炉帽体积为： V 帽=V 口+V 锥

=

4π ×d 02H 口+12π ×H 膛×（D 2+Dd 0+d 02） = 4π×2.732×0.4+12π

×3.72×（6.362+6.36×2.73+2.732）

=63.9（m3） 2.2.4.4炉身尺寸的确定

（1）炉膛直径D 膛=D （无加厚段）。

（2）根据选取的炉容比为0.95，可算出炉子的总容积为： V 总=0.95×250=237.5（m3）

V 池=V 金=T/ρ=252.8/6.8=37.2（m3）

则：V 身 =V 总-V 池-V 帽

=237.5-37.1-65.87 =134.13（m3） （3）炉身高度： H 身=

2

4

D V ?π身

=

2

36.64

13

.134?π

=4.22（m ） 则炉型内高：H 内=h+H 帽+H 身 =1.602+4.22+4.12 =9.946（m ） 2.2.4.5出钢口尺寸的确定

出钢口尺寸的确定。出钢口一般都设在炉帽与炉身交界处，以便当转炉处于水平位置出钢时其位置最低，可使钢水全部出净。出钢口的主要尺寸是其中心线的水平倾角和直径。

（1） 出钢口直径：d T =T 75.163+=25075.163?+=0.2m （2） 出钢口衬砖外径：d sT =6d T =6×0.2=1.2（m ） （3） 出钢口长度：L T =7d T =7×0.2=1.2（m ）

（4）出钢口倾角：出钢口角度是指出钢口中心线与水平显得夹角，其大小应考虑缩短出钢口长度，有利维修、减少钢水二次氧气及热损失，大型转炉的出钢口角度趋向减小。国外不少采用18°，但0°倾角使钢流对钢包内金属的冲力变小。本设计取θ=18° 2.2.4.5炉衬厚度确定

查表知，炉身工作层选700mm ，永久层选115mm ，填充层选100mm 。 总厚度为:800+115+100=915（mm ） 炉壳内径为：D 壳内=6.36+1.015×2=8.19（m ）

炉帽工作层选600mm ，永久层选150mm ，炉底工作层选600mm ，永久层230mm ，

黏土砖平砌三层65×3=195mm 。

则炉底砖衬总厚度为：600+230+195=1025（m ） 故炉壳内型高度为：H 壳内=9.946+1.025=10.971（m ）

表2.1 转炉炉衬厚度的设计值

2.2.4.6炉壳厚度确定

查表选择：炉帽：65mm 厚钢板 炉身：75mm 厚钢板 炉底：65mm 厚钢板

2.2.4.7验算高宽比：

由以上数据可计算得：H 总=11036+65=11036（m ） D 壳=8190+2×75=8340（m ）

则：

壳总D H =

32.18340

11036

由此可知，

壳

总

D H 的比值符合高宽比的推荐值，因此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。

2.3材质的选择

选用镁碳转，含碳量为14%。镁碳砖具有耐高温、耐渣侵和耐剥落等优良的

使用性能。与其他镁砖相比，在使用过程中变质层变薄，不至于引起砖体结构的剥落，加入相当的数量的石墨改善了砖的导热性能，具有良好的抗震性。用镁碳砖砌筑炉衬，大幅度的提高了炉衬的使用寿命，再配合溅渣护炉等护炉技术，炉衬寿命可达1万次以上。

但由于镁碳砖成本较高，因此根据在冶炼过程中，工作层不同部位受损情况的不同，采用不同档次的镁碳砖，这样整个炉衬的受损情况较为均匀，就是综合砌炉。

2.3.1炉口部位

该部位温度变化剧烈，熔渣和高温废气的冲刷较严重，在加料和清理残钢、残渣时。炉口受到撞击，因此用于炉口的耐火砖必须具有抗热震性和抗渣性，耐熔渣和高温废气的冲刷，且不易粘钢的易于清理的镁碳砖。

2.3.2炉帽部位

该部位是受熔渣侵蚀最严重的部位，同时还受温度急变的影响和含尘废气的冲刷，故使用抗渣性强和抗热震性好的镁碳砖。

2.3.3炉衬装料部位

该部位除受吹炼过程熔渣和钢水时的直接撞击与冲刷、化学侵蚀外，还要受到装入料废钢和兑铁水时的冲蚀，给炉衬带来严重的机械性损伤，因此应砌筑具有较高抗渣性、高强度、高抗热震性的镁碳砖。

2.3.4炉衬出钢侧面

此部位主要是受出钢时钢水的热冲击和冲刷作用，损坏速度低于装料侧，所以可砌筑档次低一些的镁碳砖，并且砌筑厚度可薄一些。出钢口除受高温钢水的冲刷外，还经受温度急变的影响，蚀损严重，需要经常更换，影响冶炼时间，而出钢口则采用等静压成型的整体镁碳砖出钢口，整体结构方便更换。

2.3.5渣线部位

此部位在吹炼过程中，炉衬与熔渣长期接触受到严重侵蚀而形成。在出钢侧渣线位置的变化并不明显，但在排渣侧受到熔渣的强烈侵蚀，再加上吹炼过程中其他作用的共同影响，衬砖损毁较为严重，应砌筑抗渣性良好的镁碳砖。

2.3.6两侧耳轴部位

该部位出受吹炼过程的蚀损外，其表面又无保护渣层覆盖，砖体中的碳素极

易被氧化，并难于修补，因而损坏严重。故此部位应砌筑抗渣性好、抗氧化性能强的高级镁碳砖。

2.3.7熔池和炉底部位

此部位炉衬在吹炼过程中受钢水强烈冲蚀，并且采用顶底复吹工艺，炉底中心部位容易损毁，可与装料侧砌筑相同材质的镁砖。

2.4炉衬由永久层、填充层和工作层组成

无绝热层时，永久层紧贴炉壳，修炉时一般不予拆除，作用是保护炉壳，常用镁砖砌筑。

填充层介于永久层与工作层之间，一般用焦油镁砂捣打而成，厚度约80～100 mm。

工作层与金属、熔渣和炉气接触的内层炉衬，工作条件相当恶劣，用高、中、低不同档次的镁碳砖砌筑。炉帽可用二步煅烧镁砖。

2.5砖型选择

尽可能使用大砖，以提高筑炉速度，减少砖逢，减轻劳动强度。

力争砌筑过程中不打砖和少打砖，以提高砖的利用率和保证砖的质量。

对用小砖组合起来有困难或难以保证砌筑质量的部位，如出钢口和炉底，则选用异型砖。尽量减少砖型种。

炉壳由炉帽、炉身和炉底三部分组成。

炉帽制成截圆锥型。由于炉帽，特别是炉口部位受高温作用易变形，所以采用水冷炉口，这样既提高了炉帽的寿命，又减少炉口粘渣。采用埋管式水冷炉口结构，将通冷却水用的蛇形钢管埋铸在铸铁的炉口圈内。虽然制作难度大，但使用安全,也比水箱式寿命长。水冷口采用适合于中、小型转炉的卡板连接方式，将炉口固定在炉帽上，即可拆式的，便于修理。

炉身制成圆柱型，它是整个炉子的承载部分，受力最大。转炉的整个重量通过炉身钢板支撑在托圈上，并承受倾动力矩，因此用于炉身的钢板要比炉帽和炉底的钢板适当厚些。

为防止炉壳受热变形，延长其使用寿命，可将炉帽外壳上盘旋焊上角钢，内通冷却水；将炉身焊上盘旋槽钢，内通冷却水。

2.6支撑装置

支撑装置承载着转炉炉体的全部重量。其中主要部件有托圈，炉体与托圈的连接装置，耳轴及其轴承。

2.6.1托圈

托圈是转炉的重要承载和传动部件，材质选用Q235钢板制作。托圈断面为箱形。为增加托圈刚度，在其中间焊有垂直筋板。托圈内通水冷却，以降低热应力。托圈的高宽比为3,托圈与炉壳之间有一定的空隙，以改善炉身的散热条件，并留有炉壳受热膨胀变形之空间。

2.6.1.1托圈基本尺寸参数的确定

托圈的内径D n ：

D n =D L +2?

=D L+2×0.03×D L

=8340+2×0.03×8340

=8840 mm

托盘的外径D W :

D W =D n +2B

=D L+2B+2?

=10510.4mm

式中D L —炉壳外径，mm；

?—炉壳与托盘之间的间隙，mm；

B—托盘断面宽度，mm；

2.6.1.2断面宽度

转炉托圈高度H和宽度B一般为：

H=（0.22～0.24）H L

=0.24×11036

=2648.6mm

B=（0.115～0.135）D W

=0.135×10510.4

=1418.9mm

式中H L—炉体全高（即包括水冷炉口）。

托盘上、下盖板厚度δ1和内、外腹板厚度δ2一般为

δ1 = （0.046～0.052)H

=0.052×2648.6=137.73mm

δ2 =(0.08～0.095)H

=0.095×2648.6

=251.62mm

2.6.2炉壳与托圈的连接装置

托圈与炉壳连接必须牢固可靠，同时又要适应炉壳和托圈热膨胀时在径向和轴向产生的相对位移，以免造成炉壳或托圈严重变形或破坏。

薄带连接装置是在两侧耳轴的下部各装有五组薄钢带，每组钢带均由多层薄钢片组成，钢带的下端通过螺丝钉固定在炉壳的下部；钢带的上端固定在托圈的下部，在耳轴处托圈上部装有一个铰接连杆，它是辅助支撑装置。当炉体直立时，10组多层薄钢带想一个“托笼”一样托住炉体，支撑炉体全部重量，炉体的倾动是由离耳轴轴线最远的钢带传递扭矩；若炉体倒置时，炉体的重量由钢带压缩变形与托圈上部的辅助支撑装置来平衡。该装置是将炉壳的主要承重点放到托圈下部炉壳温度较低的部位，这可以消除炉壳与托圈间连接处热膨胀的影响，也减少炉壳连接的热应力。由于采用了多层挠性薄钢带做连接件，它能适应炉壳与托圈受热变形所产生的位移，同时还可以减缓连接件在炉壳与托圈连接处引起的局部应力。

2.6.3耳轴及其轴承

耳轴因承受多种负荷的作用依次要有足够的强度和刚度。耳轴材质一般为合金钢。耳轴直径选1100mm，耳轴轴承型式为重型双列向心球面辊子轴承，它能承受重载，自动调位和保持良好的润滑，耳轴与托圈采用法兰螺栓连接。

2.6.4倾动机构

倾动机构满足兑铁水、加废钢、取样、测温、补炉出渣、出钢的需要。此外，倾动机构尚需与氧枪和烟罩升降机构连锁，且能适应载荷的变化和结构的变形。我们采用悬挂式倾动机构。优点是设备轻、结构紧凑、占地面积小、设备安全可靠性大大提高。