200吨转炉炉型设计计算

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磷反应的进行(见式2-6和式2-6)。常用于20~80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[4]254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

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=1.85~2.1

系数<30吨炉子K=2.0~2.3

t=

3

3min

′

′

前期出钢量[T]加废钢后耗氧量[Nm/T]供养强度[Nm/T]G[T]

由表1-21可求“加废钢后每吨钢水耗氧量”=

氧[kg]

钢水[kg]

×1000[

T

kg

]×

3

32[kg]

22.4[Nm]

供氧强度可参表2—1，计算后，供养时间应符合表2—2的范围。

3

2.金属熔池体积和熔池深度的计算 ①当取铁水密度ρ=6.8[T/m 3

]时

则金属熔池体积V 金属=G[T]×0.147[T/m 3

]

②锥球形熔池深度h=3

20.0363D 0.7D +金属V (m)

③筒球形熔池深度h=

3

2

0.046D 0.79D +金属V (m)

由：比较式2—6与式

2—7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2—1所示

图2—1 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2—3 熔池穿透比参数表

4.熔池穿透深度的三种计算式(结果近似可选用) ①试算式 h 穿

=[13( 2.9 3.4

40h ]/10[]d H P mm r -+锥穿设喉

[（

） [7]69 2-28 式中： ρ= 6.8 [g/cm 3

]

最高枪位 H 高=4.33d 出·P 0=35d 出[mm][7]

最佳枪位 H 佳=3.1d 出·P 0=25d 出[mm]

或 H*=1.4H 佳

②三孔喷头单孔穿透式 = d 出·V 单孔/(H 佳+ h 穿)

1

2

[]

mm

其中：V 单孔—[Nm 3

/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x 2

= h 穿 可得一般式

x 3

+ax 2

+bx+c=0 (x 有三个根)

以x=y-3

a

代入则可得 Y2+py+q=0 (由y ：即可得根x ：=12

h 穿) ∴

y 1

=1

2

h 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/]

m cm - 单孔流量[Nm /S]

单孔出口面积[cm ][10 =32

24

(/4)[]10d cm p - 出供氧强度[Nm /T min]G[T]/3[孔]60[S] ③近似计种式 （参[4]15(2—7)式）

h 穿=40·0.50.6

0.4[]/ 1.625p d r ′ 0出

(Ⅱ)炉帽部分（参[4]254图23—1）

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。

炉口尺寸与熔池直径之比为 d/D=0.43~0.53

炉口上部有柱形段高约300~400mm ，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[4]257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θ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θ=55°~700°，大炉取下限。 当耐火材料弧度高时可取θ= 60°士3° 3.炉帽高度 H 帽=

1

2

（D-d ）tgθ（300~400) = H 帽′+（300~400)〔mm 〕 (2一20) 式中：300~400mrn 为炉口上端柱形段的高度 4.炉帽容积

V 帽=0.262 H 帽′（D 2

- d-D·d)+0.785d 2

(0.3一0.4) [m 3

] (2一21) (Ⅲ)炉身部分

1.炉身高度 H 身 =

2

(1/4)p G

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)=0.85~0.95(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([5]492)，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3~6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0~30°之间

出钢口直径可由经验式确定：d 出钢口 (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113~115:mm 。炉底永久层为345mm ([4]51)。

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86~175mm 。 3工作层 厚度400~800mm,炉底350~600mrn,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2—4 我国部分转炉炉衬厚度（mm ）设计参考数据

(Ⅴ)炉子外形尺寸的宽度比（H 总/D 壳）（参[4]254图23—1）

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2—5 我国推荐的转炉高宽比和炉壳厚度

（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(2200

*21

B

22++=η

T

=202（T ）。

2.原料用平炉生铁P08(参[2]101)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：

07.4

14

57===

吹氧时间

吨钢耗氧量

供氧强度Nm 3

/T·min

每吨钢水的耗氧量57m 3

/t

低磷铁水时为50~57[Nm 3

/T]左右，高磷铁水时在62~69[Nm 3

/T]左右。 具体计算如下：

由式（2—3）可求“加废钢后每吨钢水耗氧量”=[][]kg 91.9146.7kg ×1000[㎏/T]×322.4[]32[]

Nm ㎏=57[Nm 3

/ T ]

.因此可得熔池直径D =K

14202

=5.96m

2.熔池深度的计算

选用筒球形熔池时 h=32

0.046D 0.79D +金属V =23

5.96

0.7996

.5046.07.29??+=1.405m 式中：V 金=G[T]/6.8[m 3/T] =202/6.8=29.7m 3

球冠的拱形高度

h 1=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0.43~0.53) 则可得直径d=5.96×0.48=2.86m

2、炉帽角为为64°(一般为60士3°)

3、炉帽高度计算

H 帽=21（D-d ）tanθ=21

×(5.96-2.86) ×tan64°=3.18m

4、炉帽容积计算

V 帽=12π

×3.18(D-d) tanθ×(22D d Dd ++)+24

d π

×0.4[m 3]

=12π

×3.18(5.96-2.86) ×tan64°×(5.962

+5.96×2.86+2.862

）+4π

×2.862

×0.4 =48.4[m 3

]

四、出钢口尺寸计算

由经验式 出钢口直径 d 出钢

20075.163?+=20cm=0.2m

出钢口衬砖外径 d ST =6d 出钢= 1.2m 出钢口长度 L T =7d 出钢=1.4m 由附表取水平倾角Φ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%的条件(表1一1和表1—22)，并参附，选用炉容比(V/T)=1.05，则新炉时炉膛有效容积V=G[T]×V/T=200×1.05=210[m 3

] 。 因此可得：炉身容积 V 身=V 一(V 金+V 帽)

=210一(29.7+48.35)=131.95[m 3

]

炉身高度 H 身=2

96.54

95.131?π

=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=915[mm] 炉壳内径为：5.96+0.915×2=7.5[m]=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65×3=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=275779065

10740?++=1.36≥1.3故符合设计要求