120吨转炉炼钢车间设计

炼钢车间设计

氧气顶吹转炉炉型设计及各部分尺寸

1.1 转炉炉型及其选择

转炉由炉帽、炉身、炉底三部分组成、由于炉帽（截锥形）和炉身（圆柱形）的形状没有变化。把炉型分为筒球型、锥球型和截锥型等三种。

（a）(b)(c)（1）筒球型。熔池由球体和圆柱体两部分组成。炉型形状简单，砌砖方便，炉壳容易制造，被国内外大、中型转炉普遍使用。

（2）锥球型。熔池由球缺体和倒截锥体两部分组成。与相同容量的筒球型比较，锥球型熔池较深，有利于保护炉底。在同样的熔池深度的情况下，熔池直径可以比筒球型大，增加了熔池反应面积，有利于去磷、硫。我国中小型转炉普遍采用这种炉型。

（3）截锥型。熔池为一个倒截锥体。炉型构造较为简单，平的熔池较球型底容易砌筑。在装入量和熔池直径相同的情况下，其熔池最深，因此不适用于大型容量炉。我国30t以下的转炉采用较多。

经过比较，由于筒球型转炉砌筑方便且炉壳容易制造以及考虑到本设计所需熔池容量为120t，所以选择了筒球型。 1.2 转炉炉型各部分尺寸确定

1.2.1 熔池尺寸 （1）、熔池直径D。熔池直径指转炉熔池在平静状态时金属液面的直径。它主要与金属装入量和吹氧时间有关。我国设计部门推荐的计算熔池直径的经验公式为：

D?KGt

1

式中 D——熔池直径，m；

G——新炉金属装入量，t，可取公称容量； K——系数，参见下表1-1；

t——平均每炉钢纯吹氧时间，min，参见下表1-2。

表1-1 系数K的推荐值 转炉容量/t ﹤30 30～100 ﹥100 备注 K 1.85～2.10 1.75～1.85 1.50～1.75 大容量取下限，小容量取上限 表1-2 平均每炉钢冶炼时间推荐值 转炉容量/t ﹤30 30～100 ﹥100 备注 冶炼时间/min 28～32 32～38 38～45 结合供氧强度，铁水成分和所炼(12～16) (14～18) (16～20) 钢种等具体条件确定 根据表中所列，本设计为公称容量120t转炉，所以取K=1.50，t=20,则计算熔池直径为：

D?KGt?1.7?12016?1.7?2.74?4.66m

（2）熔池深度h。熔池深度指转炉熔池在平静状态时，从金属液面到炉底的深度。对于一定容量的转炉，炉型和熔池直接确定后，可以用几何公式计算熔池深度h。

因为所取为筒球型转炉，所以通常球缺体的半径R为熔池直径D的1.1～1.25倍。本设计去1.1，当R=1.1D时，熔池体积V池和熔池直接D及熔池深度h有如下关系：

V池=0.79hD2-0.046D3

根据炉子容量与钢水密度可以确定V池，钢水密度可以根据经验公式计算如下：取钢水温度为1600。 ρ?8523?0.8358(T?273) =8523-0.8358×（1600+273） =8523-1565 =6959㎏/m3

V池=1.2×105÷6959=17.24 m3

因此h?V池?0.046D0.79D23?17.24?0.046?4.660.79?4.6623

=21.89÷17.16=1.28m 1.2.2 炉身尺寸

转炉炉帽以下，熔池面以上的圆柱体部分成为炉身。其直径与熔池直接是一致的，故须确定的尺寸是炉身高度H身。

H身? ?4V身?D2?4(Vt?V帽?V池)?D2?4?(108?22.06?17.24)3.14?4.662

274.868.19

=4.03m

2

式中V帽、V身、V池——分别为炉帽、炉身和熔池的容积；

Vt——转炉有效容积，为V帽、V身、V池三者之和，取决于容量和炉容比。 1.2.3 炉帽尺寸

顶吹转炉一般都是正口炉帽，其主要尺寸有炉帽倾角、炉口直径和炉帽高度。 （1） 炉帽倾角θ。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。目前倾角多为60°±3°，小炉子取上限，大炉子取下限，这是因为大炉子的炉口直径相对要小些。本设计取60°。

（2） 炉口直径d。在满足顺利兑铁水和加废钢的前提下，应适当减小

炉口直径，以减少热损失。一般炉口直径为熔池直径的43%～53%较为适宜。小炉子取上限，大炉子取下限。本设计取45%。 即d=4.66×45%=2.10m。

（3） 炉帽高度H帽。为了维护炉口的正常形状，防止因砖衬蚀损而

使其迅速扩大，在炉口上部设有高度为H口=300～400㎜的直线段。本设计H口取为400mm。因此炉帽高度H帽为：

H帽?12(D?d)tanθ?H口?12?(4.66?2.10)tan60??0.4

?0.5?2.56?3?0.4 =2.2+0.4 =2.6m

炉帽总容积V帽为： V帽? ? ?π12(H帽-H口)(D2?Dd?d)?22π4dH口

22?12(2.6?0.4)(4.66?4.66?2.10?2.10)?3.14?4.41?0.44?4?2.10?0.42

3.14?2.2?35.9212?

=20.68+1.38 =22.06m3 1.2.4 出钢口尺寸

出钢口内口一般都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。出钢口的主要尺寸是中心线的水平倾角和直径。

（1） 出钢口中心线水平倾角θ1。为了缩短出钢口长度，以利维修

和减少钢液二次氧化及热损失，大型转炉的θ1趋于减小。国外不少转炉采用0°，国内转炉多为45°以下。

（2） 出钢口直径d出。出钢口直径决定着出钢时间，随炉子容量

不同而异。出钢时间通常为2～8min。时间短（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，散热也大。通常d出（㎝）按下面经验公式计算：

d出?63?1.75G

式中 G——转炉公称容量，t

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所以本设计的出钢口直径就为: d出?63?1.75?120?63?210?16.5㎝

取166㎜。

1.2.5 炉容比（或容积比）

炉容比系指转炉有效容积Vt与公称容量G之比值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。

确定炉容比时应综合考虑。通常，铁水比增大，铁水中Si、S、P含量高，

用矿石作冷却剂以及供氧强度提高时，为了减少喷溅和溢渣损失，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，炉容比有所减小。

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。

本设计取0.90 m3/t。 由此得到Vt=120×0.9=108m3 1.2.6 高径比

高径比系指转炉炉壳总高H总与炉壳外径D壳之比值。实际上它只是作为炉型设计的校核数据。

1.2.7 增加炉壳钢板厚度

在炉身取钢板厚为0.08m，而在炉底和炉帽分别都取为0.06m。 则计算的H总和D壳就为：

H总=1.40+2.85+4.64+1.1+0.06=10.05m

D壳=D+2×（炉衬厚度+炉壳钢板厚度）=4.96+2×（0.95+0.08） =4.96+2.06 =7.02m

则高径比就为10.05÷7.02=1.43 在高径比所推荐的范围之内。

转炉炉衬与金属构件

2.1

炉衬材质的选择

转炉炉衬寿命是一个重要的技术经济指标，受许多因素的影响，特别是受冶炼操作工艺水平的影响比较大。但是，合理选用炉衬（特别是工作层）的材质，也是提高炉衬寿命的基础。

根据炉衬的工作特点，其材质选择应遵循以下原则： （1） 耐火度（即在高温条件下不熔化的性能）高； （2） 高温下机械强度高，耐急冷急热性能好 （3） 化学性能稳定；

（4） 资源广泛，价格便宜。

近年来氧气转炉炉衬工作层普遍使用镁炭砖，炉衬寿命显著提高。但由于镁炭砖成本较高，因此一般只用于诸如耳轴区、渣线等炉衬易损部位。 2.2 炉衬组成及厚度确定

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

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