40-钢冶金学毕业设计-80t顶吹氧气转炉.doc

前 言
氧气转炉是炼钢法是当前国内外主要的炼钢方法。氧气转炉炼钢自20世纪40年代初问世以来，在世界各国得到了广泛的应用，技术不断地进步，设备不断地改进，工艺不断地完善。在短短的五十几年里，从顶吹发展到底吹、侧吹发展到复合吹炼。氧气转炉炼钢的飞速发展，使炼钢生产进入了一个崭新的阶段，钢的产量不断增加，成本不断的下降。从日前来看，转炉炼钢可以说是最佳的炼钢方法。
本设计是根据学校教学环节安排的一个实践学习环节过程，以社会和经济发展需要为出发点，以职业需求为直接依据。是冶金技术专业学生在学习专业课程之后进行的一个重要的独立性实践过程，培养学生综合应用所学的炼钢理论知识去分析和解决实际问题的能力。这也是我们步入社会和工作岗位之前的一次实训，通过这次课程设计的学习，可以帮助我们巩固、深化和拓展炼钢学的知识面，更好的将理论知识与生产实际相合起来，掌握一般设备工艺的基本思路和方法。为以后踏入工作岗位奠定了一个良好的基础，为实际工程设计奠定基础，使我们能够很快、很好的融入工作岗位和社会。
在本次的炉型设计中，参阅了大量有关转炉炼钢工艺、炼钢生产设备等文献，得到首钢集团水城钢铁公司提供的资料与经验数据。还得到了耿芃老师的指导和大力支持，广大同学的帮助。在此一并表示衷心的感谢。
由于个人所学的知识和水平有限，加上没有实际的生产实践经验，存在缺点和错误之处，敬请老师批评和指正。

2010年4月21日

目 录

1 设计目的 - 1 -
2 设计内容 - 1 -
3 设计步骤及说明 - 1 -
3.1 物料平衡和热平衡计算 - 1 -
3.1.1 原始数据的选取 - 1 -
3.1.2 物料平衡计算 - 3 -
3.1.3 热平衡计算 - 9 -
3.2 顶吹转炉炉型的设计及计算 - 13 -
3.2.1 转炉的公称容量及其表示方法 - 13 -
3.2.2 转炉炉型的选择 - 13 -
3.2.3 转炉炉型主要参数的确定 - 13 -
3.2.4 转炉炉型主要尺寸的确定 - 14 -
3.2.5 炉衬的组成、材质选择及厚度的确定 - 17 -
3.2.6 炉壳厚度和转角半径的确定 - 17 -
4 80T顶吹氧气转炉炉型的绘制 - 18 -
参考文献 - 18 -

80t顶吹氧气转炉炉型设计

1 设计目的
本课程是冶金技术专业学生学习专业课程之后进行的一个重要的独立性实践教学环节。其任务是通过转炉炉型设计的全过程，培养学生综合应用所学的炼钢理论知识去分析和解决工程实际问题的能力，帮助学生巩固、深化和拓展知识面，使之得到一次比较全面的设计训练。为实际工程设计奠定基础。学生通过课程设计的学习，将理论知识与生产实际相结合，掌握一般设备工艺设计的基本思路和方法。理解设计工作是工程建设的重要环节和先导，设计工作是将科学技术转化为生产力的纽带。

2 设计内容
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、炉龄等技术经济技术指标都有直接影响，炉型设计的是否合理关系到冶炼工艺能否顺利进行，比如喷溅问题：除了与操作因素有关外，炉型的合理性也是一个重要的因素。并且车间的主厂房的高度以及主要设备（除尘设备、倾动机构设备等）都与炉型尺寸密切相关。所以设计一座炉型结构合理、满足工艺要求的转炉是保证转炉车间正常运行生产的前提，面炉型设计又是整个转炉设计的关键。
转炉的炉型是指转炉炉膛的几何形状，即指由耐火材料砌成的内形。其设计内容主要包括：炉型的选择、炉型主要参数的确定和炉型主要尺寸的设计计算。

3 设计步骤及说明
3.1 物料平衡和热平衡计算
氧气转炉炼钢是一个复杂的物理化学变化过程，但它同样遵循物质不灭和能量守恒定律。氧气转炉炼钢过程的物料平衡和热平衡计算也是建立在物质不灭和能量守恒的基础上的。在转炉设计中，应根据当地资源情况确定各原始数据，再根据已投产的转炉实际生产数据作出一定的假设，最后进行计算。通过计算结果，确定各项生产工艺参数。

3.1.1 原始数据的选取
3.1.1.1 原材料成分
铁水、废钢成分如下表1。
表1 铁水、废钢成分（ω/％）
原料
C
Si
Mn
P
S
温度/℃
铁水
4.240
0.84
0.48
0.140
0.037
1240
废钢
0.18
0.20
0.42
0.022
0.024
24

渣料和炉衬成分见表2；各原料的热容见表3；反应热效应见表4.
表2 渣料和炉衬材料成分（ω/％）
种类
CaO
SiO2
MgO
Al2O3
S
P
CaF2
FeO
Fe2O3
烧碱
H2O
C
石灰
91.0
2.0
2.0
1.4
0.04

3.44

矿石
1.0
4.61
0.42
1.10
0.07

29.4
61.8

0.40

萤石

6.0
0.48
1.78
0.09
0.44
89.0

2.00

白云石
44.0
3.0
33.0
3.0

4.0

4.0
炉衬
44.0
2.0
1.0
1.0

表3 各材料的比热容
项目
固态平均比热/kJ·kg-1·K-1
熔化潜/kJ·kg-1
液（气）态平均比热容/kJ·kg-1·K-1
生铁
0.744
217.468
0.8368
钢
0.699
217.69
0.8368
炉渣

209.20
1.247
炉气

1.136
烟尘
1.000
209.20

矿石
1.046
209.20

表4 反应热效应（24℃）
元素
反应
反应热/kJ·kg-1
C
[C] + 1/2O2 === CO
10940
C
[C] + O2 === CO2
34420
Si
[Si] + O2 === SiO2
28314
P
2[P] + 5/2O2 === P2O5
18923
Mn
[Mn] + 1/2O2 === MnO
7020
Fe
[Fe] + 1/2O2 === FeO
4020
Fe
[Fe] + 3/2O2 === Fe2O3
6670
SiO2
SiO2 + 2CaO === 2CaO•SiO2
2070
P2O5
P2O5 + 4CaO === 4CaO•P2O5
4020

3.1.1.2 假设条件
根据各类转炉生产实际过程假设:
(1) 炉渣中铁珠量为渣量的8％；
(2) 喷溅损失为铁水量的1％；
(3) 熔池中碳的氧化生成90％CO，10％CO2 ；
(4) 烟尘量为铁水量的1.6％，其中烟尘中ω（FeO）=77％，ω（Fe2O3）=20％;
(5) 炉衬侵蚀量为铁水量的0.4％；
(6) 炉气温度取1440℃，炉气中自由氧含量为总炉气量的0.4％；
(7) 氧气成分：98.4％氧气，1.4％氮气；
(8) 铁水温度：1250℃，废钢温度：24℃；
(9)终点钢水成分(ω/％)：C：0.14,Si:0,Mn:0.14,P:0.014,S:0.024。

3.1.1.3 冶炼钢种及规格成分要求
冶炼低碳钢，以Q-234钢为例，其规格成分如下：
ω[C]=0.14％～0.22％,ω[Si]=0.12％～0.30％,ω[Mn]=0.40％～0.64％,ω[P]≤0.044％,ω[S]≤0.040％。

3.1.2 物料平衡计算
根据铁水、渣料质量以及冶炼钢种要求，采用单渣法操作。以100kg铁水作为计算基础。

3.1.2.1 渣量及成分计算

A 铁水中元素氧化量
说明：参考转炉脱磷、脱硫情况，取脱磷率90％，脱硫率34％；钢水中残余锰占铁水[Mn]的30％～40％，钢水中[C]取规格下限，因合金加入后还要增碳。
C元素的氧化量（ω/％）=4.24％-0.14％=4.10％
Si元素的氧化量（ω/％）=0.84％-0 =0.84％
Mn元素的氧化量（ω/％）=0.48％-0.48％30％=0.34％
P元素的氧化量（ω/％）=0.140％-0.140％ (1-90％)=0.0126％
S元素的氧化量（ω/％）=0.037％-0.037％（1-34％）=0.013％
汇总得下表：
表5 铁水中元素氧化量（ω/％）
元素 项目
S
Si
Mn
P
S
铁水
4.24
0.84
0.48
0.140
0.037
钢水
0.14
0
0.14
0.014
0.024
氧化量
4.10
0.84
0.34
0.0126
0.013

B 各元素耗氧量及氧化产物量

各元素耗氧量及氧化产物量见下表：
表6 铁水中元素氧化耗氧量、氧化产物量
元素
反应
元素氧化量/kg
耗氧量/kg
氧化产物量/kg
C
[C] + 1/2O2 === CO
4.1090%=3.69
3.6916/12=4.92
3.69x28/12=8.61
C
[C] + O2 === CO2
4.1010%=0.41
0.4132/12=1.09
0.4144/12=1.50
Si
[Si] + O2 === SiO2
0.84
0.84x32/28=0.96
0.8460/28=1.8
Mn
[Mn] + 1/2O2 === MnO
0.34
0.3416/55=0.10
0.3471/55=0.44
P
2[P] + 5/2O2 === P2O5
0.126
0.12680/62=0.163
0.126142/62=0.289
S
[S] + O2 === SO2
0.0131/3=0.004
0.00432/32=0.004
0.00464/32=0.008
S
[S] + (CaO) == CaS +[O]
0.0132/3=0.009
0.009(-16)/32=-0.005
0.00972/32=0.020
Fe
[Fe] + 1/2O2 === FeO
0.836
0．83616/56=0.239
1.075
Fe
[Fe] + 3/2O2 === Fe2O3
0.025
0.02548/112=0.011
0.036
总计
6.28
7.482

注：假定炉内汽化脱硫1/3；铁的氧化由渣量反算得出。

C 渣料加入量
（1）矿石加入量及成分见下表7。为了化渣，本设计中加入矿石1％，而不另加氧化铁皮（若不加矿石，改用氧化铁皮，则成分不同）。其中：
[S] + (CaO) = (CaS) + [O]
(CaS)生成量=0.001≈0.002kg/t
消耗（CaO）量=0.001≈0.002kg/t
表7 矿石加入量及成分
成分
质量/kg
成分
质量/kg
Fe2O3
161.8％=0.294
FeO
129.4％=0.294
SiO2
14.61％=0.0461
Al2O3
11.10％=0.011
CaO
1x1.0％=0.01
MgO
10.42％=0.004
S
1x0.07％≈0.001
H2O
10.40％=0.004

（2）萤石加入量及成分见下表8。根据冶金部转炉操作规程，萤石加入量≤4kg/t，取4kg/t。其中：

2[P] + {O2} = (P2O5)

(P2O5)生成量= 0.002 = 0.004kg
表8 萤石加入量及成分
成分
质量/kg
成分
质量/kg
CaF2
0.489.0％=0.356
MgO
0.40.48％=0.002
SiO2
0.46.0％=0.024
S
0.40.09％=0.0004(忽略)
Al2O3
0.41.78％=0.007
H2O
0.42.00％=0.008
P
0.40.44％=0.002

（3）白云石加入量及成分见下表9。为了提高炉衬寿命，采用白云石造渣，控制渣中ω（MgO）含量在6％～8％范围内。根据已投产转炉的经验，生白云石加入量在30～40kg/t，轻烧白云石加入量在20～40kg/t，选取轻烧白云石30kg/t。
表9 轻烧白云石加入量及成分
成分
质量/kg
成分
质量/kg
CaO
3.044％=1.32
MgO
3.033％=0.99
SiO2
3.03.0％=0.09
Fe2O3
3.0x1.0％=0.03
Al2O3
3.03.0％=0.09
烧碱
3.04.0％=0.12
注：烧碱是指白云石中Ca·MgCO3分解产生的CO2气体。

(4)炉衬侵蚀量及成分见下表10。转炉炉衬在炉渣作用下，将被侵蚀和冲刷进入渣中，根据假设条件，取铁水量的0.4％。
炉衬侵蚀量及成分
成分
质量/kg
成分
质量/kg
CaO
0.4x44％=0.176
SiO2
0.42.0％=0.008
MgO
0.438％=0.152
C
0.44.0％=0.016
Al2O3
0.41.0％=0.004

其中：炉衬中碳的氧化与金属中氧化生成的CO和CO2比例相同。
C → CO数量： 0.01690％ = 0.034kg
C → CO2数量： 0.01610％ = 0.006kg
共消耗氧量： 0.034 + 0.006 = 0.024kg
(5)石灰加入量及成分见下表11。根据铁水成分，取终渣碱度R= 3.5。
石灰加入量=100％
=100％
= 6kg/100kg铁水
表11 石灰加入量及成分
成分
质量/kg
成分
质量/kg
CaO
69.0％=5.46
SiO2
62.0％=0.12
MgO
62.0％=0.12
S
60.04％=0.002
Al2O3
60.14％=0.084
烧碱
63.44％=0.206

（6）渣中铁的氧化物。对于冶炼Q-234钢，根据已投产转炉渣中含量，取（FeO）= 10％,(Fe2O3)= 5％。
（7）终渣总量及成分见下表12。根据表6～表11中若不计（FeO）、(Fe2O3)在内的炉渣成分得：
CaO + MgO + SiO2 + P205 + MnO + Al2O3 + CaF2 + CaS = 11.6321kg
已知ω(FeO)=10％、ω(Fe2O3)=5％,则其余渣应占渣量总数的85％。故总渣量为11.632185％=13.6851kg
由此可见：(FeO)=13.685110％=1.369、(Fe2O3)=13.68515％=0.684kg
由于矿石和白云石中带入部分(FeO)和(Fe2O3),实际铁氧化产物为：
(FeO)=1.369-0.294=1.075kg,(Fe2O3)=0.684-0.618-0.03=0.036kg。
故：[Fe]氧化量=1.075+ 0.036=0.861kg
终渣质量及成分见下表12：

表12 终渣质量及成分
成分
氧化产物量/kg
石灰/kg
矿石/kg
白云石/kg
炉衬/kg
萤石/kg
总计/kg
％
CaO

5.46
0.01
1.32
0.176

6.966
50.9
MgO

0.12
0.004
0.99
0.152
0.002
1.268
9.27
SiO2
1.8
0.12
0.0461
0.09
0.008
0.024
2.0881
15.26
P2O5
0.289

0.002
0.291
2.13
MnO
0.44

0.44
3.22
Al2O3

0.084
0.011
0.09
0.004
0.007
0.196
1.43
CaF2

0.356
0.356
2.6
CaS
0.02
0.005
0.002

0.027
0.2
FeO
1.075

0.294

1.369
10
Fe2O3
0.036

0.618
0.03

0.684
5
合计

13.6851
100

3.1.2.2 冶炼中的吹损计算
根据假设条件，渣中铁珠为渣量的8％，喷溅损失为铁水量的1％，烟尘损失为铁水量的1.6％。故可得到：
渣中铁珠量=13.68518％=1.095kg
喷溅铁损量=1001％ = 1.0kg
烟尘铁损量=1001.6％（77％ + 20％）=1.182kg
元素氧化损失=6.28kg（见表6）
吹损总量=1.095+1.0+1.182+6.28=9.557kg
钢水量=100-9.557=90.443kg

3.1.2.3 氧气消耗量计算
主要是元素氧化耗氧7.482kg(见表6)，烟尘氧化消耗氧1001.6％(77％+20％=0.37kg，其次是炉衬中碳氧化耗氧0.024kg(见炉衬侵蚀量计算部分)，故总耗氧量为7.876kg，换算为标准体积为7.876=5.513m3/100kg=55.13m3/t，若考虑到氧气利用率为74％～90％，实际生产供氧量为61～75m3/t。
由于氧气不纯，含有1.4％N2，故供氧时带入N2为7.876×1.4％=0.110kg,其体积量为：0.110×22.428=0.088m3/100kg

3.1.2.4 炉气量及成分
炉内产生的炉气由CO、CO2、SO2、H2O、N2和自由O2组成，已知炉气中自由O2含量为总炉气量的0.4％，把以上计算的炉气成分除自由O2以外占炉气体积总量的99.6％，得下表13。
表13 炉气量及成分
成分
质量/kg
体积/m3
体积分数/﹪
CO
8.60+0.034
8.64422.4/28=6.915
86.59
CO2
1.50+0.12+0.006+0.206
1.83222.4/44=0.933
11.68
SO2
0.008
0.00822.4/64=0.003
0.04
H2O
0.004+0.008
0.01222.4/18=0.015
0.19
N2
0.110
0.11022.4/28=0.088
1.1
O2
0.046
0.04622.4/32=0.032
0.4
总计
10.642
7.986
100
由上表得：
CO+CO2+SO2+H2O+N2= 7.954m3/100kg
故炉气总量为：7.954(1 - 0.4％)=7.986m3/100kg。自由O2量为7.9860.4％=0.032m3,其质量为：0.032=0.046kg。

3.1.2.5 物料平衡表
把以上各种物质的总收入和总支出汇总起来，便可得到物料平衡表14。
表14 物料平衡表
收入
支出
项目
质量/kg
﹪
项目
质量/kg
﹪
铁水
100
84.47
钢水
90.443
76.35
石灰
6
5.07
炉渣
13.685
11.55
白云石
3
2.53
炉气
10.642
8.98
矿石
1
0.84
烟尘
1.6
1.35
萤石
0.4
0.34
喷溅
1
0.84
炉衬
0.4
0.34
铁珠
1.095
0.92
氧气
7.876
6.65

氮气
0.110
0.09

总计
118.386
100
总计
118.465
100

计算误差=||×100％
=||×100％
= 0.067％

3.1.3 热平衡计算
为了简化计算，取加入的废钢、渣料、氧气的温度均为24℃。

3.1.3.1 热收入
热收入主要是铁水的物理热和元素氧化的化学热，此外还有成渣热、烟尘氧化热、炉衬中碳氧化热，下面分别进行计算。
(1)铁水物理热。根据传热原理得，
铁水熔点Tf = 1538 -
式中：
Tf为铁水熔点，℃；
1538为纯铁熔点，℃；
ω[i]为钢水中某元素的质量分数，％；
为1％的i元素使纯铁凝固温度的降低值。
根据表1的铁水、废钢成分、表3和下表14。
表14 1﹪的i元素使纯铁凝固温度的降低值
元素
适用范围/﹪
△T/℃
元素
适用范围/﹪
△T/℃
C
﹤1.0
64
V
﹤1.0
2
Si
﹤3.0
8
Ti
﹤
18
Mn
﹤1.4
4
Cu
﹤0.3
4
P
﹤0.7
30
H2
﹤0.003
1300
S
﹤0.08
24
N2
﹤0.03
80
Al
﹤1.0
3
O2
﹤0.03
90
假设铁水中气体(氧、氮、氢)对铁水熔点影响降温为7℃，得：
Tf = 1538-(100×4.24+8×0.84+4×0.48+30×0.14+24×0.037+7)=1092℃
100kg铁水1250℃时的物理热为：
Q铁水 = C固·(t熔-t0)++C液·(t铁水-t熔)
=100×[0.744×(1092-24)+217.468+0.8368×(1250-1092)]
=114427.44kJ
(2)铁水中元素氧化热和成渣热。根据表4、表6和表12数据可以计算如下：
C→CO 3.69×10940=40368.6kJ
C→CO2 0.41×34420=14112.2kJ
Si→SiO2 0.84×28314=23783.76kJ
Mn→MnO 0.34×7020=2386.8kJ
P→P2O5 0.126×18923=2384.298kJ
Fe→FeO 0.836×4020=3360.72kJ
Fe→Fe2O3 0.025×6670=166.75kJ
SiO2→2CaO·SiO2 2.0881×2070=4322.367kJ
P2O5→4CaO·P2O5 0.293×4020=1177.86kJ
总计 92063.355kJ
其中，元素氧化放热Q氧化=86563.128kJ,Q成渣=5500.227kJ。
(3)烟尘氧化放热。
烟尘氧化放热Q尘=1.6×(77％×4020+20％×6670)=5346.13kJ
(4)炉衬中碳氧化放热。
根据假设的原始条件，炉衬中碳的氧化放热为：
Q衬=0.016×(90％×10940+10％×34420)=212.608kJ
将上述项热收入累加可得到转炉总的热收入，即
Q入 = Q铁水+Q氧化+ Q成渣+Q尘+ Q衬
=114427.44+86563.128+5500.227+5346.13+212.608
=212049.533kJ
由于石灰、萤石、氧气等原料均从24℃入炉，其带入的物理热很少，可以忽略不计。

3.1.3.2 热支出
转炉的热支出包括钢水和炉渣的物理热、烟尘、炉气、铁珠、喷溅的物理热以及矿石的分解热、废钢熔化热和吹炼热的损失。
(1)钢水物理热Q钢水。
计算方法与计算铁水物理热相同，根据表5和表14，得
钢水熔点Tf=1538 -
=1538-(64×0.14+4×0.144+30×0.014+24×0.024+7)
=1520℃
出钢温度T出=Tf+++
式中：为钢水过热度，取70℃；
为浇注前的温降，取50℃；
为浇注过程温降，取20℃。
T出 = 1520+70+50+20 =1660℃
钢水物理热的计算也与铁水物理热的计算相同，根据前计算100kg铁水产生90.443kg钢水、表3，得
Q钢水=90.443[0.699(1520-24)+271.96+0.8368(1660-1520)]
=129769.064kJ
(2)炉渣的物理热Q渣。
根据前计算、表3，100kg铁水的渣量为13.6851kg，炉渣温度取1660℃与钢液温度相同，则炉渣带走的物理热为：
Q渣=13.6851[1.247(1660-24)+209.20]
=30781.786kJ
(3)矿石分解热Q矿。
根据表3和表7，得：
Q矿=1(29.4％4020+209.20+61.8％6670)
=4013.882kJ
(4)烟尘物理热Q尘。
根据表3，烟尘温度与炉气温度相同，为1440℃，则烟尘带走的物理热为：
Q尘=1.6[1.0(1440-24)+209.20]
=2600.32kJ
(5)炉气物理热Q气。
Q气=10.6421.136(1440-24)=17118.466kJ
(6)渣中铁珠物理热Q珠。
铁珠量根据前计算为1.095kg，物理热的计算与铁水相同，即：
Q珠=1.095[0.744(1520-24)+271.468+0.8368(1660-1520)]
=1644.300kJ
(7)喷溅金属物理热Q喷。
铁的喷溅量为1kg，喷溅热与铁珠相同，即：
Q喷=1[0.744(1520-24)+271.468+0.8368(1660-1520)
=1501.644kJ
(8)石灰、轻烧白云石分解热Q分。
石灰、轻烧白云石均有残留碳酸盐，如表2中的烧碱，石灰为3.44％，轻烧白云石为4.0％，现假定轻烧白云石中的烧碱是由CaCO3所致，现计算石灰和轻烧白去石未分解的CO2总量为63.44％+34.0％=0.384kg,相当于CaCO3的量为0.384=0.873kg。已知CaCO3的分解热为1648kJ/kg，则碳酸盐的分解热为：
Q分=0.8731648=14387.704kJ
(9) 吹炼过程热损失Q损。
吹炼过程热损失包括炉体和炉口的热辐射、对流和传导热、冷却水带走热等。它随炉容大小、操作情况、炉役期长短而异，一般为热总收入的3％～8％，取5％。得
Q损=5％212049.533=10602.477kJ
(10) 废钢耗热Q废钢。
废钢耗热等于总的热收入减去上热支出，得到富于热量用加入废钢来调节，即：
Q废钢=Q入-Q钢水-Q渣-Q矿-Q尘-Q气-Q珠-Q喷-Q分-Q损
=212049.533-129769.064-30781.786-4013.882-2600.32-17118.466-1644.3- 1501.644-1438.704-10602.477
=12578.89kJ
1kg废钢熔化至1660℃耗热=1[0.699(1520-24)+271.96+08368(1660-1520)]
=1434.816kJ
废钢加入量为：12578.89/1434.816=8.77kg
废铁钢比为：100％=8％

3.1.3.3 热平衡表
把全部热收入和热支出汇总，得到热平衡表15。
表15 热平衡表
热收入
热支出
项目
热量/kJ
﹪
项目
热量/kJ
﹪
铁水物理热
114427.44
53.96
钢水物理热
129769.064
61.2
元素放热
C
54480.8
25.69
炉渣物理热
30781.786
14.52
Si
23783.76
11.22
矿石分解热
4013.882
1.89
Mn
2386.8
1.23
烟尘物理热
2600.32
1.23
P
2384.298
1.24
炉气物理热
17118.466
8.07
Fe
3527.47
1.66
铁珠物理热
1644.30
0.78
成渣热
SiO2
4322.367
2.04
喷溅物理热
1501.644
0.71
P2O5
1177.86
0.56
石灰、轻烧白云石分解热
1438.704
0.68
烟尘氧化放热
2600.32
1.23
吹炼过程热损
10602.477
5.00
炉衬C放热
212.608
0.1
废钢熔化热
12578.89
5.93
共计
212049.533
100
共计
212049.533
100

热效率=100％
=100％
= 69％

3.2 顶吹转炉炉型的设计及计算
转炉炉型是指用耐火材料砌成的炉衬内形。转炉的炉型是否合理直接影响着工艺操作、炉衬寿命、钢的产量与质量以及转炉的生产率。
合理的炉型应满足以下要求：
(1) 要满足炼钢的物理化学反应和流体力学的要求，使熔池有强烈而均匀的搅拌；
(2) 符合炉衬被侵蚀的形状以利于提高炉龄；
(3) 减轻喷溅和炉口结渣，改善劳动条件；
(4) 炉壳易于制造，炉衬的砌筑和维修方便。

3.2.1 转炉的公称容量及其表示方法
公称容量（T），对转炉容量大小的称谓，即平时所说的转炉的吨位。本例以平均出钢量（t）表示公称容量，则转炉的公称容量为80t转炉。
新炉金属装入量（G）可由下列公式求出：
G =
式中，T为平均出钢量；
B为老炉比新炉多产钢系数，一般B=10％～40％大型转炉取下限，小型转炉取上限，故取B=10％；
为金属消耗系数，=，为金属收得率，取=92％。
G = ≈ 83t

3.2.2 转炉炉型的选择
合理的炉型应能适应炉内金属液、炉渣和炉气的循环运动规律，有利于提高供氧强度和减少喷溅，从而加快炉内物理化学反应，降低原材料消耗，考虑到转炉倾动力矩要小，炉壳容易制造，炉衬砖砌筑方便，以改善劳动条件。结合中国已建成的转炉的设计经验，采用锥球型转炉。

3.2.3 转炉炉型主要参数的确定

3.2.3.1 炉容比（V/T）
炉容比是指转炉炉膛的有效容积V与转炉公称容量T之比；单位是m3/t。它的意义是指单位公称容量所占有的炉膛有效容积的大小。可根据经验公式计算：
V = 0.75[7.5ω(C)+0.121+0.151] + 0.26
式中，ω(C)、ω(Si)、ω(P)分别为铁水含碳、硅、磷量，％；
B为供氧强度，根据已建成投产的转炉经验植，取B=3.5m3/(t·min)。
V =0.75(7.50.0424+0.121+0.151)+0.26
=0.98m3/t

3.2.3.2 高宽比(H/D)
转炉的高宽比是指转炉的高度与直径之比。以转炉的炉膛的内高H内与内径D内之比表示，常用的是H/D表示。可用如下经验公式计算：
H/D = 2.65/T0.1 + 0.1B – 0.3
式中，T为转炉公称容量，t；
B为供氧强度，m3/(t·min)。
H/D = 2.65/(80)0.1 + 0.13.5 – 0.3
= 1.76

3.2.4 转炉炉型主要尺寸的确定
3.2.4.1 熔池部分尺寸
熔池尺寸计算主要是确定熔池直径和熔池深度。熔池直径和熔池深度不是两个孤立的尺寸，而是两个相互制约的尺寸参数。在设计时应保证熔池直径与熔池深度之比在一个适合的范围内，已建成转炉的熔池深度直径比值在0.23～0.54范围内波动，一般为0.31～0.33。
(1)熔池直径(D)。
熔池直径(D)是指转炉熔池在平静状态时金属液面的直径。利用统计方法，找出现有炉子直径和容量之间的关系，作为计算熔池直径的依据。根据武汉钢铁设计院推荐的公式，得：
D = 0.392
式中，T为转炉公称容量。
D = 0.392 = 3.92m
(2)熔池深度(H0)。
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。对于一定容量的转炉，炉型和熔池直径确定之后，便可利用几何公式计算出锥球型转炉熔池深度H0。
锥球型熔池由倒锥台和球缺体两部分组成，利用截锥体积和球冠体积公式，可进行计算：
V池 = ( H0-H1)(D2+DD1+)+ H1(R-)
式中，H1为缺球体部分的高度；
R为缺球体部分曲率半径；
D为熔池直径；
D1为倒锥台底面直径。
根据统计，取R=1.1D，H1=0.09D，D1=0.895D代入上式化简后得：
V池 = 0.70D2H0 – 0.0363D3
又根据熔池定义，熔池体积V池应等于金属液体积V金，即
V池=V金
式中，V金为新炉金属装入量占有的体积，V金=G/，为金属液密度，取=7.0t/m3。
V池=V金=83/7.0=11.912m3
H0===1.32m
结合上面求得的熔池直径和熔池深度，得熔池深度直径比H0/D为：H0/D=1.3/3.92=0.33，符合设计要求。

3.2.4.2 炉帽部分尺寸
氧气转炉一般采用正口炉帽，主要尺寸有炉口直径、炉帽倾角和炉帽高度。
(1)炉帽倾角。
炉帽倾角是指炉子处于直立位置时，炉帽与水平线之间的夹角。它的大小应便于炉气的逐渐收缩逸出，以减少炉气对炉帽衬砖的冲刷侵蚀。根据已建成投产的转炉的炉帽倾角一般为600～680， 大炉子取下限，小炉子取下限。故本例取=650。
(2)炉口直径d。
在满足兑铁水、加废钢和辅助材料、出渣修炉等操作要求的前提下，应尽量缩小炉口直径，以便减少喷溅、热量损失和冷空气的吸入量。一般炉口直径为：
d =(0.43～0.53)D
大炉子取上限，小炉子取下限。故取d=0.48D=0.483.92=1.88m
(3)炉帽高度H帽。
炉帽总高度是截锥体高度(H高)与炉口直线段高度(H直)之和。设置直线段的目的是为了保持炉口形状和保护水冷炉口，其高度H直一般为300～400mm,取H直=300mm。炉帽高度的计算公式如下：