热效率?＝钢水物理热＋炉渣物理热＋废钢吸热?100％＝81.97％
热收入总值表2－23 热平衡表
收 入 项 目 铁水物理热 元素氧化热和成渣热 其中 C氧化 Si氧化 Mn氧化 P氧化 Fe氧化 SiO2成渣 P2O5成渣 烟尘氧化热 炉衬中碳的氧化热 合 计 热量（kJ） 151701.780 70659.953 49692.260 11680.800 1622.124 1594.320 3431.845 1597.529 1041.074 5075.350 586.257 228023.340 % 66.529 30.988 21.793 5.123 0.711 0.699 1.505 0.701 0.457 2.226 0.257 100.000 支 出 项 目 钢水物理热 炉渣物理热 废钢吸热 炉气物理热 烟尘物理热 渣中铁珠物理热 喷溅金属物理热 轻烧白云石分解热 热损失 合 计 热量（kJ） % 135151.439 59.271 16313.292 7.154 36463.499 15.991 21728.784 2442.450 624.466 1461.144 2437.100 11401.167 9.529 1.071 0.274 0.641 1.069 5.000 228023.340 100.000 若不计算炉渣带走的热量时： 热效率??＝钢水物理热?废钢吸热?100％＝82.41%6
热收入总值加入铁合金进行脱氧和合金化，会对热平衡数据产生一定的影响。对转炉用一般生铁冶炼低碳钢来说。所用铁合金种类有限，数量也不多。经计算，其热收入部分约占总收入的0.8～1.0％，热支出部分约占0.5～0.8％，二者基本持平。
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第三章 氧气顶吹转炉的设计与计算
氧气转炉是转炉炼钢车间的主体设备。其设计的质量不仅直接影响到投产后的各项技术经济以及企业的的经济效益和社会效益，而且还关系到操作者的劳动安全。为了正确、合理的设计，达到预定的目标，必须依据建厂的具体条件，充分调查和掌握同类转炉的发展现状，切实做到理论与实际紧密结合。
转炉由炉帽、炉身和炉底三部分组成。目前常用的炉帽是一上小下大的正口形截圆锥体。炉帽以下、熔池以上的炉身部分为圆筒形。熔池面以下的炉底部分，其形状视熔池形状而定，根据修炉方式的不同，有死炉底与活炉底之分，前者适用于上修，后者适用于下修。
所谓转炉炉型，实际上是指由上述三部分组成的炉衬内部空间或炉膛的几何形状。由于炉帽和炉身的形状并无变化，所以通常就按熔池形状划分为三种：筒球型、截球型和截锥型。本次设计转炉的公称容量为120t，采用截锥型。
截锥型熔池形状为一倒锥体。在装入量和熔池直径相同的情况下，其熔池最深，因此不适宜于大容量转炉。我国过去已建成的30t以下的小炉子应用较多，新制定的技术规定中提出“≤100t转炉一般采用截锥型活炉底”。国外已很少用这种炉型。通常倒截锥体的底部直径d≈0.7D，这时熔池体积Vc（m3）与熔池直径D（m）和熔池深度h（m）有如下关系：
Vc?0.574hD2
3.1 炉型设计
炉型设计的主要任务是确定所选炉型各部位的主要参数和尺寸，据此再绘制出工程图。
（1）熔池尺寸的确定。熔池是容纳金属并进行一系列复杂物理化学反应的地方，其主要尺寸有熔池直径和熔池深度。设计时，应根据装入量、供氧强度、喷嘴类型、冶炼动力学条件以及对炉衬蚀损的影响综合考虑。
1）熔池直径D：熔池直径通常指熔池处于平静状态时金属液面的直径。它主要取决于金属装入量和吹氧时间。随着装入量增加和吹氧时间缩短，单位时间的脱氧量和从熔池
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排出的CO气体量增加。此时，如不相应增大熔池直径，势必会使喷溅和炉衬蚀损加剧。转炉吹氧时间t与装入量G成正比，而与单位时间供氧量Q成反比，即若要增大供氧量还要使喷溅维持一定，就需扩大熔池面。这意味着单位时间供氧量与熔池直径的平方成正比，因此可得公式：
D?KG?4.070m t式中 G——新炉金属装入量，t，可近似地取其公称容量，120t；
t ——平均每炉钢纯吹氧时间，本设计取18min； K——比例系数，本设计取1.50。
2）熔池深度h：熔池深度系指熔池处于平静状态时从金属液面到炉底最低处的距离。 对截锥型熔池：h?Vc18.33＝＝1.931m 220.574D0.574?4.070（2）炉身尺寸的确定。对于圆筒形炉身，因其直径与熔池直径一致，故需确定的尺寸即为炉身高度H身。
4V（4Vt?V帽?V池）H身＝身＝＝5.760m 22πDπD（3）炉帽尺寸的确定。顶吹转炉一般用正口炉帽，其主要尺寸有炉帽倾角、炉口直径和炉帽高度。设计时，应考虑以下因素：确保其稳定性；便于兑铁水和加废钢；减少热损失；避免出钢时钢渣混出或从炉口流渣；减少喷溅。
1）炉帽倾角θ：倾角过小，炉帽内衬不稳定性增加，容易倒塌；过大时，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来说要小些。
2）炉口的直径d：一般来说，在满足兑铁水和废钢的前提下，应适当减小炉口直径，以利于减少热损失，减少空气进入炉内影响炉衬寿命和改善炉前操作条件。实践表明，取炉口直径为熔池直径的43～53％较为适宜。另外，从减少喷溅考虑，要求炉气从炉口排出的速度小于15m/s。
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
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炉口上部设有高度为H口＝300～400mm的直线断段。因此炉帽高度为
1 H帽＝（D?d）tgθ＋H口＝2.130m
2炉帽总容积为：
ππV帽＝（D?d）tgθ＋d2H口244 ＝0.262（H帽－H口）（D2＋Dd＋d2）?0.785d2H口＝14.60（4）出钢口尺寸的确定。出钢口内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趋向减少。国外不少转炉采用0°，但0°倾角使钢流对钢包内金属的冲击力变小。国内转炉多为45°以下。本设计取45°。
2）出钢口直径d出：出钢口直径决定着出钢时间，因此随炉子容量而异。出钢时间通常为2～8min。时间过短，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，即出钢口太小，钢液容易二次氧化和吸气，散热也大。通常，d出可按下面经验式确定：
d出＝63＋1.75T ＝16.00 （cm）式中 T——转炉公称容量，t。
3) 炉容比（或体积比）的确定。炉容比系指转炉有效容积Vt与公称容量T之比值Vt/T（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，这种表示法不受操作方法和浇注方法的影响。
确定炉容比时，应综合考虑以下因素：铁水比，铁水成分，冷却剂种类，供氧强度，喷枪孔数，基建投资等。通常，铁水比增加，铁水中Si、P、S含量高，用矿石作冷却剂，以及供氧强度提高时，为了减少喷溅或溢渣损失，提高金属收得率和操作稳定性，炉容比要相应增大。但过大的炉容比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，操作比较稳定，因此在其他条件相同的情况下，炉容比有所减少。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。
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（6）高径比的核定。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，它只作为炉型设计的校核数据。因为通过上述计算，当炉膛内高H内和内径D确定之后，再根据所设计的炉衬和炉壳的厚度，高径比也就被定下来了。转炉高径比的推荐值为1.35～1.65。大炉子取下限，小炉子取上限。
3.2 氧气顶吹转炉炉衬设计
炉衬设计的主要任务是选择合适的炉衬材质，确定合理的炉衬组成和厚度，并根据相应的砖型和数量，以确保获得经济上的最佳炉龄。
（1）炉衬材质的选择。合理选用炉衬，特别是工作层的材质乃是提高炉龄的基础。目前常用的工作层衬砖有：沥青结合镁砖（沥青浸渍或不浸渍），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（加入或不加防氧化及），含碳量通常为10～25％。
进入80年代以来，氧气转炉炉衬材质的最大变大是普遍推广使用镁碳砖，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。
（2）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。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。
永久层紧贴炉壳（无绝热层时），一般用焦油镁砂捣打而成，厚度约80～100mm。有些工厂则不作规定，一般只要达到找平的目的即可。本设计取90mm。该层的主要功能是减轻炉衬受热膨胀时对炉壳产生挤压和便于拆除工作层。也有的转炉不设填充层。
工作层系指与金属、熔渣和炉气接触的内层炉衬，工作条件相当恶劣。目前该层多用镁碳砖和焦油白云石砖综合砌筑。
炉帽可用二步煅烧镁砖，也可根据具体条件选用其它材质。 本设计中转炉各部位的炉衬厚度设计值如表所示： （3）砖型选择
选择砖型时应考虑以下一些原则：
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