1 轉爐爐型選型設計及相關引數計算
1 轉爐爐型設計
1.1.1 爐型選擇
氧氣頂底復吹轉爐是20世紀70年代中、後期，開始研究的一項新煉鋼工藝。其優越性在於爐子的高寬比略小於頂吹轉爐卻又大於底吹轉爐，略呈矮胖型；爐底一般為平底，以便設定底部噴口。
綜合以上特點擊用轉爐爐型為錐球型(適用於中小型轉爐見圖1-1)。
圖1-1 常見轉爐爐型
(a)筒球型； (b)錐球型； (c)截錐型
1.1.2 主要引數的確定
本設計選用氧氣頂吹轉爐(公稱容量50t)。
(1) 爐容比
爐容比係指轉爐有效容積與公稱容量之比值。轉爐爐容比主要與供氧強度有關，與爐容量關係不大。從目前實際情況來看，轉爐爐容比一般取0.
9~1.05m3/t。本設計取爐容比為1.
05m3/t。
(2) 高徑比
轉爐高徑比，通常取1.35～1.65。小爐子取上限，大爐子取下限。本設計取高徑比：1.40。
(3) 熔池直徑
可按以下經驗公式確定：
1-1)
式中 d——熔池直徑，m；
g——新爐金屬裝入量，t，可取公稱容量；
k——係數，參見表1-1；
t ——平均每爐鋼純吹氧時間，min，參見表1-2。
表1-1 係數k的推薦值
表1-2 平均每爐鋼冶煉時間推薦值
注：括號內數系吹氧時間參考值。
設計中轉爐的公稱容量為50t，取k為1.85，t取15min。可得：
m(4) 熔池深度
錐球型熔池倒錐度一般為12°~30°，當球缺體半徑r=1.1d時，球缺體高=0.09d的設計較多。熔池體積和熔池直徑d及熔池深度h有如下的關係：
1-2)
由可得：
(m3)
將代入式(7-2)得：
(m)(5) 爐身高度
轉爐爐帽以下，熔池面以上的圓柱體部分稱為爐身。其直徑與熔池直徑是一致的，故須確定的尺寸是爐身高度。
1-3)
式中 、、——分別為爐帽、爐身和熔池的容積；
vt——轉爐的有效容積，為、、三者之和，取決於容量和爐容比。
代入資料可得：
=3.19m
（6）熔池其它尺寸的計算
設計部門推薦的球冠弓形高度為：
h1=0.09d=0.09×3.38=0.3042 (m)
爐底球冠曲率半徑：
r=0.99d=0.99×3.38=3.3462 (m)
(7) 爐帽尺寸
爐帽尺寸包括爐帽傾角、爐口直徑和爐帽高度。
① 爐帽傾角。
爐帽傾角一般為60°~68°，小爐子取上限，大爐子取下限。本設計取爐帽傾角為65°
② 爐口直徑
一般爐口直徑為熔池直徑的43%～53%較為適宜。小爐子取上限，大爐子取下限。本設計取爐口直徑為1.8m。
③ 爐帽高度
為了維護爐口的正常形狀，防止因磚襯蝕損而使其迅速擴大，在爐口上部設有高度為=300～400mm的直線段。爐帽高度為：
1-4)
=0.5×（3.38-1.8）×tan65°+
1.69+0.3
1.99(m)
那麼，爐帽總容積為：
==16.80(m3)
(8) 出鋼口尺寸
出鋼口一般都設在爐帽與爐身交界處，以使轉爐出鋼時其位置最低，便於鋼水全部出淨。出鋼口的主要尺寸是中心線的水平傾角和直徑。
① 出鋼口中心線水平傾角。
為了縮短出鋼口長度，以利維修和減少鋼液二次氧化及熱損失，大型轉爐的θ1趨於減小，一般為15°~20°。本設計取15。
② 出鋼口直徑
出鋼口直徑決定出鋼時間，隨爐子容量不同而異。通常又下面的經驗式確定：
= =12.7(cm)
式中 ——轉爐公稱容量，t。
③ 出鋼口襯磚外徑： =6=6×0.127=0.762(m)
④ 出鋼口長度7=7×0.127=0.889(m)
（9）爐身尺寸的計算
①爐膛直徑
爐膛直徑d膛=d=3.38(m) （無加厚段）
②轉爐總容積
根據選定的爐容比v／t = 1.05可求出：
v總=1.05×50 = 52.5（m3）
③爐身容積
爐身容積：
④爐身高度：
爐身高度：根據公式計算可得： =
⑤爐型內高
=1.1.3 底部供氣構件的設計
本設計為增加廢鋼型頂底復合吹煉法。不僅在轉爐底部布置噴吹惰性氣體或中性氣體n2來加強攪拌，還考慮在轉爐底部噴吹小部分燃料與氧氣。為爐膛提供更多熱量，補償廢鋼加入所吸收的熱量，使轉爐冶能夠煉順利進行。
(1) 底氣用量
在底部吹n2、ar、co2等氣體時，供氣強度小於0.03 m3/（t·min），其冶金特點接近頂吹法；達到0.2～0.
3m3/（t·min），則可以降低爐渣和金屬的氧化性，並達到足夠的攪拌強度。最大供氣強度一般不超過0.3 m3/（t·min）。
全程吹ar，成本太高；全程吹n2，又會增加鋼中的氮。所以，本設計採用底部全程供氣，但是前期吹n2，末期再改吹ar；供氣強度為0.2 m3/(t·min)。
(2) 供氣構件
根據本設計的底部噴吹n2和ar，選擇磚型供氣元件，且為瀰散型透氣磚。
1.2 轉爐爐襯設計
爐襯設計的主要任務是選擇合適的爐襯材質，確定合理的爐襯組成和厚度，並提出相應的磚型和數量，以確保獲得經濟上的最佳爐齡。
1.2.1 爐襯材質的選擇
目前常用的工作層襯磚有：瀝青結合鎂磚，含碳量為5～6%；燒成浸漬鎂磚，含碳量為2%左右；焦油或瀝青結合的白雲石磚，含碳量約2%；瀝青或樹脂結合的白雲石碳磚，含碳量為7～15%；瀝青或樹脂結合的鎂碳磚（加入或不加防氧化劑），含碳量通常為10～25%。
現在，氧氣轉爐爐襯材質普遍使用鎂碳磚，爐齡有明顯提高。但由於鎂碳磚成本較高，因此一般只將其用在諸如耳軸區、渣線等爐襯易損部位，即爐襯工作層採用均衡爐襯，綜合砌爐。
1.2.2 爐襯的組成和厚度的確定
通常爐襯由永久層、填充層和工作層組成。有些轉爐則在永久層與爐殼鋼板之間夾有一層石棉板絕熱層。永久層緊貼爐殼，修爐時一般不予拆除。
該層用鎂碳磚砌築。填充層介於永久層與工作層之間，用焦油鎂磚沙搗打而成，厚度約為80～100mm。工作層用鎂碳磚和焦油白雲石磚綜合砌築。
爐帽用二步煅燒鎂磚。其選擇依據為表1-3。
一般爐身工作層厚度為400～800㎜，爐底工作層比爐身稍薄，約350～600㎜，填充層為60～100㎜，爐身永久層為113～200㎜，多數為 113～115㎜，爐底永久層為300～500㎜，轉爐各層爐襯厚度如表：
表1-3 轉爐容積和工作層對照表
根據50t轉爐爐襯襯材，本設計爐襯採用表1-4所示值。
表1-4 本設計轉爐爐襯厚度值
1.3 轉爐爐體金屬構件設計
1.3.1 爐殼
爐殼通常由爐帽、爐身和爐底三部分組成。
爐殼的材質力求抗蠕變強度高、焊接效能又好的材料。本設計採用鍋爐鋼板製作爐殼。根據一些爐子的爐殼尺寸，該處選為：爐帽鋼板45mm、爐身鋼板50mm、爐底鋼板45mm。
綜上所述，轉爐總高：
=1.99+3.19+0.98+(0.35+0.08+0.5+0.045)=7.21 m；
轉爐外殼直徑：
=3.38+2×(0.08+0.13+0.05)+0.6+0.55 =5.15 m。
驗算高徑比： =1.40，符合要求的範圍，也與取值相符。由上述資料可畫出轉爐爐型圖(見附錄圖1)。
1.3.2 支承裝置
託圈選取大型轉爐剖分式焊接託圈。其具體尺寸見下表1-5。
表1-5設計中的託圈尺寸
爐殼與託圈的連線選用吊掛式連線裝置。該結構是用螺栓將爐殼吊掛在託圈上，三個螺栓在圓周上呈120布置，且與焊在託圈蓋板上的支座絞接。
耳軸要受多種負荷的作用，必須有足夠的強度和剛度。該處耳軸選用合金鋼，且耳軸直徑為800mm，耳軸軸承採用雙列向心滾子軸承。
1.3.3 傾動裝置
該處轉爐採用電動機一齒輪傳動方式。且傾動速度為0.5r/min，傾動角度為±360，無極調速。
2 轉爐氧槍設計及相關引數計算
2.1 氧槍噴頭尺寸計算
噴頭是氧槍的核心部分，其基本功能可以說是乙個能量轉換器，它將氧管中氧氣的高壓能轉換為動能，並通過氧氣射流完成對熔池的作用。而氧氣射流的引數主要由噴頭引數所決定。
2.1.1 噴頭主要引數計算公式
(1) 氧流量計算
氧流量是指單位時間通過氧槍的氧量（nm3/min）。氧流量的精確計算應根據物料平衡求得。簡單計算氧流量則可用下式：
nm3/min
對於普通鐵水，每噸鋼耗氧量為55～65nm3/t，對於高磷鐵水，每噸鋼耗氧量為60～69nm3/t。本設計取65 nm3/t.
(2) 噴頭孔數
現代轉爐氧槍都用多孔噴頭。一般中、小型轉爐用三孔或四孔噴頭，大型轉爐用五孔或五孔以上的噴頭。
(3) 理論計算氧壓及噴頭出口馬赫數m
理論計算氧壓（又稱設計工況氧壓）是指噴頭進口處的氧氣壓強，近似等於滯止氧壓，它是噴頭設計的重要引數。噴頭出口馬赫數m是噴頭設計的另乙個重要引數，目前國內外氧槍噴頭出口馬赫數m多選用2.0左右。
m值與滯止氧壓和噴頭出口壓力p的比值（p/）有確定的對應關係。如圖2-1。
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