1.1.1转炉炉型设计概述
（1）公称容量及其表示方法
公称容量（shenhT），对转炉容量大小的称谓。即平时所说的转炉的吨位。
（2）炉型的定义
转炉炉型是指转炉炉膛的几何形状，亦即指由耐火材料切成的炉衬内形。
炉型设计内容包括：
炉型种类的选择；炉型主要参数的确定；炉型尺寸设计计算；炉衬和炉壳厚度的确定；顶底复吹转炉设计。
1.1.2炉型种类及其选择
（1）炉型种类
根据熔池（容纳金属液的那部分容积）的形状不同来区分，炉帽、炉身部位都相同，大体上归纳为以下三种炉型：筒球形、锥球形和截锥形。 ①筒球形炉型：该炉型的熔池由一个圆筒体和一个球冠体两部分组成，炉帽为截锥体，炉身为圆筒形。其特点是形状简单，砌砖简便，炉壳容易制造。在相同的熔池直径D和熔池深度h的情况下，与其他两种炉型相比，这种炉型熔池的容积大，金属装入量大，其形状接近于金属液的循环运动轨迹，适用于大型转炉。
②锥球形炉型（国外又叫橄榄形）：该炉型的熔池由一个倒置截锥体和一个球冠体两部分组成，炉帽和炉身与圆筒形形炉相同。其特点是，与同容量的其他炉膛相比，在相同熔池深度h下，其反应面积大，有利于钢、渣之间的反应，适用于吹炼高磷铁水。
③截锥体炉型：该炉型的熔池有一个倒置的截锥体组成。其特点是，形状简单，炉底砌筑简便，其形状基本上能满足于炼钢反应的要求。与相同容量的其他炉型相比，在熔池直径相同的情况下，熔池最深，适用于小型转炉。
结合中国已建成的转炉的设计经验，在选择炉型时，可以考虑：
100～200t以上的大型转炉，采用筒球形炉型；
50～80t的中型转炉，采用锥球形转炉；
30t以下的小型转炉，采用截锥体转炉。
1.1.3转炉炉型主要参数的确定
迄今为止，国内外还没有一套完整的转炉炉型的理论计算公式，不能完全从理论上确定一个理想的转炉炉型和炉型各部分尺寸参数。现有的公式都属于经验公式。目前国内各厂进行转炉炉型设计时，一般都是采用“依炉建炉”的设计方法。即通过考察和总结同类转炉的长期生产情况和较先进的技术经济指标，结合采用经验公式和进行可行的模拟试验，再结合当地的条件做适当的修改，来确定转炉的炉型尺寸。
转炉炉型的主要参数的确定方法，通常采用推荐的方法。
①直接推荐各参数的数值范围。
②推荐经验计算公式。
以下为北京钢铁设计研究总院推荐的一套经验公式。
主要参数包括：V/T、H/D、h/D、d0/D、θ，出钢口参数（dT、β、LT）。对这些参数的确定需要持慎重态度，在进行炉型设计时，要仔细考虑确定这些参数，才能使设计出来的转炉炉型比较合理，满足工艺要求。
（1） 炉容比（V/T，容积比或容积系数）
炉容比V/T是指新炉时，转炉炉膛有效容积V与公称容量T的比值（m3/t）。
意义：单位公称容量所占有的炉膛有效容积（也叫工作容积）的大小。它是炉型参数中一个最重要参数。它决定了转炉吹炼容积的大小。炉容比对吹炼操作、喷溅、炉衬寿命都有很大的影响。
根据炼钢工艺设计技术规定，要求转炉新砌炉衬的炉容比V/T应在0.9～0.95m3/t，小容量转炉取上限，大容量转炉取下限。中国设计部门推荐，炉容量越大，炉容比越小。下表为
不同转炉炉容比的情况。
使用条件：90%～95%的铁水比，采用废钢矿石法冷却，使用部颁标准P08生铁，供氧强度B在火油草3～4m3/(t·min)。
不同转炉炉容比
炉容量/t | 小型转炉＜30 | 中型转炉30～100 | 大型转炉 |
100～200 | ＞200 |
炉容量比（m3/t） | 1.00～1.05 | 0.95～1.00 | 0.90～1.0 | 0.90～0.95 |
| | | | |
不锈钢钝化
最近几年，建设炉容比V/T有增大的趋势，主要原因为采用了较大的供氧强度，V/T设计值比推荐值大些，例如：太钢50t转炉为0.98 m3/t，包钢50t转炉为0.99 m3/t，马钢50t转炉的V/T为0.975 m3/t，武钢50t转炉的V/T为0.95 m3/t本草茶，攀钢120t转炉的V/T为1.02 m3/t，20t转炉定型设计为1.03 m3/t，15t转炉定型设计取1.03～1.21 m3/t。
上述数据与实际比较接近，通常V/T在0.95～1.05 m3/t，通常V/T增大的原因是采用了较大的供养强度，吹氧时间缩短，
炉容比还可以采用经验公式计算：
式中，ω（C）:铁水含碳量，%。
ω（Si）:铁水含硅量，%。
ω（P）:铁水含磷量，%。
B:供氧强度， m3/(t·min)。
（2） 高宽比（H/D）
表示方法：H内/ D膛，炉型的高宽比；H/D，炉壳的高宽比，两种的表示方法，相差一个炉衬厚度。
高宽比是反映炉型形状的另一个重要参数，决定了炉型是瘦长型还是短胖型。
经验证明，高宽比H/D<1.3则得不到防止喷溅的起码高度，国内高宽比不小于1.3。
炼钢工艺设计技术规定，要求炉壳的高宽比H/D应在1.35～1.65范围，小容量转炉取上限，大容量转炉去下限。
中国设计部门推荐的不同吨位转炉高宽比如下表所示：
吨位/t | 25～60 | 80～130 | >130 | 宝钢300 |
H壳/D壳 | 1.6～1.5 | 1.5～1.4 | 1.4～1.3 | 1.35 |
H内/D膛 | 2.2～1.85 | 1.85～1.6 | 1.6～1.4 | 1.54 |
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高宽比可以采用经验公式计算：
式中，H内/D：炉膛内高直径比；
T:公称容量，t；
B：供氧强度，m3/(t·min)。
注意：设计时不能用高宽比计算尺寸，而是用高宽比值来校核所设计的炉型是否合理，炉型尺寸另有计算公式。
（3） 熔池深度直径比（h/D）
熔池深度h：熔池处于静止状态时金属液面到炉底的深度。
熔池直径D：熔池处于静止状态时金属液面的直径。
根据实际经验，大多数转炉的h/D在0.23～0.54范围内波动，一般h/D为0.31～0.33。
熔池深度直径比h/D可以用下面公式计算：
式中，K—H内/D。
（4） 炉口直径比（d0/D）
d0为炉口直径。因为在确定炉口直径比之前D已经确定，所以炉口直径比的大小决定炉口的大小。
总结已投产的转炉，炉口直径比在0.31～0.69范围内波动，多数在0.5左右。
设计部门推荐d0/D=0.43～0.53；大型转炉取下限，小型转炉取上限。
炉口直径比可用下式计算：
式中，K：H内/D；
T：公称容量，t；
S:按月计最大废钢比。
（5） 帽锥角（θ）
指炉帽锥与炉身交接处，炉帽与转炉水平线之间的夹角。
确定θ的原则如下：
①便于炉气逐渐收缩逸出，减少炉气对炉帽衬砖的冲刷侵蚀。
②使炉锥段各层砌砖逐渐收缩，缩短砌砖的错台长度，增加砌砖的牢固性。如果θ值太小，砌砖错台太长容易塌落。
推荐值θ=60°～68°。大型转炉取下限，小型转炉取上限。一般炉帽部分的体积占炉膛体积的30%。
（6） 出钢口参数（位置、太小、长度和出钢口倾角β）
①出钢口位置。出钢口位置通常设在炉身与炉帽耐火材料的交接处。
②出钢口倾角β。原则上讲应在开堵出钢口方便的情况下尽量减少β，国内已建成的转炉多数β值在15°～20°之间。如太钢50t转炉为19°，鞍钢150t转炉为20°，攀钢150t转炉为20°。近几年新建大、中型转炉有些采用0°角。
减少出钢口倾角的优点如下：
a．可以缩短出钢口长度，便于维护。
b．可以缩短钢流长度（出钢口至钢包的距离），减少钢流的吸气和散热损失。
c．出钢时炉内钢水不发生漩涡运动，避免钢流夹渣。
d．出钢时钢包车行走距离短，出钢口倾角大，则行车距离长。
③出钢口直径
a．出钢口内径（dT），其大小要满足出钢所需要的时间（2～8min，依转炉大小而不同，一般5min左右），出钢口内径推荐值如下表所示：
拟合直线容量/t | 15 | 30 | 50 | 120 | 150 | (宝钢)300 |
dT/m | 0.10 | 0.11 | 0.12 | 0.17 | 0.18 | 0.20 |
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出钢口内径也可以采用经验公式计算：
式中，T为公称吨位。
b．出钢口外径（衬砖+炉壳的厚度）dST.出钢口外径一般为出钢口内径的6倍左右。即：dST=6dT。
④出钢口长度LT。出钢口长度一般为出钢口内径的7～8倍，即
LT=(7～8) dT
上述参数确定后，就可以进行炉型各部分尺寸的设计计算了。
注：不能用H/D，h/D计算炉型尺寸，只能用其校核设计尺寸是否合理。
1.1.4转炉设计计算
设计程序：
①确定所设计炉子的公称容量；
②选择炉型（筒球形、锥球形、截锥形）；
③确定炉型主要设计参数；
④计算熔池尺寸；
⑤确定整个炉型尺寸。
（1） 熔池尺寸的计算
在炉型尺寸的计算中首先要确定熔池尺寸，主要是熔池直径和熔池深度的计算确定，它是炉型尺寸中两个最重要的尺寸参数。熔池直径和深度计算出来后要校核h/D是否合乎要求，否则应重新调整熔池直径和熔池深度值，直至h/D合乎要求为止。
1 熔池直径（D）。中国设计部门推荐采用如下计算公式：
式中
D:熔池直径，m；
G:新炉金属装入量，t；
t:吹氧时间，min；
K：比例系数，取值如下表所示。
吨位/t | <20 | 30～50 | 50～120 | 200 | 250 |
K | 2.0～2.3 | 1.85～2.10 | 1.75～1.85 | 1.55～1.60 | 1.5～1.55 |
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由平均出钢量T换算G：
式中，T：平均出钢量，t；
B：老炉比新炉多产刚系数。一般B=10%～40%，大型转炉取下限，小型转炉取上限。
η：金属消耗系数，一般P08手动调速永磁耦合器生铁η=1.07～1.15；J13生铁η=1.15～1.20。
η=1/η金
η金：金属收得率。
吹氧时间的计算如下。
吹氧时间推荐值如下表：
转炉吨位/t | <50 | 50～80 | >120 | 宝钢300 |
时间t/min | 12～16 | 14～18 | 16～20 | 16 |
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（2） 熔池深度（h）
它是另一个比较重要的熔池尺寸参数，对于一定容量的转炉，在炉型和熔池直径确定以后，可以利用几何公式计算熔池深度。
a． 截锥形熔池。利用截锥形的体积公式：
b． 筒球形熔池.
c． 锥球形熔池
熔池直径H已求出，若能知道V池就可以用以上公式求出各种炉型的h值。
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：新炉金属装入量占有的体积；V金=G/ρ金，ρ金为金属液密度，取6.8～7.0t/m3。
求出D和h后，校核：h/D是否符合推荐值h/D=0.31～0.33；校核h冲/h，h冲氧流股的冲击深度，h应满足h冲的需要，对多孔喷头h冲/h=0.25～0.4为宜。
多孔喷头的h冲经验计算公式如下：
式中，H多孔：喷头距熔池液面高度（位），mm；
d喉：喷头喉口直径，mm；
ρ钢：钢液密度，t/m3；
P用：氧气使用压力（表压），kgf/cm2（1kgf/cm2=98066.5Pa）
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