转炉炉壳

在转炉的机械部分中，容纳钢水的是内衬耐火材料的炉壳。这些耐火材料表现出复杂的非线性的热粘弹缩性行为。与钢壳非线性接触。人们对钢壳自身的行为或多或少的了解一些，描述这种随温度而变化的弹塑性材料及它的蠕变效应是可能。然而，钢壳与耐火材料间的相互作用仍然有许多未知的东西。转炉设计更大程度上被视为艺术而不是科学，然而，经验的积累、材料的改进及计算机技术的应用都有助于更好的理解、设计这个机构。

在优化炉壳设计方面存在几个标准。最重要的一个是耐火材料所包围的内容积。为了拥有最大的反应空间，实现最佳的冶金过程，这个容积应该在可用空间范围内达到最大化。在进行比较时使用反应空间与钢水质量的比值，这个比值一般为近似1．0m3／t。然而，因不断地追求以最低的投资提高炼钢设备的生产率，导致钢厂在保持原有炉壳不变的情况下加大了装入量，这就降低了这个比值。其后果是严重的喷溅——倾向于炉容比降到0．7-0．8m3／t时发生。今天，转炉本体的形状，即上下锥角、径高比等由炼钢者决定，或者由现有装备确定，如烟气系统、倾转轴高度、倾动驱动等。因此，在设计新炉时，只有少量的参数可以改动。

现代转炉由带有炉头铁圈的上部锥体、桶状炉身和采用碟形底的下部锥体构成。近几年．拆掉了上下锥与炉身之间、下锥与炉底之间的关节构件。生产经验表明，这些区域的应力没有最初设想的那么严重，可以通过使用优质炉壳材料解决，故上述做法是可行的。

炉壳设计准则

设计过程的一个重要步骤是炉壳结构校验，即应力与变形计算，并与所允许极限值进行比较。像转炉这样的冶金容器，其设计无需满足特定的标准。在转炉设计艺术的演变历程中，最初的炉壳设计参照了锅炉和压力容器的设计标准。依此设计的产品的成功投产表明了这些标准也适用于炼钢生产实践。然而，转炉毕竟不是压力容器，其内部压力来源于耐火材料的热膨胀，而不是锅炉中的液体或者气体，而且，诸如裂纹等破损也不会导致像高压容器那样发生爆炸。这也是为什么转炉的设计没有完全遵循压力容器设计标准的所在。

炉壳厚度

传统压力容器壁厚度的选取主要以内部压力为依据。然而，在转炉上，这个压力是不能确切计算的，其原因是由耐火材料与炉壳之间的作用和生产操作两方面因素确定的。在决定炉壳厚度时，其它载荷、因素也要考虑在内，主要包括：因设备、耐火材料和钢水重量引起的机械载荷；炉壳与耐火材料衬相互作用产生的内部压力，即二次压力；由外力，如动态质量效应、兑铁水、加废钢、出钢等造成的机械载荷；炉壳上的温度与温度梯度；炉壳在温度作用下变形，在悬挂系统上引起机械载荷；因炉壳、悬挂系统温度分布不均，使炉壳产生二次应力。

AISE的第32小组委员会曾试图给出一个简单的“菜谱”程式来计算炉壳厚度。但有的研究表明，在确定炉壳厚度方面，定义一个简单的程式或者准则是不可能。这些准则在已经证实的基础上可以用来确定炉壳，然而，引入的力，例如来自悬挂系统的力，必须用有限元法进行详尽地计算。国外开发的悬挂系统是静定的，因此该系统内的所有载荷均能精确计算。这个特征的优点是能非常准确地计算出局部应力和变形。