转炉设计
炼钢工艺的过程状态造成直接观察到转炉内所发生的一切几乎是不可能。目前，还没有数学模型能完整的描述高温冶金及流体动力学过程。从转炉炼钢诞生开始便不断的对其进行研究改进，故此对冶金反应的了解更全面。然而，下面的两个例子清楚地表明还有许多凋研工作要做。
炉底搅拌风口的位置仍有待优化。这些风口对钢水提供更好的搅拌效果，更快的降低碳含量，应该能缩短冶炼周期。然而，今天风口的最佳位置和数量是建立在经验的基础上。为了更深人的了解，国外有人在2000年进行了调研工作，很快发现，高温流体动力学过程的描述是非常复杂的，而且只有进行许多假设才可行，例如，只能近似的描述气泡及它们与钢水的反应。
对吹炼过程中转炉摆动的数学描述仍需要详细阐述，尤其是那些底吹或侧吹工艺，它们的摇动非常剧烈。这些震动是由自发过程引起。吹氧过程中引入的能量促使该系统以极低的艾根频率摆动，通常为0，5—2．0Hz。能够描述这种非线性化学／力学上的流体动力学系统的数学模型的发掘工作还没有完成。
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。
转炉寿命
世界经验表明，因长期的变形，转炉寿命是有限的。当炉壳碰到托圈时转炉便走到了终点，通常是20～25a。这个变形是由蠕变引起的。蠕变是高温环境下(>350℃)材料的典型行为。蠕变变形与温度、应力水平和所用材料有关。只有有限的几种可行方法能延长转炉寿命，如冷却炉壳、材料选择和生产操作等。
冷却系统
原则上，设备的强制冷却并不是绝对必要的，自然通风冷却已经足够了。许多实际应用证明了这一点。然而，强制冷却降低了设备温度，对减轻蠕变变形有积极的效果，从而延长了耐火材料的寿命，保证了在生产温度下有更高的屈服强度。一些钢厂对转炉壳应用了冷却系统，如水冷、强制通风、复合气水冷却(气雾冷却)等。最有效的冷却手段是水冷。
