2.2 Определение основных размеров конвертера

     Внутренний  диаметр D_вн конвертера, глубина жидкой  ванны в спокойном состоянии h и общая высота H₁/ D_вн зависят от его садки.

     Толщину футеровки конвертера обычно принимают: конусной части 508 – 888 мм; цилиндрической части 711 – 990 мм; днища 748 – 1220мм.

     При садке 150 т: D_вн = 4,93 м, h = 1,5 м; H₁/ D_вн = 1,4.

     Тогда высота рабочего пространства равна

     H₁ = 4,93* 1,4 = 6,9 м.

     Диаметр горловины принимаем равным

     D_г = 0,55 D_вн = 0,55 * 4,93 = 2,7 м.

     Высота  наклона горловины при угле ее наклона α = 60° равна

     H_г = 0,5 (D_вн – D_г) tg 60° = 0,5 (4,93 – 2,7) * 1,732 = 1,93 м.

     Объем конвертера находим по упрощенной формуле

     V = π D_вн² * H / 4 = 3,14 * 4,93² * 6,9 / 4 = 131,65 м³.

     Принимая  толщину футеровки днища равной δ_ф = 1 м и толщину кожуха δ_кож = 0,03 м, определим общую высоту конвертера

     H = 6,9 + 1 + 0,03 = 7,93 м.

     Наружный  диаметр конвертера при средней толщине футеровки стен δ_ф.ст. = 0,85 м и толщине кожуха δ_кож = 0,03 м равен

D_нар = 4,93 + 2 * 0,85 + 2 * 0,03 = 6,69 м. 
 
 
 
 
 
 

     

     

      2.3. Расчет кислородной фурмы

 

      При расчете материального баланса  было найдено, что расход технического кислорода на 1 т садки должен быть равен 52,143 м³. Общий расход кислорода на садку 150 т должен быть равен 52,143 ×150= 7821,45 м³. Принимая интенсивность продувки равной 8,38×10^-5 м³/(кг×с) найдем, что расход кислорода равен

      8,38×10^-5×150×10³ = 12,57 м³/с.

      Тогда продолжительность продувки равна  

      7821,45:12,57=  622,23 с (10,37 мин).

      Длительность  паузы между продувками примем равной 1080 с (18 мин). Тогда общая продолжительность цикла равна 622,23 + 1080 = 1702,23 с (28,33 мин).

      Массовый  расход технического кислорода на садку 150 т равен

      7,076:100×150×10³ = 10614 кг

      (здесь  7,076 кг — масса технического кислорода, расходуемого на 100 кг садки, заимствована из материального баланса), а его секундный расход

      10614: 12,24:60 = 14,45 кг/с.

      Далее, задаваясь величиной давления технического кислорода в цехе, р₁ = 10⁶ Па, определяем давление кислорода перед фурмой.

      При этом через продувочную фурму  необходимо подавать кислород с расходом G= 14,45 кг/с по стальным трубам с диаметром d = 0,2 м. Температура Т₁ = 293 К, длина трубопровода l_тр = 100 м. Коэффицент кинематической вязкости для кислорода n = 15,7×10^-6 м²/с.

  Плотность кислорода в начале трубопровода:

  r₁ = р₁/ RT = 10⁶ / 260×293 = 13,13 кг/м³,

  где R – универсальная газовая постоянная, равная для кислорода 260 Дж/(кг×К).

  Скорость  движения в начале трубопровода

  W₁ = G/ r₁×f = 14,45 / (13,13×p×0,2²/4) = 35,05 м/с.

  Определяем  коэффициент трения в трубопроводе, для чего найдем число Рейнольдса:

  Re = W₁×d/n = 35,05×0,2/ 15,7×10^-6 = 4,46×10⁵.

  Согласно  данным табл. 4. абсолютная шероховатость стальных умеренно заржавевших труб равна D=0,5 мм, а коэффициент трения равен:

  l = 0,11(D/d_пр + 68/Re)^0,25 = 0,11(0,5×10^-3/0,2×10^-1 + 68/5,23×10⁵)^0,25 = 0,044.

  Таблица 4.

  Основные  значения шероховатости стенок и  каналов труб.

  Давление  кислорода перед фурмой находим  как

р₂ = = =0,81 МПа.

      Для упрощенных расчетов диаметра цилиндрического сопла шестисопельной фурмы можно воспользоваться формулой Б. Л. Маркова

      d = 7,13× =  7,13 =  13,43 мм,

      где V_Ф — расход кислорода на фурму, м³/с.

      2.4. Тепловой баланс

      Приход  тепла

      1. Тепло, вносимое чугуном (t_Ч = 1300°С)

      Q_ч = 150×10³×0,82 [0,745×1200 + 217,22 + 0,837 (1300 — 1200)] = 147036,66 * 10³ кДж =147,03 ГДж.

      2. Тепло, вносимое скрапом (t_СК = 20°С)

      Q_CK = 0,469×150×10³×0,18×20 = 253,26 * 10³ кДж = 0,253 ГДж.

      3.  Тепло экзотермических реакций

      (Здесь 3-й столбец чисел - тепловые эффекты реакций окисления).

      4. Тепло шлакообразования

      SiO₂ ® (CaO)₂×SiO₂   0,021 ×150•10³:28•60•2,32 = 15660

      Р₂О₅ ® (СаО)₃×Р₂О₅ ×СаО    0,007544•150×10³:62×142 • 4,71 = 12207,04

      Q_шл.об = 27867,04 МДж = 27,867 ГДж.

      Расход  тепла

      1. Физическое тепло стали

      Q_CT = 0,90037×150×10³ [0,7×1500+ 272,16+ 0,837(1600-1500)] = 189,869 ГДж.

2. Физическое тепло стали, теряемой со шлаком

Q_CT-шл = 0,005×150×10³ [0,7×1500 + 272,16 + 0,837(1600 -1500)] = 1,054 ГДж.

      3.  Физическое тепло шлака                          

      Q_шл = 0,192695 ×150×10³(1,25×1600+209,35) = 63,86 ГДж.

      4.  Тепло, уносимое газообразными продуктами реакций с температурой t_ух = 1550 °С

      Здесь 2-й столбец - энтальпия газов при  t_ух  =1550°C.

      Q_yx = 0,068177×150×10³× 3212,25×10³ = 32,85 ГДж.

      5.  Тепло, теряемое с уносимыми  частицами Fе₂О₃

      Q _Fе2О3 = 0.009429 •150 • 10³ (1,23 • 1600 + 209,36) = 3,08 ГДж.

      6.  Потери тепла излучением через  горловину конвертера:

      во  время продувки

      Q_изл1=5,7[((1600+273)/100)⁴-((30+273)/100)⁴]×3,14×2,7²×622,23/4=2496184=2,496ГДж;

      во  время паузы

      Q_изл2 = 5,7[((1500+273)/100)⁴ - ((30+273)/100)⁴]×3,14×3,7²×1080 /4 = 6600915 = 6,6 ГДж;

      Суммарные потери тепла излучением

      Q_изл = 2,496 + 6,6 = 9,096 ГДж.

      7. Тепло, аккумулируемое футеровкой  конвертера.

      Вовремя паузы внутренние слои футеровки конвертера охлаждаются, отдавая тепло излучением через горловину, а во время продувки снова нагреваются, аккумулируя тепло. Расчет этой величины проводят методом конечных разностей.

      Для упрощения расчетов принимаем, что  температура внутренней поверхности  футеровки и толщина последней везде одинаковы (d_нач = 0,9 м для новой и d_кон=0,45 м для изношенной футеровки). Поскольку наибольшие потери будут при тонкой футеровке, принимаем в расчете, что периклазошпинелидная футеровка имеет толщину d_ф = 0,45 м.

      В первом приближении принимаем распределение температуры по толщине футеровки в конце периода продувки линейным, причем t_вн =1500°С, а t_нар =400°С. Тогда при средней температуре футеровки t_ф = 0,5 (1500+400) = 950 °С коэффициент теплопроводности периклазошпинелидной футеровки равен l_ф = 4,17—0,0011×950= 3,125 Вт/(м×К).