Расчет размеров внутренней полости конвертера

Размеры конвертера в значительной мере определяют технико-экономические показатели плавки. При определении размеров конвертера должны быть учтены основные параметры дутьевого режима, характер циркуляции ванны, состав чугуна и т.д. В предлагаемой схеме расчета использованы работы советских ученых
В.И. Баптизманского, В.Б. Охотского, В.И. Явойского и др. [2] – [5], а также некоторые разработки кафедры «Металлургия черных металлов» ЛПИ им. М.И. Калинина. Обоснование расчетных формул приведено в прил. 1.

Исходными данными для расчета служат: емкость конвертера
G (т), удельная интенсивность продувки ванны кислородом
i (м³/(т · мин)), содержание кремния Si (%) и марганца Mn (%) в чугуне. При Mn < 0,5 % в расчетных формулах используется значение С _Mn = 0,06, при Mn 0,5 значение С _Mn = 0,1.

Расчет начинается с определения числа сопел n в фурме. С увеличением емкости конвертера и удельной интенсивности продувки число сопел в фурме должно расти. Это необходимо для того, чтобы рассредоточить реакционную зону по объему конвертерной ванны. Однако число сопел более 9 не рекомендуется, так как вследствие осложнения условий охлаждения резко снижается стойкость наконечника фурмы. При расчете n удобно исходить из базового, оптимального варианта продувки. В качестве базового принят конвертер емкостью G _о = 250 т, работающий при удельной интенсивности продувки i _o = 2 м³/(т · мин) с числом сопел в фурме n _o = 3.

При равенстве заданной и базовой удельных интенсивностей продувки i = i _o должно соблюдаться равенство удельных поверхнос­тей реакционных зон:

n _o S _{р. з. o} / G _o = n S _{р. з} / G, (4.1)

где S _{р. з. o} и S _{р. з} – поверхность реакционной зоны, создаваемой в ванне кислородной струей, истекающей из одного сопла фурмы, в конвертерах базовой G _o и заданной G емкостей.

С увеличением интенсивности продувки (i > i _o) должна пропорционально возрастать и удельная поверхность реакционной зоны. При равенстве емкостей конвертера G = G _о должно соблюдаться равенство

n _o S _{р. з. o} / i = n S _{р. з} / i _о. (4.2)

Поверхность реакционной зоны конвертера имеет сложную конфигурацию, и полный расчет ее не может обойтись пока без грубых допущений. Тем не менее с учетом практических соотношений (см. прил. 1) и уравнений (4.1) и (4.2) расчетная формула для числа сопел в фурме приобретает вид

.

Найденное значение n округляется до целого числа.

В данном расчете значение h _з (см. рис. 4.1) принимается равным глубине спокойной ванны. Для многосопловых фурм глубина спокойной ванны зависит от расхода кислорода на одно сопло G i / n, скорости и плотности кислорода в выходном сечении сопла. Поскольку последние в производственных условиях изменяются мало, то h _з, м, определяется по формуле

h _з = 0,36 (G i / n)^0,3.

δ

δ

В период интенсивного обезуглероживания металл в центральной части вспененной конвертерной ванны сечением S _ц перемещается под действием пузырьков окиси углерода вверх, а в периферийной зоне сечением S_n – вниз. В расчете принято, что S _ц = и
S _ц = S_n. Это приводит к соотношению d ₂ / d ₃ = . Отсюда следует, что при средней плотности металла за плавку, равной 6,9 т/м³:

d ₂ = 0,501 (G / h ₃)^0,5.

d ₃ = d ₂ / .

Рис. 4.1. Профиль конвертера

Диаметр горловины конвертера d ₁, м, выбирается как большая величина из результатов расчета d ₁, м, по формуле, учитывающей условия загрузки лома:

d ₁ 0,22 G ^0,5,

и d ₃, м, по формуле, учитывающей условия выхода из горловины конвертерных газов:

d ₃ 0,12(i G)^0,5.

Угол α, рад, находим с учетом конструктивных соображений:

().

K = 0,05 для G ≤ 250 т; K = 0,03 для G > 250 т.

Определив угол α, находим h ₁, м:

h ₁ = (d ₂ – d ₁) / 2tg (α/2).

Высота внутренней полости конвертера над уровнем спокойного металла (h ₁ + h ₂) должна быть такой, чтобы не допустить выбросов. Подъем вспененного металла при продувке зависит от емкости конвертера, параметров дутья, состава чугуна и других менее значимых факторов.

h ₁ + h ₂ ≥ , м.

Определив сумму значений высот h ₁ и h ₂ и используя уже найденное значение h ₁, находим высоту цилиндрической части конвертера h ₂.

Статистическая отработка размеров работающих конвертеров дает примерно следующую зависимость общей толщины футеровки цилиндрической части от емкости конвертера:

. (4.3)

Соотношения отдельных размеров конвертера должны удовлетворять требованиям технологии, экономики и конструктивных решений. Отношение общей высоты h _S внутренней полости конвертера к диаметру d ₂ цилиндрической части рекомендуется выдерживать в пределах 1,2–1,5, а удельный объем V _S / G – в пределах 0,8 ÷ 1,0 м³/т (ГОСТ 20067–74):

h _S / d ₂ = (h ₁ + h ₂ + h ₃) / d ₂;

где V _∑ измеряется в метрах.

Суммарную площадь теплоотдающей поверхности кладки конвертера S _∑ можно определить по контурам профиля, проведенного по середине футеровки конвертера. Соответствующим высотам и диаметрам фигур профиля присвоим индекс «ср» (средний).

b = 2 arctg (0,146 d ₂ / h ₃);

d _1ср = d ₁ + b cos (a/2);

d _2ср = d ₂ + b.

d _3ср = d ₃ + b tg [(p – b)/4];

h _1ср = h ₁ – d [tg (a / 4) – sin (b/2)] / 2;

h _2ср = h ₂ + d [tg (a / 4) + tg (b/4)] / 2;

h _3ср = h ₃ + d /2 – d tg (b/4) / 2.

где b измеряется в радианах; d _1ср, d _2ср, d _3ср – в м; h _1ср, h _2ср, h _3ср – в м.

где – суммарная площадь теплоотдающей поверхности кладки конвертера, м; S ₁, S ₂, S ₃ – боковые поверхности фигур, состав­ляю­щих средний профиль конвертера: S _дн – расчетная теплоотдающая поверхность днища.

Ниже приводится расчет размеров и теплоотдающей поверхнос­ти конвертера вместимостью 250 т с заданным значениями:

i = 4 м³/(т · мин); Si = 0,7%; Mn = 0,8 %.

n = 3(4/2)^1,2 · = 6,89.

Принимаем n = 7.

h ₃ = 0,36 · (250 · 4/7)^0,3 = 1,60 м;

d ₂ = 0,501 · (250/1,60)^0,5 = 6,26 м;

d ₃ = 6,26/ = 4,43 м;

d ₁ = 0,22 · 250^0,5 = 3,48 м;

d ₁ = 0,12(4 · 250)^0,5 = 3,79 м.

Принимаем d ₁ = 3,79 м.

α = 60 – 0,05 · 250 = 47,5 рад;

h ₁ = (6,26 – 3,79) / 2 tg (47,5/2) = 2,81 м.

При Mn = 0,8 % значение С _Mn = 0,1

м;

h ₂ = 7,11 – 2,81 = 4,30 м;

δ = 0,142ּ250^0,33 = 0,88 м;

h _∑ / d ₂ = (2,81 + 4,30 + 1,60) / 6,26 = 1,39;

V _∑ / G = 225,4 / 250 = 0,90;

S _∑ = 58,20 + 101,16 + 41,99 + 19,17 = 220,5 м².

Дата добавления: 2015-07-18