Пояснения к расчету размеров внутренней полости конвертера

Основными размерами, определяющими профиль конвертера, является глубина металла h ₃ в спокойном состоянии (см. рис. 4.1) и высота вспенивания металла (h ₁ + h ₂). Если определены значения h ₃ и d ₂/ d ₃, то из формулы объема усеченного конуса можно найти размеры нижней части конвертера любой заданной ёмкости. Размеры верхней части профиля конвертера находим из высот h ₁ + h ₂, диаметра горловины d ₁ и угла a. При этом d ₁ и a определяются в соответствии с установившимися конструктивными нормами.

Значения h ₃ и (h ₁ + h ₂) зависят от ёмкости конвертера G, параметров дутьевого режима (удельной интенсивности продувки i, числа сопел в фурме n и т.д.) и состава чугуна. При этом основное значение имеют те компоненты чугуна, окисление и переход которых в шлак влияют на вспениваемость первичного конвертерного шлака (Si, Mn).

Для определения h ₃ использовано выражение

h ₃ = 0,36(G_i / n) ^0,3, (П 1.1)

которое является упрощенной формой записи глубины спокойного металла. В работе [2] на основании исследований глубины реакционной зоны, создаваемой струей кислорода в металлической ванне, получено выражение

h ₃ = k w_c^0,5 r_c^0,1(G_i / n)^0,3, (П 1.2)

где k – коэффициент выходного сечения сопла фурмы; r_с и w_с – соответственно плотность и скорость кислорода в выходном сечении сопла.

Там же указывается, что в обычных производственных условиях w_с и r_с изменяются незначительно. Это обстоятельство позволяет заменить произведение k w_с^0,5r_с^0,1 коэффициентом 0,36 [см. формулу (П1.1)].

В формуле (П 1.1) значения G и i заданы. Значение n необходимо найти.

Для определения числа сопел n в фурме рекомендуется исходить из емкос­ти G _о и дутьевых параметров (i _о, n _о) некоего базового конвертера, т.е. такого, в котором сочетание указанных параметров позволяет достигнуть высоких технико-экономических показателей плавки. Использование этого приема привело к логическим соотношениям (4.1) и (4.2), которые могут быть представлены в общем виде:

n _о S _{p. 3,0} / G _оּ i _о = n S _{p. 3} / Gּi … (П 1.3)

Откуда

n = n _о (G /G _о)(S _{p. 3,0} / S _p.3)(i / i _о) … (П 1.4)

Выражение (П1.4) показывает, что по сравнению с базовым вариантом увеличение как емкости конвертера, так и удельной интенсивности продувки приводит к увеличению числа сопел в фурме. Увеличение площади реакционной зоны S _{p. 3} (например, за счет применения пульсирующего кислородного дутья) позволит уменьшить число сопел в фурме при неизменных G и i. Однако воспользоваться выражением (П 1.4) для расчета n нельзя из-за неопределенности значения поверхности реакционной зоны.

Значение S _{p. 3} находится в сложной зависимости от многих параметров дутьевого режима и состояния металлической ванны. Основными параметрами, вероятно, следует считать диаметр сопла d _c, скорость кислорода в выходном сечении сопла w _c и высоту подъема фурмы над уровнем спокойного металла H _ф. При этом значения d _c и H _ф могут быть весьма разнообразны для тех или иных условий ведения процесса.

Выйти из затруднения с определением S _{p. 3.0} / S _{p. 3} можно.

Для этого следует воспользоваться результатами статистической обработки размеров работающих конвертеров. Согласно [5],

h ₃ = 0,451 G ^0.251. (П 1.5)

Из равенств (П 1.1) и (П 1.5) находим значение

n = 0,48 G ^0,16 i, (П.1.6)

откуда с учетом параметров базового конвертера получим

n = n _о (G / G _о)^0,16 (i / i _о). (П 1.7)

Сравнивая выражения (П 1.4) и (П 1.7), нетрудно заметить, что

(G / G _о) (S _{p. 3,0} / S _{p. 3}) = (G /G _о)^0,16. (П 1.8)

Оценивая выражения (П 1.4) и (П 1.7) для n, необходимо учитывать следующее. Выражение (П 1.4) является следствием логических заключений. Оно полезно для понимания и совершенствования условий продувки в конвертерной ванне, хотя и не может быть использовано как формула для расчета. Второе выражение (П 1.7) является отражением сложившейся практики кислородной продувки. Оно в эмпирической форме (через (G / G _о)^0,16) выражает и практические значения параметров продувки (d _o, w _c, H _ф и др.). Для расчета формула (П 1.7) нуждается в некоторой корректировке. По практичес­ким данным при G = G _o

n / n _о = (i / i _о)^γ, (П 1.9)

где g = 1,0 ¸1,4.

Принимаем g = 1,2. Показатель степени в уравнении (П 1.7) необходимо также несколько увеличить в связи с возможностью частичного слияния кис­лородных струй по мере роста их числа и емкости конвертера.

Окончательный вид формулы для расчета n

n = n _о (i / i _о)^1,2 (G / G _о)^{0,15 + 0,0004 G} … (П 1.10)

Найденное значение n после округления до целого числа используется в формуле (П 1.1) для определения глубины спокойного металла.

Определение высоты вспенивания металла (h ₁ + h ₂) осуществляется на основе полуэмпирического выражения, приведенного в работе [4].

i G / n = 1,45 (h ₁ + h ₂)^2,33 ּ (0,6 + C_{m n} ּ G S_i / d ₂² ). (П 1.11)

Откуда

h ₁ + h ₂ . (П 1.12)

Выражение (0,6 + C_mn ּ G S_i / d ₂²) представляет собой удельный объем конвертера, где 0,6 есть его минимально возможное значение. Чем больше удельный объем конвертера, тем меньше высота вспененной ванны.

Влияние содержания кремния на удельный объем однозначно. С ростом концентрации Si в чугуне шлаковая фаза в начальный период продувки обогащается оксидами железа.

Оксиды железа шлака вовлекаются в процесс обезуглероживания, что приводит к значительному увеличению объема вспененной ванны. В этом же направлении, только значительно слабее, чем кремний, воздействует на начальную окисленность конвертерного шлака и марганец чугуна.

В работе [3] приводится более простое выражение для вспененной ванны:

h ₁ + h ₂ 0,85 (i G / n)^0,42… (П 1.13)

Это полуэмпирическое выражение составит высоту h ₁ + h ₂ только в зависимости от расхода кислорода на одно сопло (iG / n). Расчеты h ₁ + h ₂ по формулам (П1.12) и (П1.13) дают близкие значения. Тем не менее формула (П1.12) предпочтительнее, так как она учитывает особенности химического состава чугуна, емкость конвертера и диаметр его внутренней полости.

Приложение 2

Дата добавления: 2015-07-18