Проектирование отделения конвертеров для выплавки стали

 

     2  ПРОЕКТИРОВАНИЕ  КОНВЕРТЕРА 
 

     2.1  Количество и вместимость конвертеров

     Учитывая  большую сложность комплексов современных  конвертерных цехов и, соответственно, большие объемы строительно-монтажных работ и капиталовложений, строительство рекомендуется проектировать в две очереди, с установкой в пусковом комплексе первой очереди цеха двух конвертеров и резервированием места для установки третьего конвертера при завершении строительства цеха на полное развитие (вторая очередь).

     Практика  проектирования, строительства и  эксплуатации конвертерных цехов показала, что установка в цехе более  трех конвертеров нецелесообразна.

     Согласно  ГОСТ 20067-74 "Конвертеры для стали" вместимость конвертера определяется массой жидкой стали одной плавки; установлен стандартный по вместимости ряд конвертеров: 50, 100, 130, 160, 200, 250, 300, 350, 400 и 500 т.

     При заданной годовой производительности конвертерного цеха по годному (литые заготовки или слитки) и  вместимости конвертеров рассчитывается количество  конверторов:

       шт.                  (2.1)

     Для  дальнейших  расчетов  принимаем  состав чугуна, %: С=4,2; Si=0,9; Mn=0,6; S=0,035; P=0,3.

     По  данным  расчета и  практике  строительства  конверторных  цехов  принимаем  схему  цеха,  состоящую  из  1  постоянно работающего  и 1  резервного  конверторов.

    По  расчетам  принимаем  технологическую  схему работы современного цеха, предусматривающую  работу с 1-м непрерывно работающим конвертером и выделением одного подменного конвертера, который находится в ремонте и горячем резерве, при этом годовой режим работы конвертеров соответствует данным таблицы 2.1. 

    Таблица 2.1 – Годовой режим работы конвертеров

 

 

    

    2.2 Формы профиля рабочего объема конвертеров

    Основным  отличием в форме профиля рабочего объема конвертеров является конфигурация его нижней части (ванны).

    Для  нашего  случая  принимаем  конвертер  типа  Т2  с верхней продувкой (рисунок 2.1).

    Верхняя часть конвертера, так называемая "горловина", проектируется в виде правильного усеченного конуса с углом наклона образующей к вертикали 25-30°  (принимаем для расчетов  27^о); при большей величине этого угла стойкость футеровки в области горловины снижается.

     

       

    Рисунок  2.1 – Конвертер  типа  Т1 

    Средняя часть конвертеров проектируется  цилиндрической. Сталевыпускное отверстие  размещается, как правило, на границе  между цилиндрической и верхней  конической частью конвертера.

    Высота  конической части ванны может быть выбрана также и факультативно, но при этом для удобства выполнения кладки футеровки и уменьшения типа размеров кирпича она должна назначаться кратной толщине кирпича (с учетом толщины швов в кладке).

    Днища конвертеров могут проектироваться "глухими" и съемными – приставными и вставными. В настоящее время четко определилась тенденция проектировать конвертеры средней и большой емкости со вставными днищами, т.к. при этом обеспечивается наибольшее удобство ремонта футеровки и достаточная жесткость корпуса.

 

    2.3 Удельная интенсивность продувки  и удельный объем конвертера

    При оптимальной величине удельного  объема достигается хорошая "продуваемость" ванны, т.е. работа без выбросов и  выноса крупных капель металла и  шлака отходящими газами выше среза горловины конвертера.

    Одним из главных факторов, определяющих выбор величины удельного объема, следует считать удельную интенсивность  продувки.

    Для новых конвертеров рекомендуется  максимальная удельная интенсивность  продувки 6-7 м³/(т×мин)  [2], что обеспечивает продолжительность продувки около 12 мин. Для дальнейших  расчетов  максимальную  удельную  интенсивность продувки  принимаем 7 м³/(т×мин).

    Более высокая интенсивность продувки экономически нецелесообразна, т.к. увеличение производительности за счет дополнительного сокращения цикла плавки не компенсирует дополнительных затрат на газоотводящий тракт.

    Для новых конвертеров в зависимости  от принятой удельной интенсивности  и способа продувки рекомендуется  принимать удельный объем конвертеров  в пределах от 0,8 до 1,0 м³/т номинальной вместимости [2]. Для расчетов  принимаем удельный  объем конвертеров 0,9  м³/т номинальной вместимости. 
 

    2.4 Расчет профиля рабочего объема  конвертера

    Ориентировочная глубина ванны в спокойном  состоянии:

      м  (2.2)

    Диаметр цилиндрической части конвертера:

                                    (2.3)

    Удельная  поверхность ванны:

                         (2.4)

    Диаметр горловины

                                            (2.5)

    Высота  горловины:

       м                                 (2.6)

    Объем рабочего пространства конвертера:

      м³               (2.7)

    Объем горловины

                                      (2.8)

    Диаметр конвертера по днищу:

       м   (2.9)

    Радиус  сферической части днища:

       м                (2.10)

    Высота  сферической части ванны:

       м  (2.11)

    Объем сферической части ванны:

                            (2.12)

    Объем конической части ванны:

                      (2.13)

    Объем цилиндрической части конвертера:

                                 (2.14)

    Высота  цилиндрической части конвертера:

      м                        (2.15)

    Высота  рабочего объема конвертера:

                            (2.16)

     Фактическая глубина ванны в спокойном  состоянии:

     (2.17)

    Высота  условного свободного объема конвертера:

                                    (2.18)

    Толщина футеровки:

    – в цилиндрической части конвертера:

        (2.19)

    – в горловине:

                              

                                   (2.20)

    – днища:

          (2.21)

    Диаметр сталевыпускного отверстия:

              (2.22)

    3 РАСЧЕТ  ТРАКТА  ПОДАЧИ  КИСЛОРОДА   И  ФУРМ  ДЛЯ  ПРОДУВКИ  СВЕРХУ 
 

    Целью расчета является определение:

    - потерь давления кислорода в шланге и фурме и давления кислорода перед соплами фурмы;

    - размеров  сопел фурмы;

    - параметров  струй кислорода при истечении  из сопел.

    Принять приемлемое для инженерного расчета  упрощение, что процессы движения кислорода  в шланге, фурме и истечения струй из сопел являются адиабатическими.

    Для упрощения расчетных формул и  удобства программирования выполнены  предварительные расчеты значений комплексов (показатели степени, коэффициенты), в которые входит только показатель адиабаты кислорода k=1,4 [3]. 
 

    3.1  Исходные  данные  для расчета  тракта  подачи  кислорода   и  фурм 

    Максимальную  удельную интенсивность продувки принимаю i = 5  м³/(т×мин). Давление кислорода в общецеховой магистрали принимаю  равным  P_м = 18 кг/см² (1,8 МПа). Температуру кислорода в магистрали Т_м = 295 К. Скорость кислорода в шланге и трубе фурмы w_ш = 55 м/с  и w_ф = 53 м/с, что исключает опасность возгорания шланга и подводящей кислород фурмы вследствие разогрева их от трения. Длину шланга и фурмы рекомендуется принимать в соответствии с техническими характеристиками серийных машин для подачи кислорода в конвертеры. Принимаем   длину   фурмы   до   перехвата   серьги  L_ф = 23,3  м,  а длина шланга  L_ш = 25  м. Степень нерасчетности сопел принимаем: при вместимости конвертеров  160 т  равным N = 1,2. Угол полураскрытия сопел a = 3^о. Расход кислорода через одно сопло для конвертеров вместимостью  300 т  составляет  для расчета I_c = 250  м³/мин. Количество сопел в фурме выбираем из условия  [2,  3]:

                                 (3.1) 

    3.2 Расчет тракта подачи кислорода

    Секундный расход кислорода через фурму:

                                 (3.2)

    Потери  давления кислорода в клапанее:

                                    (3.3)

    Давление  кислорода в шланге:

                            (3.4)

    Температура кислорода в шланге:

                                   (3.5)

    или для кислорода

       (3.6)

    Плотность кислорода в шланге:

      (3.7)

    при   r₀=1,43 кг/м³,   Р₀=1 кг/см²,   Т₀=273 К.

    Диаметр шланга для подвода кислорода  к фурме:

                  

              (3.8)

    Потери  давления в шланге:

                                     

                   (3.9)

    Следовательно:

       (3.10)

    Давление  кислорода в фурме:

                       (3.11)

    По  аналогии с формулами (3.6), (3.7) и (3.8) для  расчета температуры и плотности  кислорода в фурме, а также ее диаметра получим формулы:

    - температура  кислорода в фурме

                     (3.12)

    - плотность  кислорода в фурме

                 (3.13)

    - внутренний  диаметр фурмы

        (3.14)

    Потеря  давления кислорода в фурме:

               (3.15)

где 0,05 – коэффициент сопротивления трения;

          l – коэффициент местных сопротивлений.

    Давление  кислорода перед соплами:

<