Проектирование отделения конвертеров для выплавки стали

 
 

   7.3  Поверочный  расчет  ОКГ и газоотводящего  тракта  кислородного  конвертера

     Исходя  из  данных  принятых  ранее  заводских  данных  средняя  удельная  интенсивность  продувки  составляет  7  м³/(т ^. мин). Тогда  расход  конвертерных  газов  согласно  [7]  будет  равен

                                   (7.1)

Дальнейший  расчет  газоочистного  тракта  будем  вести  при  расходе  конвертерных  газов  равном  .

     Так как рассматриваем ОКГ без  дожигания, то котел используется радиационный и, следовательно, тепловой баланс составляется только для радиационной  части. Тепловой  баланс  составляется  для  единицы  времени  (1 сек).

    Q_к.г. + Q_кон. + Q_х.в. + Q_в = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₅                     (7.2)

где Q_к.г. – энергия, вносимая конвертерными газами (при максимальном их расходе), Вт;

    Q_кон. – энергия, передаваемая излучением от конвертера и металлической ванны, Вт;

    Q_х.в. – энергия, вносимая подсасываемым воздухом или инертными газами, Вт;

    Q_в – энергия, вносимая водой, Вт;

    Q₁ – энергия, воспринимаемая ОКГ, Вт;

    Q₂ – энергия уходящих газов, Вт;

    Q₃ – энергия, теряемая с химическим недожогом, Вт;

    Q₅ – энергия, теряемая в окружающую среду, Вт.

     Энергия, вносимая конвертерными газами:

  Вт                         (7.3)

где - максимальный (расчетный) расход конвертерных газов, м³/с;

    Q_р – расчетная теплота конвертерных газов Дж/м³;

    Q_п – теплота, вносимая пылью, Дж/м³.

     Расчетную теплоту конвертерных газов определяют по формуле: 

                                      (7.4)

где – физическое тепло конвертерных газов, ;

      – доля сжигаемых конвертерных  газов;

      – низшая теплота сгорания конвертерных газов, ;

      – энтальпия конвертерных  газов,  .

    Низшая  теплота сгорания конвертерных газов:

              (7.5)

    Энтальпию конвертерных газов определяют по формуле:

  (7.6)

где – энтальпии компонентов конвертерного газа при его температуре, .

      – % содержания компонентов конвертерного газа.

     В расчете принимают, что конвертерный газ на входе в ОКГ содержит 90 % СО и 10 % СО₂. Количество пыли по [6] достигает 250 г/м³. Для расчетов  принимаем равной  250 г/м³. Теплоемкость пыли 628 по [6].

     Тогда  получим

  (7.7)

     Энергия, вносимая пылью:

                 (7.8)

     Тогда  энергия, вносимая конвертерными газами:

             (7.9)

     Энергия, передаваемая ОКГ излучением от конвертера по [6] может быть принята равной 0,04×   и равная 

                        (7.10)

     При работе конвертера без дожигания  энергией, вносимой воздухом, можно  пренебречь. При составлении теплового  баланса для подъемного газохода (при работе без дожигания) энергию, вносимую водой, не учитывают.

     Приход  тепла  составляет

             (7.11)

     Температуру уходящих газов при работе без  дожигания (радиационные котлы) принимают  порядка 1000 ⁰С. В этом случае потери от недожога также не учитывают. Потери в окружающую среду принимают равными в пределах 2-3 % от .

                             (7.12)

     Приняв  температуру конвертерных газов  на выходе из радиационной части котла  равной  1000 ^оС, находят тепло, уносимое конвертерными газами из ОКГ, по формуле:

                   (7.13)

где – энтальпии СО и СО₂ при принятой температуре конвертерных газов на выходе из радиационной части ОКГ, .

      Теперь  из уравнения теплового баланса  определяют энергию, воспринятую ОКГ (радиационной части).

                  (7.14)

     Затем определяют энергию воспринятую  ОКГ по уравнению теплопередачи  по формуле [8]:

               (7.15)

где М = 0,5 – коэффициент, учитывающий относительное положение ядра факела по высоте топочной камеры;

  а_т – степень черноты камеры. По рекомендации [6] принимается равным 0,6;

   – средний коэффициент тепловой эффективности экранов. По рекомендации [6] принимается равным 0,6.

     При работе без дожигания Т_т принимается равной температуре конвертерных газов на входе в ОКГ. 

     Получим

    (7.16) 
 

     7.4  Расчет  дымовой трубы

     Целью  расчета  дымовой трубы,  служащей  для удаления  газообразных  продуктов из  рабочего  пространства  печей (цехов),  является  нахождение  высоты  трубы Н при заданном  аэродинамическом  сопротивлении дымового  тракта  .

     Высоту  трубы  находят по  формуле

                                 (7.17)

где   - отнесенные  к нормальным  условиям  плотности воздуха и удаляемых газов,  кг/м³:

                               (7.18)

- отнесенные  к  нормальным  условиям  скорости  газа  в   основании  ( )  и в устье ( )  трубы [nnn],  м/с.

                                                    (7.19)

     Т_в - температура окружающего воздуха,  составляет  293  К;

      - средняя  по  высоте  трубы   температура  газа,  К;

      - температура  газа  в   основании  и  в  устье   трубы,  К;

     Т₀ = 273  К;

     λ - коэффициент  трения,  0,05;

      - средний  диаметр  трубы,  м.

     При  расчете  дымовых  труб  внутренний  диаметр  устья  трубы  принимают  исходя  из  условий  ее  «незадуваемости».  По  условиям  выполнения  кладки  диаметр  устья  кирпичных  труб  не  должен быть  менее  0,8  м. Принимаем  для  расчета  1,2  м. Скорость  газов  в  устье  должна  быть  не  менее  3-4  м/с. При  расчете  кирпичных  и  железобетонных  труб  можно  принять,  что  диаметр  трубы  у  основания  d_осн  примерно  в 1,5  раза  больше  диаметра  устья d_уст. По  санитарно гигиеническим соображениям  высота  трубы не  должна  быть  менее 16  м.

     Сопротивление  дымового  тракта  состоит  из  сопротивления  ОКГ,  равным  200  Па. Получим высоту  трубы равной:

             (7.20)

 

     

8  ПРОЕКТИРОВАНИЕ  ОТДЕЛЕНИЯ АГРЕГАТОВ 
 

     8.1  Планировка  цеха

     Схема устройства главного здания кислородно-конвертерного  цеха с непрерывной  разливкой  стали представлена на рисунке  10.1.

     Отделение шихтовых материалов I с ямными бункерами 1 и шихтовыми кранами 2  входит в состав главного здания. Предусмотрен шлаковый пролет II, в котором шлаковые  чаши 11, заполненные шлаком, краном 3 переставляются на свободные тележки, а на их  место устанавливаются пустые шлаковые чаши. Конвертерный шлак вывозится из цеха на  переработку.

     Лом из отделения I перевозится в совках в загрузочный пролет и через  проемы 6  поднимается на рабочую  площадку и полупортальным краном 7 загружается в конвертер 8.

     Жидкий  чугун из ковша 4 краном 5 заливается в конвертер 8.

     В загрузочном пролете устроен  участок для ремонта кислородных  фурм.

     В конвертерном отделении IV размещены  конвертеры 8 и краны 9 для перемещения  грузов.

     Управление  конвертером ведется из операторской, расположенной на границе пролетов II и III. Здесь же расположен вычислительный комплекс цеха.

     В конвертерном пролете IV размещены ОКГ  и газоочистка, бункера для ферросплавов,  оборудование, используемое при ремонте  конвертеров, система подачи сыпучих  шихтовых  материалов в конвертер.

   В ковшовом пролете V ковши 11 готовят под плавку, складируют огнеупоры, расположены краны 10 для перемещения грузов.

   Тамбур VI отделяет ковшовый пролет V от отделения  подготовки промежуточных  ковшей для  МНЛЗ, за которым следуют три разливочных  пролета VIII, в каждом из которых  по две МНЛЗ 13 с рабочими площадками 14, и рольгангами 15 принимают сталь из ковшей  12, которые кранами 16 устанавливаются  на  поворотном  стенде. После  разливки  стали  из  данного  

а

б

Рисунок  8.1 – План  (а)  и разрез  (б)  конвертерного цеха  с непрерывной разливкой стали

ковша стенд поворачивается и следующий  ковш устанавливается в положении 
"на разливку", чем осуществляется непрерывная разливка по методу "плавка на плавку".

   Непрерывнолитая заготовка по рольгангу 15 поступает в передаточный пролет  и в помещение адьюстажа, где ее осматривают, удаляют поверхностные пороки  (ремонтируют), а затем направляют в прокатный цех.

   В последнее время проводится работа  по созданию литейно-прокатных комплексов, соединяющих территориально МНЛЗ и прокатный стан, что экономит время на передачу металла и теплоты непрерывнолитой заготовки и способствует энергосбережению.

   Существует  значительное количество схем устройства конвертерных цехов в связи  со спецификой условий, в которых они проектируются и строятся. Имеется определенный опыт реконструкции действующих цехов с заменой одних  агрегатов другими: конвертера воздушного - конвертером кислородного дутья, мартеновских печей - конвертерами, мартеновских печей  - электропечами. 
 

   8.2 Кислородный конвертер

   Конвертерный  агрегат (рис. 9.2) для наиболее распространенного  варианта верхней  кислородной и  комбинированной продувки состоит  из собственно конвертера 1, опорного  кольца 8, цапф 4, подшипников 3,  которые  находятся  на  колоннах  5  и механизма поворота   с  приводом  2. Сверху через горловину  в конвертер вводится кислородная фурма 11.

   Кожух 6  конвертера выполняется сварным  из стальных листов толщиной 15-100 мм. Он должен выдерживать напряжение, возникающее в нем под действием веса футеровки  7  массой до 1000 т при температурах нагревания 200-300°С.