Расчет кислородного конвертора с комбинированной продувкой для цеха производительностью 3,6 млн.т. в год

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

по курсу

«Конструкции сталеплавильных агрегатов»

«Расчет кислородного конвертора с комбинированной продувкой для цеха производительностью 3,6 млн.т. в год»

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ МОЩНОСТИ КИСЛОРОДНО - КОНВЕРТЕРНОГО ЦЕХА

2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КИСЛОРОДА ПРИ ИСТЕЧЕНИИ ИЗ СОПЛА, ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ КИСЛОРОДНОЙ ФУРМЫ И КОНВЕРТЕРА

2.1 Методика расчета

2.2 Условные обозначения

2.3 Расчет параметров кислорода при истечении из сопла и глубины ванны в спокойном состоянии

2.4 Расчет основных размеров фурмы

2.5 Расчет основных размеров конвертера

3. РАСЧЕТ ДАННЫХ ФУРМ ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ ПРОДУВКЕ

3.1 Определение диаметра сопел и расстояния между ними

3.2 Расчет давления аргона при входе в фурму, в коллекторе и на входе в коллектор

4. КОРПУС КОНВЕРТЕРА

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ

Революция в металлургии произошла под влиянием растущей потребности промышленности в стальных изделиях (рельсах, балках, листе и т.д.), в середине 19 века.

1856г. принято считать годом появления бессемеровского способа производства стали путем продувки через расплавленный чугун воздуха. В 1878г. этот метод был использован для производства стали из фосфористых чугунов (до 2% Р). Этот процесс получил название томасовский по имени его изобретателя.

Новый этап в развитие производства стали начался непосредственно после второй мировой войны, когда был освоен простой и дешевый способ получения кислорода из воздуха в массовых количествах.

Начиная с 50-х годов , кислородно - конверторный процесс получил бурное развитее , и в настоящие время стал ведущим способом производства стали.

Кислородно-конверторный процесс является более универсальным, чем другие конверторные процессы (бессемеровский и томасовский). В кислородных конверторах можно перерабатывать чугун различного химического состава.

В основу конверторных процессов производства стали положено обработка жидкого чугуна газообразными окислителями, при этом дополнительный подвод тепла из вне не производится. Процесс выплавки стали осуществляется только химическим теплом экзотермических реакций окисления примесей и физическим теплом, вносимым жидким чугуном. Продувка чугуна и лома осуществляется с большой интенсивностью через фурму, позволяющая получать огромную реакционную зону; в результате конверторные процессы характеризуются высокой скоростью реакций окисления примесей.

Сталь, выплавляемая в конвертере используется как конструкционный материал для машиностроения, промышленного строительства, транспортных сооружений и до 50% металла идет на нужды самой металлургии.

1. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ МОЩНОСТИ

КОНВЕРТОРНОГО ЦЕХА

Существует два варианта режима работы конверторного цеха. Первый - при одном постоянно не работающем конвертере в цехе, т.е., так называемый, режим работы конвертеров «в цикле». Второй - при работе всех конвертеров в цехе одновременно, т.е. «с перекрытием цикла».

Для заданной мощности цеха 3,6 млн. т/год, проведен расчет нескольких вариантов производственной мощности для различных схем организации работы конвертеров и выбран оптимальный вариант.

Исходные данные:

Производственная мощность - 3,6 млн. т/год.

Выход жидкой стали перед раскислением - 92%.

Удельная интенсивность продувки - 5 м³/т.мин.

Удельный объем конвертера - 0,87.

Давление кислорода в магистрали 1,75 мПа.

ВАРИАНТ №1

Принимаем два конвертера по 250т., работающих «в цикле».

Продолжительность плавки ф_пл = 34 мин.

[1], приложение 12.

Стойкость футеровки (количество плавок) n = 2500 плавок.

Количество суток в году k = 365 дней.

Коэффициент пересчета (потери при разливке стали на УНРС) з = 1,03.

Определяем годовую производительность одного конвертера:

где А - производительная мощность цеха, млн.т/год;

N - количество работающих конвертеров.

Определяем фактическое время работы одного конвертера в год, т.е. k = 365 дней.

Определяем емкость одного конвертера:

По стандартному ряду принимаем конвертер емкостью 250 т.

Определяем фактическую производительность одного конвертера:

Определяем необходимое количество конвертеров:

Принимаем один конвертер.

Определяем фактическую производительность цеха:

Определяем количество плавок одного конвертера:

Принимаем П=43.

Определяем вместимость конвертера по завалке:

где б = 92% ? выход жидкой стали.

ВАРИАНТ №2

Принимаем два конвертера по 130 т., работающих «с перекрытие цикла».

Продолжительность плавки ф_ПЛ = 31 мин. [1], приложение 12.

Стойкость футеровки n = 2500 плавок.

Количество суток в году k = 365 дней.

Коэффициент пересчета (потери при разливке на УНРС) - з = 1,03

Продолжительность холодных ремонтов конвертера ф_Х.Р. = 2,83 сут.

Определяем годовую производительность одного конвертера:

где А - производительная мощность цеха, млн.т/год;

N - количество работающих конвертеров.

Определяем фактическое время работы одного конвертера в год

суток.

где ф_Т.П. = 0,1 сут./сут. - текущий простой (из опыта ОАО «НЛМК»).

Определяем емкость одного конвертера:

По стандартному ряду принимаем конвертер емкостью 130 т.

Определяем фактическую производительность одного конвертера:

Определяем необходимое количество конвертеров:



Принимаем два конвертера по 130 т..

Определяем фактическую производительность цеха:

Определяем количество плавок одного конвертера:

Принимаем П=41.

Определяем вместимость конвертера по завалке:

где б = 92% ? выход жидкой стали.

ВАРИАНТ №3

Принимаем три конвертера по 130 т., работающих «в цикле».

Продолжительность плавки ф_ПЛ = 31 мин. [1], приложение 12.

Стойкость футеровки n = 2500 плавок.

Количество суток в году k = 365 дней.

Коэффициент пересчета (потери при разливке на УНРС) - з = 1,03

Продолжительность холодных ремонтов конвертера ф_Х.Р. = 2,83 сут.

Определяем годовую производительность одного конвертера:

где А - производительная мощность цеха, млн.т/год;

N - количество работающих конвертеров.

Определяем емкость одного конвертера:

По стандартному ряду принимаем конвертер емкостью 130 т.

Определяем фактическую производительность одного конвертера:

Определяем необходимое количество конвертеров:



Принимаем два конвертера по 130 т.

Определяем фактическую производительность цеха:

Определяем количество плавок одного конвертера:

Принимаем П=46.

Определяем вместимость конвертера по завалке:

где б = 92% ? выход жидкой стали.

На основе сделанных расчетов принимаем наиболее оптимальный вариант №1, т.е. два конвертера по 250 т., работающих «в цикле».

2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КИСЛОРОДА ПРИ ИСТЕЧЕНИИ ИЗ СОПЛА, ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ КИСЛОРОДНОЙ ФУРМЫ И КОНВЕРТЕРА

2.1 Методика расчета

Теоретические принципы методики расчета размеров кислородных конвертеров разработаны ещё недостаточно и не доведены до возможности их использования в инженерных расчетах. Многие из предложенных формул малополезны для проектов в связи с неопределенностью ряда входящих в них величин и коэффициентов. Поэтому определение основных размеров конвертеров производится по эмпирическим и полуэмпирическим формулам, полученным на основе анализа параметров и показателей работающих конвертеров.

Расчет основных размеров конвертера определяют, задавшись значениями (номинальной емкостью ? у_Н, интенсивностью продувки - Я_О2 и удельным объемом конвертера - V_УД) и последовательно определять основные параметры конвертера.

При расчете кислородных фурм исходят из того, что в настоящее время, как правило, применяют везде многосопловые фурмы, обычно с соплами Лаваля.

Расчет сопла Лаваля сводится к определению длинны сопла и размеров его критического и выходного сечений. Исходными данными для этого являются полное давление и температура перед соплом в фурме.

2.2 Условные обозначения

Условные обозначения величин, принятые в формулах, приведены в таблице.

Условные обозначения величин. Таблица №1.

ВЕЛИЧИНЫ	Единицы измерения	Условны обозначения в формулах
1. Номинальная емкость конвертера	m	GН
2. Удельная интенсивность продувки	м3/(т.мин)	ЯО2
3. Удельный объем конвертера	м3/т	VУД
4. Секундный расход кислорода	м3/с	JO2
5. Давление кислорода: · в магистрали · в шланге · в фурме · перед соплами · на срезе сопла	МПа Па Па Па Па	РМ РШЛ РФ РС РИ
6. Потери давления кислорода: · в клапане · в шланге · в фурме	Па Па Па	ДРКЛ ДРШЛ ДРФ
7. Температура кислорода: · в магистрали · в шланге · в фурме · перед соплами	К К К К	ТМ ТШЛ ТФ ТС
8. Плотность кислорода: · в шланге · в фурме · перед соплами · на срезе сопла · в критическом сечении	кг/м3 кг/м3 кг/м3 кг/м3 кг/м3	см сФ сС сИ сКР
9. Показатель адиабаты	?	К
10. Скорость кислорода: · в шланге · в фурме · критическая · на срезе сопла	м/с м/с м/с м/с	WШЛ WФ WКР WИ
11. Диаметр шланга	м	dШЛ
12. Диаметр фурмы (внутренний)	м	dФ
13. Длинна шланга	м	LШЛ
14. Длина фурмы	м	LФ
15. Коэффициент скорости		л
16. Степень нерасчетности сопел		n
17. Глубина спокойной ванны	м	НО
18. Число сопел в фурме	шт	Z
19. Площадь критического сечения сопла	м2	FКР
20. Диаметр критического сечения сопла	м	dКР
21. Площадь выходного сечения сопла	м2	FВЫХ
22. Диаметр выходного сечения сопла	м	dВЫХ
23. Длина диффузора сопла	м	Lq
24. Длина конфузора сопла	м	Lk
25. Радиус скругления конфузора сопла	м	rК
26. Объем: · металла - общий · металла - цилиндрической части	м3 м3	VM VМ.Ц.
27. Объем рабочего пространства конвертера	м3	VР.П.
28. Объем корпуса конвертора	м3	VКОР
29. Диаметры: цилиндрической части · конвертера · горловины · днища	м м м	DЦ DГ DД
30. Удельная поверхность ванны	м2/т	S
31. Высота: · конической части (горловины) · конической части ванны · цилиндрической части конвертера · рабочего пространства · цилиндрической части ванны · условного свободного объема	м м м м м м	НГ НСФ НС НРЛ hЦВ НУ
32. Полная высота конвертора	м	Нn
33. Радиус сферического днища	м	R
34. Объем: · верхней конической части (горловины) · цилиндрической части · конической части ванны · сферической части ванны	м3 м3 м3 м3	VГ VЦ VК VСФ
35. Фактическая глубина спокойной ванны	м	НО.Ф
36. Толщина футеровки: · цилиндрическая часть · горловина · днища	м м м	tЦ tК tД
37. Толщина корпуса конвертера	м	д
38. Наружный диаметр конвертера	м	ДК
39. Диаметр сталевыпускного отверстия	м	dО

2.3 Расчет параметров кислорода при истечении из сопла и глубины ванны в спокойном состоянии

1.Секундный расход кислорода:

2. Потери давления кислорода в клапане:

3. Давление кислорода в шланге:

4. Температура кислорода в шланге:

5. Плотность кислорода в шланге:



6. Диаметр шланга для подвода кислорода к фурме:

7. Потери давления кислорода в шланге:

8. Давление кислорода в фурме:

9. Температура кислорода в фурме:

10. Плотность кислорода в фурме:



11. Внутренний диаметр фурмы:

12. Потери давления кислорода в фурме:

13. Давление кислорода перед соплами:

14. Температура кислорода перед соплами:

15. Плотность кислорода перед соплами:



16. Критическая скорость кислорода:

17. Коэффициент скорости:

18. Скорость истечения кислорода на срезе сопла:

19. Плотность кислорода на срезе сопла:

20. Ориентировочная глубина спокойной ванны:



21. Число сопел в фурме:

22. Плотность кислорода в критическом сечении сопла:

2.4 Расчет основных размеров фурмы

1. Площадь критического сечения сопла:

2. Диаметр критического сечения сопла:



3. Площадь выходного сечения сопла:

4. Диаметр выходного сечения сопла:

5. Длина расширяющейся части сопла (диффузора):

6. Длина докритической части сопла (конфузора):



7. Радиус скругления конфузора сопла:

2.5 Расчет основных размеров конвертера

1. Объем металла:

2. Объем рабочего пространства конвертера:

3. Объем корпуса конвертера:

4. Диаметр цилиндрической части конвертера:

5. Диаметр горловины:

6. Диаметр конвертера по днищу:

7. Удельная поверхность ванны:

8. Высота верхней конической части конвертера (горловины):



9. Высота сферической части конвертера:

10. Радиус сферического днища:

11. Объем верхней конической части конвертера:

12. Объем нижней конической части ванны:

13. Объем сферической части ванны:

14. Объем цилиндрической части конвертера:

15. Высота цилиндрической части конвертера:

16. Высота рабочего пространства конвертера:

17. Объем металла в цилиндрической части ванны:

18. Высота цилиндрической части ванны:



19. Фактическая глубина спокойной ванны:

20. Высота условного свободного объема конвертера:

21. Толщина футеровки в цилиндрической части конвертера:

22. Толщина футеровки конической части (горловины):

23. Толщина футеровки днища:

24. Толщина корпуса:

25. Наружный диаметр конвертера:

26. Полная высота конвертера:

27. Диаметр сталевыпускного отверстия:

Основные размеры конвертера:

1. Вместимость конвертера:	250 т.
2. Объем рабочего пространства:	217,5 м3
3. Удельный объем конвертера:	0,87 м3/т
4. Высота рабочего пространства:	8,150 м
5. Глубина ванны:	1,530 м
6. Высота цилиндрической части конвертера:	4,10 м
7. Высота конической части конвертера:	3,0 м
8. Высота нижней конической части конвертера:	0,60 м
9. Высота сферической части:	0,460 м
10. Диаметр цилиндрической части:	6,30 м
11. Диаметр горловины:	3,20 м
12. Диаметр сферической части:	4,70 м
13. Радиус сферического днища:	10,940 м
14. Отношение Н/Д:	1,3
15. Полная высота конвертера:	9,25 м
16. Угол наклона верхней конической части:	27°

кислород конвертер цех фурма продувка

3. РАСЧЕТ ДОННЫХ ФУРМ ПРИ

Комбинированной продувке

3.1 Определение диаметра сопел и расстояния между ними

1. Толщина слоя шлака:

где J - вместимость конвертера, кг.

Ї плотность шлака, кг/м³

D - диаметр цилиндрической части конвертера, м.

2. Статическое давление аргона на срезе сопла:

где h_В - глубина спокойной ванны, м.

Ї плотность металла, кг/м³

Р_АТ - атмосферное давление, Па.

g - ускорение свободного падения, м/с²

3. Коэффициент скорости на срезе сопла:

где U₁ - скорость подачи аргона в ванну, м/с

U_КР - критическая скорость, м/с

4. Значение функции р(л₁) на срезе сопла:

где К - показатель адиабаты.

5. Полное давление аргона на срезе сопла:

6. Температура газа на срезе сопла:

где Т_Н - температура аргона при входе в фурму, К.

7. Плотность аргона на срезе сопла:

где Ї плотность аргона при нормальных условиях, кг/м³

Т₀ - температура аргона при нормальных условиях, К

Р₀ - давление аргона при нормальных условиях, Па

8. Удельный объем аргона на срезе сопла:

9. Диаметр сопла:

где Q_V - расход аргона через одну фурму, м³/мин.

10. Критерий Архимеда:

11. Длинна и диаметр реакционной зоны:

12. Расстояние между рядами фурм и осями соседних фурм в одном ряду:

3.2 Расчет давления аргона на входе в фурму, в коллекторе и на входе в коллектор

1. Приведенная длинна фурм:

где д - коэффициент трения,

L_Ф = t_Д + t_БР + (50 . . . 100 мм) - длинна фурмы,

где t_Д - толщина футеровки днища, м,

t_БР - толщина брони, м.

2. Значение функции f (л₂):

3. Значение коэффициента скорости л₂ определяется по графику функции и равно 0,65.

4. Скорость аргона на входе в фурму:

5. Значение функции q (л₁) и q (л₂) определяется по формуле:

6. Давление на входе в фурму:

7. Диаметр коллектора:

8. Скорость аргона в коллекторе:

9. Потери давления на местные сопротивления:

10. Полное давление в коллекторе:

Библиографический список

1. Завражин В.Д. Методические указания по проектированию конвертеров и цехов в курсовых и дипломных проектах студентов специальности 0401 «металлургия черных металлов», специализации «Металлургия стали» В.Д. Завражин. - Липецк: ЛГТУ, 1983 - 24 с.

2. Заврвжин В.Д. Методические указания к самостоятельной работе студентов специальности 11.01 «Металлургия черных металлов». Расчет размеров кислородных конвертеров с верхней, донной и комбинированной продувкой. В.Д. Завражин. - Липецк: ЛПИ, 1991 - 21 с.

3. Завражин В.Д. Методические указания к лабораторным работам. Расчет размеров конвертера и кислородной фурмы для курсовых и дипломных проектов специальности 0401 «Металлургия черных металлов», специализация «Металлургия стали». В.Д. Завражин: - Липецк: ЛПИ, 1990 - 30 с.

4. Григорьев В.П. Конструкция и проектирование агрегатов сталеплавильного производства. В.П. Григорьев, Ю.М. Нечкин, А.В. Егоров. - М.: МИСИС., 1995 - 512 с.

Размещено на Allbest.ru