Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Старооскольский технологический институт им. А.А. Угарова (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МИСиС»

Факультет ММТ

Кафедра металлургии и металловедения им. С.П. Угаровой

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Дисциплина: «Теория и технология производства стали»

Студент Олейник С.В.

Преподаватель Доц, к.т.н. Малахова О.И.

Старый Оскол - 2015

Рассчитать профиль рабочего пространства конвертера (рис. 1) с верхней продувкой вместимостью 375 т, с удельным объемом 0,84 м³/т и интенсивностью продувки 4,8 м³/(тмин).

Рис. 1. Профиль рабочего пространства конвертера:

D₁, D₂, D₃ -- соответственно диаметры горловины, цилиндрической части и днища; R -- радиус шаровой части днища; h_в.к., h_н.к, h_ц, h_в, h_ш - соответственно высота верхней и нижней конической частей, цилиндрической части, ванны и шаровой части; Н и H₁ -- соответственно полная высота и высота свободного пространства

Табл. 1. Геометрические размеры конвертеров различной емкости.

Решение

Рабочий объем конвертера

V=MV_уд =270 м³.

Объем ванны конвертера

V₃ = M / = 375/ 7 = 42,86 м³.

Глубина ванны конвертера при продувке с указанной интенсивностью через фурму с шестью соплами:

hв = 0,36(iМ/п)^0,3=1,89 м или hв = 0,451 M^0,251 = 1,89 м.

Диаметр ванны и цилиндрической части конвертера

D₂ = 0,83М^0,36 = 6,47 м или D₂ = 0,69 q_i^0,4(i/n)^-0,4 = 6,66 м.

Принимаем диаметр ванны D₂=6,6 м.

Диаметр нижнего основания ванны или шарового сегмента D₃= 0,855D₂=5,64 м.

Диаметр горловины принимают равным D₁ = (0,4 - 0,6)D₂, и угол наклона верхней конической части к вертикали, равный =60°. Тогда высота верхней конической части составит:

h_B.K=[(D₂-D₁)/2]tg = 2,86 м.

Объем верхней конической части будет

V₁ = (h_в.к / 12)(D₂²+D₂D₁+D₁²) =58,53 м³.

Объем цилиндрической части конвертера

V₂ = V--V₁--V₃ = 270-- 58,53--42,86= 168,61 м³.

Высота цилиндрической части конвертера

h_ц = 4,93 м

С учетом вспенивания металла в процессе продувки при удельной интенсивности продувки 4,8 м³/(тмин):

V₂= V₃ 0,75 i = 42,86,0,75 4,8 = 160,7 м³.

Объем цилиндрической части конвертера, равный V₂ = 168,61 м³, обеспечивает подъем ванны при интенсивности продувки 5 м³/(тмин).

Для минимизации потерь металла с выбросами и выносами должно быть соблюдено условие:

h_к + h_ц k q_i^0,4 ,

где q_i = M i / n - расход кислорода на 1 сопло, м³/мин.

Для обычных по содержанию марганца и фосфора чугунов коэффициент k можно определить по уравнению:

k = 0,93--0,19 [Мn].

Принимая содержание марганца в чугуне равным 0,62 % [Мn], получаем k=0,82 и неравенство 2,86+4,93 0,82250^0,4 или 7,79>7,46.

Общая высота рабочего пространства конвертера составит

H = h_к + h_ц + h_в = 2,86 + 4,93 + 1,89 = 9,68 м,

Н/D₂ = 9,86 / 6,6 =1,47.

Для расчета h_н.к и h_ш можно задать величину наклона стенки нижней конической части . Тогда h_н.к = (D₂ - D₃)tg / 2. Так принимая =73°, получим h_н.к = (6,66 - 5,64)tg73° / 2 =l,67 м и h_ш = h_в - h_н.к = 1,89-1,67=0,22 м.

Радиус сферической части R определяем по формуле шарового сегмента:

R = 17,96 м

Пример 3. Рассчитать диаметр донных фурм для конвертера вместимостью М =375 т с комбинированной продувкой кислородом, расстояние между фурмами и давление кислорода на входе в фурму. Удельная интенсивность продувки i =4,8 м³/(тмин), через дно подается 50% кислорода, скорость подачи кислорода в ванну w =300 м/с, количество фурм n =10, масса шлака составляет 9% от массы металла, плотности металла и шлака _м=7000 кг/м³, _ш=3000 кг/м³ соответственно. Температура газа Т_н = 293 К.

Решение

Глубина ванны и диаметр hв=0,35М^0,23 =1,25 м, D = 0,415= 5,87 м.

Расход кислорода через одну фурму q_i= 0,5M i / n = 0,52504,8/ 10 = 52,1 м³/мин.

Толщина слоя шлака

h_ш = = 0,4 м

Статическое давление кислорода на срезе сопла

р_ст = h_вмg + h_шшg + p_атм = 1,2570009,81+ 0,430009,81 + 101325 = 0,2 МПа.

конвертер фурма продувка кислород

Коэффициент скорости на срезе сопла ₁= w₁/ w_кр = 1. Полное давление кислорода на срезе сопла

р₁ = р_ст / = 0,210⁶ / = 0,38 МПа.

Температура газа на срезе сопла в случае движения кислорода в фурме без учета теплообмена с внешней средой

T₁=T_н + w²/ 2000 = 338 К.

Плотность кислорода на срезе сопла

₁ = ₀ = 1,29= 4,25 кг/м³;

сечение сопла

S= = = 8,7810^-4 м²;

диаметр сопла

d = 1000 = 33 мм;

критерий Архимеда

Ar = ₀w² / (_мgd) = 65.

Длина реакционной зоны

L_p.з.= 1,97Ar^0,39d =1,9765^0,39 0,026 = 0,26,

диаметр Dр.з.= 2,29Ar^0,33 d = 0,24 м; расстояние между осями соседних фурм lс Dр.з = 0,25м.

Расстояние между рядами фурм l_p = D/6,6= 5,87 / 6,6 = 0,89 м.

Приведенная длина фурмы при коэффициенте трения = 0,03 и полной длине фурмы l_ф=1,55 м;

l= = 2,26.

При неизменном значении температуры кислорода вдоль фурмы и постоянной площади сечения

l = (₂) - (₁) и (₂) = (₁) + l = 1 + 2,26 =3,26.

Давление газа на входе в фурму

p₂ = p₁q_i (₁) / q_i (₂).

Рис. 2. Зависимость газодинамической функции от коэффициента скорости

Значение коэффициента скорости на входе в фурму ₂ можно определить из графика, приведенного на рис. 5. Так, при ₁ = l газодинамическая функция в соответствии с графиком, приведенном на рис. 2, будет (₁) = 1, a (₂) = l + (₁) = 3,26, из графика находим ₂ = 0,5.

Отсюда скорость кислорода на входе в фурму w₂ = ₂w = 150 м/с, а газодинамические функции q_i(₁) и q_i(₂) определяем по формуле

q_i(₂) = = 0,42, q_i(₁) = 1

Давление кислорода на входе в фурму

p₂ = p₁ q_i (₁) / qi(₂) = 0,381 / 0,42 = 0,9 МПа.

Пример 4. Определить диаметр сопла донной фурмы при комбинированной продувке аргоном. Вместимость конвертера М=160 т, интенсивность продувки 1,5 м³/(тмин), глубина ванны h=l,6 м, диаметр конвертера 5,5 м, количество сопел п=6, показатель адиабаты k=1,67, скорость аргона на выходе w =270 м/с, толщина шлака h_ш = 0,3 м, плотность шлака _ш=3000 кг/м³.

Решение

Статическое давление на срезе сопла

р_ст= h_мg + h_шшg + p_атм = 1,670009,81+ 0,330009,81 + 101325 = 0,22 МПа.

Коэффициент скорости на срезе сопла ₁= W₁ / W_кp= 270/300 = 0,9. Полное давление на срезе сопла

р₁ = р_ст / = 0,2210⁶ /= 0,39 МПа.

Температура газа на срезе сопла при температуре аргона при входе в фурму Т_н =293 К:

Т₁ = Т_н + w²/2000 = 329 К.

Плотность аргона на срезе сопла (₀ = 1,78 кг/м³):

₁ = ₀р₁Т₀ / (р₀T₁) =5,76 кг/м³.

сечение сопла

S= = = 3,8110^-4 м²;

диаметр сопла d = 1000 = 22 мм;

Приведенная длина фурмы при коэффициенте трения =0,03 и полной длине запрессованной трубки l_ф = 0,92 м:

l= = 1,57.

При ₁=0,9 газодинамическая функция (см. рис.5) (₁) =1,04, а (₂) = l + (₁) = 2,61.

Из данных рис.5 получаем ₂=0,4, газодинамическая функция

qi(₁) = = 0,79,

qi(₂) = = 0,54.

Давление аргона на входе в фурму:

p₂ = p₁ qi (₁) / qi(₂) = 0,81 МПа.

Ввод всего дутья или его части через дно приводит, как это указывалось, во всех случаях к более интенсивному износу огнеупоров днища конвертера (особенно в районе фурм). Это объясняется в первую очередь изменением гидродинамики расплава и нестабильным температурным режимом данного участка ванны по сравнению с ее состоянием при верхнем подводе дутья. В этих условиях использование традиционно применяемых огнеупоров в виде необожженных материалов на смоляной или пековой связке, а также периклазошпинелидных или периклазохромистых изделий не обеспечивает требуемых показателей по стойкости. Поэтому применяют качественные периклазоизвестковые материалы или периклазоуглеродистые.

Литература

Целиков А.И., Полухин П.И. Машины и агрегаты металлургических заводов. Т.1-3. Учебник для ВУЗов. - М.: Металлургия, 1988.

Якушев А.М. Основы проектирования и оборудование сталеплавильных и доменных цехов М.: Металлургия, 1992. 421 стр.

Григорьев В.П. и др. Конструкция и проектирование агрегатов сталеплавильного производства. М.: МИСиС, 1995. - 513 с.

Никольский Л.Е., Зинуров И.Ю. Оборудование и проектирование электросталеплавильных цехов. М.: Металлургия, 1993. - 272 с.

Размещено на Allbest.ru