Задача 17. Потери тепла в окружающее пространство через стенки кислородного конвертера

Потери теплопроводностью через наружную поверхность – ограждения рабочего пространства конвертера, отнесенные к 100 кг металлической части шихты можно определить по формуле

, (2.20 )

где q₁ – удельный тепловой поток, [кДж/ м²ч]; F – общая поверхность конвертера, м²; τ – продолжительность плавки в часах; T – емкость (тоннаж) конвертера в тоннах.

q1 = К  (t_ВН – t_В ), (2.21 )

где К – коэффициент теплопередачи (принимаем для многослойной огнеупорной кладки толщиной δ = 1 м, К = 8,5 кДж/м² .ч.град); t_ВН и t_В – температуры внутренней полости конвертера и воздуха, ºC, принимаем 1500 и 40^оС соответственно. Тогда

q₁ = 8,5  (1500 – 40 ) = 12410 кДж/ м²  ч.

Методика расчета величины теплоотдающих поверхностей и потерь тепла стенками приведена в примере расчета.

Пример расчета

Внешние размеры конвертера будут иметь следующие значения

D = D_В + 2 ∙ δ = 6, 55 + 2 = 8,55 м.

d' = d + 2  (δ / 2) = 3,43 +1 = 4,43 м.

D'_Д = D_Д + 2  δ = 3,93 + 2 = 5,93 м. (2.22) h'_C = h _C + δ = 0,786 + 1 =1,786 м.

h'_К = h _К = 1,965 м.

h'_Г = h _Г = 2,07 м.

Боковая поверхность верхней наружной конической части конвертера составит

F1 = S₁  π  (d' / 2 + D / 2), (2.23 )

где S1 – образующая верхнего усеченного конуса.

(2.24)

F1 = 2,94  3,14  (4,43 / 2 + 8,55 / 2 ) = 60,25 м² .

Боковая поверхность цилиндрической части

F2 = 2  π  (D / 2)  H_Ц = 2  3,14  (8,55 / 2)  5,14 = 139,15 м². (2.25)

Боковая поверхность нижней конической части конвертера

F3 = S2  π  (D / 2 + D'_Д / 2), (2.26)

где S2 – образующая нижнего сечения конуса.

F3 = 2,38  3,14  (8,55 / 2 + 5,93 / 2 ) = 54,37 м ².

Поверхность днища F₄

F₄ = π  [( D'_Д / 2 )² + ( h'_C ) ² ], (2.27)

F₄ = 3,14  [(5,93 / 2)² + 1,786² ] = 37,61 м ².

Общая площадь поверхности F = F₁ + F₂ + F₃ + F₄, (2.28)

F = 60,25 + 139,15 + 54,37 + 37,61 = 291,38 м ².

Принимая продолжительность плавки  = 0,75 часа, находим величину Q.

кДж . (2.29)

Задача 18. Потери тепла излучением через открытую горловину конвертера и с охлаждение водой кислородной фурмы

Потери тепла излучением, отнесенные к 100 кг металлической части шихты, равны

Q₂ = [q₂  (π  d ²/ 4 )  τ_пр ] / ( 10  Т ), (2.30 )

где q₂ – удельный тепловой поток, теряемый излучением через горловину, кДж/м².ч; τ_пр - время между продувками, принимаем 0,33 ч; Т – тоннаж конвертера.

q₂ = ε  C₀  [(Т_вн / 100 ) ⁴ – (Т_возд / 100 ) ⁴], (2.31 )

где ε – степень черноты полости принимаем равной 1; С_о – коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 20,77 кДж/м².ч.К⁴; Т_вн, Т_воз – температура внутренней поверхности конвертера и воздуха, К.

Площадь горловины

F_г = π  d ² / 4, (2.32)

Расход тепла на охлаждение водой кислородной фурмы находим из выражения Q₃ = q₃  π  d_Ф  h_Ф  τ_Н / (10  T) , (2.33)

где q₃ - удельный тепловой поток на поверхность фурмы (q₃ = 1,26·10⁶ кДж/м²·ч); d_ф – наружный диаметр фурмы (принимаем d_ф = 0,2 м); h_ф – высота фурмы, подвергающаяся нагреву, равная высоте конической и цилиндрической части конвертера; τ н – длительность пребывания фурмы в конвертере, принимаем 0,42 ч.

h_Ф = h_Г + H_Ц. (2.34)

Пример расчета

q₂ = 1  20,77  [( 1773 / 100 ) ⁴ – (313 / 100 )⁴] = 2,05 · 10⁶ кДж / (м³ч).

При площади горловины F_г = 3,14  3,43 ² / 4 = 9,23 м²,

получим потери тепла через открытую горловину

Q₂ = [2,05 · 10 ⁶  9,23  0,33] / ( 10  300 ) = 2081 кДж.

h_Ф = 2,07 + 5,14 = 7,218 м.

Q₃ = 1,26 · 10 ⁶  3,14  0,2  7,21  0,42 / (10  300 ) = 799 кДж.